2021年4月高等教育自學(xué)考試全國(guó)統(tǒng)一命題考試

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試卷

(課程代碼02325)?

注意事項(xiàng)：

1．本試卷分為兩部分，第一部分為選擇題，第二部分為非選擇題。

2．應(yīng)考者必須按試題順序在答題卡（紙）指定位置上作答，答在試卷上無(wú)效。

3．涂寫(xiě)部分、畫(huà)圖部分必須使用2B鉛筆，書(shū)寫(xiě)部分必須使用黑色字跡簽字筆。

第一部分?選擇題

一、單項(xiàng)選擇題：本大題共l0小題，每小題l分。共10分。在每小題列如的備選項(xiàng)中只有一項(xiàng)是最符合題目要求的。請(qǐng)將其選出。

1.?在主存設(shè)計(jì)上，屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的內(nèi)容是

A.頻寬的確定 ????????????B.采用多體交叉還是單體交叉存儲(chǔ)器

C.容量和編址方式 ???????????D.采用MOS還是TTL

2.?堆棧型計(jì)算機(jī)比通用型計(jì)算機(jī)更具有的優(yōu)越性之一是

A.?能挺高存儲(chǔ)器空間的利用率

B.?支持先進(jìn)先出類(lèi)解題算法的求解

C.?支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用

D.?支持向量的運(yùn)算

3.?中斷響應(yīng)由高到低的優(yōu)先級(jí)排序次序是

A.?訪(fǎng)管→程序性→機(jī)器故障 ?????B.訪(fǎng)管→程序性→重新啟動(dòng)

B.?程序性→I/O→訪(fǎng)管 ??????????????D.外部→訪(fǎng)管→程序性

4.?下列不會(huì)對(duì)主存命中率產(chǎn)生影響的是

A.?程序地址流 ?????????????????????B.替換算法

B.?分配給程序的實(shí)頁(yè)數(shù) ????????????????D.主存總線(xiàn)結(jié)構(gòu)

5.?各個(gè)功能段在同一時(shí)間內(nèi)可按不同的運(yùn)算或功能進(jìn)行連接的多功能流水線(xiàn)是

A.?系統(tǒng)流水線(xiàn) ????B.部件流水線(xiàn) ????C.靜態(tài)流水線(xiàn) ?????D.動(dòng)態(tài)流水線(xiàn)

6.?采用分布式結(jié)構(gòu)的多處理機(jī)機(jī)間互連形式為

A.?開(kāi)關(guān)樞紐結(jié)構(gòu)????????B.環(huán)形互連

B.?交叉開(kāi)關(guān) ???????????????D.多端口存儲(chǔ)器

7.?ILLIAC IV處理機(jī)屬于

A.?SIMD系統(tǒng) ?????B.SISD系統(tǒng) ?????C.MISD系統(tǒng) ?????D.MIMD系統(tǒng)

8.?在多處理機(jī)環(huán)境中，兩個(gè)程序段之間如果存在“先讀后寫(xiě)”的數(shù)據(jù)反相關(guān)，下列說(shuō)法正確的是

A.?無(wú)論如何不能并行 ?????B.不可以交換串行

B.?即使同步控制也不能并行 ?????D.若指令滿(mǎn)足交換律，可以交換串行

9.?數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的策略是

A.?請(qǐng)求式求值 ????B.滯后求值 ??C.邊求值邊計(jì)算 ?D.提前求值

10.?下列關(guān)于歸約機(jī)的描述，不正確的是

A.?歸約機(jī)是面向函數(shù)式語(yǔ)言或以函數(shù)式語(yǔ)言為機(jī)器語(yǔ)言的非Neumaa型機(jī)器

B.?歸約機(jī)采用適合于函數(shù)式程序運(yùn)行的多處理器（機(jī)）互連的結(jié)構(gòu)

