2025年超星尔雅学习通《多核处理器原理与并行计算应用案例》考试备考题库及答案解析

2025年超星尔雅学习通《多核处理器原理与并行计算应用案例》考试备考题库及答案解析就读院校：________姓名：________考场号：________考生号：________一、选择题1.多核处理器的基本架构通常包含几个核心单元？（）A.1个B.2个C.4个D.8个答案：B解析：多核处理器是指在一个处理器中集成多个处理核心，从而实现并行计算。目前主流的多核处理器通常包含2个或4个核心单元，虽然也有8核或更多核心的处理器，但2核是基本的多核架构形式。2.并行计算的主要优势是什么？（）A.提高单核处理速度B.降低系统功耗C.实现同时处理多个任务D.增加内存容量答案：C解析：并行计算的核心优势在于能够同时处理多个任务或数据的多个部分，从而显著提高计算效率和处理速度。单核处理速度的提升主要依靠提高主频或采用更先进的单核技术。降低系统功耗、增加内存容量与并行计算没有直接关系。3.在多核处理器中，以下哪种技术用于协调不同核心之间的任务分配？（）A.超线程B.负载均衡C.缓存一致性D.芯片组答案：B解析：负载均衡技术用于在多个核心之间合理分配任务，确保每个核心的利用率接近均衡，从而提高整体并行计算的效率。超线程是提高单核利用率的另一种技术。缓存一致性确保多核访问共享数据的正确性。芯片组是连接处理器与其他硬件的桥梁。4.OpenMP主要用于哪种类型的并行编程？（）A.GPU并行编程B.单核优化C.多核CPU并行编程D.嵌入式系统编程答案：C解析：OpenMP（OpenMulti-Processing）是一个基于共享内存的多核CPU并行编程的API和库，它提供了一组简单的指令来支持多线程编程，允许程序在多核CPU上实现并行计算。5.并行计算中常见的同步机制是什么？（）A.中断B.信号量C.DMAD.I/O端口答案：B解析：信号量是一种常用的同步机制，用于控制多个进程或线程对共享资源的访问，防止多个线程同时访问导致的数据不一致问题。中断用于处理异步事件。DMA（DirectMemoryAccess）用于简化硬件与内存之间的数据传输。I/O端口用于CPU与外设之间的通信。6.线程与进程的主要区别是什么？（）A.线程拥有独立的地址空间B.进程拥有独立的地址空间C.线程可以共享进程的资源D.进程不可以进行并发执行答案：B解析：进程是资源分配的基本单位，拥有独立的地址空间；线程是CPU调度的基本单位，同一进程内的多个线程共享进程的地址空间和资源。线程可以共享进程的资源是其重要特性，但不是其与进程的主要区别。7.并行计算中的数据并行与任务并行有什么不同？（）A.数据并行针对单一数据集，任务并行针对多个数据集B.数据并行通过多个核心处理同一数据的不同部分，任务并行通过多个核心执行不同的任务C.数据并行需要复杂的同步，任务并行不需要同步D.数据并行适用于所有类型的问题，任务并行不适用于所有类型的问题答案：B解析：数据并行是指将同一个大规模数据集分割成多个小部分，由多个处理核心同时处理这些部分；任务并行是指将多个独立的任务分配给不同的处理核心同时执行。这是两种主要的并行计算范式。8.多核处理器中的缓存一致性协议主要解决什么问题？（）A.数据传输延迟B.任务调度效率C.多核访问共享数据的冲突D.内存读写速度答案：C解析：缓存一致性协议用于确保在多核处理器中，多个核心缓存的共享数据保持一致，解决因缓存不一致导致的数据访问错误问题。9.OpenMP中用于控制并行区域执行级别的指令是？（）A.#pragmaompparallelforB.#pragmaompbarrierC.#pragmaompcriticalD.#pragmaompschedule答案：D解析：#pragmaompschedule指令用于控制并行循环的执行调度策略，从而影响并行效率。parallelfor用于指定循环并行执行。barrier用于线程同步。critical用于保护代码块不被并发执行。10.并行计算中，以下哪种情况会导致线程竞争？（）A.线程独占使用资源B.线程访问不同资源C.多个线程访问同一共享资源D.线程优先级设置不当答案：C解析：线程竞争发生在多个线程同时尝试访问同一共享资源时，由于缺乏适当的同步机制，可能导致数据不一致或其他并发问题。