计算机系统结构(第五版)第6章

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第 6 章输入输出系统

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4. 对I/O系统的基本要求
• ⑴ I/O系统应面向操作系统，对用户透明。 • 例如：如何确定I/O系统的软、硬件功能分配及操作系统的界面；如何连接外设；如何建立外设与主存/CPU之间的数据通路；如何支持I/O操作与其他操作的并行执行。 • ⑵ 尽量减少系统瓶颈，保证系统的信息流量平衡。 • 信息流量：单位时间内所能传送的信息量。
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目标
(2)信息逐渐稳定。 (4)接收信息。 (5)发出信息，表示已经接收应答信号。
(8)复位应答信号。
6.2.3 总线的定时与同步方式（略）
• 总线上信号的有效期间由总线的定时信号确定，总线的定时信号有同步、半同步和异步三种方式。 • ⑴ 同步方式 • 总线的各信号必须在某个时刻发出。 • 在同步方式下，总线上的所有设备的数据传输在一个共同的时钟信号控制下进行。总线的操作的所有信号与时钟的关系是固定的，主模块和从模块之间没有应答信号。 • 同步方式适用于系统中各模块各种总线操作的速度固定而且一致的场合，如CPU和存储器之间的局部总线。
第 6 章
输入/输出系统结构
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本章学习内容
• I/O系统的特点及信息控制方式 • 总线及其控制方式 • I/O通道及其控制方式 • I/O处理机
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6.1 I/O系统概述 • 1. I/O系统的主要作用 • ⑴ 选择I/O设备 • ⑵ 控制I/O设备与CPU和主存之间的数据传送以及对外设进行操作。
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常用的总线释放方式
• ① 用完后立即释放：每次总线操作完成时释放，下次使用时需重新申请。 • ② 有新请求时释放：有其它模块请求时才释放。如单机系统中的CPU。 • ③ 强占时释放：当有优先权高的模块请求时释放。用于强制中断总线上的数据块传输操作。

第6章阵列处理机

第6章并行处理机和相联处理机图61具有分布式存储器的阵列处理机构形第6章并行处理机和相联处理机为了高速有效地处理向量数据这种构形要求能把数据合理地预分配到各个处理单元的局部存储器中使各处理单元pei主要用自己的局存pemi中的数据运算
第 6 章并行处理机和相联处理机
第6章阵列处理机
6.1 阵列处理机的原理
第 6 章并行处理机和相联处理机
6.1.2 ILLIACⅣ的处理单元阵列结构由于阵列处理机上的并行算法的研究是与结构紧密联系在一起的，因此，下面先介绍一下ILLIACⅣ阵列机上处理单元的互连结构。ILLIACⅣ是采用如图6-1所示的分布存储器构形，其处理单元阵列结构如图6-3所示。其中，PUi 为处理部件，包含64位的算术处理单元PEi、所带的局部存储器PEMi和
用到下面的累加和并行算法。即使如此，就K的并行来说，
速度的提高也不是8倍，而只是8/log28，接近于2.7倍。
第 6 章并行处理机和相联处理机
3.累加和这是一个将N个数的顺序相加转为并行相加的问题。为得到各项累加的部分和与最后的总和，要用到处理单元中的活跃标志位。只有处于活跃状态的处理单元才能执行相应的操作。为叙述方便取N=8，即有8个数A(I)顺序累加，其中 0≤I≤7。在SISD计算机上可以写成下列FORTRAN程序： C=0
PEM内，且在全部64个PEM中，让A、B和C的各分量地址
均对应取相同的地址α、α+1和α+2，如图6-4所示。这样，实现矩阵加只需用下列三条ILLIACⅣ汇编指令：
第 6 章并行处理机和相联处理机
LDA ADRN
Hale Waihona Puke ALPHA ;全部(α)由PEMi送PEi的累加器RGAi ALPHA+1 ;全部(α+1)与(RGAi)浮点加，结果送 RGAi

