2018年北京市培养单位高能物理研究所863计算机学科综合(专业)之计算机组成原理考研仿真模拟五套题
● 摘要
一、名词解释
1. 同时多线程
【答案】同时多线程技术是一种简单、低成本的并行技术。与单线程处理机相比,同时多线程处理机只花费很小的代 价,而性能得到很大改善。在原有的单线程处理机内部为多个线程提供各自的程序计数器、相关寄存器以及其他 运行状态信息,一个“物理”处理机被模拟成多个“逻辑”处理机,以便多个线程同步执行并共享处理机的执行 资源。应用程序无需做任何修改就可以使用多个逻辑处理机。
2. 异构多核
【答案】异构多核处理机内的各个计算内核结构不同,地位不对等。一般多采用“主处理核+协处理核”的主从架构。 异构多核处理机的优势在于可以同时发挥不同类型处理机各自的长处来满足不同种类的应用的性能和功耗需求。
研宄表明,异构组织方式比同构的多核处理机执行任务更有效率,实现了资源的最佳化配置,而且降低了系 统的整体功耗。
二、简答题
3. 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。
4. 在一个进程的执行过程中,是否其所有页面都必须处在主存中?
【答案】在有虚拟存储管理系统中,程序不是一次整体装入内存才运行,所以不是所有页面都必须处在主存中, 而是根据程序的局部性,有的页面在主存,有的页面在辅存。
5. 在虚存实现过程中,有些页面会在内存与外存之间被频繁地换入和换出,使系统效率急剧下降。这种现 象称为颠簸。请解释产生颠簸的原因,并说明防止颠簸的办法。
【答案】产生颠簸的原因主要有:
(1)分配的页面数太少;
(2)替换策略不佳。
防止颠簸的办法:
(1)适当增加分配给用户程序的页面数;
(2)选取或更好的替换策略。
6. CTU 的性能指标有哪些? 其概念是什么?
【答案】把运算器和控制器合在一起称为中央处理机,简称CPU 。其性能指标主要有以下几个方面:
(1)主频:CPU 的时钟频率(CPU Clock Speed);
(2)内存总线速度:指CPU 与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度;
(3)扩展总线速度:指安装在微机系统上的局部总线如VESA 或PCI 总线接口卡的工作速度;
(4)工作电压:指CPU 正常工作所需的电压;
(5)地址总线宽度:决定了CPU 可以访问的物理地址空间,对于486以上的微机系统,地址线的宽度为32位,最多可以直接访问4096MB 的物理空间;
(6)数据总线宽度:决定了CPU 与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据 传输的信息量。
(7)主频/时钟周期:CPU 的工作节拍受主时钟控制,主时钟不断产生固定频率的时钟,主时钟的频率(f )叫CPU 的主频,度量单位是MHz (兆赫兹)、GHz (吉赫兹);
主频的倒数称为CPU 时钟周期(T ),T=l/f,度量单位是
CPU 执行时间=CPU时钟周期数×CPU 时钟周期;
7. 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。
(8)CPU 执行时间:表示CPU 执行一般程序所占用的CPU 时间,可用下式计算:
三、分析题
8. 单机系统中采用的总线结构有三种基本类型。请分析这三种总线结构的特点。
【答案】根据连接方式的不同,单机系统中采用的总线结构有以下三种基本类型:
①单总线结构。它是用一组总线连接整个计算机系统的各大功能部件,各大部件之间的所有
的信息传送都通过这组总线。其结构如图(a )所示。单总线的优点是允许1/ (设备之间或I/O设备与内存之间直接交换信息,只需CPU 分配总线使用权,不需要CPU 干预信息的交换。所以总线资源是由各大功能部件分时共享的。单总线的缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上,所以总线的负载很重,可能使其吞吐量达到饱和甚至不能胜任的程度。
②三总线结构。即在计算机系统各部件之间采用三条各自独立的总线来构成信息通路。这三条总线是:主存总线,输入/输出(I/O)总线和直接内存访问(DMA )总线,如图(b )所示。主
I/O总线供CPU 和各类外设之间通讯用;存总线用于CTU 和主存之间传送地址、数据和控制信息;
DMA 总线使主存和高速外设之间直接传送数据。一般来说,在三总线系统中,任一时刻只使用一种总线。
③双总线结构。它有两条总线,一条是系统总线,用于CPU 、主存和通道之间进行数据传送;另一条是I/0总线,用于多个外围设备与通道之间进行数据传送。其结构如图(c )所示。双总线结构中,通道是计算机系统中的一个独立部件,使CPU 的效率大为提高,并可以实现形式多样而更为复杂的数据传送。双总线的优 点是以増加通道这一设备为代价的,通道实际上是一台具有特殊功能的处理器,所以双总线通常在大型计算机
图 或服务器中采用。
9. 某机字长16位,使用四片74181组成算术/逻辑运算单元,设最低位序号标注为第0位。
(1)写出第5位的进位信号(:6的逻辑表达式;
(2)估算产生所需的最长时间;
(3)估算最长求和时间。
【答案】(1)组成最低四位的74181进位输出为
为向第0位进位
其中
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