2017年西安交通大学公共政策与管理学院814计算机基础综合之计算机组成原理考研仿真模拟题
● 摘要
一、名词解释
1． 紧耦合系统
【答案】紧耦合系统又称直接耦合系统，指处理机之间物理连接的频带较高，一般是通过总线或高速开关实现互连， 可以共享主存。由于信息传输率较高，因而可以快速并行处理作业或任务。
2． 时间并行
【答案】时间并行即时间重叠。让多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以 加快硬件周转而赢得处理速度。其实质就是把一件工作按功能分割为若干个相互联系的部分，每一部分指定专门 的部件完成，各部分执行过程在时间上重叠起来，使所有部件依次分工合作完成完整的工作。典型应用就是流水 线技术。
二、简答题
3． 冯•诺依曼型计算机的主要设计思想是什么? 它包括哪些主要组成部分？
【答案】冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是存储程序并按地址顺序执行，它由运算器，控制器，存储器，适配器及I/O设备组成。
4． 指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？
【答案】（1）取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；
（1）执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它流向运算器。
5． 什么是内存? 什么是外存? 什么是CTU? 什么是适配器? 简述其功能。
【答案】（1）内存是指计算机内部的半导体存储器；半导体存储器的存储容量有限，因此计算机中又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。内存和外存共同用来保存二进制数据。
（2）把运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU 。它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。
（3）适配器是指连接主机与外设的一个中间电路，也称作接口，其作用相当于一个转换器，它可以保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。
6． 数字计算机有哪些主要应用？
【答案】数字计算机的主要应用有：科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和
卫生、家用电器、人工智能。
7． 总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段? 若采用同步定时协议，请画出读数据的同步时序图。
【答案】总线的一次信息传送过程，大致分为五个阶段：请求总线、总线仲裁、寻址（目的地址）、信息传送、 状态返回（或错误报告）。读数据同步时序图如图所示：
图 读数据同步时序图
三、计算题
8． 某异构多核处理机由
需的时间分别为
以下两种方案分配计算任务：
方案1:
整数；
方案2:计算48个整数，计算128个整数，计算80个整数、执行其他任务（不参与计算）。
忽略访存延迟的影响。
（1）求两种方案下完成任务所需的时间。
（2）若定义各个处理机核不空闲的时间总和与各个处理机核总执行时间总和之比为处理机的利用率，求该处理机执行以上任务时的利用率。
【答案】（1）完成任务所需的时间为各个核运行时间的最大值。
方案1完成任务所需的时间为
方案2完成任务所需的时间为
（2）处理机的利用率：
方案1处理机的利用率为
方案2
处理机的利用率为（不计算在内）：
四个核组成，四个核各自完成一次平方运算所现需计算一个256个整数的数组的每个整数的平方值，分别按计算32个整数，计算128个整数，计算64个整数、计算32个
四、综合应用题
9． 某32位计算机，CPU 主频为800MHz ，Cache 命中时的CPI 为4, Cache 块大小为32字节；主存采用8体交叉存储方式，每个体的存储字长为32位、存储周期为40ns ; 存储器总线宽度为32位，总线时钟频率为200MHz , 支持突发传送总线事务。每次读突发传送总线事务的过程包括：送首地址和命令、存储器准备数据、传送数据。每次突发传送32字节，传送地址或32位数据均需要一个总线时钟周期。请回答下列问题，要求给出理由或计算过程。
（1）CPU 和总线的时钟周期各为多少？总线的带宽（即最大数据传输率）为多少？
（2）Cache 缺失时，需要用几个读突发传送总线事务来完成一个主存块的读取？
（3）存储器总线完成一次读突发传送总线事务所需的时间是多少？
（4）若程序BP 执行过程中，共执行了100条指令，平均每条指令需进行
缺失率为5%，不考虑替换等开销，则BP 的CPU 执行时间是多少？
【答案】（1）因为CPU 主频为800MHz ，故CPU 的时钟周期为：
总线时钟频率为200MHz ，故总线的时钟周期为：
总线宽度为32bit=4B，故总线带宽为
存块。
（3）—次读突发传送总线事务包括一次地址传送和32B 数据传送:用1个总线时钟周期传输
，第一个体读数据花费40m ，之后数据地址; 每隔40nS/8=5m启动一个体工作（各进行1次存取）
存取与数据传输重叠；用8个总线时钟周期传输数据。读突发传送总线事务时间
：
BP 的CPU 执行时间包括Cache 命中时的指令执行时间和Cache 缺失时带来的额外开销。（4）
即执行时间=指令条数*CPI*时钟周期*命中率+访存次数*缺失率*缺失损失。命中时的指令执行时间：500ns 。指令执行过程中Cache 缺失时的额外开销BP 的CPU 执行时间:500ns+510ns=1010ns.
10．已知一个带有表头结点的单链表，结点结构为 次访存，Cache （2）因为Cache 块大小为32B , 因此Cache 缺失时需要一个读突发传送总线事务读取一个贮假设该链表只给出了头指针list 。在不改变链表的前提下，请设计一个尽可能高效的算法，查找链表中倒数第k 个位置上的结点（k 为正整数）。若查找成功，算法输出该结点的data 域的值，并返回1；否则，只返回0。要求：
（1）描述算法的基本设计思想；
（2）描述算法的详细实现步骤；
（3）根据设计思想和实现步骤，采用程序设计语言描述算法（使用C 或C++或JA V A 语言实，关键之处请给出简要注释。 现）
【答案】（1）算法的基本设计思想定义两个指针变量p 和q ，初始时均指向头结点的下一个结点。p 指针沿链表移动；当p 指针移动到第k 个结点时，q 指针开始与p 指针同步移动；当{）