计算机科学导论(第4版)习题答案-第2章计算机体系结构与组织(答案).doc

第2章计算机体系结构与组织

习题（答案）

一.选择题

1. D

2. D

3. A

4. D

5. C

6. C

7. D

8. B

9. D10. c

11. B12. A13. C14. A15. C

16. A17. C18. C19. C20. A

21. A22. B23. A

二.简答题

1.试简单叙述计算机采用二进制的原因。

答：计算机只认识二进制编码形式的指令和数据。因此，包括数字、字符、声音、图形、图像等信息都必须经过某种方式转换成二进制的形式，才能提供给计算机进行识别和处理。在计算机中采用二进制，是因为物理上实现容易。rti于二进制只有两个状态o和1, 这正好与物理器件的两种状态相对应，例如电压信号的高与低，门电路的导通与截止等；而十进制电路则需要用十种状态来描述，这将使得电路十分复杂，处理也十分困难。因此, 采用二进制将使得计算机在物理上实现简单，且具有可靠性高、处理简单、抗干扰能力强等优点。

2.什么是定点数，它分为哪些种类？

答：所谓定点数，就是指计算机在运算过程中，数据中小数点的位置固定不变。其中小数点的位置是由计算机设汁者在机器的结构中指定一个不变的位置，而不一定都必须具有小数点的指示装置。定点数一般有小数和整数两种表示形式。定点小数是把小数点固定在数据数值部分的左边，符号位的右边；定点整数则把小数点固定在数据数值部分的右边。

3・简要叙述声音的编码过程。

答：计算机获取声音信息的过程即是声音信号数字化的处理过程。经过数字化处理后的数字声音信息才能被计算机所识别和处理。声音被计算机处理的过程主要经过音频信号的采样、量化和编码几个过程。

4 •简述计算机有哪些特点？

（1）运算速度快、精度高

计算机的字长越长，其精度越高，目前世界上最快的计算机每秒可以运算千万亿次以上。

(2)具有逻辑判断和记忆能力

计算机有准确的逻辑判断能力和超强的记忆能力，能够进行各种逻辑判断，并根据判断的结果自动决定下一步应该执行的指令。

(3)高度的自动化和灵活性

计算机采取存储程序方式工作，即把编好的程序输入计算机，机器便可依次逐条执行，这就使计算机实现了高度的自动化和灵活性。每台计算机提供的基木功能是有限的，这是在设计和制造时就决定了的。但计算机可以在人们精心编写的程序下，用这些有限的功能，快速、0 动地完成多种多样的基本功能序列，从而实现计算机的通用性，达到计算机应用的各种目的。

5.简述计算机软件系统的分类。(系统软件和应用软件两方面)

软件是指能在计算机上运行的各种程序，包扌舌各种有关的文档。通常将软件分为系统软件和应用软件两大类。

(1)系统软件

可以把软件分成若干层，最内层是对硬件的扩充与完善，而外层则是对内层的再次扩充与完善。一般把靠近内层、为方便使用和管理计算机资源的软件，称为系统软件。系统软件通常是负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户提供一个友好的操作界面，以及服务于一般目的的上机环境。系统软件包括操作系统、计算机的监控管理程序、高级程序设计语言的编译和解释程序以及系统服务程序等。操作系统在系统软件中处于核心地位，其他的系统软件在操作系统的支持下工作；高级程序设计语言的编译和解释程序，将软件工程师编写的软件“翻译”成为计算机能够“理解”的机器语言；系统服务程序为计算机系统的正常运行提供服务。

(2)应用软件

应用软件是针对某个应用领域的具体问题而开发和研制的程序，它由专业人员为各种应用目的而开发。应用软件必须在系统软件的支持下才能工作，它具有很强的实用性和专业性，正是由于应用软件的开发和使用，才使得计算机的应用日益渗透到社会的各行各业。应用软件可以由用户自己开发，也可在市场上购买。

