计算机系统结构考试计算题

例1.1 将计算机系统中某一功能的处理速度加快15倍，但该功能的处理时间仅占整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？ 解 由题可知： F e = 40% = 0.4 S e = 15根据Amdahl 定律可知：采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高到原来的1.6倍。

例1.2 某计算机系统采用浮点运算部件后，使浮点运算速度提高到原来的25倍，而系统运行某一程序的整体性能提高到原来的4倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。

解 由题可知： S e = 25 S n = 4 根据Amdahl 定律可知：6.1154.0)4.01(1)1(1≈+-=+-=SeFeFe Sn()25114FeFe +-=由此可得：Fe = 78.1%即程序中浮点操作所占的比例为78.1%。

例1.3 假设FP 指令的比例为25%，其中，FPSQR 占全部指令的比例为2%，FP 操作的CPI 为4，FPSQR 操作的CPI 为20 ，其他指令的平均CPI 为1.33。

现有两种改进方案，第一种是把FPSQR 操作的CPI 减至2，第二种是把所有的FP 操作的CPI减至2，试比较两种方案 对系统性能的提高程度。

解 没有改进之前，每条指令的平均时钟周期CPI 为：（1）采用第一种方案FPSQR 操作的CPI 由CPI FPSQR ＝20减至CPI’FPSQR ＝2，则整个系统的指令平均时钟周期数为：()()2%7533.1%2541=⨯+⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=∑=ni i i IC IC CPI CPICPI1＝CPI―（CPIFPSQR―CPI’FPSQR）×2%＝2―(20―2) ×2%＝1.64（2）采用第二种方案所有FP操作的CPI由CPIFP ＝4减至CPI’FP＝2，则整个系统的指令平均时钟周期数为：CPI2＝CPI―（CPIFP―CPI’FP）×25%＝2―(4―2) ×25%＝1.5从降低整个系统的指令平均时钟周期数的程度来看，第二种方案优于第一种方案。

)分; CRT，_C_A，超大规模集成电路B，集成电路C，晶体管D，电子管3.微型计算机中控制总线提供的完整信息是_D__A，存储其和I/O设备的地址码B，所有存储其和I/O设备的时序信号和控制信号C，来自I/O设备和存储器的响应信号D，上述各项4.某计算机字长是32位，它的存储容量是356KB，按字编址，它的寻址范围是__B__。

A，128K B，64K C，64KB D，128KB5.主机与I/O设备传送数据时，采用_A__,CPU 的效率最高。

A，DMA方式B，程序查询方式C，中断方式D，以上都可以6.DMA方式中，周期窃取是窃取一个__A___。

A，存取周期B，指令周期C，CPU 周期D，总线周期7.两个十六进制数7E5和4D3相加，得__C___。

A，(BD8)16 B，(CD8)16 C，(CB8)16 D，以上都不对8.运算型指令的寻址和转移型指令的寻址不同点在于_B___A，前者是短指令，后者是长指令B，前者取操作数，后者决定程序转移地址C，后者是短指令，前者是长指令D，后者取操作数，前者决定程序转移地址9.某机有四级中断，优先级从高到低依次为1，2，3，4。

若将优先级顺序修改，改后1级中断的屏蔽字是1011，2级中断的屏蔽字是1111，3级中断的屏蔽字是0011，4级中断的屏蔽字是0001，则修改后的优先顺序从高到低为_D_。

A，3，2，1，4B，1，3，4，2C，4，2，1，3D，2，1，3，410.在中断周期中，将允许中断触发器置“0”的操作由__A___完成。

A，硬件B，软件C，关中断指令D，开中断指令三，判断题(1*10=10分)1，控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果。

