计算机系统结构练习题及解析

计算机系统结构练习题及解析一、名词解释1、层次结构答：现代通用的计算机系统是由紧密相关的硬件和软件组成的。从使用语言的角度，可以将系统看成是按功能划分的多层机器级组成的层次结构，由高到低分别为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级。2、RISC答：精简指令系统（RISC），不是简单地把指令系统进行简化，而是通过简化指令的途径使计算机的结构更加简单合理，以减少指令的执行周期数，从而提高运算速度。3、数据宽度答：I/O设备取得I/O总线后所传送数据的总量。4、段页式管理答：是把实存机械等分成固定大小的页，程序按模块分段，每个段又分成与主存页面大小相同的页。每道程序通过段表和页表进行定位。5、静态流水线答：静态流水在某一时间内各段只能按一种功能连接流水，只有等流水线全部流空后，才能切换成按另一种功能连接流水。二、填空题1、提高计算机系统并行性的主要技术途径有（时间重叠）、资源重复和（资源共享）。2、数组多路通道宜于连接多台（高）速设备，通道“数据宽度”为（定长块）。3、Cache存储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。4、寻址方式在指令中的两种指明方式是（用操作码位指明）和（地址部分设寻址方式位指明）5、同时解释相邻两条或多条指令，常用控制方式是（重叠）和（流水）。三、单选题1、与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（D）A页地址流B页面调度策略C主存的容量D辅存的容量2、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减少需要的存储容量C提高系统的灵活性D提高系统的性价比3、磁盘外部设备适合于连接：（A）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数组多路通道或字节多路通道D任意一种通道4、浮点数尾数的基值增大，不会出现下列那些后果：（C）A可表示数的范围增大B表示数的精度变小C可表示数的精度增加D运算速度提高5、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C向前兼容，并向下兼容D向后兼容，力争向下兼容6、块冲突概率最高的Cache地址映象方式是：（C）A段相联B组相联C直接D全相联7、对系统程序员不透明的应当是：（D）ACache存储器B系列机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8、组相联映象，LRU替换的Cache存储器，不影响Cache命中率的是（C）：A增加Cache中的块数B增大组的大小C增大主存容量D增大块的大小9、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10、流水机器对全局性相关的处理不包括：（D）A猜测法B提前形成条件码C加快短循环程序的执行D设置相关专用通路四、简答题1、实现软件移植的途径有哪些？各受什么限制？答：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，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、流水处理的主要技术途径是什么？静态流水线和动态流水线有哪些相同点和不同点？答：流水处理的主要技术途径是时间重叠和功能部件专用化静态流水线和动态流水线都是多功能流水线其中，静态流水线在某一时间内各段只能按一种功能连接流水，只有等流水线全部流空后，才能切换成按另一种功能连接流水。动态流水线的各功能段在同一时间内可按不同运算或功能连接。3、采用页式管理的虚拟存储器中，什么叫页面失效？什么叫页面争用？说明什么时候两者不同时发生？什么时候两者又同时发生？答：要访问的虚页不在实际主存中时，就会发生页面实效；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，只要发生页面实效，就会发生页面争用。反之，发生页面实效，但不会发生页面争用。4、什么是RISC？设计RISC机器的一般原则有哪些？答：RISC精简指令系统，是通过简化指令的途径使计算机的结构更加简单合理，以减少指令的执行周期数，从而提高运算速度。设计RISC机器的一般原则：精简指令的条数；简化指令的格式，让指令字等长，并让所有指令都在一个机器周期执行完；扩大机器中通用寄存器的个数，只让存、取两类指令可以访存，其它的指令一律只能对寄存器进行操作；指令的实现以组合电路硬联实现为主，少量指令可采用微程序解释；精心设计高质量的编译程序来优化支持高级语言程序的实现。5、如果你对Cache存贮器的速度不满意，于是想申请到—批有限的经费，为能发挥其最大的经济效益，有人建议你再买一些同样速度的Cache片子以扩充其容量，而另有人建议你干脆去买更高速的Cache片子，将现有低速Cache片子全部更换掉。你认为哪种建议可取?你如何作决定？为什么？答：两种建议都存在盲目性。在做决定之前，应先实测一下程序运行过程中等效访问时间at的值，将它与第一级物理Cache的访问时间ct比较。如果两者已非常接近了，表示Cache的命中率cH已趋于1，这时只有全部更换Cache芯片，使ct下降来解决。如果catt，先看Cache存贮器内部是否已将查映象表和访Cache安排成流水方式工作。如果未采取流水，则可改成流水。在改成流水方式后，如果at仍大于ct，且有一定差距时，表明命中率cH过低。此时，应设法提高命中率cH。可先调整块的大小，组内的块数，让它们在Cache容量不增大的情况下，适当取大些，以提高总命中率cH。在此基础上，还不能达到要求时，就应购买一些同样速度的Cache芯片，对其物理Cache的容量进行扩充。这样将会使命中率cH提高，而显著缩短Cache存储器的等效访问时间at。6、经统计,某指令7条指令的使用频度如下：I1I2I3I4I5I6I70.40.30.150.050.040.030.03.分别求出用哈夫曼码,等长码,只有两种码长的扩展操作码等3种编码方式的操作码平均码长?答：7、有一个浮点乘流水线如下图1所示，其乘积可直接返回输入端或暂存于相应缓冲寄存器中，画出实现A×B×C×D的时—空图以及输入端的变化，并求出流水线的吞吐率和效率；当流水线改为下图2所示的形式实现同一计算时，求该流水线的吞吐率及效率。图1图2答：按图1组织，实现A*B*C*D的时—空关系如下图所示。吞吐率313ptT；效率3*553*1313tt按图2组织，实现A*B*C*D的时—空关系如下图所示。吞吐率311ptT；效率3*535*1111tt