计算机科学技术：计算机体系结构真题

计算机科学技术：计算机体系结构真题

1、问答题简述自上而下的设计方法？

答案：从用户的需求出发，先确定应用级虚拟机所具有的基本功能特性,

然后逐级向下设计。对于以下的每一级，都必须考虑使上一级优化实

现。

2、填空题根据指令系统功能结构的不同，计算机体系结构发展趋势呈

现（）和（）两种截然不同的方向，相同的指令系统可以通过“（”'或“（）”

的方法来实现c

答案：复杂指令集计算技术；精简指令集计算技术；微程序控制器；硬

布线

3、问答题多机系统的耦合度可以分为哪儿类？

答案：（1）最低耦合：除通过某种中间存储介质之外，各计算机之间

没有物理连接，也无共享的联机硬件资源。

（2）松散耦合：通过通道或通信线路实现计算机间互连，共享某些外

围设备，机间的相互作用是在文件或数据集一级进行。

（3）紧密耦合；机间物理连接的频带较高，往往通过总线或高速开关

实现互连，可以共享主存。

4、问答题在分布式存储器结构的机器中，对应于两种地址空间的组织

方案，分别有哪两种通信机制？它们是怎么实现的？

答案：（1）共享地址空间的机器：可利用Load和Store指令中的地

址隐含地进行数据通信，因而可称为共享存储器机器。

（2）多个地址空间的机器：根据简单的网络协议，通过传递消息来请

求某些服务或传输数据，从而完成通信。因而这种机器常称为消息传

递机器。

5、问答题请叙述设计一个I/O子系统的步骤。

答案：A、列出将要链接到计算机的I/O设备的类型，或者列出机器将

要支持的标准总线。

B、列出每种I/O设备的物理要求，包括：容量、电源、连接器、总线

槽、扩展机箱等等。

C、列出篇种I/O设备的开销，包括设备所需要的控制器的开销。

D、记录每种I/O设备对CPU资源的要求。

E、列出每种I/O设备对存储器和总线资源的要求。

F、按照不同的方法组织I/O设备，并计算其性能和开销。

6、填空题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（）o

答案：执行指令和读取数据能重叠执行；循环

7、问答题什么是“程序的动态定位方式”？

答案：利用类似变址寻址方法，有硬件支持完成。程序装入主存时，在

程序运行前，装入主存的过程中，指令或数据地址不作修改，只把主

存的起始地址装入该程序对应的基址寄存器中。在程序运行时;利用

地址加法器，指令中的逻辑地址与已经存放在基址寄存器中的程序起

始地址相加，就形成了主存的物理地址。指令的地址码不需全部修改。

这种方式主要优点是在程序执行时由硬件形成主存物理地址，一个程

序可以不连续分配在主存物理空间内，提高主存利用率，多个用户可

以共享主存同一个程序段，支持虚拟存储器实现。缺点是需要硬件支

持，实现存储管理的软件算法比较复杂。

8、填空题对于指令集结构功能设计问题，当前有两种截然不同的技术

方向。一个方向是复杂指令集计算机，其目的是（），（）o

本题答案：强化指令功能；实现软件功能向硬件功能转移

解析：试遨写案强化指令功能；实现软件功能向硬件功能转移

9、填空题流水线需要有（），在此之后流水过程才进入稳定工作状态；

流水技术适合于（）过程，只有（），流水线的效率才能充分发挥。

答案：通过时间；大量重复的时序；输入端能连续地提供任务

10、问答题将多台光盘机组合在一起有哪三种结构？

答案：光盘塔（CD-ROMTower）、光盘库（Jukebox）和光盘阵列

（CD-ROMArray）

11、问答题简述计算机软件系统在计算机系统的作用。

答案：计算机系统包括硬件和软件两个组成部分。硬件是所有软件运行

的物质基础，软件能充分发挥硬件的功能作用并且可以扩充硬件功能,

完成各种系统及应用任务，两者互相促进、相辅相成、缺一不可。软

件是计算机系统的重要组成部分，它是计算机程序以及与程序有关的

各种文档的总称。一般来说，计算机软件通常完成以下功能：

（1）计算机软件系统通常需要包含语言支持功能。计算机通常使用它

对硬件进行直接识别。

（2）计算机软件要为计算机系统本身提供性能良好的资源管理功能。

（3）计算机软件包括各种应用程序，它们是为支持某一应用领域、解

决某个实际问题而专门研制的应用程序，是计算机功能的扩展。

12、名词解释流水线寄存器文件

答案：分割流水线各段逻辑的寄存器组。

13、问答题消除流水线的瓶颈段有哪些方法？

答案：(1)细分瓶颈段；

(2)重复设置瓶颈段。

14、问答题什么是堆栈机器？其优缺点如何？

答案：具有堆栈数据表示的计算机是堆栈机器。其主要操作是压入和弹

出，其他操作还有加、减、比较等。优点是表示数值的模型简单，指

令长度短，可以有较高的编码密度，便于逆波兰表示的算术表达式运

算。缺点是简单的模型与现代化的编译器技术不相匹配，寄存器需要

好的编码性能，堆栈格式限制了应用,并且很难高速执行c

15、单选计算机中优化使用的操作码编码方法是()o

A.哈夫曼编码

B.ASCII码

C.BCD码

D.扩展操作码答案：D

16、判断题流水线吞吐率是指单位时间内流水线所完成的任务数。

