计算机系统的体系结构 第一章
计算机系统结构(第3版)教学课件第1章 计算机系统结构的概念
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级的指令，
依此重复进行。
解释执行比编译后再执行所花的时间多，但占用的 存储空间较少。
▲
9/79
1.2 计算机系统结构的概念
1.2.2 计算机系统结构的定义
1. 计算机系统结构的经典定义 程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能 特性。
部件加速比
＝
[
(1
－可改进比例)
可改进比例 + 部件加速比
]
×总执行时间改进前
▲
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1.3 定量分析技术
系统加速比为改进前与改进后总执行时间之比
加速比 ＝ 总执行时间改进前 总执行时间改进后
＝
1
可改进比例
（1－可改进比例）+ 部件加速比
▲
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1.3 定量分析技术
例1.1 将计算机系统中某一功能的处理速度提高到原来的 20倍，但该功能的处理时间仅占整个系统运行时间的40%，则采 用此提高性能的方法后，能使整个系统的性能提高多少？ 解 由题可知，可改进比例 = 40% = 0.4，
部件加速比 = 20 根据Amdahl定律可知：
1
总加速比
=
0.6
+
0.4 20
= 1.613
采用此提高性能的方法后，能使整个系统的性能提高到原 来的1.613倍。
▲
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1.3 定量分析技术
例1.2 某计算机系统采用浮点运算部件后，使浮点运算速 度提高到原来的20倍，而系统运行某一程序的整体性能提高到 原来的5倍，试计算该程序中浮点操作所占的比例。 解 由题可知，部件加速比 = 20，系统加速比 = 5
计算机系统结构(第三版)张晨曦 课后答案
fi Si
−1
式中，fi 为可加速部件 i 在未优化系统中所占的比例；Si 是部件 i 的加速比。
⎧ f ⎫ f f S = ⎨[1 − ( f1 + f 2 + f 3 )] + 1 + 2 + 3 ⎬ S S S 1 2 3⎭ ⎩
0.3 0.3 f 3 ⎫ ⎧ 10 = ⎨[1 − (0.3 + 0.3 + f 3 )] + + + ⎬ 30 20 30 ⎭ ⎩
课
45000 × 1 + 75000 × 2 + 8000 × 4 + 1500 × 2 = 1.776 129500
答
案 网
计算机体系结构 • 第一章 • 第4页
⎡ f ⎤ Te = To ⎢(1 − f e ) + e ⎥ S e⎦ ⎣
S=
1 (1 − f e ) +
fe Se
S=
i
1 (1 − ∑ f i ) + ∑
对于第三级而言，为了完成 IC 条指令的功能，第三级指令的条数为： 执行第三级
IC 。为了 M2
IC IC 条指令，需要执行 N 条第二级的指令对其进行解释。那么对第二级 2 M M2 IC IC + 2N 2 M M
而言，总的指令条数为：
N⎤ ⎡ = ⎢1 + ⎥ K ⎣ M⎦ N⎤ ⎡ T4 = ⎢1 + ⎥ K ⎣ M⎦
1.5 计算机系统有三个部件可以改进，这三个部件的加速比如下： 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 的可改进比例为 30％，那么当部件 3 的可改进比例为多少时， 系统的加速比才可以达到 10？ (2) 如果三个部件的可改进比例为 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？ 解：在多个部件可改进情况下 Amdahl 定理的扩展:
计算机系统结构 第一章自考练习题答案
9.设计主存系统时，哪些属于计算机系统结构？哪些属于计算机组成？哪些属于计算机实现所要考虑的问题？
10.列举计算机系统硬件功能分配时，进行软硬件取舍的三条基本原则。（P8）
11.软件可移植性指的是什么？实现软件移植有什么好处？（P10）
12.简述统一高级语言实现软件移植的方法，适用场合，存在问题和原因，以及对此问题采取的对策。（P11）
13.什么是系列机软件的向上（向下）兼容和向后（向前）兼容？（P12）
14.计算机系统在处理数据的并行上，可分为哪四个等级？简单解释并各举一例。（P19）
部分习题参考答案：
历年真题精选1. D
同步强化练习
一、单项选择题。
6. D11. A14. A16. B19. B20. D
23. D25. D
三、简答题。
C.属于用以建立一个用户的应用环境D.属于符号化的机器指令
16.输入输出系统硬件的功能对（）是透明的。
A.操作系统程序员B.应用程序员C.系统结构设计人员D.机器语言程序设计员
17.属于MIMD系统结构的是（C）
A.各处理单元同时受同一个控制单元的管理
B.各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令
C.松耦合多处理机和多计算机D.阵列处理机
计算机实现：选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等。
26.软驱动器的I/O接口程序是由（A）实现的。
A.固件+软件B.软件C.操作系统D.固件
27.利用时间重叠概念实现并行处理的是（A）
A.流水处理机B.多处理机C.并行处理机D.相联处理机
28.不属于软件移植基本技术的有（D）
A.统一高级语言B.采用系列机C.模拟和仿真D.按新的系统及指令重新编写
第一章 微型计算机及其体系结构
控制总线决定了系统总线的特点，例如功能、适应性等
1.2.2 微型计算机的软件系统
操作系统 汇编程序 文本编辑程序 调试程序
MS-DOS MASM和LINK DEBUG.EXE
为什么采用汇编语言？
1.3 微型计算机的工作过程
8088的内部结构
AH AL
BH BL
通用 寄存器
CH CL DH DL
由于微型计算机具有如下特点
体积小、价格低 工作可靠、使用方便、通用性强……
所以，可以分为两个主要应用方向
1.1.1 微型计算机的应用
用于数值计算、数据处理及信息管理方向
通用微机，例如：PC微机 功能越强越好、使用越方便越好
用于过程控制及嵌入应用方向
专用微机，例如：工控机、单片机、数字信号 处理器
• Pentium III（奔腾3） — 32位微处理器 - 增加了70条SSE (Streaming SIMD Extensions)指令 SSE:单指令多数据流式扩展技术 （128位整数，浮点 - 首次内置序列号
