单选题
某高可靠性计算机系统由下图所示的冗余部件构成。若每个部件的千小时可靠度R均为0.9，则该计算机系统的千小时可靠度为______，该计算机系统的失效率λ可使用______来计算。注：t表示时间
单选题
【正确答案】
C
【答案解析】
单选题
【正确答案】
B
【答案解析】[解析] 本题的系统为一个串并联综合系统，可以先计算出中间2个并联系统的可靠度。根据并联公式，可得到3个部件并联的可靠度为1-(1-R)3=1-(1-0.9)3=0.999；2个部件并联的可靠度为1-(1-R)2=1-(1-0.9)2=0.99。
然后，再根据串联公式，可得到整个系统的可靠度为0.9×0.999×0.99×0.9=0.8010981。
失效率与可靠度的关系为R=e-λt，解这个不等式，可得λ=-lnR/t。
然后，再根据串联公式，可得到整个系统的可靠度为0.9×0.999×0.99×0.9=0.8010981。
失效率与可靠度的关系为R=e-λt，解这个不等式，可得λ=-lnR/t。
单选题
常用的软件冗余方法有多种，在关于软件冗余的描述中，正确的是______。
【正确答案】
B
【答案解析】[解析] 软件容错的主要目的是提供足够的冗余信息和算法程序，使系统在实际运行时能够及时发现程序设计错误，采取补救措施，以提高软件可靠性，保证整个计算机系统的正常运行。
软件容错技术主要有恢复块方法、N版本程序设计和防卫式程序设计等。故障的恢复策略一般有两种：前向恢复和后向恢复。所谓前向恢复是指使当前的计算继续下去，把系统恢复成连贯的正确状态，弥补当前状态的不连贯情况，这需要有错误的详细说明。所谓后向恢复是指系统恢复到前一个正确状态，继续执行。这种方法显然不适合实时处理场合。
恢复块方法采用后向恢复策略，如图1所示。它提供具有相同功能的主块和几个后备块，一个块就是一个执行完整的程序段，主块首先投入运行，结束后进行验收测试，如果没有通过验收测试，系统经现场恢复后由一个后备块运行。这一过程可以重复到耗尽所有的后备块，或者某个程序故障行为超出了预料，从而导致不可恢复的后果。设计时应保证实现主块和后备块之间的独立性，避免相关错误的产生，使主块和后备块之间的共性错误降到最低限度。验收测试程序完成故障检测功能，它本身的故障对恢复块方法而言是共性，因此，必须保证它的正确性。
N版本程序设计如图2所示，它是一种静态的故障屏蔽技术，采用前向恢复的策略，其设计思想是用N个具有相同功能的程序同时执行一项计算，结果通过多数表决来选择。其中N份程序必须由不同的人独立设计，使用不同的方法、不同的设计语言、不同的开发环境和工具来实现。目的是减少N版本软件在表决点上相关错误的概率。另外，由于各种不同版本并行执行，有时甚至在不同的计算机中执行，必须解决彼此之间的同步问题。
防卫式程序设计是一种不采用任何一种传统的容错技术就能实现软件容错的方法。对于程序中存在的错误和不一致性，其基本思想是通过在程序中包含错误检查代码和错误恢复代码，使得一旦错误发生，程序能撤销错误状态，恢复到一个已知的正确状态中去。其实现策略包括错误检测、破坏估计和错误恢复3个方面。
除上述3种方法外，提高软件容错能力亦可以从计算机平台环境、软件工程和构造异常处理模块等不同方面达到。此外，利用高级程序设计语言本身的容错能力，采取相应的策略，也是可行的办法。如C++语言中的try_except处理法，try_finally中止法等。
试题中提到的一致性检查和能力检查也是软件冗余的方法，其中，一致性检查是先预测程序的运行结果，然后将程序运行中和运行后的结果与预测值进行比较，根据比较结果判断软硬件的故障。能力检查是用诊断程序检查系统各个部件的功能是否符合设计的要求，例如，用诊断程序读/写存储器的各个存储单元以检查其读/写和存储功能是否正常，又如，用一组数据检查运算逻辑部件的功能是否正常。
软件容错技术主要有恢复块方法、N版本程序设计和防卫式程序设计等。故障的恢复策略一般有两种：前向恢复和后向恢复。所谓前向恢复是指使当前的计算继续下去，把系统恢复成连贯的正确状态，弥补当前状态的不连贯情况，这需要有错误的详细说明。所谓后向恢复是指系统恢复到前一个正确状态，继续执行。这种方法显然不适合实时处理场合。
