计算机体系结构习题(含答案)
(完整版)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。
完整版计算机体系结构课后习题原版答案张晨曦著
第1章计算机系统结构得基本概念 (1)第2章指令集结构得分类 (4)第3章流水线技术 (6)第4章指令级并行 (16)第5章存储层次 (25)第6章输入输出系统 (31)第7章互连网络 (41)第8章多处理机 (45)第9章机群 (45)第1章计算机系统结构得基本概念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得次序,把计算机系统按功能划分成多级层次结构,每一层以一种不同得语言为特征。
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:用软件实现得机器。
翻译:先用转换程序把高一级机器上得程序转换为低一级机器上等效得程序,然后再在这低一级机器上运行,实现程序得功能。
解释:对于高一级机器上得程序中得每一条语句或指令,都就是转去执行低一级机器上得一段等效程序。
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:传统机器程序员所瞧到得计算机属性,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。
计算机组成:计算机系统结构得逻辑实现,包含物理机器级中得数据流与控制流得组成以及逻辑设计等。
计算机实现:计算机组成得物理实现,包括处理机、主存等部件得物理结构,器件得集成度与速度,模块、插件、底板得划分与连接,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得倍数。
Amdahl定律:当对一个系统中得某个部件进行改进后,所能获得得整个系统性能得提高,受限于该部件得执行时间占总执行时间得百分比。
程序得局部性原理:程序执行时所访问得存储器地址不就是随机分布得,而就是相对地簇聚。
包括时间局部性与空间局部性。
CPI:每条指令执行得平均时钟周期数。
测试程序套件:由各种不同得真实应用程序构成得一组测试程序,用来测试计算机在各个方面得处理性能。
(完整版)计算机系统结构复习题(附答案)范文
计算机系统结构复习题和重点（附答案）一、单项选择题1．实现汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是由（）A．编译程序解释B．编译程序翻译C．汇编程序解释D．汇编程序翻译2．系列机软件必须保证（）A．向前兼容，并向上兼容B．向前兼容，并向下兼容C．向后兼容，力争向上兼容D．向后兼容，力争向下兼容3．浮点数尾数基值r m=8，尾数数值部分长6位，可表示规格化正尾数的个数是（）A．56个B．63个C．64个D．84个4．在IBM370系统中，支持操作系统实现多进程共用公用区管理最有效的指令是（）A．“执行”指令B．“程序调用”指令C．“比较与交换”指令D．“测试与置定”指令5．关于非专用总线三种控制方式中，下列叙述错误．．的是（）A．集中式定时查询，所有部件共用同一条“总线忙”线B．集中式定时查询，所有部件都用同一条“总线请求”线C．集中式独立请求，所有部件都用同一条“总线请求”线D．集中式串行链接，所有部件都用同一条“总线请求”线6．磁盘外部设备适合于连接到（）A．字节多路通道B．数组多路通道或选择通道C．选择通道或字节多路通道D．数组多路通道或字节多路通道7．在Cache存储器中常用的地址映象方式是（）A．全相联映象B．页表法映象C．组相联映象D．段页表映象8．在指令级高度并行的超级处理机中，下列叙述正确的是（）A．超标量处理机利用资源重复，要求高速时钟机制B．超流水线处理机利用资源重复，要求高速时钟机制C．超标量处理着重开发时间并行性，要求高速时钟机制D．超流水线处理机着重开发时间并行性，要求高速时钟机制9．间接二进制n方体网络是一种（）A．多级立方体网络B．多级全排列网络C．单级立方体网络D．多级混洗交换网络10．多端口存储器适合于连接A．紧耦合多处理机B．松耦合多处理机C．机数很多的处理机D．机数可变的多处理机二、填空题11．多处理机实现的是___________、___________间的并行。
系统结构复习
