第二章习题
（1）复习题
1．简述冯?诺依曼原理，冯?诺依曼结构计算机包含哪几部分部件，其结构以何部件为中心？答：冯?诺依曼理论的要点包括：指令像数据那样存放在存储器中，并可以像数据那样进行处理；指令格式使用二进制机器码表示；用程序存储控制方式工作。这3条合称冯?诺依曼原理
冯?诺依曼计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，整个结构一般以运算器为中心，也可以以控制器为中心。
(P52-P55)
2．简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。
答：计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。计算机组成（computer organization）是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。同时，为实现指令的控制功能，还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。计算机实现，是计算机组成的物理实现, 就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系，而且随着时间和技术的进步，这些含意也会有所改变。在某些情况下，有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。
(P48-P52)
3．根据指令系统结构划分，现代计算机包含哪两种主要的体系结构？
答：根据指令系统结构划分，现代计算机主要包含：CISC和RISC两种结构。
(P57)
4．简述RISC技术的特点？
答：从指令系统结构上看，RISC 体系结构一般具有如下特点：
(1) 精简指令系统。可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计，来选取其中常用的基本指令，并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令;
(2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类，一般限制在2或3种;
(3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整，让所有指令尽可能等长;
(4) 单机器周期指令，即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成，并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。
(P59-60)
5．有人认为，RISC技术将全面替代CISC，这种观点是否正确，说明理由？
答：不正确。与CISC 架构相比较，RISC计算机具备结构简单、易于设计和程序执行效率高的特点，但并不能认为RISC 架构就可以取代CISC 架构。事实上，RISC 和CISC 各有优势，CISC计算机功能丰富，指令执行更加灵活，这些时RISC计算机无法比拟的，当今时代，两者正在逐步融合，成为CPU设计的新趋势。
(P60-62)
6．什么是流水线技术？
答：流水线技术，指的是允许一个机器周期内的计算机各处理步骤重叠进行。特别是，当执行一条指令时，可以读取下一条指令，也就意味着，在任何一个时刻可以有不止一条指令在“流水线”上，每条指令处在不同的执行阶段。这样，即便读取和执行每条指令的时间保持不变，而计算机的总的吞吐量提高了。
(P60-61)
7．并行处理结构包含哪几种主要的体系结构，分别有什么特点？
答：流水线计算机：主要通过时间重叠，让多个部件在时间上交错重叠地并行执行运算和处理，以实现时间上的并行。
阵列处理机：主要通过资源重复，设置大量算术逻辑单元，在同一控制部件作用下同时运算和处理，以实现空间上的并行。
多处理器系统：主要通过资源共享，让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不共享存储的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上相互作用，达到时间和空间上的异步并行。
(P61-63)
8．试解释下列基本概念：机器语言、汇编语言、高级语言。
答：机器语言，最早的计算机只有机器语言，计算机能直接执行用机器语言所编的程序。机器语言是由二进制代码表示的计算机机器指令和数据组合而成。
汇编语言，到 50 年代，人们想出了用一些具有一定含义的文字、符号和数字，按规定的格式来表示各种不同的机器指令，称为“助记符”。例如，用“ADD”表示加法，“MOV”表示数据传输等。再用这些助记符来编写程序，这就是汇编语言。
