计算机系统结构张晨曦第二版pdf百度云

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

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

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

1. 数据类型、数据表示和数据结构之间是什么关系？在设计一个计算机系统

时，确定数据表示的原则主要有哪几个？ 答：

略

2. 假设有A和B两种不同类型的处理机，A处理机中的数据不带标志位，其

指令字长和数据字长均为32位。B处理机的数据带有标志位，每个数据的字长增加至36位，其中有4位是标志符，它的指令条数由最多256条减少至不到64条。如果每执行一条指令平均要访问两个操作数，每个存放在存储器中的操作数平均要被访问8次。对于一个由1000条指令组成的程序，分别计算这个程序在A处理机和B处理机中所占用的存储空间大小（包括指令和数据），从中得到什么启发？ 答：

我们可以计算出数据的总数量：

∵ 程序有1000条指令组成，且每条指令平均要访问两个操作数 ∴ 程序访问的数据总数为：1000×2＝2000个 ∵ 每个数据平均访问8次

∴ 程序访问的不同数据个数为：2000÷8＝250

对于A处理机，所用的存储空间的大小为：

MemA?Meminstruction?Memdata?1000?32?250?32?40000bit

对于B处理机，指令字长由32位变为了30位（条数由256减少到64），这样，所用的存储空间的大小为：

MemB?Mem

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

习题一

1. 什么是操作系统？它的主要功能是什么？

答：操作系统是用来管理计算机系统的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，以方便用户使用的程序集合；

其主要功能有进程管理、存储器管理、设备管理和文件管理功能。 2. 什么是多道程序设计技术？多道程序设计技术的主要特点是什么？

答：多道程序设计技术是把多个程序同时放入内存，使它们共享系统中的资源； 特点：（1）多道，即计算机内存中同时存放多道相互独立的程序；

（2）宏观上并行，是指同时进入系统的多道程序都处于运行过程中； （3）微观上串行，是指在单处理机环境下，内存中的多道程序轮流占有CPU，交替执行。

3. 批处理系统是怎样的一种操作系统？它的特点是什么？

答：批处理操作系统是一种基本的操作系统类型。在该系统中，用户的作业（包括程序、数据及程序的处理步骤）被成批的输入到计算机中，然后在操作系统的控制下，用户的作业自动地执行；

特点是：资源利用率高、系统吞吐量大、平均周转时间长、无交互能力。 4. 什么是分时系统？什么是实时系统？试从交互性、及时性、独立性、多路性和可靠性几个方面比较分时系统和实时系统。

答：分时系统：一个计算机和许多终端设备连接，每个用户可以通过终端向

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