精選第2章--計(jì)算機(jī)技術(shù)根底(試題精解)第2章計(jì)算機(jī)技術(shù)根底信息系統(tǒng)監(jiān)理師必須掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)，包括計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)和系統(tǒng)可靠性等。具體而言，根據(jù)考試大綱，本章要求考生掌握以下知識(shí)點(diǎn)。〔1〕計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能、組成及其相互關(guān)系。〔2〕計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與信息管理、數(shù)據(jù)處理、輔助設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制、科學(xué)計(jì)算和人工智能等概念。本章的內(nèi)容比較雜，從往屆考試試題來看，本章內(nèi)容大約為5~10分。各個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)考查結(jié)構(gòu)如表2-1所示。表2-1考查結(jié)構(gòu)表知識(shí)點(diǎn)已考分?jǐn)?shù)百分比說明計(jì)算機(jī)組成原理426.7%數(shù)字編碼，指令周期操作系統(tǒng)640.0%其中系統(tǒng)根本操作占26.7%，存儲(chǔ)管理占13.3%系統(tǒng)可靠性213.3%串、并聯(lián)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)320.0%2.1試題精解2.1.1試題1〔2023年5月試題1~2〕在計(jì)算機(jī)中，最適合進(jìn)行數(shù)字加減運(yùn)算的數(shù)字編碼是___(1)___。如果主存容量為16MB字節(jié)，且按字節(jié)編址，表示該主存地址至少應(yīng)需要___(2)___位。〔1〕A．原碼B．反碼C．補(bǔ)碼D．移碼〔2〕A．16B．20C．24D．32試題1分析此題的第1個(gè)問題實(shí)際上是考查考生對(duì)原碼、反碼、補(bǔ)碼和移碼概念的理解。如果對(duì)這幾種碼制的特性比較熟悉，題目自然就迎刃而解了。下面，我們簡(jiǎn)單介紹這幾種碼制的各自特色。〔1〕原碼：采用原碼表示法簡(jiǎn)單易懂，用原碼進(jìn)行加法運(yùn)算非常方便、直觀，并可得到正確的運(yùn)算結(jié)果，但如果是直接進(jìn)行減法運(yùn)算，那么會(huì)出問題。〔2〕反碼：把原碼對(duì)除符號(hào)位外的其余各位逐位取反產(chǎn)生反碼，所以反碼與原碼的特性剛好相反。反碼的減法運(yùn)算能正確得到結(jié)果，但直接進(jìn)行加法運(yùn)算無法得到正確結(jié)果。〔3〕補(bǔ)碼：我們知道，正數(shù)的補(bǔ)碼=原碼，所以采用補(bǔ)碼能正確執(zhí)行加法運(yùn)算。又因?yàn)樨?fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼+1，所以負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼具有反碼的特性，可以正確進(jìn)行減法運(yùn)算，所以補(bǔ)碼最適合執(zhí)行數(shù)字加減運(yùn)算。〔4〕移碼：移碼是在補(bǔ)碼的根底上把首位取反得到的，這樣使得移碼非常適合于階碼的運(yùn)算，所以它常用于表示階碼。此題的第2個(gè)問題考查考生對(duì)計(jì)算機(jī)中數(shù)制的理解和內(nèi)存數(shù)據(jù)的表示。我們知道，在計(jì)算機(jī)中，一般采用二進(jìn)制來表示數(shù)據(jù)，根本單位有位〔b〕、字節(jié)〔B〕、KB、MB和GB等，其換算關(guān)系如下：1GB=1024MB=MB；1MB=1024KB=KB；1KB=1024B=B；1B=8b如果主存容量為16MB字節(jié)，且按字節(jié)編址。因?yàn)?16MB=×KB=××B=B所以，表示該主存地址至少應(yīng)需要用24位二進(jìn)制編碼表示。試題1答案〔1〕C 〔2〕C2.1.2試題2〔2023年5月試題3~4〕在以下存儲(chǔ)管理方案中，___(3)___是解決內(nèi)存碎片問題的有效方法，虛擬存儲(chǔ)器主要由___(4)___組成。〔3〕A．單一連續(xù)分區(qū) B．固定分區(qū)C．可變分區(qū) D．可重定位分區(qū)〔4〕A．存放器和軟盤 B．軟盤和硬盤C．磁盤區(qū)域與主存 D．CDROM和主存試題2分析此題考查存儲(chǔ)管理方面的知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重各種存儲(chǔ)管理方法的優(yōu)缺點(diǎn)。要正確的解答此題，必須把這些存儲(chǔ)管理方法的特點(diǎn)搞清楚。〔1〕單一連續(xù)分區(qū)存儲(chǔ)管理這種存儲(chǔ)管理方法把所有用戶區(qū)都分配給惟一的用戶作業(yè)，當(dāng)作業(yè)被調(diào)度時(shí)，進(jìn)程全部進(jìn)入內(nèi)存。一旦完成，所有主存恢復(fù)空閑，因此它不支持多道程序設(shè)計(jì)。〔2〕固定分區(qū)存儲(chǔ)管理這種存儲(chǔ)管理方法是支持多道程序設(shè)計(jì)的最簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)管理方法，它把主存劃分成假設(shè)干個(gè)固定的和大小不同的分區(qū)，每個(gè)分區(qū)能夠裝入一個(gè)作業(yè)。分區(qū)的大小是固定的，算法簡(jiǎn)單，但是容易生成較多的存儲(chǔ)器碎片。