B

A

C

D

B

B

[解析] 流水线向量处理机是用于指令并行执行而不是任务并行执行的体系结构，并不属于多处理机。堆栈处理机用于特别的计算或用作外设的数据读写。这两种结构均不适于多个任务的并行执行。并行处理机可分两种类型，分别为采用分布存储器的并行处理结构和采用集中式共享存储器的并行处理结构。其中分布式存储器的多处理机并行处理结构中，每一个处理器都有自己局部的存储器，只要控制部件将并行处理的程序分配各处理机，它们便能并行处理，各自从自己的局部存储器中取得信息。而共享存储多处理机结构中的存储器是集中共享的，由于多个处理机共享，在各处理机访问共享存储器时会发生竞争。因此，最适合于多个任务并行执行的体系结构是分布存储多处理机结构。
   在流水线机器中，指令相关、主存操作数相关、通用寄存器组的操作数相关及变址寄存器变址值相关为局部性相关。在具体对局部性相关进行处理时，先写后读相关、先读后写相关和写一写相关都是控制机构能处理的局部性相关的内容。而转移指令引起的相关则会对流水线机器的吞吐能力和效率造成的影响较局部性相关要严重得多，被称为全局性相关。
   对全局性相关处理时，采用的方法有猜测法、加快和提前形成条件码、加快短循环程序的执行、转移指令迟延执行等。而设置相关专用通道是对局部性相关进行处理时所采取的多种措施之一。
   静态流水线的定义是指在某一时间内各段只能按一种功能连接流水线，只有等流水线全部流空后才能切换成按另一种功能连接流水线。
   并行处理机互联有多种方法，常见的互联网结构有总线结构、交叉开关和多级互联网。并行处理机互联有多种方法，分别列举如下。
   (1)恒等置换  相同编号的输入端与输出端一一对应互联。其表达式如下：
         I(x_n-1…x_k…x₁x₀)=x_n-1…x_k…x₁x₀
   (2)交换置换  实现二进制地址编号中第0位位值不同的输入端和输出端之间的连接，其表达式如下：
   
   (3)方体置换(Cube)  实现二进制地址编号中第k位位值不同的输入端和输出端之间的连接，其表达式如下：
   
   (4)均匀洗牌置换(Shuffle)  将输入端二进制地址循环左移一位得到对应的输出端二进制地址，其表达式如下：
         S(x_n-1x_n-2…x₁x₀)=x_n-2x_n-3…x₁x₀x_n-1
   (5)蝶式置换(Buttefly)  将输入端二进制地址的最高位和最低位互换位置，得到对应的输出端二进制地址，其表达式如下：
        B(x_n-1x_n-2…x₁x₀)=x₀x_n-2…x₁x_n-1
   (6)位序颠倒置换  将输入端二进制地址的位序颠倒过来得到对应的输出端二进制地址，其表达式如下：
        P(x_n-1x_n-2…x₁x₀)=x₀x₁…x_n-2x_n-1
   在构成单级互联网络时可采用n个结点的立方体网络结构。此立方体上的每一个顶点代表一个处理机。在编号为0～15的16个处理机构成的立方体上，每一个处理机均可用四位二进制编码来表示。利用n个结点的一般互联函数为：
   
   因为13=(1101)₂，所以，它只能与编码为(0101)₂=5的处理机相连接。

D

B

A

C

D

[解析] SCSI接口是大容量存储设备、音频设备和CD-ROM驱动器的一种标准。 SCSI接口通常被看作是一种总线，一条总线可连接至多8台SCSI设备。
   最初的SCSI标准(目前又称为SCSI Ⅰ)的最大同步传输速率为5MB/s，后来的SCSI Ⅱ规定了2种提高速度的选择。一种为提高数据传输的频率，即 Fast SCSI，由于频率提高了一倍，即使数据通路仍和SCSI Ⅰ同为8位宽，其最大同步传输速率也提高了一倍，达10MB/s。另一种提高速度的选择是传输频率提高一倍的同时也增大数据通路的宽度，由8位增至16位，这就是Wide SCSI，其最大同步传输速率为20MB/s。