（错）2，Zilog Z80是16位微处理器。

（错）3，总线的半同步通信方式既采用时钟信号，又采用握手信号。

（对）4，可编程的只读存储器不一定是可改写的。

（对）5，大多数个人计算机中可配置的最大主存容量受指令中地址码位数的限制。

计算机系统结构考试试题一、选择题（每题 2 分，共 40 分）1、以下关于计算机系统结构的说法中，错误的是（）A 计算机系统结构是指计算机系统的软、硬件的界面B 计算机系统结构是对计算机系统中各级界面的定义及其上下的功能分配C 计算机系统结构是指计算机系统的概念性结构和功能特性D 计算机系统结构与计算机组成和计算机实现无关2、提高并行性的技术途径不包括（）A 时间重叠B 资源重复C 资源共享D 增加指令3、指令流水线中出现数据相关时，通常采用的解决办法不包括（）A 停顿B 分支预测C 数据旁路D 指令预取4、以下关于存储系统的说法中，正确的是（）A Cache 是为了弥补主存速度的不足B 虚拟存储器是为了扩大主存容量C 相联存储器是按地址访问的D 主存是按内容访问的5、以下关于中断的说法中，错误的是（）A 中断是指计算机在执行程序过程中，遇到突发事件而中断当前程序的执行B 中断响应的过程包括关中断、保存断点、识别中断源、保护现场等C 中断向量是中断服务程序的入口地址D 中断处理的过程包括恢复现场、开中断、返回原程序等6、以下关于总线的说法中，错误的是（）A 总线是连接计算机各部件的公共信息传输线B 总线可以分为数据总线、地址总线和控制总线C 同步总线的传输效率高于异步总线D 总线的带宽等于总线的时钟频率乘以总线的宽度7、以下关于输入输出系统的说法中，正确的是（）A 程序查询方式的效率最高B 中断方式需要 CPU 不断查询设备状态C DMA 方式可以直接在内存和外设之间传输数据D 通道方式的功能比 DMA 方式强大8、以下关于多处理机系统的说法中，错误的是（）A 多处理机系统是指由两个或两个以上的处理机组成的计算机系统B 多处理机系统的并行性比单处理机系统高C 多处理机系统的通信方式包括共享存储器和消息传递D 多处理机系统的性能只取决于处理机的数量9、以下关于流水线的说法中，正确的是（）A 流水线的段数越多，流水线的效率越高B 流水线的吞吐率与流水线的段数无关C 流水线的加速比等于流水线的段数D 流水线的效率与任务的类型有关10、以下关于 RISC 指令集的说法中，错误的是（）A RISC 指令集的指令长度固定B RISC 指令集的指令格式种类少C RISC 指令集的寻址方式简单D RISC 指令集的指令功能强大11、以下关于 CISC 指令集的说法中，正确的是（）A CISC 指令集的指令长度可变B CISC 指令集的指令格式种类多C CISC 指令集的寻址方式复杂D 以上都是12、以下关于超标量技术的说法中，错误的是（）A 超标量技术是指在一个时钟周期内同时发射多条指令B 超标量技术可以提高指令的并行度C 超标量技术需要增加硬件的复杂度D 超标量技术可以在任何指令集架构上实现13、以下关于向量处理机的说法中，正确的是（）A 向量处理机是专门用于处理向量数据的计算机B 向量处理机的运算速度比标量处理机快C 向量处理机的并行性主要体现在指令级并行D 以上都是14、以下关于存储层次的说法中，错误的是（）A 存储层次的目的是为了提高存储系统的性能价格比B 存储层次的性能由命中率、访问时间和失效开销决定C 增加 Cache 的容量可以提高命中率D 降低主存的访问时间可以提高存储层次的性能15、以下关于虚拟存储器的说法中，正确的是（）A 虚拟存储器的容量等于主存容量加上辅存容量B 虚拟存储器的页面大小是固定不变的C 虚拟存储器的地址转换是由硬件完成的D 虚拟存储器的页面替换算法对系统性能有很大影响16、以下关于多总线结构的说法中，错误的是（）A 多总线结构可以提高系统的性能B 多总线结构可以增加系统的可靠性C 多总线结构可以减少系统的成本D 多总线结构可以提高系统的可扩展性17、以下关于 I/O 接口的说法中，正确的是（）A I/O 接口是 CPU 与外设之间的桥梁B I/O 接口可以实现数据格式的转换C I/O 接口可以实现数据缓冲和锁存D 以上都是18、以下关于 DMA 控制器的说法中，错误的是（）A DMA 控制器可以接管总线控制权B DMA 控制器可以在内存和外设之间直接传输数据C DMA 控制器可以减少 CPU 的干预D DMA 控制器可以提高系统的并行性19、以下关于通道的说法中，正确的是（）A 通道是一种具有特殊功能的处理器B 通道可以实现对 I/O 设备的统一管理C 通道可以提高系统的 I/O 性能D 以上都是20、以下关于计算机系统性能评价的说法中，错误的是（）A MIPS 是衡量计算机性能的常用指标之一B MFLOPS 是衡量浮点运算性能的指标C 基准测试程序可以用来评价计算机系统的性能D 计算机系统的性能只取决于硬件的性能二、填空题（每题 2 分，共 20 分）1、计算机系统结构的经典定义是由提出的。

1.某台主频为1GHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下:求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。

（10分）2.将计算机系统中某一功能的处理速度加快15倍，但该功能的处理时间仅占整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？3.如果某计算机系统有3个部件可以改进，则这3个部件进改进后达到的加速比分别为：S1=30，S2=20，S3=10。

（1）如果部件1和部件2改进前的执行之间占整个系统执行的时间比例都为30%，那么，部件3改进前的执行时间占整个系统执行时间的比例为多少，才能使3个部件都改进后的整个系统的加速比Sn达到10？（2）如果3个部件改进前执行时间占整个系统执行时间的比例分别是30%，30%和20%，那么，3个部件都改进后系统的加速比是多少？未改进部件执行时间在改进后的系统执行时间中占的比例是多少？（10分）4.假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。

具体数据如下表所示:(1）改进后，各类操作的加速比分别是多少?(2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少?(3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少?5.一台模型机的9条指令的使用频度如下：（10分）ADD（加）：26%SHR（右移）：2%SUB（减）：17%CLL（循环左移）：5%JOM（按页转移）：11%CLA（累加器清零）：15%STO（存）：2%STP（停机）：12%JMP（转移）：10%试设计这9条指令的Huffman编码的操作码表示以及其等长扩展操作码表示，并计算这两种表示的平均操作码长度。

6.有一个“Cache-主存”存储层次。

主存共分为8个块（0～7），Cache为4个块（0～3），采用直接映像方式。

（1）对于如下主存块地址流：0、2、6、1、3、7、0、1、4、5、4、6、0、7、2，如主存中内容一开始未装入Cache，请列出每次访问后Cache中各块的分配情况；（2）对于（1），指出既发生块失效又发生块争用的时刻；（3）对于（1），求出此期间的Cache命中率。

（完整版）计算机系统结构考试题目及参考答案.doc一：名词解释1：虚拟机：由软件实现的机器。

2：CPI ：是衡量CPU 执行指令效率的重要标志，指执行每条指令所需的平均时钟周期数。

3：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

4：并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性。

5：程序局部性原理：是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。

相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。

局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。

6： CISC/RISC ： CISC ：即复杂指令系统计算机，指在系统中增加更多和复杂的指令，来提高操作系统效率的计算机。

RISC ：即精简指令系统计算机，指在系统中选取使用一些频率最高的、长度固定的、格式种类少的简单指令的计算机。

7：计算机系统结构：指对机器语言计算机的软、硬件功能的分配和对界面的定义。

8：系列机：指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件，按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法，并按照速度、价格等不同要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。

