计算机系统结构第1章部分习题参考答案
计算机组成原理课后习题及答案_唐朔飞(完整版)
8. 为什么说半同步通信 同时保留了同步通信和异步 通信的特点？ 解： 半同步通信既能像同步 通信那样由统一时钟控制， 又能像异步通信那样允许传 输时间不一致，因此工作效 率介于两者之间。
10. 什么是总线标准？为什么要设 置总线标准？目前流行的总线标准有哪些？ 什么是即插即用？哪些总线有这一特点？ 解： 总线标准——可理解为系统与模块、 模块与模块之间的互连的标准界面。 总线标准的设置主要解决不同厂家各 类模块化产品的兼容问题； 目前流行的总线标准有：ISA、EISA、 PCI等； 即插即用——指任何扩展卡插入系统 便可工作。EISA、PCI等具有此功能。
• 5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？ • 解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8 • 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备 五大部件组成； • 指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址 访问； • 指令和数据均用二进制表示； • 指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操 作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置； • 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； • 机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。
4. 为什么要设置总线判优控制？常见的集 中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响 应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？ 解：总线判优控制解决多个部件同时申请总 线时的使用权分配问题； 常见的集中式总线控制有三种： 链式查询、计数器查询、独立请求； 特点：链式查询方式连线简单，易于扩充， 对电路故障最敏感；计数器查询方式优先级设置 较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂； 独立请求方式判优速度最快，但硬件器件用量大， 连线多，成本较高。
(完整版)计算机系统结构课后习题答案
第1章计算机系统结构的基本概念
1.1 解释下列术语
层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中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，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。
CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。
第一章习题答案
第⼀章习题答案
第⼀章思考题答案
1.基于总线结构的计算机系统通常由哪5个部分构成？并简述各部分的主要作⽤。
解答：
1.中央处理器CPU(central processor unit)或称微处理器(microprocessor unit)
中央处理器具有算术运算、逻辑运算和控制操作的功能，是计算机的核⼼。
2.总线
总线是把计算机各个部分有机地连接起来的导线，是各个部分之间进⾏信息交换的公共通道。
3.存储器(memory)
存储器的功能是存储程序、数据和各种信号、命令等信息，并在需要时提供这些信息。
4.输⼊输出（I/O）接⼝
外部设备与CPU之间通过输⼊输出接⼝连接。
5.输⼊输出(I/O)设备
输⼊设备是变换输⼊信息形式的部件。它将⼈们熟悉的信息形式变换成计算机能接收并识别的信息形式。
输出设备是变换计算机的输出信息形式的部件。它将计算机处理结果的⼆进制信息转换成⼈们或其他设备能接收和识别的形式，如字符、⽂字、图形等。
2.试举例说明计算机进⾏加法运算的⼯作过程。
解答：
⽰例如下：
inta,b,c;
c=a+b;
⼯作过程简述：a，b，c都为内存中的数据，CPU⾸先需要从内存中分别将a，b的值读⼊寄存器中，然后再执⾏加法运算指令，加法运算的结果暂存在寄存器中，因此还需要执⾏数据存储指令，将运算结果保存到内存中，因此像上例中的C语⾔语句，实际上需要经过两条数据读取指令，⼀条加法运算指令，⼀条数据存储指令才能完成。
3.“冯·诺依曼型结构”计算机与哈佛结构计算机的差别是什么？各有什么优缺点？
解答：
冯·诺依曼结构计算机具有以下⼏个特点：
计算机组成与系统结构课后答案全(清华大学出版社袁春风主编)
第1章习题答案
5．若有两个基准测试程序 P1 和 P2 在机器 M1 和 M2 上运行，假定 M1 和 M2的价格分别是5000 元和 8000元，下表给出了P1和P2在M1和 M2 上所花的时间和指令条数。
程序
M1M2
指令条数执行时间 (ms)指令条数执行时间 (ms)