中国地质大学（武汉）计算机学院吴湘宁计算机体系结构习题及答案第一章基础知识1．名词解释翻译解释模拟仿真透明性程序访问局部性[答案]略2. 一个经解释实现的计算机可以按功能划分为四级. 每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令. 若执行第一级的一条指令需要的时间为K ns, 那么执行第二、三、四级的一条指令各需要多少时间?3. 计算机系统按功能划分层次结构的好处主要体现在哪些方面?[答案] (1) 有利于理解软件, 硬件和固件在系统中的地位和作用;(2) 有利于理解各种语言的实质和实现途径;(3) 有利于推动计算机系统结构的发展;(4) 有利于理解计算机系统结构的定义.4. 什么是透明性? 对计算机系统结构, 下列哪些是透明的? 哪些是不透明的?1) 存储器的模m交叉存取; 2) 浮点数据表示; 3) I/O系统是采用通道方式还是I/O处理机方式; 4) 阵列运算部件; 5) 数据总线宽度; 6) 通道是采用结合型的还是独立型的; 7) 访问方式保护; 8) 程序性中断; 9) 串行、重叠还是流水控制方式; 10) 堆栈指令; 11) 存储器的最小编址单位; 12) Cache存储器.[答案] 一种本来是存在的事务或属性, 但从某种角度看却好像不存在, 称为透明性.对计算机系统结构来说透明的是: 1), 4), 5), 6), 9), 12)对计算机系统结构来说不透明的是:2), 3), 7), 8), 10), 11)5. 什么是计算机体系结构? 什么是计算机组成? 什么是计算机实现? 并说明三者的关系和相互影响?[答案] 计算机系统结构是计算机系统的软, 硬件分界面, 是机器语言程序员或是编译程序员所需了解的计算机属性;计算机组成是计算机系统结构的逻辑事项;计算机实现是计算机组成的物理实现.三者的关系和互相影响为:(1) 具有相同系统结构的计算机可以采用不同的组成;(2)(2) 一种计算机组成可以采用多种不同的计算机实现;(3) 计算机组成、计算机实现对计算机系统结构有着很大的影响;(4) 计算机系统结构的设计不应限制计算机组成和实现技术，应能用于高档机，也可用于低挡机;(5) 在不同时期, 计算机系统结构,、组成和实现所包含的内容会有所变化，三者之间的界线常常很模糊.6. 从机器(汇编)语言程序员角度看, 以下哪些是透明的?1) 指令地址存储器; 2) 指令缓冲器; 3) 时标发生器; 4) 条件码寄存器; 5) 乘法器; 6) 主存地址寄存器; 7) 磁盘外设; 8) 先行进位链; 10) 通用寄存器; 11) 中断字寄存器.[答案] 对机器(汇编)语言程序员来说透明的有: 2), 3), 5), 6), 8), 9)对机器(汇编)语言程序员来说不透明的有: 1), 4), 7), 10), 11)7. 假设在一台40 MHz处理机上运行200 000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, 各类指令的混合比和每类指令的CPI值如表1.9所示.(1) 试计算在单处理机上执行上述该程序时的平均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.[答案] (1) 2.24 CPI (2) 17.86 MPIS; 0.0112 s8. 某工作站采用时钟频率为15 MHz、处理速率为10 MIPS的处理机来执行一个程序，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30 MHz, 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.[答案] (1) 1.5 CPI; (2) 15.8 MPIS9.什么是并行性？它分为哪两种类型？开发计算机系统并行性的主要技术途径有哪三个？沿这些途径分别发展出什么类型的计算机？[答案]略10.实现软件移植的途径有哪些？[答案]略11.什么是Flynn分类法，按照Flynn分类法可将计算机系统分为哪几类？[答案]略第二章指令系统1. 名词解释数据类型、数据表示、规格化浮点数、Huffman编码、扩展编码、RISC[答案]略2. 某模型机有8条指令I1~I8, 它们的使用频度分别为0.3, 0.3, 0.2, 0.1, 0.05, 0.02, 0.02, 0.01.(1) 试分别用Huffman编码和平均码长最短的等长扩展码(限定为两种码长)对其操作码进行编码.(2) 分别计算Huffman编码和等长扩展码编码的平均长度.[答案] (1) 操作码的Huffman编码和2-4等长扩展码编码如下表1所示.(2) Huffman编码的平均长度为2.38位; 等长扩展码编码的平均码长为2.8位.3. 某模型机有10条指令I1~I10, 它们的使用频度分别为0.3, 0.24, 0.16, 0.12, 0.07, 0.04, 0.03,0.02, 0.01, 0.01.