〔3〕可變分區(qū)存儲(chǔ)管理這種存儲(chǔ)管理方法在引入可變分區(qū)后雖然主存分配更靈巧，也提高了主存利用率。但是由于系統(tǒng)在不斷地分配和回收中，必定會(huì)出現(xiàn)一些不連續(xù)的小的空閑區(qū)。盡管這些小的空閑區(qū)的總和超過某一個(gè)作業(yè)要求的空間，但是由于不連續(xù)而無法分配而產(chǎn)生了碎片。解決碎片的方法是拼接〔或稱為“緊湊〞〕，即向一個(gè)方向〔例如向低地址端〕移動(dòng)已分配的作業(yè)，使那些零散的小空閑區(qū)在另一方向連成一片。分區(qū)的拼接技術(shù)一方面是要求能夠?qū)ψ鳂I(yè)進(jìn)行重定位，另一方面系統(tǒng)在拼接時(shí)要消耗較多的時(shí)間。〔4〕可這種存儲(chǔ)管理方法〔5〕非請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理。這種存儲(chǔ)管理方法將存儲(chǔ)空間和作業(yè)的地址空間分成假設(shè)干個(gè)等分局部在分頁(yè)式，要求把進(jìn)程所需要的頁(yè)面全部調(diào)入主存后作業(yè)方能運(yùn)行，因此，當(dāng)內(nèi)存可用空間小于作業(yè)所需的地址空間時(shí)，作業(yè)無法運(yùn)行。它克服了分區(qū)存儲(chǔ)管理中碎片多和緊縮處理時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，支持多道程序設(shè)計(jì)，但不支持虛擬存儲(chǔ)。〔6〕請(qǐng)求頁(yè)式存儲(chǔ)管理這種存儲(chǔ)管理方法將存儲(chǔ)空間和作業(yè)的地址空間分成假設(shè)干個(gè)相等的頁(yè)面，當(dāng)進(jìn)程需要用到某個(gè)頁(yè)面時(shí)將其調(diào)入主存，把那些暫時(shí)無關(guān)的頁(yè)面留在主存外。它支持虛擬存儲(chǔ)，克服了分區(qū)存儲(chǔ)管理中碎片多和緊縮處理時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。并支持多道程序設(shè)計(jì)，但是它不能實(shí)現(xiàn)對(duì)最自然的以段為單位的共享與存儲(chǔ)保護(hù)〔因?yàn)槌绦蛲ǔＪ且远螢閱挝粍澐值模砸远螢閱挝蛔钭匀弧场！?〕段頁(yè)式存儲(chǔ)管理這種存儲(chǔ)管理方法是分段式和分頁(yè)式結(jié)合的存儲(chǔ)管理方法，充分利用了分段管理和分頁(yè)管理的優(yōu)點(diǎn)。作業(yè)按邏輯結(jié)構(gòu)分段，段內(nèi)分頁(yè)，內(nèi)存分塊。作業(yè)只需局部頁(yè)裝入即可運(yùn)行，所以支持虛擬存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連接和裝配。所謂虛擬存儲(chǔ)技術(shù)即在內(nèi)存中保存一局部程序或數(shù)據(jù)，在外存〔硬盤〕中放置整個(gè)地址空間的副本。程序運(yùn)行過程中可以隨機(jī)訪問內(nèi)存中的數(shù)據(jù)或程序，但需要的程序或數(shù)據(jù)不在內(nèi)存時(shí)，就將內(nèi)存中局部?jī)?nèi)容根據(jù)情況寫回外存。然后從外存調(diào)入所需程序或數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)內(nèi)部的局部對(duì)換，從而允許程序的地址空間大于實(shí)際分配的存儲(chǔ)區(qū)域。它在內(nèi)存和外存之間建立了層次關(guān)系，使得程序能夠像訪問主存一樣訪問外存，主要用于解決計(jì)算機(jī)主存儲(chǔ)器的容量問題。其邏輯容量由主存和外存容量之，以及CPU可尋址的范圍來決定，其運(yùn)行速度接近于主存速度，本錢也下降。可見，虛擬存儲(chǔ)技術(shù)是一種性能非常優(yōu)越的存儲(chǔ)器管理技術(shù)，故被廣泛地應(yīng)用于大、中、小型機(jī)器和微型機(jī)中。虛擬存儲(chǔ)器允許用戶用比主存容量大得多的地址空間來編程，以運(yùn)行比主存實(shí)際容量大得多的程序。用戶編程所用的地址稱為“邏輯地址〞〔又稱為“虛地址〞〕，而實(shí)際的主存地址那么稱為“物理地址〞〔又稱為“實(shí)地址〞〕，每次訪問內(nèi)存時(shí)都要進(jìn)行邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)換。實(shí)際上，超過主存在實(shí)際容量的那些程序和數(shù)據(jù)是存放在輔助存儲(chǔ)器中，當(dāng)使用時(shí)再由輔存調(diào)入。地址變換以及主存和輔存間的信息動(dòng)態(tài)調(diào)度是硬件和操作系統(tǒng)兩者配合完成的。虛擬存儲(chǔ)管理的理論根底是程序的局部性原理。程序局部性原理指程序在執(zhí)行時(shí)呈現(xiàn)出局部性規(guī)律，即在一段時(shí)間內(nèi)，程序的執(zhí)行僅限于程序的某一局部。相應(yīng)地，執(zhí)行所訪問的存儲(chǔ)空間也局限于某個(gè)內(nèi)存區(qū)域。局部性又表現(xiàn)為時(shí)間局部性和空間局部性，時(shí)間局部性指如果程序中的某條指令一旦執(zhí)行，那么不久以后該指令可能再次執(zhí)行。如果某數(shù)據(jù)被訪問，那么不久以后該數(shù)據(jù)可能再次被訪問；空間局部性指一旦程序訪問了某個(gè)存儲(chǔ)單元，那么不久之后，其附近的存儲(chǔ)單元也將被訪問。根據(jù)程序的局部性理論，Denning提出了工作集理論。工作集指進(jìn)程運(yùn)行時(shí)被頻繁訪問的頁(yè)面集合。顯然只要使程序的工作集全部在內(nèi)存〔主存儲(chǔ)器〕中，即可大大減少進(jìn)程的缺頁(yè)次數(shù)；否那么會(huì)使進(jìn)程在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)缺頁(yè)中斷，從而出現(xiàn)頻繁的頁(yè)面調(diào)入/調(diào)出現(xiàn)象，造成系統(tǒng)性能下降，甚至出現(xiàn)“抖動(dòng)〞。