P1×6
10000×
6
5000
200 10150 10
P2300×1033420×1036
请回答下列问题：
（1）对于 P1，哪台机器的速度快？快多少？对于P2 呢？
（2）在 M1 上执行 P1 和 P2 的速度分别是多少 MIPS ？在 M2 上的执行速度又各是多少？从执行速度来看，对于 P2，哪台机器的速度快？快多少？
（3）假定 M1 和 M2 的时钟频率各是 800MHz 和 1.2GHz ，则在 M1 和 M2 上执行 P1 时的平均时钟周期数 CPI 各是多少？
（4）如果某个用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率，那么，
该用户需要大批购进机器时，应该选择M1 还是 M2 ？为什么？（提示：从性价比上考虑）（5）如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1 和 P2 一样多，主要关心的也是响应时
间，那么，应该选择M1 还是 M2 ？为什么？
参考答案：
（1）对于 P1，M2 比 M1 快一倍；对于 P2， M1 比 M2 快一倍。
（2）对于 M1 ， P1 的速度为： 200M/10=20MIPS ； P2 为 300k/0.003=100MIPS 。
对于 M2 ， P1 的速度为： 150M/5=30MIPS ； P2 为 420k/0.006=70MIPS 。
计算机系统结构 第一章自考练习题答案
6.对计算机系统结构透明的是（）。
A.是否使用通道型I/0处理机B.虚拟存储器C.字符行运算指令D. VLSI技术
7.在主存设计上，属计算机系统结构考虑的应是（C）。
A.频宽的确定B.多体交叉还是单体C.容量和编址单位D.用MOS还是TTL
8.计算机组成设计不考虑（B）。
26.软驱动器的I/O接口程序是由（A）实现的。
A.固件+软件B.软件C.操作系统D.固件
27.利用时间重叠概念实现并行处理的是（A）
A.流水处理机B.多处理机C.并行处理机D.相联处理机
28.不属于软件移植基本技术的有（D）
A.统一高级语言B.采用系列机C.模拟和仿真D.按新的系统及指令重新编写
29.多指令流单数据流（MISD）来自于（A）分类法。
第一章计算机系统结构的基本概念
历年真题精选
1.下列对系统程序员不透明的是（）。
A.乘法器B.先行进位链C.指令缓冲器D.条件码寄存器
2．“从中间开始”设计的“中间”目前多数是在（D）。
A.微程序机器级与汇编语言机器级之间
B.操作系统机器级与汇编语言机器级之间
C.传统机器语言机器级与微程序机器级之间
D.传统机器语言机器级与操作系统机器级之间
20．现代计算机的内部的输入输出操作由（）完成。
计算机系统结构(第2版(课后习题答案
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清华第 2 版
习题解答
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1.1 第一章（P33）
1.7-1.9 （透明性概念），1.12-1.18 （Amdahl定律），1.19、1.21 、1.24 （CPI/MIPS）
1.2 第二章（P124）
2.3 、2.5 、2.6 （浮点数性能），2.13 、2.15 （指令编码）
1.3 第三章（P202）
3.3 （存储层次性能）， 3.5 （并行主存系统），3.15-3.15 加 1 题（堆栈模拟），3.19 中（3）（4）（6）（8）问（地址映象/ 替换算法-- 实存状况图）
word 文档下载后可自由复制编辑1.4 第四章(P250)
4.5 （中断屏蔽字表/中断过程示意图），4.8 （通道流量计算/通道时间图）
1.5 第五章（P343）
5.9 （流水线性能/ 时空图），5.15 （2种调度算法）
1.6 第六章（P391）
6.6 （向量流水时间计算），6.10 （Amdahl定律/MFLOPS）
1.7 第七章（P446）
7.3 、7.29（互连函数计算），7.6-7.14 （互连网性质），7.4 、7.5 、7.26（多级网寻径算法），
word 文档下载后可自由复制编辑7.27 （寻径/ 选播算法）
1.8 第八章(P498)
8.12 ( SISD/SIMD 算法)
1.9 第九章(P562)
9.18 ( SISD/多功能部件/SIMD/MIMD 算法)
（注：每章可选1-2 个主要知识点，每个知识点可只选 1 题。有下划线者为推荐的主要知识点。）
第1-3章计算机组成原理课后习题答案
第1章计算机系统概论
1.1 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？
解：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等。软件是看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序、资料、数据集合。硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
1.2 如何理解计算机系统的层次结构？
