计算机系统结构复习题(含参考答案).pdf

### 计算机系统结构复习知识点解析 #### 一、单项选择题解析 **1. 数据相关性** - **选项分析：** - A. 交换串行：指通过交换两个程序段的执行顺序来避免数据相关性。 - B. 不能并行执行：存在数据相关性的情况下，两个程序段不能同时执行。 - C. 必须并行执行：此选项不符合实际，因为存在数据相关性时通常需要保证数据的一致性和完整性。 - D. 顺序串行：按照原始顺序执行程序段。 - **正确答案：C** - **解析：**题目提到存在先读后写和先写后读两种数据相关，这意味着两个程序段之间存在着严格的依赖关系，无法通过简单的重排序来消除这种依赖，因此必须保持原有的执行顺序，即不能并行执行。 **2. 输入输出系统硬件的功能透明性** - **选项分析：** - A. 应用程序员：不关心底层硬件细节。 - B. 操作系统程序员：需要了解硬件细节以编写驱动程序等。 - C. 机器语言程序设计员：需要了解硬件细节来编写高效的代码。 - D. 系统结构设计人员：需要深入理解硬件设计。 - **正确答案：A** - **解析：**对于应用程序员而言，他们通常只关注高级语言编程接口，而不会涉及底层硬件的具体实现细节，因此输入输出系统硬件的功能对他们来说是透明的。 **3. 流水线指令处理** - **选项分析：** - A. 出现瓶颈：如果流水线中有某些阶段处理速度较慢，则可能导致整个流水线效率降低。 - B. 可获得高的吞吐率和效率：当指令之间无局部性和全局性相关时，流水线可以高效地处理指令。 - C. 可靠性提高：通常与流水线无关。 - D. 流水线的效率和吞吐率恶化：与A项相反。 - **正确答案：B** - **解析：**当指令之间不存在局部性和全局性相关时，意味着指令可以顺利地通过流水线的不同阶段而不会受到其他指令的影响，这将有助于提高流水线的吞吐率和效率。 **4. 浮点数尾数的下溢处理** - **选项分析：** - A. 舍入法：可能导致精度损失。 - B. 恒置1法：可能引入额外误差。 - C. 截断法：简单但可能引起较大误差。 - D. 查表舍入法：更准确且复杂度适中。 - **正确答案：D** - **解析：**查表舍入法是一种较为先进的方法，它通过查找预先准备好的表格来确定如何处理浮点数尾数的下溢问题，这种方法能够提供更高的精度并且避免了简单舍入或截断所带来的问题。 **5. 操作级并行SIMD计算机** - **选项分析：** - A. 阵列处理机：主要用于向量和矩阵运算，能够并行处理多个数据。 - B. 多处理机：通常指的是多核处理器或多台计算机组成的集群。 - C. 超标量处理机：在同一时钟周期内执行多个指令。 - D. 超流水线处理机：具有更深层次的流水线。 - **正确答案：A** - **解析：**阵列处理机是专门设计用于处理向量和矩阵运算的计算机，它可以并行处理多个数据元素，非常适合操作级并行的SIMD计算模型。 **6. 数据表示** - **选项分析：** - A. 程序中的数据格式：与具体编程语言有关。 - B. 数据结构：如数组、链表等。 - C. 硬件能直接识别引用的数据类型：指的是二进制表示。 - D. 数据类型：高级语言中的概念。 - **正确答案：C** - **解析：**数据表示是指在硬件层面上如何表示数据，包括数据的二进制编码方式等，这是硬件可以直接识别和处理的数据类型。 **7. 流水线全局相关的处理方法** - **选项分析：** - A. 采取延迟转移：通过推迟分支指令的执行来解决全局相关。 - B. 堆栈法：通常用于函数调用等场景，与流水线全局相关处理方法不同。 - C. 猜测法：预测分支的方向，以减少延迟。 - D. 加快短循环程序的处理：优化短循环程序以减少循环开销。 - **正确答案：B** - **解析：**堆栈法主要用于函数调用过程中的参数传递和返回地址的保存，而不是解决流水线全局相关性的方法。 **8. 面向堆栈的寻址** - **选项分析：** - A. 支持向量运算：通常与面向寄存器的寻址有关。 - B. 访问速度快：与面向寄存器相比，面向堆栈的寻址通常较慢。 - C. 支持矩阵运算：同样与面向寄存器有关。 - D. 有利于子程序嵌套、递归调用参数、返回地址与现场的保存和恢复：面向堆栈的寻址机制特别适合这些场景。 - **正确答案：D** - **解析：**面向堆栈的寻址方式使得子程序调用时的参数传递、返回地址以及局部变量的保存变得非常自然和高效，这对于子程序嵌套和递归调用尤其有利。 **9. 中断优先级** - **选项分析：** - A. 程序性→ I/O →机器校验：常见于早期计算机系统。 - B. 外部→重新启动→程序性：通常不是通用的优先级设置。 - C. I/O →程序性→掉电：常见于现代计算机系统。 - D. 通路错→程序性→I/O →重新启动：符合大多数现代计算机系统的中断优先级设置。 - **正确答案：D** - **解析：**在现代计算机系统中，通常会将更为严重的错误（如通路错）置于更高的优先级，其次是程序性中断、I/O中断和重新启动中断。 **10. 多端口存储器适用场景** - **选项分析：** - A. 机数很多的多处理机：不适合，因为多端口存储器的成本较高。 - B. 机数可变的多处理机：不明确，通常需要更多的信息来判断。 - C. 紧耦合多处理机：多端口存储器可以有效地支持多处理机之间的数据共享。 - D. 松耦合多处理机：多端口存储器不太适用。 - **正确答案：C** - **解析：**多端口存储器允许多个处理器同时访问存储器，这对于紧耦合多处理机系统来说是非常有益的，因为它可以减少等待时间并提高整体性能。 **11. 归约机描述** - **选项分析：** - A. 归约机不是基于数据流的计算模型：归约机是基于数据流的。 - B. 归约机采用需求驱动，执行的操作序列取决于对数据的需求：归约机确实采用需求驱动的方式执行计算。 - C. 归约机不是以函数式语言为机器语言：归约机通常使用函数式语言。 - D. 归约机采用Von Neumann型计算机：归约机的设计与Von Neumann架构不同。 - **正确答案：B** - **解析：**归约机是一种特殊的计算机架构，它采用需求驱动的方式执行计算，即只有当数据被需要时才会进行计算，这种特性使得归约机特别适合于处理函数式编程语言。 **12. 静态流水线描述** - **选项分析：** - A. 某一时间内各段只能按一种功能联接流水的多功能流水线：静态流水线的定义。 - B. 功能固定的流水线：过于宽泛，不能完全描述静态流水线。 - C. 各段之间的连接是固定不变：过于笼统，不完全正确。 - D. 某一时间内可执行多种功能：这是动态流水线的特征。 - **正确答案：A** - **解析：**静态流水线是指在某一时间段内，流水线的各部分只能按照一种特定的功能进行联接，不能改变其功能配置，这样的流水线可以实现多种功能。 **13. 多处理机机间互连采用总线形式的优点** - **选项分析：** - A. 结构简单、造价低、可扩充性好：总线互连的优点。 - B. 适用于处理机机数较多的场合：不一定，因为总线互连可能会导致访问冲突。 - C. 系统增减模块不方便：与事实相反。 - D. 没有访问公用总线的冲突：总线互连通常会有冲突。 - **正确答案：A** - **解析：**总线形式的互连结构简单、成本较低，并且易于扩展，但是随着处理机数量的增加，可能会出现访问冲突的问题。 **14. 位片处理方式** - **选项分析：** - A. 字并位并：通常用于向量处理机。 - B. 字串位并：通常用于数组处理机。 - C. 字并位串：这是一种混合方式，适用于多种类型的计算机。 - D. 字串位串：适用于串行处理机。 - **正确答案：C** - **解析：**位片处理是指计算机采用字并位串的方式对数据进行处理，这种方式结合了字并位并和字串位串的优点，能够灵活地处理不同类型的数据。 **15. 主存-Cache地址变换过程中的块冲突率** - **选项分析：** - A. 直接映像与其变换：直接映像的冲突率较高。 - B. 全相联映像和变换：冲突率最低。 - C. 组相联映像与其变换：介于直接映像和全相联映像之间。 - D. 都不是：不正确。 - **正确答案：B** - **解析：**全相联映像允许主存中的任意一块映射到Cache中的任意一块，因此它的块冲突率最低。 **16. 页面替换算法** - **选项分析：** - A. FIFO能正确反映程序的局部性：通常不能很好地反映。 - B. FIFO不是根据过去使用情况预估未来：正确。 - C. 随机算法的主存命中率很高：通常不高。 - D. LRU能正确反映程序的局部性：正确。 - **正确答案：D** - **解析：**LRU（最近最少使用）算法能够较好地反映程序的局部性原理，即最近被访问过的页面很可能很快会被再次访问。 **17. 计算机系统的层次结构** - **选项分析：** - A. 高级语言机器级，汇编语言机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级：常见的层次结构。 - B. 高级语言机器级，应用语言机器级，汇编语言机器级，微程序机器级：应用语言机器级不属于传统的计算机系统层次。 - C. 应用语言机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级：层次顺序不正确。 - D. 应用语言机器级，操作系统机器级，微程序机器级，传统机器语言机器级：层次顺序不正确。 - **正确答案：A** - **解析：**计算机系统的层次结构通常从高级语言机器级开始，逐步向下到汇编语言机器级、传统机器语言机器级，最终到达微程序机器级。 **18. 并行处理计算机的基本结构特征** - **选项分析：** - A. 计算机网络：不属于并行处理计算机的基本结构特征。 - B. 控制流计算机：与并行处理计算机的分类不符。 - C. 机群系统：已经提到，不属于此选项。 - D. 数据流计算机：是并行处理计算机的一种基本结构特征。 - **正确答案：D** - **解析：**除了分布处理、MPP（大规模并行处理机）和机群系统之外，并行处理计算机的基本结构特征还包括流水线计算机、阵列处理机、多处理机以及数据流计算机。 **19. Delta网络中2×2交叉开关模块的数量** - **选项分析：** - A. 6：不正确。 - B. 12：正确。 - C. 24：不正确。 - D. 64：不正确。 - **正确答案：B** - **解析：**在23×23的Delta网络中，需要12个2×2交叉开关模块。这是因为每个输入端都需要与所有输出端相连，通过计算可以得出这个结果。 **20. 通道程序执行结束时引起的中断** - **选项分析：** - A. I/O中断：正确。 - B. 访管中断：与通道程序无关。 - C. 程序性中断：与通道程序无关。 - D. 外部中断：与通道程序无关。 - **正确答案：A** - **解析：**当通道程序执行完毕时，通常会引起I/O中断，以便通知CPU通道程序已经完成。 **21. 计算机使用的语言** - **选项分析：** - A. 专属软件范畴，与计算机体系结构无关：不正确。 - B. 分属于计算机系统各个层次：正确。 - C. 属于用以建立一个用户的应用环境：不正确。 - D. 属于符号化的机器指令：过于狭窄。 - **正确答案：B** - **解析：**计算机使用的语言跨越不同的系统层次，包括但不限于高级语言、汇编语言、机器语言等，它们分别服务于不同的系统层次。 **22. 动态数据流机特点** - **选项分析：** - A. 数据流令牌无标号：不正确。 - B. 需要程序计数器来实现：不正确。 - C. 令牌带上标号：正确。 - D. 同步由门(Latch)寄存器来实现：不正确。 - **正确答案：C** - **解析：**动态数据流机的一个显著特点是令牌（Token）带上了标号，这样可以更好地跟踪数据流的流向和状态。 **23. 多处理机上的数据相关** - **选项分析：** - A. 可以并行执行：不正确。 - B. 不可能并行：正确。 - C. 任何情况均可交换串行：不正确。 - D. 必须并行执行：不正确。 - **正确答案：B** - **解析：**如果多处理机上两个程序段之间存在先写后读的数据相关，则这两个程序段不能并行执行，必须保证先写的程序段完成后才能执行后读的程序段。 **24. 多处理机的各自独立型操作系统** - **选项分析：** - A. 要求管理程序不必是可再入的：不正确。 - B. 适合于紧耦合多处理机：不正确。 - C. 工作负荷较平衡：不正确。 - D. 有较高的可靠性：正确。 - **正确答案：D** - **解析：**各自独立型操作系统通常在每个处理机上运行自己的操作系统副本，这样即使某个处理机发生故障，也不会影响其他处理机的工作，从而提高了系统的整体可靠性。 **25. 输入输出系统硬件的功能透明性** - **选项分析：** - A. 操作系统程序员：不正确。 - B. 应用程序员：正确。 - C. 系统结构设计人员：不正确。 - D. 机器语言程序设计员：不正确。 - **正确答案：B** - **解析：**对于应用程序员而言，输入输出系统硬件的具体实现细节通常是透明的，他们只需要使用高级语言提供的库函数即可完成输入输出操作。 **26. “启动I/O”指令** - **选项分析：** - A. 目态指令：不正确。 - B. 管态指令：正确。 - C. 目态、管态都能用的指令：不正确。 - D. 编译程序只能用的指令：不正确。 - **正确答案：B** - **解析：**“启动I/O”指令通常是一种管态指令，只有在操作系统或者具有相应权限的程序才能执行这类指令，用于启动设备的输入输出操作。 **27. 全相联地址映象** - **选项分析：** - A. 具有较高的缓存利用率：正确。 - B. 主存中的任意一块都可以映射到Cache中的任意一块：正确。 - C. 主存中的任意一块只能映射到Cache中的固定一块：不正确。 - D. 主存中的任意一块只能映射到Cache中的某几块：不正确。 - **正确答案：B** - **解析：**全相联地址映象允许主存中的任意一块映射到Cache中的任意一块，这种方式可以减少块冲突的概率，提高缓存的利用率。