C.?歸約機(jī)具有大容量物理存儲(chǔ)器的同時(shí)，還需要少量的虛擬存儲(chǔ)器

D.?歸約機(jī)的處理部件應(yīng)當(dāng)是一種有多個(gè)處理器或多個(gè)處理機(jī)并行的結(jié)構(gòu)形式

第二部分?非選擇題

二、填空題：本大題共10小題，每小題2分，共20分。

11.?從計(jì)算機(jī)原理上看，軟件的功能可以用硬件或固件完成，硬件的功能也可以用軟件模擬完成。

12.?軟件移植的模擬方法是用_機(jī)器語(yǔ)言程序解釋?zhuān)浣忉尦绦虼鎯?chǔ)于主存中。

13.?在高性能多用戶(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用戶(hù)程序輸入/輸出應(yīng)由用戶(hù)向系統(tǒng)發(fā)出I/O請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)__操作系統(tǒng)__來(lái)調(diào)度分配設(shè)備，并進(jìn)行具體的輸入輸出處理。

14.?計(jì)算機(jī)總線(xiàn)按信息傳送的方向而言，可分為單向傳輸和_雙向傳輸。

15.?多級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)交換開(kāi)關(guān)的控制方式主要有級(jí)控制、單元控制和部分級(jí)控制。

16.?CRAY-1向量處理機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是只要不出現(xiàn)_功能部件使用沖突和源向量寄存器使用沖突，通過(guò)鏈接機(jī)構(gòu)可使有數(shù)據(jù)相關(guān)的向量指令能在大部分時(shí)間內(nèi)并行執(zhí)行。

17.?陣列處理機(jī)的構(gòu)形主要有采用分布式存儲(chǔ)器陣列構(gòu)形和采用集中式共享存儲(chǔ)器陣列構(gòu)形.

18.?組相聯(lián)映像指的是各組之間是直接映像，而組內(nèi)各塊之間是全相聯(lián)映像.

19.?Cache的寫(xiě)策略主要包括寫(xiě)回法和寫(xiě)直達(dá)法兩種。

20.?根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)令牌處理的方式不同，數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)可以劃分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種類(lèi)型

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三、簡(jiǎn)答題：本大題共5小題，每小題6分，共30分。

21.?簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)RISC計(jì)算機(jī)的基本原則。

（1）只選擇使用頻度很高的指令；

（2）減少指令系統(tǒng)尋址方式的種類(lèi)；

（3）讓所有指令豆豆在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成；

（4）擴(kuò)大通用寄存器的數(shù)量；

（5）多數(shù)指令都采用硬聯(lián)控制實(shí)現(xiàn)；

（6）精簡(jiǎn)指令和優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯程序，簡(jiǎn)單有效地支持高級(jí)語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)。

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22.?簡(jiǎn)述字節(jié)多路通道、數(shù)組多路通道、選擇通道分別使用連接的設(shè)備及各通道的特點(diǎn)。

（1）字節(jié)多路通道使用與連接大量的字符類(lèi)低速設(shè)備；傳送一個(gè)字符的時(shí)間很短，但字符（字節(jié)）間的等待時(shí)間很長(zhǎng)；

（2）數(shù)組多路通道適用于連接多臺(tái)高速設(shè)備，設(shè)備的傳送速率很高，但傳送開(kāi)始前的尋址輔助操作時(shí)間很長(zhǎng)；

（3）選擇通道適用于連接優(yōu)先級(jí)高的高速設(shè)備，在數(shù)據(jù)傳送期間內(nèi)獨(dú)占通道，只能執(zhí)行一道通道程序。

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23.?簡(jiǎn)述虛擬存儲(chǔ)器頁(yè)面失效和實(shí)頁(yè)沖突發(fā)生的原因及所確定替換算法的依據(jù)。

當(dāng)處理機(jī)要用到的指令或數(shù)據(jù)不在主存中時(shí)，會(huì)發(fā)生頁(yè)面失效；當(dāng)主存已滿(mǎn)且發(fā)生頁(yè)面失效時(shí)，會(huì)發(fā)生實(shí)頁(yè)沖突。

