"并行硬件和架構"的題庫。

一、客觀題

1、下列哪項是并行計算中使用的硬件設備？

A. 多核CPU

B. GPU

C. FPGA

D. 所有上述選項

答案：D

2、在多核處理器中，"core"是指：

A. 內存單元

B. 處理器單元

C. 存儲單元

D. 輸入/輸出單元

答案：B

3、對稱多處理器（SMP）系統(tǒng)的特點是什么？

A. 所有的處理器共享物理內存

B. 每個處理器都有自己的物理內存

C. 處理器之間沒有物理內存共享

D. 處理器之間可以共享網(wǎng)絡資源

答案：A

4、NUMA系統(tǒng)是什么的縮寫？

A. Non-Uniform Memory Access

B. Non-Uniform Machine Architecture

C. Network Universal Memory Access

D. Network Universal Machine Architecture

答案：A

5、NUMA系統(tǒng)是什么的縮寫？ A. 非一致性內存訪問 B. 非統(tǒng)一機器體系結構 C. 網(wǎng)絡通用內存訪問 D. 網(wǎng)絡通用機器體系結構 答案：A

下列哪一項是NUMA系統(tǒng)的特點？

A. 所有處理器共享內存

B. 每個處理器有自己的內存，并可以訪問其他處理器的內存

C. 處理器之間不能共享內存

D. 所有處理器只能訪問自己的內存

答案：B

6、下列哪一項是并行硬件架構的關鍵考慮因素？

A. 處理器數(shù)量

B. 處理器之間的通信機制

C. 內存架構

D. 所有上述選項

答案：D

7、在多核處理器中，哪種類型的緩存是多個核心共享的？

A. L1緩存

B. L2緩存

C. L3緩存

D. 都不對

答案：C

8、并行計算中的"false sharing"問題是指：

A. 多個處理器嘗試訪問同一內存位置

B. 多個處理器嘗試訪問不同的內存位置，但這些位置位于同一緩存行

C. 多個處理器無法訪問相同的內存位置

D. 多個處理器訪問內存的速度不同

答案：B

9、下面哪種硬件技術能夠加速處理器之間的通信？

A. 超線程

B. 超標量

C. 超導

D. 高速互聯(lián)（如InfiniBand）

答案：D

10、MPI通常用于哪種硬件架構？

A. 共享內存系統(tǒng)

B. 分布式內存系統(tǒng)

C. SIMD系統(tǒng)

D. 系統(tǒng)總線

答案：B

11、硬件并行性的層次包括：

A. 指令級并行

B. 數(shù)據(jù)級并行

C. 線程級并行

D. 所有上述選項

答案：D

12、對于GPU編程，下列哪個是常見的編程模型？

A. OpenMP

B. MPI

C. CUDA

D. Pthreads

答案：C

13、下面哪種存儲器類型是最快的？

A. 主內存

B. 硬盤驅動器

C. CPU緩存

D. SSD驅動器

答案：C

14、以下哪種類型的并行硬件最適合執(zhí)行大量簡單的并行操作？

A. 多核CPU

B. FPGA

C. GPU

D. 網(wǎng)絡處理器

答案：C

15、超線程技術是指：

A. 在一個CPU內核上同時運行多個線程

B. 在一個CPU內核上同時運行多個進程

C. 在多個CPU內核上同時運行一個線程

D. 在多個CPU內核上同時運行一個進程

答案：A

16、集群計算通常指的是：

A. 使用一組聯(lián)網(wǎng)的工作站或服務器共同解決問題

B. 在一個CPU內核上同時運行多個線程

C. 在一臺計算機上同時運行多個程序

D. 使用一臺超級計算機解決問題

答案：A

17、以下哪種內存類型通常具有最大容量？

A. 寄存器

B. CPU緩存

C. 主內存

D. 磁盤

答案：D

18、在處理器中，下列哪個部分負責執(zhí)行指令？

A. 控制單元

B. 算術邏輯單元（ALU）

C. 寄存器

D. 緩存

答案：B

19、SIMD是哪個術語的縮寫？

A. Single Instruction, Multiple Data

B. Single Instruction, Multiple Devices

C. Simple Instruction, Multiple Data

D. Simple Instruction, Multiple Devices

答案：A

SIMD是哪個術語的縮寫？ A. 單指令，多數(shù)據(jù) B. 單指令，多設備 C. 簡單指令，多數(shù)據(jù) D. 簡單指令，多設備 答案：A

