计算机体系结构第一章练习题参考解答

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计算机体系结构第一章练习题

第一章练习题
一、单项选择题在下面各题的 4 个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把正确答案的标号（A~D）填入题后面的括号中。 1．在计算机系统层次结构中，从低层到高层，各层相对顺序正确的是（ B ）。 A．汇编语言机器级操作系统机器级高级语言机器级 B．微程序机器级传统机器语言机器级汇编语言机器级 C．传统机器语言机器级高级语言机器级汇编语言机器级 D．汇编语言机器级应用语言机器级高级语言机器级 2．直接执行微指令的是（ C ）。 A．汇编程序 B．编译程序 C．硬件 D．微指令程序 3．对汇编语言程序员透明的是（ D ）。 A．浮点运算 B．程序性中断 C．存取操作数 D．I/O 方式中的 DMA 访问方式 4．从计算机系统结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（ A ）。 A．编程要用到的硬件组织 B．计算机软件所要完成的功能 C．计算机各部件的硬件实现 D．计算机硬件的全部组成 5．在计算机的系统结构设计中，提高硬件功能实现的比例会（ C ）。 A．提高硬件的利用率 B．提高系统的性能价格比 C．提高系统的运行速度 D．减少需要的存储器容量 6．在计算机的系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会（ D ）。 A．减少需要的存储器容量 B．提高系统的性能价格比 C．提高系统的解题速度 D．提高系统的灵活性二、应用题 1．假设某一计算机系统高速缓存 Cache 的工作速度为主存的 5 倍，而且 Cache 被访问命中的概率为 90%，那么，采用 Cache 后能够使该计算机的存储系统获得多高的加速比？ S=1
1 10 15
=1.5
（2）假设将处理器的时钟频率提高到 30MHz，但是存储器的工作速率不变，这样使得每次存储器存取需要 2 个时钟周期。如果测试程序的 30%指令需要 1 次访存，5%指令需要 2 次访存，其他指令不需要访存，试求测试程序在改进后的计算机上执行的 MIPS。CPI2=1.775 MIPS2=16.9 4. 已知 4 个程序在计算机 A、B、C 上的执行时间（以秒 s 为单位）分别如下表所示：程序在各个计算机上的执行时间（单位为：秒 s）程序程序 1 程序 2 程序 3 程序 4 计算机 A 1 1000 500 100

北理工计算机体系结构习题解答

*1
32000 *
2
15000
*
2
8000
*
2)
*
(
40
1 *106
)
3.875*103秒
21
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

计算机体系结构课后习题答案(全)

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。

计算机第一章测试题及答案

计算机第一章测试题及答案题目一：简答题（共30分）1. 请解释计算机硬件和软件的区别和联系。

答：计算机硬件是指计算机系统中所有可见和可触摸的实体部分，包括计算机主机、显示器、键盘、鼠标等。

而计算机软件则是指控制计算机硬件运行的程序和数据。

硬件和软件互相依赖，缺一不可。

硬件为软件的运行提供基础，而软件控制硬件的操作和运行。

2. 请解释计算机的层次结构以及各层次的功能。

答：计算机的层次结构分为五层：硬件层、操作系统层、应用程序层、用户接口层和用户层。

硬件层包括计算机硬件设备，负责实际执行计算任务；操作系统层是计算机系统的核心，负责管理和控制计算资源；应用程序层是各种应用软件的集合，为用户提供各种功能；用户接口层是用户与计算机系统进行交互的界面；用户层是用户实际使用计算机进行各种操作的层次。

3. 什么是计算机网络？列举您所了解的计算机网络类型。

答：计算机网络指的是将多台计算机连接起来，实现信息共享和资源共享的系统。

常见的计算机网络类型包括局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、因特网（Internet）等。

