体系结构 习题解答范文
(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。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机：由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不同型号的计算机。
最新计算机系统结构课后习题答案
4.设某机阶值 6 位、尾数 48 位，阶符和数符不在其内， 当尾数分别以 2、8、16 为基时，在非负阶、正尾数、规格
化数情况下，求出其最小阶、最大阶、阶的个数、最小尾
数值、最大尾数值、可表示的最小值和最大值及可表示的
规格化数的总个数。
解 ： 依 题 意 知 ： p=6 m=48 rm=2, 8, 16， m'=m/log2(rm)，列下表：
除根本数据表示不可少外，高级数据表示的引入遵循 以下原那么：
〔1〕看系统的效率有否提高，是否养活了实现时间 和存储空间。
〔2〕看引入这种数据表示后，其通用性和利用率是 否高。
2.标志符数据表示与描述符数据表示有何区别？描述符数 据表示与向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什 么不同？
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答：标志符数据表示与描述符数据表示的差异是标志符与 每个数据相连，合存于同一存储单元，描述单个数据的类 型特性;描述符是与数据分开存放，用于描述向量、数组等 成块数据的特征。
〔2〕相同的组成可有多种不同的实现。如主存器件可 用双极型的，也可用 MOS 型的；可用 VLSI 单片，也可用 多片小规模集成电路组搭。
〔3〕计算机的系统结构不同，会使采用的组成技术不 同，反之组成也会影响结构。如为实现 A:=B+CD:=E*F,
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可采用面向存放器的系统结构，也可采用面向主存的三地 址寻址方式的系统结构。要提高运行速度，可让相加与相 乘并行，为此这两种结构在组成上都要求设置独立的加法 器和乘法器。但对面向存放器的系统结构还要求存放器能 同时被访问，而对面向主存的三地址寻址方式的系统结构 并无此要求，倒是要求能同时形成多个访存操作数地址和 能同时访存。又如微程序控制是组成影响结构的典型。通 过改变控制存储器中的微程序，就可改变系统的机器指令， 改变结构。如果没有组成技术的进步，结构的进展是不可 能的。
软件体系结构 习题答案
软件体系结构习题答案软件体系结构习题答案1. 什么是软件体系结构？软件体系结构是指软件系统的整体结构和组织方式，它描述了软件系统中各个组件之间的关系以及它们的功能和行为。
软件体系结构通常包括多个层次，从整体到细节逐渐展开，以便更好地理解和设计软件系统。
2. 为什么软件体系结构很重要？软件体系结构对于软件系统的开发和维护具有重要意义。
它可以提供一个框架，指导软件开发者进行系统设计和实现。
良好的软件体系结构可以提高软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性，同时降低开发和维护的成本。
3. 软件体系结构有哪些常见的模式？常见的软件体系结构模式包括分层模式、客户端-服务器模式、发布-订阅模式、模型-视图-控制器模式等。
每种模式都有其特定的应用场景和优缺点，开发者可以根据具体需求选择合适的模式。
4. 什么是分层模式？分层模式是一种常见的软件体系结构模式，将软件系统划分为多个层次，每个层次负责不同的功能。
通常包括表示层、业务逻辑层和数据访问层。
这种模式可以提高系统的可维护性和可扩展性，同时降低各个层次之间的耦合度。
5. 客户端-服务器模式是什么？客户端-服务器模式是一种常见的软件体系结构模式，将软件系统划分为客户端和服务器两部分。
客户端负责用户界面和用户交互，而服务器负责处理客户端的请求并提供相应的服务。
这种模式可以实现分布式计算和资源共享，提高系统的可伸缩性和可靠性。
6. 发布-订阅模式是什么？发布-订阅模式是一种常见的软件体系结构模式，用于实现消息传递和事件通知。
发布者将消息发布到一个或多个主题，而订阅者可以选择订阅感兴趣的主题并接收相关的消息。
这种模式可以实现解耦和灵活的通信方式，适用于分布式系统和异步通信。
7. 模型-视图-控制器模式是什么？模型-视图-控制器（MVC）模式是一种常见的软件体系结构模式，用于实现用户界面和业务逻辑的分离。
模型负责处理数据和业务逻辑，视图负责显示用户界面，而控制器负责协调模型和视图之间的交互。
软件体系结构课后习题参考答案
软件体系结构第四章作业题1.请把基于体系结构的软件开发模型与其他软件开发模型进行比较。
