2021年10月高等教育自学考试《02325计算机系统结构》试题

参考答案A

参考答案D

参考答案B

解析1.对于浮点数尾数基值的规格化要求： 规格化浮点数尾数，当基值时，规格化尾数的形式为（f为尾数数值部分），用八进制表示就是 ，转换为二进制，八进制 对应的二进制为 。 因为要找最小正数尾数，且尾数数值部分长6位，所以就是 。2.转换为十进制： 二进制 转换为十进制，根据二进制小数转十进制公式 ，这里，其他位为0，则 。答案：B

参考答案C

参考答案A

参考答案C

参考答案B

参考答案D

参考答案C

解析混洗交换单级网络中，对于有个节点的网络，混洗和交换操作配合实现数据传输。 最远的两个单元（例如0和）建立连接，从一端到另一端，每一次混洗和交换操作能逐步改变数据的位置。 一般来说，经过n次混洗和n - 1次交换可以使最远的两个单元建立连接。因为混洗操作每次能将数据位置以特定规律移动，交换操作调整相邻数据位置，综合起来经过n次混洗和n - 1次交换能实现最远单元连接。答案：C

参考答案A

参考答案软件与硬件;指令系统

参考答案时间;空间

参考答案复杂指令系统计算机（CISC）;精简指令系统计算机（RISC）

参考答案多体单字;多体多字

参考答案页;段页

参考答案线性;非线性

参考答案超标量;超流水线

参考答案结构;互连模式

参考答案各自独立型;浮动型

参考答案控制流;数据流

参考答案概念<br />模拟:用软件方法在一台现有的计算机（宿主机）上实现另一台计算机（虚拟机）的指令系统,虚拟机的指令在宿主机上逐句解释执行 。比如在 x86架构的计算机上,通过软件模拟实现Arm架构部分指令的执行,像一些手机游戏模拟器,在电脑上模拟手机的运行环境。<br />仿真:用硬件或固件实现虚拟机指令系统的指令,即宿主机中的硬件直接执行虚拟机的指令 。例如,有些处理器为了兼容旧架构的程序,通过硬件电路直接支持旧架构的指令执行。<br />主要区别<br />实现方式:模拟靠软件逐句解释,仿真靠硬件或固件直接执行 。<br />执行速度:仿真由于硬件参与,速度通常比模拟快很多;模拟因软件解释的额外开销,执行速度慢 。<br />适用场景:模拟灵活,可在不同架构宿主机上实现虚拟机,用于程序调试、旧系统兼容演示等;仿真适合对性能要求高,需直接硬件支持指令执行的场景,像处理器对旧指令集的兼容支持 。

参考答案标志符<br />是与数据本身紧密关联、存放在数据字中,用于标识数据类型等属性的信息 。例如,在某些数据表示中,一个数据字的特定位（如最高位 ）作为标志符,标识该数据是整数还是浮点数。<br />直接附加在数据上,对每一个数据字都有对应的标志符,在数据操作过程中,可依据标志符快速识别数据类型,进行相应处理,但会增加数据字的位数,占用存储资源 。<br />数据描述符<br />是存放在特定存储单元（如存储器的某些区域 ）,用于描述数据块（如数组、记录等 ）的属性信息,像数据块的起始地址、长度、数据类型等 。比如描述一个数组,数据描述符会记录数组首地址、元素个数、每个元素的类型等。<br />不是附加在每个数据字上,而是针对数据块,可减少存储开销,适合对大量数据块进行统一管理和描述,但访问数据时,需先访问数据描述符获取信息,增加了访问的间接性 。<br />简单说,标志符紧跟单个数据,数据描述符描述数据块;标志符存储开销随数据量线性增加,数据描述符针对数据块,存储更高效但访问多一层间接性 。

