计算机系统结构试题及答案

计算机系统结构试题模拟试卷（有答案）一、名词解释1.系统结构：是对计算机系统中各机器级之间界面的划分和定义，以及对各级界面上、下的功能进行分配。2.SIMD：单指令流多数据流计算机系统。3.资源共享4.Cache：高速缓冲存储器5.模拟:是对真实事物或者过程的虚拟二、选择1.Cache是介于CPU和(C)之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。A.寄存器B.DRAMC.主存D.硬盘2.并行性开发的途径为时间重叠、资源共享和(C)等。A.时间并行B.资源分布C.资源重复D.时间并发3.冯•诺依曼型计算机的设计思想是(C)。A.存储数据并按地址顺序执行B.存储程序并按地址逆序执行C.存储程序并按地址顺序执行D.存储程序并乱序执行4.在计算机系统的层次结构中，属于硬件级的是(D)。A.应用语言级B.高级语言级C.汇编语言级D.机器语言级5.消除流水线性能瓶颈的方法：瓶颈段细分和(B)。A.瓶颈段串联B.瓶颈段并联C.瓶颈段拆分D.瓶颈段流水三、简答1.试述现代计算机系统的多级层次结构。2.试述RISC设计的基本原则和采用的技术。3.试述全相联映像与直接映像的含义及区别。直接映像:指主存的一个字块只能映像到Cache的一个准确确定的字块中。直接映象是一种最简单的地址映像方式，它的地址变换速度快，而且不涉及其他两种映像方式中的替换策略问题。但是这种方式的块冲突概率较高，当称序往返访问两个相互冲突的块中的数据时，Cache的命中率将急剧下降，因为这时即使Cache中有其他空闲块，也因为固定的地址映像关系而无法应用。全相联映像：指主存的一个字块可以映像到整个Cache的任何一个字块中。这种方式只有当Cache中的块全部装满后才会出现块冲突，所以块冲突的概率低，可达到很高的Cache命中率；但实现很复杂。当访问一个块中的数据时，块地址要与Cache块表中的所有地址标记进行比较已确定是否命中。在数据块调入时存在着一个比较复杂的替换问题，即决定将数据块调入Cache中什么位置，将Cache中那一块数据调出主存。为了达到较高的速度，全部比较和替换都要用硬件实现。四、论述CPU写Cache时内容不一致现象，有那两种解决方法？各自的优缺点是什么？【解】有两种方法：写回法（抵触修改法）：是在CPU执行写操作时，信息只写入Cache，仅当需要被替换时，才将已被写入过的Cache块先送回主存，然后再调入新块。写直达法（直达法）：利用Cache-主存存储层次在处理机和主存之间的直接通路，每当处理机写入Cache的同时，也通过此通路直接写入主存。在可靠性上，写直达法优于写回法；在与主存的通信量上，写回法少于写直达法；在控制的复杂性上，写直达法比写回法简单；在硬件实现的代价上，写回法要比写直达法好。五、计算某模型机由8条指令，使用频度为0.30.30.20.10.050.020.020.01试分别用Huffmann编码和扩展编码对其操作码进行编码，限定扩展编码只能做两种长度，则它们的编码长度比定长操作码的长度减少多少？【解】0.010.030.30.30.20.10.050.020.020.050.10.010.20.4110101010101100I8I7I6I5I4I3I2I1频度Huffman长度扩展长度I10.3002002I20.3012012I30.2102102I40.11103110005I50.0511104110015I60.02111105110105I70.021111106110115I80.011111116111005定长编码长度：3Huffman长度：(0.3+0.3+0.2)*2+0.1*3+0.05*4+0.02*5+0.02*6+0.01*6=2.38长度减少3-2.38=0.62扩展编码长度：(0.3+0.3+0.2)*2+(0.1+0.05+0.02+0.02+0.01)*5=2.6长度减少3-2.6=0.4模拟试卷2一、名词解释1.系统结构:指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素在时间或空间上排列和组合的具体形式。2.RISC:精简指令系统计算机，只采用使用频度高、简单、执行速度快的指令类型。3.并行性:把解题中具有可以同时进行运算或操作的特性,4.实页冲突:发生两个以上的虚页想要进入主存中同一个页面位置的现象。5.仿真:用模型来代替实物进行研究、试验的方法二、选择1.Cache是介于CPU和(C)之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。A.寄存器B.DRAMC.主存D.硬盘2.并行性开发的途径为时间重叠、(C)和资源共享等。A.时间并行B.资源分布C.资源重复D.时间并发3.RISC的三个基本要素是：(1)一个有限的简单的指令集；(2)CPU配备大量的(B)；(3)强调对指令流水线的优化。A.专用寄存器B.通用寄存器C.CacheD.内存4.冯•诺依曼型计算机的设计思想是存储程序并按地址顺序执行，它的主要组成部分包括：运算器、(B)、控制器适配器与I/O设备。A.寄存器B.存储器C.缓冲器D.译码器5.指令格式中的(A)字段，用来表征指令的操作特性与功能。A.操作码B.指令字C.数据字D.地址码三、简答1.试述现代计算机系统的多级层次结构。2.试述阵列处理机与多处理机的区别。结构方面：阵列处理机的互连较规整，有一定专用性，互连的处理单元数量大；多处理机要采用更灵活多变的结构，实现复杂的互连模式，互连的处理机数量少。并行性方面：阵列处理机是操作级并行，是并行性的同时性；多处理机是作业、程序、任务级的并行，同时包含指令内部操作间的并行，是并行性的并发性。3.试述分页式虚拟存储器与分段式虚拟存储器的含义和区别。页式管理：页式虚拟存储器把虚拟地址空间划分成一个个固定大小的块,每块称为一页,把主存储器的地址空间也按虚拟地址空间同样的大小划分为页。