线程独占使用资源、访问不同资源或优先级设置不当都不会导致线程竞争。11.在多核处理器架构中，以下哪种技术允许多个线程在单个物理核心上并发执行？（）A.芯片级多处理B.超线程C.SIMD指令集D.多路径并行答案：B解析：超线程技术通过在单个物理核心上模拟多个逻辑核心，使得操作系统能够将多个线程分配给同一个物理核心，让它们在时间上交错执行，从而提高核心的利用率和系统整体性能。芯片级多处理涉及多个物理核心。SIMD指令集用于并行处理相同类型的数据。多路径并行通常指数据并行的一种实现方式。12.OpenMP并行区域指令#pragmaompparallel通常需要配合哪个指令来指定循环的并行执行？（）A.#pragmaompbarrierB.#pragmaompforC.#pragmaompcriticalD.#pragmaompschedule答案：B解析：在OpenMP中，要实现循环的并行执行，通常需要在循环前面加上#pragmaompfor指令。这样，OpenMP运行时会将循环体分配给多个线程并行执行。barrier用于线程同步。critical用于保护代码块。schedule用于控制循环迭代调度。13.并行计算中的负载均衡问题主要是指？（）A.核心利用率不均B.内存访问冲突C.数据传输延迟D.编程模型复杂答案：A解析：负载均衡问题是指在并行计算任务中，如何合理地将工作分配给各个处理核心，使得每个核心的负载尽可能均匀，避免某些核心过载而其他核心空闲的情况，从而提高整体计算效率和资源利用率。14.多核处理器中，每个核心通常都包含一定大小的缓存，这种缓存的主要作用是？（）A.替代主存B.提高I/O速度C.减少内存访问延迟D.增加系统功耗答案：C解析：缓存（Cache）是位于CPU和主存之间的高速存储器，用于存储近期频繁访问的数据和指令的副本。其主要作用是减少CPU访问主存的次数和延迟，提高内存访问速度，从而提升系统性能。15.在并行编程中，使用临界区（CriticalSection）的主要目的是？（）A.实现线程间通信B.防止多个线程同时访问共享资源导致数据不一致C.提高线程执行速度D.减少线程切换开销答案：B解析：临界区是指一段需要被单个线程独占执行的代码片段。使用临界区的主要目的是通过某种同步机制（如锁），确保在任意时刻只有一个线程能进入该代码段，从而防止多个线程并发访问共享资源时发生竞态条件，保证数据的一致性。16.任务并行编程模型通常适用于哪种类型的问题？（）A.数据规模巨大但结构简单的问题B.需要大量进行同类型计算操作的问题C.包含大量依赖关系的问题D.可以分解为多个独立子任务的问题答案：D解析：任务并行编程模型的核心思想是将一个大的计算任务分解为多个相互独立或依赖性较小的子任务，然后分配给不同的处理核心（或线程）同时执行。这种方法特别适用于可以自然分解为多个独立子问题的计算密集型应用。17.OpenMP中，如何指定并行循环中迭代调度的策略？（）A.#pragmaompparallelB.#pragmaompforscheduleC.#pragmaompcriticalD.#pragmaompbarrier答案：B解析：在OpenMP中，使用#pragmaompforschedule子句来指定并行循环（由#pragmaompparallelfor修饰）中迭代（循环变量）的调度策略。这可以控制迭代是如何分配给线程的，例如静态分配、动态分配或引导分配。18.并行计算中，数据共享通常会带来什么问题？（）A.提高计算效率B.降低程序复杂度C.数据竞争D.减少内存访问答案：C解析：在并行计算中，当多个线程或核心需要访问和修改同一块共享数据时，如果缺乏适当的同步机制，就可能出现数据竞争问题。数据竞争是指两个或多个线程同时访问同一内存位置，并且至少有一个是写操作，这可能导致程序结果不可预测。19.线程的上下文切换是指？（）A.线程创建的过程B.线程销毁的过程C.操作系统为了调度线程执行而保存当前线程状态、加载另一个线程状态的过程D.线程睡眠的过程答案：C解析：线程上下文切换是指操作系统在多线程环境下，为了切换当前正在执行的任务（线程），而保存当前线程的执行状态（包括程序计数器、寄存器值等），并加载另一个线程的执行状态，使其能够继续执行的过程。这个过程涉及到内核态和用户态的切换，会带来一定的开销。20.在多核处理器系统中，以下哪项不是影响并行计算性能的关键因素？