答：一、基于体系结构为基础的基于构件组装的软件开发模型，如基于构件的开发模型和基于体系结构的开发模型等。
基于体系结构的开发模型是以软件体系结构为核心，以基于构件的开发方法为基础。
然后采用迭代增量方式进行分析和设计，将功能设计空间映射到结构设计空间，再由结构设计空间映射到系统设计空间的过程。
该开发模型把软件生命周期分为软件定义、需求分析和定义、体系结构设计、软件系统设计和软件实现5个阶段.特点：是利用需求分析结果设计出软件的总体结构，通过基于构件的组装方法来构造软件系统。
优点：基于构件的开发方法使得软件开发不再一切从头开发，开发的过程就是构件组装的过程，维护的过程就是构件升级、替换和扩充的过程。
构件组装模型导致了软件的复用，提高了软件开发的效率。
软件体系结构的出现使得软件的结构框架更清晰，有利于系统的设计、开发和维护。
并且软件复用从代码级的复用提升到构件和体系结构级的复用。
缺点：由于采用自定义的组装结构标准，缺乏通用的组装结构标准，因而引入了较大的风险。
可重用性和软件高效性不易协调，需要精干的有经验的分析和开发人员，一般开发人员插不上手。
客户的满意度低，并且由于过分依赖于构件，所以构件库的质量影响着产品质量。
二、以软件需求完全确定为前提软件开发模型，如瀑布模型等。
特点：软件需求在开发阶段已经被完全确定，将生命周期的各项活动依顺序固定，强调开发的阶段性；优点：开发流程简单。
缺点：是开发后期要改正早期存在的问题需要付出很高的代价，用户需要等待较长时间才能够看到软件产品，增加了风险系数。
并且如果在开发过程存在阻塞问题，则影响开发效率。
三、在开始阶段只能提供基本需求的渐进式开发模型，如螺旋模型和原型实现软件开发模型等。
特点：软件开发开始阶段只有基本的需求，软件开发过程的各个活动是迭代的。
通过迭代过程实现软件的逐步演化，最终得到软件产品。
第3章计算机网络体系结构(习题参考答案)
第3章计算机网络体系结构三、简答题1. 为什么要采用分层的方法解决计算机的通信问题？通过分层的方法，使得计算机网络复杂的通信处理问题转化成为若干相对较小的层次内的局部问题，对其进行的研究和处理变得相对容易。
2. “各层协议之间存在着某种物理连接，因此可以进行直接的通信。
”这句话对吗？不对。
物理连接只存在于最底层的下面。
各层协议之间只存在着称为“对等层通信”的逻辑连接。
3. 请简要叙述服务与协议之间的区别。
通过协议的规定，下一层可以为上一层提供服务，但是对于上一层的服务用户来说下面的协议是透明的。
协议是存在于对等层之间的，是水平的；服务存在于直接相邻的两个层次之间，是垂直的。
4. 请描述一下通信的两台主机之间通过OSI模型进行数据传输的过程。
发送数据的具体过程为：要进行通信的源用户进程首先将要传输的数据送至应用层并由该层的协议根据协议规范进行处理，为用户数据附加上控制信息后形成应用层协议数据单元再送至表示层；表示层根据本层的协议规范对收到的应用层协议数据单元进行处理，给应用层协议数据单元附加上表示层的控制信息后形成表示层的协议数据单元再将它传送至下一层。
数据按这种方式逐层向下传送直至物理层，最后由物理层实现比特流形式的传送。
当比特流沿着传输介质经过各种传输设备后最终到达了目标系统。
此后，接收数据的具体过程为：按照发送数据的逆过程，比特流从物理层开始逐层向上传送，在每一层都按照该层的协议规范以及数据单元的控制信息完成规定的操作，而后再将本层的控制信息剥离，并将数据部分向上一层传送，依此类推直至最终的、通信的目的用户进程。
5. 请简述虚电路服务的特点。
虚电路服务要求发送分组之前必须建立连接，即虚电路。
之后所有的分组都沿着虚电路依次进行传送。
在所有分组传送完毕后要释放连接。
它可以提供顺序、可靠的分组传输，适用于长报文的通信，一般应用于稳定的专用网络。
6. 请简述无连接服务的特点。
无连接服务无需事先建立连接。
计算机体系结构课后答案
计算机体系结构课后答案【篇一：计算机体系结构习题(含答案)】1、尾数用补码、小数表示，阶码用移码、整数表示，尾数字长p=6（不包括符号位），阶码字长q=6（不包括符号位），为数基值rm=16，阶码基值re=2。
对于规格化浮点数，用十进制表达式写出如下数据（对于前11项，还要写出16进值编码）。
（1）最大尾数（8）最小正数（2）最小正尾数（9）最大负数（3）最小尾数（10）最小负数（4）最大负尾数（11）浮点零（5）最大阶码（12）表数精度（6）最小阶码（13）表数效率（7）最大正数（14）能表示的规格化浮点数个数2．一台计算机系统要求浮点数的精度不低于10-7.2，表数范围正数不小于1038，且正、负数对称。
尾数用原码、纯小数表示，阶码用移码、整数表示。
(1) 设计这种浮点数的格式(2) 计算（1）所设计浮点数格式实际上能够表示的最大正数、最大负数、表数精度和表数效率。
3．某处理机要求浮点数在正数区的积累误差不大于2-p-1 ，其中，p是浮点数的尾数长度。
(1) 选择合适的舍入方法。