恢复块方法采用后向恢复策略，如图1所示。它提供具有相同功能的主块和几个后备块，一个块就是一个执行完整的程序段，主块首先投入运行，结束后进行验收测试，如果没有通过验收测试，系统经现场恢复后由一个后备块运行。这一过程可以重复到耗尽所有的后备块，或者某个程序故障行为超出了预料，从而导致不可恢复的后果。设计时应保证实现主块和后备块之间的独立性，避免相关错误的产生，使主块和后备块之间的共性错误降到最低限度。验收测试程序完成故障检测功能，它本身的故障对恢复块方法而言是共性，因此，必须保证它的正确性。
[*]
图1 恢复块方法
N版本程序设计如图2所示，它是一种静态的故障屏蔽技术，采用前向恢复的策略，其设计思想是用N个具有相同功能的程序同时执行一项计算，结果通过多数表决来选择。其中N份程序必须由不同的人独立设计，使用不同的方法、不同的设计语言、不同的开发环境和工具来实现。目的是减少N版本软件在表决点上相关错误的概率。另外，由于各种不同版本并行执行，有时甚至在不同的计算机中执行，必须解决彼此之间的同步问题。
[*]
图2 N版本程序设计
防卫式程序设计是一种不采用任何一种传统的容错技术就能实现软件容错的方法。对于程序中存在的错误和不一致性，其基本思想是通过在程序中包含错误检查代码和错误恢复代码，使得一旦错误发生，程序能撤销错误状态，恢复到一个已知的正确状态中去。其实现策略包括错误检测、破坏估计和错误恢复3个方面。
除上述3种方法外，提高软件容错能力亦可以从计算机平台环境、软件工程和构造异常处理模块等不同方面达到。此外，利用高级程序设计语言本身的容错能力，采取相应的策略，也是可行的办法。如C++语言中的try_except处理法，try_finally中止法等。
试题中提到的一致性检查和能力检查也是软件冗余的方法，其中，一致性检查是先预测程序的运行结果，然后将程序运行中和运行后的结果与预测值进行比较，根据比较结果判断软硬件的故障。能力检查是用诊断程序检查系统各个部件的功能是否符合设计的要求，例如，用诊断程序读/写存储器的各个存储单元以检查其读/写和存储功能是否正常，又如，用一组数据检查运算逻辑部件的功能是否正常。
单选题
1台服务器、3台客户机和2台打印机构成了一个局域网(如图1所示)。在该系统中，服务器根据某台客户机的请求，在一台打印机上输出数据。设服务器、各客户机及各打印机的可用性分别为a、b、c，则该系统的可用性为______。
【正确答案】
D
【答案解析】[解析] 在试题给出的系统中，客户机之间是并联的(任何一台客户机出现故障，对其他客户机没有影响)，同理，打印机之间也是并联关系。然后，客户机、服务器、打印机之间组成一个串联关系。因此，可以把该系统简化为图2的形式。
已知服务器、各客户机及各打印机的可用性分别为a、b、c，因此，整个系统的可用性为：
R=(1-(1-b)3)×a×(1-(1-c)2)=a(1-(1-b)3)(1-(1-c)2)
[*]
图2 简化后的系统
已知服务器、各客户机及各打印机的可用性分别为a、b、c，因此，整个系统的可用性为：
R=(1-(1-b)3)×a×(1-(1-c)2)=a(1-(1-b)3)(1-(1-c)2)
单选题
容错计算机中采用冗余技术来提高系统的可靠性和可用性。这些冗余技术不包括______。
【正确答案】
D
【答案解析】[解析] 实现容错技术的主要手段是冗余。冗余是指实现系统规定功能时多余的那部分资源，包括硬件(结构)、软件(冗余附加)、信息和时间。
(1)结构冗余。结构冗余是通常用的冗余技术，按其工作方式，可分为静态冗余、动态冗余和混合冗余3种。
● 静态冗余。常用的有三模冗余和多模冗余。静态冗余通过表决和比较来屏蔽系统中出现的错误。例如，三模冗余是对三个功能相同但由不同的人采用不同的方法开发出的模块的运行结果进行表决，以多数结果作为系统的最终结果。即如果模块中有一个出错，这个错误能够被其他模块的正确结果“屏蔽”。由于无须对错误进行特别的测试，也不必进行模块的切换就能实现容错，故称为静态冗余。
