计算机系统结构及量化分析

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）

在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，并将其字母标号填入题干的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 对计算机系统结构透明的是（ ） A．VLSI技术 C．字符行运算指令

B．虚拟存储器

D．是否使用通道型I/O处理机

2.“从中间开始”设计的“中间”目前多数在（ ） A.传统机器语言机器级与操作系统机器级之间 B.传统机器语言机器级与微程序机器级之间 C.微程序机器级与汇编语言机器级之间 D.操作系统机器级与汇编语言机器级之间

3.计算机中优化使用的操作码编码方法是（ ） A.哈夫曼编码 B.ASCII码 C.BCD码 D.扩展操作码 4.指令执行结果出现异常引起的中断是（ ）

A.输入/输出中断 B.机器校验中断 C.程序性中断 D.外部中断 5.以下不属于堆栈型替换算法的是（ ）

A.近期最少使用算法 B.近期最久未用过算法 C.先进先出算法 D.页面失效频率算法 6.以下与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（ ） A.页地址流 B.页面调度策略

2009-2010学年度第一学期2007级 《计算机系统结构》期末考试试卷（A）（闭卷）

姓名： 学号： 专业：

（注：①考试时间为120分钟；②所有解答必须写在答题纸上。）

一、单项选择题（每小题3分，共30分）

1．在系列机中发展一种新型号机器，你认为下列（ ）设想是不行的? 【A】新增加字符数据类型和若干条字符处理指令 【B】将中断分级由原来的4级增加到5级 【C】在CPU和主存之间增设Cache存贮器

【D】将浮点数的下溢处理法由原来的恒置“1”法，改为查表舍入法 2.对计算机系统结构来说，不透明的是（ ）。 【A】存储器采用交叉存取还是并行存取

【B】CPU内部的数据通路的宽度是8位还是16位 【C】采用浮点数据表示还是标志符数据表示 【D】指令采用硬联逻辑实现还是微程序实现 3．一个平衡的计算机系统，应该是（ ）。

【A】1MIPS的CPU速度 【B】1MB的主存容量 【C】1Mb/s的I/O吞吐率 【D】A、B和C 4、（ ）设计是现代计算机系统设计所采用的方法。

【A】由上往下 【B】由下

计算机系统结构复习

1、从使用语言角度，可将系统按功能划分为多层次机器级结构，层次结构分别是：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、传统机器语言机器级和微程序序机器级。

2、各机器级的实现主要靠翻译和解释或两者结合进行。翻译是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等效的程序，然后再在低一级机器级上实现的技术。解释则是在低级机器上用它的一串语句或指令来仿真高级机器上的一条语句或指令的功能，是通过对高级的机器级语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。 3、计算机系统结构在计算机系统机器级层次中指传统机器级的系统结构。

4、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，提供机器语言、汇编语言程序设计或编译程序生成系统为使其设计或生成的程序能在机器上正确运行应看到的遵循的计算机属性。

5、计算机系统结构的属性包括：数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断机构、系统机器级的管态和用户态的定义和切换、机器级的I/O结构、系统各部分的信息保护方式和保护机构等属性。

6、机器透明性：指相对于每一机器级设计人员，都客观存在的功能或属性看不到的现象，称相对于此级

第三、四章习题 一、选择题

1．对真值0表示形式唯一的机器数是__B_______。 A．原码 Ｂ．补码和移码

Ｃ．反码 Ｄ．以上都不对

2．某机字长8位，采用补码形式（其中1位为符号位），则机器数所能表示的范围是 ______ _C_____。 A．－127~127

B．－128~128 C．－128~＋127 D. 0~255

3．用ｎ＋１位字长表示定点数（其中1位为符号位），它所能表示的整数范围是_A____，它所能表示的小数范围是____D___。

A．0≤｜Ｎ｜≤２－１ C．0≤｜Ｎ｜≤1－２

4. 设机器数采用补码形式（含1位符号位），若寄存器内容为9BH，则对应的十进制数为 C 。 A. -27 B. -97 C. -101 D. 155

5. 若9BH表示移码（含1位符号位），其对应的十进制数是 A 移码符号位用1表示正数，用0表示负数 。 A. 27 B. -27 C. -

★★

1、解释下列术语 计算机系统结构 计算机组成 计算机实现

【答案】计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念。系统结构定义为由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性，这里的程序设计者是指为机器语言或编译程序设计者所看到的计算机属性，是硬件子系统的概念结构及其功能特性，它是计算机系统的软、硬件的界面。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。 ★★

2、解释下列术语 系列机 兼容机 模拟 仿真 【答案】所谓系列机是指在一个厂家内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。不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机成为兼容机。

系列机方法能够在具有相同系统结构的各种机器之间实现软件移植，为了实现软件在不同系统结构的机器之间的相互移植，可以采用模拟和仿真。模拟方法是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。仿真是指用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法。 ★

