中国地质大学(北京)继续教育学院计算机系统结构模拟题

《计算机系统结构》模拟题

一． 单项选择题

1. SIMD是指（ ）。

A、单指令流单数据流 B、单指令流多数据流 C、多指令流单数据流 D、多指令流多数据流 2. 磁盘外部设备适合于连接到（ ）。 A．字节多路通道

C．选择通道或字节多路通道 3. 下列（ ）存储设备不需要编址。 A. 通用寄存器

B. 主存储器 D. 堆栈

B．数组多路通道或选择通道 D．数组多路通道或字节多路通道

C. 输入输出设备

4.多处理机的各自独立型操作系统( )。 A.要求管理程序不必是可再入的 C.工作负荷较平衡

B.适合于紧耦合多处理机 D.有较高的可靠性

5.输入输出系统硬件的功能对( )是透明的。 A.操作系统程序员 C.系统结构设计人员

B.应用程序员 D.机器语言程序设计员

6. 实现汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是由（ ）。 A．编译程序解释 C．汇编程序解释

7.全相联地址映象是指( )。

A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B.一个虚页只装进固定的主存实页位置

C.组之间是固定的，而组内任何虚页可以装入任何实页位置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 8.( )属于MIMD系统结构。

A.各处理单元同时受同一个控制单元的管理 B.各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机 D.阵列处理机

9.设16个处理器编号分别为0，1，2，„，15用Cube3互联函数时，第10号处理机与第( )号处理机相联。

A.11 B.8 C.14 D.2

10.若输入流水线的指令既无局部性相关，也不存在全局性相关，则( )。

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B．编译程序翻译 D．汇编程序翻译

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A.可获得高的吞吐率和效率 C.出现瓶颈

B.流水线的效率和吞吐率恶化 D.可靠性提高

11．流水线的技术指标不包括( )。

A.响应比 B.吞吐率 C.加速比 D.效率 12．指令优化编码方法，就编码的效率来讲，方法最好是（ ）。

A. 固定长度编码 C. Huffman编码法

B. 扩展编码法 D. 以上编码都不是

13．RISC 计算机的指令系统集类型是 ( ) 。

A. 堆栈型

B. 累加器型

C. 寄存器—寄存器型 D. 寄存器 - 存储器型 14．相联存储器的访问方式是( )。

A．先进先出顺序访问 C．无地址访问

B．按地址访问 D．按内容访问

15．存储器读写速率越高，每位的成本也越高，存储容量也小。解决这一问题的主要方法是采用( )。

A．多级存储体系结构 C． Cache

B．并行存储器 D．缓冲技术

16．计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是（ ）。

A.汇编语言机器级---操作系统机器级---高级语言机器级 B.微程序机器级---传统机器语言机器级---汇编语言机器级 C.传统机器语言机器级---高级语言机器级---汇编语言机器级 D. 汇编语言机器级---应用语言机器级---高级语言机器级 17．对系统程序员不透明的是（ ）。

A.Cache 存储器 B.系列几各档不同的数据通路宽度

C.指令缓冲寄存器 D.虚拟存储器 18．在计算机系统设计中，比较好的方法是（ ）。

A.从上向下设计 B.从下向上设计

C.从两头向中间设计 D.从中间开始向上、向下设计 19．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 B.用统一的汇编语言

C.模拟 D.仿真 20．堆栈型机器比通用寄存器型机器优越的是（ ）。

A.支持先进先出类接替算法的求解 B.能更好地支持向量的运算

C.支持由逆波兰表达式将高级语言多元赋值语句直接编译生成堆栈指令程序

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D.能优化存储器的空间利用率 21．下列说法正确的是（ ）。

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，但地址变换速度很慢

D.Cache存储器查映象表和访问物理Cache其间可以流水，使速度与CPU匹配。 22．在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（ ）。 A.截断法 B.舍入法

C.恒置“1”法 D.ROM查表法 23． ILLIAC Ⅳ是一种（ ）。

A.流水线处理机 B.指令重叠处理机

C.阵列处理机 D.多处理机 24．能实现作业、任务级并行的异构型多处理机属（ ）。 A.MISD B.SIMD C.MIMD D.SISD 25．非线性流水线是指（ ）。