(2) 确定警戒位位数。
(3) 计算在正数区的误差范围。
4．假设有a和b两种不同类型的处理机，a处理机中的数据不带标志符，其指令字长和数据字长均为32位。
b处理机的数据带有标志符，每个数据的字长增加至36位，其中有4位是标志符，它的指令数由最多256条减少到不到64条。
如果每执行一条指令平均要访问两个操作数，每个存放在存储器中的操作数平均要被访问8次。
对于一个由1000条指令组成的程序，分别计算这个程序在a处理机和b处理机中所占用的存储空间大小（包括指令和数据），从中得到什么启发？5．一台模型机共有7条指令，各指令的使用频率分别为35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。
(1) 要求操作码的平均长度最短，请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。
6．某处理机的指令字长为16位，有双地址指令、单地址指令和零地址指令3类，并假设每个地址字段的长度均为6位。
计算机体系结构习题答案
一、（5分）计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么？请简要说明它们的含义。
答：（1）以经常性事件为重点。
在计算机系统的设计中，对经常发生的情况，赋予它优先的处理权和资源使用权，以得到更多的总体上的改进。
（2）Amdahl 定律。
加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。
（3）CPU 性能公式。
执行一个程序所需的CPU 时间 = IC ×CPI ×T 。
（4）程序的局部性原理。
程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。
二、（15分）假设某应用程序中有4类操作，通过改进各类操作的功能部件，可（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？ 答：根据Amdahl 定律aff S n +-=)1(1，其中f 是可改进部分在总运行时间中所占比例，a 是可改进部分的加速比，可得4类操作均改进后，整个程序的加速比：11.77(1)n ii iS FF S =≈-+∑∑三、（5分）请简述指令之间数据冲突的类型。
答：指令之间的数据冲突有3种类型：真相关、反相关、输出相关。
真相关（数据依赖，有时候也称为数据相关）：考虑两条指令i 和j ，i 在j 的前面，指令k 在指令i 和指令j 之间。
如果下述条件之一成立，则称指令j 与指令i 真相关：（1）指令j 使用指令i 产生的结果（写后读）；（2）指令j 与指令k 真相关，而指令k 又与指令i 真相关。
（真相关的传递性） 反相关：考虑两条指令i 和j ，i 在j 的前面，如果指令j 所写的名与指令i 所读的寄存器名或存储地址相同，则称指令i 和j 发生了反相关。
（读后写）输出相关：考虑两条指令i 和j ，i 在j 的前面，如果指令j 和指令i 所写的寄存器名或存储地址相同，则称指令i 和j 发生了输出相关。
（写后写） 其中反相关和输出相关又合称名相关。
软件设计与体系结构课后练习部分答案
软件设计与体系结构课后练习部分答案第一篇：软件设计与体系结构课后练习部分答案第一章作业6、简要叙述软件设计在软件工程中所处的位置和重要性。
答：所处的位置：软件需求分析◊需求规格说明◊软件设计◊设计文档◊软件编码。
重要性：（1）是对软件需求的直接体现；（2）为软件实现提供直接依据；（3）将综合考虑软件系统的各种约束条件并给出相应方案；（4）软件设计的质量将决定最终软件系统的质量；（5）及早发现软件设计中存在的错误将极大减少软件修复和维护所需的成本。
7、软件设计应该包含哪些要素？答：软件设计应该包含：目标描述、设计约束、产品描述、设计原理、开发规划、使用描述。
8、软件体系结构与软件设计有何关系？软件体系结构的出现有何必然性和重要意义？答：软件体系结构与软件设计的关系：软件体系结构设计作为软件设计过程中的活动之一，能在较为抽象的级别上描述整个软件系统的结构，成为大规模、复杂软件系统设计中必不可少的步骤。
软件体系结构的意义：软件体系结构将构件以及构件之间的连接作为软件体系结构的基本组成部分。
软件体系结构使软件复用从代码复用发展到设计复用和过程复用，为不同的人提供了共同的语言，体现了系统早期的设计决策，并作为系统设计的抽象，为实现框架和构件的共享与复用，基于体系结构的软件开发提供了有力的支持。
第二章作业1、简述UML的特点和用途。
答：UML的发起者在最初制定UML时，充分考虑了各种需求、方法和语言的特点使UML在表达能力、对新技术的包容能力和扩张性等方面具有显著的优势：（1）为使用者提供了统一的、表达能力强大的可视化建模语言，以描述应用问题的需求模型、设计模型和实现模型。