（）A.核心数量B.核心互联带宽C.内存延迟D.编译器优化答案：A解析：虽然核心数量是衡量多核处理器能力的一个指标，但它并非唯一或绝对的关键因素。并行计算性能更关键地受到核心间通信带宽（互联拓扑和带宽）、内存系统性能（延迟和带宽）、内存一致性协议开销、系统总线带宽、以及最重要的编程模型、并行算法设计、线程亲和性、任务调度策略和编译器优化等多个因素的共同影响。增加核心数量并不总是能线性提升并行性能，还需要考虑这些其他因素。二、多选题1.多核处理器相比单核处理器的主要优势包括哪些方面？（）A.提高单个任务的执行速度B.增强系统的并行处理能力C.降低单位计算任务的能耗D.提供更高的内存寻址空间E.增加单个核心的时钟频率答案：BC解析：多核处理器的核心优势在于能够同时执行多个任务或并行处理数据，从而显著提升系统的并行处理能力和整体计算效率。相比于单核处理器，多核架构在相同功耗下通常能提供更高的性能，即单位计算任务的能耗可能更低。选项A、D、E描述的特性并非多核处理器相比单核处理器的独有或主要优势。提高单个任务的执行速度主要依赖于单核性能提升或算法优化。增加内存寻址空间和时钟频率是提升处理器性能的通用手段，不特定于多核架构。2.并行计算应用中，常见的性能瓶颈可能包括哪些？（）A.核心间通信开销B.内存访问延迟和带宽限制C.数据共享与同步开销D.线程创建与管理开销E.单核计算能力不足答案：ABCD解析：在并行计算中，尽管目标是利用多核提升性能，但也会引入新的开销和瓶颈。核心间通信需要时间和带宽，大规模并行时开销巨大（A）。所有计算核心都需要访问主存，内存延迟和带宽成为共享资源，成为性能瓶颈（B）。在并行处理共享数据时，需要复杂的同步机制，保护数据一致性会带来显著的开销（C）。频繁地创建、销毁和管理线程本身也有一定的计算和内存开销（D）。如果单个任务本身难以分解或单核计算复杂度很高，即使使用多核，整体性能提升也可能受限（E），但这通常不是并行计算模型内部引入的瓶颈，而是任务本身的特性。3.OpenMP提供哪些类型的指令来支持并行编程？（）A.用于线程同步的指令B.用于控制并行区域执行的指令C.用于指定循环执行调度的指令D.用于分配共享内存的指令E.用于设置线程亲和性的指令答案：ABCE解析：OpenMP通过一系列编译器指令来支持并行编程。用于线程同步的指令如barrier、critical、flush、atomic（部分实现）等（A）。控制并行区域执行的指令如#pragmaompparallel、#pragmaompparallelfor等（B）。指定循环执行调度的指令如#pragmaompforschedule（C）。分配共享内存通常由系统或编译器管理，OpenMP不直接提供此类分配指令。设置线程亲和性（控制线程与核心的绑定关系）的指令如#pragmaompthreadprivate、#pragmaompbind等（E）。4.并行计算中的数据并行编程通常具有哪些特点？（）A.任务之间通常有依赖关系B.可以将问题分解为多个独立的子任务C.需要大量的同步操作D.主要利用共享内存进行通信E.数据规模通常很大答案：BE解析：数据并行编程的核心思想是将一个大规模的数据集分割成多个小块，每个处理核心（或线程）并行处理数据的不同部分。这种模型通常将问题分解为多个可以独立执行的子任务（B），特别适用于数据规模巨大但计算操作相对简单的场景（E）。任务之间通常依赖性小或无依赖。由于每个核心处理的是数据的独立部分，因此数据并行通常不需要复杂的同步操作（C），而是更多地利用网络或高速互联（如共享内存，但共享的是数据副本而非地址）进行数据分发和结果收集。选项A和C描述的是任务并行或共享内存编程的特点。5.多核处理器中的缓存一致性协议需要解决哪些核心问题？（）A.确保所有核心看到的数据版本一致B.最小化缓存缺失带来的性能损失C.避免由于缓存不一致导致的死锁D.简化编程模型的设计复杂度E.优化核心的利用率和系统性能答案：ABC解析：缓存一致性协议的主要目的是解决多核处理器中因每个核心拥有自己的私有缓存而导致的共享数据不一致问题。它需要确保当一个核心修改了共享数据时，其他核心的缓存副本能够得到更新或失效，从而保证所有核心看到的数据版本是一致的（A）。协议的设计也需要考虑如何最小化因缓存失效（缓存未命中）带来的性能损失（B）。