試題2答案〔3〕D 〔4〕C2.1.3試題3〔2023年5月試題5〕3個(gè)可靠度R均為0.8的部件串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，如圖2-1所示。圖2-13個(gè)部件串聯(lián)的系統(tǒng)那么該系統(tǒng)的可靠度為___(5)____。〔5〕A．0.240B．0.512C．0.800D．0.992試題3分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，而且影響其可靠性的因素也非常繁復(fù)，很難直接對(duì)其進(jìn)行可靠性分析。但通過建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，把大系統(tǒng)分割成假設(shè)干子系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)化其分析過程。常見的系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型有以下3種。1．串聯(lián)系統(tǒng)假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)由n個(gè)子系統(tǒng)組成，當(dāng)且僅當(dāng)所有的子系統(tǒng)都有能正常工作時(shí)，系統(tǒng)才能正常工作。這種系統(tǒng)稱為“串聯(lián)系統(tǒng)〞，如圖2-2所示。圖2-2串聯(lián)系統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的可靠性分別用表示，那么系統(tǒng)的可靠性為：如果系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的失效率分別用來表示，那么系統(tǒng)的失效率為：2．并聯(lián)系統(tǒng)假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)由n個(gè)子系統(tǒng)組成，只要有一個(gè)子系統(tǒng)能夠正常工作，系統(tǒng)就能正常工作，如圖2-3所示。圖2-3并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)的可靠性分別用表示，那么系統(tǒng)的可靠性為：假設(shè)所有的子系統(tǒng)的失效率均為λ，那么系統(tǒng)的失效率為:在并聯(lián)系統(tǒng)中只有一個(gè)子系統(tǒng)是真正需要的，其余n-1個(gè)子系統(tǒng)稱為冗余子系統(tǒng)，隨著冗余子系統(tǒng)數(shù)量的增加，系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間也增加了。3．模冗余系統(tǒng)m模冗余系統(tǒng)由m個(gè)(m=2n+1為奇數(shù))相同的子系統(tǒng)和一個(gè)表決器組成，經(jīng)過表決器表決后，m個(gè)子系統(tǒng)中占多數(shù)相同結(jié)果的輸出作為系統(tǒng)的輸出，如圖2-4所示。圖2-4模冗余系統(tǒng)在m個(gè)子系統(tǒng)中，只有n+1個(gè)或n+1個(gè)以上子系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)就能正常工作，輸出正確結(jié)果。假設(shè)表決器是完全可靠的，每個(gè)子系統(tǒng)的可靠性為R0，那么m模冗余系統(tǒng)的可靠性為:其中為從m個(gè)元素中取j個(gè)元素的組合數(shù)。顯然，此題是一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)系統(tǒng)可靠性計(jì)算的試題，其可靠性為：R=0.8×0.8×0.8=0.512試題3答案〔5〕B2.1.4試題4〔2023年5月試題6~7〕微機(jī)A和微機(jī)B采用同樣的CPU，微機(jī)A的主頻為800MHz而微機(jī)B為1200MHz。假設(shè)微機(jī)A的平均指令執(zhí)行速度為40MIPS，那么微機(jī)A的平均指令周期為___(6)___ns，微機(jī)B的平均指令執(zhí)行速度為___(7)___MIPS。〔6〕A．15 B．25 C．40 D．60〔7〕A．20 B．40 C．60 D．80試題4分析這道試題曾經(jīng)出現(xiàn)在2023年5月的系統(tǒng)分析師考試上午試題中，時(shí)隔一年，又一字不改地作為信息系統(tǒng)監(jiān)理師試題出現(xiàn)。由此可見，閱讀歷年試題分類精解是十分重要的。計(jì)算機(jī)性能評(píng)估的常用方法有時(shí)鐘頻率法、指令執(zhí)行速度法、等效指令速度法、數(shù)據(jù)處理速率法、綜合理論性能法和基準(zhǔn)程序法6種。1．時(shí)鐘頻率法計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率在一定程度上反映了機(jī)器速度，一般來講，主頻越高，速度越快。但是相同頻率、不同體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器，其速度和性能可能會(huì)相差很多倍。通常來說，提高處理器的時(shí)鐘頻率能夠提高系統(tǒng)的性能。因?yàn)樵谕瑯拥臅r(shí)間內(nèi)，提高時(shí)鐘頻率，使得時(shí)鐘周期減少，指令的執(zhí)行時(shí)間減少。2．指令執(zhí)行速度法在計(jì)算機(jī)開展的初期，曾用加法指令的運(yùn)算速度來衡量計(jì)算機(jī)的速度，速度是計(jì)算機(jī)的主要性有指標(biāo)之一。