解：（1）第一级：实际机器M1 (机器语言机器)，机器语言程序直接在M1上执行；（2）第二级：虚拟机器M2（汇编语言机器），将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，再在M1-上执行；（3）第三级：虚拟机器M3(高级语言机器)，将高级语言程序先翻译成汇编语言程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执行；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执行微指令。（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。
1.3 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及联系。
解：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。用机器语言编写程序时要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极易出错。
汇编语言是符号式的程序设计语言，汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令。用汇编语言编写的汇编语言程序必须先被翻译成机器语言程序，才能被机器接受并自动运行。汇编语言的每一条语句都与机器语言的某一条语句（0、1代码）一一对应。
习题参考答案1章
习题参考答案1章
第1章单片机概述
1．除了单片机这一名称之外，单片机还可称为和答：微控制器，嵌
入式控制器。
2．单片机与普通微型计算机的不同之处在于其将、、和3部分集成
于一块芯片上。答：CPU、存储器、I/O口。
3．8051与8751的区别是A．内部数据存储单元数目不同B．内部数
据存储器的类型不同C．内部程序存储器的类型不同D．内部寄存器的数
目不同答：C。
4．在家用电器中使用单片机应属于微计算机的
A．辅助设计应用；B．测量、控制应用；C．数值计算应用；D．数据
处理应用答：B。
5．微处理器、微计算机、微处理机、CPU、单片机它们之间有何区别？
答：微处理器、微处理机和CPU都是中央处理器的不同称谓；而微计
算机、单片机都是一个完整的计算机系统，单片机特指集成在一个芯片上
的用于测控目的的单片微计算机。
6．MCS-51系列单片机的基本型芯片分别为哪几种？它们的差别是什么？
答：MCS-51系列单片机的基本型芯片分别是8031、8051和8751。它
们的差别是在片内程序存储器上。8031无片内程序存储器，8051片内有
4KB的程序存储器ROM，而8751片内集成有4KB的程序存储器EPROM。7．为什么不应当把51系列单片机称为MCS-51系列单片机？
答：因为MCS-51系列单片机中的“MCS”是Intel公司生产的单片机
的系列符号，而51系列单片机是指世界各个厂家生产的所有与8051的内
核结构、指令系统兼容的单片机。
8．AT89C51单片机相当于MCS-51系列单片机中的哪一种型号的产品？
答：相当于MCS-51系列中的87C51，只不过是AT89C51芯片内的
第1-3章计算机组成原理课后习题答案
第1章计算机系统概论
什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件硬件和软件哪个更重要解：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等。软件是看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序、资料、数据集合。硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
如何理解计算机系统的层次结构
解：（1）第一级：实际机器M1 (机器语言机器)，机器语言程序直接在M1上执行；（2）第二级：虚拟机器M2（汇编语言机器），将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，再在M1-上执行；（3）第三级：虚拟机器M3(高级语言机器)，将高级语言程序先翻译成汇编语言程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执行；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执行微指令。（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。
说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及联系。
解：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。用机器语言编写程序时要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极易出错。
汇编语言是符号式的程序设计语言，汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令。用汇编语言编写的汇编语言程序必须先被翻译成机器语言程序，才能被机器接受并自动运行。汇编语言的每一条语句都与机器语言的某一条语句（0、1代码）一一对应。