大学计算机(第5版蒋加伏)第6章课件

首次阿帕网连接实验的工作日志
阿帕网早期工作人员
6.1.1 网络基本类型
联合国宽带数字发展委员会报告： 2013年全球互联网用户为28亿左右；每增加10%的宽带接入，可带来1.38%的GDP增长。 2013年全球互联网数据流量为：56EB（1EB=10亿GB）；全球有1万亿台设备接入互联网。互联网受欢迎的原因：使用成本低，信息价值高。
6.1.2 网络体系结构
TCP协议“三次握手”过程：
请求
应答
确认
TCP协议建立连接时的“三次握手”过程
6.1.2 网络体系结构
安全隐患第1次握手：客户端发SYN包到服务器，并等待服务器确认。 • 第2次握手：服务器收到SYN包，发送SYN+ACK应答包，然后计时等待。 • 第3次握手：客户端收到SYN+ACK包，向服务器发送ACK确认包。 • 客户端和服务器进入连接状态，完成三次握手过程。 • 客户端与服务器可以传送数据了。
TCP是议互联网中使用最广泛的网络协议。可见，网络协议在设计中存在安全“漏洞”。
6.1.2 网络体系结构
【扩展】
TCP协议“建立连接→数据传送→关闭连接“的通信全过程。
6.1.2 网络体系结构 4. 网络协议的计算思维特征
网络层次结构有助于清晰地描述和理解复杂的网络系统。
（1）
分层不能模糊，每一层必须明确定义，不引起误解。
【案例】水库大坝控制系统局域网。
6.1.1 网络基本类型
（2）城域网（MAN）城域网特征： • 覆盖区域为数百平方千米的城市内。 • 城域网由许多大型局域网组成。 • 城域网为个人、企业提供网络接入。
城域网结构： • 网络结构较为复杂； • 采用点对点、环形、树形等混合结构。

计算机组成与系统结构(第五版立体化教材)

计算机组成与系统结构（第五版立体化教材）
2016年科学出版社出版的图书
01 成书过程
03 教材目录
目录
02 内容简介 04 教学资源
05 教材特色
07 图书目录
目录
06 作者简介
基本信息
《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》是由白中英主编，2011年12月科学出版社出版的普通高等教育计算机类特色专业系列规划教材。该教材可作为计算机及相关专业的教材，适合作软件类和应用类专业的教学用书，也可作为成人自学考试、全国计算机等级考试NCRE（四级）用书。
出版工作
2011年12月，《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》由科学出版社出版。
内容简介
内容简介
该教材将计算机组成原理和计算机系统结构两门课合二为一，讲授计算机单处理机系统的组成和工作原理，在该基础上扩展讲授并行计算机的体系结构。内容共10章：包括计算机系统概论；运算方法和运算器；多层次的存储器；指令系统；中央处理机；总线系统；外围设备；输入输出系统；安腾高性能处理机体系结构；并行体系结构。附录A中介绍了配套教材与教学设备。附录B中给出了计算机组成原理研究生入学统考大纲。
杨春武、冯一兵、张杰、靳秀国、杨秦、陈楠、于艳丽、刘敬晗、祁之力、王军德、张振华、刘俊荣、李娇娇、李贞、王坤山、肖炜、崔洪浚、白媛、吴琨等参与了第五版文字教材、CAI课件、习题库、试题库、教学仪器、实验设计、课程设计等的编写和研制工作。该教材由中国科学院计算技术研究所国家智能计算机研究开发中心陈鸿安研究员主审。
教材目录
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（注：目录排版从左到右列）
教学资源
教学资源
《计算机组成与系统结构（第五版·立体化教材）》的配套教材是《计算机组成原理试题解析（第五版）》。

计算机网络第五版习题答案第6章

第6章应用层6-01 因特网的域名结构是怎么样的？它与目前的电话网的号码结构有何异同之处？答：（1）域名的结构由标号序列组成，各标号之间用点隔开：… . 三级域名. 二级域名. 顶级域名。

