393#--计算机系统结构
模拟试卷1
一、名词解释
1. 系统结构: 计算机系统是按用户的要求接收和存储信息、自动进行数据处理并输出结果信息的系统。计算机系统由硬件系统和软件系统组成。软硬件系统的组成部分就是计算机系统的资源，当不同的用户使用计算机时都要占用系统资源并且有不同的控制需求。 2. SIM D: 单指令多数据流计算机
3. 资源共享：是一种软件方法，它使多个任务按一定的时间顺序轮流使用同一套硬件设备。
4. Cache: 位于CPU 与主存之间的高速缓存，用来存放当前频繁访问的内容 5. 模拟: 用机器语言程序解释实现软件移植的方法称为模拟. 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 A. 时间并行
B.DRAM
C. 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。C
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 C. 存储程序并按地址顺序执行 A. 应用语言级 B. 高级语言级
B. 存储程序并按地址逆序执行 D. 存储程序并乱序执行 C. 汇编语言级
D. 机器语言级 D. 瓶颈段流水
4. 在计算机系统的层次结构中，属于硬件级的是( D ) 。 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 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。
原则：精简指令条数、格式，让指令等长，一个周期内完成，增加通用寄存器，一般指令不可访存只能对寄存器操作，硬件实现为主，少量微程序解释，提高编译程序质量。 技术：按以上原则优化、实现指令，设置寄存器，指令采用重叠流水方式解释，采用延迟转移，提高便宜程序质量 3. 试述全相联映像与直接映像的含义及区别。
全相联映像方式是指主存中任一个字（字块）可以写入Cache 中的任何一个字（字块）中。其优点是有最大的灵活性。缺点是要确定读的信息是否在Cache 中，必须用原本读主存的地址与整个Cacha 每一个单元的标志字段比较，电路过于复杂，成本较高。
直接映像方式是指主存的一个字（字块）只能映像到Cache 的字和字块中。优点是要确定读的信息是否在Cache 中时原本读主存的地址与标志字段比较的线路简单，成本低；缺点是Cache 的使用缺乏灵活性，影响命中率。
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
0.3 0.3 0.2 0.1 0.05 0.02 0.02 0.01
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】
Huffman 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
2. RISC : 精简指令系统计算机，它是指按照通过减少指令总数和简化指令功能来降低硬件设计的复杂度，来提高指令执行速度的途径设计成CPU 的计算机
3. 并行性：是指计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或者操作。只要在实践上互相重叠，就存在并行性，他包含同时性和并发性两种含义 。
4. 实页冲突:指虚页调入时，根据地址映像方式划定的实空间范围内已没有空闲实页的状况。
5. 仿真: 用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法称为仿真 二、选择
a) 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 A. 时间并行
B. DRAM
C. 主存
D. 硬盘
D. 时间并发
b) 并行性开发的途径为时间重叠、( C )和资源共享等。
B. 资源分布
C. 资源重复
c) 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. Cache
D. 内存
d) 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 A. 操作码 三、简答
1. 试述现代计算机系统的多级层次结构。
B. 存储器 B. 指令字
C. 缓冲器 C. 数据字
D. 译码器 D. 地址码
e) 指令格式中的( A ) 字段，用来表征指令的操作特性与功能。
2. 试述阵列处理机与多处理机的区别。
多处理机属于多指令流多数据流系统，与单指令流多数据流系统的阵列处理机相比： 1) 在结构上: 它的多个处理机要用多个指令部件分别控制，通过机间互连网络实现通讯； 2) 在算法上: 不限于向量数组处理，还要挖掘和实现更多通用算法中隐含的并行性； 3) 在系统管理上: 要更多地依靠软件手段有效地解决资源分配和管理，特别是任务分配、处理机调度、进程的同步和通讯等问题。
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。 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。
主存储器
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。
全相联映象方式
主存储器
1区
1
Me-1
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】
模拟试卷3
一、名词解释
a) 系统结构：计算机系统结构也叫计算机体系结构，指的是传统机器级的
系统结构。
b) MIMD ：多指令多数据流计算机
c) 资源重复：通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系
统的性能。
d) 地址映像: 地址映像就是将每个主存块按什么规则装入Cache 中。 e) 数据流: 在计算机的存储器与CPU 之间形成的不断传递的数据序列。存
在于运算器与存储器以及输入输出设备之间。 二、选择
a) 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 A. 时间并行
B. DRAM
C. 主存
D. 硬盘
D. 时间并发
b) 并行性开发的途径为时间重叠、资源重复和( C ) 等。
B. 资源分布
C. 资源共享
c) 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
d) ( 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
e) 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 三、简答 a)
试述现代计算机系统的多级层次结构。
D. 数据字
b)
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。 c)
多处理机系统与机群系统有什么差别？
答：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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 频度 0.20 0.25 0.15 0.08 0.07 0.06 0.05 0.05 0.05 0.04 【解】
a) 定长编码 0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001 b)Huffman 编码 1．11 2．01 3．001 4．0001 5．1011 6．1010 7．1001 8．1000 9．00001 10．00000 c) 扩展编码 1．00 2．01 3．10 4．11000 5．11001 6．11010 7．11011 8．11100 9．11101 10．11110
五、计算 (共25分)
在一个5段的流水线处理机上需经9拍才能完成一个任务，其预约表为：
度方案。 【解】
延迟禁止表F=(1,5,6,8) 冲突向量C={10110001}