● 动态冗余。动态冗余的主要方式是多重模块待机储备，当系统检测到某工作模块出现错误时，就用一个备用的模块来顶替它并重新运行。这里须有检测、切换和恢复过程，故称其为动态冗余。每当一个出错模块被其备用模块顶替后，冗余系统相当于进行了一次重构。各备用模块在其待机时，可与主模块一样工作，也可不工作。前者叫做热备份系统，后者叫做冷备份系统。在热备份系统中备用模块在待机过程中的失效率为0。
● 混合冗余。它兼有静态冗余和动态冗余的长处。
(2)信息冗余。为检查或纠正信息在运算或传输中的错误，须外加一部分信息，这种现象称为信息冗余。
(3)时间冗余。指以重复执行指令(指令复执)或程序(程序复算)来消除瞬时错误带来的影响。
(4)冗余附加技术。指为实现上述冗余技术所需的资源和技术，包括程序、指令、数据、存放和调动它们的空间和通道等。
单选题
下面关于计算机性能的各种评估方法的论述中，正确的是______。
【正确答案】
D
【答案解析】[解析] 计算机性能评估的常用方法有时钟频率法、指令执行速度法、等效指令速度法、数据处理速率法、综合理论性能法和基准程序法六种。
(1)时钟频率法。计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度，一般来讲，主频越高，速度越快。但是相同频率、不同体系结构的机器，其速度可能会相差很多。
(2)指令执行速度法。在计算机发展的初期，曾用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度，速度是计算机的主要性能指标之一。因为加法指令的运算速度大体上可反映出乘法、除法等其他算术运算的速度，而且逻辑运算、转移指令等简单指令的执行时间往往设计成与加法指令相同，因此加法指令的运算速度有一定代表性。
表示机器运算速度的单位是KIPS(每秒千条指令)，后来随着机器运算速度的提高，计量单位由KIPS发展到MIPS(每秒百万条指令)。常用的有峰值MIPS、基准程序MIPS和以特定系统为基准的MIPS。MFLOPS表示每秒百万次浮点运算速度，用于衡量计算机的科学计算速度，常用的有峰值MFLOPS和以基准程序测得的MFLOPS。
MFLOPS可用于比较和评价在同一系统上求解同一问题的不同算法的性能，还可用于在同一源程序、同一编译器，以及相同的优化措施、同样运行环境下以不同系统测试浮点运算速度。由于实际程序中各种操作所占比例不同，因此测得的MFLOPS也不相同。MFLOPS值没有考虑运算部件与存储器、I/O系统等速度之间相互仂、调等因素，所以只能说明在特定条件下的浮点运算速度。
(3)等效指令速度法。也叫做吉普森混合法或混合比例计算法。等效指令速度法是通过各类指令在程序中所占的比例(W)来进行计算的。若各类指令的执行时间为ti，则等效指令的执行时间[*]，式中n为指令类型数。采用等效指令速度法对某些程序来说可能严重偏离实际，尤其是对复杂的指令集，其中某些指令的执行时间是不固定的，数据的长度、cache的命中率、流水线的效率等都会影响计算机的运算速度，因此后来又发展出了其他评价方法。
(4)数据处理速率法(PDR)。因为在不同程序中，各类指令的使用频率是不同的，所以固定比例方法存在着很大的局限性；而且数据长度与指令功能的强弱对解题的速度影响极大。同时这种方法也不能反映现代计算机中高速缓冲存储器、流水线、交叉存储等结构的影响。具有这种结构的计算机的性能不仅与指令的执行频率有关，而且也与指令的执行顺序和地址的分布有关。
PDR法采用计算PDR值的方法来衡量机器性能，PDR值越大，机器性能越好。PDR值与每条指令和每个操作数的平均位数，以及每条指令的平均运算速度有关。PDR值主要对CPU和主存储器的速度进行度量，不适合衡量机器的整体速度，因为它没有涉及cache、多功能部件等技术对性能的影响。PDR值主要是对CPU和主存数据处理速度进行计算而得出的，它允许并行处理和指令预取的功能，这时，所取的是指令执行的平均时间。带有cache的计算机，因为存取速度加快，其PDR值也就相应提高。PDR值不能全面反映计算机的性能，但它曾是美国及巴黎统筹委员会用来限制计算机出口的系统性能指标估算方法。1991年9月停止使用PDR后，取而代之的是CTP(综合理论性能)。