各标号分别代表不同级别的域名。

（2）电话号码分为国家号结构，分为（中国+86）、区号、本机号。

6-02 域名系统的主要功能是什么？域名系统中的本地域名服务器、根域名服务器、顶级域名服务器以及权限域名权服务器有何区别？答：（1）域名系统的主要功能：将域名解析为主机能识别的IP 地址。

（2）因特网上的域名服务器系统也是按照域名的层次来安排的。

每一个域名服务器都只对域名体系中的一部分进行管辖。

共有四种不同类型的域名服务器。

即本地域名服务器、根域名服务器、顶级域名服务器以及权限域名权服务器。

当一个本地域名服务器不能立即回答某个主机的查询时，该本地域名服务器就以DNS 客户的身份向某一个根域名服务器查询。

若根域名服务器有被查询主机的信息，就发送DNS 回答报文给本地域名服务器，然后本地域名服务器再回答发起查询的主机。

但当根域名服务器没有被查询的主机的信息时，它一定知道某个保存有被查询的主机名字映射的权限域名服务器的IP 地址。

通常根域名服务器用来管辖顶级域。

根域名服务器并不直接对顶级域下面所属的所有的域名进行转换，但它一定能够找到下面的所有二级域名的域名服务器。

每一个主机都必须在权限域名服务器处注册登记。

通常，一个主机的权限域名服务器就是它的主机ISP 的一个域名服务器。

权限域名服务器总是能够将其管辖的主机名转换为该主机的IP 地址。

因特网允许各个单位根据本单位的具体情况将本域名划分为若干个域名服务器管辖区。

一般就在各管辖区中设置相应的权限域名服务器。

6-03 举例说明域名转换的过程。

域名服务器中的高速缓存的作用是什么？答：（1）把不方便记忆的IP 地址转换为方便记忆的域名地址。

（2）作用：高速缓存用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录，能提高DNS查询效率，大大减轻根域名服务器的负荷，使因特网上的DNS查询请求和回答报文的数量大为减少。

精品文档-计算机组成与系统结构(裘雪红)-第6章

第6章中央处理器(CPU)
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图 6.5 计数型节拍脉冲发生器(节拍数≤16)
第6章中央处理器(CPU)
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(2) CPU周期(机器周期)信号的产生。若干个节拍组成一个 CPU周期。CPU周期可以设计为定长与不定长两种。
第6章中央处理器(CPU)
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图 6.6 移位型节拍脉冲发生器(节拍数≤8)
第6章中央处理器(CPU)
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当连续的某些微操作动作不会相互干扰(可并行执行)时，为了节省时间，可将其放在同一节拍中完成，如第2、3个微操作被放在了T2节拍中。也可将第3、4个微操作组合在一起，即
第6章中央处理器(CPU)
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组合一个微操作序列应遵守两个基本规则: (1) 遵守操作发生的顺序。如微操作AR←PC必须在
第6章中央处理器(CPU)
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根据对一条指令相应的微操作序列的时序描述方法的不同，时序产生器有两种设计方法。
一是采用一级时序，即只产生节拍信号，时序产生器可采用图6.5或图6.6的电路实现。此时，一条指令执行的全过程是用一个从取指令到执行指令的完整微操作序列来描述的，
而且对这个微操作序列也是从头至尾分配节拍的。
(1) 产生微命令。 (2) 按节拍产生微命令。
第6章中央处理器(CPU)
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图 6.8 控制器模型
第6章中央处理器(CPU)
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设计者在设计控制器之前需要做以下工作: (1) 定义计算机基本硬件组成和基本指令系统;
(2) 基于定义的硬件结构，针对每条指令，描述CPU完成的微操作;
(3) 确定控制单元应该完成的功能，即何时产生何种微命
PCout＝T1＋T5·JZ(相对寻址)·(ZF=1)＋T4·CALL(间接寻址)＋…(一级时序)