20、在并行計算中，哪種硬件支持位級并行？

A. CPU

B. GPU

C. FPGA

D. 所有上述選項

答案：C

二、主觀題

1、描述一下NUMA和SMP的區(qū)別，并說明它們在并行計算中的應用場景。

答案：NUMA和SMP都是多處理器的系統(tǒng)設計，但它們在內存管理上有著本質的區(qū)別。在SMP系統(tǒng)中，所有處理器共享同一個物理內存，任何處理器都可以訪問任何內存地址，且訪問速度相同。而在NUMA系統(tǒng)中，每個處理器有自己的內存，并且訪問自己的內存快于訪問其他處理器的內存。SMP系統(tǒng)在處理器數(shù)量較少，對內存訪問要求較高的場景下表現(xiàn)優(yōu)秀。而NUMA系統(tǒng)則更適用于處理器數(shù)量較多，對內存訪問要求不那么高的場景。

2、簡述CPU、GPU、FPGA這三種硬件在并行計算中的優(yōu)勢和局限。

答案：

? ? ? 多核CPU可以同時執(zhí)行多個任務，有很好的通用計算能力和較高的時鐘頻率，適合執(zhí)行復雜的計算任務和并行任務數(shù)相對較少的并行計算。然而，其核心數(shù)量有限，對于大量簡單任務的并行計算效率相對較低。

? ?GPU擁有大量的處理核心，適合執(zhí)行大量簡單的并行操作，例如在圖形渲染和科學計算中的矩陣運算等。然而，其核心之間的通信和同步相對較弱，不適合執(zhí)行需要頻繁通信和同步的并行任務。

? ?FPGA是一種可以被用戶按需配置的硬件，具有靈活性和可定制性的優(yōu)點。其可以實現(xiàn)高度并行和位級并行，且能夠實現(xiàn)硬件級的優(yōu)化，因此在一些特定的、需要硬件加速的并行計算任務中表現(xiàn)優(yōu)秀。然而，F(xiàn)PGA的編程和優(yōu)化相對復雜，需要專門的硬件設計知識。

3、闡述一下并行硬件架構的主要設計挑戰(zhàn)是什么？

答案：并行硬件架構的設計面臨多個挑戰(zhàn)。首先，需要解決處理器間的通信問題，包括通信的效率和帶寬，以及通信對于性能的影響。其次，內存管理也是一個關鍵問題，需要解決內存的訪問速度，數(shù)據(jù)的一致性和內存分配策略等問題。另外，如何有效地利用硬件資源，如處理器、內存和網(wǎng)絡等，以達到高效并行也是一個重要的挑戰(zhàn)。

4、什么是“False Sharing”，并解釋它在多核CPU架構中如何影響性能。

答案：“False Sharing”是指在多核CPU中，由于緩存系統(tǒng)的存在，當不同的核心同時訪問同一緩存行中的不同變量時，會導致不必要的緩存同步，進而降低程序的并行性能。即使各個核心訪問的數(shù)據(jù)是不同的，但只要它們在同一緩存行，修改數(shù)據(jù)時就會導致緩存行在各個核心之間來回傳遞，這就是“False Sharing”。這種現(xiàn)象會降低緩存的效率，并可能導致程序的性能下降。

5、簡述一下在設計并行硬件架構時，你如何權衡處理器數(shù)量和通信帶寬？

答案：設計并行硬件架構時，需要綜合考慮處理器數(shù)量和通信帶寬。增加處理器數(shù)量可以提高并行性能，但同時也會增加通信的復雜性和通信帶寬的需求。如果通信帶寬不足，可能會成為性能瓶頸，使得增加的處理器無法得到充分利用。因此，設計時需要根據(jù)具體的計算任務和通信需求來決定處理器的數(shù)量和通信帶寬。一般來說，如果計算任務需要大量的數(shù)據(jù)交換和同步，可能需要更高的通信帶寬和較少的處理器；如果計算任務可以高度并行且對數(shù)據(jù)一致性的要求較低，可能可以使用更多的處理器和較低的通信帶寬。

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