高性能计算与并行处理技术考核试卷

高性能计算与并行处理技术考核试卷考生姓名：__________答题日期：__________得分：__________判卷人：__________

一、单项选择题（本题共20小题，每小题1分，共20分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）

1.以下哪项不是高性能计算的特点？（）

A.高速度

B.高效率

C.低成本

D.高可靠性

2.并行处理技术的核心思想是？（）

A.提高单个处理器的速度

B.增加处理器的数量

C.减少处理器的数量

D.降低单个处理器的成本

3.以下哪种计算机体系结构不属于并行计算机？（）

A.SIMD

B.MIMD

C.SISD

D.MISD

4.在并行计算中，什么是指令级并行？（）

A.同一条指令在不同处理器上执行

B.不同指令在不同处理器上同时执行

C.同一条指令在单个处理器上多次执行

D.同一条指令在多个处理器上同时执行

5.以下哪种算法不适合并行计算？（）

A.迭代算法

B.分治算法

C.动态规划算法

D.顺序执行算法

6.MPI（MessagePassingInterface）是一种什么技术？（）

A.并行编程语言

B.并行计算库

C.消息传递接口

D.分布式计算框架

7.OpenMP是一种什么技术？（）

A.消息传递接口

B.并行编程语言

C.并行计算库

D.分布式计算框架

8.以下哪种存储器访问方式在并行计算中具有较高效率？（）

A.顺序访问

B.随机访问

C.局部性访问

D.远程访问

9.并行计算中的负载均衡是指？（）

A.各处理器计算任务相同

B.各处理器计算任务不同

C.根据处理器性能分配计算任务

D.使各处理器计算负载尽可能均衡

10.以下哪种技术不属于并行计算中的同步机制？（）

A.锁

B.信号量

C.屏障

D.并发控制

11.在并行计算中，什么是指令级并行？（）

A.同一条指令在不同处理器上执行

B.不同指令在不同处理器上同时执行

C.同一条指令在单个处理器上多次执行

D.同一条指令在多个处理器上同时执行

12.以下哪个指标可以衡量并行计算的性能？（）

A.加速比

B.效率

C.可扩展性

D.A、B和C

13.在并行计算中，以下哪种通信模式延迟最低？（）

A.同步通信

B.异步通信

C.阻塞通信

D.非阻塞通信

14.以下哪种并行计算模型主要用于分布式系统？（）

A.SIMD

B.MIMD

C.SMP

D.NUMA

15.以下哪个概念描述了处理器数量与问题规模之间的关系？（）

A.加速比

B.效率

C.可扩展性

D.并行度

16.以下哪种并行算法设计方法适用于树状结构问题？（）

A.分治法

B.动态规划法

C.迭代法

D.波前法

17.以下哪种并行计算架构主要用于图形处理器？（）

A.CPU

B.GPU

C.FPGA

D.DSP

18.在并行计算中，以下哪种现象可能导致性能下降？（）

A.竞争条件

B.死锁

C.活锁

D.A、B和C

19.以下哪种并行计算技术主要用于优化分布式系统中的通信？（）

A.数据并行

B.任务并行

C.线程并行

D.虚拟共享内存

20.以下哪个概念描述了在并行计算中，处理器数量增加时性能提升的幅度？（）

A.加速比

B.效率

C.可扩展性

D.并行度

（以下为答题纸，请将答案填写在对应题号后的括号内）

二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）

1.高性能计算在以下哪些领域得到了广泛应用？（）

A.气象预报

B.物理模拟

C.生物信息学

D.机器学习

2.以下哪些是并行处理的优势？（）

A.提高计算速度

B.降低计算成本

C.提高问题解决规模

D.提高计算精度

3.以下哪些并行计算机体系结构是根据处理器之间的通信方式分类的？（）

A.SIMD

B.MIMD

C.SMP

D.NUMA

4.以下哪些技术可以用于并行计算中的同步？（）

A.锁

B.信号量

C.屏障

D.消息传递

5.以下哪些因素会影响并行计算的性能？（）

A.通信开销

B.同步开销

C.加载均衡

D.处理器速度

6.OpenMP支持以下哪些并行模式？（）

A.数据并行

B.任务并行

C.线程并行

D.指令并行

7.以下哪些是并行计算中的通信模式？（）

A.同步通信

B.异步通信

C.阻塞通信

D.非阻塞通信

8.以下哪些技术可以用于并行计算中的负载均衡？（）

A.动态任务调度

B.静态任务分配

C.工作窃取

D.随机分配

9.以下哪些指标可以用来评估并行算法的性能？（）

A.加速比

B.效率

C.可扩展性

D.并行度

10.以下哪些硬件设备常用于高性能计算？（）

A.CPU

B.GPU

C.FPGA

D.ASCI