1.1.1 微型计算机的发展（续）
第6代之后：
• Pentium 4 — 32位微处理器(非P6第六代X86 系列CPU核心结构) - 超级管道技术 - 增加了144条SSE2指令 - 简单ALU运行在2倍的处理器核心频率下
1.4.7 PentiumIII 中心结构
1.4.8 PentiumIV 中心结构
Intel公司于2000年11月推出了Pentium4微处理 器，至今主频已达到2GHz。Intel公司的Pentium4 采用NetBurst体系结构架构，也带来了体系结构总 线与支持芯片组的改变。虽然Pentium 4依然支持 AGTL+总线协议，但它与同样支持该协议的 Pentium Ⅲ最大不同是，它能够支持400MHz的体系 结构总线，这就意味着Pentium 4可提供高达 3．2GB／s的体系结构带宽，目前能够支持 Pentium 4新总线的只有i850等少数几种芯片组， i850有着非常出色的特性。
计算机组成原理第一章总结
第一章计算机系统概述1.电子（电子线路）数字（电子线路是数学式）通用（计算机本身功能多样）计算机系统。
2.计算机系统由计算机硬件（构成计算机的所有实体部件的组合）和计算机软件（一系列按照待定顺序组织的计算机数据和指令的集合）组成。
3.硬件指由中央处理器，存储器以及外围设备等组成的实际装置，硬件的作用是完成每条指令规定的功能。
指令是计算机运行的最小的功能单位，指令是指示计算机硬件执行某种运算，处理功能的命令。
4.软件是为了使用计算机而编写的各种系统的和用户的程序，程序由一个序列的计算机指令组成。
指令是用于设计的一种计算机语言。
5.计算机系统的层次结构：数字逻辑层，微体系结构层（这两层是硬件部分），指令系统层（处在硬件和软件系统），操作系统层，汇编语言层，高级语言层（这三层是软件部分）。
6.运算器（ALU，算术逻辑单元）（1）算术运算和逻辑运算（2）在计算机中参与运算的数是二进制的（3）运算器的长度一般是8，16，32或64位。
7.存储器（1）存储单元：在存储器中保存一个n位二进制数的n个触发器，组成一个存储单元。
（2）存储器地址：存储器是由许多存储单元组成，每个存储单元的编号称为地址。
（3）内存储器（ROM,RAM）8.信息单位（1）位（bit，简写b）数字计算机信息单位；包含1位二进制（0或1）（2）字节（Byte,简写B）由8位二进制信息组成（3）字（Word）计算机一次所能处理的二进制位数，至少一个字节，通常把组成一个字的二进制位数称为字长9.存储器的分类（1）按照在计算机中的作用（主存储器，寄存器，闪速存储器，高速缓冲存储器，辅助存储器等）10.主存储器（主存）通常采用半导体存储器（1）随机存取存储器（RAM）CPU可读写，断电时内容被消除（2）只读存储器（ROM）CPU只能读写，断电后可保留其数据，存储在ROM中的软件常被称为固件。
11.寄存器（CPU内部的一组特殊存储单元）（1）读写速度比主存快的多，通常被用于使用最为频繁的数据项，以避免多次访问主存，减少主存访问可大大加快计算机速度。
02325 计算机系统结构(自考)第一章 概论 笔记(手写)
1计算机系统的的层次结构以现代通⽤计算机系统可以分成哪⼏级它们的相对位置各机器级的实现是⽤的翻译技术还是解释技术z⽬前情况来看MO ⽤硬件实现⼤的数2软件层⾼级语⾔通过软件MI ⽤微程序固件实现实现2汇编语⾔M 2M 5⽤软件实现ii 传统机器语⾔䎚鱲2瀶固件就是具备软件功能的⼀种硬件硬件实现作业控制语⾔微程序以什么是翻译技术什么是解释技术翻译技术⽤转换程序将⾼⼀级机器级上的程序整个地址转换为低⼀级机器级上的等效程序之后在低⼀级机器级上实现的技术解释技术在低级机器级上⽤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机器级上的每条语句或指令逐条解释的技2.1计算机系统结构组成和实现的定义和研究⽅⾯1从计算机的层次结构⻆度来看系统结构system Architecture 是对计算机系统中各级界⾯的定义及其上下的功能分配iiiiii2计算机系统结构也称计算机系统的体系结构computer Architecture 它只是系统结构中的⼀部分指的传统机器语⾔机器级州的系统结构因此它是软件和硬件1固件的交接⾯是机器语算结论计算机系统结构研究的是软硬件之间的功能分配以及对传统机器级界⾯的确定为机器语⾔汇编语⾔程序设计者或编译程序⽣成系统设计或⽣成的程序能在机器结嘔趣魂䃴䏈臨嚹櫉出㒧瀃暶软礮 嚻㗸磡璐璐额嚻嚻 㓸年就⽬前的通⽤机和总其计算机系统结构的属性包括以D 硬件能够直接识别和处理的数据类型及格式等的数据表示系最⼩可寻址单位寻址种类地址计算等的寻址⽅式统通⽤寄存器的设置涨数量使⽤约定等的寄存器组织以⼆进制或汇编指令的操作类型格式排序⽅式控制机构等的指全系统构外主存的最⼩编址单位编址⽅式容量最⼤可编址空间等的存储系统组织以中断的处理与分级中断处理程序的功能与⼊⼝地址等的中断机构系统机器级的管态与⽤户态的定义与切换8输⼊1输出设备的连接使⽤⽅式流量操作结束出错指示等的机器级⼯10结构以系统各部分的信息保护⽅式和保护机构等属性_Énn 囎的讞囄 龖嚻欏㺦䵴 邈悦的縅 辄算樾设计䯁ì点2专⽤部件的设置是否设置乘除法浮点运算字符处理地址运算等专⽤部件设置的数量与机器要达到的速度价格以及专⽤部件的使⽤频率有关机烈各种操作对部件的共享程度分时共享使⽤程度⾼虽然限制了速度但价格便宜设置部件的降低共享程度因操作系统并⾏度提⾼可提⾼速度但价格也会提⾼4功能部件的并⾏度是⽤顺序串⾏还是⽤重叠流⽔或分布式控制和处理iii 䨊i ǐiiiiiiii iiiiiiiiin 控制机构的组成⽅式⽤硬件还是微程序控制是单机处理还是的机或功能分布处理成7预估预判技术⽤什么原则为优化性能预测未来⾏为6计算机的实现computer Implementation指的是计算机组成的物理实现包括处理机珔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7计算机实现的设计着眼于器件技术和微组装技术器件技术起着主导作⽤8指令系统的确定属于计算机系统结构指令的实现如取指令指令操作码译码计算操作数地址取数运算送结果等的操作的安排三和排序属于汢籃噍感实现这些指令功能的具体计电路器件的说⽜的装⾣䃢⼰技术属于计算机实现ftpmsn琺迹歛辔緪appointingpinetnn感乘法器加法⼀位移器的物理实现中的类型叔美成度数量价格以及微组装技术的确定和选择属于计算机实现-0ns中央处理机任存算外⼀箱溜畦侧的概念性结构图䃴嚻蜘理雄和醚-嚻制品外诞级槬以瑡⼼纙斌䴍出硬件⽅⾯2通道机实设备控制器i10机器1汇编指令系统数据表示是否采⽤通道⽅式输⼊1输出的确定属于计算机系统结构指令采⽤重叠流⽔还是其他⽅式解释数据通路宽度的确定通道采⽤结合型还是独⽴型属于计算机组成2.2系统结构组成和实现的相互关系和影响1相同结构如指令系统相同的计算机可以因速度不同⽽采⽤不同的组成⼀种组成也可以有多种不同的实现⽅法2组成也会影响结构了组成设计向上决定结构向下受限于实现技术4由于计算机组成和计算机实现关系密切有⼈将它们合称计算机实现即计算机系统的逻辑实现和物理实现ǜjiiiiii