《计算机系统结构》练习测试题库

一、填空题

1．一种机器的系统结构上实现另一种机器的指令系统，一般可采用 方法或 方法。

2．并行性概念包含 性和 性。

3．按指令流与数据流，体系结构可分类为SISD、 、 和MIMD。 4．Huffman编码，长操作码的使用频度较 ，而短操作码的使用频度较 。 5．多体存储器属 ，而存储层次属 。

6.要实现两条指令在时间上重叠解释，首先需要付出_______，其次，要处理好指令之间可能存在的_______。 7．就目前的通用机来说，计算机系统结构的属性主要包括数据表示， ,寄存器组织, ,存储系统。

8．Amdahl定律定义了用加速比来衡量改进措施对 提高的程度。加速比

的定义为_____________。

9．一个程序在计算机上运行，花费的CPU时间为CPU的时钟周期乘以该程序所有机器指令使用CPU的时钟周期数，即CPU时间= ×_____________。 10.数据流机采用_______，执行的操作序列取决于输入数据的可用性；归约机则采用_______，执行的操作序列取决于对数据的要求，对数据的需求又来源于函数式程序设计语言对表达式的归纳。

11．软件和硬件成本由 和 组成。 12．指令由 和 组成。

13．评价地址码个数不同的4种指令的优缺点的主要标准是 和 。

14．操作码的表示方法通常有3种，即 、 和扩展编码。

15．计算任何一个程序的执行时间的公式可表示为P=I·CPI·T，其中I是 ，CPU是 ，T是一个周期的时间长度。 16．按照流水线使用的级别，可以把流水线分为 、 和处理机间级三大类。

17．在一般标量流水线处理机中，通常把一条指令的执行过程分解为“取指令”、“ ”、“ ”和“写回结果”4级流水线，每一级的执行时间为一个基本时钟周期。

18．在理想情况下，超标量超流水线处理机执行程序的速度是

和 的乘积。

19．向量指令可分为_________________和_________________。

20．目前已有的向量处理机结构主要采用____________和____________两种结构。

21．基于寄存器-寄存器的向量指令是指____________来自____________，或把操作后的结果写入向量寄存器。这类指令是向量指令集中最重要的指令。

22．基于存储器-存储器的向量指令是指____________来自____________，而且

把操作后的结果直接写入存储器。

23．所谓链接技术是指把_________________链接起来成为_________________。 24．衡量向量处理机性能的主要参数是________________和_______________。 25．存储器速度可以用_________、_________、频宽来描述。

26．三级存储系统是指 、 、磁盘存储器。

27．单体多字并行存储器的访问冲突包括取指令冲突， ，写数 据冲突， 。 28．交叉访问存储器通常有两种交叉编址方式： 和 。 29．段式存储管理是指____________，为此每道程序在系统中都有一个_____________。

30．页面调度的两种方式 和 。 31．LRU替换算法的实现方法有 和 。

32．Cache系统的加速比是命中率H和 与 比值的函数。 33．解决Cache与主存不一致性的方法有 和 。 34．互连函数通常有的表示方法有 、输入输出对应表示法、 。

35．直接网络可分为3类： 、 和超立方体网络。 36．动态多级互连网络可分为 、 和非阻塞网3种类型。 37．基准网络的开关控制方式为 ，采用 法实现单元控制。

38．消息寻径方式可以分为两大类： 和 。

39．多计算机互连网络中的通信模式有 、 和 。

40．寻径的基本原则是： 或 。

二、单项选择题

1．A：=B+C；C：=A+B对于A存在 。

A）读写相关 B）写读相关 C）写写相关 2．微指令由 直接执行。

A）程序 B）汇编 C）硬件 3．用机器语言解释实现软件移植的方法是 。 A）模拟 B）仿真 C）宿主机 4．对汇编程序员透明的是 。

A）通用寄存器 B）指令系统 C）物理地址寄存器 5．超流水线实现了 。

A）同时性 B）并行性 C）并发性

6．字长为16位，四个存储体能同时读写四个字，称为 。 A）多体多字 B）多体单字 C）单体多字 7．Cache与主存的数据传递由 完成。 A） 操作系统 B）软件 C）硬件

8．组相联映象中，组内块数为 时，成为直接映象。 A）1 B）组数 C）区数 9．功能最强的流水线是 。

A）多功能流水线 B）动态流水线 C）超流水线

10．对出入端0123456789ABCDEF实现4组4元交换后，其变换图像为 。 A)32017645BA89FECD B）23106754AB98EFDC C）32107654BA98FEDC 11．C：=A+B：A：=B+C对于C存在 。

A）读写相关 B）写读相关 C）写写相关 12．机器指令不能由 直接执行。

A）程序 B）汇编 C）硬件 13．用固件解释实现软件移植的方法是 。 A）模拟 B）仿真 C）宿主机 14．对高级语言程序员透明的是 。

A）CACHE B）数据类型 C）算法 15．超标量流水线实现了 。

A）同时性 B）并行性 C）并发性

16.字长为16位，四个存储体能同时读写八个字，称为 。 A）多体多字 B）多体单字 C）单体多字 17．外存与主存的数据传递主要由 控制完成。 A） 操作系统 B）程序员 C）硬件 18．第三代计算机的特点是采用 。