因?yàn)榧臃ㄖ噶畹倪\(yùn)算速度大體上可反映出乘法、除法等其他算術(shù)運(yùn)算的速度，而且邏輯運(yùn)算、轉(zhuǎn)移指令等簡(jiǎn)單指令的執(zhí)行時(shí)間往往設(shè)計(jì)成與加法指令相同，因此加法指令的運(yùn)算速度有一定代表性。表示機(jī)器運(yùn)算速度的單位是KIPS〔每秒千條指令〕，后來隨著機(jī)器運(yùn)算速度的提高，計(jì)量單位由KIPS開展到MIPS〔每秒百萬條指令〕。常用的有峰值MIPS、基準(zhǔn)程序MIPS和以特定系統(tǒng)為基準(zhǔn)的MIPS。MFLOPS表示每秒百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算速度，衡量計(jì)算機(jī)的科學(xué)計(jì)算速度，常用的有峰值MFLOPS和以基準(zhǔn)程序測(cè)得的MFLOPS。MFLOPS可用于比較和評(píng)價(jià)在同一系統(tǒng)上求解同一問題的不同算法的性能，還可用于在同一源程序、同一編譯器，以及相同的優(yōu)化措施且同樣運(yùn)行環(huán)境下以不同系統(tǒng)測(cè)試浮點(diǎn)運(yùn)算速度。由于實(shí)際程序中各種操作所占比例不同，因此測(cè)得MFLOPS也不相同。MFLOPS值沒有考慮運(yùn)算部件與存儲(chǔ)器、I/O系統(tǒng)等速度之間相互協(xié)調(diào)等因素，所以只能說明在特定條件下的浮點(diǎn)運(yùn)算速度。3．等效指令速度法等效指令速度法也稱為“吉普森混合法〞或“混合比例計(jì)算法〞，它通過各類指令在程序中所占的比例〔W〕進(jìn)行計(jì)算得到。假設(shè)各類指令的執(zhí)行時(shí)間為ti，那么等效指令的執(zhí)行時(shí)間為：T=式中n為指令類型數(shù)。采用等效指令速度法對(duì)某些程序來說可能嚴(yán)重偏離實(shí)際，尤其是對(duì)復(fù)雜的指令集，其中某些指令的執(zhí)行時(shí)間是不固定的，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度、cache的命中率、流水線的效率等都會(huì)影響計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，因此后來又開展了其他評(píng)價(jià)方法。4．?dāng)?shù)據(jù)處理速率法因?yàn)樵诓煌绦蛑懈黝愔噶钍褂妙l率是不同的，所以固定比例方法存在著很大的局限性；而且數(shù)據(jù)長(zhǎng)度與指令功能的強(qiáng)弱對(duì)解題的速度影響極大，同時(shí)這種方法也不能反映現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中高速緩沖存儲(chǔ)器、流水線、交叉存儲(chǔ)等結(jié)構(gòu)的影響。具有這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的性能不僅與指令的執(zhí)行頻率有關(guān)，而且也與指令的執(zhí)行順序與地址的分布有關(guān)。數(shù)據(jù)處理速率法〔PDR法〕采用計(jì)算PDR值的方法來衡量機(jī)器性能，PDR值越大，機(jī)器性能越好。PDR與每條指令和每個(gè)操作數(shù)的平均位數(shù)以及每條指令的平均運(yùn)算速度有關(guān)，其計(jì)算方法如下：PDR=L/R其中：L=0.85G+0.15H+0.4J+0.15K，R=0.85M+0.09N+0.06P。式中G是每條定點(diǎn)指令的位數(shù)，M是平均定點(diǎn)加法時(shí)間，H是每條浮點(diǎn)指令的位數(shù)，N是平均浮點(diǎn)加法時(shí)間，J是定點(diǎn)操作數(shù)的位數(shù)，P是平均浮點(diǎn)乘法時(shí)間，K是浮點(diǎn)操作數(shù)的位數(shù)。此外，還做了如下規(guī)定：G>20位，H>30位；從主存取一條指令的時(shí)間等于取一個(gè)字的時(shí)間；指令與操作存放在主存，無變址或間址操作；允許有并行或先行取指令功能，此時(shí)選擇平均取指令時(shí)間。PDR值主要對(duì)CPU和主存儲(chǔ)器的速度進(jìn)行度量，但不適合衡量機(jī)器的整體速度，因?yàn)樗鼪]有涉及cache和多功能部件等技術(shù)對(duì)性能的影響。PDR主要是對(duì)CPU和主存數(shù)據(jù)處理速度進(jìn)行計(jì)算而得出的，它允許并行處理和指令預(yù)取的功能，這時(shí)所取的指令執(zhí)行的平均時(shí)間。帶有cache的計(jì)算機(jī)，因?yàn)榇嫒∷俣燃涌欤銹DR值也就相應(yīng)提高。PDR不能全面反映計(jì)算機(jī)的性能，但它曾是美國(guó)及巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)用來限制計(jì)算機(jī)出口的系統(tǒng)性能指標(biāo)估算方法。1991年9月停止使用PDR，取而代之的是綜合理論性能。5．綜合理論性能法綜合理論性能法〔CTP法〕是美國(guó)政府為限制較高性能計(jì)算機(jī)出口所設(shè)置的運(yùn)算部件綜合性能估算方法。CTP以每秒百萬次理論運(yùn)算MTOPS表示，從1991年9月1日起啟用。CTP的估算方法為首先算出處理部件每一計(jì)算單元〔如定點(diǎn)加法單元、定點(diǎn)乘法單元、浮點(diǎn)加單元和浮點(diǎn)乘法單元等〕的有效計(jì)算率R，然后按不同字長(zhǎng)加以調(diào)整得出該計(jì)算單元的理論性能TP，所有組成該處理部件的計(jì)算單元TP的總和即為綜合理論性能CTP。6．