不当的协议设计或实现可能引入死锁风险，协议需要避免这种情况（C）。缓存一致性协议本身增加了硬件设计的复杂度，而不是简化编程模型（D），其目标是优化系统性能（E），但复杂性是达成目标的一部分。6.OpenMP并行编程中，哪些指令或特性与线程同步相关？（）A.#pragmaompparallelB.#pragmaompcriticalC.#pragmaompbarrierD.#pragmaomplockE.#pragmaompatomic答案：BCE解析：OpenMP提供了多种用于线程同步的指令。#pragmaompcritical用于定义一个代码块，确保同一时间只有一个线程能执行该块内的代码，常用于保护共享变量的更新（B）。#pragmaompbarrier用于显式地同步所有参与并行区域的线程，确保它们都在屏障处等待，直到所有线程都到达才继续执行（C）。#pragmaompatomic用于保证单个内存操作（读-改-写序列）的原子性，常用于无锁数据结构的并发编程（E）。#pragmaompparallel是启动并行区域的关键指令，它本身不提供同步功能，但可以配合其他同步指令使用。#pragmaomplock不是OpenMP的标准同步指令，虽然有些编译器可能支持，但标准中用的是critical和atomic。7.在多核处理器系统中，影响并行计算性能的因素有哪些？（）A.核心数量B.核心互联带宽C.内存延迟和带宽D.缓存大小和一致性协议开销E.编译器并行代码生成质量答案：ABCDE解析：多核处理器的并行计算性能受到多种因素的综合影响。核心数量（A）是基础，但并非决定性因素。核心之间的互联带宽（B）决定了数据传输效率，是大规模并行计算的关键瓶颈。内存系统的性能，包括延迟（C）和带宽，直接影响核心获取数据的能力。缓存的大小和缓存一致性协议的开销（D）也显著影响性能，较大的缓存和高效的协议可以提升性能，但协议本身也有成本。编译器如何将串行或并行代码转换成优化的、适合硬件执行的低级指令（E），对最终性能有直接影响。所有这些因素都共同决定了并行程序的实际表现。8.OpenMP并行区域指令#pragmaompparallel可以配合哪些指令来指定循环的执行方式？（）A.#pragmaompforB.#pragmaompscheduleC.#pragmaompsingleD.#pragmaompmasterE.#pragmaompcritical答案：ABD解析：在使用#pragmaompparallel指令启动并行区域后，可以通过其他指令来进一步控制循环的执行。#pragmaompfor指令用于指定区域内的for循环应该被并行执行（A）。#pragmaompschedule指令用于指定for循环迭代（循环变量）的调度策略，即如何将迭代分配给并行线程（B）。#pragmaompmaster指令用于指定一个代码块，该块只能由一个线程（主线程）执行（D）。#pragmaompsingle指令用于指定一个代码块，该块只能由一个线程执行，且所有线程都需要等待该块执行完成（C）。#pragmaompcritical用于定义需要互斥执行的代码块（E）。因此，A、B、D是与#pragmaompparallel配合指定循环执行方式的指令。9.多核处理器架构有哪些类型？（）A.单芯片多核（ChipMultiprocessor,CMP）B.多芯片多核（Multi-ChipMultiprocessor,MCM）C.共享内存架构D.分布式共享内存架构E.对称多处理（SymmetricMultiprocessing,SMP）答案：ABCDE解析：多核处理器架构可以根据核心的集成方式和内存架构进行分类。单芯片多核（CMP）是将多个核心集成在同一个芯片上的架构（A）。多芯片多核（MCM）是将多个包含核心的芯片通过互连网络连接起来的架构（B）。共享内存架构（C）是指所有核心共享同一块主内存，并通过一致性协议保证数据一致性的架构，常与CMP结合。分布式共享内存架构（D）是指内存分布在多个节点上，核心通过消息传递或共享目录等方式访问远程内存的架构，常与MCM结合。对称多处理（SMP）是一种系统架构，其中多个处理核心（可以是单核或多核CPU）共享相同的内存空间和系统资源，并由一个统一的操作系统管理（E）。这些分类方式可以交叉，例如一个SMP系统可以由CMP节点组成，也可以由MCM节点组成。