(1) 计算机采用等长操作码表示时的信息冗余量.(2) 要求操作码平均码长最短, 试设计操作码的编码, 并计算所设计操作码的平均长度. (3) 设计2-5扩展操作码编码，并计算平均码长.(4) 设计2-4（2/8）等长扩展码编码，并计算平均码长. [答案] (1) 采用等长操作码表示时的信息冗余量为33.5%. (2) 操作码的Huffman编码如表2所示, 此种编码的平均长度为2.7位.(3) 操作码的2-5扩展码编码如表2所示, 此种编码的平均长度为2.9位.(4) 操作码的2-4（2/4）等长扩展码编码如表2所示, 此种编码的平均长度为2.92位.4. 何谓指令格式的优化? 操作码和地址码的优化一般采用哪些方法?[答案] 指令格式的优化是指通过采用多种不同的寻址方式, 地址制, 地址形式和地址码长度以及多种指令字长, 并将它们与可变长操作码的优化表示相结合, 就可以构成冗余度尽可能少的指令字. 操作码的优化采用扩展操作码编码法. 地址码优化有以下四种方法:(1) 在指令中采用不同的寻址方式;(2)(2) 在指令中采用多地址制;(3) 同一种地址制还可以采用多种地址形式和长度, 也可以考虑利用空白处来存放直接操作数或常数等;(4) 在以上措施的基础上, 还可以进一步考虑采用多种指令字长度的指令.5. 若某机设计有如下指令格式的指令:三地址指令12种, 一地址指令254种, 设计指令的长度为16位, 每个地址码字段的位数均为4位. 若操作码的编码采用扩展操作码, 问二地址指令最多可以设计多少种? [答案] 二地址指令最多可以设计48种.6. 一台模型机共有九条指令I1~I9, 各指令的使用频度分别为0.3，0.2，0.2，0.1，0.08，0.6，0.03, 0.02, 0.01. 该模型机有8位和16位两种指令字长. 8位字长指令为寄存器----寄存器(R--R)二地址类型, 16位字长指令为寄存器----存储器(R--M)二地址变址寻址类型.(1) 试设计有两种码长的扩展操作码, 使其平均码长最短, 并计算此种编码的平均码长. (2) 在(1)的基础上, 该机允许使用多少个可编址的通用寄存器?(3) 若采用通用寄存器作为变址寄存器, 试设计该机的两种指令格式, 并标出各字段的位数.(4) 计算变址寻址的偏移地址范围.[答案] (1) 操作码的2-5扩展码编码如表3所示, 此种编码的平均长度位2.9位.2) 在(1)的基础上, 该机允许使用8个可编址的通用寄存器.(3) 该机的两种指令格式及各字段的位数如下:R-R型: 操作码OP (2位) | 源寄存器RS (3位) | 目的寄存器Rd (3位)R-M型: 操作码OP (5位) | 源寄存器RS (3位) | 变址寄存器RX (3位) | 偏移地址 (5位)(4) 变址寻址的偏移地址范围为-16~+15.7. 简述CISC的特点.[答案] CISC的特点如下:(1) 庞大的指令系统;(2) 采用了可变长度的指令格式;(3) 指令使用的寻址方式繁多;(4) CISC指令系统中包括一些用于特殊用途的指令, 各种指令的使用频度相当悬殊.8. 从指令格式, 寻址方式以及平均CPI三个方面, 比较经典CISC和纯RISC体系结构.[答案] 略9．简述RISC设计的一般原则。
北理工计算机体系结构习题解答
*1
32000 *
2
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1-11 假设在一台40MHz处理机上运营200,000条指令旳目旳代码，程序主要
由四种指令构成。根据程序跟踪试验成果，已知指令混合比和每种指令所 需旳指令数如下：
指令类型
CPI
指令混合比
算术和逻辑
1
6
第1章 基础知识
仿真
用一种机器(A)旳微程序直接解 释 实 现 另 一 种 机 器 ( B) 旳 指 令 系 统，从而实现软件移植旳措施
被仿真旳机器称为目旳机，进行 仿真旳机器称为宿主机，解释微 程序机器称为仿真微程序
7
第1章 基础知识
并行性
指能够同步进行运算或操作旳特 征，它有两重含义：
40
第2章
（1）最优Huffman H=- ∑Pi×log2Pi
=0.25×2+0.20×2.322+0.15×2.737+ ……
=2.96
41
I10
I9
I8
I7
I6
I5
I4
I3
I2
0.02
0.03
0.04
0.05
0.08
0.08
0.10
0.15
0.20
1
1 0
0
0.05
0.09
1
0
1
0
0.17
原来存在旳事物或属性，从某个角 度看却好象不存在
软件兼容
程序能够不加修改地运营在各档机 器上，区别仅在于运营时间不同
计算机体系结构习题与答案