A.一次运算中使用流水线中多个功能段 B.一次运算中要多次使用流水线中的某些功能段

C. 流水线中的某些功能段在各次运算中的作用不同 D. 流水线中的各个功能段在各种运算中有不同的组合 26．流水机器对全局性的相关处理不包括（ ）。

A.猜测法 B.提前形成条件码

C.加快短循环程序的执行 D.设置相关专用通路 27．外部设备打印机适合于连接（ ）。

A.数组多路通道或选择通道 B.字节多路通道或选择通道

C.选择通道 D.任意一种通道 28．虚拟存储器常用的地址映像方式是（ ）。 A.全相联 B.段相联

C.组相联 D.直接 29．下列关于虚拟存储器的说法，比较正确的是（ ）。 A.访主存命中率随页面大小增大而提高 B.访主存命中率随贮存容量增加而提高

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 30．Cache存储器常用的地址映像方式是（ ）。

A.全相联映象 B.页表法映象

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C.组相联映象 D.段页表映象

二． 判断题

1.CPI是指每条指令执行的平均时钟周期数。（ ）

2.并行性是指计算机系统在同一时刻进行多种运算或操作。（ ） 3．SIMD是多指令流多数据流。（ ）

4．每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成是RISC指令集结构的设计原则之一。（ ）

5．线性流水线是指各段串行连接、没有反馈回路的流水线。（ ） 6．在存贮体系中，地址映象与地址变换实际上是一回事。（ ）

7．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。（ ） 8. 向后兼容是系列机的根本特征。（ ）

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。（ ）

10．I/O系统所带外设种类数量多，速度差异大，适宜采用专用总线来作I/O总线。（ ） 11．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。（ ）

12．Cache组相联映象的块冲突概率比直接映象的高。（ ）

13．指令的重叠解释，即可加快程序的解释，又能加快指令的解释。（ ）

14．为了使阵列机在包括向量、数组、标量等各种题目上有尽可能高的速度性能，只需要在价格允许的情况下，尽可能增大处理单元数N即可。（ ）

三． 填空题

1.程序访问的局部性原理，包括时间局部性和 局部性。 2.指令的操作码优化编码方法有_________和扩展编码。 3.MIPS的中文含义： 。

4．流水线的效率是指流水线的 利用率。

5.Cache存储器系统是由Cache和__________构成的二级存储系统。

6．解释一条机器指令的微操作可归并成取指令、分析和 三个部分。 7.程序员编程用的地址是__________。

8. 实现程序移植的主要途径有统一高级语言、系列机、模拟与___________。

9. 计算机系统弗林分类法，把计算机系统分成单指令流单数据流(SISD)、单指令流多数据

流(SIMD)、___________和多指令流单数据流四大类。

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10. 吞吐率是流水线在 内所完成的任务数或输出结果的数量。

11. 在Cache存贮器中，CPU每次写Cache的同时，也写入主存，称这种更新主存块内容的方法为 法。

12．虚拟存储器主要是为解决主存_____________满足不了要求发展出来的。 13．Cache 主要是解决主存_____________满足不了要求发展出来的。 14. 并行性包括同时性和 性二重含义。

四． 名词解释 1．计算机系统结构 2．地址映象 3．虚拟存储系统 4．互连函数 5．Amdahl定律 6．中断输入输出方式 7．Cache存储系统 8．页式虚拟存储器

五． 简答题

1．计算机系统按功能可划分成哪几级层次？ 2．提高计算机系统的并行性的措施有哪些？ 3．页式虚拟存储器的主要有哪些优点和缺点？

4．什么是流水线的速度瓶颈？消除这种瓶颈的方法有哪两种？ 5．流水线的有哪些分类？ 6．RISC有哪些特点？

六． 综合题

1.有一指令流水线如下所示

入 1 2 3 4 出 50ns 50ns 100ns 200ns （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？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。对于你

