2018年黑龙江科技大学计算机与信息工程学院809计算机组成原理考研核心题库
● 摘要
一、名词解释
1． 空间并行
【答案】空间并行即资源重复。在并行性概念中引入空间因素，以数量取胜，通过重复设置硬件资源，大幅度提高计 算机系统的性能。随着硬件价格的降低，资源重复在单处理机中通过部件冗余、多存储体等方式被广泛应用，而多处理机本身就是实施“资源重复”原理的结果。
2． SIMD
【答案】
但单指令多数据）是提高数据并行处理能力的重功能和的位宽。
要手段。随着超大规 模集成电路的发展，主流微处理器厂商不断地增加等问题。
仍然存在诸多性能瓶颈，如地址不对齐、数据重组和控制相关的向量化（Control flow ）
二、简答题
3． 为什么软件能够转化为硬件，硬件能够转化为软件? 实现这种转化的媒介是什么？
【答案】软件能够转化为硬件，硬件能够转化为软件原因如下：
（1）容量大、价格低、体积小、可改写的只读存储器提供了软件固化的良好物质基础。现在已经可以把许多复杂的、常用的程序制作成固件。就它的功能来说，固件是软件，但从形态来说，固件又是硬件。
（2）目前在一片硅单晶芯片上制作复杂的逻辑电路已经是实际可行的，这又为扩大指令的功能提供了相应的物质基础。因此，本来通过软件手段来实现的某种功能，现在可以通过硬件来直接解释执行。传统的软件部分，今后完全有可能“固化”甚至“硬化”。
（3）任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。
实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。
4． 比较通道、中断三种基本方式的异同点。
的工作效率； 【答案】（1）通道方式是通过执行通道指令来实现输入/输出的，可以实现对外设的统一管理和外设与内存的数 据传送，大大提高了
（2）的，数据传送
方式是由控制器在获得总线控制权后，直接在内存与外设之间实现数据传送
速度很快，且传送速率仅受内存访问时间的限制，但它需要更多的硬件，适用于内存和高速外设之间大批数据交 换的场合； 中断方式是通过在响应中断时，转入中断服务程序，执行输入/输出指令来完成输入/输出
的时间开销，但是硬的，一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，节省了
件结构稍微复杂。
5． 某机器中有16个通用寄存器，运行某中断处理程序时仅用到其中2个寄存器，请问响应中断而进入该中断处理程序时是否要将通用寄存器内容保存到主存中去? 需保存几个寄存器？
【答案】（1）要将通用寄存器内容保存到主存中去。
（2）中断服务程序中要使用的通用寄存器原内容保存到存储器中，中断服务程序要动用哪个寄存器，就保存哪个，所以需要保存2个。
6． 比较总线和标准的性能特点。
【答案】（1）总线是当前使用的总线，是一个高带宽且与处理器无关的标准总线，又是重要的层次总线。它采用同步定时协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力，适合于低成本的小系统，因此在微型机系统中得到 了广泛的应用。
（2）正在发展的标准，追求高端服务器市场的最新规范，是一种基于开关的体
总线，数系结构，可连接多达64000个服务器、存储系统、网络设备，能替代当前服务器中的
据传输率达30GB/S，因此适合于高成本的较大规模计算机系统。
7． 计算机的系统软件包括哪几类? 说明它们的用途。
【答案】系统软件用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。它包括以下四类：
（1）各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等；
（2）语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等，用于把源程序翻译或解释成目的程序；
（3）操作系统，用来管理计算机资源（如处理器、内存、外部设备和各种编译、应用程序）和自动调度用
户的作业程序，而使多个用户能有效地共用一套计算机系统；
（4）数据库管理系统（DBMS ），实现有组织地、动态地存储大量相关数据，方便多用户访问计算机软、硬件资源。
三、计算题
8． 多处理机系统和多计算机系统的差别是什么？
【答案】多处理机系统和多计算机系统都属于多机系统，但多处理机系统和多计算机系统的差别是：
（1）多处理机是多台处理机组成的单机系统，多计算机是多台独立的计算机。
（2）多处理机中各处理机逻辑上受统一的操作系统控制，而多计算机的操作系统逻辑上是独立的。
（3）多处理机间以单一数据、向量、数组和文件交互作用，多计算机经通道或者通信线路以数据流的方式 进行交互。
（4）多处理机作业、任务、指令、数据各级并行，多计算机多个作业并行。
四、综合应用题
9． 指令格式结构如下所示，试分析指令格式寻址方式特点。
【答案】该指令格式及寻址方式特点如下：
①双字长二地址指令。两个操作数地址均由8种寻址方式和8个寄存器构成。
②操作码字段OP 有4位，故可指定条指令。
③根据寻址方式的不同，指令可以是RR 型、RS 型、也可以是SS 型。
10．某计算机的CPU 主频为500MHz ，CPI 为5（即执行每条指令平均需要5个时钟周期）。假定某外设的数据传输率为0.5MB/S，采用中断方式与主机进行数据传送，以32位为传输单位，对应的中断服务程序包含18条指令，中断服务的其他开销相当于2条指令的执行时间。请回答下列问题，要求给出计算过程。
（1）在中断方式下，CPU 用于该外设I/O的时间占整个CPU 时间的百分比是多少？
（2）当该外设的数据传输率达到5MB/S时，改用DMA 方式传送数据。假定每次DMA 传送块大小为5000B ，且DMA 预处理和后处理的总开销为500个时钟周期，则CPU 用于该外设I/0时间占整个CPU 时间的百分比是多少？（假设DMA 与CPU 之间没有访存冲突）
【答案】（1）已知主频为500MHz ，则时钟周期=l÷500MHz=2ns，因为CPI=5，所以每条指令平均5×2=10ns。又已知每中断一次传送32位（4个字节），数据传输率为0.5MB/S，所以传送时间CPU 用于该外设I/0共需20条指令（中断服务程序包括18条指令+其他开销折合2条指令），花费时间=20xl0=200ns。CPU 用于该外设I/0的时间占整个CPU 时间的百分比=200/8000x100%=0.025x100%=2.5%。
（2）改用DMA 方式传送数据，数据传输率为5MB/s，传送5000B 的时间=5000B+5MB/s=lms。预处理和后处理的总开销时间用于该外设I/0时间占整个CPU 时间的百分比=预处理和后处理的总开销时间+传送数据的时间=1/1000x100%=0.001x100%=0.1%。
11．某双面磁盘，每面有220道，已知磁盘转速r=4000转/分，数据传输率为1850008/s，求磁盘总容量。
【答案】数据传输率Dr=磁盘转速n （转/秒）x 每条磁道容量N （字节），则