一、复习题1．简述冯∙诺依曼原理，冯∙诺依曼结构计算机包含哪几部分部件，其结构以何部件为中心？答：冯∙诺依曼理论的要点包括：指令像数据那样存放在存储器中，并可以像数据那样进行处理；指令格式使用二进制机器码表示；用程序存储控制方式工作。
这3条合称冯∙诺依曼原理冯∙诺依曼计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，整个结构一般以运算器为中心，也可以以控制器为中心。
(P51-P54)2．简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。
答：计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。
计算机组成（computer organization）是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。
同时，为实现指令的控制功能，还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。
计算机实现，是计算机组成的物理实现, 就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。
计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系，而且随着时间和技术的进步，这些含意也会有所改变。
在某些情况下，有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。
(P47-P48)3．根据指令系统结构划分，现代计算机包含哪两种主要的体系结构？答：根据指令系统结构划分，现代计算机主要包含：CISC和RISC两种结构。
(P55)4．简述RISC技术的特点？答：从指令系统结构上看，RISC 体系结构一般具有如下特点：(1) 精简指令系统。
可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计，来选取其中常用的基本指令，并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令;(2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类，一般限制在2或3种;(3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整，让所有指令尽可能等长;(4) 单机器周期指令，即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成，并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。
计算机系统结构基本习题和答案
计算机系统结构基本习题和答案计算机系统结构基本习题和答案填空题1、从（使用语言的）角度可以将系统看成是按（功能）划分的多个机器级组成的层次结构。
2、计算机系统结构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，微程序机器级）。
3、应用程序语言经（应用程序包）的（翻译）成高级语言程序。
4、高级语言程序经（编译程序）的（翻译）成汇编语言程序。
5、汇编语言程序经（汇编程序）的（翻译）成机器语言程序。
6、在操作系统机器级，一般用机器语言程序（解释）作业控制语句。
7、传统机器语言机器级，是用（微指令程序）来（解释）机器指令。
8、微指令由（硬件）直接执行。
9、在计算机系统结构的层次结构中，机器被定义为（能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构）的集合体。
10、目前M0由（硬件）实现，M1用（微程序（固件））实现，M2到M5大多用（软件）实现。
以（软件）为主实现的机器成为虚拟机。
（虚拟机）不一定全用软件实现，有些操作也可用（固件或硬件）实现。
11、透明指的是（客观存在的事物或属性从某个角度看不到），它带来的好处是（简化某级的设计)，带来的不利是（无法控制）。
12、计算机系统结构也称（计算机体系结构），指的是（传统机器级的系统结构）。
它是（软件和硬件/固件）的交界面，是机器语言汇编语言程序设计者或编译程序设计者看到的（机器物理系统）的抽象。
13、计算机组成指的是（计算机系统结构的逻辑实现），包括（机器级内的数据流和控制流）的组成逻辑设计等。
计算机实现指的是（计算机组成的物理实现），它着眼于（器件）技术和（微组装）技术。