iiiiiiii能分配和确定程序设计者所看到的机器级界⾯的计算机系统结构称结论计算机系统结构设计的任务是进⾏软硬件的功能分配确定传统机器级的软硬件界⾯但作为计算机系统结构这⻔学科来讲实为程序设计者看到的计算机系统结构把着眼于如何更好更合理地实现分配给硬件的功能的计算机组成称为计算机设计者看到的计算机系统结构3计算机系统的软硬件取舍与设计思路引软硬件实现的优缺点1从原理上来讲软件的功能可以由硬件或固件来完成硬件的功能也可以由软件来模拟完成只是它们在性能价格实现的难易程度是不同的2软件实现的速度慢编制复杂编程⼯作量⼤程序所占存储空间量较的i 但是所花硬件少硬件的实现上也就相对简单容易硬件的成本低解题的灵活性和适性就好了具有相同功能的计算机系统其软硬件功能分配⽐例可以在很宽的范围内变化如下图⼀般来说提⾼硬件功能的⽐例可提⾼解题速度减少程序所需的时间但会增加硬件成本降低硬件利⽤率和计算机系统的灵活性及适应性提⾼软件功i ǘjf ǘǜǜ是⾼系统的灵活性适应性但是解题速度会下降软件设计费⽤和所需的存储器⽤量增加了原则D 应考虑在现有的硬器件主要是逻辑器件和存储器件的条件下系统要有⾼的性价⽐以实现费⽤速度和其他性能⽅⾯考虑2要考虑到准备采⽤和可能采⽤的组成技术使之尽可能不要过的或不合理地限制各种组成实现技术的采⽤了不能仅从硬的⻆度考虑如何便于应⽤组成技术的成果和便于发挥器件技术的发展还应从软的⻆度把如何为编译和操作系统的实现以及1⾼级语⾔程序的设计提供更的更好的硬件⽀持放在⾸位软硬件取舍的最终⽬标提⾼性能降低消耗评判性能的标准使⽤者响应时间完成任务的时间服务者吞吐量单位时间内的⼯作总量2软硬件取舍成本计算13软件开发费⽤C 软件重复设计的次数品硬件开发费⽤R 软件复制和存储的次数的更件实现的费⽤i Dn Nt Mn Ms 软件重复⽣产的费⽤例如批量部署1软件实现的费⽤Ds x clvtM tn Mn 硬件重复⽣产的费⽤⽣产计算机系统台数3.3计算机系统的定量设计原理真实程序的运⾏时间是衡量计算机性能的唯⼀可靠的①⼤概率事件优先原则喧⾛曼n 铡压n 缩原理oir提⾼经常性事件的处理速度经常性事件例如程序中的循环体②阿姆达尔Amdahl 定律定义系统性能的加速⽐确定对性能限制最⼤的部分计算改进某些部件所获得的性能提⾼③程序的局部性 效旦 璧和空间㞗盥改进效果好的⾼性能系统应是个各部分性能功能平衡得到提⾼的系统时间局部性现在正在使⽤的信息将来还要使⽤如程序中存在循环空间局部性将来要使⽤的信息与现在正在使⽤的信息在程序位置上是相邻的因为指令通常是顺序存放的数据也通常是以向量阵列树表等形式簇数据时间局部性空间局部性And 定律系统性能改进前⼆总执⾏时间部件加速⽐指令循环语句总加速⽐⼆系统性能改进后总执⾏时间瞿善⼆1-可改进⽐例可改进⽐例变量数据顺序语句字符串常量数据4计算机系统的设计⽅法①计算机系统⼀般有3种设计⽅法D 由上往下⾃顶向底专⽤机设计⽅法先考虑满⾜应⽤要再逐级向下设计串⾏设计⽅法周期⻓成本⾼难以量化2由下往上⾃底向顶通⽤机设计⽅法不考虑应⽤要求先根据已有条件设计硬件软件设计需要被动地适应硬件3⾃中间开始向两边设计它可以克服以上两⽅式中软硬件设计分离和脱节的致命缺点5软件应⽤器件的发展对系统结构的影响-5.1软件发展对系统结构的影响①软件的可移植性Portability 指的是软件不修改或只经少量修改就可由⼀台机器移到另⼀台机器上运⾏同⼀软件可应⽤于不同的环境软件兼容性i 向后兼容第⼀代电⼦管valve 1945-1954IBM 701机器档次当前机器第⼆代i 晶体管Transistor 19551964IBM7030㿚䨻容向后兰道时间第三代集成电路四1965-1974IBM张巧第四代⼤规模集成电路以红19741940IBM 3090Pc 第五代微处理器19902000IntelArm ②实现可移植性的常⽤⽅法D 采⽤系列机由同⼀⼚家⽣产的具有相同的系统结构但具有不同组成和实现的⼀系列不同型号的机器2模拟和仿真使件能够在具有不同系统结构的机器之间相互移植3i 实理软件移植的⼀种理想的⽅法例如Java 语⾔程序能在不同架构平台上运⾏模拟姚妣啊䲉犌⻰台 瞅⼀雅 额殆机⼀⼀刷啪镶处理器件发展历史通常⽤〇解释的⽅法去实现运⾏速度慢性能较差只适⽤于移植运⾏时间短使⽤次数少且在时间短上没有约束和受限制的软件仿真emulation ⽤⼀台现有的机器缩主机上的微程序〇去解释另⼀台机器⽬标机的指令集运⾏速度⽐模拟⽅法的快仿真只能在系统结构差距不⼤的机器之间使⽤区别模拟和仿真的区别在解释使⽤的语⾔模拟是⽤机器语⾔程序解释解释程序存储于主存中仿真使⽤微程序解释解释程序存储于控制存储器中③模拟与仿真的选择离频繁使⽤易于仿真的机器指令宜⽤仿真以提⾼速度较少使⽤的难以仿真的指令以及北操作宜⽤模拟即使两种机器系统差别不⼤往往也需要⽤模拟来完成机器间的映像11④3种⽅法的优缺点统⼀⾼级语⾔可以解决结构相同或完全不相同的机器间移植是未来发展⽅向但是⽬前难以解决只能做到相对统⼀系列机是当前遍采⽤的⽅法但只能实现同⼀系列内的软件兼容虽然允许发展变化但兼容的约束反过来会阻碍系统结构取得突破性的进展模灵活可实现不同系统结构间的软件移植但结构差别过⼤时效率速度会急剧下降伤真在速度上损失⼩但不灵活只能差别不⼤的系统之间使⽤否则效率也会过低且难以仿真需要与模拟结合才⾏此外发展异种机联⽹也是实现软件移植的⼀种途径5.2应⽤的发展对系统结构的影响不同的应⽤对计算机系统结构的设计提出了不同的要求应⽤需求是促使机算机系统结构发展的最根本的动⼒在不同的领域需要⾼性能的系统结构多媒体引了游戏⾼清影⾳⽹络应⽤⾼性能路由防⽕墙科学计算天⽓预报⽯油勘探班⽤户⻘尵 器件⼚家⽣产时固定的器件的⽤户即机器设计者只能使⽤不能改变器件内部功能现场为⽤户根据需要可改变器件内部功能⽤户为专⻔按⽤户要求⽣产的⾼度集成的以红器件完全按照⽤户要求设计的⽤户⽚称为全⽤户⽚⼀般同⼀系列内各档机器可分别⽤通⽤⽚现场⽚和⽤户为实现6系统结构的并⾏性开发及计算机轰统的分类6.1并⾏性概念与开发6.1.1并⾏性的含义与级别①并⾏性包含同时性和并发性两重含义⾃然性simultaneity 指两个或约个事件在同⼀时刻发⽣并发性concurrency 指两个或㑜事件在同⼀⽇②䲜䉪厵并⾏鍳靠 礜为了能并⾏处理以提⾼计算机解题的效率CnnD 计算机系统执⾏程序⻆度由低到⾼等级齽产操作之间的并⾏执⾏2指令之间放条指令的并⾏执⾏14作业或程序之间c______12计算机系统中处理数据⻆度由低到⾼等级冯⽒分类法1972冯泽云1位串字串同时只对⼀个字 