《计算机系统结构》第六章IO系统

Left Symmetric Distribution
• Parity disk = (block number/4) mod 5 • Eliminate the parity disk bottleneck of RAID 4 • Best of large read and large write performance • Can correct any single self-identifying failure • Small logical writes take two physical reads and two physical writes. • Recovering needs reading all nonfailed disks
1. RAID0
– 数据分块，即把数据分布在多个盘上。 – 非冗余阵列、无冗余信息。 – 严格地说，它不属于RAID系列。
A
B
C
D
E
I
F
J
G
K
H
L
M
N
O
etc...
RAID0中的数据映射
逻辑盘物理盘 0 物理盘 1 物理盘 2 物理盘 3
条带0
条带 1 条带 2 条带 3 条带 4 条带 5 条带 6 条带 7 阵列管理
实时性：在I/O设备提出中断、DMA等请求时，CPU 要及时响应，完成必要的I/O操作或控制。例如： Keyboard、Printer、COM、Mouse、定时器等。与设备无关性：通过制定统一的接口标准(物理接口、软件接口)，使得应用程序依据这一接口可以访问或支持各种I/O设备。
I/O系统的层次结构
独立的地址和 1. 总线的设计数据总线
数据总线宽度

计算机系统结构第五版习题答案

计算机系统结构第五版习题答案1.层次结构现代通用的计算机系统是由紧密相关的硬件和软件组成的。

从使用语言的角度，可以将系统看成是按功能划分的多层机器级组成的层次结构，由高到低分别为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级。

2.计算机系统结构也称计算机体系结构，它只是系统结构中的一部分，指的是层次结构中的传统机器级的系统结构。

其界面之上包括操作系统级、汇编语言级、高级语言级和应用语言级中所有软件的功能，该界面之下包括所有硬件和固件的功能。

3.计算机实现指的是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，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。

它着眼于器件技术和微组装技术，其中，器件技术在实现技术中起着主导作用。

4.数据表示指的是能由机器硬件直接识别和引用的数据类型。

5.霍夫曼压缩概念霍夫曼压缩概念的基本思想时，当各种事件发生的概率不均等时，采用优化技术，对发生概率最高的事件用最短的位数来表示，而对出现概率较低的事件允许用较长的位数来表示，就会使表示的平均位数缩短。

6.RISC精简指令系统（RISC），不是简单地把指令系统进行简化，而是通过简化指令的途径使计算机的结构更加简单合理，以减少指令的执行周期数，从而提高运算速度。

7.CISC复杂指令系统（CISC），设计风格力图缩小机器语言与高级语言的语义差距，使源程序长度尽可能的短，以及尽可能少的访问存储器和执行尽可能少的指令，以求获得高性能。