（2）提供对核心概念的扩展机制，用户可加入核心概念中没有的概念和符号，可为特定应用领域提出具体的概念、符号表示和约束。
（3）独立于实现语言和方法学，但支持所有的方法学，覆盖了面向对象分析和设计的相关概念和方法学。
（4）独立于任何开发过程，但支持软件开发全过程。
计算机系统结构第1章部分习题参考答案
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。
计算机系统结构课后习题答案.docx
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。
CPl:每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机：冯诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。
系列机：由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不同型号的计算机。
体系结构习题答案
体系结构习题答案1. 什么是计算机体系结构？计算机体系结构是指计算机系统中硬件和软件组件的设计和组织方式，包括指令集、数据路径、控制单元、存储器层次结构等。
2. 冯·诺依曼体系结构的主要特点是什么？冯·诺依曼体系结构的主要特点是：- 程序存储：指令和数据都存储在同一个读写内存中。
- 顺序执行：计算机按照程序存储的顺序执行指令。
- 单处理单元：只有一个中央处理单元（CPU）来执行指令。
3. 什么是流水线技术？流水线技术是一种提高计算机性能的方法，通过将指令执行过程划分为多个阶段，允许多个指令在不同的阶段同时进行，从而实现指令的并行处理。
4. 存储器层次结构的目的是什么？存储器层次结构的目的是为了平衡存储速度和成本，提供从快速但昂贵的缓存到较慢但便宜的主存和辅助存储的连续存储解决方案。
5. 什么是指令级并行性（ILP）？指令级并行性是指在单个指令执行过程中，通过并行执行多个操作来提高性能。
这通常通过流水线、超标量架构或动态调度实现。
6. 什么是数据级并行性（DLP）？数据级并行性是指在执行指令时，对数据进行并行处理，例如使用向量处理器或图形处理器（GPU）来同时处理多个数据元素。
7. 什么是线程级并行性（TLP）？线程级并行性是指通过同时执行多个线程来提高性能，这些线程可以是操作系统级别的线程或用户级别的线程。
8. 什么是多核处理器？多核处理器是一种包含两个或更多独立处理核心的CPU，每个核心可以独立执行指令，从而提高计算能力。
9. 什么是虚拟化技术？虚拟化技术允许多个操作系统和应用程序在同一硬件上运行，通过软件模拟硬件环境，实现资源的高效利用和隔离。
10. 什么是可靠性和可用性？可靠性是指系统在规定条件下和规定时间内执行所需功能的能力。
可用性是指系统在需要时能够提供服务的能力。
请注意，这些习题答案仅提供了一些基本的概念和定义。
在实际的学习和应用中，每个主题都可能需要更深入的探讨和理解。
计算机体系结构第四章练习题参考解答
计算机体系结构第四章练习题参考解答第四章4.52 浮点数系统使⽤的阶码基值r e =2，阶值位数q=2，尾数基值r m =10，尾数位数p ′=1，即按照使⽤的⼆进制位数来说，等价于p=4。
计算在⾮负阶、正尾数、规格化情况下的最⼩尾数值、最⼤尾数值、最⼤阶值、可表⽰的最⼩值和最⼤值及可表⽰数的个数。
解: 最⼩尾数值：r m -1 = 10-1 = 0.1最⼤尾数值：1- r m -p ′ =1-10-1 = 0.9 最⼤阶值：2q -1=3可表⽰数的最⼩值：1×r m -1 = 10-1 = 0.1 可表⽰数的最⼤值：r m 2q-1×（1- r m -p ′）=103（1-10-1）= 900可表⽰数的个数：2q ×r m p ′（r m -1）/r m = 22×101（10-1）/10 = 364.53 ⼀台机器要求浮点数的字长的精度不低于10-7.2，表数的范围正数不⼩于1038，且正负对称。
尾数⽤原码、纯⼩数表⽰，阶码⽤移码、整数表⽰。
设计这种浮点数的格式。
解依题意，取表数范围N =1038，表数精度δ=10-7.2。
由式（4-4）得：37log(log10log 21)log 2q +> = 6.99，上取整，得到阶码字长q=7。
由式（4-5）得：16log1053.2log 2p -->=，上取整，得到尾数字长p=24。
从⽽加上⼀个尾数符号位和⼀个阶码符号位，浮点数的总字长为：p+q+2=24+7+2=33。
实际浮点数总字长应为8的倍数，故取浮点数总字长为40位。
多出的7位可以加到尾数字长p 中⽤于提⾼浮点数的表数精度，也可以加到阶码字长q 中来扩⼤浮点数的表数范围。
暂且让p 增加6位，q 增加1位，即p=30，q=8。
如图4-8所⽰是设计出来的浮点数格式。