14、确定指令系统中是否要设乘法指令属于（计算机系统结构），乘法指令是用专门的高速乘法器实现还是用加法器实现属于（计算机组成），乘法器和加法-移位器的物理实现属于（计算机实现）。
15、主存容量与编址方式的确定属于（计算机系统结构），主存是否采用多体交叉属于（计算机组成），主存器件的选定属于（计算机实现）。
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。
第3章 计算机网络体系结构(习题标准答案)
第3章计算机网络体系结构(习题答案)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2第3章计算机网络体系结构一、填空题1.协议主要由（语法）、（语义）和（同步）三个要素组成。
2.OSI模型分为（物理层）、（数据链路层）、（网络层）、（传输层）、（会话层）、（表示层）和（应用层）七个层次。
3.OSI模型分为（资源子网）和（通信子网）两个部分。
4.物理层定义了（机械特性）、（电气特性）、（功能特性）和（规程特性）四个方面的内容。
5.数据链路层处理的数据单位称为（帧）。
6.数据链路层的主要功能有（链路管理）、（成帧）、（信道共享）、（帧同步）、（流量控制）、（差错控制）、（透明传输）和（寻址）。
7.在数据链路层中定义的地址通常称为（硬件地址）或（物理地址）。
8.网络层所提供的服务可以分为两类：（面向连接的）服务和（无连接的）服务。
9.传输层的功能包括（服务选择）、（连接管理）、（流量控制）、（拥塞控制）和（差错控制）等。
二、名词解释同步协议实体对等层对等层通信服务 CIDR 协议数据单元服务数据单元同步同步指的是广义的、在一定条件下发生什么事情的特性，而且条件和时间有关，具有时序的含义。
协议计算机网络中意图进行通信的结点必须要遵守一些事先约定好的规则。
这些为进行数据交换而建立的规则、标准或约定即称为协议，也称为网络协议。
实体任何接收或者发送数据的硬件单元或者软件进程模块都可以称为通信实体，简称实体。
对等层不同的网络结点，若它们遵循的是同一种网络体系结构的话，那么在不同结点上完成同样功能的层次称为对等层。
对等层通信在分层的网络体系结构中，每个层次只知道自己从上层接收来数据并处理后再传递给下一层，结果通信目的方该层次的对等层就收到与己方处理的一模一样的数据。
就好像在两个对等层之间有一条“通道”直接把数据传送过去一样，这种情况就称为对等层通信。
计算机体系结构习题三及答案专升本高升专计算机高本下学期
计算机体系结构习题三一、（10分）某台主频为400MHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类二、（10分）计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的改进加速比为：部件加速比1=30；部件加速比2=20；部件加速比3=10 （1）如果部件1和部件2在整个系统运行时间中所占的比例均为30%，那么当部件3的比例为多少时，系统加速比才可以达到10？（2）如果三个部件的所占比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？三、（5分）根据CPU中保存操作数的存储器类型，可以把指令集结构分为哪些类型？四、（10分）在MIPS流水线上运行如下代码序列：LOOP：LW R1，0（R2）DADDIU R1，R1，#1SW R1，0（R2）DADDIU R2，R2，#4DSUB R4，R3，R2BNEZ R4，LOOP其中：R3的初值是R2+396。
假设：在整个代码序列的运行过程中，所有的存储器访问都是命中的，并且在一个时钟周期中可对同一个寄存器在前半周期写，而在后半周期读。
那么：（1）在没有任何其它定向（或旁路）硬件的支持下，请画出该指令序列执行的流水线时空图。
假设采用暂停流水线的策略处理分支指令，且所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？（2）假设该流水线有通常的定向路径，请画出该指令序列执行的流水线时空图。
假设采用预测分支失败的策略处理分支指令，且所有的存储器访问都命中Cache，那么执行上述循环需要多少个时钟周期？（3）假设该流水线有通常的定向路径和一个时钟周期的延迟分支，请对该循环中的指令进行调度，你可以重新组织指令的顺序，也可以修改指令的操作数，但是注意不能增加指令的条数。
请画出该指令序列执行的流水线时空图，并计算执行上述循环所需要的时钟周期数。
