1.仿真和模拟的主要区别在于采用不同的语言进行解释。仿真采用（ 微程序）解释，其解释程序在控制存储器中，而模拟采用（机器语言程序）解释，其解释程序在主存储器中。

2.程序的局部性包括（时间）上的局部性和（空间）上的局部性。

3.

4.开发计算机系统结构并行性的主要技术途径有（时间）重叠，（资源重复）和（资源共享）。

5.指令格式的优化包括（操作码）_的优化和（地址码）的优化两方面军。

6.程序定位的技术分为 （直接定位技术）、静态再定位和动态再定位。

7.cache常用的地址映射方式有全相联映像、 （直接映射）、（组相联映射）和段相联映像四种。

8.流水线按流水处理级别不同，流水线分为 （部件级流水线）、（处理机级流水线）和系统级流水线

9.并行处理机按存储器的组成方式不同分为（分布存储器的并行处理结构）和（共享存储器的并行处理结构）两种。

10.多处理在系统结构可分为（紧耦合多处理机）和（松耦合多处理机）两类。

11.计算机系统弗林分类法，把计算机系统分成单指令流单数据流 (SISD) 、单指令流多数据流 (SIMD) 、（多指令流单数据流（MISD））和 (多指令流多数据流(MIMD)) 四大类。

12.在存储体系中， Cache 存储器对应用程序员是（透明）的，对系统程序员是（透明）的 ( 填 “ 透明 ” 或 “ 不透明 ”) 。

13.虚拟存储器按映象算法不同，存储管理方式有段式、页式和段页式三种。

14.“一次重叠”解释时，第 K+1 条指令需等 K 条指令执行后才能形成，称此时发生了 “ （指令）相关 ” 。若第 K 条指令的结果数地址与第 K+1 条指令的源数地址一样时，称发生了“（数）相关”。

15.并行处理机按存储器的组织方式不同，分为两种不同的基本构形，一种是采用（分布式）存储器结构的并行处理机，另一种是具有（集中式共享）存储器结构的并行处理机。

16.开发并行性是为了并行处理，并行性又包括有（同时）性和（并发）性二重含义。

17.计算机系统为了满足日益复杂的应用需要，在机器指令系统的设计、发展和改进上有两种不同（复杂指令系统） 和（精简指令系统）方向。

18.虚拟存储器主要是为解决主存（容量）满足不了要求发展出来的，Cache存储器是为解决主存（速度）满足不了要求发展出来的

19.Cache存储器若采用全相联映象规则，则主存中（任意一）块都可映象装入到Cache中（任意）块的位置上。

20.流水线按其连接方式分为（线性流水线）和（非线性流水线）两类。

21.衡量流水线性能的主要指标有（吞吐率）、（加速比）和效率。

22.实现并行性技术的途径主要有（时间重叠）、（资源重复）和（资源共享）。

23.传统的冯诺依曼型计算机采用是指令驱动方式，属于（控制流）计算机，为设计高性能计算机系统结构，采用数据驱动方式，属于（数据流）计算机。

二、单项选择题

1.本课程所研究的计算机系统结构是指(对计算机系统中各级界面的定义以及功能分配)                          (  D  )

A．对传统机器级界面的确定以及软，硬件功能分配       

B．对微程序机器级界面的确定以及功能分配

C．对操作系统机器级界面的确定以及功能分配

D．对计算机系统中各级界面的定义以及功能分配

2.计算机中优化使用的操作码编码方法是                          （　A　）

A.哈夫曼编码     B.ASCII码   C.BCD码      D.扩展操作码

3.下列关于虚拟存储器的说法，正确的应当是                       (      )

A．更换替换算法能提高命中率

B．访主存命中率随主存容量增大而提高

C．访主存命中率随页面大小增大而提高

D．在主存命中率低时，改用堆栈型替换算法，并增大主存容量，可提高命中率

4.多处理机主要实现的是                                        (   B  )

A．任务级并行B．指令级并行C．操作级并行      D．操作步骤的并行

5.系列机软件必须保证（ 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 

6.以下不属于堆栈型替换算法的是（　c　）

Ａ、近期最少使用算法　Ｂ、近期最久未用过算法　Ｃ、先进先出算法

7.流水处理机对全局性相关的处理 不包括（d　　）

Ａ、猜测法　Ｂ、提前形成条件码　

Ｃ、加快短循环程序的执行　Ｄ、设置相关专用通路

8.、紧耦合多处理机系统是指处理机之间通过(  a    )相互通讯。    

A、共享主存    B、消息传递系统    C、I／0通道    D、脱机I／O设备

9.在指令级高度并行的超级处理机中，下列叙述正确的是（　　）

Ａ、超标量处理机利用资源重复，要求高速时钟机制

Ｂ、超流水线处理机利用资源重复，要求高速时钟机制　

Ｃ、超标量处理着重开发时间并行性，要求高速时钟机制　

Ｄ、超流水线处理机着重开发时间并行性，要求高速时钟机制

10. 对系统程序员不透明的应当是                                ( A )