高级语言，也称为算法语言，它定义了一套基本符号以及怎样使用这套基本符号设计程序的规则。算法语言比较接近数学语言，与具体机器无关，直接学习该高级语言的规则就可以使用计算机解决自己的问题，例如C、C++、Java等。
(P45-P48)
9．计算机软件系统可以分为哪几类？
答：计算机软件系统可以分为系统软件和应用软件两大类。
(P64)
10．从高级语言转换到真正可执行的机器语言有几类方法，试描述其原理？
答：高级语言一般先翻译为汇编语言或者某个中间语言，再经过中间语言的翻译然后成为机器语言的目的程序，最后在机器上执行。这种翻译通常有两种方法：
1、编译法：给计算机高级语言编制一套用机器语言编写的编译程序，它先把源程序全部翻译成目的程序，再提供给机器执行。编译程序的作用类似汇编程序，但是高级语言更复杂，其“翻译“的难度较汇编用大得多。编译法只是在编译过程中需要额外时间，并且还能够在编译中优化目的程序，编译后目的程序可以多次反复执行，还可以拿到相同的其他机器上直接执行，因此执行的效率较高。Pascal，C语言等属于编译法的高级语言。由于各种高级语言和各机器语言都不相同，因此对于不同的计算机和不同的高级语言都要有对应有编译程序。编译法的具体情况我们将在后续的第6章详细介绍。
2、解释法：与编译法不同，它不是先把源程序全部编译为目的程序后再执行，而是把程序的语句逐条翻译成为目的程序并且立即逐条执行。即解释一条执行一条。这种方法每运行一次就需要解释一遍，浪费许多时间，也不能优化目的程序，因此执行效率低。BASIC语言是典型的解释型高级语言。
（P46-P48）
练习题
1．冯?诺依曼计算机的基本原理是＿＿＿。
A、程序外接
B、逻辑连接
C、数据内置
D、程序存储
D (P53)
2．CISC结构处理器以＿＿＿为中心。
A、运算器
B、存储器
C、微程序控制器
D、硬连线控制器
C (P58)
3．现代计算机处理器结构按照＿＿＿划分，可分为复杂指令集计算机和精简指令集计算机两类。
A、指令系统
B、硬件结构
C、CPU
D、存储方式
A (P58)
4．RISC技术最大的优势就是对于＿＿＿的精简能力
A、指令系统
B、CPI
C、硬件数量
D、数据吞吐量
B (P61)
5．下列＿＿＿不属于应用软件的范畴
A、Microsoft Office
B、超级解霸
C、Windows XP
D、Internet Explorer C (P65)
6．向上兼容，就是要求为某档机种编制的程序，应能______运行于同一系列计算机中更高档次的机种上。
不加修改 (P50)
7．传统的冯?诺依曼计算机以______为中心。
运算器（P54）
8．一个完善的指令系统应具有______、______、______和______四个方面的特性。
完备性、有效性、规整性和兼容性 (P57)
9．根据指令系统功能结构的不同，计算机体系结构发展趋势呈现________和_________两种截然不同的方向，相同的指令系统可以通过”_________”或”_________”的方法来实现。复杂指令集计算技术精简指令集计算技术微程序控制器硬布线 (P58-59)
10．RISC技术对比CISC最大的区别就是对__________的精简。
CPI (P60)
11．并行处理指的是在同一时刻或是在同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，它们在时间上能互相重叠，并行处理有两个不同特征：_________和_________。同时性并发性 (P61)
12．并行处理计算机结构通常包括__________、__________和__________三种形式。
多处理器系统阵列处理机流水线计算机 (P62)
13、CPU time决定了处理器的性能，CPU time越短，表示处理器性能越卓越。根据性能公式，要缩短CPU time，可以通过减小________、____________ 或者__________。RISC技术对比CISC最大的优势就是对__________的精简能力。
时钟周期平均执行每条指令的时钟周期数代码的指令条数平均执行每条指令的时钟周期数 (P58-P60)
14、并行计算机是由一组处理单元组成的。这组处理单元通过相互之间的通信与协作，以更快的速度共同完成一项大规模的计算任务。因此，并行计算机的两个最主要的组成部分是__________和____________________。
计算节点节点间的通信与协作机制 (P61)
15、按照著名的弗林(Flynn) 计算机分类模型，根据计算机关键部位的指令和由指令引起数据流的并行性，把所有的计算机分为四类__________、__________、__________和__________。
SISD (Single Instruction Stream Single Data Stream)单指令流单数据流
SIMD (Single Instruction Stream Multiple Data Stream)单指令流多数据流