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所给出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？ 2．报文由A～K字符组成，其出现频度依次为0.17, 0.05, 0.20,0.06, 0.08, 0.03, 0.01, 0.08, 0.13, 0.08, 0.11。

（1）各字符用等长二进制编码，传送200个字符时，需传送多少个二进制码位？ （2）构造哈夫曼树，写出各字符的二进制码位数。 （3）按哈夫曼编码，计算字符的平均码长。

（4）用哈夫曼码传送1000个字符，比定长码传送可减少传送的码位数是多少？ （5）设计一种平均码长最短的仅有两种码长的扩展操作码编码，并求出其平均 码长。

参考答案： 一．单项选择题 1 B 11 A 21 D 2 B 12 C 22 A 3 D 13 C 23 C 4 D 14 D 24 C 5 B 15 A 25 B 6 B 16 A 26 D 7 D 17 D 27 B 8 C 18 D 28 A 9 D 19 B 29 D 10 A 20 C 30 C

二．判断题 1 √ 8 √ 2 × 9 √ 3 × 10 × 4 √ 11 √ 5 √ 12 × 6 × 13 × 7 × 14 × 三．填空题

1.空间 2.哈夫曼编码 3.每秒百万条指令数 4.设备 5.主存 6.执行 7.逻辑地址 8．仿真 9．多指令流多数据流 10．单位时间 11．写直达 12．容量 13．速度 14．并发

四. 名词解释

1．计算机体系结构:是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。这实际上是指计算机系统的外特性。

2．地址映象：把虚拟地址空间映象到主存地址空间，具体地说，就是把用户用虚拟地址编写的程序按照某种规则装入到主存储器中，并建立多用户虚地址与主存实地址之间的对应关系。

3．虚拟存储系统：虚拟存储系统由主存储器与联机的外部存储器构成，采用硬件与软件相结合的方法来调度。由于虚拟存储系统需要通过操作系统的存储管理系统来调度，因此，对系统程序员来说它是不透明的，但对于在操作系统之上编程的应用程序员来说是透明的。虚

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拟存储系统的访问速度与主存储器很接近，存储容量是一个很大的虚拟地址空间。

4．互连函数：为了反映不同互连网络的连接特性，每种互连网络可用一组互连函数来描述。 5．Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

6．中断输入输出方式：当出现来自系统外部，机器内部，甚至处理机本身的任何例外的，或者虽然是事先安排的，但出现在现行程序的什么地方是事先不知道的事件时，CPU暂停执行现行程序，转去处理这些事件，等处理完成后再返回来继续执行原先的程序。

7．Cache存储系统：由Cache和存储器组成的系统，速度接近Cache，容量接近存储器，每单位的价格跟存储器相近，这个存储系统全部用硬件来调度，因此，它不仅对应用程序员是透明的，而且对系统程序员也是透明的。

8．页式虚拟存储器把虚拟地址空间和主存地址空间划分成同样大小的页，程序调入、调出主存以页为单位。目前一般计算机系统中，一页的大小通常为1KB至16KB。

五.简答题

1．答：第0级为硬联逻辑，是实现微指令本身的控制时序。第1级为微程序控制，是对机器指令进行译码，对应一个微指令序列，给出微指令信号。第2级为机器语言机器。这一级的机器语言就是该机的指令系统。第3级为操作系统机器，为用户提高一个操作系统，提高了计算机系统的功能和资源利用率。第4级是汇编语言机器。这一级的机器语言是汇编语言。 第5级是高级语言机器。这级的机器语言就是各种高级语言。第6级是应用语言机器。这级的机器语言是应用语言。 2．答：（1）资源重复：空间上引入并行性概念，即重复设置硬件资源以提高计算机系统的性能。（2）时间重叠：时间上引入并行性概念，即多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠使用同一套硬件的各个部件。（3）资源共享：利用软件方法，使多个用户分时使用同一个计算机系统。