A．虚拟存储器　　　　　　　B．Cache存储器

Ｃ、指令缓冲寄存器　　　　　D．数据通路宽度

11、就使用语言的角度而言，可将计算机系统看成是按功能划分的（A）组成的层次结构。　　

A.多个机器级　　　　　　　　B.多个软件级　　

C.微程序级　　　　　　　　　D.多个系统

1２、我们日常所用的单处理机采用（　　）方式对数据进行处理。　

A.字串位串　　　　　　　　　B.字串位并　

C.字并位串　　　　　　　　　D.字并位并

1３、解释指令的流水线方式中，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称为（D）　　

A.单功能流水线　　　　　　　B.部件级流水线　　

C.线性流水线　　　　　　　　D.静态流水线

1４、流水操作中，遇到数据相关时，采用的解决办法有( )

A. 用优化编译器检测，通过指令重新排序的方法　　　B. 定向技术

C. 延迟转移技术　　　　　　　　　　　　　　　　D. 加快和提前形成条件码

1５、块冲突概率最高的Cache地址映象方式是(A）

A．直接 　　　　　　　B．组相联

C．段相联 　　　　　　　D．全相联

三、名词解释（每题３分，共１８分）

1.计算机组成（计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。）

2.并行性（所谓并行性是指在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。）

3.指令延迟转移技术

4.局部性相关

5.时间局部性

6.控制流计算机（控制流计算机以指令驱动机制为基础，在程序计数器控制下逐条执行指令序列。）

7.仿真（用微程序直接解释另一种机器指令系统实现软件移植的方法称为仿真。）

8.重叠寄存器窗口技术 

9.超标量流水线（每个时钟周期流出的指令不定，它可以通过编译器静态调度，有编译程序来优化编排指令的执行顺序，将能并行的指令搭配成组，硬件不对指令进行调整。）

10.存储体系（存储体系是指计算机系统的存储器部分由多种不同的存储器构成，由操作系统和硬件技术来完成程序的定位，使之成为一个完整的整体。）

11.松耦合多处理机（松耦合多处理机是通过消息传送方式来实现处理机间的相互通信的。）

12.全局性相关（全局性相关指的是已进入流水线的转移指令（尤其是条件转移指令）和其后面的指令之间相关）

13.紧耦合多处理机（紧耦合多处理机是通过共享主存来实现处理机间的通信的，各处理机与主存之间通过一个互连网络连接。）

14.数据流计算机（数据流计算机是以数据驱动机制为基础，在数据可用性控制下并行执行指令。）

5、在指令级高度并行的超级处理机中，下列叙述正确的是（　　）

Ａ、超标量处理机利用资源重复，要求高速时钟机制

Ｂ、超流水线处理机利用资源重复，要求高速时钟机制　

Ｃ、超标量处理着重开发时间并行性，要求高速时钟机制　

Ｄ、超流水线处理机着重开发时间并行性，要求高速时钟机制

15.翻译（翻译是先把N+1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N+1级程序不再被访问。）

16.并行处理机（并行处理机也称为阵列处理机，是属于以单指令流多数据流方式工作的操作级并行计算机。）

17.流水线的实际吞吐率（流水线的实际吞吐率是指从启动流水线处理机开始到流水线操作结束，单位时间内能流出的任务数或能流出的结果数。）

18.数据性相关

四、简答题（每题6分,共１８分）

1.简述哈夫曼编码的基本思想。

思想是：当各种指令出现的频度不均等时，对出现频度最高的指令用最短的位数来表示，而对出现频度较低的指令用较长的位数来表示，会使表示的平均位数缩短。

2.指令的解释方式采用顺序、一次重叠和流水，其主要差别在什么地方？

3.cache常用的地址映像方式有哪些？并简述其原理。

4.什么是计算机系统结构？什么是计算机组成？什么是计算机实现？说明三者的关系和影响。

简述虚拟存储器的三种管理方式及特点？

5.简述实现并行性技术的途径.