题目二：选择题（共40分，每题2分）1. 下列哪个不属于计算机硬件的组成部分？A. CPUB. 显示器C. 操作系统D. 键盘答：C. 操作系统2. 下面哪个不属于计算机的存储器层次结构？A. 寄存器B. 高速缓存C. RAMD. 键盘答：D. 键盘3. 下列哪个是计算机的核心部件？A. 显卡B. 鼠标C. 主板D. 显示器答：C. 主板题目三：实际操作题（共30分）1. 请列举一个使用计算机网络的实际应用场景，并描述其运作原理。

答：在线购物是一个使用计算机网络的实际应用场景。

用户通过连接到互联网的计算机，访问在线商城网站，浏览并选择所需商品，然后将商品加入购物车并进行结算。

网站后台会收集用户的订单信息，并将订单信息传递给物流公司，物流公司负责将商品发送给用户。

用户可以通过计算机网络实现在线支付，完成购物过程。

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。

计算机系统结构第一章课后题答案

1．3 典型习题和题例分析与解答题1.1 有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。

每一级为了执行一条指令需要下一级的N 条指令解释。

若执行第1级的一条指令要K ns 时间，那么执行第2、第3、第4级的一条指令各需要用多少时间?[分析] 计算机按功能分成级时，最底层是第l 级，向上依次为第2、第3和第4级；解释方式的执行是在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高一级机器级上的一条语句或指令的功能，而且是通过对高级机器级程序中的每条语句或指令逐条加以解释来实现的。

[解答] 执行第2、第3、第4级的一条指令各需KN ns 、KN 2 ns 、KN 3 ns 的时间。

题1.2 操作系统机器级的某些指令就用传统机器级的指令，这些指令可以用微程序直接实现，而不必由操作系绕自己来实现。

你认为这样做有哪些好处？[解答] 这样做，可以加快操作系统中操作命令解释的速度，同时也节省了存放解释操作命令这部分解释程序所占的存贮空间，简化了操作系统机器级的设计，也有利于减少传统机器级的指令条数。

题1.3 有一个计算机系统可按功能分成4级，各级的指令都不相同，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+l 级的一条指令，而有一段第l 级的程序需要运行的时间为K s ，问在第2、3和4级上一段等效的程序各需要运行多长时间?[分析] 因为从功能意义上讲，第i 级的一条指令能完成第i-1级的M 条指令的计算量，但第i 级的一条指令的执行，都是靠第i-1级的N 条指令的执行来解释完成。

已知，第1级的一段程序运行时间为K s 。

第2级的一段程序从功能等效上讲，所需的指令条数应当是第1级上指令数的1/M 。

而由第1级解释时又需要执行N 条指令，所以，第2级一段等效程序的运行就需要K ·s M N 的时间。

第3、4级则可依次类推。

计算机系统结构第一章自考练习题答案

第一章计算机系统结构的基本概念历年真题精选同步强化练习一.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（C ）°A. 编译程序翻译B.编译程序解释C.汇编程序翻译D.汇编程序解释2. 系列机软件应做到（ B）A.向前兼容，并向下兼容 B.向后兼容，力争向上兼容C. 向前兼容，并向上兼容D. 向后兼容，力争向下兼容3.在计算机系统多级层次结构中，机器级由低到高，相对顺序正确的应当是（B ）°^M A.传统机器语言、汇编语言、操作系统 —B.微程序、传统机器语言、高级语言 C. 高级语言、汇编语言、传统机器语言D. 传统机器语言、应用语言、高级语言4.可以直接执行微指令的是（ CA. 编译程序B.微程序C.硬件D.汇编程序 5.计算机系统结构不包括（ A） °A. 主存速度B.数据表示C.机器工作状态D.信息保护6.对计算机系统结构透明的是（）°A. 是否使用通道型I/O 处理机B.虚拟存储器C.字符行运算指令D. VLSI 技术 7. 在主存设计上，属计算机系统结构考虑的应是（C ）°A. 频宽的确定B.多体交叉还是单体C.容量和编址单位D.用MOSS 是TTL8.计算机组成设计不考虑（B1. 2. 下列对系统程序员不透明的是（A.乘法器B.先行进位链“从中间开始”设计的“中间”目前多数是在（ A. -B. C. D.C.）°指令缓冲器DD. 条件码寄存器3. 4. 5. 6.微程序机器级与汇编语言机器级之间操作系统机器级与汇编语言机器级之间传统机器语言机器级与微程序机器级之间传统机器语言机器级与操作系统机器级之间 ■开发计算机系统结构并行性的主要技术途径有时间重叠、—共享■计算机系统弗林分类法，把计算机系统分成单指令流单数据流—据流（SIMD 、（多指令流单数据流（MISD ））和（多指令流多数据流（MIMD ）四大类。

