计算机体系结构第一章
数字设计和计算机体系结构第二版答案
数字设计和计算机体系结构第二版答案示例文章篇一：《数字设计和计算机体系结构第二版》答案一、第一章：数字逻辑基础1. 问题：简述数字信号和模拟信号的区别。
- 答案：数字信号是离散的，只有有限个取值，比如0和1。
就像电灯的开关，要么开（1）要么关（0），没有中间状态。
而模拟信号是连续变化的，它可以取任意的值在一定的范围内。
比如说气温的变化，它不是突然从一个值跳到另一个值，而是平滑地变化的。
- 解析：这个问题主要是考察对数字信号和模拟信号这两个基本概念的理解。
通过简单的生活类比，像电灯开关和气温变化，能让我们更直观地理解它们的区别。
2. 问题：什么是布尔代数中的基本运算？- 答案：布尔代数中的基本运算有与（AND）、或（OR）和非（NOT）。
与运算就像是两个人合作完成一件事，只有当两个人都同意（都为1）的时候，结果才是1。
或运算呢，就像是两个人中有一个人同意（只要有一个为1），结果就是1。
非运算就好比是把一件事情反过来，原来是1就变成0，原来是0就变成1。
- 解析：这里用生活中的合作场景来类比布尔代数的基本运算，有助于理解这些抽象的逻辑运算概念。
二、第二章：组合逻辑电路1. 问题：设计一个简单的2 - 输入与门电路。
- 答案：我们可以用基本的逻辑门电路元件来实现。
从布尔代数的角度看，与门的逻辑表达式是Y = A AND B。
如果用晶体管来实现的话，当A和B都为高电平（代表1）时，输出Y才为高电平（1）。
在实际电路中，我们可以使用特定的芯片，比如74LS08芯片来实现这个2 - 输入与门电路。
- 解析：这个答案首先从理论的逻辑表达式出发，然后提到了实际的电路实现方式，从抽象到具体，让我们了解到如何设计一个2 - 输入与门电路。
2. 问题：解释组合逻辑电路的特点。
- 答案：组合逻辑电路的输出只取决于当前的输入。
就好像是一个自动售货机，你投入多少钱（输入），它就会根据这个钱数给出相应的商品（输出），不会管你之前投入过多少钱。
王道计算机网络第一章计算机网络体系结构思维导图脑图
数据通信
联网计算机之间的各种信息的传输
计算机网络的功能
信息传递 分布式管理
同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源的行为，可共 享硬件、软件、数据
多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分
提高可靠性
负载均衡
计算机网络的发展
第一阶段 第二阶段
网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连接在一起，因特网是世 界上最大的互联网
Ethernet PPP
协议
数据链路层
比特传输
物理层
五层参考模型
数据封装与解封装
规定传输数据的格式
语法
协议【水平】
规定所要完成的功能
语义
三大要素
规定各种操作的顺序
同步
上层使用下层服务的入口
接口（访问服务点SAP）
下层为相邻上层提供的功能调用
服务【垂直】
为什么要分层 分层的基本原则
分层结构、协议、接口、服务
为完成用户所要求的功能而应传送的数据 控制协议操作的信息
对等层次之间传送的数据单位
星型
按拓扑类型
环型
网状型
常用于广域网
...
按传输技术
广播式网络 点对点网络
共享公共通信信道 使用分组存储转发和路由选择机制
速率
速率即数据率或称数据传输率或比特率 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率
带宽
表示网络的通信线路传输数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到 另一点所能通过的“最高数据率”，单位是“比特每秒”
C/S方式 P2P方式 为边缘部分服务 实现数据通信
通信子网
应用层 表示层
功能组成
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。
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
计算机系统结构-张晨曦-考试归纳(完整版)
期末考试归纳2020年8月17日11:26虚拟机与物理机的划分，如图所示。
从各个层次的角度看到的计算机是什么样的？从微程序机器级看到的是门电路，从传统机器语言机器级看到的是寄存器，从操作系统机器级看到的是完整的计算机实现：指的是计算机组成的物理实现，主要是关注部件的物理结构，包含器件技术和微组装技术。
举例区分这三者：联系：计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。
计算机实现是计算机组成的物理实现。
一种体系结构可以有多种组成。
一种组成可以有多种实现。
简单版本：答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。
确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。
选择存储芯片类型、微计算机系统的设计（判断、计算）1.4 计算机系统结构的发展简答、综述题：冯诺依曼结构的缺陷是什么，可以从哪些角度去改进？缺陷：1.以运算器为中心，所有部件的操作都由控制器集中控制。
导致它的输入输出的操作只能串行执行。
改进角度：对输入输出方式进行改进。
如图所示有三大类的输入输出方式，从上到下使成才能继续执行，而到了DMA方式，CPU不需要每次都等待，而是一批数据传输完成之后再进行干预，最后的冯诺依曼结构的特点是哪些？简答题：系列机是什么？是如何实现可移植性的？系列机是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机器。
这些计算机有相同的指令系统，所以从机器语言程序员角度来看，同一系列的各档计算机的属性都是相同的，因此这个属性编制或编译生成的二进制代码都能够不加修改的通用于各档计算机。
向后兼容是系列机的根本特征。
其中向后兼容是系列机的根本特征。
兼容机和系列机的区别？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机器。
兼容机：是由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机仿真：用一台现有机器（宿主机）上的微程序去解释实现另一台机器（目标机）上的指令集。
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 -。
计算机技术与软件专业技术资格历年真题精炼2024年集