9：模拟：用机器语言程序解释实现程序移植的方法。

10：仿真：用微程序直接解释另一种机器的指令系统。

11：寻址方式：寻找操作数或指令的有效地址的方式。

12：替换算法：在存储体系中，当出现页面失效时或者主存的所有页面已经全部被占用而又出现页面失效时，按照某种算法来替换主存中某页。

[ 由于主存中的块比Cache 中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache 中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache 块已全部被占用的情况。

这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。

]二：选择题1，直接执行微指令的是（ C ）A 汇编程序B 编译程序C 硬件D 微指令程序2，对汇编语言程序员不透明的是（ C ）A 程序计数器B 主存地址寄存器C 条件码寄存器D 指令寄存器3，最早的冯·诺依曼型计算机是以（ B ）为中心的A 运算器B 控制器C 存储器D I/O 设备4，计算机系统结构的角度的结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（ C ）A 计算机软件所要完成的功能B 计算机硬件的全部组成C 编程要用到的硬件组织D 计算机各部分硬件的实现5，不同系列计算机之间实现可移植性的途径，不包括（ B ）A 采用统一的高级语言B 采用统一的汇编语言C 模拟D 仿真6，利用时间重叠原理，实现并行处理的是（ A ）A 流水处理机B 多处理机C 阵列处理机D 集群系统7，多处理机实现的并行主要是（B）A 指令级并行B 任务级并行C 操作级并行D 操作步骤的级并行8 计算机系统结构不包括（ B ）A 信息保护B 存储速度C 数据表示D 机器工作状态9，不需要编址的数据存储空间（ D ）A CPU 通用寄存器B 主存储器C I/O 寄存器D 堆栈10， RISC 执行程序的速度比CISC 快的原因是（ C ）A RISC 指令系统中条数较少B 程序在 RISC 编译生成的目标程序较短C RISC 指令平均执行周期数较少D RISC 中只允许 LOAD 和 STORE 指令存储11，程序员在编写程序时，使用的访存地址是（ B ）A 主存地址B 逻辑地址C 物理地址D 有效地址12，虚拟存储器主要是为了（ A ）A 扩大存储器系统容量B 提高存储器系统速度C 扩大存储器系统容量和提高存储器系统速度D 便于程序的访存操作13，与全相联映像相比，组相联映像的优点是（ B ）A 目录表小B 块冲突概率低C 命中率高D 主存利用率高14，输入输出数据不经过CPU 内部寄存器的输入输出方式是（ C ）A 程序控制方式B 中断C DMA 方式D 上述三种方式15，在配置了通道的计算机系统中，用户程序需要输入输出时引起的中断是（ A ）A 访管中断B I/O 中断C 程序性中断D 外部中断16，当计算机系统通过执行通道程序，完成输入输出工作时，执行通道程序的是（B）A CPUB 通道C CPU 和通道D 指定的外设三：填空1，常见的计算机系统结构的分类法有两种：Flynn 分类法，冯氏分类法冯氏分类法是根据系统的最大并行度对计算机系统结构进行分类，大多数的位并行的单处理机属于字串位并的处理机方式2，由软件实现的机器称为：虚拟机3，在一个计算机系统中，低层机器的属性往往对高层机器的程序员是透明的。

计算机体系结构试题及答案一、简答题1、请你简述冯·诺依曼结构的工作原理。

指出：它的结构特点是什么？冯·诺依曼结构是指计算机采用存储程序的工作方式，包含五个部分：算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、存储器（Memory）、输入/输出设备（I/O）、数据通路（Bus）。

它的工作原理是，程序从存储器中读取指令，指令分解成操作码和地址，控制单元根据操作码控制算术逻辑单元完成运算，然后将结果存储到存储器中或输出到I/O设备中。

其结构特点是：CPU与存储器采用同一总线，存储程序的方式，将数据和指令存储在同一存储器中，指令操作码和地址采用相同位数的二进制代码表示。

2、请你简述计算机的指令周期，以及每个阶段的作用。

指令周期是指计算机执行一条指令所经历的若干个阶段，一般包括取指令（Fetch）、指令译码（Decode）、执行指令（Execute）、存储结果（Write Back）四个阶段。

具体作用如下：取指令：从存储器中读取指令。

指令译码：对指令进行解析，确定指令的类型和操作数。

执行指令：根据指令类型和操作数进行相应的运算。

存储结果：将执行结果存储到指定的地址中，或者输出到I/O设备中。

3、请你简述计算机CPU的主要组成部分及其作用。

计算机CPU包含三个主要组成部分：算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、寄存器组。

具体作用如下：算术逻辑单元（ALU）：执行算术和逻辑运算，例如加、减、乘、除、与、或、非等运算。

控制单元（CU）：控制计算机的运行，包括指令译码、节拍发生、中断处理、目标跳转等操作。

寄存器组：存储一些特殊的数据，例如程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、通用寄存器等。

4、请你简述计算机的系统总线及其作用。

计算机的系统总线是一种用于传送信息的共享通信通路，分为三类：地址总线（Address Bus）、数据总线（Data Bus）、控制总线（Control Bus）。

其主要作用是实现各个组件之间的数据传输和控制信号传送，如CPU向存储器读写数据、I/O设备访问存储器等。

计算机系统结构姓名：学号：一、简答题（每小题10分，共20分）1．简述使用物理地址进行DMA存在的问题，及其解决办法。

2．从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。

二、（60分）现有如下表达式：Y＝a ×X其中：X和Y是两个有64个元素的32位的整数的向量，a为32位的整数。

假设在存储器中，X和Y的起始地址分别为1000和5000，a的起始地址为6000。

1．请写出实现该表达式的MIPS代码。

2．假设指令的平均执行时钟周期数为5，计算机的主频为500 MHz，请计算上述MIPS 代码（非流水化实现）的执行时间。

3．将上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。

注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。

画出调度前和调度后的MIPS代码序列执行的流水线时空图，计算调度前和调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及调度前后的MIPS流水线执行的加速比。

