计算机系统结构答案

名词解释：计算机系统结构：也称计算机系统的体系结构，系统结构是对计算机系统中各级界面的划分、定义及其上下的功能分配。

而计算机系统结构只是系统结构中的一部分，指得是层次结构中系统机器级的系统结构。

机器级的翻译实现：是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序，然后再在低一级机器级上实现的技术。

解释实现：是在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能，是通过对高级的机器级语言程序中的每一条语句或指令逐条解释来实现的技术。

数据表示：是指由机器硬件直接识别和引用的数据类型。

透明性：在计算机中，客观存在的事物或属性从某个角度看不到，称这些事物或属性对它是透明的。

软件可移植性：是指软件可以不加修改或经少量修改，就可以由一台机器搬到另一台机器去运行，使得同一套软件可以应用于不同的硬件环境。

信息按整数边界存储：是指信息在主存中存放的地址必须是该信息宽度（字节数）的整数倍。

指令的一次重叠解释：由于从指缓中取指令，使得“取指k+1”时间很短，完全可以把这个微操作合并到“分析k+1”中，那么重叠变成了“分析k+1”和“执行k”的重叠。

称这种指令分析部件和指令执行部件任何时候都只有相邻两条指令在重叠解释的方式为“一次重叠”。

组相联映像：指的是各组之间直接映象，但组内各块间则是全相联映象。

简答题：1、（1-10）系列机思想对计算机发展有什么意义？系列机软件兼容的要求是什么？答：采用系列机可以较好地解决软件设计环境要求相对稳定和硬件、器材、组成等技术在飞速发展的矛盾。

软件可以丰富积累，又能不断更新器材、硬件和组成，使之短期内就能提供出性能更好、借个更便宜的新机器，有力地促进计算机的发展。

系列机软件兼容的基本要求是必须保证实现软件的向后兼容、力争做到向上兼容。

2、（1-13）开发计算机系统并发性的主要技术途径有哪三个？沿这些途径分别发展出了什么类型的多处理机系统？答：开发并行性的途径有时间重叠，资源重复和资源共享。

沿时间重叠发展出多处理机宏流水系统，一般是非对称异构型多处理机系统。

沿资源重复发展出多处理机系统一般是对称、同构型多处理机系统。

沿资源共享途径发展出多处理机系统一般是同构型或同构型的多处理机。

3、（2-16）什么是高级语言机器？一般有哪两个实现方式？高级语言机器难以发展的主要原因是什么？答：高级语言机器是不需要编译即可运行高级语言程序的计算机。

它有间接执行的和直接执行的两种形式。

间接执行的高级语言机器是汇编后执行的；直接执行的高级语言机器是通过硬件或固件来解释执行的。

由于高级语言未能统一，性能价格比低，难以得到用户的欢迎，加之高级语言程序有不能只靠解释就能高效实现，因此，目前高级语言机器还难以发展起来。

4、（3-7）总线控制方式有哪三种？各需要增加几根用于总线控制的控制线？总线控制优先级可否由程序改变？答：总线控制方式有串行链接，定时查询和独立请求3种。

串行链接需增加3根控制线，优先级线连固定，不能被程序改变，不灵活；定时查询需增加2+┌log2N┐根控制系，优先级可用程序改变，灵活；独立请求需增加 2N+1根控制线，控制线可用程序改变，灵活。

5、（3-9）列举定时查询方式进行总线分配，用程序控制优先序的四种方法以及对应可实现什么样的总线使用优先序。

答：控制优先的方法有如下4种：1、每次分配前，让查询计数器软件清“0”优先序类似串行链接，为0～N-1。

2、每次分配前，计数器不清“0”，保持上次的值，优先序为循环方式，各部件都有同样的机会首先获得总线。

3、每次分配前，预置计数器一个初值，使指定初值的设备号优先级最高。

4、软件更改各部件的部件号设置，可使优先序为任意所希望的顺序。

6、（3-10）简述字节多路、数组多路和选择通道的数据传送方式。

答：字节多通道每选择一台设备后，设备与通道只传送一个字节就释放总线，通道以字节交叉的方式轮流为多台低速设备服务。

某台设备要想传送n个字节，就需经n次申请使用通道总线才行。

数组多通道在每选择好一台设备后，要连续传送完固定K个字节的成组数据后，才释放总线，通道再去选择下一台设备，在传送该设备的K个字节。

如此，以成组方式轮流交叉地为多台高速设备服务。

某台设备要想传送n个字节，就需要先后经┌n/K┐次申请使通道总线才行。

选择通道每选择一台设备，就让该设备独占通道，将n个字节全部传送完后，才释放通道总线，又去选择下一台设备，再传送它的全部字节数据。

因此，每台设备为传送n个字节数据只需一次申请使用通道总线。

7、（4-19）假定你对Cache存储器的速度不满，于是申请到一批有限的经费，未能发挥其最大经济效益，有人建议你再买一些同样速度的Cache片子以扩充其容量；而另有人建议你干脆去卖更高速的Cache片子将现有低速Cache片子全部换掉。