五、（10分）假设某程序各种分支指令数占所有指令数的百分比如下：现有一条段数为4的流水线，无条件分支在第2个时钟周期结束时就被解析出来，而条件分支要到第3个时钟周期结束时才能够被解析出来。
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。
《计算机体系结构》期末复习题答案
《计算机体系结构》期末复习题答案系别_________ 班级_________ 姓名__________ 学号__________一、填空题（每空1分）1.按照弗林（Flynn）分类法，计算机系统可以分为4类：SISD计算机、（SIMD计算机）、（MISD计算机）和（MIMD计算机）。
2. 改进之后的冯•诺依曼计算机的只要特点是存储器为中心，总线结构，分散控制。
3. 当前计算机系统中的存储系统是一个层次结构，其各层分别为：（通用寄存器，高速缓存，主存，辅存，脱机大容量存储器）。
4.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：（全向量方式，直接相联方式，组相联方式）。
5.虚拟存储器的三种管理方式是（段式管理，页式管理和段页式管理）。
6.目前计算机中常用数据有（用户定义数据，系统数据和指令数据）三种类型。
7.通常可能出现的流水线的相关性有（资源相关，数据相关和控制相关）。
8.解决中断引起的流水线断流的方法有（不精确断点法和精确断点法）。
9.目前向量处理机的系统结构有两种：（存储器－存储器型和寄存器－寄存器型）。
10.通用计算机基本指令分为5类，它们分别是：（数据传送类，运算类，程序控制类，输入输出类，处理机控制和调试类）。
11．执行指令x1=x2+x3；x4=x1-x5会引起（RAW）类型的数据相关，执行指令x5=x4*x3；x4=x0+x6会引起（W AR）类型的数据相关，执行指令x6=x1+x2；x6=x4*x5会引起（WA W）类型的数据相关。
12．多计算机网络中，通常出现的4种通信模式是（单播模式，选播模式，广播模式和会议模式）。
13.传统的冯•诺依曼计算机是以控制驱动方式工作，以数据驱动方式工作的典型计算机是（数据流计算机），以需求驱动方式工作的典型计算机是（归约机），以模式匹配驱动方式工作的典型计算机是（人工智能计算机）。
二、名词解释（每题2分）1.计算机体系结构：计算机系统结构就是计算机的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性，是硬件子系统的概念结构及其功能特性。
大学计算机：计算机的工作原理与硬件体系结构习题与答案
一、单选题1.在计算机中，存储容量为2MB，指的是（）。
A.1024*1024*2个字节B.1024*1024*2个字C.1000*1000*2个字D.1000*1000*2个字节正确答案：A2.微型机在使用过程中突然断电，则（）中的信息将全部丢失。
A.CD-ROMB.ROMC.磁盘D.SRAM正确答案：D3.下列关于CPU的相关叙述中正确的是（）。
A.CPU通过总线直接与内存交换信息B.CPU可以保存计算的中间结果C.外存储器通过接口和CPU直接交换信息D.多核计算机是指计算机有多个CPU正确答案：A4.（）是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。
A.科学思维B.理论思维C.计算思维D.逻辑思维正确答案：C5.下列关于存储器读写速度的排列，正确的是（）。
A.RAM>软盘>硬盘>CacheB. Cache>RAM>硬盘>软盘C. Cache>硬盘>RAM>软盘D.RAM>Cache>硬盘>软盘正确答案：B6.某微型计算机广告中标有“四核i5-3330 4G 1TB GT640 1G 独显DVD Win8 WIFIP”，1G独显的含义是（）。
A.单核CPU,1GB内存B.独立显卡，1GB内存C.独立显示器，1GB显存D.独立显卡，1GB显存正确答案：D7.图灵机就其计算能力而言，它能模拟（）。
.A.老式计算机的所有活动B.任何现代计算机C.任何计算机D.人脑的大多数活动正确答案：B。
计算机体系结构复习题(有答案)
计算机体系结构习题(含答案)
第2章课后习题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r m=16，阶码基值r e=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2．一台电脑系统要求浮点数的精度不低于10，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。