答案：对

17、名词解释Cache并行查找算法

答案：在组相联或全相联cache中并行访问和比较多个tag,并行访问

数据体的查找模式。

18、问答题试用实例说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现

之间的相互关系。

答案：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属

于计算机系统结构；确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑

设计等属于计算机蛆成；而选择存储芯片类型、微组装技术、线路设

计等属于计算机实现。

计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成

的物理实现。一种系统结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实

现。

19、单选并行(阵列)处理机主要实现的是()

A.作业级并行

B.任务级并行

C.指令操作级并行

D指令内操作步骤并行答案•C

20、填空题存储器层次结构设计技术的基本依据是程序()o

答案：访问的局部性原理

21、问答题简述流水线的特点。

答案：（1）流水过程由多个相联系的子过程组成。

（2）每个子过程由专用的功能段实现。

（3）各个功能段所需时间尽量相等。

（4）流水线有“通过时间”（第一个任务流出结果所需的时间）。在此之

后流水过程才进入稳定工作状态，一拍流出一个结果。

（5）流水技术适合于大量重复的时序过程，只有输入端连续提供任务,

流水线效率才可充分发挥。

22、问答题Flynn分类法是根据什么对计算机进行分类的？将计算机

分成哪几类？

答案：Flynn分类法，根据计算机中指令和数据的并行状况把计算机分

成：

（1）单指令流单数据流（SISD.；

（2）单指令流多数据流（SIMD.；

（3）多指令流单数据流（MISD.；

（4）多指令流多数据流（MIMD.。

23、判断题强制性失效和容量失效也受相联度的影响。

答案：错

24、单选支持动态地址再定位的寻址方式是（）o

A.基址寻址

B.间接寻址

C.变址寻址

D.直接寻址

答案：A

25、填空题在指令集结构的功能设计中，所有的指令集一般都会对算

术和逻辑运算型、（）和（）类型的操作提供指令。

答案：数据传输；控制

26、判断题具有越低平均访存时间的系统性能越高。

答案：错

27、问答题计算机体系结构、计算机组织、计算机实现的区别和联

系？

答案：一种体系结构可以有多种组成，一种组成可以有多种物理实现，

体系结构包括对组织与实现的研究。

28、填空题基于时钟周期时间和CPI的折中取舍考虑，指令的实现有

两种方式（）实现和（）实现。

答案：单周期；多周期

29、填空题在寻址技术中，通过统计得出，偏移寻址方式和立即值寻

址方式的使用频率十分高。如果要在一种指令集结构中设置偏移寻址

方式，那么首先必须知道()o和偏移寻址方式一样，立即值寻址方式

需要确定()

答案：各种偏移量大小的使用情况；指令所使用的立即值大小的范围

30、问答题预测分支失败方法的主要思想是什么？

答案：当流水线译码到一条分支指令时，流水线继续取指令，并允许该

分支指令后的指令继续在流水线中流动°当流水线确定分支转移成功

与否以及分支的目标地址之后，如果分支转移成功，流水线必须将在

分支指令之后取出的所有指令转化为空操作，并在分支的目标地址处

重新取出有效的指令；如果分支转移失败，那么可以将分支指令看作

是一条普通指令，流水线正常流动，无需将在分支指令之后取出的所

有指令转化为空操作。

计算机科学技术：计算机体系结构

1、名词解释虚拟Cache

答案：访问Cache的索引以及Cache中的标识都是虚拟地址的一部分。

2、问答题四种I/O工作方式是什么？

答案：程序控制、中断、DMA、I/O处理机。

3、问答题什么是程序动态定位方式？

答案：动态定位方式是利用类似变址寻址方法，有硬件支持完成。程序

装入主存时，指令或数据地址不作修改，只把主存的起始地址装入该

程序对应的基址寄存器中。在程序运行时，利用地址加法器，指令中

的逻辑地址与已经存放在基址寄存器中的程序起始地址相加，就形成

了主存的物理地址。指令的地址码不需全部修改。

4、问答题计算题：如果FP操作比例为20%,FP的平均CPI(FP)二4,

其它指令的平均CPI(它)为L5,FPSQR操作比例为1.8%,而FPSQR

的CPI(FPSQR)=20,改进的方案有二：一是提高FP操作的速度，使

其增加一倍，一是提高FPSQR的速度10倍。试比较两个方案，假设IN

与Tc不变，求两种方案下的CPI值，比较优劣。

答案：CPI(原)=4x0.2+1,5*0.8=2

方案1：CPI=4/2*0.2+1.5*0,8=1.6

方案2：CPI=CPI(原)-0.018*[CPI(SQR原)・CPI(SQR改)]