基準(zhǔn)程序法上述性能評(píng)價(jià)方法主要是針對(duì)CPU〔有時(shí)包括主存〕，而沒有考慮諸如I/O結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、編譯程序的效率等系統(tǒng)性能的影響，因此難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)的實(shí)際上工作能力。基準(zhǔn)程序法〔benchmark〕是目前一致成認(rèn)的測(cè)試性能的較好方法，有多種多樣的基準(zhǔn)程序，如主要測(cè)試整數(shù)性能的基準(zhǔn)程序邏輯和測(cè)試浮點(diǎn)性能的基準(zhǔn)程序等。在此題中，微機(jī)A的平均指令執(zhí)行速度為40MIPS，即平均每秒執(zhí)行4千萬條指令。因此其平均指令周期〔CyclePerInstruction，CPI〕為(1/4千萬)秒，即：CPI=0.25×s=25×s=25ns。因?yàn)槲C(jī)B的主頻為1200MHz，是微機(jī)A主頻的1200/800=1.5倍。所以微機(jī)B的平均指令執(zhí)行速度應(yīng)該比微機(jī)A的快1.5倍，即40×1.5=60MIPS。試題4答案〔6〕B 〔7〕C2.1.5試題5〔2023年5月試題8〕在以下體系結(jié)構(gòu)中，最適合于多個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行的體系結(jié)構(gòu)是___(8)___。〔8〕A．流水線向量機(jī)結(jié)構(gòu)B．分布存儲(chǔ)多處理機(jī)結(jié)構(gòu)C．共享存儲(chǔ)多處理結(jié)構(gòu)D．堆棧處理結(jié)構(gòu)試題5分析這道試題曾經(jīng)出現(xiàn)在2023年10月的系統(tǒng)分析師考試上午試題中，時(shí)隔3年，又一字不改地作為信息系統(tǒng)監(jiān)理師試題出現(xiàn)，從而再一次驗(yàn)證了閱讀歷年試題分類精解的重要性。流水線向量處理機(jī)用于指令并行執(zhí)行，而不是任務(wù)并行，并不屬于多處理機(jī)，堆棧處理機(jī)用于特別的計(jì)算或用做外設(shè)的數(shù)據(jù)讀寫，這兩種結(jié)構(gòu)均不適于多個(gè)任務(wù)的并行執(zhí)行。并行處理機(jī)可分兩種類型，分別為采用分布存儲(chǔ)器的并行處理結(jié)構(gòu)和采用集中式共享存儲(chǔ)器的并行處理結(jié)構(gòu)。其中分布式存儲(chǔ)器的多處理機(jī)并行處理結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)處理器都有自己局部的存儲(chǔ)器。只要控制部件將并行處理的程序分配各處理機(jī)，它們便能并行處理，各自從自己的局部存儲(chǔ)器中取得信息；而共享存儲(chǔ)多處理機(jī)結(jié)構(gòu)中的存儲(chǔ)器是集中共享的，由于多個(gè)處理機(jī)共享，在各處理機(jī)訪問共享存儲(chǔ)器時(shí)會(huì)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。因此，最適合于多個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行的體系結(jié)構(gòu)是分布存儲(chǔ)多處理機(jī)結(jié)構(gòu)。試題5答案〔8〕B2.1.6試題6〔2023年5月試題29~30〕在圖2-5所示的樹型文件系統(tǒng)中，方框表示目錄，圓圈表示文件，“/〞表示目錄名之間的分隔符，“/〞在路徑之首時(shí)表示根目錄。假設(shè)“..〞表示父目錄，當(dāng)前目錄是Y1，那么，指定文件F2所需的相對(duì)路徑是___(29)___；如果當(dāng)前目錄是X2，“DEL〞表示刪除命令，那么，刪除文件F4的正確命令是___(30)___。圖2-5樹型文件系統(tǒng)〔29〕A．/X1/Y2/F2 B．../X1/Y2/F2C．/X1/Y2/F2 D．../Y2/F2〔30〕A．DEL../Y3/F4 B．DELX2/Y3/F4C．DELY3/F4 D．DEL/Y3/F4試題6分析用戶的數(shù)據(jù)和程序大多以文件形式保存，用戶使用操作系統(tǒng)的過程中，需要經(jīng)常對(duì)文件和目錄進(jìn)行操作。下面，我們以Linux系統(tǒng)為例介紹有關(guān)文件、目錄和路徑的概念，其他系統(tǒng)與其類似。1．文件與文件名在大多操作系統(tǒng)中都有文件的概念，文件是Linux用來存儲(chǔ)信息的根本結(jié)構(gòu)，它是被命名〔稱為“文件名〞〕的存儲(chǔ)在某種介質(zhì)〔如磁盤、光盤和磁帶等〕上的一組信息的集合。Linux文件均為無結(jié)構(gòu)的字符流形式，文件名是文件的標(biāo)識(shí)，它由字母、數(shù)字、下劃線和圓點(diǎn)組成的字符串來構(gòu)成。用戶應(yīng)該選擇有意義的文件名。Linux要求文件名的長(zhǎng)度限制在255個(gè)字符以內(nèi)。為了便于管理和識(shí)別，用戶可以把擴(kuò)展名作為文件名的一局部。圓點(diǎn)用于區(qū)分文件名和擴(kuò)展名，擴(kuò)展名對(duì)于文件分類十分有用。用戶可能對(duì)某些群眾已接納的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展名比較熟悉，例如，C語(yǔ)言編寫的源代碼文件總是具有C的擴(kuò)展名，用戶可以根據(jù)自己的需要隨意參加自己的文件擴(kuò)展名。2．文件的類型Linux系統(tǒng)中有3種根本的文件類型：普通文件、目錄文件和設(shè)備文件。〔1〕普通文件普通文件是用戶最經(jīng)常面對(duì)的文件，又分為文本文件和二進(jìn)制文件。·文本文件：以文本的ASCII碼形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。它是以行為根本結(jié)構(gòu)的一種信息組織和存儲(chǔ)方式。