大学试题(计算机科学)-计算机体系结构笔试（2018-2023年）真题摘选含答案

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。大学试题(计算机科学)-计算机体系结构笔试（2018-2023年）真题摘选含答案（图片大小可自由调整）卷I一.参考题库(共30题)1.指令之间的名相关有（）和（）两种。2.指令中表示寻址方式的主要方法有哪些？3.假定十进制数用8421NBCD码表示，十进制运算673–356可以采用673加上（–356）的模10补码实现。画出实现上述操作的3位十进制数的BCD码减法运算线路，列出线路中所有的输入变量和输出变量。4.简述cache的两种写调块策略。5.从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为哪几级？6.用户CPU时间由哪三个因素决定？7.在DLX中，所有的ALU指令都是（）型指令。可以对DLX的所有通用寄存器和浮点寄存器进行LOAD和STORE操作，但是对（）的LOAD操作没有任何效果。8.有时流水线设计者允许结构相关存在的两个主要原因，一是为了减少（），二是为了减少（）。9.在多处理机互连网中总线仲裁方法有哪些？优缺点如何？10.虚拟存储器中，为帮助操作系统保护进程不被其他进程破坏，简要说明计算机硬件要完成哪三项工作？11.超流水线计算机12.多处理机的存储器体系结构分为（）和（）存储器体系结构两种。13.在IEEE754浮点数运算中，当结果的尾数出现什么形式时需要进行左规，什么形式时需要进行右规？如何进行左规，如何进行右规？14.简述减小Cache失效开销的几种方法。15.以下程序段是某个过程对应的MIPS指令序列，其功能为复制一个存储块数据到另一个存储块中，存储块中每个数据的类型为float，源数据块和目的数据块的首地址分别存放在$a0和$a1中，复制的数据个数存放在$v0中，作为返回参数返回给调用过程。在复制过程中遇到0则停止，最后一个0也需要复制，但不被计数。已知程序段中有多个Bug，请找出它们并修改。 16.互连网络中网络规模的概念是（）。A、与结点相连接的边数B、网络中结点的个数C、两结点之间相连的最少边数D、两结点间线的长度17.写更新协议和写作废协议在性能上有哪些差别？18.半导体SRAM靠（）存储信息，半导体DRAM靠（）存储信息。19.如何采用先进的计算机体系结构和生产技术，制造出具有（）的计算机系统，是所有通用计算机设计的共同目标。20.（）能够评价cache系统对整个CPU性能的影响。21.从主存的角度来看，“Cache—主存”层次的目的是为了（），而“主存—辅存”层次的目的是为了（）。22.在控制指令中使用PC相对寻址方式有什么优点？23.m段流水线每段时间均为△t，则执行n个任务的实际加速比=（）24.互连网络中频宽的单位采用（）。A、Mbit/SB、MbitC、Mbyte/SD、Mbyte25.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26.指令和数据均以二进制代码形式放在主存中，请问CPU如何区别它们是指令还是数据？27.指令内部的并行属于（）粒度并行。28.在指令集结构的功能设计中，所有的指令集一般都会对（）、（）和控制类型的操作提供指令。29.映象规则有3种，即（）映象，（）映象和全相联映象。30.指令字长度有（）、（）、（）三种形式。卷I参考答案一.参考题库1.参考答案:反相关；输出相关2.参考答案: 表示寻址方式有两种常用的方法： （1）将寻址方式编于操作码中，操作码在描述指令功能的同时也描述了相应的寻址方式。这种方式译码快，但操作码和寻址方式的结合不仅增加了指令的条数，导致了指令的多样性，而且增加了CPU对指令译码的难度。 （2）为每个操作数设置一个地址描述符，由该地址描述符表示相应操作数的寻址方式。这种方式译码较慢，但操作码和寻址独立，易于指令扩展。3.参考答案: 4.参考答案: 按写分配（写时取）：写失效时，先把所写单元所在的块调入Cache，再行写入。