计算机体系结构第一章练习题参考解答

第一章1.44 某工作站采用时钟频率为15MHz 、处理速率为10MIPS 的处理机来执行一个测试程序。

假定每次存储器存取为1个时钟周期，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30MHz ，但存储器的工作速率不变，这样，每次存储器存取需要2个时钟周期。

如果30％指令每条只需要一次存储器存取操作，另外5％指令每条需要二次存储器存取操作，假定测试程序的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处理机的CPI 。

解：（1）由MIPS = 时钟频率/（CPI ×106），则有：CPI A =时钟频率/（MIPS ×106）= 1.5。

（2）当时钟频率为15MHZ 时，假设不进行存储操作指令的CPI 为x ，则要进行一次存储操作指令的CPI 为1+ x ，要进行二次存储操作指令的CPI 为2+ x ，因此有：1.5 = x×65% + （1+ x ）×30% + （2+ x ）×5%解得x = 1.1当时钟频率为30MHZ 时，不进行存储操作指令的CPI 不变为1.1，要进行一次存储操作指令的CPI 为2+ x = 3.1，要进行二次存储操作指令的CPI 为4+ x = 5.1，因此平均CPI 为：CPI B = 1.1×65% + 3.1×30% + 5.1×5% = 1.9所以 MIPS B = 时钟频率/（CPI B ×106）=（30×106）/（1.9×106）= 15.81.45 用一台80MHz 处理机执行标准测试程序，它包含的指令数和相应的平均时钟周期数如表1-10所示，求该处理机的有效CPI 、MIPS 和程序执行时间。

表1-10 题1.46的指令数和相应的平均周期数解：该处理机指令的平均时钟周期数CPI 为： CPI =n i Ic Ii CPIi 1)/*(=46/105×1+36/105×2+14/105×2+9/105×2 = 1.6 所以 MIPS = 时钟频率/（CPI B ×106）=（80×106）/（1.6×106）= 50T CPU = I C /( MIPS ×106) = 105000/(50×106) = 0.21(ms)1.46 某计算机Cache 能存放2000条指令。

计算机体系系统答案(第一章)

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、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。

（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,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。

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。

计算机系统结构第一章(习题解答)

1. 如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。

每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。

若执行第一级的一条指令需要K ns 时间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需要用多少时间？解：可以分情况进行讨论●情况一执行第2级的一条指令需要NK纳秒，执行第3级的一条指令需要N2K纳秒，执行第4级的一条指令需要N3K纳秒。

●情况二执行第2级的一条指令需要K/N纳秒，执行第3级的一条指令需要K/N2纳秒，执行第4级的一条指令需要K/N3纳秒。

2. 实现软件移植的主要途径有哪些？它们存在什么问题？适用于什么场合？答：略3. 想在系列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，哪些则是行不通的？为什么？⑴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。

⑵ 为增强中断处理功能，将中断分析由原来的4级增加到5级，并重新调整中断响应的优先次序。

⑶ 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。

⑷ 为解决计算误差较大的问题，将机器中浮点数的下溢处理方法由原来的恒置“1”法，改为增设用只读存储器存放下溢处理结果的查表舍入法。

⑸ 为增加寻址灵活性和减少平均指令字长，将原来全部采用等长操作码的指令改成有3类不同码长的扩展操作码；并将源操作数寻址方式由原来的操作码指明改成增加一个如V AX-11那样的寻址方式位字段来指明。