11.以下哪些是并行计算中的数据依赖类型？（）

A.输入依赖

B.输出依赖

C.顺序依赖

D.算术依赖

12.以下哪些技术可以用于减少并行计算中的通信开销？（）

A.局部性优化

B.通信聚合

C.数据压缩

D.网络优化

13.以下哪些是并行计算中的死锁避免策略？（）

A.资源排序

B.预防请求

C.锁步

D.检测与恢复

14.以下哪些并行算法设计方法可以用于优化问题？（）

A.分治法

B.动态规划法

C.迭代法

D.启发式算法

15.以下哪些是并行计算中的并发控制方法？（）

A.乐观并发控制

B.悲观并发控制

C.事务内存

D.锁机制

16.以下哪些是并行计算中的同步通信机制？（）

A.广播

B.聚合

C.reduce

D.scatter

17.以下哪些因素会影响并行计算的可扩展性？（）

A.通信开销

B.并行度

C.问题规模

D.处理器数量

18.以下哪些是并行计算中的性能瓶颈？（）

A.内存带宽限制

B.处理器缓存缺失

C.网络延迟

D.串行代码段

19.以下哪些技术可以用于并行计算中的错误检测和恢复？（）

A.检查点

B.恢复日志

C.副本

D.时间回滚

20.以下哪些是并行计算中的任务并行示例？（）

A.并行排序

B.并行数据库查询

C.并行图像处理

D.并行模拟

（以下为答题纸，请将答案填写在对应题号后的括号内）

三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）

1.并行计算中，将一个大的计算任务分解成多个小任务，每个小任务可以独立执行的技术称为______。

2.在并行计算中，当处理器数量增加时，如果程序性能几乎线性提升，则称该程序具有良好的______。

3.MPI是一种基于______的并行计算标准。

4.OpenMP是一种基于______的并行编程模型。

5.并行计算中，______是指处理器之间的信息交换。

6.在并行计算中，为了减少通信开销，可以采用______技术。

7.高性能计算中的______是指实际计算时间与理论计算时间的比值。

8.以下哪种并行算法设计方法通常用于图的遍历问题？______。

9.并行计算中，______是一种特殊的屏障同步，用于在所有处理器上累积结果。

10.在并行计算中，______是一种硬件或软件技术，用于模拟共享内存。

四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）

1.在并行计算中，增加处理器数量总是能够提高性能。（）

2.OpenMP只能在多核CPU上使用。（）

3.并行计算中的负载均衡是指在所有处理器之间均匀分配工作负载。（）

4.MPI是一种基于共享内存的并行计算标准。（）

5.在并行计算中，数据并行和任务并行是两种常见的并行模式。（）

6.并行计算中的同步机制可以完全消除竞态条件。（）

7.高性能计算集群通常使用高速网络连接以减少通信延迟。（）

8.并行计算中的加速比总是大于1。（）

9.在并行计算中，死锁和活锁是同样的问题。（）

10.并行计算模型中，SMP指的是对称多处理模型。（）

五、主观题（本题共4小题，每题10分，共40分）

1.请简述并行计算的基本概念，并列举至少三种并行计算模型。

2.描述并行计算中的负载均衡的重要性，并讨论至少两种实现负载均衡的方法。

3.请解释并行计算中的“加速比”和“效率”两个概念，并分析它们之间的关系。

4.以一个实际的并行计算应用为例，说明如何使用OpenMP和MPI进行并行编程，并讨论这两种技术在并行计算中的作用。

标准答案

一、单项选择题

1.C

2.B

3.C

4.D

5.D

6.C

7.C

8.C

9.D

10.D

11.D

12.D

13.A

14.D

15.D

16.A

17.B

18.D

19.B

20.A

二、多选题

1.ABD

2.ABC

3.AB

4.ABC

5.ABCD

6.ABC

7.ABCD

8.ABC

9.ABC

10.ABC

11.ABCD

12.ABC

13.AB

14.ABCD

15.ABCD

16.ABC

17.ABCD

18.ABCD

19.ABC

20.ABCD

三、填空题

1.分治法

2.可扩展性

3.消息传递

4.共享内存

5.通信

6.通信聚合

7.加速比

8.广度优先搜索（BFS）或深度优先搜索（DFS）

9.reduce

10.分布式共享内存

四、判断题

1.×

2.×

3.×

4.×

5.√

6.×

7.√

8.×

9.×

10.√

五、主观题（参考）

1.并行计算是同时使用多个计算资源来解决计算问题的方法。并行计算模型包括：SISD（单指令流单数据流）、SIMD（单指令流多数据流）、MIMD（多指令流多数据流）和SPMD（单程序多数据）。

2.负