A）电子管 B）晶体管 C）小规模或中规模集成电路 19. 冯.诺依曼型计算机的思想是 。 A）存储程序 B）存储指令 C）执行指令

20. 按计算机信息加工的步骤和阶段的并行性划分，并行性等级最高的是 。

A）位串字串 B）全并行 C）位片串字并

21. 按计算机系统中执行的并行性划分，等级最低的是 。 A）指令内部并行 B）指令之间并行 C）任务或进程之间并行

22．对于向量和矩阵运算的指令，最好采用 地址指令结构。 A）一 B）二 C）三

23．程序计数器和处理机的程序状态字属于 。 A）硬件现场 B）软件现场 C）不确定 24．用来平滑运算器与主存的工作，且是主存与运算器之间的一种缓冲存储器的是 。

A）先行指令缓冲栈 B）先行读数栈 C）后行写数栈 25．流水线阻塞出现在 中。

A）非线性流水线的调度B）线性流水线的调度C）非线性或线性流水线的调度

26．转移类指令和中断引起的相关是属于 。 A）局部相关 B）全局相关 C）局部或全局相关

27．以下处理机中，性能最高的是 。 A）超标量处理机B）超标量超流水线处理机C）超流水线处理机 28．超标量处理机的兼容性 于VLIW处理机。 A）优 B）差 C）等 29．一条指令可以处理相同类型的多个或多对数据的处理方式是 。 A）标量处理 B）向量处理 C）二者均可 30．CRAY 1 中向量处理采用 。

A）横向处理方式 B）纵向处理方式； C）分组纵横处理方式 31．虚拟存储技术适用于 存储系统。 A）主存-辅存 B）Cache-主存 C）Cache-辅存 32．程序访问局部性包括__________和时间局部性两方面。 A）地点局部性 B）位置局部性 C）空间局部性 33．在虚拟存储技术中，把程序经编译生成的访存地址称为 。 A）虚地址 B）实地址 C）变换地址

34．段是 单位，由 划分，它的长度 。

A）逻辑，系统，定长 B）逻辑，用户，不定长 C）物理，用户，不定长 35．选择将来一段时间内最久不被访问的页作为被替换页的算法是 。

A）近期最少使用算法 B）最优替换算法 C）先进先出算法 36．LRU算法 堆栈型替换算法。 A）不是 B）是 C）不能确定

37．堆栈型替换算法有下述性质：随着分配给程序的主存实页数增加，堆栈型替换算法保证访问主存的命中率 。 A）不下降 B）下降 C）不能确定 38．CPU在执行写操作时，必须把数据同时写入Cache和主存的方法是 。 A）写回法 B）写直达法 C）二者均可

39． 是一种一维网络，其中N个结点用N-1条链路连成一行，内部结点度为2，端结点度为1，直径为N-1，等分宽度为1，结构不对称。 A）线性阵列 B）超立方体 C）搏动式阵列 40．不是令牌环的优点的是 。

A）点点连接 B）总线连接 C）物理参数更容易控制

41.从计算机系统执行程序的角度看，并行性等级由低到高分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）四级。 A、任务或进程之间 B、指令内部

C、作业或程序之间 D、指令之间

42.从计算机系统中处理数据的并行性看，并行性等级从低到高分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 A、位并字串 B、全并行 C、位串字串 D、位串字并

43.存储器操作并行的典型例子是（ ），处理机操作步骤并行的典型例子是（ ），处理机操作并行的典型例子是（ ），指令、任务、作业并行的典型例子是（ ）。 A、阵列处理机

B、并行存储器系统和相联处理机 C、流水线处理机 D、多处理机

44.开发并行的途径有（ ），资源重复和资源共享。

A、多计算机系统 B、多道分时

C、分布式处理系统 D、时间重叠

45、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 46、对系统程序员不透明的应当是（ ） A、CACHE 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

47、对机器语言程序员透明的是（ ） A、中断字

B、主存地址寄存器 C、通用寄存器 D、条件码

48、计算机系统结构不包括（ ） A、主存速度

B、机器工作状态 C、信息保护 D、数据表示

49、对汇编语言程序员透明的是（ ） A、I/O 方式中的DMA 访问 B、浮点数据表示 C、访问方式保护 D、程序性中断

50、属计算机系统结构考虑的是（ ） A、主存采用MOS 还是TTL

B、主存采用多体交叉还是单体 C、主存容量和编址方式 D、主存频宽的确定

51、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 B、计算机硬件的全部组成 C、编程要用到的硬件组织 D、计算机各部件的硬件实现。 52、计算机组成设计不考虑（ ） A、专用部件设置 B、功能部件的集成度 C、控制机构的组成 D、缓冲技术

53、在多用户机器上，应用程序员不能使用的指令是（ ） A、“执行”指令 B、“访管”指令 C、“启动I/O”指令D“测试与置定”指令 54、以下说法中，不正确的是（ ）。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、减少所需存储器用量

55、下列说法中不正确的是（ ）

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

56、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

57、推出系列机的新机器，不能更改的是（ ）。 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、存储芯片的集成度

58、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

59、在操作系统机器级，一般用（ ）程序（ ）作业控制语句。 A、汇编程序，翻译 B、汇编程序，解释 C、机器语言，解释 D、机器语言，翻译

60、高级语言程序经（ ）的（ ）成汇编语言程序。 A、编译程序，翻译 B、汇编程序，翻译 C、汇编程序，解释 D、编译程序，解释

61、传统机器语言机器级，是用（ ）来（ ）机器指令。 A、硬件，翻译 B、编译程序，翻译 C、微指令程序，解释

D、微指令程序，翻译

62、汇编语言程序经（ ）的（ ）成机器语言程序。 A、编译程序，翻译 B、汇编程序，翻译 C、汇编程序，解释 D、编译程序，解释

63、微指令由（ ）直接执行。 A、微指令程序 B、硬件 C、汇编程序 D、编译程序

64、系列机软件必须保证（ ），一般应做到（ ） A、向上兼容 B、向下兼容 C、向前兼容 D、向后兼容

65、在计算机系统的层次结构中，机器被定义为（ ）的集合体 A、能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构 B、硬件和微程序（固件） C、软件和固件 D、软件和硬件

