计算机系统结构第五章课后习题答案——武汉大学出版社
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。
计算机组成原理第五章答案
计算机组成原理第五章答案1. 概述本文档为计算机组成原理第五章的答案总结，主要涵盖了第五章的核心概念和问题解答。
本章主要讨论了计算机的存储器层次结构和存储管理的相关内容。
2. 存储器层次结构存储器层次结构指的是一系列不同速度、容量和成本的存储设备，按照存储访问时间的大小排列成一种层次结构。
通常由以下几个层次组成：1.高速缓存（Cache）：位于CPU内部，容量较小但速度非常快，用来暂时存放从内存中读取的指令和数据。
2.主存储器（Main Memory）：位于CPU外部，容量较大但速度相对较慢，用来存放程序运行时需要的指令和数据。
3.辅助存储器（Auxiliary Storage）：位于计算机外部，包括硬盘、磁带等设备，容量较大但速度较慢，用来长期存储大量的数据和程序。
4.寄存器（Register）：位于CPU内部，容量非常小但速度非常快，用来存储CPU正在执行的指令和数据。
存储器层次结构的设计原则是利用成本较低的存储器来提供更大的容量，同时保证需要最频繁访问的数据能够在速度最快的存储器中找到。
3. 存储管理存储管理是指对计算机中的存储器进行组织和管理的过程，主要包括内存分配、地址映射和存储保护等方面。
3.1 内存分配内存分配是指将程序运行所需的内存空间分配给程序的过程。
常用的内存分配方式包括静态分配和动态分配。
•静态分配：在程序编译或装载时确定程序所需的内存空间大小，并为其分配相应的内存空间。
静态分配的优点是效率高，但缺点是浪费内存资源，不能适应较大程序的需求。
•动态分配：在程序运行时根据需要动态的分配和释放内存空间。
常见的动态分配方式有堆和栈两种方式。
堆分配是通过一些内存管理函数来进行的，栈分配则是通过操作系统提供的栈实现的。
动态分配的优点是灵活性高，适应性强，但容易产生内存泄漏等问题。
3.2 地址映射地址映射是指将程序中的逻辑地址（虚拟地址）转换成物理地址的过程。
常见的地址映射方式有两级映射和页式映射。
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。
计算机系统结构课后习题答案
计算机系统结构课后习题答案文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第1章计算机系统结构的基本概念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。
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。
计算机系统结构课后习题答案(老师划过重点得)
…第1章计算机系统结构的基本概念解释下列术语层次结构：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。
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。
计算机组成原理第五章部分课后题答案
计算机组成原理第五章部分课后题答案常用的I/O编址方式有两种：I/O与内存统一编址和I/O独立编址·I/O与内存统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式，I/O设备与主存占用同一个地址空间，CPU可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。
·I/O独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。
I/O设备与主机交换信息时，共有哪几种控制方式？简述它们的特点。
·程序直接控制方式：也称查询方式，采用该方式，数据在CPU和外设间的传送完全靠计算机程序控制，CPU的操作和外围设备操作同步，硬件结构简单，但由于外部设备动作慢，浪费CPU时间多，系统效率低。
·程序中断方式：外设备准备就绪后中断方式猪肚通知CPU，在CPU相应I/O设备的中断请求后，在暂停现行程序的执行，转为I/O 设备服务可明显提高CPU的利用率，在一定程度上实现了主机和I/O设备的并行工作，但硬件结构负载，服务开销时间大·DMA方式与中断方式一样，实现了主机和I/O设备的并行工作，由于DMA 方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送，传送期间不需要CPU程序干预，CPU可继续执行原来的程序，因此CPU利用率和系统效率比中断方式更高，但DMA方式的硬件结构更为复杂。
比较程序查询方式、程序中断方式和DMA方式对CPU工作效率的影响。
·程序查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况下。