替換算法的確定主要看主存是否有高的命中率、是否便于實(shí)現(xiàn)和輔助軟硬件成本是否低。

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24.?簡(jiǎn)述流水線(xiàn)機(jī)器全局性相關(guān)的概念及處理全局性相關(guān)的四種方法。

全局性相關(guān)指的是已進(jìn)入流水線(xiàn)的轉(zhuǎn)移指令和其后續(xù)的指令之間相關(guān)。處理全局性相關(guān)的四種方法：

使用猜測(cè)法；加快和提前形成條件碼；采取延遲轉(zhuǎn)移；加快短循環(huán)程序的處理；

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25.?簡(jiǎn)述多處理機(jī)與陣列處理機(jī)在指令流和并行等級(jí)的區(qū)別。

（1）指令流的區(qū)別；陣列處理機(jī)是單指令流；多處理機(jī)是多指令流。

（2）并行等級(jí)區(qū)別；陣列處理機(jī)主要針對(duì)向量、數(shù)組處理，實(shí)現(xiàn)向量指令操作級(jí)的并行，是開(kāi)發(fā)并行性的同時(shí)性；多處理機(jī)實(shí)現(xiàn)的則是更高一級(jí)的作業(yè)或任務(wù)間的并行，是開(kāi)發(fā)并行性的并發(fā)性。

四、簡(jiǎn)單應(yīng)用題：本大題共2小題，每小題10分，共20分。

26.?有一條4段（S1-S4）組成的數(shù)據(jù)處理流水線(xiàn)如題26圖所示。其中S1和S4的執(zhí)行時(shí)間均為△t，S2與S3的執(zhí)行時(shí)間均為2△t.該流水線(xiàn)連續(xù)處理5個(gè)數(shù)據(jù)，要求；

（1）畫(huà)出處理過(guò)程的時(shí)空?qǐng)D

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（2）求出該流水線(xiàn)的實(shí)際吞吐率和效率。

流水線(xiàn)段數(shù)m=4，任務(wù)樹(shù)=5；

瓶頸的時(shí)間△tj=2△t

吞吐率

效率

總結(jié)：效率=吞吐率x最大瓶頸時(shí)間/段數(shù)

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27.?陣列處理機(jī)0-7共有8個(gè)處理單元互連，要求按照（0,3）、（1,2）、（4,7）、（5,6）配對(duì)通信。

（1）寫(xiě)出實(shí)現(xiàn)該功能的互連函數(shù)的一般式。

（000,011） 互連函數(shù)為Cube（b2b1b0）=b2-b1-b0

（2）畫(huà)出用三級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該互連函數(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，并標(biāo)出各級(jí)控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

第0級(jí)與第1級(jí)控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)為變換，第2級(jí)控制開(kāi)關(guān)的狀態(tài)為直連接。

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五、綜合應(yīng)用題：本大題共2小題，每小題10分，共20分。

28.?假設(shè)某機(jī)器共有8條指令（I1-I8）,使用頻度如題28表所示，要求

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（1）構(gòu)造哈夫曼樹(shù)，計(jì)算采用哈夫曼樹(shù)編碼時(shí)操作碼的平均碼長(zhǎng)。

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平均碼長(zhǎng)=4x（0.04+0.05+0.06+0.08）+3x（0.12+0.15）+2x（0.2+0.3）=2.73

?

（2）如果采用只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼進(jìn)行編碼，給出一種最優(yōu)編碼方案，使得操作碼的平均碼長(zhǎng)最短，并求出平均碼長(zhǎng)。

按照指令使用頻度將指令分成兩組，頻度較高的3條指令1,2，5，采用兩位操作碼編碼表示，零下一個(gè)2位編碼作為擴(kuò)展標(biāo)志，擴(kuò)展出3位，用來(lái)編碼其余頻度較低的5條指令；

平均碼長(zhǎng)=2*（0.3+0,2+0,15）+5*（0.04+0.05+0.06+0,0,8+0.12）=3.05

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29.?若計(jì)算機(jī)有4級(jí)中斷，中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序?yàn)?→2→3→4，要求中斷處理的次序?yàn)?→4→2→3.

