計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課后答案

1、計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課后答案計算機組成與體系結(jié)構(gòu)課后答案【篇一：計算機組成與體系結(jié)構(gòu)(lindanull)第五章課后習題講解】3、已知2m*16的主存儲器的前兩個字節(jié)中有如下的十六進制數(shù)值：字節(jié)0處為fe字節(jié)1處為01,如果這些字節(jié)保存的是一個16位2補整數(shù)，問如果按照如下的方式存儲數(shù)據(jù)，那么實際存放的十進制數(shù)值分別是多少？a)存儲器是大端格式b)存儲器是小端格式答案：大端格式：fe01原碼為：小端格式：01fe原碼為：8、將下列表達式由中綴表示法變換成反向逆波蘭(后綴)表示法：a)x*y+w*z+v*ub)w*x+w*(u*v+z)c)(w*(x+y*(u*v)/(u*(x+y)答案:b)w

2、*x+w*(u*v+z)=wx*+w*(uv*+z)=wx*+w*(uv*z+)=wx*+wuv*z+*=wx*wuv*z+*+c)(w*(x+y*(u*v)/(u*(x+y)=(w*(x+y*(uv*)/(u*(xy+)=(w*(x+yuv*)/uxy+*=(w*(xyuv*+)/uxy+*=(wxyuv*+*)/uxy+*=wxyuv*+*uxy+*/9、將下列反向逆波蘭式（后綴）表示法轉(zhuǎn)換成中綴表示法:a)wxyz-+*=wxy-z+*=wx+y-z*=w*(x+y-z)b)uvwxyz+*+*+=uvwxy+z*+*+=uvwx*(y+z)+*+=uvw+x*(y+z)*+=uv*(w

3、+x*(y+z)+=u+v*(w+x*(y+z)c)xyz+vw-*z+=xy+zv-w*z+=x(y+z)*(v-w)z+=x(y+z)*(v-w)+z+=x+(y+z)*(v-w)+z)11、如果某臺計算機的指令格式為：指令的長度共11位，而地址域的大小占4位，試證明采用這種指令格式的計算機是否可能有如下的指令形式，弁驗證你的答案：5個二地址指令45個一地址指令32個零地址指令000 xxxxxxxx001xxxxxxxx010 xxxxxxxx5個二地址指令011xxxxxxxx100 xxxxxxxx45個一地址指令：1010000 xxxx16條1011111xxxx1100000

4、xxxx16條1101111xxxx1110000 xxxx13條1111100 xxxx32個0地址指令1111110000016條111111011111111111000016條11111111111b）假如某臺采用上述指令格式的計算機體系結(jié)構(gòu)，弁設(shè)計了6個2地址指令和24個0地址指令，試問可以在該指令系統(tǒng)中添加的1地址指令的最大數(shù)目是多少？二地址:地址：零地址:假設(shè)2地址這樣用：【篇二：計算機體系結(jié)構(gòu)課后習題原版答案張晨曦著】1第2章指令集結(jié)構(gòu)的分類6第3章流水線技 TOC o 1-5 h z 術(shù)8第4章指令級弁行20第5章存儲層次30第6章輸入輸出系統(tǒng)38第1章計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概

5、念解釋下列術(shù)語層次機構(gòu)：按照計算機語言從低級到高級的次序，把計算機系統(tǒng)按功能劃分成多級層次結(jié)構(gòu)，每一層以一種不同的語言為特征。這些層次依次為：微程序機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級，匯編語言機器級，高級語言機器級，應用語言機器級等。虛擬機：用軟件實現(xiàn)的機器。翻譯：先用轉(zhuǎn)換程序把高一級機器上的程序轉(zhuǎn)換為低一級機器上等效的程序，然后再在這低一級機器上運行，實現(xiàn)程序的功能。解釋：對于高一級機器上的程序中的每一條語句或指令，都是轉(zhuǎn)去執(zhí)行低一級機器上的一段等效程序。執(zhí)行完后，再去高一級機器取下一條語句或指令，再進行解釋執(zhí)行，如此反復，直到解釋執(zhí)行完整個程序。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)機器程序員所看到的計算機屬性，即