(2) 设计8字长的寄存器-寄存器型指令3条，16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令4条，变址范围不小于±127。
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
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第2章课后习题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r m=16，阶码基值r e=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。
(2) 设计8字长的寄存器-寄存器型指令3条，16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令4条，变址范围不小于±127。
请设计指令格式，并给出各字段的长度和操作码的编码。
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。
(1) 如果双地址指令有15条，单地址指令和零地址指令的条数基本相同，问单地址指令和零地址指令各有多少条？并且为这3类指令分配操作码。
(2) 如果要求3类指令的比例大致为1：9：9，问双地址指令、单地址指令和零地址指令各有多少条？并且为这3类指令分配操作码。
7．别用变址寻址方式和间接寻址方式编写一个程序，求C=A+B，其中，A与B都是由n个元素组成的一维数组。
比较两个程序，并回答下列问题：(1) 从程序的复杂程度看，哪一种寻址方式更好？(2) 从硬件实现的代价看，哪一种寻址方式比较容易实现？(3) 从对向量运算的支持看，哪一种寻址方式更好？8．假设X处理机的数据不带标志符，其指令字长和数据字长均为32位。
Y处理机的数据带有标志符，每个数据的字长增加至35位，其中有3位是标志符，其指令字长由32位减少至30位。
并假设一条指令平均访问两个操作数，每个操作数平均被访问R次。
现有一个程序，它的指令条数为I，分别计算在这两种不同类型的处理机中程序所占用的存储空间，并加以比较。
9．一种浮点数表示方式的精度不低于10-19，能表示的最大正数不小于104000，而且正负数对称。
尾数用原码、小数表示，阶码用移码、整数表示，尾数和阶码的基值都是2。
(1)设计这种浮点数的格式，给出各字段的名称和长度。
(2)计算(1)所设计的浮点数格式能够表示的最大正数、最大负数和表示数的精度。
(3)如果在运算器中没有设置硬件警戒位，则这种浮点数可能采用了哪一种舍入方法？给出这种舍入方法的舍入规则，在正数区的误差范围和积累误差。
10．有研究人员指出，如果在采用通用寄存器结构的计算机里加入寄存器-存储器寻址方式可能提高计算机效率。
做法是用：ADD R2, 0(Rb)代替指令序列LOAD R1, 0(Rb)ADD R2, R2, R1假定使用新的指令能使时钟周期增加10%，并且假定只对时钟产生影响，而不影响CPI那么：(1) 采用新的指令，要达到与原来同样的性能需要去掉的load操作所占的百分比？(假定load指令占总指令的22.8%)(2) 举出一种多指令序列，该序列不能使用上述的寄存器-存储器寻址方式。
即使得load R1后面紧接着执行对R1的操作（该操作可以是任意某一操作码），但这一指令序列不能被一条指令（假定存在这条指令）代替。
11．试比较下面4种不同类型的指令结构的存储效率：(1) 累加型：所有的操作都在单个寄存器和单个内存地址之间进行(2) 存储器-存储器型：每个指令的3个操作数都在内存中进行(3) 堆栈型：所有的操作都在栈顶进行。
只有push和pop操作会访问内存，其它的指令执行时都会删除栈中的操作数，然后写入执行结果。
(4) 通用寄存器型：所有的操作都在寄存器中进行。
这些寄存器-寄存器指令中的每个指令都包含3个操作数。
通用寄存器一共有16个，寄存器标志符占4位长。
为比较存储效率，我们对以上4种指令集作了如下约定：操作码占一个字节（8位）内存地址占2个字节（16位）操作数占4字节（32位）所有指令的长度都以整数个字节计算另外，还假定访问内存不使用其它的优化措施，变量A、B、C和D的初值都已经放在内存中。
针对以上4种不同的指令系统，回答下列问题：(1) 分别用汇编指令写出下面3个赋值语句：A =B + C;B = A + C;D = A – B;(2) 分别计算所执行指令的字节数和转移内存数据的字节数，并指出如果根据代码的大小来计算的话，哪种结构的效率是最高的？如果按需要的总内存带宽（代码+数据）来计算，又是哪种结构的效率最高？12．考虑为DLX结构的计算机增加一个新的寻址模式。