4．根据3的结果说明流水线相关对CPU性能的影响。

三、（20分）请分析I/O对于性能的影响有多大？假设：1．I/O操作按照页面方式进行，每页大小为16 KB，Cache块大小为64 B；且对应新页的地址不在Cache中；而CPU不访问新调入页面中的任何数据。

2．Cache中95%被替换的块将再次被读取，并引起一次失效；Cache使用写回方法，平均50%的块被修改过；I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache块。

3．访问或失效在所有Cache块中均匀分布；在CPU和I/O之间，没有其他访问Cache 的干扰；无I/O时，每1百万个时钟周期中，有15,000次失效；失效开销是30个时钟周期。

如果替换块被修改过，则再加上30个周期用于写回主存。

计算机平均每1百万个周期处理一页。

试题二计算机系统结构姓名：学号：一、名词解释（每题3分，共15分）1. Cache 2:1 经验规则3. 同构型多处理机5. 堆栈型机器2. 计算机体系结构4. 通道处理机二、填空（每空1分，共20分)1.设计I/O系统的三个标准是（）、（）和（）。

1. 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？根据Amdahl 定律可知： 系统加速比 ＝ ＝＝由题可知： 可改进比例 = 40% = 部件加速比 = 10 系统加速比 =采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高倍。

2. 假设一台计算机的I/O 处理占10％，当其CPU 性能改进到原来的10倍时，而I/O 性能仅改进为原来的两倍时，系统总体性能会有什么改进？加速比＝1/（10%/2+90%/10）=本题反映了Amdahl 定律，要改进一个系统的性能要对各方面性能都进行改进，不然系统中最慢的地方就成为新系统的瓶颈。

3. 双输入端的加、乘双功能静态流水线有1、2、3、4四个子部件，延时分别为Δt, Δt, 2Δt, Δt ，“加”由1→2→4组成，“乘”由1→3→4组成，输出可直接返回输入或锁存。

现执行∑=*+41])[(i iiic b a（1） 画出流水时空图，标出流水线输入端数据变化情况。

（2） 求运算全部完成所需的时间和流水线效率。

（3） 找出瓶颈子过程并将其细分，重新画出时空图并计算流水时间和效率。

（1）（2）由上图可知，全部运算完的时间是23Δt 。

923723437=∆⨯∆=t t η（3）部件 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 结果输入 a 1 a 2 a 3 a 4 a 1+b 1 a 2+b 2 a 3+b 3 a 4+b 4 ① ③ ⑤ b 1 b 2 b 3 b 4 c 1 c 2 c 3 c 4 ② ④ ⑥Δt4 3 2 1由上图可知，流水时间为20Δt 。

1003720537=∆⨯∆=t t η4. 有一条流水线如下所示。

50ns50ns100ns200ns(1) 求连续输入5指令，该流水线的实际吞吐率和效率；(2) 该流水线的瓶颈在哪一段？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。

一填空题（每空1分，共30分）1、系列机是指具有相同的体系结构，但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。

2、存储程序计算机结构上的主要特点之一是以运算器为中心。

3、从计算机系统结构的多级层次结构可知，通常情况下，第1、2、3级用解释方法实现，第4或更高级用翻译方法实现。

4、对于最常见的事件，通常赋予它优先的处理权和资源使用权，这是计算机体系结构设计中的大概率事件优先原则。

5、容量为64块的Cache采用组相联方式映像，字块大小为128字节，每4块为一组，若主存容量为4096块，且以字编址，那么主存地址为 19 位，主存区号为 6 位。

6、可改进比例的值总是小于等于1 。

7、一般有两种策略来保存寄存器的内容,即：调用者保存和被调用者保存。

8、DLX指令集提供了立即数寻址、寄存器寻址、偏移寻址和寄存器间接寻址4种寻址方式。

9、对某流水线处理器测试时发现其存在结构冲突，通常可采用资源重复和流水化功能单元方法解决该问题。

10、编译器通过重新组织代码顺序消除暂停的技术被称为指令调度。

11、按照流水的级别可以把流水线分为部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线。

12、为解决流水线使用非流水数据通路的寄存器引起冲突，在流水线设计中采用寄存器文件技术解决该问题。

13、Cache的替换算法常见的有 FIFO 、LRU 和随机法。

14、改进Cache性能的方法主要有降低失效率、减少失效开销和减少Cache命中时间。

15、减少流水线处理分支暂停时钟周期数的途径包括尽早判断分支转移是否成功和尽早计算出分支成功转移的PC值。

二、选择题（1—15题，每题1分，共15分）1、下面的指令中， A 不属于RISC处理器指令集。

Ａ.ADD R4,[1000] Ｂ.LD R3,(R4) Ｃ.SUB R4,R3 Ｄ.SD 0(R3),R42. 在其它部件性能保持不变的情况下，对CPU性能的不断改进并没有获得期望的结果，这主要是受到了 A 的影响。

1.4 测试题及参考答案（一）单项选择题（在下列每小题的四个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把你认为是正确答案的题号，填入题后的（）内，多选不给分）1、计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级间相对顺序正确的应当是（）。

①汇编语言机器级——操作系统机器级——高级语言机器级②微程序机器级——传统机器语言机器级——汇编语言机器级③传统机器语言机器级——高级语言机器级——汇编语言机器级④汇编语言机器级——应用语言机器级——高级语言机器级2、汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经（）来实现的。