因此，所有选项都是描述多核处理器相关概念的正确分类。10.并行编程模型有哪些常见类型？（）A.数据并行B.任务并行C.基于共享内存的编程模型D.基于消息传递的编程模型E.单线程编程模型答案：ABCD解析：并行编程模型主要分为两大类：数据并行和任务并行（A,B）。此外，根据内存访问共享方式的不同，还可以分为基于共享内存的编程模型（C），如OpenMP、C++11标准库中的thread、mutex等，以及基于消息传递的编程模型（D），如MPI（MessagePassingInterface）。单线程编程模型（E）不属于并行编程模型。11.并行计算中，以下哪些是常见的同步机制？（）A.信号量B.互斥锁C.条件变量D.信号量集E.原子操作答案：ABCE解析：在并行编程中，为了协调多个线程或核心的执行，避免数据竞争和确保程序逻辑正确，需要使用同步机制。信号量（A）是一种经典的同步工具，可以用于控制多个线程对共享资源的访问数量。互斥锁（Mutex,B）是一种用于确保同一时间只有一个线程能进入临界区的同步原语。条件变量（C）通常与互斥锁配合使用，允许线程等待某个条件成立。原子操作（AtomicOperations,E），如读-改-写序列的原子性保证，是解决某些并发问题的有效手段，特别是在无锁编程中。信号量集（SemaphoreSet,D）是信号量的一种扩展，提供了更复杂的同步能力，但不是最基础或最常用的同步机制。12.OpenMP编程模型有哪些主要特点？（）A.基于共享内存的并行编程模型B.支持多种并行区域指令C.提供简单的API进行并行编程D.主要用于GPU并行计算E.依赖于特定的操作系统内核答案：ABC解析：OpenMP是一个支持多核CPU并行编程的API和库。其主要特点包括：它是一个基于共享内存的并行编程模型（A），主要适用于多核CPU系统。它提供了丰富的并行区域指令，如parallel、for、sections、barrier等，用于控制并行执行（B）。OpenMP的设计目标是简化并行编程，通过编译器指令的方式，让串行代码能够相对容易地转换为并行代码（C）。OpenMP不主要用于GPU并行计算，那是CUDA、OpenCL等技术领域（D）。OpenMP的运行不依赖于特定的操作系统内核，它通过编译器插桩和运行时库与操作系统协作（E）。13.多核处理器中的缓存层次结构通常包含哪些级别？（）A.指令缓存（I-Cache）B.数据缓存（D-Cache）C.超标量缓存D.共享缓存E.主存（RAM）答案：ABDE解析：为了提高内存访问速度，现代多核处理器通常采用多级缓存层次结构。从近到远（速度从快到慢，容量从小到大），通常包括：指令缓存（I-Cache,A），用于存储近期要执行的指令；数据缓存（D-Cache,B），用于存储近期要访问的数据；共享缓存（SharedCache/LastLevelCache,LLC,D），通常是最后一级缓存，被所有核心共享，用于提高核心间数据共享的效率；最后是主存（RAM,E），容量最大但速度最慢。超标量缓存（SuperscalarCache,C）描述的是一种缓存设计技术或处理器设计风格，不是缓存层次结构中的一个标准级别。14.并行计算中的任务调度策略有哪些类型？（）A.静态调度B.动态调度C.引导调度D.轮转调度E.链式调度答案：ABC解析：在并行计算中，任务（或数据块）需要被分配给可用的处理核心。任务调度策略决定了这种分配方式。静态调度（StaticScheduling,A）在任务开始前就预先将所有任务分配给核心。动态调度（DynamicScheduling,B）在任务执行过程中根据核心的负载情况实时分配任务。引导调度（GuidedScheduling,C）结合了静态和动态调度的特点，预先为每个任务分配一个核心，但允许任务在执行过程中迁移到负载更轻的核心上。轮转调度（Round-RobinScheduling,D）通常用于时间片轮转的进程调度，不常作为并行计算中的任务分配策略。链式调度（ChainScheduling）不是一个标准的并行计算任务调度术语（E）。15.OpenMP中，哪些指令用于控制并行循环的迭代分配方式？（）A.#pragmaompforB.#pragmaompfornowaitC.#pragmaompforscheduleD.