计算机系统导论期末试题含答案 - 浮点数标准与程序优化

"该资源是一份来自北京大学信息科学技术学院的计算机系统导论期末考试试卷，包含选择题和答案，涉及浮点数表示、程序优化、数据对齐、编译器安全优化策略以及高速缓存的工作原理等多个知识点。" 在计算机系统中，浮点数的标准，如IEEE浮点数标准，具有重要的作用。选项D指出"0111000"可能是7位浮点数的NaN（Not-a-Number）表示，这揭示了浮点数编码中可能存在的特殊值。浮点数的表示通常包括指数部分和尾数部分，不同的位数分配会影响其表示范围和精度，但不改变可表示数的总数，这是选项A所描述的内容。选项B和C则涉及到浮点数的大小比较，位数更多的一般表示范围更广。 程序优化方面，题目提到了几种常见的技术。循环展开可以减少循环次数，从而加快执行速度；但将函数调用移到循环内可能增加代码的执行时间，因为每次循环迭代都会进行函数调用，这不是一种优化策略，所以答案是B。消除不必要的存储器引用可以降低访存开销，提高效率；而分离多个累计变量可以提高并行性，适合于多核处理器环境下的并行计算。 数据对齐是另一个关键概念，特别是在多平台编程中。例如，结构体`struct P`的大小可能是16个字节，而不同数组或指针的组合可能导致不同的对齐要求，如题目中所示的选项B与其他选项的大小差异。结构体的成员会按照特定的对齐规则进行排列，这会影响到整体结构的大小。 编译器的安全优化策略中，循环展开、消除存储器引用和分离累计变量都是常见的优化手段，而将函数调用移到循环内通常不会提升性能，反而可能因为增加了调用开销而降低效率。 高速缓存是现代计算机系统中提高性能的关键组件，它通过存储最近使用的数据来减少主内存的访问延迟。高速缓存的工作基于局部性原理，即程序执行时，短时间内访问的数据往往具有空间和时间上的局部性。因此，高速缓存内容通常由最近访问的信息块决定，并且高速缓存的利用可以显著改善系统的总体性能。 这份期末试卷覆盖了计算机系统基础的多个核心知识点，包括浮点数表示、程序优化技巧、数据对齐策略以及高速缓存的工作机制，这些都是理解和设计高效计算机程序的基础。