MISD(Multiple Instruction Stream Single Data Stream)多指令流单数据流
MIMD(Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream)多指令流多数据流
(P61-P63)
16、计算机系统包括__________和__________两个组成部分。软件根据用途不同可分为__________和__________。
硬件系统软件系统应用软件系统软件 (P63)
17、判断题
（1）计算机体系结构是一门研究计算机硬件结构的学科。（）
（2）哈佛结构（Harvard architecture，缩写为HARC）与冯诺依曼结构本质的区别是将程序指令存储和数据存储分开。（）（3）主存储器是现代计算机系统的数据传送中心。（）
（4）RISC结构在各方面均要优越于CISC结构。（）
（5）单指令流单数据流计算机的每个机器周期最多执行一条指令。（）
（6）流水线方式就是操作重叠。（）
（7）兼容机指的是具有相同体系结构的计算机。（）
（8）多处理机系统的处理器之间主要通过共享物理存储器进行通信。（）
（9）系统软件是指管理、控制和维护计算机系统资源的程序集合（）
（10）MPP系统是一种典型的MISD计算机。（）
（1）× (P48-P49) （2）√ (P56) （3）√ (P55) （4）× (P61-P62) （5）√ (P62)（6）√ (P62) （7）√ (P50) （8）× (P62-P63) （9）√ (P64) （10）× (P62-P63)
18、简述计算机采用多级层次结构的必要性和可能性。
答：对计算机结构进行层次上的划分，可以使各层相对独立，有利于简化处理问题的难度，在某一段时间，在处理某一层中的问题时，只需集中精力解决当前最需要关心的核心问题即可，而不必牵扯各上下层中的其他问题。在这种多层次结构中，上面的一层是建立在下一层的基础上实现出来的，实现的功能更强大，更接近人解决问题的思维方式和处理问题的具体过程，对使用人员更方便，使用这一层提供的功能时，不必关心下一层的实现细节。下面一层是实现上一层的基础，更接近计算机硬件实现的细节，实现的功能相对简单，人们使用这些功能更困难，但机器执行更直接。在实现这一层的功能时，可能尚无法了解其上一层的目标和将要解决的问题，也不必理解其更下一层实现中的有关细节问题，只要使用下一层所提供出来的功能来完成本层次的功能处理即可。
现代计算机是一个功能复杂的软硬件系统。从普通使用者到计算机操作员，从程序设计员到硬件工程师，所看到的计算机系统各有完全不同的属性。大家在学习使用计算机时，需要准确把握自己的定位，根据各个层次的关系，集中精力掌握好自己直接面对的层次，当然对于其他层次的了解有助于更加全面、深刻地理解计算机系统。
由于“虚拟机”概念的引入和汇编以及高级语言的成熟，实现对计算机结构进行层次上的划分是完全可行的。
(P47-P48)
19、简述CISC和RISC结构各自的优缺点。
答：CISC结构主要优点是：
1. 指令丰富，功能强大
2. 寻址方式灵活。
3. 以微程序控制器为核心，指令存储器与数据存储器共享同一个物理存储空间，性能强大。
CISC结构主要缺点是：
1.指令使用率不均衡。
2.不利于采用先进结构提高性能。
3.结构复杂不利于VLSI实现。
RISC结构主要优点是：
1. 具备结构简单、易于设计
2. 指令精简，使用率均衡
3. 程序执行效率高
RISC结构主要缺点是：
1. 指令数较少，功能不及CISC强大。
2.寻址方式不够灵活。
(P57-P61)
20、简述流水线技术提高运算速度的主要方式。
答：流水线技术主要通过降低CPI，来提高整个系统的运算速度。流水线技术允许一个机器周期内的各步骤重叠进行。特别是，当执行一条指令时，可以读取下一条指令，也就意味着，在任何一个时刻可以有不止一条指令在“流水线”上，每条指令处在不同的执行阶段。这样，即便读取和执行每条指令的时间保持不变，计算机的总的吞吐量提高了。
(P62)
21、简述兼容机的概念。
答：一种计算机组成可以有多种物理实现。系列机从程序设计者的角度看都具有相同的机器属性，因此按这个属性（体系结构）编制的机器语言程序以及编译程序都能通用于各档机器，我们称这种情况下的各机器是软件兼容的，即同一个软件可以不加修改地运行于体系结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。我们把不同厂家生产的具有相同体系结构的计算机称为兼容机。
(P50)
22、运用所学知识，试分析哈佛结构对比冯诺依曼结构具备哪些优点？
答：哈佛结构与冯?诺依曼结构的主要区别在于其将指令和数据分别进行存储管理，而两者基本组成是相同的。由于结构上的区别，哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率，其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令。哈佛结构采用程序和数据空间独立的体系结构，目的是为了减轻程序运行时的访存瓶颈。哈佛结构在并行性上要优于冯?诺依曼结构，但其实现相对复杂，在早期应用较少。
