2021年4月高等教育自学考试全国统一命题考试 计算机系统结构试卷
2021年4月高等教育自学考试全国统一命题考试
计算机系统结构试卷
(课程代码02325)
注意事项：
1．本试卷分为两部分，第一部分为选择题，第二部分为非选择题。
2．应考者必须按试题顺序在答题卡（纸）指定位置上作答，答在试卷上无效。
3．涂写部分、画图部分必须使用2B铅笔，书写部分必须使用黑色字迹签字笔。
第一部分 选择题
一、单项选择题：本大题共l0小题，每小题l分。共10分。在每小题列如的备选项中只有一项是最符合题目要求的。请将其选出。
1. 在主存设计上，属于计算机系统结构应考虑的内容是
A.频宽的确定 B.采用多体交叉还是单体交叉存储器
C.容量和编址方式 D.采用MOS还是TTL
2. 堆栈型计算机比通用型计算机更具有的优越性之一是
A. 能挺高存储器空间的利用率
B. 支持先进先出类解题算法的求解
C. 支持子程序的嵌套和递归调用
D. 支持向量的运算
3. 中断响应由高到低的优先级排序次序是
A. 访管→程序性→机器故障 B.访管→程序性→重新启动
B. 程序性→I/O→访管 D.外部→访管→程序性
4. 下列不会对主存命中率产生影响的是
A. 程序地址流 B.替换算法
B. 分配给程序的实页数 D.主存总线结构
5. 各个功能段在同一时间内可按不同的运算或功能进行连接的多功能流水线是
A. 系统流水线 B.部件流水线 C.静态流水线 D.动态流水线
6. 采用分布式结构的多处理机机间互连形式为
A. 开关枢纽结构 B.环形互连
B. 交叉开关 D.多端口存储器
7. ILLIAC IV处理机属于
A. SIMD系统 B.SISD系统 C.MISD系统 D.MIMD系统
8. 在多处理机环境中，两个程序段之间如果存在“先读后写”的数据反相关，下列说法正确的是
A. 无论如何不能并行 B.不可以交换串行
B. 即使同步控制也不能并行 D.若指令满足交换律，可以交换串行
9. 数据流计算机中的数据驱动的策略是
A. 请求式求值 B.滞后求值 C.边求值边计算 D.提前求值
10. 下列关于归约机的描述，不正确的是
A. 归约机是面向函数式语言或以函数式语言为机器语言的非Neumaa型机器
B. 归约机采用适合于函数式程序运行的多处理器（机）互连的结构
C. 归约机具有大容量物理存储器的同时，还需要少量的虚拟存储器
D. 归约机的处理部件应当是一种有多个处理器或多个处理机并行的结构形式
第二部分 非选择题
二、填空题：本大题共10小题，每小题2分，共20分。
11. 从计算机原理上看，软件的功能可以用硬件或固件完成，硬件的功能也可以用软件模拟完成。
12. 软件移植的模拟方法是用_机器语言程序解释，其解释程序存储于主存中。
13. 在高性能多用户计算机系统中，用户程序输入/输出应由用户向系统发出I/O请求，经过__操作系统__来调度分配设备，并进行具体的输入输出处理。
14. 计算机总线按信息传送的方向而言，可分为单向传输和_双向传输。
15. 多级立方体网络交换开关的控制方式主要有级控制、单元控制和部分级控制。
16. CRAY-1向量处理机的一个显著特点是只要不出现_功能部件使用冲突和源向量寄存器使用冲突，通过链接机构可使有数据相关的向量指令能在大部分时间内并行执行。
17. 阵列处理机的构形主要有采用分布式存储器阵列构形和采用集中式共享存储器阵列构形.
18. 组相联映像指的是各组之间是直接映像，而组内各块之间是全相联映像.
