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2025年学院数据科学与大数据技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、名词解释

1.计算机系统结构

2.CISC

3.RISC

4.主存地址空间

5.Cache一致性问题

二、填空题

1.计算机系统的性能通常用________和________两个主要指标来衡量。

2.指令流水线技术的主要目的是提高指令的________效率和系统的________效率。

3.在存储器层次结构中，Cache相对于主存的主要优势是________高，相对于寄存器的主要劣势是________低。

4.采用________机制可以实现主存和Cache之间的地址映射。

5.总线按传输信息分类，可以分为________总线、________总线和________总线。

6.I/O设备与主机交换数据的基本方式有程序查询方式、________方式和________方式。

三、简答题

1.简述计算机系统结构设计的基本原则。

2.比较指令级并行和线程级并行的主要区别。

3.说明总线判优（仲裁）的主要方式有哪些？

4.什么是总线周期？它通常包含哪些阶段？

四、计算题

1.某计算机的CPI为4，主频为50MHz。假设某程序共有1000条指令，其中60%是访存指令（Load+Store），40%是计算指令。访存指令的平均访存次数为3次，计算指令的平均访存次数为0.5次。求该程序执行完毕所需的总时钟周期数以及该程序的平均内存访问次数？

2.一个直接映射的Cache，其容量为16KB，每个Cache行（块）大小为64字节。主存的容量为256MB，采用32位地址访问。请计算主存地址中的高位地址、低位地址分别对应Cache地址的哪些部分？该Cache共有多少个行（块）？若访问一个未命中（假设不考虑替换算法）的Cache行需要200ns，访问主存需要1000ns。求访问该Cache的命中率和平均访问时间。

五、综合题

假设一个计算机系统采用总线互连方式，CPU通过总线与主存、Cache、I/O控制器进行通信。总线宽度为32位，总线时钟频率为33MHz，总线传输周期为5ns。系统配置如下：

*一个4-waysetassociative的Cache，容量为256KB，每行64字节。

*一个主存，容量为512MB。

*I/O控制器通过一个独立的I/O总线与CPU连接，I/O总线宽度为16位，传输周期为10ns。

请分析：

1.访问Cache命中时，CPU需要多少时间（以总线周期数表示）？

2.访问Cache未命中，但主存命中时，CPU需要多少时间（以总线周期数表示）？

3.访问Cache未命中，主存未命中，但I/O数据不在当前I/O总线上时，CPU需要多少时间（以总线周期数表示）？

4.假设程序访问Cache的命中率为90%，访问主存的命中率为95%，访问I/O数据的概率为5%（且每次访问均未命中当前I/O总线）。求该程序的平均访问时间。

试卷答案

一、名词解释

1.计算机系统结构：是指计算机系统中各部件的构成方式以及它们之间的互连关系，并规定了它们之间的接口关系。它关注的是程序员所见到的计算机属性，即概念性结构。

2.CISC：复杂指令集计算机（ComplexInstructionSetComputer），指具有丰富、多样化指令的计算机体系结构，部分指令比较复杂，需要较多周期执行。

3.RISC：精简指令集计算机（ReducedInstructionSetComputer），指采用指令数目少、指令功能简单、格式规整的计算机体系结构，通常采用流水线技术，执行效率较高。

4.主存地址空间：指主存储器能够寻址的存储单元总数，其地址范围由主存容量决定。

5.Cache一致性问题：在多处理机系统中，当多个处理器共享主存时，若主存中的数据被一个处理器修改，为保证其他处理器访问该数据时看到一致的数据，需要采取的一种机制或协议，以解决因数据副本不一致引起的问题。

二、填空题

1.吞吐率，吞吐率

2.执行速度，吞吐率

3.访问速度，容量

4.直接映射，全相联映射，组相联映射

5.数据，地址，控制

6.中断驱动，DMA

三、简答题

1.计算机系统结构设计的基本原则包括：性能优先原则、成本效益原则、易用性原则、兼容性原则、可扩展性原则、标准化原则等。核心目标是根据应用需求，在成本允许的范围内，设计出性能最优、使用方便、易于维护和发展的计算机系统。

2.指令级并行（I