8.非专用总线可以被多种功能或多个部件所分时共享，同一时间只有一对部件可使用总线进行通信。

9.数据宽度I/O设备取得I/O总线后所传送数据的总量.10.中断响应次序是在同时发生多个不同中断类的中断请求时，中断响应硬件中的排队器所决定的响应次序。

11.中断处理次序中断处理完的次序，也即中断处理程序完成中断处理的次序。

第6章多媒体系统结构多媒体技术 ppt 课件

6.2 多媒体计算机硬件简介
数字信号处理器 DSP (Digital Signal Processor，数字信号处理器)是一种用 VLSI实现的通用和专用的数字信号芯片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小等优点。
具有多媒体功能的微处理器计算机微处理器芯片是多媒体计算机的核心，它的性能好坏直接影响到多媒体计算机的整体功能。为加速对多媒体信息的处理速度，Intel公司推出了基于MMX技术的微处理芯片。 MMX技术将面向多媒体数据处理的指令集成到CPU芯片内。
6.3 多媒体I/O设备简介
6.3.1 扫描仪 6.3.2 多媒体投影仪 6.3.3 数字视频展示台 6.3.4 触摸屏 6.3.5 数码相机 6.3.6 数字摄像机 6.3.7 数字摄像头 6.3.8 手写输入设备 6.3.9 显示系统及其工作原理 6.3.10 彩色打印技术
6.3.1 扫描仪
扫描仪是一种计算机输入设备，它可将各种图片、图纸等资料扫描输入到电脑，转换成数字化图像数据保存和使用。
扫描仪的工作原理扫描仪是光机电一体化的产品，主要由光学成像部分、机械传动部分和转换电路部分组成。扫描仪的核心是完成光电转换的电荷耦合器件(CCD)。
6.3.1 扫描仪
第6章多媒体系统结构
6.1 多媒体计算机系统结构 6.2 多媒体计算机硬件简介 6.3 多媒体I/O设备简介 6.4 多媒体存储系统 6.5 多媒体操作系统 6.6 多媒体应用软件
6.1 多媒体计算机系统结构
第四层为多媒体著作工具及软件。它是在多媒体操作系统的支持下，利用图形和图像编辑软件、视频处理软件、音频处理软件等来编辑与制作多媒体节目素材，并在多媒体著作工具软件中集成。

计算机系统结构习题答案(李学干)

计算机系统结构习题解答第一章习题一1.2一台经解释实现的计算机，可以按照功能划分成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级的一条指令需K纳秒时间，那么执行第2、3、4级的一条指令个需要多少时间？解：①分析：计算机按功能分级时，最底层的为第1级。

向上一次是第2 、3、4级。

解释执行是在低级机器级上，用它的一串指令或语句来解释执行高一级上的一条指令的功能。

是逐条解释的。

②解答：执行第2、3、4级的一条指令各需KNns,KN2ns,KN3ns的时间。

1.3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，而不由操作系统自己来实现。

根据你对习题1.2的回答，你认为这样做有哪两个好处？答：可以加快操作系统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用的空间。

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。

1.5硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？试举例说明。

答：硬件和软件在逻辑意义上是等效的。

在物理意义上是不等效的。

①在原理上，用硬件或固件实现的功能完全可以用软件来完成。

用软件实现的功能也可以用硬件或固件来完成。

功能一样。

②只是反映在速度、价格、实现的难易程度上，这两者是不同的。

性能不同。

③例如，浮点运算在80386以前一直是用软件实现的。

到了80486，将浮点运算器集成到了CPU中，可以直接通过浮点运算指令用硬件实现。

但速度却高的多。

1.9下列哪些对系统程序员是透明的？哪些对应用程序员是透明的？系列机各档不同的数据通路宽度；虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；“启动I/O”指令；“执行”指令；指令缓冲器。

答：①对系统程序员和应用程序员均透明的：是全用硬件实现的计算机组成所包含的方面。

有：数据通路宽度、Cache存储器、指令缓冲器。

②仅对应用程序员透明的：是一些软硬件结合实现的功能。

有：虚拟存储器、程序状态字、“启动I/O”指令。

操作系统第五版所有课后复习题中文答案

第1章计算机系统概述1.1 列出并简要地定义计算机的四个主要组成部分。

主存储器，存储数据和程序；算术逻辑单元，能处理二进制数据；控制单元，解读存储器中的指令并且使他们得到执行；输入/输出设备，由控制单元管理。

1.2 定义处理器寄存器的两种主要类别。

用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。

对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。

一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。

控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。

1.3 一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？处理器－寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。

处理器－I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。

数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或逻辑操作。

控制：某些指令可以改变执行顺序。

1.4 什么是中断？中断：其他模块（I/O，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。

1.5 多中断的处理方式是什么？处理多中断有两种方法。

第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。

第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。

1.6 内存层次的各个元素间的特征是什么？存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。

1.7 什么是高速缓冲存储器？高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。

1.8 列出并简要地定义I/O操作的三种技术。

可编程I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令（用以执行这个指令）；在进一步的动作之前，处理器处于繁忙的等待中，直到该操作已经完成。

中断驱动I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令，并继续执行后续指令，直到后者完成，它将被I/O模块中断。