图4-8 例4.2浮点数的设计格式4.58 ⽤于⽂字处理的某专⽤机，每个⽂字符⽤4位⼗进制数字（0～9）编码表⽰，空格⽤︼表⽰。
计算机系统结构习题答案
计算机系统结构习题答案计算机系统结构是计算机科学与技术领域中的一个重要分支，它涉及到计算机硬件的设计和实现，以及与软件的交互。
以下是一些常见的计算机系统结构习题及其答案。
1. 指令集架构（ISA）是什么？答案：指令集架构（ISA）是计算机体系结构中定义计算机硬件能执行的指令类型和操作方式的规范。
它包括指令的格式、操作数类型、寻址模式、寄存器组织等。
2. 流水线技术是如何提高计算机处理速度的？答案：流水线技术通过将指令执行过程分解为多个阶段，使得多个指令可以同时在不同的阶段执行，从而减少了每条指令的执行时间，提高了计算机的处理速度。
3. 什么是缓存一致性问题？答案：缓存一致性问题是指在多处理器系统中，每个处理器可能有自己的缓存，当多个处理器访问同一数据时，如果缓存数据不一致，就会产生一致性问题。
解决这个问题通常需要使用缓存一致性协议。
4. 虚拟内存是如何工作的？答案：虚拟内存是一种内存管理技术，它允许计算机使用磁盘空间作为内存的一部分。
操作系统将物理内存和磁盘空间映射，使得应用程序可以访问比物理内存更大的地址空间。
当物理内存不足时，操作系统会将不常用的数据从内存转移到磁盘，释放内存给其他程序使用。
5. 解释冯·诺伊曼结构和哈佛结构的区别。
答案：冯·诺伊曼结构是一种计算机组织方式，其中程序指令和数据使用相同的总线和存储器。
哈佛结构则将指令存储器和数据存储器分开，允许同时访问指令和数据，提高了执行效率。
6. 什么是超标量处理器？答案：超标量处理器是一种设计，允许同时执行多条指令。
这种处理器通常具有多个执行单元，可以同时处理多条指令的不同部分，从而提高性能。
7. RISC和CISC的区别是什么？答案：RISC（精简指令集计算机）使用简单、统一的指令集，每条指令执行时间短，适合流水线处理。
CISC（复杂指令集计算机）则包含更多的指令，每条指令可以执行更复杂的操作，但执行时间较长，流水线效率较低。
体系结构作业解题参考Word版
体系结构作业解题参考第1章习题6．某处理机时钟频率为f =30MHz ，处理速度为20MIPS ，用它来执行一个已知混合程序。
假定每次存储器访问延迟时间为1个时钟周期。
问： ⑴ 此处理机的有效CPI 是多少？⑵ 假定新处理机的时钟频率f 提高到60MHz ，但存储子系统速率不变。
这样，每次存储器访问需2个时钟周期。
如果30%的指令每条只需要1次访存，而另外5%指令每条需2次访存，且假定已知混合程序的指令数不变，并与原处理机兼容，请定量分析改进后的新处理机性能。
解：⑴ 由610⨯=CPI fMIPS 得5.11020103010666=⨯⨯=⨯=MIPS f CPI ⑵ 设已知混合程序的总指令执行数为IC ，则改进前程序执行所需的总时钟周期数NC O 为IC IC CPI NC o 5.1=⨯=而改进后的混合程序的指令数不变，且每次访存需增加1个时钟周期，故改进后程序执行所需的总时钟周期数NC n 为ICIC IC IC IC NC NC o n 9.14.05.1205.013.0=+=⨯+⨯+= 所以，改进后，处理机的有效CPI 为9.19.1===ICICIC NC CPI n n 故改进后的处理机速度为58.31109.1106010666≈⨯⨯=⨯=n n n CPI f MIPS第2章习题6．一条线性流水线有4个流水段，每个流水段的延迟时间都为△t 。
开始5个 △t ，每间隔一个△t 向流水线输入一个任务，然后停顿2个△t ，如此重复。
⑴ 画出流水线的时空图。
⑵ 求流水线的实际吞吐率、加速比和效率。
解：⑴ 时空图如下：⑵ 设流入流水线的任务总数为n ，若以5个任务为一组，则共可分为⎥⎥⎤⎢⎢⎡5n 组。
由于两组任务之间间隔2个时钟周期，所以完成n 个任务的总时间为()tn n tn t n T k ∆⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎥⎥⎤⎢⎢⎡++=∆⨯⎪⎭⎫⎝⎛-⎥⎥⎤⎢⎢⎡+∆-+=25121514所以有t n n nT n P k ∆⎪⎭⎫⎝⎛⨯⎥⎥⎤⎢⎢⎡++=251＝吞吐率 ， 25125242512154⨯⎥⎥⎤⎢⎢⎡++⨯⎥⎥⎤⎢⎢⎡+-=∆⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎥⎥⎤⎢⎢⎡++∆⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎥⎥⎤⎢⎢⎡+∆=n n n n t n n t n t n S 加速比 ， 25125144⨯⎥⎥⎤⎢⎢⎡++=∆⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎥⎥⎤⎢⎢⎡++∆=n n nt n n t n E 效率 。