齹⼯整处理通常指串⾏单处理机⽆并⾏性2位并字串并⾏单处理机3i 位为串字并不⼀⼀对许的字的同⼀位称位⽚进⾏处理3并⾏性贯穿于计算机信息加⼯的各个步骤和阶段的i 存储器操作并⾏2处理器操作并骤并⾏了处理器并⾏tiiiiii inin4指令任务作业并⾏皊之⼆及以上的并⾏是所处之理机同0时对然⾦撧或相关的的组娄-対居进⾏处理操作上避流的数据流计算机6.1.2并发性开发的途径时间重叠i鼝相互错不轮流重叠使⽤同⼀套硬件设备的各个部分加快硬件周转来赢得速度②资源重复邈邈䟐群Replication重复设置硬件资源来提⾼可靠性或性能③资源共享逛䬒aresharing⽤软件⽅法让的个⽤户按⼀定时间顺序轮流使⽤同⼀套资源来提⾼资源利⽤率相应地6.1.3多机系统的耦合度耦合度⽤于反映的机系统中各机器之间物理连接的紧密度和交叉作⽤能⼒的强弱1各种脱机处理系统是最低耦合系统lease coupled system 2多台计算机通过通道或通信线路实现互连以较低频带在⽂件或数据集⼀级相互作⽤这种系统被称为松散耦合系统loosely a system或间接耦合系统Indirectly Coupled system3多台计算机通过总线或⾼速开关琏共享主存有较⾼的信息传输速率可实现数据集⼀级任务级作业级并⾏则称该系统为紧密耦合系统Tighcoupled system 或直接耦合系统Directly c oupled system 6.1.4计算机系统的分类弗林分类瀓按照指令流和数据流的的倍性进⾏分类共分为4类数据流由执令流调⽤的数据序列圝鬬管⾔ 䨻⽇搻䲜时处于同⼀执⾏阶段的指令或数据的最⼤数⽬单指令流单数据流GED Single Instruction stream Single Data stream 单指令流的数据流Gen single Instruction stream Multiple Data Stream 阵列处理机和相联处理机多指令流多数据流㟗⽆实现对应的应⽤传统的单处理计算机多指令流单数据流MIS D -。
计算机体系结构各章简答题及答案
第一章计算机体系构造的根本概念1. 什么是计算机系统的多级层次构造？2. 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？3. 经典计算机系统构造的本质是什么？4. 语言实现的两种根本技术是什么？5. 对于通用存放器型机器来说，机器语言程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些？6. 什么是软件兼容？软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？7. 什么是系列机？它的出现较好地解决了什么矛盾？8. 对计算机开展非常关键的实现技术有哪些？9. 实现软件移植的主要途径有哪些？10. 试以系列机为例，说明计算机系统构造、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。
11. 存储程序计算机在系统构造上的主要特点是什么？12. 从系统构造的开展情况看，新型系统构造的设计主要从哪两方面着手？13. 软件技术两个最重要的开展趋势是什么？14. 计算机系统设计人员的技术挑战主要来自哪几个方面？15. 一种计算机系统构造的生命周期是怎样的？16. 商品的标价〔价格〕由哪些因素构成？17. 对计算机系统本钱产生影响的主要因素有哪些？18. 用户CPU时间由哪三个因素决定？19. 目前常用的测试程序分为哪五类？20. 什么叫测试程序组件？在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个？21. SPEC2000测试程序组件中包括哪几个测试程序组件？22. 测试基于Microsoft公司的Windows系列操作系统平台的最常用测试组件有哪些？23. 常用的专门的性能指标测试程序有哪些？24. 计算机系统构造设计和分析中最经常使用的三条根本原那么是什么？25. 根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？26. 从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为哪几级？27. 从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为哪几级？28. 计算机系统中进步并行性的技术途径有哪三种？29. 多机系统的耦合度可以分为哪几类？30. 单机系统和多机系统中，都是按哪三种技术途径分别开展为哪三类多处理机？31. 三种类型的多处理机〔同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统〕的主要区别是什么？1. 什么是计算机系统的多级层次构造？从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成以下多级层次构造：2. 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？硬件和软件在功能实现上是等效的，即一种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。
《计算机系统的体系结构》课后答案_李学干_清华大学出版社
《计算机系统的体系结构》课后答案1-8章第1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。
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。
只是反映在速度、价格、实现的难易程度上这两者不同。
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、1 25、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。
（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MO S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,可采用面向寄存器的系统结构，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。
第一章 计算机系统概论
1．2．1 计算机硬件 ． ．