第1章-计算机系统结构(第五版)李学干【可编辑全文】

3.
1) 系列机只能在系统结构相同或相近(允许向后稍许发展) 的机器之间实现汇编语言软件的移植。要求原来在B机器上运行的应用软件，能移植到有不同系统结构的A机器上，根据层次结构概念，可把B机器的机器语言看成是在A机器的机器语言级之上的一个虚拟机器语言，在A机器上用虚拟机概念来实现B机器的指令系统，如图 1 - 6所示。
图 1-6 用模拟方法实现应用软件的移植
如果能直接用微程序去解释B机器的指令，如图1 - 7所示，显然就会加快这一解释过程。
仿真和模拟的主要区别在于解释用的语言。仿真是用微程序解释，其解释程序存在于控制存储器中; 而模拟是用机器语言程序解释，其解释程序存在于主存中。
3) 不同系列间的软件移植一般是仿真和模拟并行。
TCPUICCPI1fc
假设系统共有n种指令，第i种指令的时钟周期数为 CPIi，第i种指令在程序中出现的次数为Ii，则
TCP U i n1 (CP iIIi)1 fc
这样
n
CP Ii1CIC P iIi i n1CP iIIIiC
为了反映程序的运行速度，通常引入如下一些定量指
(1) MIPS(Million Instructions Per Second，百万条指令数每秒)
1 MFLOPS≈3 MIPS
2. 在设计计算机系统时，一般应遵循如下的定量设计原
理：
(1) 哈夫曼(Huffman)压缩原理。 (2) Amdahl定律。性能可改进比fnew是系统性能可改进部分占用的时间与未改进时系统总执行时间的比值，显然，0≤fnew≤1。部件加速比rnew是系统性能可改进部分在改进后性能提高的比值。不难看出，rnew＞1
1.1 计算机系统的层次结构 1.2 计算机系统结构、计算机组成和计算机实现 1.3 计算机系统的软、硬件取舍和性能评测及定量设计原理 1.4 软件、应用、器件的发展对系统结构的影响 1.5 系统结构中的并行性开发及计算机系统的分类 1.6 本章小结

计算机系统结构多媒体教程课件_第六章 RICS结构

4、充分提高流水线的效率
单发射结构（即在一个机器周期内发射一条指令）和多发射结构（即在一个周期内发射多条指令）。属于指令级并行处理的新结构： 1、超级流水线方式 2、超级标量方式 3、超长指令字（VLIW）方式。

5、指令格式的简单化和规整化

RISC结构的指令基本是一字（32位）长度，而且指令中操作码字段、操作数字段都尽可能具有统一的格式。格式的规整也使指令的操作规整，这样有利于流水线的执行，提高译码操作的效率，并使译码控制逻辑简化。
二、 RISC 设计思想的产生
1、20％―80%定律 2、软、硬件设计的折衷 3、VLSI的发展
20％―80%定律
经过大量的研究和分析。发现在CISC指令系统中，各指令的使用频度相差悬殊（如表6－1所示）。大概有20％的指令反复被使用，使用量占整个程序的80％；而有80％左右的指令是很少使用，其使用量占整个程序的20％。这就是所谓的 20％――80％定律。
一、传统的计算机系统结构的设计思想
●传统的计算机系统结构有过几次重大的发展，
基本遵循了冯· 诺依曼结构的原则 ● 60年代IBM S/360 的出现第一次明确说明了计算机系统结构是机器程序设计员为编写程序所看到的一个计算机的抽象结构，而计算机组织是实现这个结构的硬件组成。由此产生了一个重要概念，对于某一个产品系列，其计算机系统结构可以是相同的，系列中每一个档次产品的计算机组织却可以有差别，但各个档次的产品在软件上具有兼容性。

MIPS Instruction Examples
2、引入多级指令Cache

RISC结构仅有存数取数指令才访问主存，通过cache与处理器中的寄存器堆进行寄存器与寄存器之间的高速运算。但采用 cache后就存在如何保证一条送数指令返回的结果与最近的取数指令所给出的相同地址结果的一致性问