66、优化性能价格比指（ ）或（ ）。 A、在尽量提高性能前提下尽量降低价格 B、在某种价格情况下尽量提高性能 C、在满足性能前提下尽量降低价格 D、在尽量降低价格情况下尽量提高性能

67、目前，M0 由（ ）实现，M1 用（ ）实现，M2 至M5 大多用（ ）实现。 A、软件，固件，硬件 B、固件，软件，硬件 C、硬件，软件，固件 D、硬件，固件，软件

68、系列机中（ ）的性能价格比通常比（ ）的要高。 A、中档机 B、低档机 C、高档机 D、A 和B 69、（ ）着眼于机器级内各事件的排序方式，（ ）着眼于对传统机器级界面的确定，（ ）着眼于机器内部各部件的功能，（ ）着眼于微程序设计。 A、计算机组成 B、计算机实现 C、计算机体系结构 D、A 和B

70、计算机系统结构也称（ ），指的是（ ）的系统结构。 A、计算机组成

B、计算机实现 C、计算机体系结构 D、A 和B

E、微程序机器级F、传统机器级G、汇编语言机器级H、操作系统机器级 71、用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法称为（ ），用机器语言解释实现软件移植的方法称为（ ）。虚拟机是指（ ），目标机是指（ ）。 A、模拟 B、仿真

C、被模拟的机器 D、被仿真的机器

72、同时性指两个或多个事件在（ ）发生，并发性指两个或多个事件在（ ）发生。

A、同一时间间隔 B、同一时刻 C、不同时刻

D、不同时间间隔

73、除了分布处理、MPP 和机群系统外，并行处理计算机按其基本结构特征可分为流水线计算机，阵列处理机，多处理机和（ ）四种不同的结构。 A、计算机网络 B、控制流计算机 C、机群系统

D、数据流计算机 74、费林分类发能反映出大多数计算机的并行工作方式或结构特点，但只能对（ ）机器分类，不能对（ ）机器分类，而且对（ ）的分类不确切。 A、数据流 B、控制流

C、阵列处理机 D、流水线处理机

75、费林按指令流和数据流的多倍性把计算机系统分类，这里的多倍性指（ ）。 A、系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令流是数据流的多少倍。 B、系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的数据流是指令流的多少倍。 C、系统瓶颈部件上处于同一执行阶段的指令或数据的最大可能个数。 D、A 和B 76、1TFLOPS 计算机能力，1TBYTE/S 的I/O 带宽和（ ）称为计算机系统的3T 性能目标。

A、1TBYTE 硬盘容量 B、1TBYTE 软盘容量 C、1TBYTE 主存容量 D、A 和B

77、向上兼容指的是（ ），向下兼容指的是（ ），向前兼容指的是（ ），向后兼容指的是（ ）。

A、某个时期投入市场的该型号机器上编制的软件能不加修改地运行于在它之前投入市场的机器上。

B、某档机器编制的软件能不加修改地运行于比它低档的机器上。

C、某个时期投入市场的该型号机器上编制的软件能不加修改地运行于在它之后投入市场的机器上。

D、某档机器编制的软件能不加修改地运行于比它高档的机器上。 78、计算机系统的层次结构按照由高到低的顺序分别为（ ）。

A、高级语言机器级，汇编语言机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级 B、高级语言机器级，应用语言机器级，汇编语言机器级，微程序机器级

C、应用语言机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级 D、应用语言机器级，操作系统机器级，微程序机器级，传统机器语言机器级

三、判断

1．重叠寄存器窗口技术是RISC最关键的技术。（ ） 2．单功能流水线只能完成一种固定功能。（ ） 3．指令间的读写相关是全局相关。（ ）

4．硬件上设置多条相同的流水线，可实现超标量流水线。（ ） 5．最近最少使用法是STACK型替换算法。（ ）

6．在一种机器的系统结构上实现另一种机器的指令系统，采用模拟方法比采用 仿真方法更快捷。（ ）

7．在一段时间内相继发射多个任务，体现了并发性概念。（ ） 8．延迟转移技术是RISC关键技术之一。（ ） 9．超标量功能流水线能完成执行多种指令的功能。（ ） 10．条件转移是局部相关。（ ） 11．OPT是STACK型替换算法。（ ） 12．时间是衡量计算机性能的主要标准。（ ）

13．流水线的吞吐率是流水线单位时间输出结果的数量。（ ） 14．流水线的效率是流水线的设备利用率。（ ）

15．快表和主存也构成一个两级层次，一般快表的替换算法为PFF。（ ） 16．能做为评价其它置换算法标准的置换算法是RAND。（ ）

17．合并网络提供了一组新的指令，其中一条称为Fetch-and—Add指令，叫做取与加指令。（ ）

18．多处理机实现信息交换和同步最简单的方法是存储器共享。（ ）

19. 监听协议用来保持Cache一致性的两种策略分别是写无效(Write-Invalidate)策略和写更新(Write-Update)策略。（ ）

20．S2MP主要解决的问题是当前小规模共享存储多处理器系统在可扩展性上的瓶颈问题。（ ） 21．程序并行处理的效率定义为：。（ ）

22．异构机群的负载均衡任务优化调度问题可以描述为：寻找一个映射关系，将任务图TG映射到机群图PC，使作业时间最短。（ ） 23．指令存储器的作用是存放并执行指令。（ ）