B

A

D

C

D

[解析] cache(高速缓冲存储器)的功能是提高CPU数据输入输出的速率，突破所谓的“冯·诺依曼瓶颈”，即CPU与存储系统间数据传送带宽限制。高速存储器能以极高的速率进行数据的访问，但因其价格高昂，如果计算机的主存储器完全由这种高速存储器组成则会大大增加计算机的成本。通常在CPU和主存储器之间设置小容量的高速存储器cache。cache容量小但速度快，主存储器速度较低但容量大，通过优化调度算法，系统的性能会大大改善，仿佛其存储系统容量与主存相当而访问速度近似cache。在计算机的存储系统体系中，cache是访问速度最快的层次。
   使用cache改善系统性能的依据是程序的局部性原理(有关此原理的详细情况，请读者阅读“操作系统”一章)。依据局部性原理，把主存储器中访问概率高的内容存放在cache中，当CPU需要读取数据时就首先在cache中查找是否有所需内容，如果有，则直接从cache中读取；若没有，再从主存中读取该数据，然后同时送往CPU和cache。如果CPU需要访问的内容大多都能在 cache中找到(称为访问命中，hit)，则可以大大提高系统性能。
   如果以h代表对cache的访问命中率，t₁表示cache的周期时间，t₂表示主存储器周期时间，以读操作为例，使用“cache+主存储器”的系统的平均周期为t₃则：t₃=h×t₁+(1-h)×t₂。其中，(1-h)又称为失效率(未命中率)。
   系统的平均存储周期与命中率有很密切的关系，命中率的提高即使很小也能导致性能上的较大改善。
   当CPU发出访存请求后，存储器地址先被送到cache控制器以确定所需数据是否已在cache中，若命中则直接对cache进行访问。这个过程称为cache的地址映射。常见的映射方法有直接映射、相联映射和组相联映射。
   当cache存储器产生了一次访问未命中之后，相应的数据应同时读入CPU和cache。但是当cache已存满数据后，新数据必须淘汰cache中的某些旧数据。最常用的淘汰算法有随机淘汰法、先进先出法(FIFO)和近期最少使用淘汰法 (LRU)。
   因为需要保证缓存在cache中的数据与主存中的内容一致，相对读操作而言，cache的写操作比较复杂，常用的有以下几种方法。
   (1)写直达(write through)  当要写cache时，数据同时写回主存储器，有时也称为写通。
   (2)写回(write back)  CPU修改cache的某一行后，相应的数据并不立即写入主存储器单元，而是当该行从cache中被淘汰时，才把数据写回到主存储器中。
   (3)标记法  对cache中的每一个数据设置一个有效位。当数据进入cache后，有效位置1；而当CPU要对该数据进行修改时，数据只需写入主存储器并同时将该有效位清0。当要从cache中读取数据时需要测试其有效位：若为1则直接从cache中取数，否则从主存中取数。
   本题已知h=0.8；cache的存取速度是主存存取速度的10倍，因为存取周期是存取速度的倒数，所以我们可以得到t₁=T/10，代入上式有
          T'=0.8×(T/10)+0.2×T=0.28T

C

C

A

[解析] 有关理论知识，请阅读试题22～24的分析。
   在本题中，已知主存容量为4096×256=1MB字节编址，由于2²⁰=1MB，所以主存地址应为20位。主存分为4096/32=128个区，每个区分为8组，每组4块。因为27=128，所以区号需要7位地址，组内块号地址为2位。
   高速缓存的地址变换表(块表)应包含32个存储单元，每个存储单元的长度为主存地址区号长度加上组内块号地址长度，即9位二进制数。因为主存中的各页与cache的组号有固定的映像关系，但可自由映像到对应的cache组中的任一块，所以每次参与相联比较的是4个存储单元。