1．运算器 ． 用于信息加工的部件，又称执行部件。它对数据信息进行算术运算 和逻辑运算。它由算术逻辑部件 ALU 和一系列寄存器组成。 算术运算指加、减、乘、除和其他复合运算，逻辑运算指与、或、 非、异或、比较、移位。 运算器包含多个寄存器，称为通用寄存器组，使用它们可减少访问 存储器的次数，提高运算速度。寄存器用于存放运行指令和运算操作 数，累加器除了存放运算操作数外，还存放中间结果和最终结果。 计算机采用二进制计数。二进制 二进制的运算规律非常简单，易于用物 二进制 易于用物 理的方式实现。 理的方式实现 二进制数的位数越多，计算精度就越高，但是位数越多，所需的电 子器件也越多。计算机运算器的运算宽度（ 机器字长 ） 通常为 8×2n 计算机运算器的运算宽度（机器字长） 计算机运算器的运算宽度 × （n 为自然数，目前最大为 3），即 8 位、16 位、32 位或 64 位。 即
9
1．2．1 计算机硬件 ． ．
指令和数据均以二进制信息形式存放在内存，按读取时间和存放 空间区分。取指周期中从内存中读出的信息流是指令流，它流向控制 取指周期中从内存中读出的信息流是指令流， 取指周期中从内存中读出的信息流是指令流 执行周期中从内存中读出的信息流是数据流 它流向运算器。 数据流， 器；执行周期中从内存中读出的信息流是数据流，它流向运算器 3．存储器 ． 存放程序和数据。分为若干个带地址的存储单元，数据以二进制 方式按地址存储。 读写过程：传送存储单元地址 → 地址译码器译码 → 选中存储单 元 → 从存储单元读出数据或向存储单元写入数据。 主板上的存储器为半导体触发器，每一个存储元（触发器）可存 储一位二进制信息。一个半导体触发器的 Q 输出端有两种电平状态， 输出高电平为 “1”，输出低电平为 “0”，通过输入端电平和时钟的控 制可改变触发器的输出状态，分别输出 “1” 或 “0”。
第一章 计算机系统概述(二)
计算机软件一般分为两大类：一类叫系统软件,一类叫应用软件。
★系统软件
系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，其目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能。
系统软件包括以下四类:
1、操作系统
操作系统是管理计算机资源（如处理器、内存、外部设备和各种编译、应用程序）和自动调度用户的作业程序，使多个用户能有效地共用一套计算机系统的软件。操作系统的出现，使计算机的使用效率成倍的提高，并且为用户提供了方便的使用手段和令人满意的服务质量。概括起来，操作系统具有三大功能：管理计算机硬、软件资源，使之有效应用；组织协调计算机的运行，以增强系统的处理能力；提供人机接口，为用户提供方便。
图1-5存储器组成框图
存储器组成框图演示
存储器所有存储元的总数称为存储器的存储容量，通常用单位KB，MB（1B＝1个字节＝8位二进制代码）来表示。存储容量越大，表示计算机记忆储存的信息就越多。
半导体存储器的存储容量有限，计算机中又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器。相对而言，半导体存储器称为内存储器，简称内存。
累加器A是特殊的寄存器，它既能接受来自总线的二进制信息作为参加运算的一个操作数，向算术逻辑单元ALU输送，又能存储由ALU运算的中间结果和最后结果。算术逻辑单元由加法器及控制门等逻辑电路组成，以完成A和B中的数据的各种算术与逻辑运算。
运算器一次运算二进制数的位数，称为字长。它是计算机的重要性能指标。常用的计算机字长有8位、16位、32位及64位。寄存器、累加器的长度应与ALU的字长相等。
3、语言处理程序
常用的语言处理程序有汇编程序、编译程序和解释程序等。
计算机体系结构第一章_练习题
计算机体系结构第⼀章_练习题《计算机系统结构》第⼀章测试题⽬⼀、填空题：（每空1分，共35分）1、从______⾓度可以将系统看成是按_______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______，______，______，______，______，______。
3、在计算机系统结构的层次结构中，机器被定义为______的集合体。
4、就计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系，完成下⾯填空：a)确定指令系统中是否要设乘法指令属于______，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______，乘法器和加法-移位器的物理实现属于______。
b)主存容量与编址⽅式的确定属于______，主存是否采⽤多体交叉属于______，主存器件的选定属于______。
c)设计何种系列机属于______，系列机内不同型号计算机的组织属于______。
5、同时性指两个或多个事件在______发⽣，并发性指两个或多个事件在______发⽣。
6、费林按指令流和数据流的多倍性把计算机系统分成______，______，______和______四⼤类。
传统的单处理机属于______。
7、⼀般⽤耦合度反映____________，它分为______，______，和______。
8、冯泽云提出⽤______来定量地描述各种计算机系统特征，把计算机分成______，______，______和______四类。
9、开发并⾏性的途径有______，______和______。
⼆、名词解释：（每题3分，共15分）1．透明性2．计算机系统结构3．并⾏性4．虚拟机5．MFLOPS三、简答题：（每题5分，共30分）1、软件和硬件在什么意义上是等效的?在什么意义上是不等效的?2、简述计算机系统结构⽤软件实现和⽤硬件实现各⾃优缺点。
3、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？虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；指令缓冲寄存器；通⽤寄存器。
计算机体系结构第一章名词解释
第一章名词解释、简答、计算题答案一、计算机体系结构的基木概念（14个）1.1引论1.2计算机体系结构的概念1、如何理解计算机系统中的层次概念？答：从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成多级层次结构。
对计算机系统的认识需要在某一个层次上，从不同角度（层次）所看到的计算机属性是不同的。
计算机系统按功能通常从高到低可分成以下几个层次：应用语言虚拟机、高级语言虚拟机、汇编语言级虚拟机、操作系统虚拟机、传统机器级、微程序机器级共六级。
在以上划分中，传统机器级以上的所有机器都称为是虚拟机。