（1）設(shè)計(jì)各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位（中斷屏蔽位“1”對(duì)應(yīng)于開(kāi)放，“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽）。

（2）如果所有的中斷處理各需3各單位時(shí)間，中斷響應(yīng)和中斷返回時(shí)間相對(duì)于中斷處理時(shí)間少得多。當(dāng)計(jì)算機(jī)正在運(yùn)行用戶(hù)程序時(shí)，發(fā)生第2級(jí)中斷請(qǐng)求，過(guò)兩個(gè)單位時(shí)間后，同時(shí)發(fā)生第3、4級(jí)中斷請(qǐng)求，再過(guò)兩個(gè)單位時(shí)間后，又發(fā)生第1級(jí)中斷請(qǐng)求。畫(huà)出程序運(yùn)行過(guò)程示意圖。

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圖形成過(guò)程；中斷處理的次序?yàn)?→4→2→3.且每次處理經(jīng)過(guò)3t，（圖中我用一橫代表1t）；根據(jù)題意（要點(diǎn)：優(yōu)先級(jí)，執(zhí)行3t才可退出中斷程序）

（a）當(dāng)計(jì)算機(jī)正在運(yùn)行用戶(hù)程序時(shí)，發(fā)生第2級(jí)中斷請(qǐng)求，2級(jí)要執(zhí)行3t才能執(zhí)行用戶(hù)程序，但是2級(jí)還差t才執(zhí)行完畢；2級(jí)執(zhí)行完畢后才能用戶(hù)程序執(zhí)行。

（b）此時(shí)2級(jí)已經(jīng)執(zhí)行了2t，同時(shí)發(fā)生第3、4級(jí)中斷請(qǐng)求且要執(zhí)行2t（根據(jù)題意），由于4的優(yōu)先級(jí)高于2、3的優(yōu)先級(jí)，所以是4級(jí)執(zhí)行了2t；目前2級(jí)還差t時(shí)間執(zhí)行完成，4級(jí)還差t時(shí)間完成，3級(jí)低于2、4級(jí)還差3t。都還沒(méi)有執(zhí)行完成。

（c）又發(fā)生第1級(jí)中斷請(qǐng)求(根據(jù)題意)；1級(jí)的優(yōu)先級(jí)最高，所以1級(jí)執(zhí)行3t完畢；

（d）2,3,4都沒(méi)有執(zhí)行完畢，但是4的優(yōu)先級(jí)高于2.3，所以1執(zhí)行完畢之后在執(zhí)行4級(jí)剩下的t；

（e）4級(jí)執(zhí)行完畢之后，2級(jí)優(yōu)先級(jí)高于3級(jí)，所以執(zhí)行2級(jí)剩下的1t；

（f）由于最開(kāi)始發(fā)生的是2級(jí)中斷，2級(jí)執(zhí)行完畢之后需要回到用戶(hù)程序執(zhí)行t，

（g）由于1,4,2級(jí)全部執(zhí)行完畢了，再次發(fā)生中斷，只剩下3級(jí)執(zhí)行3t，執(zhí)行完畢之后回到用戶(hù)程序。

（h）1-4-2-3執(zhí)行完畢，繼續(xù)執(zhí)行用戶(hù)程序

Ps：程序運(yùn)行過(guò)程示意圖我每次都弄不清楚，這一次終于給他弄清楚了；希望能夠幫助到大家理解。我也是看了好幾遍不懂，突然今天豁然開(kāi)朗了，之前有人給我說(shuō)的要懂不懂的，今天我是真的弄明白了。

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