24. 多处理机中，两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则不能并行，但任何情况下可以交换串行。 （ ）

25. 设某机有 32 个处理器，其编号为0，1，A 31，用Shuffle（Shuffle）互联函数时，第 11 号处理器与第26号处理器相联。 （ ）

26. 中断响应就是允许其中断CPU现行程序的运行，转去对该请求进行预处理，如保存好运算的数据结果，调出中断服务程序，准备运行。 （ ） 27. 由于 Cache 存储器的地址变换和块替换算法是全硬件实现的，则 Cache 存储器对系统程序员是不透明的， Cache 对处理机和主存间的信息交换是透明的。 （ ）

28. 分布系统以分布为特征，用真实处理机替代虚拟处理机，其并行性是属于并发性。 （ ）

29.对操作码进行优化编码时，在了解每种指令在程序中出现的概率后，使用Huffman算法构造Huffman树，这样获得的Huffman编码是唯一的。( )

30.多处理机中，两个程序段之间若同时有先写后读和先读后写2种相关，以交换数据为目的时，则必须并行执行，读写要完全同步，允许顺序串行和交换串行。( )

31.计算机仿真适合在两种结构差距大的机器间运用。( )

32.主存空间数相关是相间隔的两条指令之间出现对主存同一单元要求先写而后读的关联。( )

33.由于Cache存贮器的地址变换和块替换算法是用软件实现的，因此Cache存贮器对应用程序员是透明的，而且Cache对处理机和主存间的信息交往也是透明的。( )

34.标志符与每个数据相连，合存于相邻存储单元，用于描述单个数据的类型特征。（ ）

35.总线仲裁算法有：静态优先级算法、固定时间片算法、动态优先级算法和先来先去服务算法。（ ）

36.计算机仿真用微程序解释，计算机模拟用机器语言解释。（ ） 37.按弗林(Michael J.Flynn)的观点，计算机系统可分为单指令流单数据流、单指令流多数据流、多指令流单数据流和多指令流多数据流四大类。（ ） 38.要实现两条指令在时间上重叠解释，首先需要付出空间代价，其次，要处理好指令之间可能存在的关联。（ ）

39.与重叠机器一样，流水机器在遇到转移指令，尤其是条件转移指令时，效率也会显著下降。（ ）

40.超长指令字(VLIW)结构是将水平型微码和超标量处理两者相结合。（ ）

四、名词解释

1、计算机系统结构； 2、软件兼容； 3、模拟、仿真； 4、Amdahl定律； 5、CPI；

6、向量化编译器或量化器； 7、收集和散播指令； 8、分段开采；

9、向量链接技术； 10、互连网络； 11、Cache一致性； 12、机群系统

13、存储器-存储器工作方式； 14、寄存器-寄存器工作方式； 15、周期窃取方式； 16、直接存取方式； 17、数据块传送方式； 18、计算机实现 19、资源共享

20、二次重叠执行方式 五、简答题

1、计算机系统结构用软件实现和硬件实现各自的优缺点? 2、就目前通用机来说，计算机系统结构的属性主要包括哪些? 3、试述由上往下、由下往上设计思路和存在的问题?

4、采用统一高级语言方法、适用场合、存在问题和应采取的策略。 5、采用系列机方法、适用场合、好处、存在问题和应采取的策略

6、除了分布处理MPP和机群系统外，并行处理计算机按其基本结构特征可分为哪几种不同结构?例举它们要解决的问题。 7、多计算机系统和多处理机系统的区别

8、以实例说明计算机系统结构、组成、实现的相互关系与影响。 9、器件的发展对逻辑设计方法的影响 10、软件移植的途径，各受什么限制?

11、并行处理数据的四个等级，给出简单解释，各举一例 12、设计乘法指令时，结构、组成、实现各考虑什么?

13、常用的直接存储器访问方式(DMA)有哪几种？它们的工作原理和主要优缺点各是什么？

14向量流水机的工作方式可分为哪两大类？它们的主要特点是什么？ 15、SIMD计算机的分布式存储器与共享存储器的异同

16、简述SIMD计算机的分布式存储器结构与共享存储器结构异同。 17、何谓大规模并行处理机？它的主要特点是什么？

18、多处理机有哪些基本特点?发展这种系统的主要目的有哪些？多处理机着重解决哪些技术问题？

19、何谓SMP？它的主要特点是什么？

20、何谓机群系统？它的主要特点是什么？

21、软件和硬件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？ 22、为什么将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构？ 23、说明翻译和解释的区别和联系.

24、就目前的通用机来说计算机系统结构的属性主要包括那些？ 25、试以实例简要说明计算机系统结构,计算机组成,与计算机实现的相互关系与影响.