计算机组成与系统结构第六章答案

第六章中央处理器2. 简单回答下列问题。

（参考答案略）（1）CPU的基本组成和基本功能各是什么？（2）取指令部件的功能是什么？（3）控制器的功能是什么？（4）为什么对存储器按异步方式进行读写时需要WMFC信号？按同步方式访问存储器时，CPU如何实现存储器读写？（5）单周期处理器的CPI是多少？时钟周期如何确定？为什么单周期处理器的性能差？元件在一个指令周期内能否被重复使用？为什么？（6）多周期处理器的设计思想是什么？每条指令的CPI是否相同？为什么在一个指令周期内某个元件可被重复使用？（7）单周期处理器和多周期处理器的控制逻辑设计的差别是什么？（8）硬布线控制器和微程序控制器的特点各是什么？（9）为什么CISC大多用微程序控制器实现，RISC大多用硬布线控制器实现？（10）水平型微指令和垂直型微指令的基本概念和优缺点是什么？（11）CPU检测内部异常和外部中断的方法有什么不同？3. 在书中图6.9中，假定总线传输延迟和ALU运算时间分别是20ps和200ps，寄存器建立时间为10ps，寄存器保持时间为5ps，寄存器的锁存延迟（Clk-to-Q time）为4ps，控制信号的生成延迟（Clk-to-signal time）为7ps，三态门接通时间为3ps，则从当前时钟到达开始算起，完成以下操作的最短时间是多少？（1）将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器（2）将程序计数器PC加1参考答案：（1）寄存器的锁存延迟与控制信号的生成延迟的时间重叠，且Clk-to-signal time> Clk-to-Q time，所以完成寄存器传送的时间延迟为：7+3+20+10=40ps。

（2）分两个阶段：PC+1→Z ：7+3+20+200+10=240ps；Z→PC：7+3+20+10==40ps寄存器保持时间用来作为时间约束。

4. 图6.30给出了某CPU内部结构的一部分，MAR和MDR直接连到存储器总线（图中省略）。

(完整版)计算机组成原理课后习题答案(第五版_白中英)

计算机组成原理第五版习题答案第一章...............................................................................................................................................1第二章...............................................................................................................................................3第三章.............................................................................................................................................14第四章.............................................................................................................................................19第五章.............................................................................................................................................21第六章.............................................................................................................................................27第七章.............................................................................................................................................31第八章.............................................................................................................................................34第九章 (36)第一章1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。

计算机系统结构第六章练习答案

第六章向量处理机．在大型数组的处理中常常包含向量计算，按照数组中各计算相继的次序，我们可以1把向量处理方法分为哪三种类型？纵横处理方式纵向处理方式,横向处理方式,横向处理方式：向量计算是按行的方式从左至右横向的进行纵向处理方式：向量计算是按列的方式自上而下纵向的进行纵横处理方式：横向处理和纵向处理相结合的方式．解释下列与向量处理有关的术语。

2为了使向量硬件设备和标量设备的利用率相等，一个程序）向量和标量的平衡点：（1中向量代码所占的百分比）用户代码的向量化比值：用户代码可向量化的部分占全部的比重2（将标量运算进行向量化或者将向量运算进行适当的修改3）向量化编译器或量化器：（使之能够进入向量处理进行向量处理的编译器3．简要叙述提高向量处理机性能的常用技术1）链接技术（2）向量循环或分段开采技术（3）向量递归技术（4）稀疏矩阵的处理技术（4．下述的几个需要解决的问题中，那个是向量处理机所最需要关心的？计算机指令的优化技术A.设计满足运算器带宽要求的存储器B.如何提高存储器的利用率，增加存储器系统的容量C.纵横处理方式的划分问题D.速度，1Mflops假设系统在向量模式下面能够达到9Mflops,在标量模式下能够达到5.而代码的90%是向量运算，10%是标量运算，这样花在两种模式上的计算时间相等。