参考答案中断概念:中断是指计算机在执行程序过程中,遇到异常情况或特殊请求（如外部设备请求数据传输、程序运行出错等 ）时,暂停当前程序的执行,转去执行相应的处理程序（中断服务程序 ）,处理完后再返回原程序继续执行的过程 。比如键盘按键按下,会触发中断,让计算机暂停当前任务,去处理按键输入。<br />软硬件结合的好处<br />灵活性:软件部分可灵活设置中断的触发条件、优先级、中断服务程序的功能等。例如,通过软件配置,可调整不同外部设备中断的优先级,让重要设备（如硬盘读写请求 ）优先得到响应 。<br />高效性:硬件负责快速检测中断请求、进行优先级判断等基础且耗时短的操作。像硬件中断控制器可快速识别中断源,并初步判定优先级,比软件全程检测高效很多;软件则处理复杂的中断服务逻辑,二者配合,既保证响应速度,又能处理多样需求 。<br />可维护性与扩展性:当需要新增中断类型或修改中断处理逻辑时,通过修改软件即可实现,无需改动硬件（或只需少量硬件适配 ）。比如新增一种传感器的中断支持,只需在软件层面编写对应的中断服务程序和配置相关参数 。

参考答案在全局相关（如分支指令导致的指令流变化相关 ）处理中,采用猜测法时,为保证猜错后恢复分支点原先现场,常用以下方法:<br />保存现场:在进行猜测执行前,预先保存分支点处的关键现场信息,包括程序计数器（PC）的值、通用寄存器的内容、状态寄存器的标志等 。例如,当遇到分支指令猜测执行分支目标路径时,先把分支点的PC、各寄存器状态保存到特定的保存区域（如栈或专门的现场保存寄存器组 ）。<br />回退机制:一旦检测到猜测错误（如后续确认分支实际应走另一条路径 ）,就依据之前保存的现场信息,将程序计数器恢复为分支点的 PC值,把通用寄存器、状态寄存器等恢复为保存时的状态 。同时,清空猜测执行过程中已执行指令对处理器状态的影响（如流水线中的错误执行结果、缓存中的错误数据等 ）,让处理器回到分支点,重新按照正确路径执行 。<br />标记与清除:在猜测执行期间,对相关的指令执行、数据修改等操作做特殊标记。当猜测错误时,根据标记清除这些错误操作带来的影响,确保恢复现场后,处理器能正确执行后续指令,就像给猜测执行的指令打上 “临时” 标记,出错时依据标记撤销它们的作用 。

参考答案多级立方体网络（如 n级立方体网络 ）对交换开关的控制方式主要有以下几种（以常见的实现为例 ）:<br />级控方式:按网络的级来控制交换开关的状态。每一级的所有交换开关采用相同的控制信号,根据要实现的互连函数（如 Cube0、Cube1等立方体互连函数 ）,在某一级统一设置开关是 “直通” 还是 “交换” 状态 。例如,在3级立方体网络中,第0级所有开关依据Cube0函数控制,第1级依据Cube1函数控制等,通过级的顺序控制和不同级的函数配合,实现不同的互连模式 。<br />单元控制方式:每个交换开关都有独立的控制信号,可单独设置其状态（直通或交换 ）。根据具体的互连需求,为每个开关单独配置控制信号,能更灵活地实现各种复杂的互连图案,但控制复杂度高,需要较多的控制信号和逻辑 。不过这种方式可以精准控制每一个开关,适配特殊的互连需求 。<br />部分级控 +部分单元控制:结合级控和单元控制的特点,某些级采用级控简化整体控制,对一些特殊位置或有特殊互连需求的开关,采用单元控制来微调,在控制复杂度和灵活性之间取得平衡,既利用级控的简洁性,又通过单元控制满足特定的互连场景 。