#pragmaompsingleE.#pragmaompcritical答案：C解析：在OpenMP中，要控制并行循环（由#pragmaompparallelfor修饰的for循环）中迭代（循环变量）的分配方式，即如何将循环的每次迭代分配给哪个线程执行，需要使用#pragmaompforschedule指令（C）。schedule子句后面的参数（如static、dynamic、guided）指定了具体的调度策略。#pragmaompfor（A）是启动循环并行执行的基础指令，但不指定具体分配方式。#pragmaompfornowait（B）表示不使用等待机制，即线程在进入循环后不等待其他线程，但这本身不控制迭代分配。#pragmaompsingle（D）用于指定一个代码块只能由一个线程执行。#pragmaompcritical（E）用于定义一个互斥代码块，保护共享数据，与循环迭代分配无关。16.多核处理器系统中，内存一致性协议的作用是什么？（）A.保证所有核心的缓存数据保持一致B.最小化缓存缺失率C.避免死锁D.提高内存访问速度E.简化并行程序编写答案：A解析：内存一致性协议（MemoryConsistencyProtocol）是存在于多核处理器（特别是共享内存多核处理器）中的一种机制，其核心作用是确保当一个核心修改了共享内存数据时，其他核心能够观察到这一修改，从而保证所有核心看到的共享数据视图是一致的（A）。选项B、D描述的是内存系统性能指标或提升内存性能的技术目标，而非一致性协议本身的作用。一致性协议的设计目标是保证数据一致性，虽然可能带来一定的性能开销，但不是避免死锁（C）的主要手段，死锁通常与锁的使用和资源分配有关。一致性协议的存在增加了硬件复杂度，对于程序员来说是透明的，其目的是简化硬件对并发程序的支持，而不是简化程序编写（E）。17.OpenMP并行区域指令#pragmaompparallel可以与哪些指令配合使用来指定循环的执行？（）A.#pragmaompforB.#pragmaompsingleC.#pragmaompmasterD.#pragmaompforscheduleE.#pragmaompcritical答案：ACD解析：在使用#pragmaompparallel指令定义一个并行区域后，可以通过其他OpenMP指令来进一步控制该区域内循环的执行。#pragmaompfor（A）用于指定区域内的for循环应该被并行执行。#pragmaompmaster（C）用于指定一个代码块，该块只能由一个线程（主线程）执行。#pragmaompforschedule（D）用于指定for循环迭代（由#pragmaompfor指定）的调度策略。#pragmaompsingle（B）用于指定一个代码块只能由一个线程执行。#pragmaompcritical（E）用于定义需要互斥执行的代码块。因此，A、C、D是与#pragmaompparallel配合指定循环执行方式的指令。18.并行计算应用中，哪些是常见的性能优化策略？（）A.减少线程同步开销B.提高数据局部性C.优化内存访问模式D.使用更高效的并行算法E.增加核心数量答案：ABCD解析：为了提升并行计算应用的性能，可以采取多种优化策略。减少线程同步开销（A）是关键，因为频繁的同步会降低并行效率。提高数据局部性（B），例如通过数据重用、合理的数组布局，可以减少缓存缺失和内存访问延迟。优化内存访问模式（C），如使用连续内存分配、避免伪共享（FalseSharing）等，能显著提升性能。选择或设计更高效的并行算法（D）本身就能提升性能。增加核心数量（E）有时能提升性能，但并非总是有效，且可能加剧通信和同步开销，并非一种普适的优化策略，更准确的说是系统资源。19.OpenMP提供了哪些指令来控制线程的执行行为？（）A.#pragmaompparallelB.#pragmaompthreadprivateC.#pragmaompbindD.#pragmaompscheduleE.#pragmaompsingle答案：BCE解析：OpenMP提供了几种用于控制线程执行行为的指令。#pragmaompthreadprivate（B）用于指定一个变量在每个线程中都有自己独立的副本，不与其他线程共享。#pragmaompbind（C）用于指定线程与处理核心之间的绑定关系（如CPU或核心）。