①编译程序解释②汇编程序解释③编译程序翻译④汇编程序翻译3、直接执行微指令的是（）。

①汇编程序②编译程序③硬件④微指令程序4、对系统程序员不透明的应当是（）。

①Cache存贮器②系列机各档不同的数据通路宽度③指令缓冲寄存器④虚拟存贮器5、对应用程序员不透明的应当是（）。

①先行进位链②乘法器③指令缓冲器④条件码寄存器6、对机器语言程序员透明的是（）。

①中断字②主存地址寄存器③通用寄存器④条件码7、计算机系统结构不包括（）。

①主存速度②机器工作状态③信息保护④数据表示8、对计算机系统结构透明的是（）。

①字符行运算指令②是否使用通道型I/O处理机③虚拟存贮器④VLSI技术9、对汇编程序语言透明的是（）。

①I/O方式中的DMA访问方式②浮点数据表示③访问方式保护④程序性中断10、属计算机系统结构考虑的是（）。

①主存采用MOS还是TTL②主存采用多体交叉还是单体③主存容量和编址方式④主存频宽的确定11、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是（）。

①计算机软件所要完成的功能②计算机硬件的全部组成③编程要用到的硬件组织④计算机各部件的硬件实现12、计算组成设计不考虑（）。

①专用部件设置②功能部件的集成度③控制机构的组成④缓冲技术13、在多用户机器上，应用程序员不能使用的指令是（）。

①“执行”指令②“访管”指令③“启动I/O”指令④“测试与置定”指令14、以下说法中，不正确的是（）。

计算题用一条4段浮点加法器流水线求8个浮点数的和：Z ＝A ＋B ＋C ＋D ＋E ＋F ＋G ＋H 解：Z ＝[(A ＋B)＋(C ＋D)]＋[(E ＋F)＋(G ＋H)]例 设在下图所示的静态流水线上计算：流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水寄存器中，试计算其吞吐率、加周期 1 2 3 规格化尾数加对阶 求阶差 时间A C E G A+B E+F A+B+C+D 7个浮点加法共用了15个时钟周期。

流水线的吞吐率为：TP n T t tk ==⋅=⋅7150471∆∆ 流水线的加速比为：S T T t t k ==⨯⋅⋅=⋅04715187∆∆ 流水线的效率为：E T k T t t k =⋅=⨯⋅⨯⋅=⋅047415047∆∆ 乘法 加减法 时间 段 输入 A 1 B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4 A B C D A ×B C ×D 1 2 3 4（3）计算性能在18个△t 时间中，给出了7个结果。

吞吐率为：不用流水线，由于一次求和需6△t ，一次求积需4△t，则产生上述7个结果共需（4×6+3×4）△t = 36△t加速比为流水线的效率例 有一条动态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t ，其余各段时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水寄存器中。

若在该流水线上计算: 试计算其吞吐率、加速比和效率。

(1) 选择适合于流水线工作的算法应先计算A 1×B 1、A 2×B 2、A 3×B 3和A 4×B 4；再计算(A 1×B 1)＋(A 2×B 2)(A 3×B 3)＋(A 4×B 4)；然后求总的累加结果。

(2) 画出时空图(3) 计算性能非线性流水线例5.3：一条4功能段的非线性流水线，每个功能段的延迟时间都相等，它的预约表如下：(1)写出流水线的禁止向量和初始冲突向量。

计算机系统结构试题答案一、选择题1. 计算机系统结构主要研究的是什么？A. 计算机软件的开发与应用B. 计算机硬件的设计与实现C. 数据库的管理和维护D. 网络通信的原理与技术答案：B2. 下列哪个不是冯·诺依曼体系结构的组成部分？A. 运算器B. 控制器C. 寄存器D. 操作系统答案：D3. 在计算机系统中，缓存的作用是什么？A. 存储大量数据B. 提高数据处理速度C. 保证数据安全D. 管理内存分配答案：B4. 多核处理器相较于单核处理器的优势在于：A. 体积更小B. 能耗更低C. 处理能力更强D. 成本更低答案：C5. 下列哪个术语描述的是计算机系统中数据传输的路径？A. 总线B. 缓存C. 寄存器D. 指令集答案：A二、填空题1. 计算机系统的性能瓶颈通常是由__________带来的。

答案：带宽限制2. 在计算机系统中，__________是一种用于提高存储器访问效率的技术。

答案：虚拟内存3. 现代计算机系统中，多线程技术可以有效地提高__________的利用率。

答案：CPU4. ________是衡量计算机系统处理能力的一个重要指标。

答案：时钟频率5. 在计算机系统中，__________技术可以减少处理器等待数据的时间。

答案：预取三、简答题1. 请简述冯·诺依曼体系结构的基本原理。

答：冯·诺依曼体系结构是一种计算机组织和设计的概念，它将计算机的算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、存储器以及输入输出设备通过一组总线连接起来。