⑹ 将CPU 与主存之间的数据通路宽度由16位扩展到32位，以加快主机内部信息的传送。

⑺ 为了减少使用公用总线的冲突，将单总线改为双总线。

⑻ 把原来的0号通用寄存器改作为专用的堆栈指示器。

答：⑵、⑸、⑻不可以，其它都可以。

⑵ 不可以，对系列机可以增加新功能，但是不能改变原来的功能。

⑸ 不可以，改变了指令的格式和功能。

⑻ 不可以，0号通用寄存器变成堆栈指示器，0号通用寄存器不能用了。

4. 如果某一计算任务用向量方式求解比用标量方式求解要快20倍，称可用向量方式求解部分所花费时间占总时间的百分比为可向量化百分比。

计算机体系结构各章简答题及答案

第一章计算机体系结构的基本概念1. 什么是计算机系统的多级层次结构？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. 经典计算机系统结构的实质是什么？4. 语言实现的两种基本技术是什么？5. 对于通用寄存器型机器来说，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. 对计算机发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，说明计算机系统结构、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结构上的主要特点是什么？12. 从系统结构的发展情况看，新型系统结构的设计主要从哪两方面着手？13. 软件技术两个最重要的发展趋势是什么？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. 一种计算机系统结构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. 对计算机系统成本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. 计算机系统结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么？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. 计算机系统中提高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发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结构？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结构：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。

计算机组成与结构课后习题与解答第一章

计算机组成与结构课后习题与解答
第一章
问答题 1、解释下列术语层次结构计算机系统结构计算机组成计算机实现透明性由上往下设计由下往上设计系列机软件兼容兼容机模拟仿真虚拟机宿主机指令流数据流 Amdahl定律 CPI MIPS MFLOPS
层次结构：计算机系统由硬件／器件和软件组成，按功能划分成多级层次结构。从某一层次的观察者看来，他只是通过该层次的语言来了解和使用计算机，不必关心内层的那些机器是如何工作和如何实现各自功能的。
其中，R表示各种情况所占的比例。根据加速比的计算公式,
4、如果某一计算任务用向量方式求解比用标量方式求解要快20倍，称可用向量方式求解部分所花费时间占总的时间的百分比为可向量化百分比。请画出加速比与可向量化比例两者关系的曲线。
设可向量化比例为Pvector，则加速比的计算公式表示为：
计算机系统结构：作为计算机系统的软、硬件的界面，主要研究软件、硬件功能分配和对软件、硬件界面的确定，即哪些功能由软件完成，哪些功能由硬件完成。
计算机组成：是计算机系统结构的逻辑实现，包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：是指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，器件的集成度和速度，信号传输，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、装配等技术以及有关的制造技术和工艺等。
MIPS：它表示每秒百万指令条数。对于一个给定的程序，MIPS 定义为：
MFLOPS：每秒百万次浮点操作次数，
2、想在系列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。（2）为增强中断处理功能，将中断分析由原来的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存贮器，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，改为增设用只读存贮器存放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，将原来全部采用等长操作码的指令改成有3类不同码长的扩展操作码；并将源操作数寻址方式由原来的操作码指明改成增加一个如VAX-11那样的寻址方式位字段来指明。（6）将CPU与主存之间的数据通路宽度由16位扩到32位，以加快主机内部信息的传送。（7）为了减少使用公用总线的冲突，将单总线改为双总线。（8）把原来的0号通用寄存器改作为专用的堆栈指示器。

完整版计算机体系结构课后习题原版答案-张晨曦著

第1章计算机系统结构的基本概念.......................... 错误!未定义书签。

第2章指令集结构的分类.................................. 错误!未定义书签。

第3章流水线技术........................................ 错误!未定义书签。

第4章指令级并行........................................ 错误!未定义书签。

第5章存储层次.......................................... 错误!未定义书签。

第6章输入输出系统....................................... 错误!未定义书签。

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。

第一章第二章习题及答案

第一章第二章习题及答案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]略翻译：先用转换程序将高一级机器上的程序整个地变换成为低一级机器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。