    提高计算机系统并行性的措施有很多，但其基本思想均可纳入下列三种技术途径：

（1） 时间重叠。在并行性概念中引入时间因素，即多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠的使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转来提高处理速度。时间重叠原则上不要求重复的硬件设备，能保证计算机系统具有较高的性能价格比。

   （2）资源重复。在并行性概念中引入空间因素，是根据“以数量取胜”的原则，通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。随着硬件价格的降低，这种方式在单处理机中被广泛采用，而多处理机本身就是资源重复的结果。

   （3）资源共享。是一种软件方法，它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套资源。资源共享既降低了成本，提高了系统资源利用率，也可以相应地提高整个系统的性能。比如，多道程序、分时系统就是遵循资源共享这一途径产生的。

6.什么是计算机系统的并行性。开发并行性的目的是什么?

7.何为指令格式优化？操作码和地址码优化一般采用哪些?

8.流水线中的相关主要有哪些？为解决其对应的相关性有哪些措施？

五、综合应用题（每题８分，共２４分）

1、某模型机有九条指令，其使用频度分别为

ADD:30%，SUB:24%，ＬOD：6%，STO：7%，JMP：7%，

SHR：2%，ROL：3%，MOV：20%，STP：1%

要求有两种指令字长，且都是二地址指令．采用扩展编码，并只能有两种操作码码长。设该机有若干个通用寄存器，主存宽度为１６位，按字节编址，采用按整数边界存储，任何指令都在一个主存周期中取得。短指令为寄存器-寄存器型，长指令为寄存器-主存型；主存地址能变址寻址。

仅根据使用频度，不考虑其他要求，设计出哈夫曼编码，并计算平均码长。

根据给出的全部要求，设计优化实用的操作码编码，并计算平均码长。

画出该机的两种指令字的格式，标出各字段的位数。该机允许使用多少个可编址的通用寄存器？访存变址寻址的最大相对位移量是多少字节？

2、某模型机有10条指令，其使用频度分别为：p1=0.25,  p2=0.20,  p3=0.15, p4=0.10, p5=0.08, p6=0.08, p7=0.05,p8=0.05, p9=0.02, p10=0.02。

写出这１０条指令的操作码的哈夫曼编码，并计算编码的平均码长。

只有两种码长，试设计平均码长最短的扩展操作码编码并计算平均码长。

３、在页式虚拟存储器中，一个程序由0~４共５个虚页组成，在程序执行过程中，访存虚页地址流为0,2,0,4,3,0,2,3,1,2。假设分配给这个程序的主存实页有4个，分别FIFO、LRU和ＯPT替换算法进行替换调度。

分别画出三种算法对主存三个实页位置的使用过程。

分别计算三种替换算法的主存命中率

4假设指令的解释分取指、分析和执行三步。每步的时间相应为t1,t2,t3,试：

分别计算下列几种情况下，执行完１００条指令所需时间的一般关系式。

顺序方式

仅”执行k”与“取指k+1”重叠

仅”执行k”与“分析k+１”、“取指k+２”重叠

分别在t1=t2=2、t3=1及t1=t3=5、t2=2两种情况下，计算出上述各结果。

5、一条线性静态多功能流水线由六个功能段组成，加法操作使用使用其中的一、二、三、六功能段，乘法操作使用其中的一、四、五、六功能段，每个功能段的执行时间均为t，流水线的输出端与输入端之间有直接数据通路，且设置有足够的缓冲寄存器。试用尽可能短的时间计算：F=

画出流水线时空图，并计算流水线的实际吞吐率、加速比。

6、在页式虚拟存储器中，一个程序由0~４共５个虚页组成，在程序执行过程中，访存虚页地址流为0,1,0,4,3,0,2,3,1,3。假设分配给这个程序的主存实页有3个，分别用FIFO、LRU和ＯPT替换算法进行调度。

分别画出三种算法对主存三个实页位置的使用过程。

分别计算三种替换算法的主存命中率。

7、某模型机有９条指令，其使用频度分别为：p1=0.3 p2=0.24,  p3=0.20, p4=0.07, p5=0.07, p6=0.06, p7=0.03,p8=0.02, p9=0.01。

（1）、写出这9条指令的操作码的哈夫曼编码，并计算编码的平均码长。

（2）、只有两种码长，试设计平均码长最短的扩展操作码编码并计算平均码长。

8、有一个4段的单功能非线性流水线，预约表如下表所示。

（1）写出延迟禁止表、冲突向量，并画出冲突向量状态转移图；

（2）写出其流水线的最佳调度方案及此时的最大吞吐率。

（注：T1,T2,T3,T4,T5,T6之间相隔Δt时间）