完整版计算机体系结构课后习题原版答案-张晨曦著【范本模板】
第1章计算机系统结构的基本概念 (1)第2章指令集结构的分类 (6)第3章流水线技术 (8)第4章指令级并行 (21)第5章存储层次 (31)第6章输入输出系统 (38)第7章互连网络 (41)第8章多处理机 (45)第9章机群 (45)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。
测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能.存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。
体系结构试题及答案
一．名词解释2:1Cache经验规则:大小为N得直接印象Cache得失效率约等于大小为N/2得两路组相联Cache得失效率。
通道处理机:通道得专用处理机,来专门负责整个计算机体系得输入/输出工作。
通道处理机只能执行有限得一组输入/输出指令。
透明性:在计算机技术中,把这种本来存在得事物或属性,但从某种角度瞧又好像不存在得概念称为透明性。
向量处理机:设置了向量数据表示与相应得向量指令得流水线处理机称为向量处理机。
虚拟Cache:直接用虚拟地址进行访问得Cache计算机系统结构:传统机器程序员所瞧到得计算机属性,即概念性结构与功能特性。
系列机:由同一厂家生产得具有相同系统结构、但具有不同组成与实现得一系列不同型号得计算机。
同构型多处理机系统:由多个同类型或至少担负同等功能得处理机组成,它们同时处理同一作业中能并行执行得多个任务。
堆栈型机器:CPU 中存储操作数得单元就是堆栈得机器。
累加器型机器:CPU 中存储操作数得单元就是累加器得机器。
通用寄存器型机器:CPU 中存储操作数得单元就是通用寄存器得机器。
数据相关:考虑两条指令i与j,i在j得前面,如果下述条件之一成立,则称指令j与指令i数据相关:(1)指令j使用指令i产生得结果;(2)指令j与指令k数据相关,而指令k又与指令i数据相关。
定向:用来解决写后读冲突得。
在发生写后读相关得情况下,在计算结果尚未出来之前,后面等待使用该结果得指令并不见得就是马上就要用该结果。
如果能够将该计算结果从其产生得地方直接送到其它指令需要它得地方,那么就可以避免停顿。
指令级并行:简称ILP。
就是指指令之间存在得一种并行性,利用它,计算机可以并行执行两条或两条以上得指令。
指令得动态调度:就是指在保持数据流与异常行为得情况下,通过硬件对指令执行顺序进行重新安排,以提高流水线得利用率且减少停顿现象。
就是由硬件在程序实际运行时实施得。
指令得静态调度:就是指依靠编译器对代码进行静态调度,以减少相关与冲突。
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第一章计算机体系结构的基本概念1.层次结构——计算机系统可以按语言的功能划分为多级层次结构，每一层以不同的语言为2.计算机体系结构：程序员看到的计算机的属性，即概念性结构和功能特性。
3.实质是计算机系统中软硬件界面的确定。
4.翻译——（基于层次结构）先把N+1级程序全部变换成N级程序之后，再去执行N级程序，在执行过程中，N+1级程序不再被访问。
5.解释——每当一条N+1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一条N+1级指令，依此重复执行。
6.体系结构——程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
主要研究计算机系统软件和硬件的功能分配以及如何最佳、最合理地实现分配给硬件的功能。
8.透明性——在计算机技术中，对本来存在的事物或属性，从某一角度来看又好像不存在的概念称为透明性。
9.系列机——在一个厂家生产的具有相同的体系结构，但具有不同的组成和实现的一系列不同型号的机器。
10.软件兼容——同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行的时间不同。
11.兼容机——不同厂家生产的、具有相同体系结构的计算机。
12.计算机组成——计算机体系结构的逻辑实现。
13.计算机实现——计算机组成的物理实现。
14.存储程序计算机（冯·诺依曼结构）——采用存储程序原理，将程序和数据存放在同一存储器中。
指令在存储器中按其执行顺序存储，由指令计数器指明每条指令所在的单元地址。
15.并行性——在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。
16.时间重叠——在并行性中引入时间因素，即多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。