常用的应用软件有：文字处理软件，如WPS、Word等；电子表格软件，如Excels Lotus 等；图形处理软件，如3DMAX等；课件制作软件，如PowerPoint. Authorware 多媒体处理软件,如Real Play > MediaPlayer 等。

6・列出你所常用的系统软件和应用软件。

答案略。根据学生实际的答案进行判定。

7.存储器的分类有哪些？

(1)按存储介质，可将存储器分为半导体存储器、磁存储器和光存储器。

(2)按工作方式，可将存储器分为随机存取存储器、只读存储器、顺序存取存储器和直接存収存储器等。

(3)按信息的可保存性，可将存储器分为易失性存储器和非易失性存储器。

(4)按在计算机中的作用，可将存储器分为主存储器、辅助存储器和高速缓冲存储器等。

8・存储器的功能是什么？

答：现代讣算机是以存储器为中心的讣算机系统，存储器是讣算机的重要组成部分。当利用计算机完成某项任务时，首先把解决问题的程序和所需数据存于存储器屮，在执行程序时再由存储器快速地提供给处理机。显然，存储器的功能是存储信息，被存储的信息包括程序信息和数据信息等。

9.存储器的主要指标是什么？

答：存储器作为计算机系统的核心部件之一，有必要对其性能进行描述。描述一个存储器性能优劣的主要指标有存储容量、存储周期和存収时间、可靠性、性能价格比、功耗、可靠性等。

10.简述多核的关键技术。

与单核处理器相比，多核处理器在体系结构、软件、功耗和安全性设计等方而面临着巨大的挑战，但也蕴含着巨大的潜能。

（1）核结构研究

CMP的构成分成同构和异构两类，同构是指内部核的结构是相同的，而异构是指内部的核结构是不同的。为此，而对不同的应用研究核结构的实现对未来微处理器的性能至关重要。核本身的结构，关系到整个芯片的面积、功耗和性能。怎样继承和发展传统处理器的成果，直接影响多核的性能和实现周期。同时，根据Amdahl定理，程序的加速比决定于串行部分的性能，所以，从理论上来看似乎异构微处理器的结构具有更好的性能。

多核所用的指令系统对系统的实现也是很重要的，采用多核之间采用相同的指令系统还是不同的指令系统，能否运行操作系统等，也将是研究的内容之一。

（2）程序执行模型

多核处理器设计的首要问题是选择程序执行模型。程序执行模型的适用性决定多核处理器能否以最低的代价提供最高的性能。稈序执行模型是编译器设计人员与系统实现人员之间的接口。编译器设计人员决定如何将一种高级语言程序按一种程序执行模型转换成一种目标机器语言程序；系统实现人员则决定该程序执行模型在具体H标机器上的有效实现。当冃标机器是多核体系结构时，产生的问题是：多核体系结构如何支持重要的程序执行模型？是否有其他的程序执行模型更适于多核的体系结构？这些程序执行模型能多人程度上满足应用的需要并为用户所接受？

（3）Cache设计：多级Cache设计与一致性问题

处理器和主存间的速度差距对CMP来说是个突出的孑盾，因此必须使用多级Cache 来缓解。IT前有共亭一级Cache的CMP、共亭二级Cache的CMP以及共亭主存的CMP。通常，CMP采用共享二级Cache的CMP结构，即每个处理器核心拥有私有的一级Cache, 且所有处理器核心共享二级Cache。Cache自身的体系结构设计也直接关系到系统整体性能。但是在CMP 结构中，共享Cache或独有Cache孰优孰劣、需不需要在一块芯片上建立多级Cache,以及建立儿级Cache等等，由于对整个芯片的尺寸、功耗、布局、性能以及运行效率等都有很大的影响，因而这些都是需要认真研究和探讨的问题。另一方面，多级Cache 乂引发一致性问题。采用何种Cache 一致性模型和机制都将对CMP整体性能产生重