在这种体系结构中，程序指令和数据都存储在同一存储器中，并且按照顺序执行。

这种设计使得计算机能够通过改变存储在其内部的指令来重新编程和重新配置，从而执行各种各样的任务。

2. 描述缓存在计算机系统中的作用及其优势。

答：缓存是计算机系统中的一种小型、快速的存储器，它的作用是暂时存储频繁访问的数据和指令，以便快速访问。

当处理器需要某个数据时，它首先检查缓存中是否有该数据的副本。

可编辑修改精选全文完整版《计算机系统结构》练习题一一、单项选择题1．页式虚拟存储器的地址变换对于 D 是透明的.A. 操作系统设计者B. 任何程序员C. 系统结构设计者D. 应用程序员2．以下各类中断中，属于自愿中断的是 C .A. 外部中断B. I/O中断C. 执行“访管”指令D. 机器校验中断3. 高速外部设备磁盘机适合连接于 C .4. 页式虚拟存储器页表的作用是 A .A. 反映虚页在主存的存储情况B. 仅反映虚页是否调入主存C. 反映主存实页与Cache的对应关系D. 反映虚页在辅存的存储情况5．软件和硬件的功能在逻辑上是 C 的.D.软件优于固件6. 计算机中最优化的操作码编码方法是 D .码码C.扩展操作码 D.哈夫曼编码7. 从计算机系统执行程序的角度看，并行性等级由低到高分为四级 A .A．指令内部——指令之间——进程之间——程序之间B．指令之间——指令内部——进程之间——程序之间C．进程之间——指令之间——指令内部——程序之间D．程序之间——进程之间——指令之间——指令内部8. 计算机系统多级层次结构中，操作系统机器级的直接上层是 D .A．传统机器级B．高级语言机器C．应用语言机器级D．汇编语言机器级9.全相联地址映像是指 A .A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置B.一个虚页只装进固定的主存实页位置C.组之间是固定的，而组内任何虚页可以装入任何实页位置D.组间可任意装入，组内是固定装入10．对于同一系列机，必须保证软件能够 C .A．向前兼容，并向上兼容B．向前兼容，并向下兼容C．向后兼容，力争向上兼容D．向后兼容，力争向下兼容11．设有16个处理单元的并行处理机系统, 采用共享主存的方式. 若同时存取16个数据, 为避免存储器访问冲突, 共享主存的多体数量应该为 C 才合理.A. 15B. 16C. 17D. 1912. 软件兼容的根本特征是 C .A. 向前兼容B. 向后兼容C. 向上兼容D. 向下兼容13.在下列机器中，能够实现软件兼容的机器是 B .A. 完全不同种类的机型B. 系统结构相同的机器C. 宿主机和目标机D. 虚拟机14．输入输出系统硬件的功能对 C 是透明的。

计算机系统结构考试试题
1. 简答题
a. 请简要阐述计算机系统结构的定义及其重要性。

b. 解释什么是指令集体系结构（ISA），并举例说明不同的ISA 类型。

c. 论述冯·诺伊曼体系结构的特点以及对计算机发展的影响。

2. 计算题
a. 给定一个16位的寄存器，寄存器中保存的数值为56902，将其转换为二进制和八进制表示。

b. 设计一个具有4位地址总线和8位数据总线的存储系统，假设寻址方式为直接地址寻址，计算其寻址范围。

c. 若一个指令的操作码占8位，寄存器地址占3位，立即数占5位，计算其最大可表示的指令数量。

3. 综合题
请设计一个简单的微处理器，包括寄存器组、ALU和控制器。

然后给出一个简单的汇编语言程序，要求能够将两个寄存器中的数值相加并存储到第三个寄存器中。

4. 分析题
请分析Intel x86和ARM架构在计算机系统结构上的异同点，并
讨论其适用领域及性能表现。

5. 论述题
论述存储层次结构在计算机系统中的重要性，并详细说明主存、
缓存和辅存的功能和特点。

同时分析存储层次结构对计算机系统性能
的影响。

在考试中，学生需要结合所学知识，对以上试题进行回答和解答。

对于计算题部分，需要给出详细的计算过程和结果。

对于综合题和分
析题部分，需要清晰地阐述思路和实现方案。

最终的目的是检验学生
对计算机系统结构理论和实践的掌握程度，以及对计算机体系结构相
关概念的理解和应用能力。

希望学生能够在考试中发挥所长，充分展示自己的学习成果和能力。

祝各位同学取得优异的成绩！。

一、计算( 每题参考分值5分)1、用一台60MHZ处理机执行标准测试程序，程序所含的混合指令数和每类指令的CPI如表所示，求有效CPI、MIPS 速率和程序的执行时间。

正确答案：解：总的指令数为：45000+35000+15000+15000=100000条，因此各类指令所占的比例分别是：整数运算为45%，数据传送为25%，浮点操作为15%，控制传送为15%。

有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间分别计算如下：(1)有效CPI为：1×0.45+2×0.25+4×0.15+2×0.15=1.85CPI (2)MIPS速率为:1/1.85×60=32.43MIPS (3)程序的执行时间为：100000×1.85/(60×106)=0.003083s=3083us2、用一台50MHZ处理机执行标准测试程序，程序所含的混合指令数和每类指令的CPI如表所示，求有效CPI、MIPS 速率和程序的执行时间。

正确答案：解：总的指令数为：5000+3000+1000+1000=10000条，因此各类指令所占的比例分别是：整数运算为50%，数据传送为30%，浮点操作为10%，控制传送为10%。

有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间分别计算如下：(1)有效CPI为：1×0.5+2×0.3+3×0.1+2×0.1=1.6CPI (2)MIPS速率为:1/1.6×50=31.325MIPS (3)程序的执行时间为：10000×1.6/(50×106)=0.00032s=320us3、用一台40MHZ处理机执行标准测试程序，程序所含的混合指令数和每类指令的CPI如表所示，求有效CPI、MIPS 速率和程序的执行时间。

正确答案：解：总的指令数为：45000+32000+15000+8000=100000条，因此各类指令所的比例分别是：整数运算为45%，数据传送为32%，浮点操作为15%，送为8%。

计算机系统结构考试计算题3、12 有⼀指令流⽔线如下所⽰出 50ns 50ns 100ns 200ns（1）求连续输⼊10条指令,该流⽔线的实际吞吐率与效率;（2）该流⽔线的“瓶颈”在哪⼀段？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。

对于您所给出的两种新的流⽔线,连续输⼊10条指令时,其实际吞吐率与效率各就是多少？解:(1) 2200(ns)2009200)10050(50t )1n (t T maxm1i i pipeline =?++++=?-+?=∑= )(ns 2201T nTP 1pipeline-==45.45%1154400TP mtTP E m1i i≈=?=??=∑= (2)瓶颈在3、4段。