无条件传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情况下。
·中断方式：主要用于CPU的任务比较忙的情况下，尤其适合实时控制和紧急事件的处理· DMA方式（直接存储器存取方式）：主要用于高速外设进行大批量数据传送的场合。
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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。
计算机体系结构第五章练习题参考解答
计算机体系结构第五章练习题参考解答第五章5.34 在⼀个采⽤组相联映象⽅式的Cache 存储系统中，主存由B 0～B 7共8块组成，Cache 有2组，每组2块，每块⼤⼩为16B 。
在⼀个程序执⾏过程中，访存的主存块地址流为：B 6，B 2，B 4，B 1，B 4，B 6，B 3，B 0，B 4，B 5，B 7，B 3。
(1)写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。
(2)写出Cache 地址的格式，并标出各字段的长度。
(3)指出主存与Cache 之间各个块的映象关系。
(4)若Cache 的4个块号为C 0、C 1、C 2和C 3，列出程序执⾏过程中的Cache 块地址流。
(5)若采⽤FIFO 替换算法，计算Cache 的块命中率。
(6)若采⽤LRU 替换算法，计算Cache 的块命中率。
(7)若改为全相联映象⽅式，再做(5)和(6)。
(8)若在程序执⾏过程中，每从主存装⼊⼀块到Cache ，平均要对这个块访问16次，计算在这种情况下的Cache 命中率。
解：（1）（2）采⽤组相联映象时，主存和Cache 地址的格式分别为：主存按Cache 的⼤⼩分区，现主存有8个块，Cache 有2×2=4个块，则主存分为8/4=2个区，区号E 的长度为1位。
⼜每区有2个组，则组号G 、g 的长度都为1位。
⽽每组有2个块，则块号B 、b 的长度⼜都为1位。
每块⼤⼩为16个存储字，故块内地址W 、w 的长度都为4位。
（3）根据组相联映象的规则，主存块0～7与Cache 块0～3之间的映象关系为：主存块0、1、4、5与Cache 块0、1之间全相联，主存块2、3、6、7与Cache 块2、3之间全相联。
（4）根据组相联映象的规则，该主存块地址流相应的⼀种Cache 块地址流如下表所⽰（组内替换算法为FIFO ）。
时间： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12主存块地址流： B 6 B 2 B 4 B 1 B 4 B 6 B 3 B 0 B 4 B 5 B 7 B 3 Cache 块地址流： C 2 C 3 C 0 C 1 C 0 C 2 C 2 C 0 C 0 C 0 C 3 C 2（5）组内替换算法采⽤FIFO 时，Cache 块0～3的使⽤过程如下表所⽰。
计算机系统结构第5章部分习题参考答案
第5章部分习题参考答案5.1 解释下列术语⏹一次重叠－执行第K条指令与分析第K＋1条指令在时间上重叠。
这是最简单的重叠方式。
⏹单功能流水线－只能完成一种运行或处理功能的流水线。
⏹多功能流水线－在同一时间或在不同时间能够完成两个或两个以上功能的流水线。
可分为静态和动态流水线。
⏹静态流水线－在同一时间内流水线只能以一种方式工作。
可以是单功能，也可以是多功能。
⏹动态流水线－在同一时间内流水线可以连接成不同的功能子集，以完成不同的运算或处理功能。
⏹非线性流水线－在流水线的各功能部件之间存在着反馈（或前馈）回路的流水线。
⏹全局性相关－进入流水线的转移指令（特别是条件转移指令）与后续指令之间引起的相关。
这种相关引起的范围是全局性的。
⏹局部性相关－只发生在相邻或相近的几条指令之间的相关，其影响范围是局部性的。
它包括主存资源相关和寄存器数据相关。
⏹先行控制－包括缓冲技术和预处理技术。
通过对指令流和数据流的预处理和缓冲，尽量使指令的分析部件和执行部件独立工作，提高其利用率。
⏹先写后读相关－若顺序指令i（写）先于指令j(读)对同一寄存器访问，由于异步流动可能使得指令j先于i之前执行。
⏹先读后写相关－若顺序指令i（读）先于指令j(写)对同一寄存器访问，由于异步流动可能使得指令j先于i之前执行。
⏹写与写相关－若顺序指令i（写）先于指令j(写)对同一寄存器访问，由于异步流动可能使得指令j先于i之前执行。
⏹向量流水技术－向量数据表示与流水技术的结合。
⏹超标量处理机－在处理机内重复设置多套功能部件组成多条流水线，以保证在一个时钟周期内同时发送两条或两条以上指令。
⏹超长指令字处理机－利用编译技术将多条可并行执行的打住组成一条超长指令，实现多个微操作的并行执行。
⏹超流水线处理机－将流水线的各功能段细分成更多（一般大于或等于8）的子功能段，利用程序的并发性，使指令解释过程中的每个微操作在更短的时间内完成。
以保证一个时钟周期可分时发送多条指令。