第1章习题答案
习题1
1. 冯·诺依曼型计算机的基本思想是什么？
2. 简述冯·诺依曼型计算机的基本特点。
3. 按照存储程序原理，冯·诺依曼型计算机必须具备哪些功能？
4. 计算机的发展经历了哪几代？
5. 未来计算机的发展趋势是什么？
6. 计算机系统可分为哪几个层次？说明各层次的特点及其相互联系。
7. 分别解释虚拟机器和实际机器的含义。
8. 简述计算机系统结构和计算机组成的含义，以及两者研究内容上的区别。
9. 什么是计算机系统的硬件和软件？
10. 计算机的硬件由哪些部件组成，它们各起什么作用？
11. 什么叫计算机的软件系统？计算机软件按功能的不同可分为哪几类？它们各起什么作用？
12. 为什么说计算机系统的硬件和软件在逻辑功能上是等效的？
13. 假设在一台40MHz处理机上运行200000条指令的目标代码，程序主要由四种类型的指令所组成。根据程序跟踪实验结果，已知指令混合比和每类指令的CPI值如表1.4所示。
表1.4 各类指令的指令混合比及每类指令的CPI值
(1)试计算用上述跟踪数据在单处理机上执行该程序时的平均CPI；
(2)根据(1)所得到的CPI，计算相应的MIPS速率及程序的执行时间。
14. 某工作站采用时钟频率为15MHz、处理速率为10MIPS的处理机来执行一个已知混合程序。假定每次存储器存取为1周期延迟，试问：
(1)此计算机的有效CPI是多少？
(2)假定将处理机的时钟频率提高到30MHz，但存储器子系统速率不变。这样，每次存储器存取需要两个时钟周期。如果30%的指令每条只需要一次存储存取，而另外5%的指令每条需要两次存储存取，还假定已知混合程序的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处理机性能。
计算机组成与结构课后习题及答案
计算机组成与结构课后习题及部分答案
第1章计算机系统概述
1.概述计算机发展经过了哪几代
2.计算机由那些部分组成
3.计算机有哪些分类方法
4.计算机硬件系统的性能指标有哪些
5.冯诺依曼计算机的主要设计思想是什么
6.什么是机器字长它对计算机性能有何影响
7.计算机的工作过程是怎样的
8.计算机的应用领域有哪些
9.从第三代计算机开始，
C
技术出现并得到发展
A.A.电子管电子管电子管
B. B. B.晶体管晶体管晶体管
C. C. C.集成电路集成电路集成电路
D. CPU D. CPU 10.冯诺依曼计算机中指令和数据都采用D 表示。A.A.十进制十进制十进制 B. B. B.八进制八进制八进制 C. C. C.十六进制十六进制十六进制 D. D. D.二进制二进制11.冯·诺依曼计算机工作的基本方式的特点是
B
。
A.A.多指令流单数据流多指令流单数据流
B.B.按地址访问并顺序执行指令按地址访问并顺序执行指令
C.C.堆栈操作堆栈操作
D.D.存储器按内容选择地址存储器按内容选择地址
12.对于一个给定的程序，对于一个给定的程序，I I N 表示执行程序中的指令总数，表示执行程序中的指令总数，t t CPU 表示执行该程序所需CPU 时间，时间，T T 为时钟周期，为时钟周期，f f 为时钟频率为时钟频率(T (T 的倒数的倒数))，Nc 为CPU 时钟周期数。设CPI 表示
每条指令的平均时钟周期数，每条指令的平均时钟周期数，MIPS MIPS 表示CPU 每秒钟执行的百万条指令数，请写出如下四种参数的表达式：
计算机系统结构第一章课后题答案
1．3 典型习题和题例分析与解答
题1.1 有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一级为了执行一条指令需要下一级的N 条指令解释。若执行第1级的一条指令要K ns 时间，那么执行第2、第
3、第4级的一条指令各需要用多少时间?
[分析] 计算机按功能分成级时，最底层是第l 级，向上依次为第2、第3和第4级；解释方式的执行是在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高一级机器级上的一条语 句或指令的功能，而且是通过对高级机器级程序中的每条语句或指令逐条加以解释来实现的。
[解答] 执行第2、第3、第4级的一条指令各需KN ns 、KN 2 ns 、KN 3 ns 的时间。
题1.2 操作系统机器级的某些指令就用传统机器级的指令，这些指令可以用微程序直接实现，而不必由操作系绕自己来实现。你认为这样做有哪些好处？
[解答] 这样做，可以加快操作系统中操作命令解释的速度，同时也节省了存放解释操作命令这部分解释程序所占的存贮空间，简化了操作系统机器级的设计，也有利于减少传统机器级的指令条数。
题1.3 有一个计算机系统可按功能分成4级，各级的指令都不相同，每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M 倍，即第i 级的一条指令能完成第i-1级的M 条指令的计算量。现若需第i 级的N 条指令解释第i+l 级的一条指令，而有一段第l 级的程序需要运行的时间为K s ，问在第2、3和4级上一段等效的程序各需要运行多长时间?
