上海大学计算机系统结构复习题汇总

计算机系统结构复习题

一、单项选择题 1直接执行微指令的是（C ） A .汇编程序 C ?硬件 2、 对系统程序员不透明的应当是 （D A . Cache 存贮器 C .指令缓冲寄存器 3、 对机器语言程序员透明的是 （ A .中断字 C ?通用寄存器 4、 计算机系统结构不包括 （A A .主存速度 C .信息保护

B .编译程序

D ?微指令程序

）。

B ?系列机各档不同的数据通路宽度

D ?虚拟存贮器

）。

B .主存地址寄存器

D .条件码

B .机器工作状态

D .数据

软硬件功能是等效的，提高硬件功能的比例会：

A .提高解题速度

B .提高硬件利用率

C .提高硬件成本

D .减少所需要的存贮器用量 8、 在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会 （ C A .提高解题速度

B .减少需要的存贮容量 C.提高系统的灵活性

D .提高系统的性能价格比 9、 下列说法中不正确的是 （ D ）。

A .软件设计费用比软件重复生产费用高

B .硬件功能只需实现一次，而软件功能可能要多次重复实现 C.硬件的生产费用比软件的生产费用高

D .硬件的设计费用比软件的设计费用低

10、 在计算机系统设计中，比较好的方法是

（ A .从上向下设计

C.从两头向中间设计

11、 "从中间开始"设计的"中间”目前多数是在（

A .传统机器语言级与操作系统机器级之

间

B. 传统机器语言级与微程序机器级之间

C. 微程序机器级与汇编语言机器级之间

D. 操作系统机器级与汇编语言机器级之间

12、 系列机软件应做到（ B ）。

A. 向前兼容，并向上兼容

B. 向后兼容，力争向上兼容 5、 从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是 A ?计算机软件所要完成的功能 C ?编程要用到的硬件组织

6、 计算机组成设计不考虑 （B A .专用部件设置 C .控制机构的组成

7、 以下说法中，不正确的是 （ B ）。 （C B ?计算机硬件的全部组成 D .计算机各部件的硬件实现 B ?功能部件的集成度 D .缓冲技术

）。

D ）。 B ?从下向上设计 D .从中间开始向上、向下设计 A ）。

C. 向前兼容，并向下兼容

D. 向后兼容，力争向下兼容

13、 推出系列机的新机器，不能更改的是 （ A

A .原有指令的寻址方式和操作码 B. 系统总线的组成 C. 数据通路宽度 D. 存贮芯片的集成度

14、 不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括

A .用统一的高级语言 C.模拟

15、 利用时间重叠概念实现并行处理的是

A .流水处理机 C.并行（阵列）处理机 16、 浮点数尾数基值rm = 8,尾数数值部分长6位，可表示的规格化最小正尾数为 （ C ）。

A . 0.5 B. 0.25 C. 0.125

D . 1/64

17、 在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是

（ A

A .截断法

B .舍入法

C .恒置"I"法

D . ROM 查表法

18、 浮点数尾数下溢处理时，最大误差最大，但下溢处理不需要时间，平均误差又趋于 的方法是（D A .截断法

B .舍入法

19、 程序员编写程序时使用的地址是 （ A .有效地址 B.逻辑地址 20、 计算机中优化使用的操作码编码方法是

A 哈夫曼编码

B

C BC

D 码 D 扩

展操作码

21、 外部设备打印机适合于连接到 （ B

）。

A .数组多路通道

B .字节多路通道 C.选择通道

D .任意一种通道 22、 虚拟存储器常用的地址映象方式是（

A ）

A.全相联 B .段相联 C .组相联

D .直接

23、 下列关于虚拟存贮器的说法，比较证确的应当是

A .访主存命中率随页面大小增大而提高

B .访主存命中率随主存容量增加而提高

C .更换替换算法能提高命中率

D .在主存命中率低时，改用堆栈型替换算法，并增大主存容量，可提高命中率 24、 最能确保提高虚拟存贮器访主存的命中率的改进途径是

（D

A .增大辅存容量