C

C

D

D

B

[解析] 浮点加法运算可分解为4个主要步骤。第1阶段为减阶，即加数和被加数的阶码相减，从其结果的正负号可以判断哪一个操作数的阶码较大；第2步为对阶，即阶码较小的操作数的尾数右移，从而增大其阶码，直至与阶码较大的操作数的阶码相等：第3步为尾加，即已对阶的两操作数的尾数部分相加；第 4步尾结果规格化，即结果的尾数左移同时减少阶码，直至尾数部分的绝对值大于等于1/2为止。因此，浮点数加法流水线运算器依次由减阶、对阶、尾加和结果规格化四个部件组成。
   若每个部件处理时间都是2ns，分别用a，b，c和d表示上述减阶、对阶、尾加和结果规格化4个部件，则该流水线处理两个具有12个分量(i=0，1，…， 11)的浮点数向量和时各部件工作的时间流图如图1-3所示。
   
   由图1-3可知，系统执行12+3步，每步需要时间2ns，所需总时间为(12+3)×2ns=30ns。
   流水线的吞吐率(平均吞吐率、实际吞吐率)是指在学-位时间内流水线所完成的任务数量或输出的结果数量。在本题中，平均吞吐率为12分量/30ns=0.4分量/ns。
   流水线的加工效率是指流水线的设备利用率。在本题中，在15个部件处理时间(30ns)内4个部件总共进行了(12×4)次处理，即加工效率为(12×4)/ (15×4)=0.8。
   从开始算起，流水线加工部件经过(7+3)×2ns=20ns就能得到前7个分量的结果。

B

C

C

[解析] cache与主存之间可采取多种地址映射方式。常见的有直接映射方式、全相联映射方式和组相联映射方式。
   直接映射方式是一种多对一的映射关系，但一个主存块只能拷贝到cache的一个特定块位置上去。cache的块号i和主存的块号j有如下函数关系：i=j%m，(m为cache中的总块数)。直接映射方式的优点是硬件简单，成本低。缺点是每个主存块只有一个固定的块位置可存放，容易产生冲突。因此适合大容量cache采用。
   全相联映射方式是指主存中一个块的地址与块的内容一起存于cache的块中，其中块地址存于cache块的标记部分中。这种方法可使主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一块上，非常灵活。它的主要缺点是比较器电路难于设计和实现，因此只适合于小容量cache采用。
   组相联映射方式是前两种方式的折中方案。它将cache分成u组，每组v块，主存块存放到哪个组是固定的，至于存到该组哪一块是灵活的，即有如下函数关系：m=u×y，组号q=j%u。组相联映射方式中的每组行数v一般取值较小，这种规模的v路比较器容易设计和实现。而块在组中的排放又有一定的灵活性，冲突减少。
   主存最大容量为4GB且按字节编址，由于2³²=4GB，所以主存地址应为32位。
   因为每块8个字，每个字32位，并且将cache中每4块分为一组，则每组的大小为32/8×8×4=128B。cache容量为16KB，共可分成16KB/128B=128组，由于2⁷=128，所以组号应为7位。
   设主存的存取周期为h，因cache的速度是主存的5倍，所以cache的存取周期为1/5h，且cache的命中率为0.95，则采用了cache以后，平均存取周期为h×(1-95%)+1/5h×95%=0.24h，因此，速度提高到了原来的1/0.24=4.17倍。

B

A

[解析] C7FFFFH-AC000H=1BFFFH，把1BFFFH转换为10进制数得到114687，再化为K，即114687/1024=112K。已知是内存地址按字(16bit)编址，则共有 112K×16位。该内存由28片存储器芯片构成，每片有16K个存储单元，则该芯片每个存储单元存储(112K×16)/(28×16K)=4位。

D

C

A

D

B

[解析] 计算机可以按照指令流和数据流来分为4类，详细情况请参考试题1的分析。
   传统的顺序处理的计算机是单指令流单数据流的，属于SISD类。有多个处理器可并行操作的并行处理机，仍为单指令流，但可有多数据流，多个处理器由单—指令部件按照同一指令流的要求对分配给它们的不同数据进行操作，属于SIMD类。在指令、任务级并行的多处理机系统则可同时执行多条指令流，对多种数据进行操作，属于MIMD类。
   多处理机系统中多个处理机间的互联网络可有多种不同的形式。其中利用总线结构互联设备最简单，但因要分时使用总线，所以系统传输率最低。多级互联网络的结构和设备相对于总线结构来说要复杂，但其系统传输率较高。还有一种交叉开关结构，相对前两种来说所需结构和设备最复杂，但系统传输率最高。