变成⼋级流⽔线(细分)850(ns)509850t 1)(n t T maxm1i i pipeline =?+?=?-+?=∑=)(ns 851T nTP 1pipeline-==58.82%17108400TP mtiTP E m1i ≈=?=??=∑= ? 重复设置部件)(ns 851T nTP 1pipeline-==58.82%1710885010400E ≈=??=3、13有⼀个流⽔线由4段组成,其中每当流经第3段时,总要在该段循环⼀次,然后才能流到第4段。

如果每段经过⼀次所需要的时间都就是t ?,问: （1）当在流⽔线的输⼊端连续地每t ?时间输⼊任务时,该流⽔线会发⽣什么情况？（2）此流⽔线的最⼤吞吐率为多少？如果每t ?2输⼊⼀个任务,连续处理10个任务时的实际吞吐率与效率就是多少？（3）当每段时间不变时,如何提⾼该流⽔线的吞吐率？仍连续处理10个任务时,其吞吐率提⾼多少？段54.35%925045TP E 2310T nTp 23T 21TP pipelinepipeline max ≈=??=??==?=?=t tt t(3)重复设置部件t t===751410T nTP pipeline吞吐率提⾼倍数＝tt ??231075＝1、643、14 有⼀条静态多功能流⽔线由5段组成,加法⽤1、3、4、5段,乘法⽤1、2、5段,第3段的时间为2△t,其余各段的时间均为△t,⽽且流⽔线的输出可以直接返回输⼊端或暂存于相应的流⽔寄存器中。

计算机系统结构习题第一章1. 计算机系统的多级层次结构从上到下的顺序分别是、、、、、。

2. 以往对计算机系统的设计方法有设计和设计，它们分别适用于设计和设计。

3. 研究计算机系统结构的重点是，其主要目的是。

4. 计算机系统的3T性能目标是、、。

5. 以软件为主实现的机器为，由硬件或固件实现的是。

6. 解决软件可移植的办法有、、和。

7. 计算机中的两种信息流是和，计算机系统按流分类可分为、、和。

8. 计算机系统结构主要指。

9. 为了提高CPU的利用率，有效的途径是、、、。

10. 计算机系统的主要软、硬件交界面特性包括、、、、。

11．在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会( )。

A、提高解题速度B、减少需要的存贮容量C、提高系统的灵活性D、提高系统的性能价格比12．对计算机系统结构透明的是( )。

A、数据表示B、是否使用通道型I／O处理机C、虚拟存贮器D、VLSI技术（Very large scale integration）13．对汇编语言程序员透明的是( )。

A、I／O方式中的DMA访问方式B、浮点数据表示C、信息保护方式D、程序性中断14．系列机软件应做到( )。

A、向前兼容，并向上兼容B、向后兼容，力争向上兼容C、向前兼容，并向下兼容D、向后兼容，力争向下兼容15．推出系列机的新机器，不能更改的是( )。

A、原有指令的寻址方式和操作码B、系统总线的组成C、数据通路宽度D、存贮芯片的集成度16．不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括( )。

A、用统一的高级语言B、用统一的汇编语言C、模拟D、仿真17．在计算机系统的多级层次结构中，单条指令执行速度最快的一级是（）。

A、L5（应用语言）级B、L2（操作系统）级C、L1（机器语言）级D、L0（微程序）级18．在计算机系统的多级层次结构中，单条指令功能最强的一级是（）。

A、L5（应用语言）级B、L2（操作系统）级C、L1（机器语言）级D、L0（微程序）级19．简述计算机系统设计中软硬件取舍3原则。

2022年自考专业(计算机应用)计算机系统结构考试真题及答案一、单项选择题单项选择题在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。

错选、多选或未选均无分。

(本大题共10小题，每小题1分，共10分)1、下列属于计算机系统结构讨论范畴的是( )A.指令系统的确定B.牢靠性技术C.数据通路宽度D.乘法器的物理实现2、对机器语言程序员透亮的是( )A.中断字寄存器B.条件码寄存器C.通用寄存器D.乘法器3、按弗林(Flynn)提出的计算机系统分类方法，阵列处理机属于( )A.SISDB.SIMDC.MISDD.MIMD4、下列四种浮点数尾数下溢处理方法中，平均误差可以调整的是( )A.截断法B.舍入法C.恒置“1”法D.查表舍入法5、非专用总线的总线掌握方式采纳集中式定时查询方式，若部件的数量N=8，则需要的掌握线线数是( )A.3B.4C.5D.86、计算机系统中采纳Cache存储器的主要目的是( )A.增大容量B.提高速度C.降低价格D.既提高速度又降低价格7、下列关于阵列处理机与流水线处理机特点的描述，不正确的是( )A.阵列处理机利用并行性中的同时性，而流水线处理机利用的是时间重叠B.阵列处理机提高速度主要靠缩短时钟周期，流水线处理机主要靠增大处理单元数C.阵列处理机使用互连网络来确定处理单元间的连接，而流水线处理机则不是D.与流水线处理机不同，阵列处理机的结构是和所采纳的并行算法紧密联系的8、编号为0、1、2、……、15的16个处理器，用单级互连网络互连，用Cubeo互连函数时，与第9号处理器相连的处理器编号是( )A.8B.10C.11D.129、编号为0、1、2、……、15的16个处理器，用单级互连网络互连，用Shuffle互连函数时，与第7号处理器相连的处理器编号是( )A.10B.12C.14D.1510、阵列处理机主要实现( )A.程序段的并行B.主存操作的并行C.作业、任务间并行D.操作级并行参考答案：【一、单项选择题】1~5ADBDC6~10BBAC。