=2-0.018*(20-2)=1.68

方案1好些

5、填空题程序的局部性原理指出，绝大多数程序访问的（）和（）是

相对簇聚的。

答案：指令；数据

6、问答题简述减小Cache失效开销的几种方法。

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0

（5）采用两级Cacheo

7、单选Cache存储器常用的地址映像方式是（）。

A.全相联映像

B.页面表映像

C.组相联映像

D.段页表映像答案：C

8、问答题根据多处理机系统中处理器个数的多少，可把现有的M】MD

机器分为哪两类？

答案：根据多处理机系统中处理器个数的多少，把现有的MIMD机器分

为：

第一类为集中式共享存储器结构；

第二类为分布式存储器结构；

每一类代表了一种存储器的结构和互连策略。

9、填空题假设流水线各段的时间相等，均为At,则最大吞吐率=（）

答案：1/At

10、判断题由汇编语言写成的程序叫做汇编程序。

答案：错

11、判断题根据Moore定律，DRAM的周期时间是每三年降低四倍。

答案：错

12、填空题按照产生不命中的原因不同，可以把不命中分为（）、（）

和（）3类。

答案：强制性不命中；容量不命中；冲突不命

13、填空题弗林分类法中多倍性指的是在（）部件上处于同一执行阶段

的指令或数据的最大可能个数。

答案：系统性能瓶颈

14、问答题简述维护Cache一致性的两种共享数据跟踪技术。

答案：目录：物理存储器中共享数据块的状态及相关信息均被保存在一

个称为目录的地方。

监听：每个Cache除了包含物理存储器中块的数据拷贝之外，也保存着

各个块的共享状态信息。

15、问答题地址映象方法有哪几种？它们各有什么优缺点？

答案：（1）全相联映象。实现查找的机制复杂，代价高，速度慢。Cache

空间的利用率较高，块冲突概率较低，因而Cache的失效率也低。

（2）直接映象「实现查找的机制简单，速度快°Cache空间的利用率较

低，块冲突概率较高，因而Cache的失效率也高。

（3）组相联映象。组相联是直接映象和全相联的一种折衷。

16、填空题在“Cache•主存”层次中，主存的更新算法有两种（）和（）。

答案：写回法；写直达法

17、填空题多计算机网络中，通常出现的4种通信模式是（）o

答案：单播模式，选播模式，广播模式和会议模式

18、问答题按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为

哪两类？

答案：（1）静态流水线：在同一时间内，流水线的各段只能按同一种

功能的连接方式工作。

（2）动态流水线：在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另

一些段却在实现另一种运算。

19、问答题试分析冯・诺依曼模型对编程概念的影响。

答案：冯•诺依曼理论的思想是：应该把程序和数据一起存储在存储器里,

让计算机自己负责从存储器里提取指令，执行指令，循环式地执行这

两个动作，这样，计算机在执行程序的过程中，就可以完全摆脱外界

的影响，以自己可能的速度（电子的速度）自动地运行。按照这种原理,

程序的运行和维护完全由计算机自动完成。在编写程序时，程序员可

以不关心或很少关心程序在计算机内部的执行情况，而只需要关心所

编写程序的逻辑，大大简化了工作量。

20、填空题目前向量处理机的系统结构有两种（）

答案：存储器一存储器型和寄存器一寄存器型

21、单选STARAN网络是一种（）。

A.多级立方体网络

B.单级立方体网络

C.单级PM2I网络

D.多级混洗交换网络

答案：A

22、问答题计算机系统结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则

是什么？

答案：（1）大概率事件优先原则。对于大概率事件（最常见的事件），

赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。

（2）Amdahl定律。加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受

限于该部件在系统中所占的重要性。

（3）程序的局部性原理C程序在执行时所访问地址的分布不是随机的.