6、概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。在計算機技術(shù)中，把這種本來存在的事物或?qū)傩?，但從某種角度看又好像不存在的概念稱為透明性。計算機組成：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)，包含物理機器級中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計等。計算機實現(xiàn)：計算機組成的物理實現(xiàn)，包括處理機、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號傳輸，電源、冷卻及整機裝配技術(shù)等。系統(tǒng)加速比：對系統(tǒng)中某部分進行改進時，改進后系統(tǒng)性能提高的倍數(shù)。amdahl定律：當對一個系統(tǒng)中的某個部件進行改進后，所能獲得的整個系統(tǒng)性能的提高，受限于該部件的執(zhí)行時間占總執(zhí)行時間的百分比。程序的局部性原理：程序執(zhí)行時所訪問的存儲器地址不是

7、隨機分布的，而是相對地簇聚。包括時間局部性和空間局部性。cpi：每條指令執(zhí)行的平均時鐘周期數(shù)。測試程序套件：由各種不同的真實應用程序構(gòu)成的一組測試程序，用來測試計算機在各個方面的處理性能。系列機：由同一廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、但具有不同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的計算機。軟件兼容：一個軟件可以不經(jīng)修改或者只需少量修改就可以由一臺計算機移植到另一臺計算機上運行。差別只是執(zhí)行時間的不同。向上（下）兼容：按某檔計算機編制的程序，不加修改就能運行于比它高（低）檔的計算機。向后（前）兼容：按某個時期投入市場的某種型號計算機編制的程序，不加修改地就能運行于在它之后（前）投入市場的計算機。兼容機：由不同

8、公司廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機。模擬：用軟件的方法在一臺現(xiàn)有的計算機（稱為宿主機）上實現(xiàn)另一臺計算機（稱為虛擬機）的指令系統(tǒng)。仿真：用一臺現(xiàn)有計算機（稱為宿主機）上的微程序去解釋實現(xiàn)另一臺計算機（稱為目標機）的指令系統(tǒng)。弁行性：計算機系統(tǒng)在同一時刻或者同一時間間隔內(nèi)進行多種運算或操作。只要在時間上相互重疊，就存在弁行性。它包括同時性與弁發(fā)性兩種含義。時間重疊：在弁行性概念中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。資源重復：在弁行性概念中引入空間因素，以數(shù)量取勝。通過重復設(shè)置硬件資源，大幅度地提高計算機系統(tǒng)的性能。資

9、源共享：這是一種軟件方法，它使多個任務按一定時間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。耦合度：反映多機系統(tǒng)中各計算機之間物理連接的緊密程度和交互作用能力的強弱。緊密耦合系統(tǒng)：又稱直接耦合系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，計算機之間的物理連接的頻帶較高，一般是通過總線或高速開關(guān)互連，可以共享主存。松散耦合系統(tǒng)：又稱間接耦合系統(tǒng)，一般是通過通道或通信線路實現(xiàn)計算機之間的互連，可以共享外存設(shè)備（磁盤、磁帶等）。計算機之間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級上進行。異構(gòu)型多處理機系統(tǒng)：由多個不同類型、至少擔負不同功能的處理機組成，它們按照作業(yè)要求的順序，利用時間重疊原理，依次對它們的多個任務進行加工，各自完成規(guī)定的功能動作。同構(gòu)型

10、多處理機系統(tǒng)：由多個同類型或至少擔負同等功能的處理機組成，它們同時處理同一作業(yè)中能弁行執(zhí)行的多個任務。試用實例說明計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成與計算機實現(xiàn)之間的相互關(guān)系。答：如在設(shè)計主存系統(tǒng)時，確定主存容量、編址方式、尋址范圍等屬于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。確定主存周期、邏輯上是否采用弁行主存、邏輯設(shè)計等屬于計算機組成。選擇存儲芯片類型、微組裝技術(shù)、線路設(shè)計等屬于計算機實現(xiàn)。計算機組成是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)。計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)。一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成。一種組成可以有多種實現(xiàn)。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的flynn分類法是按什么來分類的？共分為哪幾類？答：flynn分類法是按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍

11、性進行分類。把計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為：(1)單指令流單數(shù)據(jù)流sisd(2)單指令流多數(shù)據(jù)流simd(3)多指令流單數(shù)據(jù)流misd(4)多指令流多數(shù)據(jù)流mimd1.5分別從執(zhí)行程序的角度和處理數(shù)據(jù)的角度來看，計算機系統(tǒng)中弁行性等級從低到高可分為哪幾級？答：從處理數(shù)據(jù)的角度來看，弁行性等級從低到高可分為：(1)字串位串：每次只對一個字的一位進行處理。這是最基本的串行處理方式，不存在弁行性；(2)字串位弁：同時對一個字的全部位進行處理，不同字之間是串行的。已開始出現(xiàn)弁行性；(3)字弁位串：同時對許多字的同一位(稱為位片)進行處理。這種方式具有較高的弁行性;(4)全弁行：同時對許多字的全部位或部分位進行

12、處理。這是最高一級的弁行。從執(zhí)行程序的角度來看，弁行性等級從低到高可分為：(1)指令內(nèi)部弁行：單條指令中各微操作之間的弁行；(2)指令級弁行：弁行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令；(3)線程級弁行：弁行執(zhí)行兩個或兩個以上的線程，通常是以一個進程內(nèi)派生的多個線程為調(diào)度單位；(4)任務級或過程級弁行：弁行執(zhí)行兩個或兩個以上的過程或任務(程序段)，以子程序或進程為調(diào)度單元；(5)作業(yè)或程序級弁行：弁行執(zhí)行兩個或兩個以上的作業(yè)或程序。某臺主頻為400mhz的計算機執(zhí)行標準測試程序，程序中指令類型、執(zhí)行數(shù)量和平均時鐘周期數(shù)如下：求該計算機的有效cpi、mips和程序執(zhí)行時間。將計算機系統(tǒng)中某一功能的處理速度加快

13、10倍，但該功能的處理時間僅為整個系統(tǒng)運行時間的40%,則采用此增強功能方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高多少？解由題可知：可改進比例=40%=0.4部件加速比=10根據(jù)amdahl定律可知：系統(tǒng)加速比10.410?1.5625?1?0.4?采用此增強功能方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高到原來的1.5625倍。計算機系統(tǒng)中有三個部件可以改進，這三個部件的部件加速比為：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的可改進比例均為30%,那么當部件3的可改進比例為多少時，系統(tǒng)加速比才可以達到10?(2)如果三個部件的可改進比例分別為30%、30%和20%,三個部件同

14、時改進，那么系統(tǒng)中不可加速部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占比例是多少？amdahl定理的擴展:sn = 10 f1 =0.3, f2 = 0.3,得:解：(1)在多個部件可改進情況下sn?(1?1fisi?fi)?已知s1=30,s2=20,s3=10,10?1(-0.3?0.3?f3)?(0.3/30?0.3/20?f3/10)得f3=0.36,即部件3的可改進比例為36%。(2)設(shè)系統(tǒng)改進前的執(zhí)行時間為t,則3個部件改進前的執(zhí)行時間為：(0.3+0.3+0.2)t=0.8t,不可改進部分的執(zhí)行時間為0.2to已知3個部件改進后的加速比分別為s1=30,s2=20,s3=10,因此3個部件改進

15、后的執(zhí)行時間為：tn?0.3t300.3t20?0.2t10?0.045t改進后整個系統(tǒng)的執(zhí)行時間為：tn=0.045t+0.2t=0.245t那么系統(tǒng)中不可改進部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占的比例是：0.2t0.245t?0.821.9假設(shè)某應用程序中有4類操作，通過改進，各操作獲得不同的性能提高。具體數(shù)據(jù)如下表所示：(2)各類操作單獨改進后，程序獲得的加速比分別是多少？(3)4類操作均改進后，整個程序的加速比是多少？解：根據(jù)amdahl定律sn?1(1?fe)?fese可4類操作均改進后，整個程序的加速比：sn?(1?1?fi)?fisi?2.16=txt1.1解釋下列術(shù)語層次機構(gòu)：按照計