不按写分配（绕写法）：写失效时，直接写入下一级存储器而不调块。5.参考答案: 从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为： （1）字串位串：同时只对一个字的一位进行处理。 （2）字串位并：同时对一个字的全部位进行处理。 （3）字并位串：同时对许多字的同一位（称位片）进行处理。 （4）全并行：同时对许多字的全部或部分位进行处理。6.参考答案: 用户CPU时间=CPI×IC/时钟频率 其中：CPI：指令时钟数 IC://程序执行过程中所处理的指令数7.参考答案:寄存器-寄存器；通用寄存器R08.参考答案:硬件开销；功能单元的延迟9.参考答案:（1）静态优先级算法：为每个连到总线上的处理机（或计算机模块）分配一个唯一的固定优先级。当多个处理机同时请求使用系统总线时，仲裁器使优先级最高的申请者使用总线。通常用串行连接方式确定优先级，因而越靠近仲裁器的处理机，它的优先级就越高。这种算法的优点是算法简单，易实现。缺点是优先级低的处理机将很少有机会使用总线。（2）平等算法通常以轮转方式将总线按固定大小的时间片依次供各处理机使用。常用于同步总线。该算法的优点是算法较简单且能保证各处理机有均等机会使用总线，缺点是平均等待时间较长。此外，若所轮到的处理机不用总线时，将造成总线带宽的浪费。（3）动态优先级算法这是一种根据总线使用情况和相应规则，能动态地改变连接到总线上的多处理机的优先级。例如近期最少使用的LRU算法，它将最高的优先级分配给在最长时间间隔内未使用总线的处理机。循环菊花链（RDC-Rotatingdaisychain）算法，则根据离最后依次使用总线的处理机所处位置的远近分配优先级。它将总线准用线按某一方向接成闭环，刚使用总线的处理机的优先级最低，而离它越近的处理机的优先级越高。该算法的优点是兼顾了前两种算法的优点，即有较短的平均等待时间，并可使系统中的各处理机有均等机会使用总线.缺点是控制逻辑较为复杂。（4）先来先服务算法它不是按优先级选择主控器，因而具有最好的均等性，该算法是性能最好的仲裁算法，但实现困难。该算法的作用只提供一种标准以衡量其他算法好坏。10.参考答案: 主要完成如下三项工作： 提供至少两种模式，用于区分正在运行的进程是用户进程还是操作系统进程。有时称后者为内核（kernel）进程、超级用户（supervisor）进程或管理（executivE.进程。 使CPU状态的一部分成为用户进程可读但不可写的。这包括基地址/上界地址寄存器、用户/管理模式位和异常许可/禁止位。用户进程无权修改这些状态，因为如果用户进程能改变地址范围检查、赋给自己管理特权或禁止异常出现，操作系统就无法控制它们了。 提供一种机制，使得CPU能从用户模式进入管理模式和从管理模式进入用户模式。 前一种模式变换一般是通过系统调用（systemcall）来完成。系统调用由一条特殊指令实现，该指令将控制权传送到管理程序空间中一个特定位置。系统调用点处的PC值会被保存起来，CPU状态将被置为管理模式。调用结束后返回用户模式很像从子程序返回，它将恢复原先的用户/管理模式。11.参考答案: 超级流水线结构是把每一个流水线（一个周期）分成多个（例如3个）子流水线，而在每一个子流水线中取出的仍只有一条指令，但总的来看，在一个周期内取出了三条指令。即在一个时钟周期内能够分时发射多条指令的处理机。12.参考答案:集中式共享或对称式共享；分布式13.参考答案: 14.参考答案: （1）让读失效优先于写。 （2）子块放置技术。 （3）请求字处理技术。 （4）非阻塞Cache技术。 （5）采用两级Cache。15.参考答案: 16.参考答案:B17.参考答案: （1）对同一数据的多个写而中间无读操作的情况，写更新协议需进行多次写广播操作，而在写作废协议下只需一次作废操作。 （2）对同一块中多个字进行写，写更新协议对每个字的写均要进行一次广播，而在写作废协议下仅在对本块第一次写时进行作废操作即可。