而是相对地簇聚。

23、填空题深入研究算术逻辑运算指令（ALU指令）的本质，可以发

现能够用两种主要的指令特性来对通用寄存器型指令集结构（GPR）进

行进一步细分。一是ALU指令（），二是在ALU指令中，（）o

答案：有2个还是3个操作数；有多少个存储器操作数

24、名词解释指令的动态调度

答案：是指在保持数据流和异常行为的情况下，通过硬件对指令执行顺

序进行重新安排，以提高流水线的利用率且减少停顿现象。是由硬件

在程序实际运行时实施的。

25、名词解释冲突失效

答案：在组相联或直接映象Cache中，若太多的块映象到同一组（块）

中，则会出现该组中某个块被别的块替换（即使别的组或块有空闲位

置），然后又被重新访问的情况。这就是发生了冲突失效。（碰撞失效,

干扰失效）

26、填空题当硬件资源满足不了同时重叠执行的指令的要求，而发生

资源冲突时，就发生了（）相关。当一条指令需要用到前面某条指令的

结果，从而不能重叠执行时，就发生了（）相关。

答案：结构；数据

27、问答题简述冯诺依曼机型的主要特征？

答案：机器以运算器为中心，由控制器集中控制。

存储器按一维线性编址，顺序访问存储器地址单元。

程序、指令和数据混存。

指令在存储器中按顺序存放。

指令由操作码和地址码组成。操作码指明操作类型，地址码指出操作

数地址和结果地址。

数据以二进制表示。

28、填空题计算机系统的设计者需要掌握技术的发展，尤其要注意实

现技术日新月异的变化，其中有4种实现技术的变化发展极快，它们是

逻辑电路、半导体DRAM、（）和（）技术。

答案：磁盘；网络

29、填空题提高硬盘内部数据传输率的主要手段之一是（），另一种方

法是（）O

答案：提高转速；提高记录密度

30、单选在IBM370系统中，当用户程序需调用外设进行输入输出时

会发生（）

A.访管中断

B.输入/输出中断

C.程序性中断

D.外中断

答案：A

计算机科学技术：计算机体系结构

1、问答题简述延迟分支“从目标处调度”方法的调度要求和作用前提。

答案：要求被调度的指令必须保证在分支失败时执行被调度的指令不会

导致错误，可能需要复制指令。该方法在分支成功时起作用。

2、填空题在计算机诞生的头25年中，计算机性能增长相对缓慢。在

这个过程中，（）和体系结构同时发挥着作用。

答案：制造技术

3、填空题输入/输出系统包括（）和（分）。

答案：外部设备（I/O设备，辅助存储器）；其与主机之间的控制部

4、判断题浮点数尾数下溢处理采用舍入法还是恒置“1”法，对计算机

系统结构是透明的。

答案：对

5、填空题计算机组成是计算机系统结构的（）,计算机实现是计算机

组成的（）。

答案：逻辑实现；物理实现

6、填空题设计I/O系统的三个标准是（）、（）和（）。

答案：性能；价格；容量

7、问答题引起Cache与主存内容不一致的原因是什么？为了保持

Cache的一致性，在单计算机系统中一般采取哪些措施？

答案：不一致的原因：

（1）由于CPU写Cache,没有立即写主存

（2）由于I/O处理机或I/O设备写主存

采取措施：

（1）全写法，亦称写直达法（WT法一Writethrough）方法：在对Cache

进行写操作的同时，也对主存该内容进行写入。

（2）写回法（WB法一Writeback）方法：在CPU执行写操作时，只写

入Cache,不写入主存。

8、填空题根据（）公式，可从以下3个方面改进Cache性能：降低失

效率、（）和（）c

答案：减少失效开销；减少Cache命中时间

9、填空题在一个字中，两种表示字节顺序的习惯是（）和（）。

答案：高端BigEndian；低端LittleEndian

10、单选Cydrome公司的Cydra5计算机属于（）。

A.超级标量处理机

B.超长指令字处理机

C.超级流水线计算机

D.超标量超流水计算机答案：B

11、问答题简述计算机系统结构用软件实现和用硬件实现各自的优缺

点。

答案：硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少。

软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多。

12、填空题对于CISC指令集结构，增强机器的指令功能，可以面向目

标程序增强指令功能。面向目标程序增强指令功能主要利用如下一些

方法：提高运算型指令功能、（）、（）o

答案：提高传送指令功；增加程序控制指令功能

13、问答题什么叫测试程序组件？在评价计算机系统设计时最常见的

测试程序组件是哪个？

答案：选择一组各个方面有代表性的测试程序，组成一个通用测试程序

集合。这种测试程序集合称为测试程序组件。

在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是基于UNIX的SPEC,

其主要版本包括SPEC89、SPEC92、SPEC95和SPEC2000等。

14、单选IBM370的I/O处理机用的是（）。

A.程序控制I/O方式

B.DMA方式

C.外围处理机方式

D.通道方式

答案：D

；5、填空题指令集格式的设计就是要确定操作码字段和（）的大小及其

组合形式，以及（）的编码方法。

答案：地址码字段；各种寻址方式

16、判断题0〜15共16个处理单元用Cube2单级互连网络互连，第10

号处理单元将连至第14号处理单元。

答案：对

17、填空题目前计算机中常用数据有（）二种类型0

答案：用户定义数据，系统数据和指令数据

18、填空题对于寄存器•寄存器型的向量流水处理机，要求有容量足够

大的向量寄存器组。它们不