B .采用FIFO 替换算法并增大页面

C .改用LRU 替换算法并增大页面

D .改用LRU 替换算法并增大页面数 25、 Cache 存贮器常用的地址映象方式是

（ C ）。 A .全相联映象 B .页表法映象 C .组相联映象

D .段页表映象

）。

（B ）。 B ?用统一的汇编语言

D .仿真

（A ）。

B .多处理机 D ?相联处理机

C. ROM 查表法 B

）。 C ?辅存实地址

（B

ASCII 码

D.主存地址

）。

36、

26、 与全相联映象相比，组相联映象的优点是 （ A

A .目录表小

B .块冲突概率低

C .命中率高

D .主存利用率高 27、 下列说法正确的是（D ）。 A . Cache 容量一般不大，命中率不会很高 B . Cache 芯片速度一般比 CPU 的速度慢数十倍

C. Cache 本身速度很快。但地址变换的速度很慢 D . Cache 存贮器查映象表和访问物理 Cache 其间可以流水，使速度与 CPU 匹配 28、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存贮器，不影响 Cache 命中率的是（ C ）。 A .增加Cache 中的块数 C .增大主存容量 29、 块冲突概率最高的 Cache 地址映象方式是（ A .段相联 C .直接 指令间“一次重叠”说法有错的是 A .仅“执行k ”与“分析k+1 ” 30、 31、 32、 33、

34

、 35、 B ?增大组的大小

D .增大块的大小

C

B .组相联

D .全相联

（B ）。

重叠

B. “分析k ”

完成后立即开始“执行 k ”

C. 应尽量使“分析 k+1 ”与“执行k”时间相等

D .只需要一套指令分析部件和执行部件 "一次重叠"中消除"指令相关”最好的方法是 A .不准修改指令 C.推后分析下条指令 IBM360/91 属于（B A .向量流水机 C.阵列流水机 下列关于标量流水机的说法不正确的是

A .可对标量数据进行流水处理

B .没有向量数据表示

C.不能对向量数据进行运算

D .可以对向量、数组进行运算

以下说法不正确的是 （D

A .线性流水线是单功能流水线

B .动态流水线是多功能流水线

C.静态流水线是多功能流水线

D .动态流水线只能是单功能流水线

静态流水线是指（C

A .只有一种功能的流水线

B. 功能不能改变的流水线

C. 同时只能完成一种功能的多功能流水线

D .可同时执行多种功能的流水线

非线性流水线是指（B ）。

A .一次运算中使用流水线中的多个功能段

B .一次运算中要多次使用流水线中的某些功能段

C.流水线中某些功能段在各次运算中的作用不同

）

。 （A ）。

设相关专用通路

推后执行下条指令

B .标量流水机

D ?并行流水机

（C

D .流水线的各个功能段在各种运算中有不同的组合

37、 下列说法正确的是（ B ）。 A ."一次重叠”是一次解释一条指令 B ."一次重叠”是同时解释相邻两条指令 C.流水方式是同时只能解释两条指令 D ."一次重叠”是同时可解释很多条指令 38、 与流水线最大吞吐率高低有关的是 A .各个子过程的时间

C.最慢子过程的时间 39、 在流水机器中，全局性相关是指

A .先写后读相关 C.指令相关

40、 流水机器对全局性相关的处理不包括 A .猜测法 C.加快短循环程序的执行 I 的流水线是（A 41、CRAY C ）。 B .最快子过程的时间 D .最后子过程的时间 D ）。 B .先读后写相关 D .由转移指令引起的相关 D B .提前形成条件码

D .设置相关专用通路 ）

。 A .多条单功能流水线 C.多条多功能流水线 42、IBM360/91对指令中断的处理方法是

A.不精确断点法 C.指令复执法

B .一条单功能流水线 D .一条多功能流水线 A ）。 B .精确断点法 D .对流水线重新调度 二、填空题 1、 按照Flynn 分类法，根据指令流和数据流的不同组织方式 ，计算机系统的结构可以分为 SISD （单指令流单数据流）、MISD_MIMD 或单指令流多数据流 和_多指令流多数据流 _______________________ 2、 Amdahl 等人在1964年把系统结构定义为：由程序设计者所看到的一个计算机系统的属 性，即概念性结构 和功能特性。