这种划份方法有助于各级语言的实质及实现，分层后，处在某一级虚拟机的程序员只需要知道这一级的语言及虚拟机，至于这一级语言是如何再逐层地经翻译或解释到下面的实际机器级，就无须知道了。
2、划分多级层次结构的作用是什么？答：把计算机系统按功能划分成多级层次结构：首先有利于正确地理解计算机系统的工作，明确软件、硬件和固件在计算机系统中的地位相作用。
其次有利于理解各种语言的实质及其实现。
最后还有利于探索虚拟机新的实现方法，设计新的计算机系统。
3、语言实现的两种技术是什么，有何优缺点？答：翻译和解释是语言实现的两种技术。
它们都是以执行一串N级指令来实现N+1级指令。
翻译技术是先把N+1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N+1级程序不再被访问。
解释技术是每当一条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级的指令，依此重复进行。
在这个过程中不产生翻译出来的程序，因此，解释过程是边变换、边执行的过程一般来说，解释执行比翻译花的时间多，但存储空间占用较少。
4、什么是透明性？如何理解体系结构的概念？答：透明性是指本来存在的事物或属性，从某种角度看，似乎不存在。
计算机体系结构的定义是Amdahl于1964年在推出IBM360系列计算机时提出的：程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性。
(完整word版)计算机系统结构
完成以下带队号的题√. 各章所占试题的比例第一章 30％第二章 10% 第三章 30%第五章10％第六章10% 第七章10％所用教材计算机系统结构张晨曦第一章计算机体系结构的基本概念√1. 解释下列术语：层次结构翻译解释体系结构透明性系列机软件兼容兼容机计算机组成计算机实现并行性时间重迭资源重复资源共享同构型多处理机异构型多处理机紧密耦合响应时间测试程序大概率事件优先系统加速比Amdahl 定律程序的局部性原理CPI√2。
传统的存储程序计算机的主要特征是什么?存在的主要问题是什么?我们目前的计算机系统是如何改进的？√3。
假设在某程序的执行过程中，浮点操作时间占整个执行时间的10% ，现希望对浮点操作加速. （1）设对浮点操作的加速比为Sf。
画出程序总加速比Sp和Sf之间的关系曲线;（2)请问程序的最大加速比可达多少?√4。
计算机系统中有三个部件可以改进方法，这三个部件的部件加速比如下：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的可改进比例均为30％,那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10?（2）如果三个部件的可改进比例分别为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?(3）如果相对某个测试程序三个部件的可改进比例分别为20％、20%和70％，要达到最好改进效果，仅对一个部件改进时,要选择那个部件?如果允许改进两个部件，又如何选择？第二章计算机指令集结构设计1. 解释下列术语堆栈型机器累加器型机器通用寄存器型机器有效地址√CISC√RISC指令集结构的正交特性2。
堆栈型机器、累加器型机器和通用寄存器型机器各自有什么优缺点？3。
常见的三种类型的通用寄存器型机器的优缺点有哪些？4. 指令集结构设计所涉及的内容有哪些？√ 5. 简述CISC指令集结构功能设计的主要目标。
从当前的计算机技术观点来看，CISC 指令集结构的计算机有什么缺点?√6。
计算机01组成原理第一章PPT
系统结构
基本概念
1.1 计算机的发展与应用
计算机从总体上来说分为两大类:
模拟计算机和数字计算机。
各自主要特点： 模拟计算机由模拟运算器件构成，其变量由连续量 （如：电压、电流等）来表示，运算过程也是连续的
数字计算机则是由逻辑电子器件构成，其变量为开 关量（离散的数字量），采用数字式按位运算，运算 模式是离散式的
系统结构
基本概念
国际TOP500组织本月 2015年7月13日在德国举 行的 2015 年国际超级计算机大会上发布全球超 级计算机500强最新榜单，中国“天河二号”以 每秒3.386万万亿次的浮点运算速度第五次蝉联 冠军。该计算机由国防科技大学与中国的IT公司 浪潮合作制造。天河二号包含16000个计算机节 点，其中每个节点都包含两个 Intel Ivy Bridge Xeon处理器和三个Xeon Phi高性能计算卡。
系统结构
基本概念
冯·诺依曼
20 世纪 30 年代中期，冯·诺依曼大胆
的提出 : 抛弃十进制，采用二进制作为 数字计算机的数制基础。同时，他还说: 预先编制计算程序，然后由计算机来按 照人们事前制定的计算顺序来执行数值 计算工作。
系统结构
基本概念
根据冯诺依曼体系结构构成的计算机， 必须具有如下功能：
灵测验”。
系统结构
基本概念
阿兰·图灵（Alan Turing）
1945年，图灵被调往英国国家物理研究所工作。他
结合自己多年的理论研究和战时制造密码破译机的
经验，起草了一份关于研制自动计算机器（ACE： Automatic Computer Engine ）的报告，以期实 现他曾提出的通用计算机的设计思想。图灵预言， 总有一天计算机可通过编程获得能与人类竞争的智
北理工计算机体系结构习题解答
习题解答
1
第1章 基础知识
翻译
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 级上可运行的等效程序，然后再 在低一级机器级上去实现的技术
2
第1章 基础知识
解释
在低一级机器级上用它的一串语 句或指令来仿真高一级机器上的 一条语句或指令的功能，通过对 高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
解：
2
1
(1 F ) (F / 20)
F 10 0.53 19
19
1-10 用一台40MHz处理机执行标准测试 程序，它含的混合指令数和相应所需的 时钟周期数如下：
指令类型 指令数 时钟周期数
整数运算 45000
1
数据传送 32000
2
浮点
15000
2
控制传送 8000
2
求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时 间。
20
[解答]
C＝P(I4=50i0n10(*C1+PI3i2*00IIC0i *)2+15000*2+8000*2)/
(45000+32000+15000+8000) = 1.55周期/指令
速率MIPS f /(CPI*106) 40*106 /(1.55*106) 25.81
1 t (45000*1 32000* 2 15000* 2 8000*2)*( 40*106 ) 3.875*103秒