17.资源重复——在并行性中引入时间因素，是根据“以数量取胜”的原则，通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。
18.资源共享——是一种软件方法，它使多个任务按一定的时间顺序轮流使用同一套硬件设备。
19.同构型多处理机——由多个同种类型、至少同等功能的处理机组成、同时处理同一作业中能并行执行的多个任务的机器。
20.异构型多处理机——由多个不同类型、功能不同的处理机组成、串行完成同一作业中不同任务的机器。
21.响应时间——从事件开始到结束之间的时间，也称执行时间。
22.测试程序组件——选择一个各个方面有代表性的测试程序，组成一个通用的测试程序集合。
这个通用的测试程序集合称为测试程序组件。
23.大概率事件优先——此原则是计算机体系结构中最重要和最常用的原则。
对于大概率事件（最常见的事件），赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。
24.系统加速比——系统改进前与改进后总执行时间之比。
25.Amdahl定律——加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中的所占的重要性。
26.程序的局部性原理——程序在执行时所访问的地址不是随机的，而是相对簇聚；这种簇聚包括指令和数据两部分。
27.CPI——指令时钟数（Cycles per Instruction）。
第二章计算机指令集结构设计1.CISC——复杂指令集计算机。
2.RISC——精简指令集计算机。
3.Amdahl定律——加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。
4.程序的局部性原理：程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚；这种簇聚包括指令和数据两部分。
i.程序局部性包括：ii.–程序的时间局部性：程序即将用到的信息很可能就是目前正在使用的信息。
iii.–程序的空间局部性：程序即将用到的信息很可能与目前正在使用的信息在空间上相邻或者临近5. 5 . 指令系统：又称指令集（instruction set）是计算机体系结构设计的核心，是计算机软、硬件接口,是指机器所具有的全部指令的集合。
它反映了计算机所拥有的基本功能。
它是机器语言程序员所看到的机器的主要属性之一。
哈夫曼压缩的基本思想：当各种事件发生的概率不均时，采用优化技术对发生概率最高的事件用最短的位数（时间）来表示（处理），而对出现概率较低的，用较长的位数（时间）来表示（处理），就会导致表示（处理）的平均位数（时间）的缩短。
14.2.2 堆栈型机器、累加器型机器和通用寄存器型机器各有什么优缺点？2.3 常见的三种通用寄存器型机器的优缺点各有哪些？2.4 指令集结构设计所涉及的内容有哪些？(2)指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向；(3)寻址方式的设计：设置寻址方式可以通过对基准程序进行测试统计，察看各种寻址方式的使用频度，根据适用频度设置相应必要的寻址方式；(4)操作数表示和操作数类型：主要的操作数类型和操作数表示的选择有，浮点数据类型（可以采用IEEE 754标准）、整型数据类型（8位、16位、32位的表示方法）、字符型（8位）、十进制数据类型（压缩十进制和非压缩十进制数据表示）等等。
(5)寻址方式的表示：可以将寻址方式编码与操作码中，也可将寻址方式作为一个单独的域来表示。
(6)指令集格式的设计：有固定长度编码方式、可变长编码方式和混合编码方式三种选择。
2.5 简述CISC计算机结构指令集功能设计的主要目标。
从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？CISC结构追求的目标是强化指令功能，减少程序的指令条数，以达到提高性能的目的。
从目前的计算机技术观点来看，CISC结构存在以下几个缺点：(1)在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。
(2)CISC结构的指令系统的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。
(3)CISC结构的指令系统的复杂性给VLSI设计带来了很大负担，不利于单片集成。
(4)CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。
(5)在结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机体系结构技术（如流水技术）来提高系统的性能。
2.6 简述RISC结构的设计原则。