19. Cache的写策略主要包括写回法和写直达法两种。
20. 根据对数据令牌处理的方式不同，数据流计算机可以划分为静态和动态两种类型
三、简答题：本大题共5小题，每小题6分，共30分。
21. 简述设计RISC计算机的基本原则。
（1）只选择使用频度很高的指令；
（2）减少指令系统寻址方式的种类；
（3）让所有指令豆豆在一个机器周期内完成；
（4）扩大通用寄存器的数量；
（5）多数指令都采用硬联控制实现；
（6）精简指令和优化设计编译程序，简单有效地支持高级语言的实现。
22. 简述字节多路通道、数组多路通道、选择通道分别使用连接的设备及各通道的特点。
（1）字节多路通道使用与连接大量的字符类低速设备；传送一个字符的时间很短，但字符（字节）间的等待时间很长；
（2）数组多路通道适用于连接多台高速设备，设备的传送速率很高，但传送开始前的寻址辅助操作时间很长；
（3）选择通道适用于连接优先级高的高速设备，在数据传送期间内独占通道，只能执行一道通道程序。
23. 简述虚拟存储器页面失效和实页冲突发生的原因及所确定替换算法的依据。
当处理机要用到的指令或数据不在主存中时，会发生页面失效；当主存已满且发生页面失效时，会发生实页冲突。
替换算法的确定主要看主存是否有高的命中率、是否便于实现和辅助软硬件成本是否低。
24. 简述流水线机器全局性相关的概念及处理全局性相关的四种方法。
全局性相关指的是已进入流水线的转移指令和其后续的指令之间相关。处理全局性相关的四种方法：
使用猜测法；加快和提前形成条件码；采取延迟转移；加快短循环程序的处理；
25. 简述多处理机与阵列处理机在指令流和并行等级的区别。
（1）指令流的区别；阵列处理机是单指令流；多处理机是多指令流。
（2）并行等级区别；阵列处理机主要针对向量、数组处理，实现向量指令操作级的并行，是开发并行性的同时性；多处理机实现的则是更高一级的作业或任务间的并行，是开发并行性的并发性。
四、简单应用题：本大题共2小题，每小题10分，共20分。
26. 有一条4段（S1-S4）组成的数据处理流水线如题26图所示。其中S1和S4的执行时间均为△t，S2与S3的执行时间均为2△t.该流水线连续处理5个数据，要求；
（1）画出处理过程的时空图
（2）求出该流水线的实际吞吐率和效率。
流水线段数m=4，任务树=5；
瓶颈的时间△tj=2△t
吞吐率
效率
总结：效率=吞吐率x最大瓶颈时间/段数
27. 阵列处理机0-7共有8个处理单元互连，要求按照（0,3）、（1,2）、（4,7）、（5,6）配对通信。
（1）写出实现该功能的互连函数的一般式。
（000,011） 互连函数为Cube（b2b1b0）=b2-b1-b0
（2）画出用三级立方体网络实现该互连函数的拓扑结构图，并标出各级控制开关的状态。
第0级与第1级控制开关的状态为变换，第2级控制开关的状态为直连接。
五、综合应用题：本大题共2小题，每小题10分，共20分。
28. 假设某机器共有8条指令（I1-I8）,使用频度如题28表所示，要求
（1）构造哈夫曼树，计算采用哈夫曼树编码时操作码的平均码长。
平均码长=4x（0.04+0.05+0.06+0.08）+3x（0.12+0.15）+2x（0.2+0.3）=2.73
（2）如果采用只有两种码长的扩展操作码进行编码，给出一种最优编码方案，使得操作码的平均码长最短，并求出平均码长。
按照指令使用频度将指令分成两组，频度较高的3条指令1,2，5，采用两位操作码编码表示，零下一个2位编码作为扩展标志，扩展出3位，用来编码其余频度较低的5条指令；
平均码长=2*（0.3+0,2+0,15）+5*（0.04+0.05+0.06+0,0,8+0.12）=3.05
29. 若计算机有4级中断，中断响应的优先次序为1→2→3→4，要求中断处理的次序为1→4→2→3.
（1）设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位（中断屏蔽位“1”对应于开放，“0”对应于屏蔽）。
（2）如果所有的中断处理各需3各单位时间，中断响应和中断返回时间相对于中断处理时间少得多。当计算机正在运行用户程序时，发生第2级中断请求，过两个单位时间后，同时发生第3、4级中断请求，再过两个单位时间后，又发生第1级中断请求。画出程序运行过程示意图。
图形成过程；中断处理的次序为1→4→2→3.且每次处理经过3t，（图中我用一横代表1t）；根据题意（要点：优先级，执行3t才可退出中断程序）
（a）当计算机正在运行用户程序时，发生第2级中断请求，2级要执行3t才能执行用户程序，但是2级还差t才执行完毕；2级执行完毕后才能用户程序执行。
（b）此时2级已经执行了2t，同时发生第3、4级中断请求且要执行2t（根据题意），由于4的优先级高于2、3的优先级，所以是4级执行了2t；目前2级还差t时间执行完成，4级还差t时间完成，3级低于2、4级还差3t。都还没有执行完成。
（c）又发生第1级中断请求(根据题意)；1级的优先级最高，所以1级执行3t完毕；
（d）2,3,4都没有执行完毕，但是4的优先级高于2.3，所以1执行完毕之后在执行4级剩下的t；
（e）4级执行完毕之后，2级优先级高于3级，所以执行2级剩下的1t；
（f）由于最开始发生的是2级中断，2级执行完毕之后需要回到用户程序执行t，
（g）由于1,4,2级全部执行完毕了，再次发生中断，只剩下3级执行3t，执行完毕之后回到用户程序。
（h）1-4-2-3执行完毕，继续执行用户程序
Ps：程序运行过程示意图我每次都弄不清楚，这一次终于给他弄清楚了；希望能够帮助到大家理解。我也是看了好几遍不懂，突然今天豁然开朗了，之前有人给我说的要懂不懂的，今天我是真的弄明白了。