页是一种逻辑上的划分，它可以由系统软件任意指定。虚拟地址空间中的页称为虚页，主存地址空间中的页称为实页。每个用户使用一个基址寄存器（在CPU内），通过用户号U可以直接找到与这个用户程序相对应的基址寄存器，从这个基址寄存器中读出页表起始地址。访问这个页表地址，把得到的主存页号p与虚地址中的页内偏移直接拼接起来得到主存实地址。地址映象：是将每个虚存单元按某种规则（算法）装入（定位于）实存，即建立多用户虚地址Ns与实存地址np之间的对应关系。地址变换：是程序按照这种映象关系装入实存后，在执行时，多用户虚地址Ns如何变换成对应的是地址np。页面争用（实页冲突）：发生两个以上的虚页想要进入主存中同一个页面位置的现象。1.试推导并行主存的主存频宽与模体数、转移概率的关系表达式。段式管理：段为程序的逻辑单位段表，本身也是段，常驻内存，也可以在辅存，需要时调入主存–段表结构：段名、地址、装入位、段长、访问方式。–段表基址寄存器：指明段表的启始地址。地址映象方法：每个程序段都从0地址开始编址，长度可长可短，可以在程序执行过程中动态改变程序段的长度。地址变换方法：–由用户号找到基址寄存器–从基址寄存器中读出段表的起始地址–把起始地址与多用户虚地址中段号相加得到段表地址段分段与分页的主要区别–页是信息的物理单位，段是信息的逻辑单位；–页的大小固定，段的大小动态变化；–分页系统中的逻辑地址空间是一维的，分段系统中的是二维的。–分页系统中不易实现“共享”和“动态链接”，分段则很容易–表中给出的起始地址与段内偏移D相加就能得到主存实地址四、论述地址映像有三种方式？各自是什么并画图表示。【解】全相联映像；直接相联；组相联。全相联映像：主存中的任意一块都可以映象到Cache中的任意一块。冲突概率低；空间利用率高；地址变换复杂。块0Cache块1……块Cb-1块0块1……块i……块Mb-1主存储器全相联映象方式块0Cache块1……块Cb-1块0块1……块i……块Mb-1主存储器全相联映象方式直接相联：主存中一块只能映象到Cache的一个特定的块中。硬件简单，冲突概率高，出现大量空闲块，很少使用。直接相联映象方式块0Cache块1……块Cb-1块0……块Cb-1主存储器块Cb……块2Cb-1块Mb-Cb……块Mb-1……区0区1区Me-11个区直接相联映象方式块0Cache块1……块Cb-1块0……块Cb-1主存储器块Cb……块2Cb-1块Mb-Cb……块Mb-1……区0区1区Me-11个区块0Cache块1……块Cb-1块0……块Cb-1主存储器块Cb……块2Cb-1块Mb-Cb……块Mb-1……区0区1区Me-11个区组相联地址映像：各组之间是直接映象，组内各块间是全相联映象。块的冲突概率比较低，块的利用率大幅度提高，块失效率明显降低。五、计算设某个程序包含5个虚页，实页数为3，其页地址流为4，5，3，2，5，1，3，2，2，5，1，3。试画出FIFO、LRU、OPT替换算法的时间状态图，写出各自的命中率。【解】453251322513FIFO444*2222222*22555*5*111111*33333*3*3*3*555HHHHH命中率5/12453251322513LRU444*222*3333*11555*555*2222*3333*111*1*555*HH命中率2/12453251322513OPT444*2*22222*5*555555*1*11111133333*3*3333HHHHHH命中率6/12模拟试卷3一、名词解释6.系统结构:指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素在时间或空间上排列和组合的具体形式。7.MIMD:.多指令流多数据流它使用多个控制器来异步地控制多个处理器，从而实现空间上的并行性8.资源重复9.地址映像: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。10.数据流:是指一组有顺序的、有起点和终点的字节集合，程序从键盘接收数据或向文件中写数据，以及在网络连接上进行数据的读写操作，都可以使用数据流来完成。二、选择11.Cache是介于CPU和(C)之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。A.寄存器B.DRAMC.主存D.硬盘12.并行性开发的途径为时间重叠、资源重复和(C)等。A.时间并行B.资源分布C.资源共享D.时间并发13.虚拟存储器只是一个容量非常大的存储器的(C)模型，不是任何实际的物理存储器。A.主存B.用户程序C.逻辑D.辅存14.(C)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.多处理机和多计算机D.阵列处理机15.指令格式就是指令字用二进制代码表示的结构形式，通常由(A)字段和地址码字段组成。A.操作码B.操作数C.操作特性D.数据字三、简答16.试述现代计算机系统的多级层次结构。17.什么是虚拟存储器中的段页式管理？采用分段和分页结合的方法。程序按模块分段，段内再分页，进入主存仍以页为基本信息传送单位，用段表和页表进行两级定位管理。18.多处理机系统与机群系统有什么差别？多处理机系统由若干台独立的计算机组成，每台计算机能够独立执行自己的程序，彼此之间通过互连网络连接，实现程序之间的数据交换和同步。机群系统是一组完整的计算机互连，它们作为一个统一的计算资源一起工作，并能产生一台机器的印象。四、某台计算机有10条指令，它们出现的频度如下表所示，请给出10条指令的定长编码方案、Huffman编码方案、扩展编码方案。指令12345678910频度0.200.250.150.080.070.060.050.050.050.04【解】a)定长编码0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001b)Huffman编码1．112．013．0014．00015．10116．10107．1