21
1-11 假设在一台40MHz处理机上运行200,000条指令的目标代码，程序主要由 四种指令组成。根据程序跟踪实验结果，已知指令混合比和每种指令所需的 指令数如下：
指令类型
计算机体系结构
3 系列机简介 1）要有统一的汇编语言或机器语言； 2）要确定好一种概念结构并有扩充余地； 3）要具有兼容性：将以前编写的软件不改或少许修 改就能在新机上运行的性能称兼容性（或向前兼容）。 ①向后兼容：目前编写的软件能在今后生产的计算机 上不加修改就能运行。 ②向上兼容：在低档机上编写的软件能在高档机上不 加修改地运行。 对一个系列机是否具有强大的生命力，主要取决 于软、硬件交界面选择是否恰当。其中，中大型机以 IBM360、370，微机以IBM—PC兼容机做的十分成功。
§3 影响计算机系统结构发展的因素
一、程序的可移植性的影响
1. 含义：程序的可移植性也就是程序的可继承性。 2. 解决可移植性的办法： 1）统一高级语言 高级语言是面向问题与算法的，与机器的具体结构关 系不大。 2）采用模拟技术 利用现有计算机的指令串来解释新计算机的指令功能 3）采用仿真技术 用现有计算机的微指令串来解释新计算机的指令功能 4）利用系列机
关于本课程考试
第一章 概述 §1 计算机系统和系统结构
一、计算机系统的组成
由硬件和软件组成。 1. 硬件：可视为多种资源： 1）处理信息资源—CPU； 2）存储信息资源—存储器； 3）交换信息资源—I/O设备。 2. 软件：即程序 1）系统软件：各用户共同使用，如操作系统 （OS），编译/解释程序，汇编程序，诊断程序等； 2）应用软件：为解决用户问题编写的程序。
3 操作重迭化
1）一条指令的几个过程段 ①取指令 ②译码分析 ③执行
2）传统机器的执行方式存在的问题
取 译 执 取 译 执
第i条
第i+1条
3）重迭执行 重迭执行可以提高指令的吞吐率，图示如 下：
i i+1 i+2 取 译 取 执 译 取 执 译 执
计算机系统结构
1
1
SFPSQR (1 0.2) 0.2 0.82 1.22
10
SFP
1 (1 0.5)
0.5
1 0.75
1.33
2
3 CPU性能公式 CPU的性能取决于三个要素：
①时钟频率f(或时钟周期t)； ②每条指令所花的时钟周期数CPI； ③指令条数IC 一个程序所花的CPU时间(T)可以用两种方式来表示： CPU时间(T)=CPU时钟周期数(CPI×IC)*时钟周期长(t)
解：原系统的CPI=25%×4+75%×1.33=2 方案1(使FPSQR操作的CPI为2)系统
方案2(提高所有FP指令的处理速度)系统
我们也可以根据以下公式计算出方案2系统的CPI
显然，提高所有FP指令处理速度的方案要比提高FPSQR处 理速度的方案要好。
假设这两台机器的指令系统中，执行条件转移指令需2个时钟 周期，而其它指令只需1个时钟周期。
1.2 计算机系统设计技术
1.2.1计算机系统设计的定量原理 1 加快经常性事件的速度 这是计算机设计中最重要也最广泛采用的设计准则。使 经常性事件的处理速度加快能明显提高整个系统的性能。 在CPU中两个数进行相加运算时，相加结果可能出现溢出 现象，也可能无溢出发生，显然经常出现的事件是不发 生溢出的情况，而溢出是偶然发生的事件。因此，在设 计时应优化不发生溢出的情况，使这个经常性事件的处 理速度尽可能快，而对溢出处理则不必过多考虑优化。 因为发生溢出的概率很小，即使发生了，处理得慢一些 也不会对系统性能产生很大的影响。
MISD(Multiple Instruction stream Single Data stream) 采用流水结构的计算机
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1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。
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。
只是反映在速度、价格、实现的难易程度上这两者不同。
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、1 25、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。
（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MO S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,可采用面向寄存器的系统结构，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。
但对面向寄存器的系统结构还要求寄存器能同时被访问，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。
综上所述，系统结构的设计必须结合应用考虑，为软件和算法的实现提供更多更好的支持，同时要考虑可能采用和准备采用的组成技术。
应避免过多地或不合理地限制各种组成、实现技术的采用和发展，尽量做到既能方便地在低档机上用简单便宜的组成实现，又能在高档机上用复杂较贵的组成实现，这样，结构才有生命力；组成设计上面决定于结构，下面受限于实现技术。
然而，它可与实现折衷权衡。
例如，为达到速度要求，可用简单的组成但却是复杂的实现技术，也可用复杂的组成但却是一般速度的实现技术。
前者要求高性能的器件，后者可能造成组成设计复杂化和更多地采用专用芯片。
组成和实现的权衡取决于性能价格比等因素；结构、组成和实现所包含的具体内容随不同时期及不同的计算机系统会有差异。
软件的硬化和硬件的软件都反映了这一事实。
VLSI的发展更使结构组成和实现融为一体，难以分开。
4、什么是透明性概念？对计算机系统结构，下列哪些是透明的？哪些是不透明的？存储器的模m交叉存取；浮点数据表示；I/O系统是采用通道方式还是外围处理机方式；数据总线宽度；字符行运算指令；阵列运算部件；通道是采用结合型还是独立型；PDP-11系列的单总线结构；访问方式保护；程序性中断；串行、重叠还是流水控制方式；堆栈指令；存储器最小编址单位；Cache存储器。
答：透明指的是客观存在的事物或属性从某个角度看不到。
透明的有：存储器的模m交叉存取；数据总线宽度；阵列运算部件；通道是采用结合型还是独立型；PDP-11系列的单总线结构；串行、重叠还是流水控制方式；Cache存储器。
不透明的有：浮点数据表示；I/O系统是采用通道方式还是外围处理机方式；字符行运算指令；访问方式保护；程序性中断；堆栈指令；存储器最小编址单位。