26、简述计算机系统结构用软件实现和用硬件实现各自优缺点

27、试述由上往下设计思路,由下往上设计思路和他们所存在的问题 28、试述由中间开始的设计思路及其优点 29、问什么要进行软件移植？

30、简述采用统一高级语言方法,适用场合,存在问题和应采取的策略. 31、简述采用系列机方法,适用场合,好处,存在问题和应采取的策略. 32、简述采用模拟与仿真方法,适用场合,好处,存在问题和应采取的策略. 33、模拟与仿真区别是什么？

34、器件的发展如何改变逻辑设计的传统方法？

35、为什么说器件的发展是推动结构和组成前进的关键因素？ 36、除了分布处理,MPP 和机群系统以外,并行处理计算机按其基本结构特征可分 37、简单说明多计算机系统和多处理机系统的区别。 38、简述几种耦合度的特征

39、软件移植的途径，各受什么限制？

40、并行处理数据的四个等级，给出简单解释，各举一例 41、设计乘法指令时，结构、组成、实现各考虑什么？

六、综合应用题

1．经统计，某机14条指令的使用频度分别为：0.11, 0.01, 0.15, 0.12, 0.03, 0.02, 0.04, 0.02, 0.04, 0.01, 0.13, 0.15, 0.14, 0.03。分别求出用等长码和Huffmam码的平均码长（要求作图，并写出操作码）。

2．根据下列预约表完成流水线的调度。 拍 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 √ √ 段 2 √ √ 3 √ √ √ 号 4 √ √ 5 √ √ 3．对4*4的二维数组，要求同时无冲突访问列、行和正反对角线各元素，试设计存储器，并作图。 4．要求按下列节点配对通信：(B,1), (8,2), (7,D), (6,C), (E,4), (A,0), (9,3), (5,F)。试选择所用互连网类型、控制方式，并画出拓扑结构和各交换开关状态图。

5．经统计，某机13条指令的使用频度分别为：0.11, 0.02, 0.15, 0.12, 0.03, 0.02, 0.04, 0.02, 0.04, 0.13, 0.15, 0.14, 0.03。分别求出用等长码和Huffmam码的平均码长（要求作图，并写出操作码）。

6．虚页地址流为1，2，1，0，4，1，3，4，2，1，4，1： （1） 作图求n=1，2，3，4，5，6时的命中率。 （2） n为几时性价比最高？

7、假设某模型机共有7条指令，7条指令I1—I7使用的频度分别为：0.35,0.25,0.20,0.10,0.04,0.03,0.03。

(1)利用Huffman算法，构造Huffman树，并给出Huffman编码和平均码长。 （2)给出Huffman扩展码编码。

8、多级混洗交换网络是如何组成的？它与间接二进制n立方体网络有何差异?并画出N=8时的多级混洗交换网络图。

答案

《计算机系统结构》练习测试题库参考答案

一、填空题

1．仿真，模拟 2．并发、同时 3．SIMD，MISD 4．低，高、 5．系统、体系

6.空间代价 关联 7. 寻址方式 指令系统 8．系统性能，

9. CPU时钟周期数，时钟周期 10.数据驱动 需求驱动

11．一次性开发成本 每个部件的生产成本 12．操作码 地址码

13．定长操作码、Huffman编码

14．程序的存储量 程序的执行速度

15．程序的指令条数 每条指令执行的平均周期数 16．功能部件级 处理机级 17．译码 执行

18．超标量处理机 超流水线处理机执行程序速度

19．基于寄存器-寄存器的向量指令 基于存储器-存储器的向量指令

20．存储器—存储器结构 寄存器—寄存器结构 21．参加运算操作的向量 向量寄存器 22．参加运算操作的向量 存储器

23．两条功能部件流水线 一条功能较强的流水线

24．向量指令的处理时间 向量长度为无穷量处理机的最大性能 25．访问时间 存储周期

26．高速缓冲存储器 主存储器 27．读操作数冲突 读写冲突

28．地址码的高位交叉编址 地址码的低位交叉编址 29．主存按段分配的存储管理方式 段表 30．分页式 请求页式 31．计数器法 比较对法 32．主存周期 Cache周期 33．写直达法 写回法

34．函数表示法 图形表示法

35．网格网络 环形网络

36．阻塞网 可重排非阻塞网 37．单元控制方式 终端标记 38．线路交换 包交换

39．单播模式 选播模式 广播模式 40．不应出现死锁 循环等待

二、单项选择题

1、B 2、C 3、A 4、C 5、A 6、B 7、C 8、A 9、B 0、C 11、B 12、C 13、B 14、A 15、A 16、A 17、A 18、C 19、A 20、B 21、A 22、C 23、B 24、B 25、A 26、B 27、A 28、A 29、B 30、C 31、A 32、C 33、A 34、B 35、B 36、B 37、A 38、B 39、A 40、B 41、BDAC

42、CADB 43、BCAD 44、D 45、B 46、D 47、B 48、A 49、A 50、C 51、C 52、B 53、C 54、B 55、D 56、D 57、A 58、B 59、C 60、A 61、C 62、B 63、B 64、DA 65、A 66、BC 67、D 68、A，BC 69、ACAB 70、CF 71、BACD 72、BA 73、D 74、BAD 75、C 76、C 77、DBAC 78、A

三、判断

1、错 2、对 3、错 4、对 5、对 6、错 7、对 8、对 9、对 10、错 11、对 12、对 13、对 14、对 15、对 16、对 17、对 18、对 19、对 20、对 21、对 22、对 23、错 24、错 25、错 26、错 27、错 28、错 29、错 30、错 31、错 32、错 33、错 34、错 35、对 36、对 37、对 38、对 39、对 40、对

四、名词解释

1、计算机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，这里的程序设计者所看到的计算机属性是指为机器语言或

编译程序设计者所看到的计算机属性，是硬件子系统的概念性结构及其功能特性，它是计算机系统的软、硬件的界面。

2、软件兼容：在新的计算机系统出台后，原先已开发的软件仍能继续在升档换代的新型号机器上使用，这就是软件兼容。

3、系列机方法能够在具有相同系统结构的各种机器之间实现软件移植，为了实现软件在不同系统结构的机器之间的相互移植，可以采用模拟和仿真。模拟方法是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。仿真是指用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法。