那么向量平衡点是：A.0.1 一个程序中向量代码所占的百分比D.以上都不是6.查看下面三条指令：V3←AV2←V0+V1V4←V2*V3假设向量长度小于64,且前后其他的指令均没有相关性，数据进入和流出每个功能部件，包括访问存储器都需要一拍的时间，假设向量的长度为N。

三条指令全部采用串行的方法，那么执行的时间是：+20 +21+22 +237．下面一组向量操作能分成几个编队？假设每种流水功能部件只有一个。

LV V1,Rx ;取向量MULTSV V2,F0,V1 ;向量和标量相乘Y取向量; ,Ry V3 LVADDV V4,V2,V3 ;加法SV Ry,V4 ;存结果可以划分成四个编队：（1）LV （2）MULTSV LV （3）ADDV （4）SV8.在一台向量处理机上实现A=B×s操作，其中A和 B是长度为200的向量，s是一个标量。

计算机系统结构第1-8章部分作业答案

第一章1.6 某台主频为400MHz 的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：求该计算机的有效CPI 、MIPS 和程序执行时间。

解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776 (或259460) （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS (或2595180MIPS) （3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575μs1.9 假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。

具体数据（1）改进后，各类操作的加速比分别是多少？（2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？（3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少？解：根据Amdahl 定律SeFeFe S n +-=)1(1可得4类操作均改进后，整个程序的加速比：2.16)1(1≈+-=∑∑iii n S F F S1.10 第二章变长编码，哈夫曼编码第三章3.12 有一条指令流水线如下所示：（1）求连续输入10条指令的情况下，该流水线的实际吞吐率和效率。

（2）该流水线的瓶颈在哪一段？请采用两种不同的措施消除此瓶颈。

对于你所给出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？解：（1）本题主要考察对各功能段用时不等的线性流水线的性能计算公式的掌握情况。

2200(ns)2009200)10050(50t n t T maxki i =⨯++++=∆-+∆=∑=)1(1流水 )(ns 2201T nTP 1-==流水45.45%1154400TP ktTP E k1i i≈=⋅=∆⋅=∑= 注意：对于公式不能死记硬背，需要充分理解，注意公式的适用条件。

计算机体系结构1-6章习题答案

1 2 3 4 5 6
8 16 24 32 40 48
1*82
2*82 3*82 4*82 5*82 6*82 7*82
4/8 5/8 6/8
7/8
7
56
2）规格化浮点数表： rm=2时，规格化浮点数共有4*8=32个 rm=8时，规格化浮点数共有7*8=56个，在[0.5，112]中，有数19个（上表中红的数字表示）。
§4通道（CH）
一、CH的基本工作原理 CH执行CH程序的过程 CH的任务二、CH流量计算和时空图绘制 CH的类型 CH流量计算字节多路CH响应处理时空图的绘制 1）计算每个子CH提供一个字节时间（1/f） 2）画出一个完整申请周期时空图 3）计算字节多路CH对每个字节响应的最长用时
第一章参考答案： 1．应用语言级高级语言级汇编语言级操作系统级机器语言级微程序语言级。 2．从上而下从下到上专用机通用机 3．软、硬件交界面计算机系统的性能/价格比 4 ． 1 T FLOPS 的计算能力 1 TBy te 的主存容量 1 TByte／s 的I／O带宽 5．虚拟机实际机器 6．统一高级语言模拟仿真系列机 7．控制流数据流 SISD SIMD MISD MIMD 8．汇编语言程序员 9．任务单一化操作重叠化吞吐匹配化程序多道化
嵌套
中断处理程序一二三响② 嵌套四五
t
返回主程序
例4 解（1）处理顺序为 2-3-1-5-4 （2）中断响应处理时空图中断请求主程序 ①③ ②③④⑤
嵌套
中断处理程序一二三四五
响① 嵌套
t
返回主程序
1 分别利用两级描述符和三级描述符描述下列阵列数