写作废是针对Cache块进行操作，而写更新则是针对字（或字节）进行操作。 （3）从一个处理器写到另一个处理器读之间的延迟通常在写更新模式中较低，因为它写数据时马上更新了相应的其它Cache中的内容（假设读的处理器Cache中有此数据）。而在写作废协议中，需要读一个新的拷贝。18.参考答案:触发器；电容19.参考答案:高性价比20.参考答案:CPU时间21.参考答案:提高速度；扩大容量22.参考答案: （1）有效地缩短指令中表示目标地址的字段的长度； （2）使得代码在执行时与它被载入的位置无关。23.参考答案:m/（1+（m-1）/n）24.参考答案:A25.参考答案:B26.参考答案: 从时间上讲，取指令事件发生在“取指周期”，取数据事件发生在“执行周期”。从内存读出的指令流流向控制器（指令寄存器）。从内存读出数据流流向运算器（通用寄存器）。27.参考答案:细28.参考答案:算术和逻辑运算；数据传输29.参考答案:组相联；直接30.参考答案:单字长；半字长；双字长卷II一.参考题库(共30题)1.多处理机的操作系统有主从型、（）型和（）型3种。2.浮点数的精确度由阶码的位数决定3.数据相关4.假定主存和磁盘存储器之间连接的同步总线具有以下特性：支持4字块和16字块两种长度（字长32位）的突发传送，总线时钟频率为200MHz，总线宽度为64位，每个64位数据的传送需1个时钟周期，向主存发送一个地址需要1个时钟周期，每个总线事务之间有2个空闲时钟周期。若访问主存时最初四个字的存取时间为200ns，随后每存取一个四字的时间是20ns，磁盘的数据传输率为5MBps，则在4字块和16字块两种传输方式下，该总线上分别最多可有多少个磁盘同时进行传输？5.采用组相联映像的Cache存储器，地址变换可用的方法是（）。A、目录表法B、比较对法C、页表法D、堆栈法6.用于虚拟存储器页面替换，且为堆栈型的算法是（）。A、随机法B、相联目录表法C、比较对法D、近期最久未使用法7.一般来说，按照CPU内部操作数的存储方式，可以将机器（）分为（）、（）和（）三种类型。8.对于采用预取技术来降低失效率的方法，目的是要使（），预取优化的主要对象是（）。9.芯片研发费用指芯片毛利的一部分。10.在向理处理机中，对向量数据的处理方式有3种，横向处理方式、（）和（）。11.最能确保提高虚拟存储器访问主存的命中率的改进途径是（）。A、增大辅存容量B、采用FIFO替换算法并增大页面C、改用LRU替换算法并增大页面D、改用LRU替换算法并增大页面数12.在IEEE754标准中，浮点数的表示采用扩展双精度格式是（）位。A、64B、32C、16D、12813.采用组相连映象的Cache存储器，地址变换可用的方法是（）。A、目录表法B、比较对法C、页表法D、堆栈法14.利用时间重叠概念实现并行处理的是（）A、流水处理机B、多处理机C、并行（阵列）处理机D、相联处理机15.现代CPU中已经没有堆栈型和累加器型的指令集结构。16.解释Victimcache的基本思想。17.存储器采用单体单字，还是多体交叉并行存取，对系统结构设计是透明的。18.考虑Cache采用何种替换策略，最主要的影响因素是什么？常用的替换算法有几种？每一种的基本思想及优缺点如何？19.以下哪一个不属于主存所采用的存储保护方式？（）A、加界保护方式B、键保护方式C、目录保护方式D、环保护方式20.CRAY-1向量处理机要实现指令间链接，必须满足下列条件中的（）。A、源向量Vi相同，功能部件不冲突，有指令相关B、源向量Vi不同，功能部件相同，无指令相关C、源向量Vi、功能部件都不相同，指令有先写后读Vi相关D、源向量Vi、功能部件都不相同，指令间有先读后写相关21.标量流水处理机22.根据故障产生的原因，将故障分为哪几种？23.假定某机主存空间大小1GB，按字节编址。cache的数据区（即不包括标记、有效位等存储区）有64KB，块大小为128字节，采用直接映射和全写（write-through）方式。请问： （1）主存地址如何划分？要求说明每个字段的含义、位数和在主存地址中的位置。 （2）cache的总容量为多少位？24.集成电路基片成本和基片面积有一定比例关系。25.假设地址为1200H的内存单元中的内容为12FCH，地址为12FCH的内存单元的内容为38B8H，而38B8H单元的内容为88F9H。说明以下各情况下操作数的有效地址和操作数各是多少？操作数采用变址寻址，变址寄存器的内容为12，指令中给出的形式地址为1200H。26.RAID有哪些分级，各有何特点？27.在分布式存储器结构的机器中，目前有哪两种存储器地址空间的组织方案？28.指令的重叠解释，既可加快程序的解释，又能加快指令的解释。29.间接二进制n方体网络是一种（）。A、多级混洗交换网络B、单级立方体网络C、多级全排列网络D、多级立方体网络30.实现下列各数的转换。（101101.011）2=（？）10=（？）8=（？）16=（？）8421卷II参考答案一.参考题库1.参考答案:各自独立；浮动2.参考答案:错误3.参考答案: 当指令在流水线中重叠执行时，流水线有可能改变指令读/写操作的顺序，使得读/写操作顺序不同于它们非流水实现时的顺序，将导致数据相关。4.参考答案: 在4字传输方式下，总线的数据传输率为71.11MB/s，因为71.11/5=14.2，所以，该总线上最多可以有14个磁盘同时进行传输。在16字传输方式下，总线的数据传输率为224.56MB/s，因为224.56/5=44.9，因此，此时该总线上最多可以有44个磁盘同时进行传输。5.参考答案:A6.参考答案:D7.参考答案:指令集结构；堆栈型；累加器型；通用寄存器型8.参考答案:执行指令和读取数据能重叠执行；循环9.参考答案:正确10.参考答案:纵向处理方式；纵横处理方式11.参考答案:D12.参考答案:A13.参考答案:C14.参考答案:A15.参考答案:错误16.参考答案: 在Cache和它从下一级存储器调数据的通路之间设置一个全相联的小Cache，用于存放被替换出去的块，以备重用。这些被保存的替换块被称为Victim块，存放这些块的缓冲称为Victimcache。Victimcache对于减小冲突失效很有效，特别是对于小容量的直接映象数据Cache，作用尤其明显。17.参考答案:正确18.参考答案:最主要的影响因素是命中率。常用的替换算法有随机法、先进先出法和最近最少使用法。随机法是随机地确定替换的存储块。设置一个随机数产生器，依据所产生的随机数，确定替换的块。这种方法简单、易于实现，但没有依据程序局部性原理，所以命中率较低。先进先出法（FIFO）是选择那个最先调入的块进行替换。虽然考虑到了程序运行的历史状况，但没有根据局部性原理，所以命中率比随机法好些。先进先出方法易于实现。最近最少使用法（LRU）是依据各块使用的情况，总是选择那个最近最少使用的块被替换。这种方法比较好的反映了程序局部性规律，因为最近最少使用的块，很可能在将来的近期也很少使用，所以LRU法的命中率比较高。LRU法实现较难，不但要记录每块使用次数的多少，而且要反映出近期使用的次数。19.参考答案:C20.参考答案:C21.参考答案: 处理机不具有向量数据表示，仅对标量数据进行流水处理。22.参考答案: （1）硬件故障：设备失效产生的故障； （2）设计故障：大部分的这种故障由软件引起，小部分由硬件引起； （3）操作故障：由于用户操作的失误引起的故障； （4）环境故障：由于火灾、洪水、地震等引起的故障23.参考答案: （1）主存空间大小为1GB，按字节编址，说明主存地址为30位。cache共有64KB/128B=512行，因此，行索引（行号）为9位；块大小128字节，说明块内地址为7位。因此，30位主存地址中，高14位为标志（Tag）；中间9位为行索引；低7位为块内地址。 （2）因为采用直接映射，所以cache中无需替换算法所需控制位，全写方式下也无需修改（dirty）位，而标志位和有效位总是必须有的，所以，cache总容量为512×（128×8+14+1）=519.5K位。24.参考答案:正确25.参考答案:有效地址EA=000CH+1200H=120CH，操作