#pragmaompsingle（E）用于指定一个代码块只能由一个线程执行。#pragmaompparallel（A）是启动并行区域的基础指令，不直接控制单个线程的行为。#pragmaompschedule（D）用于控制并行循环迭代（由#pragmaompfor指定）的调度策略，影响迭代分配，但不直接控制线程的绑定或执行模式。20.在多核处理器系统中，以下哪些因素会影响并行计算的通信开销？（）A.核心间的互联带宽B.核心间的距离（拓扑结构）C.共享内存的带宽D.缓存一致性协议的复杂度E.程序中线程间的同步点数量答案：ABCE解析：在并行计算中，特别是任务并行和数据并行中，处理核心之间需要交换数据，这构成了通信开销。影响通信开销的因素包括：核心间的互联带宽（A），带宽越高，单位时间内能传输的数据量越大，开销越小。核心间的物理或逻辑距离（拓扑结构,B），距离越远（例如MCM架构中芯片间通信），延迟通常越高，开销越大。共享内存系统的带宽（C）直接影响核心通过共享内存进行数据交换的效率。程序中线程间的同步点数量（E），每个同步点可能伴随着数据交换或状态更新，同步点越多，潜在的通信开销越大。缓存一致性协议的复杂度（D）虽然影响缓存性能和一致性维护的开销，但其主要影响的是内存访问延迟和数据一致性问题，而不是核心间显式的数据传输（通信）开销。三、判断题1.并行计算就是同时计算，多核处理器是实现并行计算的唯一途径。（）答案：错误解析：并行计算是指将任务分解为多个子任务，由多个处理单元同时执行，以提高计算效率。同时计算是并行计算的一个特征，但并非全部。实现并行计算的方式有多种，除了硬件层面的多核处理器，还有通过消息传递接口（MPI）等软件方式连接的多个独立计算机组成的集群系统。因此，多核处理器是实现并行计算的重要途径之一，但不是唯一途径。2.OpenMP主要用于GPU并行编程。（）答案：错误解析：OpenMP（OpenMulti-Processing）是一个支持多核CPU并行编程的API和库，它主要通过编译器指令的方式简化共享内存系统的并行编程。OpenMP不适用于GPU并行编程。GPU并行编程通常使用CUDA（NVIDIA）或OpenCL等平台和编程模型。3.多核处理器中的每个核心都必须拥有独立的缓存。（）答案：错误解析：虽然许多多核处理器设计包含每个核心拥有自己私有缓存的架构（PrivateCache），但这并非强制要求。也存在共享缓存架构，其中多个核心共享一个或多个较大的缓存（SharedCache），例如最后一级缓存（LLC）。此外，还有一些处理器可能采用混合架构，结合私有缓存和共享缓存。因此，并非每个核心都必须拥有独立缓存。4.数据并行编程适用于具有高度依赖关系的数据处理任务。（）答案：错误解析：数据并行编程的核心思想是将数据集分割，让多个处理单元并行处理数据的各个部分。它特别适用于那些数据操作可以独立进行、数据之间依赖性小的任务。如果数据处理任务中存在高度的数据依赖关系，那么数据并行可能难以直接应用或效率低下，更适合任务并行。5.OpenMP的并行区域指令#pragmaompparallel必须与#pragmaompfor指令一起使用才能实现循环并行。（）答案：错误解析：#pragmaompparallel指令用于启动一个并行区域，该区域内的代码可以由多个线程执行。#pragmaompfor指令是专门用于指定for循环应该被并行执行的。虽然#pragmaompparallelfor是启动循环并行的一种常用方式，但并行区域也可以包含其他并行指令，如#pragmaompsections等，用于并行化代码块而非特定循环。因此，parallel指令不必须与for指令一起使用才能实现并行。6.缓存一致性协议的设计目标是完全消除缓存缺失。（）答案：错误解析：缓存一致性协议的主要目标是确保所有核心在访问共享数据时能看到一致的数据视图，解决数据竞争问题。缓存缺失（CacheMiss）是不可避免的，因为核心的私有缓存容量有限，无法存储所有共享数据。协议的设计是在保证数据一致性的前提下，尽可能减少因缓存失效（CacheInvalidation）和同步而带来的性能开销，而不是完全消除缓存缺失。7.在基于消息传递的并行编程模型中，进程之间通过共享内存进行通信。（）答案：错误解析：基于消息传递的并行编程模