4、Amdahl定律：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。

Fe=（改进前可改进部分占用的时间）/（改进前整个任务的执行时间） Se=（改进前可改进部分的执行时间）/（改进后改进部分的执行时间） 则，改进后整个系统加速比为sn1。

(1Fe)Fe/Se5、每条指令平均时钟周期数CPI=CPU时钟周期数/IC（指令的条数）

Ii=(CPIi*) 其中Ii=指令i在程序中执行的次数

ICi1n6、将标量运算进行向量化或者将向量运算进行适当的修改使之能够进入向量处

理进行向量处理的编译器就叫做向量化编译器

7、收集指令可以把非连续存储单元的内容传送到向量寄存器组中若干个连续的寄存器；散播指令与此相反。它们用于稀疏矩阵的存储与运算，可以节省空间。 8、当向量的长度大于向量寄存器的长度时，必须把长向量分成长度固定的段。处理长向量的程序结构称为向量循环，这种技术也叫分段开采。

9、向量链接是从一个流水线部件得到的结果直接送入另一个功能流水线的操作数寄存器时所发生的连接过程。换句话说，中间结果不必送回存储器，而在向量操作完成以前就使用。 10、互连网络：由开关元件按一定拓扑结构和控制方式构成的网络以实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件间的相互连接

11、Cache一致性：并行处理机系统中私有Cache会引起Cache内容相互之间以及与共享存储器之间互不相同的问题。

12、机群系统是利用高速通用网络将一组高性能工作站或高档PC机，按某种结构连接起来，并再并行程序设计以及可视化人机交互集成开发环境支持下，统一调度，协调处理，实现高效并行处理的系统。

13、存储器-存储器工作方式：利用几个独立的存储器模块来支持对相互独立的数据的并发访问，从而达到所要求的存储器带宽；

14、寄存器-寄存器工作方式：构造一个具有所要求带宽的告诉中间存储器，并能实现该高速中间存储器与主存储器之间的快速数据交换。

15、周期窃取方式：主存不与外设直接连接，只与CPU连接，借用一个CPU始终周期完成数据的输入或输出。优点是硬件结构简单，比较容易实现。缺点是需要

占用CPU时间。

16、直接存取方式：DMA控制器的数据传输申请直接发送给存储器，整个DMA工作流程全部在DMA控制器中用硬件完成。优缺点正好与周期窃取方式相反。 17、数据块传送方式：在设备控制器中设置一个比较大的数据缓冲区，与设备介质之间的数据交换在这个缓冲区中完成，采用中断方式。

18．是计算机组成的物理实现，包括处理机、主机等部件的物理结构，器件的集成度和速度，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。

19. 是利用软件的方法让多个用户按一定时间顺序轮流地使用一套资源，以提高系统资源利用率，也可以相应提高整个系统的性能。

20．为了提高指令的执行速度，可以把3条指令按时间重叠方式并行执行，即把第k条指令的\"执行\"阶段、第k+l条指令的\"分析\"阶段和第k+2条指令的\"取指\"阶段分别占用\"取指\"、\"分析\"和\"执行\"部件在同一时间完成。这就是所谓\"二次重叠\"执行方式。

五、简答题

1、硬件优点：速度快，节省存储时间;缺点：成本高，利用率低，降低灵活性、适用性。

软件优点：成本低，提高灵活性、适用性;缺点：速度慢，增加存储时间、软件设计费。

2、数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、管态目态定义与转换、IO结构、保护方式和机构。

3、由上往下：先考虑应用要求，再逐级往下考虑怎样实现。适用于专业机 由下往上：根据已有器件，逐级往上。六七十年代通用机设计思路。 以上方法存在的问题是软、硬件脱节。

4、定义：是指为所有程序员使用的完全通用的高级语言。 适用场合：软件移植方便。 存在问题：目前语言的语法、语义结构不同;人们的看法不同;同一语言在不同机器上不通用;程序员的习惯

应采取的策略：可一定范围内统一汇编语言，结构相同机器间搞系列机。 5、定义：根据软硬件界面的系列结构，设计软件和不同档次的系列机器。 适用场合：同一系列内软件兼容

好处：呼应“中间开始”设计思路;缓解软件要求稳定环境和硬件发展迅速的矛盾。

存在问题：软件兼容有时会阻碍系统结构的变革。

策略：坚持这一方法，但到一定时候要发展新系列，还可采用模拟仿真。 6、流水线处理机：多个部件时间上并行执行。拥塞控制，冲突防止，流水线调度。

阵列处理机：空间上并行。处理单元灵活，规律的互连模式和互连网络设计，数据在存储器中的分布算法。 多处理机：时间和空间上的异步并行。多CPU间互连，进程间的同步和通讯，多CPU间调度。

数据流计算机：数据以数据令牌在指令间传递。硬件组织和结构，高效数据流语言。

7、都属于多机系统，区别：

多处理机是多台处理机组成的单机系统，多计算机是多*立的计算机。 多处理机中各处理机逻辑上受统一的OS控制，多计算机的OS逻辑上独立。 多处理机间以单一数据、向量、数组、文件交互作用，多计算机经通道或通信线路以数据流形式进行。

多处理机作业、任务、指令、数据各级并行，多计算机多个作业并行。 8、结构相同，可用不同的组成。如系列机中不同型号的机器结构相同，但高档机往往采用重叠流水等技术。

组成相同，实现可不同。如主存可用双极型，也可用MOS型等。 结构不同组成不同，组成的进步会促进结构的进步，如微程序控制。 结构的设计应结合应用和可能采用的组成。组成上面决定于结构，下面受限于实现。