你认为那种建议可取？你如何做决定？为什么？答：两种建议都存在盲目性。

在做决定之前，应先实测一个程序运行过程中t a值，将它与第一级物理Cache芯片的t c比较。

如果两者已非常接近了，表示Hc已趋于1，这时只有全部更换Cache芯片，使t c下降来解决。

如果t a>>t c，则先看Cache存储器内部是否已将查映像表和访Cache安排成流水方式工作。

如果未采取流水，则可改成流水。

在改成流水方式后，如t a仍大于t c，且有一定差距时，表明Hc过低。

此时应设法提高Hc。

可先调整块的大小，组内的块数，让它们在Cache容量不增大的情况下，适当取大些，以提高Hc。

在此基础上，尚不能达到要求时，就应购买一些同样的、速度的Cache芯片，对其物理Cache.的容量进行扩充。

这样，将会使Hc提高，而显著缩短t a。

8、（1-11）想在系列机中发展一种新型号机器，下列那些设想是可以考虑的，哪些则是不行的？为什么？（1）新增加字符数据类型和若干条字符处理指令，以支持事务处理程序的编译。

答：可以。

因为它虽然是属计算机系统结构的内容，但它是新增加的数据类型和指令，不会影响到已有指令所写的程序正确运行，只是现在用新增加的指令来写程序，会使计算机的性能和效果变得更好。

（2）为增强中断处理功能，将中断分级由原来的4级增加到5级，并重新调整中断响应的优先次序。

答：不可以。

中断的分级和中断的响应次序等中断机构都属于计算机系统结构的内部。

中断分级由原来的4级增加到5级应当还是允许的，关键是重新调整了中断响应的优先次序，这就使原有程序的中断响应次序发生了改变，会影响原有程序工作的正确性。

（3）在CPU和主存之间增设Cache存储器，以克服因主存访问速率过低而造成的系统性能瓶颈。

答：可以。

Cache存储器属于计算机组成，它不会改变原有的系统程序和应用程序，不会影响到它们的正常运行。

只是有了Cache存储器后，系统的性能有了明显的提高。

（4）为解决计算误差较大，将机器中浮点数的下溢处理方法由原来的恒置“1”法，改为用ROM存放下溢处理结果的查表舍入法。

答：可以。

浮点数尾数的下溢处理不属于计算机系统结构，而是计算机组成设计所考虑的内容。

（5）为增加寻址灵活性和减少平均指令字长，将原等长操作码指令改为有3类不同码长的扩展操作码；将源操作数寻址方式由操作码指明改成如VAX-11那种设寻址方式位字段指明。

答：不可以。

指令的操作码、字段格式、寻址方式等的指明都是计算机系统结构的内容。

如果将它们加以改变，就会直接导致以前编写的程序都不能正常运行了。

（6）将CPU与主存间的数据通路宽度由16位扩展成32位，以加快主机内部信息的传送。

答：可以，数据通路宽度是计算机组成的内容。

（7）为减少公用总线的使用冲突，将单总线改为双总线。

答：可以，单总线改为双总线是计算机组成的内容。

（8）把原0号通用寄存器改作堆栈指示器。

答：不可以，通用寄存器的使用是属于计算机系统结构的内容。

0号通用寄存器改作堆栈指示器，将使原先程序中0号通用寄存器中的内容改变直接影响到堆栈指针的位置发生变化，造成程序无法正常工作的局面。

综合题：1、由4位数（其中最低位为下溢处理的附加位）经ROM查表舍入法，下溢处理成3位结果，设计使下溢处理平均误差接近于0的ROM表，列出ROM编码表的地址与内容的对应关系。

解：ROM下溢处理表16个单元的地址码0000～1111，它与其内容的对照关原理：假设又5位→4位，但是11111除外，它不进位，只能是1111，而不是0000。

2、吞吐率和效率问题如果现有m段流水线，线性流水线每段经过的时间△t i不等，其中瓶颈段的时间为△t j ，则完成n 个任务所达到的实际吞吐率()∑=∆-+∆=m i j it n t nT 11p整个流水的效率()⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-+∆∆==∑∑==j mi i mi t n t t n 1m n -m -11i 空区个段总的时空区个任务实际占用的时η 例：为提高流水线效率可采用哪两种主要途径来克服速度瓶颈？现有3段流水线，各段经过时间一次依次为t ∆、3t ∆、t ∆。

分别计算在连续输入3条指令时和30条指令时的吞吐率和效率。

解：提高流水线效率，消除速度瓶颈主要有将瓶颈段再细分以及重复设置多个瓶颈段并联工作，给其轮流分配任务的两种途径。

在3段流水线，各段经过时间依次为t ∆、3t ∆、t ∆的情况下，连续流入3条指令时，将n=3，m=3，1t ∆=t ∆，2t ∆=3t ∆，3t ∆=t ∆，j t ∆=3t ∆代入上式，可得吞吐率p T 和效率η为p T =t113∆ ；η=115 。

而连续流入30条指令时，只需将上式值n 改为30，其它参数不变，得p T =t4615∆ ； η=4625 。

3、关于中断屏蔽问题这里就不举例了。

看懂习题3-5就可以，详见课本279P 答案。