(5)综合理论性能法(CTP)。CTP是美国政府为限制较高性能计算机出口所设置的运算部件综合性能估算方法。CTP以每秒百万次理论运算(MTOPS)表示，从1991年9月1日起启用。CTP的估算方法为首先算出处理部件每一计算单元(如定点加法单元、定点乘法单元、浮点加单元、浮点乘法单元)的有效计算率R，再按不同字长加以调整，得出该计算单元的理论性能(TP)，所有组成该处理部件的计算单元TP的总和即为综合理论性能(CTP)。
(6)基准程序法(Benchmark)。上述性能评价方法主要是针对CPU(有时包括主存)，而没有考虑诸如I/O结构、操作系统、编译程序的效率等系统性能的影响，因此难以准确评价计算机的实际工作能力。基准程序法是目前一致承认的测试性能的较好方法，有多种多样的基准程序，如主要测试整数性能的基准程序、测试浮点性能的基准程序等。
(1)时钟频率法。计算机的时钟频率在一定程度上反映了机器速度，一般来讲，主频越高，速度越快。但是相同频率、不同体系结构的机器，其速度可能会相差很多。
(2)指令执行速度法。在计算机发展的初期，曾用加法指令的运算速度来衡量计算机的速度，速度是计算机的主要性能指标之一。因为加法指令的运算速度大体上可反映出乘法、除法等其他算术运算的速度，而且逻辑运算、转移指令等简单指令的执行时间往往设计成与加法指令相同，因此加法指令的运算速度有一定代表性。
表示机器运算速度的单位是KIPS(每秒千条指令)，后来随着机器运算速度的提高，计量单位由KIPS发展到MIPS(每秒百万条指令)。常用的有峰值MIPS、基准程序MIPS和以特定系统为基准的MIPS。MFLOPS表示每秒百万次浮点运算速度，用于衡量计算机的科学计算速度，常用的有峰值MFLOPS和以基准程序测得的MFLOPS。
MFLOPS可用于比较和评价在同一系统上求解同一问题的不同算法的性能，还可用于在同一源程序、同一编译器，以及相同的优化措施、同样运行环境下以不同系统测试浮点运算速度。由于实际程序中各种操作所占比例不同，因此测得的MFLOPS也不相同。MFLOPS值没有考虑运算部件与存储器、I/O系统等速度之间相互仂、调等因素，所以只能说明在特定条件下的浮点运算速度。
(3)等效指令速度法。也叫做吉普森混合法或混合比例计算法。等效指令速度法是通过各类指令在程序中所占的比例(W)来进行计算的。若各类指令的执行时间为ti，则等效指令的执行时间[*]，式中n为指令类型数。采用等效指令速度法对某些程序来说可能严重偏离实际，尤其是对复杂的指令集，其中某些指令的执行时间是不固定的，数据的长度、cache的命中率、流水线的效率等都会影响计算机的运算速度，因此后来又发展出了其他评价方法。
(4)数据处理速率法(PDR)。因为在不同程序中，各类指令的使用频率是不同的，所以固定比例方法存在着很大的局限性；而且数据长度与指令功能的强弱对解题的速度影响极大。同时这种方法也不能反映现代计算机中高速缓冲存储器、流水线、交叉存储等结构的影响。具有这种结构的计算机的性能不仅与指令的执行频率有关，而且也与指令的执行顺序和地址的分布有关。
PDR法采用计算PDR值的方法来衡量机器性能，PDR值越大，机器性能越好。PDR值与每条指令和每个操作数的平均位数，以及每条指令的平均运算速度有关。PDR值主要对CPU和主存储器的速度进行度量，不适合衡量机器的整体速度，因为它没有涉及cache、多功能部件等技术对性能的影响。PDR值主要是对CPU和主存数据处理速度进行计算而得出的，它允许并行处理和指令预取的功能，这时，所取的是指令执行的平均时间。带有cache的计算机，因为存取速度加快，其PDR值也就相应提高。PDR值不能全面反映计算机的性能，但它曾是美国及巴黎统筹委员会用来限制计算机出口的系统性能指标估算方法。1991年9月停止使用PDR后，取而代之的是CTP(综合理论性能)。