3．答：优点：（1）主存储器的利用率比较高。（2）页表相对比较简单。（3）地址映象和变换的速度比较快。（4）对辅存（磁盘存储器）的管理比较容易。

页式虚拟存储器的主要缺点有两个：（1）程序的模块化性能不好。（2）页表很长，需要占用很大的存储空间。

4．答：一个由若干段组成的流水线，在达到稳定状态后所获得的吞吐率与其中延迟最大的那一段长度有关，这一段就成为影响流水线速度的瓶颈。

消除流水线速度瓶颈的方法主要有两种：（1）尽量采取将瓶颈子过程再细分，使之接近于流水线其他段的工作速度。（2）将多个瓶颈子过程并联。

5．答：按流水技术用于系统的等级不同，分为部件级、处理机级、系统级3个级别。 按流水线具有功能的多少，分为单功能和多功能2类。单功能流水线指流水线内各段固定连接，只完成单一的一种功能。多功能流水线指流水线中各段可以有多种不同连接，实现多种不同功能。在多功能流水线的基础上，又分为静态和动态流水线。静态流水线指在流水线内

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各段于同一时间里只能按其中的一种功能流水。动态流水线的各段可以同时为不同功能服务。

按流水线功能段之间有无反馈或越过，将其分为线性和非线性2类。线性流水线中的各段之间串行连接无反馈和跳越，每个任务流经各段仅一次；反之，为非线性流水线。 按流水处理机是否具有向量数据表示，分为向量流水机和标量流水机2类。

6．答：（1）指令系统中的大多数指令只执行一个简单的和基本的功能，这些指令可以比较快地在单个周期内执行完成，并减少指令的译码和解释所需要的开销。

（2）采用LOAD/STORE结构。由于访问存储器指令需要的时间比较长，因此，在指令系统中要尽量减少这类指令，只保留不可再少的LOAD和STORE两种访问存储器的指令。 （3）硬布线控制逻辑。硬布线控制逻辑可以使大多数指令在单周期内执行完成，减少了微程序技术中的指令解释开销。

（4）减少指令和寻址方式的种类。这一特点也可以简化控制部件的结构，加快指令的执行速度。

（5）固定的指令格式。该特点可以使指令的译码逻辑电路简化，从而也使控制部件的速度加快。

（6）注重译码的优化。

六. 综合题 1．解：

（1）

Tpipelineti(n1)tmaxi1m(5050100200)9200 2200(ns)TPnTpipeline1(ns1) 220400545.45% 411ETPti1mimTP（2）瓶颈在3、4段。

 变成八级流水线（细分）

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Èë150ns250ns3_150ns3_250ns4_150ns4_450ns³öTpipelineti(n1)tmaxi1m508950850(ns)TPnTpipelinem

185(ns1)

ETPtii1mTP4001058.82%817

段 4_4 4_3 4_2 4_1 3_2 3_1 2 211432 重复设置部件

768 109 8 57 6 3 4 1 109 5 时间 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 850ns TPnTpipeline185(ns1)

E400102．解：

1058.82%

850817（1）共需传送4×200 = 800 位。

（2）

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1 0.40 0.60 0.20 0.27 0.33 0.09 0.14 0.16 0.04 0.01 G 5 0.03 F 5 0.05 B 4 0.11 K 3 0.20 C 2 0.06 D 4 0.08 E 4 0.13 I 3 0.08 H 4 0.08 J 4 0.17 A 3

（3）哈夫曼编码的平均码长为

pi111ili=3.23 位

（4）可减少传送的二进制码位数是（4 - 3.23）×1000 = 770位 （5）采用3-5编码（同码长的字符编码可以不唯一）

字符 频度 扩展码 C 0．20 000 A 0．17 001 I 0．13 010 K 0．11 011 E 0．08 100 H 0．08 101 J 0．08 110 D 0．06 11100 B 0．05 11101 F 0．03 11110 G 0．01 11111 平均码长为0.85×3 + 0.15×5 = 3.3

3-4编码的平均码长为3.39, 3.31(同频率不同码长)； 2-5编码的平均码长为3.5；

2-4编码的平均码长为3.6。因此最佳编码为3-5编码。

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