3、 指令系统是软件设计人员与硬件设计人员之间的一个主要 互相沟通的一座桥梁。在计算机系统的设计过程中， _ 的，它必须由软件设计人员和硬件设计人员共同来完成。

4、 实现程序移植的主要途径有统一高级语言、系列机、

5、 系列机软件兼容必须做到向 后 兼容，尽可能争取向

6、 开发并行性是为了并行处理，并行性又包括有 分界面 ，也是他们之间 指令系统 的设计是非常关键 模拟 和 上兼容。

同^_性和并发性二重含义。 可表示数的精度变降低。 仿真 7、 浮点数尾数基值增大。可使运算中的精度损失 减 小 &浮点数阶码位数影响数的可表示 范围 大小。 9、 设计指令系统时， 在功能方面的基本要求是：指令系统的完整性、 高效率和兼容性。 10、 根据多台外围设备共享通道的不同情况，可将通道分为三种类型： 道 、 选择通道 和数组多路通道。 11、 输入输出设备的异步性、 实时性、与 设备无关 性三个特点是现代计算机系统必须具 备的共同特性。 12、 评价存贮器性能的基本要求是大容量、 高速度 __________ 和低价格。 13、 虚拟存贮器主要是为解决主存 容量 满足不了要求发展出来的。 大小，尾数位数影响数的可表示 精度 规整性 字节多路通

14、 Cache 存贮器是为解决主存 ________ 速度 满足不了要求发展出来的。 15、 虚拟存贮器是增加辅助 软硬 件。使主、辅存形成整体，速度接近于 主 存

的。容 量是辅存的。

Cache 存贮器是增加辅助 硬 件，使之速度接近于 Cache 的，容量是_主_存的。 Cache 存贮器对应用程序员是 透明 的。对系统程序员是 透明 的（填“透 或“不透明”） 程序在时间上的局部性表现在， 最近未来要用的信息可能就是现在正在使用的信息， 是因为程序中有 存在着循环

19、 程序在空间上的局部性主要是因为程序通常是 .

通常是 __________ 地存贮。

20、 虚拟存贮器按映象算法不同，存贮管理方式有段式、 式3种。 21、 在虚拟存储器中有三种地址空间，一种是应用程序员用来编写程序的地址空间，称为 虚拟地址空间 第二种是 主存储器 的地址空间,第三种是辅存地址空间，

也就是磁盘存 储器的地址空间。它们对应的三种地址分别是

虚拟地址

、 主存地址 和

辅存地址。

22、 段式虚拟存贮器是用 _段 _________ 表来进行地址映象和变换的。 23、 段页式虚拟存储器的内部地址映象表机构有

快 表和 慢

表两部分。

24、 页面替换是发生于页面失效，同时又发生 ________ 页面争用 ______ 的时候。 25、 评价虚拟存贮器所用替换算法的好坏，主要是看主存 命中

率的高低，其次看算

法是否易于实现，以及所需的辅助软硬件的多少。 26、 Cache 存贮器地址映象大多采用 全相联 映象或 组相联 映象,以利于实现。

27、 Cache 存贮器采用组相联的映象规则是组间

直接

映象，组内各块间

全相联

映象。

28、 Cache 存贮器写操作

时，只写入 Cache ，仅当需要块替换时，才将其写回主存。称这种 修改主存块内容的方法为

29、 在Cache 存贮器中， 的方法为 30、 Cache 写

不命中时，只写入主存储器，并不将该字所在块由主存调入 法为

___________ 不按写 分配法。 31、 CPU 写Cache 不命中时，除写入主存外，同时还将含该字的主存块调入 配法为 按写 分配法。 32、 层次存储系统的设计的目的是使有效存取时间接近于 间，使总体的平均每字成本接近于 最外层存储器

