北大计算机系统导论2014真题详解：浮点数与结构体知识点

深入理解计算机系统是一门重要的课程，该题目来源于北京大学2014年的期末考试，主要考察学生对计算机系统基础知识的掌握，包括浮点数标准、处理器指令、数据结构、内存管理和编译器优化等核心知识点。以下是对部分试题的详细解析： 1. 题目涉及IEEE浮点数标准的理解。选项A错误，因为浮点数的精度不仅取决于exponentbits（指数位数）和fractionbits（小数位数），还与它们的分配方式有关，不同的分配可能导致不同精度的表示范围；选项B不全面，浮点数的表示范围不仅取决于总位数，还取决于尾数的精度和符号位；选项C也存在同样的问题，只考虑位数而未涉及精度；选项D正确，因为NAN（Not a Number）可能用特殊的格式编码，例如在7位浮点数中，"0111000"可能表示一个未定义或无穷大的数值。 2. 第二题考察整数运算和溢出处理。题目要求找出使得`int x = a >> 2; int y = (x + a) / 4;`中`x`和`y`相等的整数`a`。当`a`在闭区间`[-8, 8]`时，`a >> 2`的结果最大为15（即0b11111），而`(x + a) / 4`可能溢出导致结果不准确。只有当`a`取值为-8时，两者才会相等，因此共有13个这样的`a`值，答案是B。 3. 第三题考查x86_64汇编指令。根据题目描述，`lea`（Load Effective Address）用于加载地址，`cmov`（Conditional Move）进行条件移动。结合提示，第一个参数放入rdi寄存器，第二个参数放入rsi寄存器，`x+y`操作会先计算结果，然后通过`cmov`根据条件移动到另一个寄存器，因此（1）和（2）的内容是`x+y`，答案是C。 4. 结构体大小的比较涉及到数据对齐规则。选项A、C和D中，由于数组的大小都是`P`结构体的三倍，所以它们的大小都为16 * 3 = 48字节。选项B的不同之处在于数组成员没有按`P`结构体的对齐方式存储，导致其大小为`int`和`char`类型的数组大小之和，即3 * sizeof(int) + 3 * sizeof(char) = 12 * 4 = 32字节，因此答案是B。 5. 编译器优化策略中，B选项将函数调用移到循环内虽然可以减少函数调用的开销，但牺牲了代码的模块性和可读性，不符合一般优化原则。其他选项都是有效的优化策略。 6. 最后一题涉及计算机系统性能优化的基本概念。选项A正确，高速缓存中存储的数据决定了读操作的结果；选项B正确，高速缓存利用了程序的时间局部性，即近期访问的数据更可能再次被访问；C和D是针对降低存储器访问开销和提升并行性的有效优化方法。 总结，这组题目涵盖了计算机系统设计中的关键概念，包括浮点数表示、指令集操作、数据结构分析、编译器优化策略以及硬件级性能理解。通过解答这些问题，学生可以检验自己对计算机底层原理的理解深度。