当前位置：首页 > news >正文

5.7 多处理器的基本概念 (答案见原书 P278)

news 2025/7/28 11:13:06

5.7 多处理器的基本概念 (答案见原书 P278)

01. 按照Flynn提出的计算机系统分类方法，多处理机属于（ D ）。

题目原文

按照Flynn提出的计算机系统分类方法，多处理机属于（）。
A. SISD
B. SIMD
C. MISD
D. MIMD

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题考察Flynn分类法。
Flynn分类法定义：
- SISD (Single Instruction, Single Data): 单指令流，单数据流。传统的单处理器计算机。
- SIMD (Single Instruction, Multiple Data): 单指令流，多数据流。一个控制器，多个处理单元，所有处理单元执行相同的指令，但处理不同的数据。如：阵列处理器、向量处理器。
- MISD (Multiple Instruction, Single Data): 多指令流，单数据流。多个处理器对同一个数据流执行不同的指令。现实中很少见。
- MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data): 多指令流，多数据流。多个处理器，每个处理器都可以执行不同的指令流来处理不同的数据流。
正确选项分析 (D. MIMD)：
- 多处理机（Multiprocessor） 的定义就是包含多个独立的处理器（CPU或核心），每个处理器都有自己的控制器和运算器，可以独立地执行程序（指令流）。因此，它完全符合MIMD的定义。
错误选项分析：
- A, B, C: 均不符合多处理机的定义。

02. 从体系结构的角度来看，阵列处理机属于（ B ）结构。

题目原文
02. 从体系结构的角度来看，阵列处理机属于（）结构。
A. SISD
B. SIMD
C. MIMD
D. MISD

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题考察具体计算机类型在Flynn分类法中的归属。
正确选项分析 (B. SIMD)：
- 阵列处理机（Array Processor） 由一个主控制器和大量排列成阵列的处理单元（Processing Element, PE）组成。
- 工作时，主控制器向所有PE广播同一条指令，而每个PE在自己的本地存储器中取出不同的数据进行操作。这正是“单指令流，多数据流”（SIMD）的典型特征，非常适合进行大规模的并行向量或矩阵运算。
错误选项分析：
- A, C, D: 均不符合阵列处理机的工作模式。

03. 以下机器中，不属于SIMD结构的是（ D ）。

题目原文
03. 以下机器中，不属于SIMD结构的是（）。
A. 并行处理机
B. 阵列处理机
C. 向量处理机
D. 标量流水线处理机

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题要求从几个选项中辨别出不属于SIMD类型的计算机。
正确选项分析 (D. 标量流水线处理机)：
- 标量流水线处理机 是我们通常所说的单CPU流水线处理器。它在同一时刻虽然有多条指令在流水线中重叠执行，但它仍然是处理一个单一的指令流和一个单一的数据流（每次处理一个标量数据）。因此，它属于 SISD (Single Instruction, Single Data) 结构。
错误选项分析：
- A. 并行处理机： 这是一个宽泛的概念，但通常在Flynn分类的语境下，特指SIMD或MIMD类型的机器。SIMD是并行处理机的一种。
- B. 阵列处理机： 典型的SIMD结构。
- C. 向量处理机： 也是典型的SIMD结构，它拥有专门的向量指令和向量寄存器，一条向量指令可以对整个向量（一组数据）进行操作。

04. 具有一个控制部件和多个处理单元的计算机系统属于（ B ）结构。

题目原文
04. 具有一个控制部件和多个处理单元的计算机系统属于（）结构。
A. SISD
B. SIMD
C. MISD
D. MIMD

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题通过结构描述来判断Flynn分类。
正确选项分析 (B. SIMD)：
- “一个控制部件”：意味着整个系统在同一时刻只能发出一种指令，即单指令流（Single Instruction）。
- “多个处理单元”：意味着这条指令可以被广播到多个处理单元上，对多个不同的数据进行并行处理，即多数据流（Multiple Data）。
- “单指令流” + “多数据流” = SIMD。
错误选项分析：
- A (SISD): 一个控制部件，一个处理单元。
- C (MISD): 多个控制部件，一个处理单元（处理同一数据）。
- D (MIMD): 多个控制部件，多个处理单元。

05. 下列关于超线程（HT）技术的描述中，正确的是（ C ）。

题目原文
05. 下列关于超线程（HT）技术的描述中，正确的是（）。
A. 超线程技术可以令四核的Intel Core i7处理器变成八核
B. 超线程是一项硬件技术，能使系统性能大幅提升，与操作系统和应用软件无关
C. 含有超线程技术的CPU需要芯片组的支持才能发挥技术优势
D. 超线程模拟出的每个CPU核都具有独立的资源，各自工作互不干扰