(5)综合理论性能法(CTP)。CTP是美国政府为限制较高性能计算机出口所设置的运算部件综合性能估算方法。CTP以每秒百万次理论运算(MTOPS)表示，从1991年9月1日起启用。CTP的估算方法为首先算出处理部件每一计算单元(如定点加法单元、定点乘法单元、浮点加单元、浮点乘法单元)的有效计算率R，再按不同字长加以调整，得出该计算单元的理论性能(TP)，所有组成该处理部件的计算单元TP的总和即为综合理论性能(CTP)。
(6)基准程序法(Benchmark)。上述性能评价方法主要是针对CPU(有时包括主存)，而没有考虑诸如I/O结构、操作系统、编译程序的效率等系统性能的影响，因此难以准确评价计算机的实际工作能力。基准程序法是目前一致承认的测试性能的较好方法，有多种多样的基准程序，如主要测试整数性能的基准程序、测试浮点性能的基准程序等。
单选题
实现容错计算的主要手段是冗余。______中动态冗余的典型例子是热备系统和冷备系统。
【正确答案】
A
【答案解析】
单选题
设系统的失效率为λ，则系统的平均故障间隔时间MTBF为______。
【正确答案】
A
【答案解析】[解析] 如果系统的失效率为λ，则系统的平均故障间隔时间MTBF=1/λ。
单选题
提高计算机可靠性可以采用冗余技术，下面的例子中属于信息冗余的是______。
【正确答案】
B
【答案解析】[解析] 软件备份属于软件冗余范畴。
信息冗余是在实现正常功能所需要的信息之外再添加一些信息，以保证运行的结果正确。所有的纠错码和检错码都属于信息冗余技术。
程序卷回是从出错的地方重新执行程序，属于时间冗余技术。
指令复执也是时间冗余技术，就是重新执行出错的指令。
单选题
SPEC计算机性能测试有不同的方法，吞吐率测试是指对______的测试。
【正确答案】
B
【答案解析】[解析] SPEC95对计算机性能的测试有两种方法：一种是测试计算机完成单个任务有多快，称为速度测试；一种是测试计算机在一定时间内能完成多少个任务，称为吞吐率测试。
SPEC95的两种测试方法又分为基本的和非基本的两类。基本的是指在编译程序的过程中严格限制所用的优化选项；非基本的是指可以使用不同的编译器和编译选项以得到最好的性能，这将使得测试结果的可比性降低。
单选题
在下列所示系统中每个部件的可靠度都等于R(0＜R＜1)，则通过分析比较就可以判断，系统可靠度最高的是______。
A．
B．
C．
D．
B．
C．
D．
【正确答案】
B
【答案解析】[解析] 如果对上述每个系统直接计算其可靠度，会非常复杂，也很费时间。但目标要求并不是计算，而是判断并选择最高可靠度的系统。对这样的问题，用定性方法处理是非常简单有效的。在实际工作中，高水平的人常能跳出繁杂的数量层，在定性的层次考虑问题，从而很快地获得宏观的结论。本题就是典型的例子。
为方便描述，设RA、RB、RC、RD分别为系统A～D的可靠度。
显然，在任何系统中，如果将其中某个部件增加可靠度，其他部件的可靠度不变，则整个系统的可靠度将有所增加或保持不变；如果将系统中某个部件降低可靠度，其他部件的可靠度不变，则整个系统的可靠度将有所降低或保持不变。
在系统C中，如果将位于中央的那个部件换成一个总是失效的部件，则该系统就成为系统A；如果将该部件换成一个总是可靠的部件，则该系统就成为系统B；因此，RB≥RC≥RA。
在系统B中，如果将左上角的那个部件换成一个总是失效的部件，则该系统就成为系统D。因此，RB≥RD。
综合上述比较分析可知，在题中所述的4个系统中，系统B具有最高的可靠度。
单选题
在计算机的可靠性模型中，N模冗余系统是由N个相同的模块和一个______组成。
【正确答案】
D
【答案解析】[解析] 模冗余系统。m模冗余系统由m个(m=2n+1为奇数)相同的子系统和一个表决器组成，经过表决器表决后，m个子系统中占多数相同结果的输出作为系统的输出，如下图所示。
[*]
模冗余系统