计算机组织与系统结构第五章习题答案
计算机组织与系统结构第五章习题答案习题答案3．假定某计算机中有⼀条转移指令，采⽤相对寻址⽅式，共占两个字节，第⼀字节是操作码，第⼆字节是相对位移量（⽤补码表⽰），CPU每次从内存只能取⼀个字节。
假设执⾏到某转移指令时PC的内容为200，执⾏该转移指令后要求转移到100开始的⼀段程序执⾏，则该转移指令第⼆字节的内容应该是多少？参考答案：因为执⾏到该转移指令时PC为200，所以说明该转移指令存放在200单元开始的两个字节中。
因为CPU每次从内存只能取⼀个字节，所以每次取⼀个字节后PC应该加1。
该转移指令的执⾏过程为：取200单元中的指令操作码并译码→PC+1→取201单元的相对位移量→PC+1→计算转移⽬标地址。
假设该转移指令第⼆字节为Offset，则100=200+2+Offset，即Offset = 100–202 = –102 = 10011010B（注：没有说定长指令字，所以不⼀定是每条指令占2个字节。
）4．假设地址为1200H的内存单元中的内容为12FCH，地址为12FCH的内存单元的内容为38B8H，⽽38B8H单元的内容为88F9H。
说明以下各情况下操作数的有效地址和操作数各是多少？（1）操作数采⽤变址寻址，变址寄存器的内容为12，指令中给出的形式地址为1200H。
（2）操作数采⽤⼀次间接寻址，指令中给出的地址码为1200H。
（3）操作数采⽤寄存器间接寻址，指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H。
参考答案：（1）有效地址EA=000CH+1200H=120CH，操作数未知。
（2）有效地址EA=(1200H)=12FCH，操作数为38B8H。
（3）有效地址EA=1200H，操作数为12FCH。
5．通过查资料了解Intel 80x86微处理器和MIPS处理器中各⾃提供了哪些加法指令，说明每条加法指令的汇编形式、指令格式和功能，并⽐较加、减运算指令在这两种指令系统中不同的设计⽅式，包括不同的溢出处理⽅式。
计算机体系结构第五章课后习题答案
第五章存储层次5.1名词解释1．存储层次——采用不同的技术实现的存储器，处在离CPU不同距离的层次上，目标是达到离CPU最近的存储器的速度，最远的存储器的容量。
2．全相联映象——主存中的任一块可以被放置到Cache中任意一个地方。
3．直接映象——主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个地方。
4．组相联映象——主存中的每一块可以放置到Cache中唯一的一组中任何一个地方（Cache分成若干组，每组由若干块构成）。
5．替换算法——由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。
这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。
6．L RU——选择最近最少被访问的块作为被替换的块。
实际实现都是选择最久没有被访问的块作为被替换的块。
7．写直达法——在执行写操作时，不仅把信息写入Cache中相应的块，而且也写入下一级存储器中相应的块。
8．写回法——只把信息写入Cache中相应块，该块只有被替换时，才被写回主存。
9．按写分配法——写失效时，先把所写单元所在的块调入Cache，然后再进行写入。
10．不按写分配法——写失效时，直接写入下一级存储器中，而不把相应的块调入Cache。
11．写合并——在往缓冲器写入地址和数据时，如果缓冲器中存在被修改过的块，就检查其地址，看看本次写入数据的地址是否和缓冲器内某个有效块的地址匹配。
如果匹配，就将新数据与该块合并。
12．命中时间——访问Cache命中时所用的时间。
13．失效率——CPU访存时，在一级存储器中找不到所需信息的概率。
14．失效开销——CPU向二级存储器发出访问请求到把这个数据调入一级存储器所需的时间。
15．强制性失效——当第一次访问一个块时，该块不在Cache中，需要从下一级存储器中调入Cache，这就是强制性失效。
16．容量失效——如果程序在执行时，所需要的块不能全部调入Cache中，则当某些块被替换后又重新被访问，就会产生失效，这种失效就称作容量失效。
计算机系统结构-第五章自考练习题答案
22. 全局性相关的处理不包括（ A ）。
A.采取顺序流动 B.猜测法 C.采取延迟转移 D.加快短循环程序的处理
23. 流水线的技术指标不包括（ A ）。
A.响应比 B.吞吐率 C.加速比 D.效率
二．填空题。
1.流水有部件、处理机、系统等不同等级，多个处理机之间的流水属（ 系统 ）级流水，也称（宏 ）流水。
第五章 重叠、流水和向量处理机
历年真题精选
1. “一次重叠”中消除“指令相关”最好的方法是（ A ）。
A. 不准修改指令 B. 设相关专用通路
C. 推后分析下条指令 D. 推后执行下条指令
2．流水处理机对全局性相关的处理不包括（ D ）。