P.S.属于计算机系统结构的属性有：数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储组织、中断机构、I/O结构、保护机构等。
属于组成的属性有：数据通路宽度、专用部件设置、功能部件并行度、控制机构的组成方式，可靠性技术等。
它着眼于机器内各事件的排序方式，控制机构的功能及部件间的关系。
属于实现的属性有：部件的物理结构、器件、模块的划分与连接、微组装技术、信号传输技术等，它着眼于器件技术和微组装技术。
5、从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？指令地址寄存器；指令缓冲器；时标发生器；条件寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盘外设；先行进位链；移位器；通用寄存器；中断字寄存器。
答：透明的有：指令缓冲器、时标发生器、乘法器、主存地址寄存器、先进先出链、移位器6、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；指令缓冲寄存器。
答:对系统程序员透明的有：虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；对应用程序员透明的有：系列机各档不同的数据通路宽度；“启动I/O”指令；“执行”指令；指令缓冲寄存器。
该题答案纯属本人个人见解。
对系统程序员透明是否意味着有计算机系统结构透明，而对应用程序员透明则对应着对计算机组成透明呢？----lanjing以下摘自南京大学出版社出版，李学干主编的辅导书分析系统程序员是编写诸如操作系统、编译程序等各种系统软件的人员。
应用程序员是指利用计算机及所配的系统软件支持来编写解决具体应用问题的程序员。
他们都可以使用汇编语言或机器语言来编写程序，当然也可以用高级语言来编写程序。
所以，对系统程序员或应用程序员不透明的，应包括计算机系统结构所包含的方面。
而属全硬件实现的计算机组成所包含的方面，如系列机各档不同的数据通路宽度、Caceh存储器、指令缓冲寄存器等，无论是对系统程序员，还是对应用程序员都应当是透明的。
对目前高性能计算机系统来讲，大多数都是多用户环境，应用程序(也称算态、目态或用户态程序)中是不允许使用管态(也称系统态、监督态)中所用的特权指令。
例如，大型多用户系统中，程序状态字是用于反映计算机系统在当前程序的各种关键状态(它并不是IBM PC计算机那种狭义的所谓程序状态字)，它是操作系统用于管理计算机系统资源及其使用状况的，用户不能直接对程序状态字内容进行读、写和访问的，只能由系统来管理。
“启动I/O”指令是大型机中的一种管态指令，属于特权指令，只能在操作系统程序中使用(见教材中第3章的3.4.1节所介绍)。
用户程序是不能用它来直接启动I/O通道和设备的。
虚拟存储器(参看教材第4章4.1.3节)是一个主存-辅存两级存储层次。
它对应用程序是完全透明的，使应用程序不必作任何修改就可以在系统上运行。
但是，在操作系统中必须配置有相应的管理软件，能对其虚实外部地址的映象和变换、程序的换道、程序由辅存调入主存、主存页面的替换、存储保护等进行管理，所以对系统程序员来说是不透明的。
“执行”指令(参看教材中第5章5.1.2节)是IBM370等系列机上用于解决程序在执行过程中不准修改指令，又允许将指令放在操作数区中做修改，以满足指令在执行过程中允许修改的要求。
这种指令无论是用户程序，还是系统程序，都希望可以被使用的，所以，“执行”指令应设计成对应用程序和系统程序都是不透明的。
解答系列机各档不同数据通路宽度、Cache存储器、指令缓冲寄存器属计算机组成，对系统程序员和应用程序员都是透明的。
虚拟存储器、程序状态字、“启动I/O”指令，对系统程序员是不透明的，而对应用程序员却是透明的。
“执行”指令则对系统程序员和应用程序员都是不透明的。
7、想在系列机中发展一种新型号机器，你认为下列哪些设想是可以考虑的，哪些则不行的？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。
（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。
（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。
（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存取下溢处理结果的查表舍入法。
（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。
（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。
（7）为减少公用总路线的使用冲突，将单总线改为双总线。
（8）把原0号通用寄存器改作堆栈指示器。
答：可以考虑的有：13467。
不可以考虑的有：258。
原则很简单，看改进后能否保持软件的可移植性。
P.S.为了能使软件长期稳定，就要在相当长的时期里保证系统结构基本不变，因此在确定系列结构时要非常慎重。
其中最主要是确定好系列机的指令系统、数据表示及概念性结构。
既要考虑满足应用的各种需要和发展，又要考虑能方便地采用从低速到高速的各种组成的实现技术，即使用复杂、昂贵的组成实现时，也还能充分发挥该实现方法所带来的好处。
8、并行处理计算机除分布处理、MPP和机群系统外，有哪4种基本结构？列举它们各自要解决的主要问题。
答：除了分布处理，MPP和机群系统外，并行处理计算机按其基本结构特征可分为流水线计算机，阵列处理机，多处理机和数据流计算机四种不同的结构。
流水线计算机主要通过时间重叠，让多个部件在时间上交划重叠地并行招待运算和处理，以实现时间上的并行。
它主要应解决：拥塞控制，冲突防止，流水线调度等问题。
阵列处理机主要通过资源重复实现空间上的并行。
它主要应解决：处理单元灵活、规律的互连模式和互连网络设计，数据在存储器中的分布算法等问题。
多处理机主要通过资源共享，让一组计算机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上的相互作用，达到时间和空间上的异步并行。
它主要应解决：处理机间互连等硬件结构，进程间的同上步和通讯，多处理机调度等问题。
数据流计算机设有共享变量的概念，指令执行顺序只受指令中数据的相关性制约。
数据是以表示某一操作数或参数已准备就绪的数据令牌直接在指令之间传递。
它主要应解决：研究合适的硬件组织和结构，高效执行的数据流语言等问题。
9、计算机系统的3T性能目标是什么？答：计算机系统的3T性能目标是1TFLOPS计算能力，1TBYTE主存容量和1TBYTES的I/O带宽。