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察对超线程（Hyper-Threading）技术的深入理解。
正确选项分析 (C. 含有超线程技术的CPU需要芯片组的支持才能发挥技术优势)：
- 超线程技术以及现代CPU的许多高级特性（如电源管理、多核支持等）都需要主板上的芯片组（Chipset） 提供相应的支持才能正常工作和发挥最佳性能。芯片组负责CPU与内存、PCIe设备、外设等之间的通信协调，如果芯片组不支持，CPU的某些功能可能无法被启用或正确管理。
错误选项分析：
- A. …变成八核： 错误。超线程技术是在一个物理核心上模拟出两个逻辑核心。它并没有增加物理核心，只是让一个物理核心能更有效地被利用。所以四核i7处理器是“四物理核、八逻辑核（线程）”，而不是八核。
- B. …与操作系统和应用软件无关： 错误。超线程技术需要操作系统能够识别和调度逻辑核心（而不是只看到物理核心），也需要应用软件本身是多线程的，才能从这项技术中获益。
- D. …具有独立的资源，互不干扰： 错误。超线程模拟出的两个逻辑核心共享同一个物理核心的大部分执行资源，如ALU、FPU、Cache等。它们只拥有独立的架构状态（如寄存器堆、PC）。正因为共享资源，当两个线程同时需要同一个执行单元时，就会发生资源争抢，一个线程必须等待。

06. 双核CPU和超线程CPU的共同点是（ B ）。

题目原文
06. 双核CPU和超线程CPU的共同点是（）。
A. 都有两个内核
B. 都能同时执行两个运算
C. 都包含两个CPU
D. 都不会出现争抢资源的现象

正确答案：B

题目解析

考点分析： 本题对比双核和超线程技术。
正确选项分析 (B. 都能同时执行两个运算)：
- 这是两者的共同目标和表现。从操作系统的角度看，无论是双核还是单核超线程，都表现为有两个逻辑处理器，可以并行地调度和执行两个线程（运算）。
- 双核：通过两个独立的物理核心实现真正的并行。
- 超线程：通过在一个物理核心内快速切换和共享资源，在指令级和线程级上实现并行，宏观上看起来像是在同时执行。
错误选项分析：
- A. 都有两个内核： 错误。双核有两个物理内核，超线程CPU只有一个物理内核。
- C. 都包含两个CPU： 错误。“双核CPU”是指一个CPU芯片上集成了两个核心。它们都不是指物理上有两个独立的CPU插座。
- D. 都不会出现争抢资源的现象： 错误。双核CPU的两个核心可能会争抢共享的L3 Cache和内存总线。超线程CPU的两个逻辑核心会争抢物理核心内部几乎所有的执行资源。

07. 下列关于双核技术的叙述中，正确的是（ C ）。

题目原文
07. 下列关于双核技术的叙述中，正确的是（）。
A. 双核是指主板上有两个CPU
B. 双核是利用超线程技术实现的
C. 双核是指在CPU上集成两个运算核心
D. 双核CPU是时间并行的并行计算

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察对“双核”概念的准确定义。
正确选项分析 (C. 双核是指在CPU上集成两个运算核心)：
- 这是对双核技术最准确的描述。双核（Dual-Core）处理器是在一块CPU芯片（一个物理封装）内，集成了两个完整且独立的处理器核心（Core）。每个核心都有自己的ALU、控制器、L1/L2 Cache等。
错误选项分析：
- A. …主板上有两个CPU： 这被称为双路（Dual-Socket） 或多路系统，是不同的概念。
- B. …利用超线程技术实现的： 错误。超线程是模拟，双核是物理实现，两者是不同的技术。
- D. …时间并行的并行计算： 错误。双核拥有两个物理核心，可以真正地在同一时刻执行两个不同的指令，这是空间并行。时间并行是流水线技术的特点。

08. 下列有关多核CPU和单核CPU的描述中，错误的是（ D ）。

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题考察多核CPU的性能特点和优势。
错误选项分析 (D. 所有程序在多核CPU上运行速度都快)：
- 这个说法是错误的。多核CPU的优势在于能够并行处理多个任务或一个任务的多个线程。对于单线程的程序，它在任何时刻只能利用到一个核心，因此其运行速度主要取决于单个核心的性能（主频、架构效率），并不能从多核中获得直接的加速。
正确选项分析：
- A. 双核的频率为2.4GHz…： 正确。多核CPU的主频通常指每个核心的工作频率。
- B. …采用双核CPU可以降低…功耗和体积： 正确。相对于通过大幅提高单核主频来提升性能，使用多个频率较低的核心可以在提供同等（甚至更高）总性能的同时，有效控制功耗和发热，也比在主板上放两个独立CPU更节省空间。
- C. 多核CPU共用一组内存，数据共享： 正确。SMP（对称多处理器）架构是多核CPU的主流，所有核心共享同一个物理内存地址空间。