·二進(jìn)制文件：以文本的二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，用戶一般不能直接讀懂它們，只有通過相應(yīng)的軟件才能將其顯示出來。二進(jìn)制文件一般是可執(zhí)行程序、圖形、圖像和音等。〔2〕目錄文件設(shè)計(jì)目錄文件的主要目的是用于管理和組織系統(tǒng)中的大量文件。它存儲(chǔ)一組相關(guān)文件的位置、大小等與文件有關(guān)的信息。目錄文件往往簡(jiǎn)稱為目錄。〔3〕設(shè)備文件設(shè)備文件是Linux系統(tǒng)中的一個(gè)重要特色。Linux系統(tǒng)把每一個(gè)I/O設(shè)備都看成一個(gè)文件，與普通文件一樣處理，這樣可以使文件與設(shè)備的操作盡可能統(tǒng)一。從用戶的角度來看，對(duì)I/O設(shè)備的使用和一般文件的使用一樣，不必了解I/O設(shè)備的細(xì)節(jié)。設(shè)備文件可以細(xì)分為塊設(shè)備文件和字符設(shè)備文件，前者的存取以一個(gè)個(gè)字符塊為單位，后者那么以單個(gè)字符為單位。3．樹型目錄結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中保存有大量文件，如何有效地組織與管理它們，并為用戶提供一個(gè)使用方便的接口是文件系統(tǒng)的一大任務(wù)。Linux系統(tǒng)以文件目錄的方式來組織和管理系統(tǒng)中的所有文件，所謂文件目錄就是將所有文件的說明信息采用樹型結(jié)構(gòu)組織起來，即我們常說的目錄。即整個(gè)文件系統(tǒng)有一個(gè)“根〞〔root〕，然后在根上分“杈〞〔directory〕。任何一個(gè)分杈上都可以再分杈，杈上也可以長(zhǎng)出“葉子〞。根和"在Linux中稱為“目錄〞或“文件夾〞。而“葉子〞那么是一個(gè)個(gè)的文件。實(shí)踐證明，此種結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)效率比較高。如前所述，目錄也是一種類型的文件。Linux系統(tǒng)通過目錄將系統(tǒng)中所有的文件分級(jí)、分層組織在一起，形成了Linux文件系統(tǒng)的樹型層次結(jié)構(gòu)。以根目錄為起點(diǎn)，所有其他目錄都由根目錄派生而來。用戶可以瀏覽整個(gè)系統(tǒng)，可以進(jìn)入任何一個(gè)已授權(quán)進(jìn)入的目錄，訪問那里的文件。一個(gè)典型的Linux系統(tǒng)樹型目錄結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。圖2-6一個(gè)典型的Linux系統(tǒng)樹型目錄在圖2-6中，我們只給出了目錄結(jié)節(jié)名稱，而沒有給出各個(gè)目錄之下的每一個(gè)文件。實(shí)際上，各個(gè)目錄節(jié)點(diǎn)之下都會(huì)有一些文件和子目錄。并且系統(tǒng)在建立每一個(gè)目錄時(shí)，都會(huì)自動(dòng)為它其定兩個(gè)目錄文件，一個(gè)是“.〞，代表該目錄自身。另一個(gè)是“..〞，代表該目錄的父目錄。對(duì)于根目錄，“.〞和“..〞都代表其自身。Linux目錄提供了管理文件的一個(gè)方便途徑。每個(gè)目錄中都包含文件。用戶可以為自己的文件創(chuàng)立自己的目錄，也可以把一個(gè)目錄下的文件移動(dòng)或復(fù)制到另一目錄下，而且能移動(dòng)整個(gè)目錄，且和系統(tǒng)中的其他用戶共享目錄和文件。即我們能夠方便地從一個(gè)目錄切換到另一個(gè)目錄，而且可以設(shè)置目錄和文件的管理權(quán)限，以便允許或拒絕其他人對(duì)其進(jìn)行訪問。同時(shí)文件目錄結(jié)構(gòu)的相互關(guān)聯(lián)性使分享數(shù)據(jù)變得十分容易，多個(gè)用戶可以訪問同一個(gè)文件。因此允許用戶設(shè)置文件的共享程度。需要說明的是，根目錄是Linux系統(tǒng)中的特殊目錄。Linux是一個(gè)多用戶系統(tǒng)，操作系統(tǒng)本身的駐留程序存放在以根目錄開始的專用目錄中，有時(shí)被指定為系統(tǒng)目錄。在圖2-6中那些根目錄下的目錄就是系統(tǒng)目錄。4．工作目錄、用戶主目錄與路徑從邏輯上講，用戶在登錄到Linux系統(tǒng)中后，每時(shí)每刻都處在某個(gè)目錄之中，此目錄被稱為“工作目錄〞或“當(dāng)前目錄〞〔WorkingDirectory〕，工作目錄是可以隨時(shí)改變的。用戶初始登錄到系統(tǒng)中時(shí)，其主目錄〔HomeDirectory〕就成為其工作目錄。工作目錄用“.〞表示，其父目錄用“..〞表示。用戶主目錄是系統(tǒng)管理員增加用戶時(shí)建立起的〔以后也可以改變〕，每個(gè)用戶都有自己的主目錄，不同用戶的主目錄一般互不相同。用戶剛登錄到系統(tǒng)中時(shí)，其工作目錄便是該用戶主目錄，通常與用戶的登錄名相同。訪問文件時(shí)，需要用到路徑〔Path〕的概念，即從樹型目錄中的某個(gè)目錄層次到某個(gè)文件的一條道路。此路徑的主要構(gòu)成是目錄名稱，中間用“/〞分開，任一文件在文件系統(tǒng)中的位置都是由相應(yīng)的路徑?jīng)Q定的。用戶在訪問文件時(shí)，要給出文件所在的路徑。路徑又分相對(duì)路徑和絕對(duì)路徑，絕對(duì)路徑指從根目錄開始的路徑，也稱為“完全路徑〞；相對(duì)路徑是從用戶工作目錄開始的路徑。應(yīng)該注意到，在樹型目錄結(jié)構(gòu)中到某一確定文件的絕對(duì)路徑和相對(duì)路徑均只有一條。絕對(duì)路徑是確定不變的，而相對(duì)路徑那么隨著用戶工作目錄的變化而不斷變化。用戶要訪問一個(gè)文件時(shí)，可以通過路徑名來引用。并且可以根據(jù)要訪問的文件與用戶工作目錄的相對(duì)位置來引用它，而不需要列出這個(gè)文件的完整的路徑名。