3、SIMD是指（）

A、单指令流单数据流 B、单指令流多数据流 C、多指令流单数据流 D、多指令流多数据流 【答案

计算机系统结构期末复习 考试题型：

? 1简述题（4分* 5） ? 2判断题（3分* 5） ? 3单项选择题 （3分* 5） ? 4计算题(10分* 5) 一 简述题

1什么是计算机系统结构？计算机系统结构按照流分类，可以分为哪些类。 计算机系统结构是计算机的的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。流分类：单指令流单数据流（SISD）、单指令流单数据流（SIMD）、多指令流单数据流（MISD）、多指令流多数据流（MIMD）。

2简述计算机系统设计中的重要准则及其对计算计设计的意义。

准则：①只加速使用频率高的部件②阿姆达尔（Amdahl）定律③程序访问的局部性规律。

意义（参考而已）：满足用户对功能的要求，及相应的价格、性能要求。在满足功能的基础上进行合理的设计优化。

3简述用户CPU时间的计算公式及其影响因素。

。CPU的性能取决于3个参数：①时钟周期（速率）：硬件工艺和计算机组成；②每条指令所需的平均时钟周期数：计算机组成和指令系统有关；③程序中的指令总数：机器指令系统和编译技术。

4流水线具有哪些特点？（实现了指令在相同时间内重叠执行的技术，使CPU执行得更快的技术。）

1一条流水

计算机系统结构实验报告

班级 姓名 实验名称 实 验 目 的 、 要 求 实 验 内 容 、 步 骤 及 结 果 实验日期 学号 4-10 实验成绩 实验三、指令调度和延迟分支 实验目的： 1、 加深对指令调度技术的理解； 2、 加深对延迟分支技术的理解； 3、 熟练掌握用指令调度技术解决流水线中的数据冲突的方法； 4、 进一步理解指令调度技术对CPU性能的改进； 5、 进一步理解延迟分支技术对CPU性能的改进。 实验步骤： 1、 启动MIPSsim。 2、 根据2.5节相关内容关于流水线的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能； 3、 选择“配置”--“流水方式”选项； 4、 用指令调度解决流水线中的数据冲突 （1） 启动MIPSsim； （2） 用MIPSsim的“文件”—“载入程序”选项加载schedule.s； （3） 关闭定向功能，“配置”—“定向”； （4） 执行载入程序，通过查看统计数据与始终周期图，找出并记录程序执行过程中各种冲突的次数没发生冲突的指令组合以及程序执行的总周期数； 程序执行的总周期数：33 程序冲突的组合： ADDIU $r1,$r0,A LW $r2,0($r1)与上条写后读冲突

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一． 名词解释

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。

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。

同构型多处理机系统：由多个同类型或至少担负同等功能的处理机组成，它们同时处理同一作业中能并行执行的多个任务。

堆栈型机器：CPU 中存储操作数的单元是堆栈的机器。 累加器型机器：CPU 中存储操作数的单元是累加器的机器。

通用寄存器型机器：CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。

数据相关：考虑两条指令i 和j，i 在j 的前面，如果下述条件之一成立，则称指令j 与指令 i 数据相关： （1）指令j 使用指令i 产生的结果； （2）指令j 与指令k 数据相关，而指令k 又与指令i 数据相关。

定向：用来解决写后读冲突的。在发生写后读相关的情况下，在计算结果尚未出来之前，后 面等待使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。如果能够将该计算结果从其产生的 地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停顿。

向量处

计算机系统结构发展历程及未来展望

一、 计算机体系结构

什么是体系结构

经典的关于“计算机体系结构（computer Architecture）”的定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM360系统时提出的，其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性” 。

按照计算机系统的多级层次结构，不同级程序员所看到的计算机具有不同的属性。一般来说，低级机器的属性对于高层机器程序员基本是透明的，通常所说的计算机体系结构主要指机器语言级机器的系统结构。计算机体系结构就是适当地组织在一起的一系列系统元素的集合，这些系统元素互相配合、相互协作，通过对信息的处理而完成预先定义的目标。通常包含的系统元素有：计算机软件、计算机硬件、人员、数据库、文档和过程。其中，软件是程序、数据库和相关文档的集合，用于实现所需要的逻辑方法、过程或控制；硬件是提供计算能力的电子设备和提供外部世界功能的电子机械设备(例如传感器、马达、水泵等)；人员是硬件和软件的用户和操作者；数据库是通过软件访问的大型的、有组织的信息集合；文档是描述系统使用方法的手册、表格、图形及其他描述性信息；过程是一系列步骤，它们定义了每个系统元素的特定使用方法或系统驻

计算机系统结构课后习题答案

第一章 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。

note: 由题意可知：第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。而现在第i级有N条指令解释第i+1级的一条指令，那么，我们就可以用N/M来表示N/M 表示第i+1级需(N/M)条指令来完成第i级的计算量。所以，当有一段第1级的程序需要运行Ks时，在第2级就需要(N/M)Ks，以此类推

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。但是实现的性能价格比，实现的