储器的容量。

33、 解决重叠和流水中的操作数相关，不外乎是推后法和设置 两种基本方法。

34、 流水有部件、处理机、 系统等不同等级，多个处理机之间的流水属 也称 宏 流水。

35、 多功能流水线各功能段同时只能按某一种功能联接的称为

—

36、 多功能流水线各功能段同时可按不同运算或功能联接工作，称此流水线为 态流速度

16、 17、

18 地存储和执行, 数据

页式

段页

虚拟地址法。 CPU 每次写Cache 的同时，也写入主存，称这种更新主存块内容 法。 写回

写直达

Cache 。称此分配

不按写 Cache 。称此分 最内层存储器 _______ 的存取时 的每字成本，容量接近于最大存

相关专用诵路

系统

级流水,

态流水线。

水线。

37、流水线消除速度瓶颈的方法有瓶颈过程再细分和瓶颈子过程多套并联两种。

38、向量处理机的结构主要有_____ 存储器-存储器结构____ 和寄存器-寄存器结构两种。

39、先行控制（Look-ahead ）技术的关键是缓冲技术和预处理技术，以及这两者的相结合。 通过对指令流和数据流的预处理和缓冲，能够尽量使

指令分析 和 指令执行部件 独立地工作，并始终处于忙碌状态。

13、 对标量数据来说，并行主存系统的实际频宽采用多体单字方式的要比采用单体单字方式 组成的高。（V ）

14、 在存贮体系中，地址的映象与地址的变换没有区别。

（X ） 15、 虚拟存贮器内部地址映象方式的选择， 依据于是否有高的主存命中率，

而不是高的实页 冲突概率。（ X ） 四、简答题

1、实现软件移植的途径有哪些 ？各受什么限制？

答：软件移植的途径主要有：统一高级语言，系列机，模拟与仿真。

统一高级语言，由于只能实现高级语言软件的移植， 而目前高级语言种类繁多， 无法完全统 一成一种，只能相对统一成少数几种。系列机，由于系列内各档机器的结构变化不能太大， 到一定时候会阻碍系列发展，只能实现在结构相同或相近的机器间的汇编语言应用软件的移 植。模拟与仿真，模拟是用宿主机的机器指令解释，机器语言差别大时，速度慢；仿真是用 宿主机的微程序解释，当机器差异大时，仿真困难，仿真的效率和灵活性差。

2、计算机系统的Flynn （弗林）分类法是按什么来分类的 ？共分哪几类？解释其含义。 答：弗林分类法是按指令流、数据流及其多倍性分类的。共分四类。

SISD--指令部件只对一条指令处理，只控制一个操作部件操作。如一般的串行单处理机。

SIMD--由单一指令部件同时控制多个重复设置的处理单元，执行同一指令下不同数据的操 作。如阵列处理机。

MISD--多个指令部件对同一数据的各个处理阶段进行操作。这种机器很少见。

MIMD--多个独立或相对独立的处理机分别执行各自的程序、作业或进程。例如多处理机。 3、计算机系统结构的定义是什么？它与计算机组成、计算机实现有什么区别和联系? 指机器级程序员所看到的计算机属性，即概念性结构和功能特征。 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现 计算机实现是计算机系统结构的物理实现

系统结构、组成和实现所包含的具体内容是随不同机器而变化的

二、判断题

系统是否设浮点运算指令，对计算机系统结构是透明的。 软硬功能分配时， 提高软件功能的比例会提高系统灵活性， 经常用的基本单元功能，宜于用软件实现，以降低实现费用。 系列机应用软件应做到向前兼容，力争向下兼容。 （X 系列机不再是方向，因为它约束了计算机系统结构的发展。

系列机低档低价格，但性能太低 ；高档机高性能，但价格太高。 比，应尽可能购置性能价格比高的中档机。 & ） 7、 二进制数表示数据信息较之二一十进制数表示， 其存贮空间利用率低，运算速度要快。（X ）