例如，用戶LI有一個(gè)名為class的目錄，該目錄中有兩個(gè)文件：soft_1和hard_1。假設(shè)用戶LI想顯示出其class目錄中的名為soft_1的文件，可以使用以下命令：/home/LI$cat/home/LI/class/soft_1用戶也可以根據(jù)文件soft_1與當(dāng)前工作目錄的相對(duì)位置來引用該文件，命令為：/home/LI$catclass/soft_1在此題中，當(dāng)前目錄是Y1，文件F2在目錄Y2之下。目錄Y1和Y2都是目錄X1的子目錄，因此，指定文件F2所需的相對(duì)路徑是../Y2/F2。如果當(dāng)前目錄是X2，“DEL〞表示刪除命令，要?jiǎng)h除文件F4。因?yàn)槲募﨔4在目錄Y3之下，而目錄Y3是目錄X2的子目錄，所以正確的命令是DELY3/F4。試題6答案〔29〕D 〔30〕C2.1.7試題7〔2023年11月試題1〕陣列處理機(jī)屬于___(1)___計(jì)算機(jī)。〔1〕A.SISD B.SIMD C.MISD D.MIMD試題7分析計(jì)算機(jī)由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備組成。1966年，Michael.J.Flynn提出根據(jù)指令流、數(shù)據(jù)流的多倍性特征對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類〔通常稱為〞Flynn分類法〞〕，有關(guān)定義如下。〔1〕指令流：指機(jī)器執(zhí)行的指令序列。〔2〕數(shù)據(jù)流：指由指令流調(diào)用的數(shù)據(jù)序列，包括輸人數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，但不包括輸出數(shù)據(jù)。〔3〕多倍性：指在系統(tǒng)性能瓶頸部件上同時(shí)處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個(gè)數(shù)。Flynn根據(jù)不同的指令流-數(shù)據(jù)流組織方式，把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分成4類。〔1〕單指令流單數(shù)據(jù)流〔SISD〕SISD其實(shí)就是傳統(tǒng)的順序執(zhí)行的單處理器計(jì)算機(jī)，其指令部件每次只對(duì)一條指令進(jìn)行譯碼，并只為一個(gè)操作部件分配數(shù)據(jù)。流水線方式的單處理機(jī)有時(shí)也被作為SISD。值得注意的是，Intel公司的奔騰PⅡ中開始采用MMX技術(shù)，引進(jìn)了一些新的通用指令，從某種意義上使用了單指令流多數(shù)據(jù)流的思想。但是與Intel公司的前幾代產(chǎn)品〔X86/Pentium〕相比，其指令序列的執(zhí)行方式和調(diào)用數(shù)據(jù)的方式?jīng)]有發(fā)生根本性的變化。所以從整體上來看，采用奔騰PII芯片的PC機(jī)仍屬于SISD類。〔2〕單指令流多數(shù)據(jù)流〔SIMD〕SIMD以并行處理機(jī)〔陣列處理機(jī)〕為代表，并行處理機(jī)包括多個(gè)重復(fù)的處理單元PU1-PUn，由單一指令部件控制，按照同一指令流的要求為它們分配各自所需的不同數(shù)據(jù)。相聯(lián)處理機(jī)也屬于這一類。〔3〕多指令流單數(shù)據(jù)流〔MISD〕MISD具有n個(gè)處理單元，按n條不同指令的要求對(duì)同一數(shù)據(jù)流及其中間結(jié)果進(jìn)行不同的處理。一個(gè)處理單元的輸出又作為另一個(gè)處理單元的輸入，這類系統(tǒng)實(shí)際上很少見到。有文獻(xiàn)把流水線看做多個(gè)指令部件，稱流水線計(jì)算機(jī)是MISD。〔4〕多指令流多數(shù)據(jù)流〔MIMD〕MIMD指能實(shí)現(xiàn)作業(yè)、任務(wù)、指令等各級(jí)全面并行的多機(jī)系統(tǒng)，多處理機(jī)屬于MIMD。當(dāng)前的高性能效勞器與超級(jí)計(jì)算機(jī)大多具有多個(gè)處理機(jī)，能進(jìn)行多任務(wù)處理，稱為“多處理機(jī)系統(tǒng)〞。不管是大規(guī)模并行處理機(jī)MPP〔MassivelyParallelProcessor〕或?qū)ΨQ多處理機(jī)SMP〔SymmetricalMultiProcessor〕，都屬于這一類。Flynn分類法是最普遍使用的，其他分類法如下。〔1〕馮氏分類法由馮澤云在1972年提出，馮氏分類法用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所能處理的最大二進(jìn)制位數(shù)來對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類。〔2〕Handler分類法由WolfganHandler在1977年提出，Handler分類法根據(jù)計(jì)算機(jī)指令執(zhí)行的并行度和流水線來對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分類。〔3〕Kuck分類法由DavidJ．Kuck在1978年提出，Kuck分類法與Flynn分類法相似，也是用指令流、執(zhí)行流和多倍性來描述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特征。但其強(qiáng)調(diào)執(zhí)行流的概念，而不是數(shù)據(jù)流。試題7答案〔1〕B2.1.8試題8〔2023年11月試題2〕采用___(2)___不能將多個(gè)處理機(jī)互連構(gòu)成多處理機(jī)系統(tǒng)。〔2〕A.STD總線 B.交叉開關(guān) C.PCI總線 D.Centronic總線 試題8分析總線是計(jì)算機(jī)中各部件相連的通信線，通過總線，各部件之間可以相互通信。