(P54-55)
23、简述计算机软件系统在计算机系统的作用。
答：计算机系统包括硬件和软件两个组成部分。硬件是所有软件运行的物质基础，软件能充分发挥硬件的功能作用并且可以扩充硬件功能，完成各种系统及应用任务，两者互相促进、相辅相成、缺一不可。软件是计算机系统的重要组成部分，它是计算机程序以及与程序有关的各种文档的总称。一般来说，计算机软件通常完成以下功能：
（1）计算机软件系统通常需要包含语言支持功能。计算机通常使用它对硬件进行直接识别。（2）计算机软件要为计算机系统本身提供性能良好的资源管理功能。
（3）计算机软件包括各种应用程序，它们是为支持某一应用领域、解决某个实际问题而专门研制的应用程序，是计算机功能的扩展。
（P63-P65）
24、试分析冯·诺依曼模型对编程概念的影响。
答：冯?诺依曼理论的思想是：应该把程序和数据一起存储在存储器里，让计算机自己负责从存储器里提取指令，执行指令，循环式地执行这两个动作，这样，计算机在执行程序的过程中，就可以完全摆脱外界的影响，以自己可能的速度（电子的速度）自动地运行。按照这种原理，程序的运行和维护完全由计算机自动完成。在编写程序时，程序员可以不关心或很少关心程序在计算机内部的执行情况，而只需要关心所编写程序的逻辑，大大简化了工作量。(P54-P55)
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）
计算机体系结构解
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第一章计算机组成原理 本部分要求掌握计算机方面的基础知识，包括计算机的发展、计算的系统组成、基本组成和工作原理、计算机的数制数据表示以及运算校验、指令系统以及计算机系统的安全等基础性的知识。内容多而且复杂，尤其是有关计算机硬件方面的内容，很细而且灵活性不高，知识量相当大，掌握这部分一定要多下功夫，学会取舍、把握重点、抓住要害。 1.1 考试大纲及历年考题知识点 1.1.1 大纲要求 考试要求： 1 掌握数据表示、算术和逻辑运算； 2 掌握计算机体系结构以及各主要部件的性能和基本工作原理考试范围 1 计算机科学基础 1.1 数制及其转换二进制、十进制和十六进制等常用制数制及其相互转换 1.2 数据的表示 ?数的表示（原码、反码、补码、移码表示，整数和实数的机内表示，精度和溢出）?非数值表示（字符和汉字表示、声音表示、图像表示） ?校验方法和校验码（奇偶校验码、海明校验码、循环冗余校验码） 1.3 算术运算和逻辑运算 ?计算机中的二进制数运算方法 ?逻辑代数的基本运算和逻辑表达式的化简 2．计算机系统知识 2.1 计算机系统的组成、体系结构分类及特性 ?CPU 和存储器的组成、性能和基本工作原理 ?常用I/O 设备、通信设备的性能，以及基本工作原理 ?I/O 接口的功能、类型和特性 ?I/O 控制方式（中断系统、DMA、I/O 处理机方式） ?CISC/RISC，流水线操作，多处理机，并行处理 2.2 存储系统 ?主存-Cache 存储系统的工作原理 ?虚拟存储器基本工作原理，多级存储体系的性能价格 ?RAID 类型和特性 2.3 安全性、可靠性与系统性能评测基础知识 ?诊断与容错 ?系统可靠性分析评价 ?计算机系统性能评测方式 1.2 计算机科学基础 1.2.1 数制及其转换 1、R 进制转换成十进制的方法按权展开法:先写成多项式,然后计算十进制结果. 举例： (1101.01)2=1×2^3+1×2^2+0×2^1+1×2^0+ 0×2^-1+1×2^-2 =8+4+1+0.25=13.25 (237)8=2×8^2+3×8^1+7×8^0 =128+24+7=159 (10D)16=1×16^2+13×16^0=256+13=269
计算机体系结构期末复习资料 1.并行性：是指在同一时刻或者是同一时间间隔内完成两种或两种以上性质相同或不同的工作。 2.CPI：每条指令执行时所花费的平均时钟周期。 3.体系结构：即计算机的属性，即概念性结构与功能特性。 4.Amdahl定理：加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。 5.信息存储的整数边界：信息在主存中存放的起始地址必须是该信息（字节数）的整数倍。 6.指令系统的正交性：指在指令中各个不同含义的字段，在编码时应互不相关，相互独立。 7.流水线技术：是指将一个重复的时序过程，分解成为若干子过程，而每个过程都可有效在其专用功能段上与其他子过程同时执行。 8.定向技术：在某条指令产生一个结果之前，其他指令并不直接需要该计算结果，如果能将该计算结果从其他产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，那么就可以避免暂停的技术就叫定向技术。 9.相关：衡量两个随机变量之间相关程度的指标。 10.向量流水处理机：是指处理机具有向量数据表示并通过向量指令对向量的各元素进行处理。、