09. 下列关于多核CPU的描述中，正确的是（ C ）。

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察多核CPU的架构和使用条件。
正确选项分析 (C. 一颗CPU中集成了多个完整的执行内核，可同时进行多个运算)：
- 这再次强调了多核的定义：在一个物理CPU封装内，有多个独立的、完整的执行核心，能够实现真正的并行计算。
错误选项分析：
- A. 各核心完全对称，拥有各自的Cache： 不完全准确。各核心通常拥有各自独立的L1和L2 Cache，但它们通常会共享一个更大容量的L3 Cache。所以并非所有Cache都是各自的。
- B. 任何程序都可以同时在多个核心上运行： 错误。如第8题所述，只有经过多线程/多进程设计的程序才能利用多核并行处理。
- D. 只有使用了多核CPU的计算机，才支持多任务操作系统： 错误。多任务操作系统在单核CPU上早已实现，通过时间片轮转等调度算法，在多个任务间快速切换，宏观上造成并发执行的假象。多核只是让这种并发变成了真正的并行。

10. 下列关于多处理器的说法中，正确的是（ D ）。

I. 通常采用偶数路CPU，如2路、4路、6路等
II. NUMA构架比UMA构架的运算扩展性要强
III. UMA构架需要解决的重要问题是Cache一致性

正确答案：D

题目解析

考点分析： 本题考察多处理器系统的架构（UMA/NUMA）和特点。
逐项分析：
- I. 通常采用偶数路CPU…： 正确。在服务器领域，多路系统（多个CPU插座）的设计通常是2的幂次方，如2路、4路、8路，这是因为硬件设计（如互联总线）的对称性和扩展性要求。6路虽然是偶数，但相对少见。但“通常采用偶数路”这个说法是成立的。
- II. NUMA构架…扩展性要强： 正确。
  - UMA (Uniform Memory Access): 所有CPU通过一个共享总线访问同一个中央内存，访问任何内存位置的延迟都相同。当CPU数量增多时，共享总线会成为瓶颈，扩展性差。
  - NUMA (Non-Uniform Memory Access): 每个CPU有自己的本地内存，CPU访问本地内存速度快，访问其他CPU的远程内存速度慢。这种分布式内存设计避免了单一总线瓶颈，因此扩展性远强于UMA，可以支持更多数量的CPU。
- III. UMA构架…Cache一致性： 正确。在UMA（以及NUMA）中，由于多个CPU核心都拥有自己的私有Cache，而它们又共享主存，就可能出现同一个内存块的副本在不同Cache中内容不一致的问题。Cache一致性（Cache Coherence） 协议（如MESI协议）就是用来解决这个问题的，是所有共享内存多处理器系统必须解决的核心问题。
组合判断： I、II、III 全部正确。

11. 下列关于多核处理器的说法中，不正确的是（ C ）。

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题考察多核处理器与多处理器系统的概念区分。
错误选项分析 (C. 多核处理器实际上就是在一个CPU上集成了多个控制核心)：
- 这个描述是不准确/错误的。多核处理器是在一个CPU上集成了多个完整的执行核心（或处理核心）。一个“核心”不仅包含“控制核心（控制器）”，还必须包含运算核心（运算器）、寄存器堆等。只说“控制核心”是片面的。
正确选项分析：
- A. 多核处理器并不能使单线程程序的执行速度加快： 正确。单线程程序只能利用一个核心。
- B. 多核处理器在Flynn分类法中属于MIMD系统： 正确。每个核心都是一个独立的处理器，可以执行不同的指令流。
- D. 多核处理器通常比单核处理器的能耗更高： 正确。虽然多核的能效比（性能/功耗）可能更高，但其绝对功耗通常是高于同代技术下的单核处理器的。

12. 【2022统考真题】下列关于并行处理技术的叙述中，不正确的是（ C ）。

正确答案：C

题目解析

考点分析： 本题综合考察多种并行处理技术的概念。
错误选项分析 (C. 硬件多线程技术只可用于多核处理器)：
- 这个说法是错误的。硬件多线程技术（如超线程）的目的是提高单个物理核心的利用率。它完全可以（而且最初就是）应用在单核处理器上，让一个单核处理器能同时处理两个线程。当然，它也可以应用在多核处理器的每个核心上，例如一个四核八线程的CPU，就是每个物理核心都支持硬件多线程。
正确选项分析：
- A. 多核处理器属于MIMD结构： 正确。
- B. 向量处理器属于SIMD结构： 正确。
- D. SMP中所有处理器共享单一物理地址空间： 正确。SMP（Symmetric Multiprocessing，对称多处理）是当前多核和多路系统的主流架构，其核心特征就是所有处理器共享同一个主存和地址空间。