B

B

[解析] 流水线技术把一件任务分解为若干顺序执行的子任务，不同的子任务由不同的执行机构负责执行，而这些机构可以同时并行工作。在任一时刻，任一任务只占用其中一个执行机构，这样就可以实现多个任务的重叠执行，以提高工作效率。
   (1)指令流水线
   计算机中一条指令的执行需要若干步，通常采用流水线技术来实现指令的执行，以提高CPU性能。典型的指令执行共分7个阶段：①计算指令地址，修改程序计数器PC；②取指，即从存储器中取出指令；③指令译码：④计算操作数地址；⑤取操作数：⑥执行指令：⑦保存结果。对指令执行阶段的划分也可以把取指作为第一阶段，其他阶段顺序前移，而在最后一个阶段计算下一条指令的地址。若假定指令执行的各个阶段的执行时间相同，都是一个周期。执行一条指令就需要花费7个周期的时间。采用流水线技术以后，当满负荷时，每个周期都能从流水线上完成一条指令，性能约改善到原来的7倍。实际上，流水线技术对性能的提高程度取决于其执行顺序中最慢的一步。例如，在指令执行的7个阶段中，如果访问存储器需要4个周期，而其他操作只需一个周期，一条指令的执行共需访存三次再加上4个单周期的执行段，所以共需要16个周期。采用流水线以后，由于受限于访存操作，4个周期才能完成一条指令的执行，因此性能提高到原来的4倍。
    (2)运算操作流水线
   计算机在执行各种运算操作时也可以应用流水线技术来提高运算速度。例如执行浮点加法运算，可以把它分成3个阶段：对阶、尾数相加和结果规格化。流水线的3个阶段用锁存器进行分割，锁存器用来在相邻两段之间保持处理的中间结果，以供下一阶段使用。这样在满负荷时，该流水线可以同时处理3条浮点加法指令。
   流水线的关键之处在于重叠执行。为了得到高的性能表现，流水线应该满负荷工作，即各个阶段都要同时并行地工作。但是在实际情况中，流水线各个阶段可能会相互影响，阻塞流水线，使其性能下降。阻塞主要由以下两种情形引起：执行转移指令和共享资源冲突。
   (1)转移指令的影响
   通常在顺序执行指令的情况下，当CPU取一条指令时，流水线的地址计算部件可以独立地把当前PC值加上当前指令长度来计算下一条指令的地址，从而可以并行地工作，但是当流水线执行一条转移指令时，就会引起流水线的阻塞。因为在该转移指令完成之前，流水线都不能确定出下一条指令的地址。所以为了保证指令的正确执行，必须把取指段和指令地址计算段互锁。在取出转移指令后，立即锁住指令地址计算段，直到转移指令执行完成。互锁阶段流水线处于等待状态，不能满负荷工作，因而性能下降。
   (2)共享资源访问冲突
   当多条指令以流水线方式重叠执行时，由于可能会引起对共享的寄存器或存储器资源访问次序的变化，因此将导致冲突，这种情况又称为数据相关。为了避免冲突，就需要把相互有关的指令进行阻塞，这样就会引起流水线效率的下降。一般说来指令流水线级数越多，越容易导致数据相关，阻塞流水线。
   在流水线中，因为在同一时刻，有多个任务在重叠地执行，虽然完成一个任务的时间与单独执行该任务相近(甚至由于分段的缘故，可能更多一些)，但是从整体上看完成多个任务所需的时间则大大减少。
   由给定条件可知，如果不采用流水线方式，则平均一条指定的执行时间为 6+7+8+9+6=36ns。而采用了流水线后，平均一条指定的执行时间为9ns(取五级中时间最长的那一级)，因此最大加速比为36/9=4。
   若每一级的时间均为7ns，则加速比为7×5/7=5。

B

C

[解析] 并行处理机互联有多种方法，在构成单级互联网络时可采用n个结点的立方体网络结构。在此立方体上的每一个顶点(即结点)代表一个处理器。在编号为0～15的16个处理器构成的立方体上，每一个处理器均可用四位二进制编码来表示。利用n个结点的一般互联函数为：
   