即使得地址模式增加两个寄存器和一个11位长的带符号的偏移量来得到有效地址。
这样，编译器就会用新的寻址模式来代替ADD R1, R1, R2LW Rd, 0(R1) (或是Store指令)如果已知在DLX结构的计算机上对测得一些程序的load和store指令分别平均占26%和9%，在此基础上，计算：(1) 假定10%的load和store指令可以用新的寻址模式代替，那么采用新的寻址模式后的指令计数与采用前之比为多少？(2) 如果新的寻址模式使得时钟周期增长5%，那么采用了新的寻址模式的机器和未采用新的寻址模式的机器相比，哪种机器会更快一些，快多少？1、解答：在尾数采用补码、小数表示且p=6，阶码采用移码、整数表示且q=6，尾数基r m为16，阶码基r e为2的情况下：(1) 最大尾数为：1－r m-p＝1－16-6，0.FFFFFF(2) 最小正尾数为：1/r m＝1/16，0.100000(3) 最小尾数为：-1，1.000000(4) 最大负尾数为：-(r m-1 + r m-p)＝(16-1 + 16-6)，1.EFFFFF(5) 最大阶码为：r e q－1＝26－1＝63，7F，包括符号位共7个1(6) 最小阶码为：-r e q＝-26＝-64，00，包括符号位共7个0(7) 最大正数为：(1－16-6)1663，7FFFFFFF(8) 最小正数为：16-65，00100000(9) 最大负数为：-(16-1 + 16-6) 16-64，80EFFFFF(10) 最小负数为：-1663，FF000000(11) 浮点零为：00000000(12) 表数精度为：16-5/2＝2-21(13) 表数效率为：15/16＝93.75％(14) 能表示的规格化浮点数个数为：2×15×165×27+12、解答:(1)取尾数和阶码的基都为2，即：r m=2 且r e=2根据表示数精度的要求：于是可以取p=24；根据表示数范围的要求：即因此可以取q＝7数据格式可以表示如下（尾数采用隐藏位）：(2)能够表示的最大正数：（1－2－24）2127，能够表示的最大负数：－2－129，表示数的精度：2－24，表数效率：100%。
3、解答：(1) 舍入方法：下舍上入法、查表法(2) 警戒位位数：2位(3) 正数区的误差范围：-2-p-1(1-2-g+1) ~ 2-p-14、解答:我们可以计算出数据的大致数量：1000条指令访问的数据总数为1000*2=2000个；每个数据平均访问8次，所以，不同的数据个数为：2000÷8=250个对于A处理机，所用的存储空间的大小为：Mem_size = Mem instruction+Mem data = 1000×32+250×32=40000bit对于B处理机，指令字长由32位变为了30位（条数由256减少到64），这样，所用的存储空间的大小为：Mem_size = Mem instruction+Mem data = 1000×32+250×36=39000bit由此我们可以看出，由于数据的平均访问次数要大于指令，所以，通过改进数据的格式来减少指令的长度，可以减少总的存储空间大小。
5、解答:(1) 要使得到的操作码长度最短，应采用Huffman编码，构造Huffman树如下：由此可以得到7条指令的编码分别如下：这样，采用Huffman编码法得到的操作码的平均长度为：H = 2×(0.35+0.25+0.20) + 3×0.10 + 4 ×0.05 + 5×(0.03 + 0.02)= 1.6+0.3+0.2+0.25=2.35(2) 设计8位字长的寄存器-寄存器型变址寻址方式指令如下：因为只有8个通用寄存器，所以寄存器地址需3位，操作码只有两位，设计格式如下：3条指令的操作码分别为00，01，10设计16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令如下：4条指令的操作码分别为1100，1101，1110，11116、解答：(1) 首先，可以根据指令地址的数量来决定各种指令在指令空间上的分布：如果按照从小到大的顺序分配操作码，并且按照指令数值从小到大的顺序，分别为双地址指令、单地址指令和零地址指令。
其次可以根据指令的条数来大致的估计操作码的长度：双指令15条，需要4位指令来区分，剩下的12位指令平均分给单地址和零地址指令，每种指令可以用6位指令来区分，这样，各指令的条数为：双地址指令15条，地址码：0000~1110；单地址指令26-1=63条，地址码：1111 000000~1111 111110；零地址指令64条，地址码：1111 111111 000000~1111 111111 111111。