8、 浮点数尾数下溢处理采用舍入法还是恒置 "1"法，对计算机系统结构是不透明的。

（X ） 9、 对概率不等的事件用 Huffman 编码，其具体编码不唯一，但平均码长肯定是唯一的，且 是最短的。（V ）

10、 多数I/O 系统的结构应面向操作系统设计，考虑如何在操作系统与 理的软、硬件功能分配。（ V ）

11、 低速打印机，在总线上传送数据时，其 ”数据宽度”宜用可变长块。

12、 磁盘设备在数据传送时，数据宽度宜采用单字或单宇节。

（ X 1、 2、 3、 4（X ）

也会提高解题速度。（X ） （ （X 因） 为获得高性能价格 I/O 系统之间进行合

4?计算机设计人员需要完成哪些设计任务？

1确定用户对计算机系统的功能、价格和性能的要求；

2、 确定用户对计算机系统软硬件的要求；

3、 设计出符合今后发展方向的系统结构

5.什么是 RISC ?什么是 CISC ? RISC 的主要特点是什么？

RISC 是精简指令集计算机。CISC 是复杂指令系统计算机

(1) 选取使用频度较高的一些简单指令以及一些很有用但又不复杂的指令 能由频度高的简单指令的组合来实现。

(2)

指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。 (3) 只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器内完成。

(4) CPU 中有多个通用寄存器。

(5)采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成。采用超标量和超流水线技术，可 使每条指令的平均执行时间小于一个时钟周期。

(6)控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制 (7)采用优化的编译程序 6?什么是地址映象和地址变换，它们之间有什么关系？

1、 在Cache 中，地址映象是指把主存地址空间映象到 Cache 地址空间；而地址变换

则是指当程序已经装入到 Cache 后，在实际运行过程中，把主存地址如何变换成

Cache 地 址；

2、 在虚拟存储器中， 地址映象是把虚拟地址空间映象到主存地址空间； 而地址变换是 在程序被装入主存储器后，在实际运行时，把多用户虚地址变换成主存实地址或磁盘存储 器地址。

地址的映象和变换是紧密相关的。采用什么样的地址映象方法，就必然有与这种映象 方法相对应的地址变换方法 。

7. Cache 存储系统有几种替换算法，有什么区别？

1轮换法；2、LFU 算法；3、比较对法；4、堆栈法。

轮换法是一种先进先出(FIFO )算法，另外三种实际上都属于最久没有被使用( 法，只是它们的实现方式各不相同。

&流水线中的瓶颈”是如何产生的？有什么办法可以解决流水线 瓶颈”问题？

流水线中各段时间不相等引起 堵塞”断流”等问题，执行时间长的一段将成为整个流水 线的瓶颈”

,让复杂指令的功 LFU ）算

解决方法有：1将流水线的 瓶颈”部分再细分；2、重复设置瓶颈功能段，让多个瓶颈功 能段并行工作。

9、在页式虚拟存贮器中， 什么叫页面失效？什么叫页面争用？什么时候两者同时发生 ？什么时 候两者不同时发生？

答：要访间的虚页不在实际主存申时，就会发生页面失效。当页面调入主存，主存中的页面 位置全部已被其它虚页占用时， 就会发生页面争用。当分配给程序的内存已被全部占用之后， 只要发生页面失效，就一定会发生页面争用。反之，发生页面失效，并不会发生页面争用。

10、计算机系统 由中间开始”设计，其 中间”指的是什么地方？这样设计的好处是什么? 答："中间"是指多级层次结构中的软、硬件交界面，目前是处于传统机器级与操作系统机器 级之间。

这样设计，能合理地进行软、硬件的功能分配，优化软、硬件设计，可为软件和应用提供更 多更好的硬件支持，可使软、硬件同时设计，缩短系统的设计周期。

五、计算题

40MHZ 处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数

求有效CPI 、MIPS 速率和程序的执行时间。

1、用一■

台

_J

求有jS CH. MIPS 3S 率和程序的扌丸行时间.4

4

40x10* /C V Zf

* 56000 +10W0 +6000 = IWOOO 仪

L a = 26 3 C?/xl0^ 1 <52x10^ T = CPhIC- J 於'警=； S- 40xi0^ 寂

一贮 _ 100000 _智 弘1胪 W 灵1沪

2、某台计算机只有Load/Store 指令能对存储器进行读/写操作，其它指令只对寄存器进行操 作。根据程序跟踪实验结果，已知每种指令所占的比例及 CPI 数如下： 指令类型