[分析] 因为从功能意义上讲，第i 级的一条指令能完成第i-1级的M 条指令的计算量，但第i 级的一条指令的执行，都是靠第i-1级的N 条指令的执行来解释完成。已知，第1级的一段程序运行时间为K s 。第2级的一段程序从功能等效上讲，所需的指令条数应当是第1级上指令数的1/M 。而由第1级解释时又需要执行N 条指令，所以，第2级一段等效程序的运行就需要K ·s M N 的时间。第3、4级则可依次类推。
计算机系统结构(课后习题答案)
第一章计算机系统结构的基本概念
1。有一个计算机系统可按功能分成4级，每级的指令互不相同,每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍，即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。现若需第i级的N 条指令解释第i+1级的一条指令，而有一段第1级的程序需要运行Ks，问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间？
答：第2级上等效程序需运行:（N/M）*Ks.第3级上等效程序需运行：(N/M）*（N/M）*Ks。第4级上等效程序需运行:（N/M)＊（N/M)＊（N/M)*Ks。
note: 由题意可知：第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。而现在第i 级有N条指令解释第i+1级的一条指令，那么，我们就可以用N/M来表示N/M 表示第i+1级需（N/M）条指令来完成第i级的计算量。所以,当有一段第1级的程序需要运行Ks时，在第2级就需要(N/M)Ks，以此类推
2.硬件和软件在什么意义上是等效的?在什么意义上又是不等效的？试举例说明。
答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成。但是实现的性能价格比，实现的难易程序不同。
在DOS操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡（硬件）上，而随着CPU、硬盘、内存技术的不断发展，UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件.
3.试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。
答：计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同，但又相互影响。
第一章计算机系统概论习题参考答案
1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。
解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的；
数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。
两者主要区别见P1 表1.1。
2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？
解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。
分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、
指令系统规模和机器价格等因素。
3．数字计算机有那些主要应用？
（略）
4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？
解：冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。
存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；
程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。
主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。
5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？
解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容
量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。
单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。
数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。
指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。
计算机组成与结构课后习题与解答第一章
计算机组成：是计算机系统结构的逻辑实现，包括 机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计 等。
计算机实现：是指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 和速度，信号传输，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 配等技术以及有关的制造技术和工艺等。
计算机组成与结构课后习题与 解答
第一章
问答题 1、解释下列术语 层次结构 计算机系统结构 计算机组成 计算 机实现 透明性 由上往下设计 由下往上设计 系列机 软件兼容 兼容机 模拟 仿真 虚拟机 宿主机 指令流 数据流 Amdahl定律 CPI MIPS MFLOPS
层次结构：计算机系统由硬件／器件和软件 组成，按功能划分成多级层次结构。从某 一层次的观察者看来，他只是通过该层次 的语言来了解和使用计算机，不必关心内 层的那些机器是如何工作和如何实现各自 功能的。
2.解答：需要考虑的问题主要是相同系列计 算机之间的兼容问题，即从系统结构的角 度去看，他们应该是相同的，因此，我们 主要看这些措施是否对系统结构会有影响， 另外，我们也要考虑这些措施是否真的能 够达到他的目的。 我们可以看到，对系统 程序员来说，（1）、（2）、（5）、（8） 是需要考虑的，也就是说对他们是不透明 的，所以，这些措施是行不通的；而（3）、 （Байду номын сангаас）、（6）、（7）则可以考虑。
计算机系统结构__《张晨曦、王志英》课后习题参考答案
计算机系统结构__《张晨曦、王志英》课后习题参考答案
第1章计算机系统结构的基本概念
1.1 解释下列术语
层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。
虚拟机：用软件实现的机器。
翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。
解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中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，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。
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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。