而不是每?jī)蓚€(gè)部件之間相互直連，從而減少了計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)本錢，有利于新模塊的擴(kuò)展，如圖2-7所示。圖2-7總線從中央處理器到外設(shè)，總線可以分為如下4類。。1．中央處理器內(nèi)部總線這是內(nèi)部各部件之間的信息傳送線，存放器與存放器之間、各存放器與運(yùn)算器之間的信息傳送線。2．部件內(nèi)總線一塊插卡的內(nèi)部總線，又稱為“片級(jí)總線〞，如顯卡、多功能卡等插卡都使用了部件內(nèi)總線實(shí)現(xiàn)卡上各種芯片的互連。3．系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各功能部件〔中央處理器、存儲(chǔ)器和外設(shè)等〕之間相互連接的總線。從位置上來說，一般位于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的底板上。它從功能上說，可以分為以下幾種。〔1〕數(shù)據(jù)總線：一般是由三態(tài)門控制的雙向數(shù)據(jù)信道，中央處理器通過數(shù)據(jù)總線和主存、外設(shè)交換數(shù)據(jù)。〔2〕地址總線：常常由三態(tài)門控制的單向數(shù)據(jù)信道，由中央處理器“點(diǎn)名〞取數(shù)的位置。〔3〕控制總線：用來傳遞控制信號(hào)。如讀/寫信號(hào)、中斷請(qǐng)求和復(fù)位等信號(hào)。4．外部總線外部總線是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間，或者是和計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備通信的總線。最早的是PC/XT電腦采用的系統(tǒng)總線，它基于8位的8088處理器，稱為“PC總線〞或者“PC/XT總線〞。STD〔StandardBus〕總線是一種規(guī)模最小，面向工業(yè)控制并且設(shè)計(jì)周密的8位系統(tǒng)總線。STD總線只有56根信號(hào)線，劃分為電源總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線4類。STD總線信號(hào)也是通過底板總線的形式提供給STD總線模板的，因此底板應(yīng)具有極低的阻抗，使總線上傳輸?shù)母哳l脈沖信號(hào)不會(huì)失真。STD總線是一種專門設(shè)計(jì)的面向工業(yè)測(cè)量及控制的小型總線，它主要應(yīng)用在以微處理器為中心的測(cè)量控制領(lǐng)域，尤其以應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域?yàn)槎唷?984年，出現(xiàn)了基于16位Intel80286處理器的PC/AT電腦，系統(tǒng)總線也相應(yīng)地?cái)U(kuò)展為16位，并被稱為“PC/AT總線〞。以上兩種總線標(biāo)準(zhǔn)為根底的ISA〔IndustryStandardArchitecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)〕總線，方便了開發(fā)與個(gè)人計(jì)算機(jī)兼容的外圍設(shè)備。ISA是8/16位的系統(tǒng)總線，最大傳輸速率為8Mb8MB/s，允許多個(gè)CPU共享系統(tǒng)資源。由于兼容性好，所以它在20世紀(jì)80年代得到了廣泛采用，。缺點(diǎn)是傳輸速率過低、CPU占用率高并占用硬件中斷資源等。當(dāng)出現(xiàn)了32位外部總線的386DX處理器之后，ISA的寬度就已經(jīng)成為嚴(yán)重的瓶頸，并影響到處理器性能的發(fā)揮。新的EISA〔ExtendedISA，擴(kuò)展ISA〕總線是為適應(yīng)32位中央處理器而制定的，其工作頻率仍舊是8MHz，并且與8/16位的ISA總線完全兼容，帶寬提高了一倍，到達(dá)了32Mb32MB/s。為了解決ISA和EISA速度慢的問題，出現(xiàn)了32位的PCI〔周邊組件互連〕總線。最初PCI總線工作在33MHz頻率之下，傳輸帶寬到達(dá)了133Mb133MB/s〔33MHz×32位/8〕，后來又提出了64位的PCI總線，并把PCI總線的頻率提升到66MHz~100MHz，甚至更高。PCI不像ISA總線那樣把地址尋址和數(shù)據(jù)讀寫控制信號(hào)都交給微處理器來處理，而是獨(dú)立于處理器，采用了獨(dú)特的中間緩沖器設(shè)計(jì)。從而可將顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡和硬盤控制器等高速的外圍設(shè)備直接掛在CPU總線上，打破了瓶頸，使得CPU的性能得到充分的發(fā)揮。PCI總線還具有能自動(dòng)識(shí)別外設(shè)，與處理器和存儲(chǔ)器子系統(tǒng)完全并行操作的能力。并且具有隱含的中央仲裁系統(tǒng)，采用多路復(fù)用方式〔地址線和數(shù)據(jù)線〕減少了引腳數(shù)，支持64位尋址，完全的多總線主控能力，提供地址和數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)等特點(diǎn)。PCI的缺點(diǎn)是存在中斷共享沖突，只能支持有限數(shù)量設(shè)備等問題，可支持10臺(tái)外設(shè)。后來3D顯示卡的迅猛開展，讓PCI總線吃緊，于是出現(xiàn)了作為PCI總線的補(bǔ)充——AGP〔AcceleratedGraphicsPort，加速圖形接口〕總線。它為顯示卡專用，工作頻率為66MHz，是PCI的兩倍，帶寬相應(yīng)地增加到266Mb266MB/s。后來的AGP2X、AGP4X，以及AGP8X的傳輸速度到達(dá)了2.1Gb1GB/s。3大總線的比較如表2-2所示。表2-2