A. 猜测法 B. 提前形成条件码C. 加快短循环程序的执行 D. 设置相关专用道路
7.流水线按级别分成几类？线性流水线志非线性流水线有什么区别？动态流水线和静态流水线有什么区别？（P133 135 134）
8.流水处理的主要技术途径是什么？在CPU中可以有哪两类流水？在存储系统或存储体系中举出两个应用流水的例子。（P140）
9.什么是流水线的速度瓶颈？消除流水线速度瓶颈的方法有哪两种？举例示意说明。（P136）
(2)采用技术。 （ 22拍）
(注：CRAY-1方式启动访存1拍，访存6拍，打入寄存器组1拍，加法6拍，乘7拍)
7.有一个3段的单功能非线性流水线，预约表如下表所示。
（1）写出冲突向量，画冲突向量状态转移图并确定最正确调度方案。
（ c=(101) ,最正确策略是每隔2△t流入一个任务 ）
（2）按最正确调度方案输入5个任务，画出流水的时空图，求出此时的吞吐率和效率。
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。
????（1）计算机的系统结构相同，但可采用不同的组成。
如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。
从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同，均是由中央处理机/主存，通道、设备控制器，外设4级构成。
其中，中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统，只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行，在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。
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流水线按图(B)组织时，实现A*B*C*D的时空关系如图(B)
吞吐率TP=3/(11⊿t)
效率E=(3×5⊿t)/(5×11⊿t)=3/11
第8题
解：（1）流Biblioteka 线时空图如下：第11题解：禁止表F={1，3，4，8}；原始冲突向量C=（10001101）；状态转移图如下：
调度方案
平均延时
（2，5）
3.5
（2，7）
4.5
（6，5）
5.5
（6，7）
6.5
（5，6）
5.5
（5）
5
（6）
6
（7）
7
（注：可以不全部列出所有调度方案，但平均延时最小的调度方案必须写出）
最佳调度方案（2，5）下的最小平均延时为3.5拍。最大吞吐率为：TPmax=1/[3.5（拍）]。
当按（2，5）方案输入8个任务时的实际吞吐率为：
（3）流水线完成这三条指令的时空图如下。共用了9个时钟周期。
第6题
[分析]为了减少运算过程中的操作数相关，A*B*C*D应改为采用((A*B)*(C*D)) 的算法步骤进行运算。
[解答]按图(A)组织，实现A*B*C*D的时空关系如下图(A)所示。
图(A)
吞吐率TP=3/(13⊿t)
效率E=(3×5⊿t)/(3×13⊿t)=5/13
如果能够控制存储器中的第一个分量元素到达V0直至乘法部件的时间，与V1中的第一个分量元素到达乘法部件的时间相等，则前二条指令间可以链接。这样，执行时间为：T=（8+9+63）+142=222（拍）。第三条指令与第二条指令存在着先写后读相关，第四条指令与第三条指令也存在着先写后读相关，但它们都可链接执行。这四条指令总执行时间为：T=(8+9+8+8)+63=96（拍）。
第13题
解：
（1）A机的CPI为4（时钟周期为1/25=40ns,4CPI=160ns），B机的CPI为1(时钟周期为1/20=50ns)
B机对A机的加速比S=160/50=3.2
（2） A机的MIPS＝25/4=6.25
B机的MIPS＝20/1=20
第17题
解：
（1）三条指令可并行执行。T=1+7+1+64-1=72(拍)。
（2）前二条指令可并行执行，第三条指令只能串行执行。因为前二条指令的执行时间不等。T=（1+7+1+63）+（1+6+1+63）=143（拍）。
如果能控制第一条指令较第二条指令提前一拍启动，则可以实现与第三条指令间的链接，这时的执行时间为：T=（1+7+1+1+6+1）+63=80（拍）。
（3）4条指令的串行执行时间为：T=（8+63）+（9+63）+（8+63）+（8+63）=285（拍）。
（4）条件同（3），4条指令实现链接的时间为：T=（8+16+9+8）+63=104（拍）。
计算机系统结构第五章课后习题答案——武汉大学出版社
计算机系统结构第五章课后习题答案——武汉大学出版社
解：
（1）K与K+1之间存在寄存器R1先写后读相关（RAW）；
K+1与K+2之间存在寄存器R0写与写相关（WAW）；
K与K+1之间存在寄存器R0先读后写相关（WAR）。
（2）前二种相关会引起流水线的停顿。