嵌入式系统计算机组成与体系结构考试（答案见尾页）一、选择题1. 嵌入式系统主要由哪两部分组成？A. CPU和存储器B. 存储器和I/O设备C. CPU和I/O设备D. CPU和总线2. 嵌入式系统的基本体系结构包括哪几个层次？A. 物理层B. 数据链路层C. 网络层D. 传输层E. 应用层3. 嵌入式微处理器中，存储器的地址空间分配通常采用哪种方式？A. 分段B. 分页C. 混合D. 重叠4. 嵌入式系统中，广泛使用的通信协议标准有哪些？A. TCP/IPB. UDPC. ICMPD. ARPE. PPP5. 嵌入式系统硬件平台的主要特点是什么？A. 高性能B. 低功耗C. 可靠性高D. 易于升级6. 嵌入式系统中，实现程序调试的方法通常有哪些？A. 内部调试B. 外部调试C. 在线调试D. 离线调试7. 嵌入式系统应用程序开发通常使用哪种编程语言？A. C语言B. C++语言C. Java语言D. Python语言8. 嵌入式系统中，实现数据压缩和解压缩的常见算法有哪些？A. LZW算法B. Huffman编码C. Run-Length编码D. Deflate算法9. 嵌入式系统中，实现多线程的几种技术有哪些？A. 使用POSIX线程库B. 使用Windows APIC. 使用实时操作系统(RTOS)D. 使用汇编语言直接实现10. 嵌入式系统硬件抽象层(OSAL)的主要功能是什么？A. 提供标准的API接口B. 管理硬件资源C. 实现设备驱动D. 提供任务调度功能11. 嵌入式系统的基本组成是什么？A. CPU、内存、外设和接口B. CPU、存储器、外部设备和连线C. CPU、存储器、总线和接口D. CPU、存储器、总线和外部设备12. 嵌入式系统的硬件层包括哪些部分？A. CPUB. 存储器C. 总线D. I/O设备13. 嵌入式系统的软件层包括哪些部分？A. 操作系统B. 驱动程序C. 中间件D. 应用程序14. 嵌入式系统的运行环境通常是什么？A. 实时操作系统B. 批处理操作系统C. 微内核操作系统D. 混合操作系统15. 嵌入式系统的设计原则包括哪些？A. 可靠性、稳定性、可扩展性和效率B. 可靠性、稳定性、可扩展性和功耗C. 可靠性、稳定性、可扩展性和成本D. 可靠性、稳定性、可扩展性和安全性16. 嵌入式系统的开发流程通常是什么？A. 需求分析、设计、编码、测试、维护B. 需求分析、设计、编码、测试、部署C. 需求分析、设计、编码、测试、上线D. 需求分析、设计、编码、测试、退役17. 嵌入式系统的应用领域有哪些？A. 消费电子B. 工业控制C. 医疗设备D. 交通物流18. 嵌入式系统的核心技术包括哪些？A. 微处理器技术B. 微控制器技术C. 操作系统技术D. 网络通信技术19. 嵌入式系统的开发工具包括哪些？A. 集成开发环境（IDE）B. 编程语言C. 开发板D. 制冷器20. 嵌入式系统的未来发展趋势是什么？A. 人工智能B. 5G通信C. 物联网D. 虚拟现实21. 嵌入式系统的基本组成是什么？A. CPU、内存、外设和接口B. CPU、存储器、外部设备和总线C. CPU、存储器、输入输出设备D. CPU、存储器、接口和通信总线22. 嵌入式系统的核心组成部分是什么？A. CPUB. 内存C. 存储器D. 总线23. 嵌入式系统中，CPU的主要特点是什么？A. 高速运算能力B. 高功耗C. 低功耗D. 高性能24. 嵌入式系统中，存储器的主要类型有哪些？A. RAMB. ROMC. Flash MemoryD. Hard Disk25. 嵌入式系统中，外部设备的主要作用是什么？A. 输入数据到系统B. 输出数据到用户C. 控制系统的运行D. 存储数据26. 嵌入式系统中，总线的类型有哪些？A. 控制总线B. 数据总线C. 地址总线D. 多总线27. 嵌入式系统的设计原则是什么？B. 安全性C. 实时性D. 低功耗28. 嵌入式系统的应用领域有哪些？A. 消费电子产品B. 工业控制系统C. 医疗设备D. 汽车电子29. 嵌入式系统的发展趋势是什么？A. 微型化B. 集成化C. 人工智能化D. 云计算化30. 嵌入式系统的开发流程通常包括哪些阶段？A. 需求分析B. 设计C. 编程D. 调试E. 测试F. 生产31. 嵌入式系统的基本组成是什么？A. CPU、内存、外设和接口B. CPU、存储器、外部设备和总线C. CPU、存储器、输入输出设备D. CPU、存储器、外部设备和操作系统32. 嵌入式系统的硬件层包括哪些？A. CPUB. 存储器D. 输入输出设备33. 嵌入式系统的核心是哪一个部件？A. CPUB. 存储器C. 总线D. 操作系统34. 嵌入式系统中，存储器的主要作用是什么？A. 存储程序B. 控制执行C. 存储数据D. 存储指令和数据35. 嵌入式系统中，外部设备的作用是什么？A. 输入数据到系统B. 输出数据到用户C. 控制执行D. 存储数据36. 嵌入式系统的总线通常用于连接哪些部件？A. CPU、存储器和外部设备B. CPU、存储器和显示器C. CPU、存储器和打印机D. CPU、存储器和键盘37. 嵌入式系统中，操作系统的功能包括哪些？A. 进程管理B. 内存管理C. 文件管理D. 设备管理38. 嵌入式系统的实时性主要依赖于哪一个组成部分？A. CPUB. 存储器C. 总线D. 操作系统39. 嵌入式系统的安全性主要依赖于哪一个组成部分？A. CPUB. 存储器C. 总线D. 操作系统40. 嵌入式系统的设计原则包括哪些？A. 可靠性B. 安全性C. 实时性D. 低功耗二、问答题1. 什么是嵌入式系统？请简述其特点。