组成与实现的权衡取决于性价比等;结构、组成、实现的内容不同时期会不同。

9、一是由逻辑化简转为采用组成技术规模生产，规模集成，并尽量采用通用器件

二是由全硬设计转为微汇编、微高级语言、CAD等软硬结合和自动设计 10、统一高级语言：只能相对统一

系列机：只能在结构相同或相近的机器间移植 模拟：机器语言差别大时，速度慢

仿真：灵活性和效率差，机器差异大时仿真困难。 11、位串字串：无并行性，如位串行计算机。

位并字串：一个字的所有位并行，如简单并行的单处理机。 位片串字并：多个字的同一位并行，如相连处理机。 全并行：同时处理多个字的多个位，如全并行阵列机。 12、结构：是否设计乘法

组成：是否配置高速乘法器

实现：考虑器件集成度类型数量及微组装技术。

13、周期窃取方式：主存不与外设直接连接，只与CPU连接，借用一个CPU始终周期完成数据的输入或输出。优点是硬件结构简单，比较容易实现。缺点是需要占用CPU时间。

直接存取方式：DMA控制器的数据传输申请直接发送给存储器，整个DMA工作流程全部在DMA控制器中用硬件完成。优缺点正好与周期窃取方式相反。 数据块传送方式：在设备控制器中设置一个比较大的数据缓冲区，与设备介质之间的数据交换在这个缓冲区中完成，采用中断方式。

14、向量机的系统结构按向量操作对象及结果主要存放在寄存器中还是存放在存储器中，可分为：存储器-存储器工作方式：利用几个独立的存储器模块来支持对相互独立的数据的并发访问，从而达到所要求的存储器带宽；

寄存器-寄存器工作方式：构造一个具有所要求带宽的告诉中间存储器，并能实现该高速中间存储器与主存储器之间的快速数据交换。

15、SIMD计算机和向量计算机的相同点是两种计算机都能对大量数据进行向量处理，特别适用于高速数值计算。

不同点是SIMD计算机获得高处理速度主要原因是采用资源重复的并行措施，多个处理单元并行工作，向量计算机依靠的是多功能流水线部件时间重叠提高速

度；另一区别是SIMD计算机有它的互联网络。

16、SIMD计算机的分布式存储器与共享存储器的相同点都存在互联网络。不同点式在共享内存方案中，共享的多体并行存储器通过对准网络与各处理单元相连。在分布内存方案中，每个处理单元有自己的本地存储器，处理单元有自己的本地存储器，处理单元之间的数据通过数据寻径网络完成。

17、大规模并行处理机的定义随着时间的推移不断变化。按照当前的标准，具有几百或几千台处理机的任何机器都是大规模并行处理系统。其主要特点是进行大规模并行处理，使用超大规模集成电路技术、高密度组装和光技术、采用可扩展技术、共享虚拟存储技术、多线程技术的系统机构。 18、（1）结构灵活 （2）程序并行性 （3）并行任务派生 （4）进程同步

（5）资源分配和进程调度

目的：利用多台处理机并行的执行一个作业，使得执行速度加快。有时候其主要目的不是高性能而是高可靠性。

主要技术问题包括连接模式、频带和路径选择等。

19、SMP称为共享存储型多处理机，也成为对称型多处理机。SMP的物理存储器为所有处理单元所共享，具有统一的寻址空间，程序员不必参与数据分布和传输。 20、机群系统是利用高速通用网络将一组高性能工作站或高档PC机，按某种结构连接起来，并再并行程序设计以及可视化人机交互集成开发环境支持下，统一调度，协调处理，实现高效并行处理的系统。 （1）系统开发周期短 （2）用户投资风险小 （3）系统价格低 （4）节约系统资源 （5）系统扩展性好 （6）用户编程方便

21、软件和硬件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？ 逻辑上等效，性能、价格、实现难易程度上不一样。

22、为什么将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构？

可以调整软、硬件比例；可以用真正的实处理机代替虚拟机器；可以在1 台宿主机上仿真另一台。

23、说明翻译和解释的区别和联系. 区别：翻译是整个程序转换，解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句。

联系：都是高级机器程序在低级机器上执行的必须步骤。

24、就目前的通用机来说计算机系统结构的属性主要包括那些？

数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、管态目态定义与转换、

IO 结构、保护方式和机构。 25、试以实例简要说明计算机系统结构,计算机组成,与计算机实现的相互关系与影响.

结构相同，可用不同的组成。如系列机中不同型号的机器结构相同，但高档机往

往采用重叠流水等技术。

组成相同，实现可不同。如主存可用双极型，也可用MOS 型等。 结构不同组成不同，组成的进步会促进结构的进步，如微程序控制。 结构的设计应结合应用和可能采用的组成。组成上面决定于结构，下面受限于实现。

组成与实现的权衡取决于性价比等；结构、组成、实现的内容不同时期会不同。 26、简述计算机系统结构用软件实现和用硬件实现各自优缺点

硬件优点：速度快，节省存储时间；缺点：成本高，利用率低，降低灵活性、适用性。

软件优点：成本低，提高灵活性、适用性；缺点：速度慢，增加存储时间、软件设计费。

27、试述由上往下设计思路,由下往上设计思路和他们所存在的问题 由上往下：先考虑应用要求，再逐级往下考虑怎样实现。适用于专业机 由下往上：根据已有器件，逐级往上。六七十年代通用机设计思路。 以上方法存在的问题是软、硬件脱节。 28、试述由中间开始的设计思路及其优点