计算机技术与软件专业技术资格历年真题精炼2024年集[注意：这是一篇虚构的文章，仅供参考]第一章：计算机基础知识1.1 计算机体系结构计算机体系结构指的是计算机硬件和软件之间的组织结构。
在计算机技术与软件专业技术资格考试中，了解计算机体系结构是非常重要的。
计算机体系结构主要包括冯·诺依曼体系结构和哈佛体系结构。
1.2 计算机网络计算机网络是由若干计算机和其他网络设备组成的互联互通系统。
计算机网络的发展使得信息传输更加快捷高效。
在计算机技术与软件专业技术资格考试中，对计算机网络的理解和应用是必不可少的。
1.3 操作系统操作系统是计算机系统的核心软件之一，它管理着计算机硬件和软件资源，提供各种服务和接口供用户使用。
熟练掌握操作系统的原理和常用命令是计算机技术与软件专业技术人员的基本要求。
第二章：软件工程与开发2.1 软件生命周期软件生命周期是指软件从规划、需求分析、设计、编码、测试、发布、运行和维护等一系列阶段的过程。
了解软件生命周期的概念和各个阶段的特点，对于软件工程师来说是非常重要的。
2.2 软件需求工程软件需求工程是软件开发中最关键和最具挑战性的部分。
在软件需求工程中，开发团队需要与客户充分沟通，理解客户的需求，并将需求转化为可实现的软件功能。
2.3 软件测试与质量保证软件测试是保证软件质量的重要手段之一。
软件测试旨在发现软件中的缺陷和问题，从而提供给开发团队进行修复。
在软件测试中，常用的测试方法有单元测试、集成测试、系统测试和验收测试等。
第三章：数据库管理与应用3.1 数据库基础知识数据库是存储和管理大量结构化数据的一种应用系统。
在数据库管理中，需要了解数据库的基本概念和常用的数据库管理系统，如MySQL、Oracle等。
3.2 数据库设计与规范数据库的设计是影响数据库性能和数据完整性的关键因素之一。
在数据库设计中，需要考虑到数据模型、表关系、数据类型和索引等因素。
3.3 数据库安全与备份数据库的安全性是数据库管理中的重要问题。
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。
计算机体系结构各章简答题及答案
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。
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
计算机体系结构的基本概念 1.5 定量分析技术基础
组织结构的好处
14／31
1.5 定量分析技术基础
◆ 一些专门的性能指标测试程序
3DMark03
主要测试显卡性能和DirectX的性能。 Prime95
用来估计分布式计算程序的通信情况，
可使计算机高负荷运转，所以也用来测试计 算机的稳定性。
SuperPi/SuperE
计算圆周率π/自然指数e的软件，通常 用来测试CPU的稳定性。
28／31
1.5 定量分析技术基础
根据假设，有： 时钟周期B = 1.25 时钟周期A 在CPUB中没有独立的比较指令，所以CPUB的程序量 为CPUA的80%，分支指令的比例为： 20%/80% = 25% 这些分支指令占用2个时钟周期，而剩下的75%的指 令占用1个时钟周期，因此： CPIB = 0.25 2 + 0.75 1 = 1.25 因为CPUB不执行比较，故： ICB = 0.8 ICA
作系统平台的测试组件
组织结构的好处
12／31
1.5 定量分析技术基础
PCMark04 包括中央处理器测试组、内存测试组、图 形芯片测试组、硬盘测试组等。 Business Winstone 2004 主要用于测试计算机系统商业应用的综合 性能。
Multimedia Content Creation Winstone 2004
组织结构的好处
15／31
1.5 定量分析技术基础
1.5.3 性能设计和评测的基本原则
三条基本原则和方法：
1. 大概率事件优先的原则 对于大概率事件（最常见的事件），赋予 它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的 最优结果。
2. Amdahl定律
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
计算机体系结构知识点总结
计算机体系结构知识点总结————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：第一章计算机体系结构的基本概念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。
（计算机组成：指计算机系统结构的逻辑实现。
计算机实现：计算机组成的物理实现）2.计算机系统的多级层次结构：1.虚拟机：应用语言机器->高级语言机器->汇编语言机器->操作系统机器2.物理机：传统机器语言机器->微程序机器3.透明性：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。
4.编译：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5.解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都转去执行低一级机器上的一段等效程序。
6.常见的计算机系统结构分类法有两种：Flynn分类法、冯氏分类法（按系统并行度P m:计算机系统在单位时间内能处理的最大二进制位数）进行分类。
Flynn分类法把计算机系统的结构分为4类：单指令流单数据流(SISD)单指令流多数据流(SIMD)多指令流单数据流(MISD)多指令流多数据流(MIMD)IS指令流，DS数据流，CS（控制流），CU（控制部件），PU（处理部件），MM，SM（表示存储器）7.计算机设计的定量原理：1.大概率事件优先原理（分配更多资源，达到更高性能）2.Amdahl定理：加速比：S n=T0(加速前）T n（加速后）=1(1−Fe)+Fe/Se(Fe为可改进比例（可改进部分的执行时间/总的执行时间），Se为部件加速比（改进前/改进后）3.程序的局部性原理：时间局部性：程序即将使用的信息很可能是目前使用的信息。
空间局部性：即将用到的信息可能与目前用到的信息在空间上相邻或相近。
4.CPU性能公式：1.时钟周期时间2.CPI：CPI = 执行程序所需的时钟周期数／IC3.IC(程序所执行的指令条数)8.并行性：计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
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