解释：在低一级机器上用它的一串语句或指令来仿真高一级机器级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。

模拟：指用软件的方法在一台计算机(宿主机A)上，实现另一台计算机(虚拟机B)的指令系统。

仿真：用微程序的方法在一台计算机(宿主机A)上实现另一台计算机(目标机B)的指令系统。

透明性：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。

程序访问的局部性原理：是指程序执行过程中，呈现出频繁重新使用那些最近已被使用过的数据和指令的规律。

程序访问的局部性包括时间局部性和空间局部性。

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?[答案] NK ns; N2K ns; N3K ns3. 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) 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.表1.9 各类指令的指令混合比及每类指令的CPI 值指令类型指令混合比CPI算术和逻辑60% 1 高速缓存命中的加载/存储18% 2 转移12% 3 高速缓存缺失的存储器访问10% 4(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（计算MIPS ）.[答案] (1) 5.1=10×1010×15=10×=666MIPS f CPI ;(2) 改造以后处理机的CPI 发生变化，30%的指令每条只需要一次存储存取, 由于时钟周期缩短，这类以前需要1个时钟周期用于存储，而现在需要增加1个时钟周期用于存储。

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

体系结构习题解答

体系结构习题解答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特征。

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。

计算机系统结构_第一章练习答案

第一章练习题一、单项选择题在下面各题的4个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把正确答案的标号（A~D ）填入题后面的括号中。

1．在计算机系统层次结构中，从低层到高层，各层相对顺序正确的是（ B ）。

A ．汇编语言机器级 → 操作系统机器级 → 高级语言机器级B ．微程序机器级 → 传统机器语言机器级 → 汇编语言机器级C ．传统机器语言机器级 → 高级语言机器级 → 汇编语言机器级D ．汇编语言机器级 → 应用语言机器级 → 高级语言机器级 2．直接执行微指令的是（ C ）。

A ．汇编程序 B ．编译程序 C ．硬件 D ．微指令程序 3．对汇编语言程序员透明的是（ D ）。

A ．浮点运算 B ．程序性中断 C ．存取操作数 D ．I/O 方式中的DMA 访问方式 4．从计算机系统结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（ A ）。

A ．编程要用到的硬件组织 B ．计算机软件所要完成的功能 C ．计算机各部件的硬件实现 D ．计算机硬件的全部组成 5．在计算机的系统结构设计中，提高硬件功能实现的比例会（ C ）。

A ．提高硬件的利用率 B ．提高系统的性能价格比 C ．提高系统的运行速度 D ．减少需要的存储器容量 6．在计算机的系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会（ D ）。

A ．减少需要的存储器容量 B ．提高系统的性能价格比 C ．提高系统的解题速度 D ．提高系统的灵活性二、应用题1．假设某一计算机系统高速缓存Cache 的工作速度为主存的5倍，而且Cache 被访问命中的概率为90%，那么，采用Cache 后能够使该计算机的存储系统获得多高的加速比？解：设CPU 运行程序的访存次数为IC ，CPU 访问主存一次所需要的平均周期数为CPI M ，CPU 访问Cache 一次所需要的平均周期数为CPI C 。

若不采用Cache ，所有的访存都是直接访问主存，则CPU 完成IC 次访问所需时间为：若采用Cache ，并且已知Cache 被访问的命中率为90%，即0.9IC 次访存能够通过访问Cache 完成，另外有0.1IC 次访存需要通过访问主存完成，则CPU 完成IC 次访存所需时间为：所以采用Cache 后，存储系统的加速比为：2．如果某计算机系统有3个部件可以改进，则这3个部件经过改进后达到的加速比分别是：S 1=30，S 2=20，S 3=10。

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