计算机系统结构第1章部分习题参考答案
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第1章部分习题参考答案
1.1 解释下列术语
⏹翻译：先用转换程序将上一级机器级上的程序整个地变换成下一级机器级上可运行
的等效程序，然后再在下一级机器级上去实现的技术。
⏹解释：在下一级机器级上用它的一串语句或指令来仿真上一级机器级上的一条语句
或指令的功能，通过对上一级机器语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。
⏹层次结构：将计算机系统由上往下依次划分为应用语言机器级、高级语言机器级、
汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器级和微程序机器级。
对于一个具体的计算机系统，层次的多少会有所不同。
⏹计算机系统结构：传统机器级的程序员所看到计算机的基本属性，即计算机的概念
性结构和功能特性。
简称为计算机的外特性。
⏹计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，也常称为计算机组织。
该组织包括机器
级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
⏹计算机实现：计算机组成的物理实现。
它包括处理机、主存等部件的物理结构，器
件的集成度、速度和信号，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，电源、冷却、装配等技术。
⏹透明性：本来存在的事物或属性，但从某个角度看似乎不存在，称为透明性现象。
⏹固件：是一种具有软件功能的硬件。
如将软件固化在ROM中，就是一种固件。
⏹由上往下设计：先考虑如何满足应用要求，确定好面对使用者那级机器应有什么基
本功能和特性，然后再逐级往下设计，每级都考虑怎样优化上一级实现。
这种方法适合于专用机设计。
⏹由下往上设计：根据现有的部件，并参照或吸收已有各种机器的特点，先设计出微
程序机器级（如果采用微程序控制）及传统机器级，然后再为不同应用配置多种操作系统和编译系统软件，采用合适的算法来满足相应的应用。
这是20世纪60-70年代前常用的通用机设计思路。
⏹系列机：同一厂家生产的具有相同系统结构，但具有不同组成和实现的一系列的机
器。
⏹软件兼容：同一软件可以不加修改地运行于系统结构相同的不同档次的机器上，而
且它们所获得的结果一样，差别只是运行时间不同。
这些不同档次的机器称之为软件兼容的机器。
⏹ 兼容机：不同厂家生产的具有相同系统结构，但具有不同组成和实现的一系列计算机。
⏹ 模拟：用一台机器的指令系统去解释另一台系统结构不同的机器的指令系统，以实现软件的移植。
⏹ 仿真：用一台机器的微程序直接解释另一台系统结构不同的机器的指令系统，以实现软件的移植。
⏹ 宿主机：在模拟或仿真过程中，完成模拟或仿真的计算机称为宿主机。
⏹ 指令流：在程序执行过程中，所执行的指令序列。
⏹ 数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果。
⏹ 多倍性：在系统最受限制的部件（瓶颈）上同时处于同一执行阶段的可并行执行的指令或数据的最大可能个数。
⏹ Amdahl 定律：系统中对某一部件采用某种更快的执行方式后整个系统性能的改进程度，取决于这种执行方式被使用的频率，或所占总执行时间的比例。
⏹ CPI ：每条指令平均所需的时钟周期数。
⏹ MIPS ：每秒（可执行多少）百万次指令。
它是用来描述计算机整体性能的指标。
⏹ MFLOPS ：每秒（可执行多少）百万次浮点运算指令。
它是用来描述计算机浮点性能的，适用于评价用于科学计算的计算机。
1.2 （题目略）
【解】因为第2级的一条指令需要第1级的N 条指令解释，所以，第2级的一条指令的执行时间为NK(ns)。
同理，依此类推，
第3级的一条指令的的执行时间为N 2K(ns)；
第4级的一条指令的的执行时间为N 3K(ns)
1.10 （题目略）
【解】5108000150003200045000=+++=N I （条）
55.108.0215.0232.0245.011=⨯+⨯+⨯+⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯=∑=n i N i i I I CPI CPI
8.251055.1104010666≈⨯⨯=⨯=CPI R MIPS C
875.310401
55.11065=⨯⨯⨯=⨯⨯=C N CPU T CPI I T （ms ）
1.15 （题目略）
【解】
（1）由Amdahl 定律可知：20/)1(1
F F S +-=
（2）当S =2时，代入上式可得F =0.53
（3）由题意可知，S =10，故可得F =0.95
1.17 （题目略）
【解】
（1）可以。
虽然指令系统是属于计算机系统结构，但并未改变原指令系统，保证了软件兼容性。
（2）不可以。
中断系统属于系统结构，虽然增加中断级不会改变原系统结构，但重新调整中断次序会改变原有程序的正确性。
（3）可以。
因为它属于计算机组成。
（4）可以。
浮点数的下溢出处理方法属于计算机组成，不属于计算机系统结构。
（5）不可以。
指令的操作码、寻址方式都属于计算机系统结构的内容。
（6）可以。
CPU 和主存之间的数据通路宽度属于计算机组成。
（7）可以。
它属于计算机组成的内容。
（8）不可以。
通用寄存器属于计算机系统结构的内容。