参考答案（1）首先,需要将Cache分成两个组。假设组号为0和1,每个组包含2个Cache块。<br />Cache初始状态:<br />组0:块4、块1<br />组1:块3、块6<br />访问序列及替换过程:<br />块1:命中,不变。<br />块2:替换块4。<br />组0:块2、块1<br />块4:替换块2。<br />组0:块4、块1<br />块1:命中,不变。<br />块3:命中,不变。<br />块7:替换块6。<br />组1:块3、块7<br />块0:替换块4。<br />组0:块0、块1<br />块2:命中,不变。<br />块5:替换块3。<br />组1:块5、块7<br />块6:替换块0。<br />组0:块6、块1<br />最终Cache状态:<br />组0:块6、块1<br />组1:块5、块7<br />这就是使用LRU置换算法后Cache的最终状态。<br />（2）<br /><img src="https://img.huikao8.com/huixue_img/importSubject/1972193300832194560.png" alt="题目图片" style="max-width:100%;height:auto;vertical-align:middle;">

参考答案（1）画出流入4个任务的时空图<br />首先,我们需要明确每个功能段执行时间和任务流入时间间隔Δt。给定执行时间分别为1Δt、2Δt、3Δt、1Δt。每个任务按顺序进入流水线。<br />任务1:在第一个Δt进入S1,第二个Δt进入S2,以此类推。<br />任务2:在第二个Δt进入S1（与任务1在S2重叠）,依次类推。<br />-同样,任务3、4分别在第三个、第四个Δt进入S1。<br />时空图绘制要点:<br />横坐标表示时间（以Δt为单位）。<br />纵坐标表示功能段（S1, S2, S3, S4）。<br />不同颜色或线条样式表示不同任务。<br />（2）<br />吞吐率:指单位时间内流水线完成的任务数。对于50个任务,最后一个任务完成需要的时间是50Δt（因为每个任务间隔Δt进入）。<br />吞吐率 =完成的任务数/总时间= 50 / 50Δt = 1/Δt<br />效率:流水线的效率是实际吞吐率与理想吞吐率的比值。理想吞吐率是在没有间隔,即连续流动的情况下,每个Δt完成一个任务。<br />理想吞吐率= 1/Δt<br />效率=实际吞吐率/理想吞吐率= （1/Δt） / （1/Δt） = 1或100%<br />（3）假设功能段S2细分为S21和S22,功能段S3细分为S31、S32和S33,每个细分后的功能段执行时间都为1Δt。<br />改进后的执行时间:<br />S1:1Δt<br />S21和S22:各1Δt,共2Δt<br />S31、S32、S33:各1Δt,共3Δt<br />S4:1Δt<br />改进后,总执行时间为8Δt。这意味着,在理想情况下,每8Δt可以完成一个任务。<br />改进后吞吐率:<br />吞吐率 = 1 / （8Δt） = 1/8<br />改进后效率:<br />效率 =实际吞吐率/理想吞吐率= （1/8） / （1/Δt） = 1/8或12.5%

参考答案（1）每选择一次设备需2μs,每传送一个字节数据需要3μs,共5μs。<br />设备总速率为789 KB/s,每字节为8位。<br />最高流量 =设备总速率 ×8 / （5μs×10^6）≈125.44 KB/s。<br />（2）选择A、B、C、D设备,因为它们的速率较高。<br />总速率 = 360 + 180 + 100 + 60 = 700 KB/s。<br />可以保证通道的流量最大化,并且挂了4台设备。<br />（3）组块大小为256B,每传送一个组块需要256×3μs + 2μs = 770μs。<br />最高流量 = 256B / 770μs≈332.46 KB/s。<br />（4）选择A、B、C、D设备,因为它们的速率较高。<br />总速率 = 360 + 180 + 100 + 60 = 700 KB/s。<br />可以保证通道的流量最大化,并且挂了4台设备。

参考答案（1）并行执行:S1、S2、S3可以同时开始,因为它们之间没有依赖关系。<br />顺序执行:S4依赖S2和S3的结果,S5依赖S1的结果,S6依赖S4和S5的结果。<br />改写后的并行程序:<br />P1: S1→S4→S6<br />P2: S2→S3→S5→S6<br />（2）总执行时间:19Δt<br />处理机分配:<br />P1: S1 （6Δt）→S4 （4Δt）→S6 （5Δt）<br />P2: S2 （5Δt）→S3 （4Δt）→S5 （5Δt）