指令所占比例 CPI Si?指令

43% 1 Lgd 指令

肛％ 2 Slore 指令

12% 2 转移指令

24% 2 (1) 求上述情况下的平均 CPI 。

(2) 假设程序由M 条指令组成。算逻运算中 25%的指令的两个操作数中的一个已在寄存

器中，另一个必须在算逻指令执行前用 Load 指令从存储器取到寄存器。因此有人建议增加 另一种算逻指令，其特点是一个操作数取自寄存器，另一个操作数取自存储器，即寄存器 存储器类型，假设这种指令的

CPI 等于2。同时，转移指令的 CPI 变为3。求新指令系统的 平均CPI 。

100000

MIPS

4

,2> (1) CP110= (0.43x1* 0.12?2-0.；4><；)=1.5? +

(2)原算逻指警中的二衣变成了寄存器储器型指令，所以算逼指令(寄存器育存器型妙了

、V V J- \

■(O.25?OJ3)M条，Lgd於役了別。财対条，而(0J5^0.4J)M条的新指令为寄存器游储黑型指令-猎令总数少了(口女曲％対条.设执行算谓指令｛寄存器倚存器型八S我指令、箧谬扌旨令〔寄'存器:储器型X StOT亡指令和转移指令的周期总数分别为Cli C2,C3, C4,Ci.所以：4

C2=<0.? 1 *(0.2 3 X O.45)>E i ?O5M I

C；={0.2： g 羽M I

C4H>,1M X2-0.；4W4

新指令总数\=c 1<0.；5X0,43? Kf-0.S9'25Mi

CPI新GYIYSYJYD >^1JO25M'0.S92?M=1J>OS Q

3、某机器有10条指令，使用频度分别为:

0.01, 0.15, 0.12, 0.07, 0.08, 0.13, 0.15, 0.03, 0.17, 0.09。

(1)计算用等长操作码编码的平均码长；4

⑵构造Huffman树;

(3)写出Huffman的一种编码，并计算其平均码长;

(4)只有二种码长，求平均码长最短的扩展操作码编码及其平均码长。

⑶、⑷结果如下三

i 便用》度

Hu 伽mn 集码f 不谁一》

扩RWW 不唯一?1

1 w

Ml IXI ；

IK)

] 4K()7

1

01 1

ID -MH

111 0 IH? I I

Ul 1

hl 1) ?J2 IW 1 hl 1 OJJ 1111) to 0 0JI5

1^

HM 101

z II (1 no 0J7

11 1

111

■ -----------------------

Huffman 编码平均码长=E p ； (( =3.15位 扩展编码平均

码长=E P 丄=3」9位

4、有一条流水线如下所示。

入L

(1) 求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率； (2) 该流水线的瓶颈在哪一段？请采取三种不同的措施消除此 的新流水线，计算连续输入

10条指令时，其实际吞吐率和效率。

⑴ 枣蚩缓输入山条指令，该流水线的实际吞吐率和敢率；卍

lb

T pipchiu =、-] AE i + (11 — 1 也

冋

= (50 + 5(1 + I ()0 + 21 MO + 9x2(Xli -22000⑼

V AI .

E=TP ? 一-TH ——^^^45.45%

m 4 11

*j

50ns 50ns lOOns EOOns

4有一条流水线如下所示…? 入

1

1 1 1

,1 4 r

1 2

1 1 3

业

1

?

SOns

50ns

2OO11S

lOOns

+J

“瓶颈”。对于你所给出

TP =

irv

（2）瓶颈在3. 4段?

? 变成八级流水线（细分）

5(h?

50”Sfl-is 501^ U M ni

TpipcUnc = Ati + (n — 1 )Atimx

i=I

= 50x8 + 9x50

=850(ns)

TP = %2=%5*)

m

VAti

厶4(M) in

E = TP?一= TP - — = —? 58.82%

m 8 17

? 变成两级流水线(介并) 入

123 —>1 4

200ns

200ns

T pipdiiw = △[) + (n ■ I )

△ivm

I-J

=200 X 2 + 9 X 200

=22(XXns)

TP = %“=%2E)

m

VAli

厶4()0 1()

E = TP?一=TP<—=—：^ 90.91%

m 2 11

? 重复设置部件

5、试根据以下指令，阐述先行控制技术的工作过程:

JMP 400X1 'X8

LOAD R1，A1 n+1 ADD R1，R2

n+2

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