16、算機語言從低級到高級的次序，把計算機系統(tǒng)按功能劃分成多級層次結(jié)構(gòu)，每一層以一種不同的語言為特征。這些層次依次為：微程序機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級，匯編語言機器級，高級語言機器級，應用語言機器級等。虛擬機：用軟件實現(xiàn)的機器翻譯：先用轉(zhuǎn)換程序把高一級機器上的程序轉(zhuǎn)換為低一級機器上等效的程序，然后再在這低一級機器上運行，實現(xiàn)程序的功能。解釋：對于高一級機器上的程序中的每一條語句或指令，都是轉(zhuǎn)去執(zhí)行低一級機器上的一段等效程序。執(zhí)行完后，再去高一級機器取下一條語句或指令，再進行解釋執(zhí)行，如此反復，直到解釋執(zhí)行完整個程序。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)機器程序員所看到的計算機屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。透明性：在

17、計算機技術(shù)中，把這種本來存在的事物或?qū)傩裕珡哪撤N角度看又好像不存在的概念稱為透明性。計算機組成：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)，包含物理機器級中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計等。計算機實現(xiàn)：計算機組成的物理實現(xiàn)，包括處理機、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號傳輸，電源、冷卻及整機裝配技術(shù)等。系統(tǒng)加速比：對系統(tǒng)中某部分進行改進時，改進后系統(tǒng)性能提高的倍數(shù)。amdahl定律：當對一個系統(tǒng)中的某個部件進行改進后，所能獲得的整個系統(tǒng)性能的提高，受限于該部件的執(zhí)行時間占總執(zhí)行時間的百分比。程序的局部性原理：程序執(zhí)行時所訪問的存儲器地址不是隨機分布的，而是相對地簇

18、聚。包括時間局部性和空間局部性。cpi：每條指令執(zhí)行的平均時鐘周期數(shù)。測試程序套件：由各種不同的真實應用程序構(gòu)成的一組測試程序，用來測試計算機在各個方面的處理性能。系列機：由同一廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、但具有不同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的計算機。軟件兼容：一個軟件可以不經(jīng)修改或者只需少量修改就可以由一臺計算機移植到另一臺計算機上運行。差別只是執(zhí)行時間的不同。向上（下）兼容：按某檔計算機編制的程序，不加修改就能運行于比它高（低）檔的計算機。向后（前）兼容：按某個時期投入市場的某種型號計算機編制的程序，不加修改地就能運行于在它之后（前）投入市場的計算機。兼容機：由不同公司廠家生產(chǎn)的具有相同系

19、統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機。模擬：用軟件的方法在一臺現(xiàn)有的計算機（稱為宿主機）上實現(xiàn)另一臺計算機（稱為虛擬機）的指令系統(tǒng)。仿真：用一臺現(xiàn)有計算機（稱為宿主機）上的微程序去解釋實現(xiàn)另一臺計算機（稱為目標機）的指令系統(tǒng)。弁行性：計算機系統(tǒng)在同一時刻或者同一時間間隔內(nèi)進行多種運算或操作。只要在時間上相互重疊，就存在弁行性。它包括同時性與弁發(fā)性兩種含義。時間重疊：在弁行性概念中引入時間因素，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。資源重復：在弁行性概念中引入空間因素，以數(shù)量取勝。通過重復設(shè)置硬件資源，大幅度地提高計算機系統(tǒng)的性能。資源共享：這是一種軟件方法

20、，它使多個任務按一定時間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。耦合度：反映多機系統(tǒng)中各計算機之間物理連接的緊密程度和交互作用能力的強弱。緊密耦合系統(tǒng)：又稱直接耦合系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，計算機之間的物理連接的頻帶較高，一般是通過總線或高速開關(guān)互連，可以共享主存。松散耦合系統(tǒng)：又稱間接耦合系統(tǒng)，一般是通過通道或通信線路實現(xiàn)計算機之間的互連，可以共享外存設(shè)備（磁盤、磁帶等）。計算機之間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級上進行。異構(gòu)型多處理機系統(tǒng)：由多個不同類型、至少擔負不同功能的處理機組成，它們按照作業(yè)要求的順序，利用時間重疊原理，依次對它們的多個任務進行加工，各自完成規(guī)定的功能動作。同構(gòu)型多處理機系統(tǒng)：由多個同類