(1)选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令；(2)每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成；(3)所有指令长度均相同；(4)只有Load和Store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行(5)以简单有效的方式支持高级语言。
2.7 简述操作数的类型及其相应的表示方法。
操作数的类型主要有：整数（定点）、浮点、十进制、字符、字符串、向量、堆栈等。
操作数类型有两种表示方法：（1）操作数的类型由操作码的编码指定，这也是最常见的一种方法；（2）数据可以附上由硬件解释的标记，由这些标记指定操作数的类型，从而选择适当的运算。
2.8 表示寻址方式的主要方法有哪些？简述这些方法的优缺点。
表示寻址方式有两种常用的方法：（1）将寻址方式编于操作码中，（2）由操作码在描述指（3）令的同（4）时也描述了相应的寻址方式。
这种方式译码快，但操作码和寻址方式的结合不仅增加了指令的条数，导致了指令的多样性，而且增加了CPU对指令译码的难度。
（2）为每个操作数设置一个地址描述符，（6）由该地址描述符表示相应操作数的寻址方式。
这种方式译码较慢，但操作码和寻址独立，易于指令扩展。
2.9 通常有哪几种指令格式？简述其适用范围。
(1)变长编码格式。
如果体系结构设计者感兴趣的是程序的目标代码大小，而不是性能，就可以采用变长编码格式。
(2)固定长度编码格式。
如果感兴趣的是性能，而不是程序的目标代码大小，则可以选择固定长度编码格式。
(3)混合型编码格式。
需要兼顾降低目标代码长度和降低译码复杂度时，可以采用混合型编码格式。
2.10为了对编译器设计提供支持，在进行指令集设计时，应考虑哪些问题？(1) 规整性。
(2) 提供基本指令，而非解决方案。
(3) “简化方案的折中取舍标准”。
(4 “对于在编译时已经知道的量，提供将其变为常数的指令”。
第三章流水线技术1.流水线——将一个重复的时序过程，分解为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。
2.流水线按功能多少分为静态流水线和动态流水线；按流水线的级别分为部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线；按数据表示分为标量处理机和向量处理机；按是否有反馈回路分为线性流水线和非线性流水线；按流动是否可以乱序分为顺序流动流水线和异步流动流水线。
3.单功能流水线——只能完成一种固定功能的流水线。
4.多功能流水线——流水线的各段可以进行不同的连接，从而使流水线在不同的时间，或者在同一时间完成不同的功能。
5.静态流水线——同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。
6.动态流水线——同一时间内，流水线的各段可以按不同功能的连接方式工作。
7.部件级流水线——（运算操作流水线）把处理机的算术逻辑部件分段，以便为各种数据类型进行流水操作。
8.处理机级流水线——（指令流水线）把解释指令的过程按照流水方式处理。
9.处理机间流水线——（宏流水线）由两个以上的处理机串行地对同一数据流进行处理，每一个处理机完成一项任务。
10.线性流水线——指流水线的各段串行连接，没有反馈回路。
11.非线性流水线——指流水线中除有串行连接的通路外，还有反馈回路。
12.标量流水处理机——处理机不具有向量数据表示，仅对标量数据进行流水处理。
13.向量流水处理机——处理机具有向量数据表示，并通过向量指令对向量的各元素进行处理。
14.结构相关——某些指令组合在流水线中重叠执行时，发生资源冲突，则称该流水线有结构相关。
15.数据相关——当指令在流水线中重叠执行时，流水线有可能改变指令读/写操作的顺序，使得读/写操作顺序不同于它们非流水实现时的顺序，将导致数据相关。
16.定向——将计算结果从其产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，或所有需要它的功能单元，避免暂停。
17.RAW——两条指令i，j，i在j前进入流水线，j执行要用到i的结果，但当其在流水线中重叠执行时，j可能在i写入其结果之前就先行对保存该结果的寄存器进行读操作，得到错误值。
18.WAW——两条指令i，j，i在j前进入流水线，j、i的操作数一样，在流水线中重叠执行时，j可能在i写入其结果之前就先行对保存该结果的寄存器进行写操作，导致写错误。
19.WAR——两条指令i，j，i在j前进入流水线，j可能在i读某个寄存器之前对该寄存器进行写操作，导致i读出数据错误。
20.在一个时钟周期内能够分时发射多条指令的处理机称为超流水线处理机。
21.在一个时钟周期内能够同时发射多条指令的处理机称为超标量处理机。
22.在一个时钟周期内分时发射指令m次，每次发射指令n条的处理机称为超标量超流水处理机。