既考虑应用也考虑现有器件，由软硬件分界面向两端设计。 优点：并行设计，缩短周期。 29、问什么要进行软件移植？

软件的相对成本越来越高，应重新分配软、硬件功能。但：

成熟软件不能放弃；已有软件修改困难；重新设计软件经济上不划算。 30、简述采用统一高级语言方法,适用场合,存在问题和应采取的策略. 定义：是指为所有程序员使用的完全通用的高级语言。 适用场合：软件移植方便。

存在问题：目前语言的语法、语义结构不同；人们的看法不同；同一语言在不同机器上不通用；程序员的习惯

应采取的策略：可一定范围内统一汇编语言，结构相同机器间搞系列机。 31、简述采用系列机方法,适用场合,好处,存在问题和应采取的策略. 定义：根据软硬件界面的系列结构，设计软件和不同档次的系列机器。 适用场合：同一系列内软件兼容

好处：呼应“中间开始”设计思路；缓解软件要求稳定环境和硬件发展迅速的矛盾。

存在问题：软件兼容有时会阻碍系统结构的变革。

策略：坚持这一方法，但到一定时候要发展新系列，还可采用模拟仿真。 32、简述采用模拟与仿真方法,适用场合,好处,存在问题和应采取的策略. 模拟

定义：用机器语言解释另一指令系统

适用场合:运行时间短，使用次数少，时间上无限制。 好处：可在不同系统间移植。

存在问题：结构差异大时，运行速度下降，实时性差。 策略：与仿真结合仿真

定义：用微程序解释令一指令系统 适用场合：结构差别不大的系统 好处：运行速度快

存在问题：结构差别大时，很难仿真。 策略：与模拟结合，发展异种机连网。 33、模拟与仿真区别是什么？

模拟：机器语言解释，在主存中；仿真：微程序解释，在控制存储器中。 34、器件的发展如何改变逻辑设计的传统方法？

一是由逻辑化简转为采用组成技术规模生产，规模集成，并尽量采用通用器件 二是由全硬设计转为微汇编、微高级语言、CAD 等软硬结合和自动设计。 35、为什么说器件的发展是推动结构和组成前进的关键因素？

器件集成度提高，促使机器主频、速度提高；可靠性提高，促使采用流水技术； 高速、廉价的半导体促使CACHE 和虚拟内存的实现；现场型PMOS 促使微程序技 术的应用；性价比提高使新的组成下移到中小型机上 36、除了分布处理,MPP 和机群系统以外,并行处理计算机按其基本结构特征可分为那几种不同的结构？例举他们要解决的主要问题

流水线处理机：多个部件时间上并行执行。拥塞控制，冲突防止，流水线调度。 阵列处理机：空间上并行。处理单元灵活，规律的互连模式和互连网络设计，数据在存储器中的分布算法。

多处理机：时间和空间上的异步并行。多CPU 间互连，进程间的同步和通讯，多CPU 间调度。

数据流计算机：数据以数据令牌在指令间传递。硬件组织和结构，高效数据流语言。

37、简单说明多计算机系统和多处理机系统的区别 都属于多机系统，区别：

多处理机是多台处理机组成的单机系统，多计算机是多台独立的计算机。 多处理机中各处理机逻辑上受统一的OS 控制，多计算机的OS 逻辑上独立。 多处理机间以单一数据、向量、数组、文件交互作用，多计算机经通道或通信线路以数据流形式进行。

多处理机作业、任务、指令、数据各级并行，多计算机多个作业并行。 38、简述几种耦合度的特征

最低：无物理连接，如脱机系统。 松散：通信线路互连，适于分布处理

紧密：总线或数据开关互联，实现数据、任务、作业级并行。 39、软件移植的途径，各受什么限制？ 统一高级语言：只能相对统一

系列机：只能在结构相同或相近的机器间移植 模拟：机器语言差别大时，速度慢

仿真：灵活性和效率差，机器差异大时仿真困难。

40、并行处理数据的四个等级，给出简单解释，各举一例 位串字串：无并行性，如位串行计算机。

位并字串：一个字的所有位并行，如简单并行的单处理机。 位片串字并：多个字的同一位并行，如相连处理机。 全并行：同时处理多个字的多个位，如全并行阵列机。 41、设计乘法指令时，结构、组成、实现各考虑什么？ 结构：是否设计乘法

组成：是否配置高速乘法器

实现：考虑器件集成度类型数量及微组装技术。 六、

1． 4 3.38 2．（1，1，6）

3． 4．高级STARAN网，级控1010。 5． 4 3.35

6. 0, 1/4,5/12,1/2,7/12 7、

表 操作码的Huffman码及扩展操作码的编码 指令 频度（Pi） 操作码使用 OP长度利用OP长度（Li） Huffman编（Li） Huffman概码 念的扩展操作码 I1 0．35 0 1 0 0 2 I2 0．25 1 0 2 0 1 2 I3 0.20 1 1 0 3 1 0 2 I4 0.10 1 1 1 0 0 5 1 1 0 0 4 I5 0.04 1 1 1 0 1 5 1 1 0 1 4 I6 0.03 1 1 1 1 0 5 1 1 1 0 4 I7 0.03 1 1 1 1 1 5 1 1 1 1 4 8、多级混洗交换网络由n级相同的网络组成，每一级都包含一个全混拓扑和随后一列2n-1个四功能交换单元，采用单元控制方式。多级混洗交换网络与间接二

进制n方体网络只有两点差别：前者数据流向的级号顺序n-1,n-2,„，1，0，用四功能交换单元，后者数据流向相反，其级号顺序0，1,„,n-1,用二功能交换单元。