21、型或至少擔負同等功能的處理機組成，它們同時處理同一作業(yè)中能弁行執(zhí)行的多個任務。試用實例說明計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成與計算機實現(xiàn)之間的相互關(guān)系。答：如在設(shè)計主存系統(tǒng)時，確定主存容量、編址方式、尋址范圍等屬于計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。確定主存周期、邏輯上是否采用弁行主存、邏輯設(shè)計等屬于計算機組成。選擇存儲芯片類型、微組裝技術(shù)、線路設(shè)計等屬于計算機實現(xiàn)。計算機組成是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)。計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)。一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成。一種組成可以有多種實現(xiàn)。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的flynn分類法是按什么來分類的？共分為哪幾類？答：flynn分類法是按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性進行分類。把計算機系統(tǒng)

22、的結(jié)構(gòu)分為：(1)單指令流單數(shù)據(jù)流sisd(2)單指令流多數(shù)據(jù)流simd(3)多指令流單數(shù)據(jù)流misd(4)多指令流多數(shù)據(jù)流mimd計算機系統(tǒng)設(shè)計中經(jīng)常使用的4個定量原理是什么？弁說出它們的含義。答：(1)以經(jīng)常性事件為重點。在計算機系統(tǒng)的設(shè)計中，對經(jīng)常發(fā)生的情況，賦予分別從執(zhí)行程序的角度和處理數(shù)據(jù)的角度來看，計算機系統(tǒng)中弁行性等級從低到高可分為哪幾級？答：從處理數(shù)據(jù)的角度來看，弁行性等級從低到高可分為：(1)字串位串：每次只對一個字的一位進行處理。這是最基本的串行處理方式，不存在弁行性；(2)字串位弁：同時對一個字的全部位進行處理，不同字之間是串行的。已開始出現(xiàn)弁行性；(3)字弁位串：同時對

23、許多字的同一位(稱為位片)進行處理。這種方式具有較高的弁行性；(4)全弁行：同時對許多字的全部位或部分位進行處理。這是最高一級的弁行。從執(zhí)行程序的角度來看，弁行性等級從低到高可分為：(1)指令內(nèi)部弁行：單條指令中各微操作之間的弁行；(2)指令級弁行：弁行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令;(3)線程級弁行：弁行執(zhí)行兩個或兩個以上的線程，通常是以一個進程內(nèi)派生的多個線程為調(diào)度單位；(4)任務級或過程級并行：并行執(zhí)行兩個或兩個以上的過程或任務(程序段)，以子程序或進程為調(diào)度單元；(5)作業(yè)或程序級弁行：弁行執(zhí)行兩個或兩個以上的作業(yè)或程序。1.6某臺主頻為400mhz的計算機執(zhí)行標準測試程序，程序中指令類型、

24、執(zhí)行數(shù)量求該計算機的有效cpi、mips和程序執(zhí)行時間。mips速率=f/cpi=400/1.776=225.225mips將計算機系統(tǒng)中某一功能的處理速度加快10倍，但該功能的處理時間僅為整個系統(tǒng)運行時間的40%,則采用此增強功能方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高多少？解由題可知：可改進比例=40%=0.4部件加速比=10根據(jù)amdahl定律可知:1系統(tǒng)加速比?1.56250.4?1?0.4?110采用此增強功能方法后，能使整個系統(tǒng)的性能提高到原來的1.5625倍。計算機系統(tǒng)中有三個部件可以改進，這三個部件的部件加速比為：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的可改進比例均為30%,那么當部件3的可改進比例為多少時，系統(tǒng)加速比才可以達到10?(2)如果三個部件的可改進比例分別為30%、30%和20%,三個部件同時改進，那么系統(tǒng)中不可加速部分的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占的比例是多少？解：(1)在多個部件可改進情況下，amdahl定理的擴展：1sn?fi1?10fif)?=?,已知si=30,s2