   因为11号处理器的编码为1011，它只能与编码为0011号处理器相连接。因此，与该处理器相连接的可以是3(0011)号处理器。
   如果采用Shuffle互联函数，则根据公式：
   Shuffle(P_n-1P_n-2…P₁P₀)=P_n-2…P₁P₀P_n-1
   因为11号处理器的编码为1011，则经过变换后为0111，即为7号。

C

B

A

[解析] 根据外部设备与I/O模块交换数据的方式可以分为串行和并行接口两种。串行接口一次只能传送1位信息，而并行接口一次就可传送多位信息(一般为 8的倍数)。串行通信又可分为异步通信方式和同步通信方式两种。并行接口数据传输率高，控制简单，通常用于高速数据通道接口；但是所需连线很多，不适于远距离传送。串行通信连线少，适于长距离传送；但是控制复杂而且传输速度较慢。
   常见的设备接口有以下几种：
   (1)ST506接口  主要用于温盘，结构简单，只完成磁盘信息的读写放大，把数据的编码解码、数据的格式转换等功能都留给I/O模块处理。其传输速率为5Mb/s～7Mb/s，最多可支持2个硬盘，最大支持盘空间为150MB。
   (2)ESDI接口  一种通用的标准接口，不仅适用于小型温盘，还适用于磁带机和光盘存储器。该接口除了完成信息的读写放大外，还要完成数据的编码解码。数据传输率5Mb/s～10Mb/s，最多可支持4个硬盘，硬盘空间最大可达600MB。
   (3)IDE接口  分为普通IDE和增强型IDE(EIDE)接口。普通1DE数据传输率不超过1.5Mb/s，数据传输宽度为8位，最多可连接4个IDE设备，每个 IDE硬盘容量不超过528MB。EIDE接口数据传输率可达12Mb/s～18Mb/s，数据传输宽度32位，最多可连接4个IDE设备，每个IDE硬盘可超过528MB。
   (4)SCSI接口  数据宽度为8位、16位和32位，是大容量存储设备、音频设备和CD-ROM驱动器的一种标准。SCSI接口通常被看作是一种总线，可用于连接多个外设，这些SCSI设备以雏菊链(Mode daisy chain)形式接入，并被分配给惟一的ID号(0～7)，其中7号分配给SCSI控制器。某些SCSI控制器可以提供多达35个SCSI通道。SCSI设备彼此独立运作，相互之间可以交换数据，也可以和主机进行交互。数据以分组消息的形式进行传输。
   (5)PCMCIA接口  PCMCIA是一种广泛用于笔记本电脑的接口标准，体积小，扩展较方便灵活。最初PCMCIA主要用于笔记本电脑扩展内存，目前常用作一种存储器卡接口或进行fax/modem功能扩展接口。现在用PCMCIA代表个人计算机储器卡国际协会，而PCMCIA接口更名为PC card接口。PC card接口具有以下特点：电源管珲服务，允许系统控制PC card的工作状态(开/关)，支持3.3V/5V电压，可降低功耗，支持多功能卡、扩充卡的信息结构，以提高其兼容性，规定了直接内存访问规范，增加了一个32位的card bus接口。
   (6)P1394串行接口  是一种高速的串行总线，用以连接众多的外部设备。 P1394有许多优于SCSI等其他外设接口的特点：数据传输率高、价格低且容易实现，所以不仅应用于计算机系统中，也广泛用于消费类电子产品，诸如数码相机、VCD等。P1394接口使用雏菊链式的设备连接方式，一个端口可以支持 63个设备；而且使用桥互联的方式，以树型结构配置，可以支持的设备数高达 1022。P1394支持设备的热插拔。
   (7)USB接口  是一种串行总线式的接口，在串行接口中可达到较高的数据传输率，并且也允许设备以雏菊链形式接入，其最大特点是允许热插拔，即允许计算机在未关机带电的情况下插入或拔除所连接的外部设备而不会造成损害，目前在便携式计算机和台式计算机中已成为标准配置。许多数码相机、闪存、视频摄像头以及打印机等都可通过USB口接入计算机。