11.定向：将计算结果从其产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，或所有需要它的功能单元，避免暂停。 12.指令集的并行：当指令之间不存在相关时，它们在流水线中是可以重叠起来并行执行。 13.记分牌技术：流出和读操作数。在没有结构冲突时,尽可能早地执行没有数据冲突的指令,实现每个时钟周期执行一条指令。如果某条指令被暂停,而后面的指令与流水线中正在执行或被暂停的指令都不相关,是这些指令可以跨越它,继续流出和执行下去。 14.Tomasulo算法：寄存器换名是通过保留站和流出逻辑来共同完成,当指令流出时,如果其操作数还没有计算出来,则该指令中相应的寄存器换名将产生这个操作数的保留站的标识。因此,指令流出到保留站后,其操作数寄存器或者换成了数据本身,或换成了保留站的标识,和寄存器无关。后面指令对该寄存器的写入操作就不会产生WAR冲突。 15.替换算法：由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。
第二章计算机指令集结构 知识点汇总： 指令集设计、堆栈型机器、累加器型机器、通用寄存器型机器、CISC、RISC、寻址方式、数据表示 简答题 1.增强CISC机器的指令功能主要从哪几方面着手？（CISC） (1) 面向目标程序增强指令功能。 (2) 面向高级语言和编译程序改进指令系统。 (3) 面向操作系统的优化实现改进指令系统。 2.简述CISC存在的主要问题。（知识点：CISC） 答：（1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。 （2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。 （3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。 （4）CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。 （5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。 3.简述RISC的优缺点及设计RISC机器的一般原则。（知识点：RISC） 答：（1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令。 （2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成。 （3）所有指令长度均相同。 （4）只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。 （5）以简单、有效的方式支持高级语言。 4.根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为哪几类？（知识点：堆栈型机器、累加器型机器、通用寄存器型机器） 答：堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构。 5.常见的三种通用寄存器型指令集结构是什么？（知识点：通用寄存器型机器） 答：（1）寄存器－寄存器型。 (2)寄存器－存储器型。 (3)存储器－存储器型。
（答案仅供参考如有不对请自己加以思考） 第一章计算机网络体系结构 一、习题 1．比特的传播时延与链路带宽的关系（）。 A．没有关系 B. 反比关系 C. 正比关系 D. 无法确定 2.计算机网络中可以没有的是（）。 A. 客服机 B. 操作系统 C. 服务器 D.无法确定 3.在OSI参考模型中，提供流量控制的层是第（1）层；提供建立、维护和拆除端到端连接的层是（2）；为数据分组提供在网络中路由功能的是（3）；传输层提供（4）的数据传送；为网络层实体提供数据发送和接收功能和过程的是（5）。 （1）A. 1、2、3 B. 2、3、4 C. 3、4、5 D. 4、5、6 （2）A. 物理层 B. 数据链路层 C. 会话层 D. 传输层 （3）A. 物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D.传输层 （4）A. 主机进程之间 B. 网络之间 C. 数据链路层 D. 物理线路层 （5）A. 物理层 B. 数据链路层 C. 会话层 D. 传输层 4.计算机网络的基本分类方法主要有两种：一种是根据网络所使用的传输技术；另一种是根据（）。 A. 网络协议 B. 网络操作系统 C. 覆盖范围与规模 D. 网络服务器类型与规模 5.计算机网络从逻辑功能上可分为（）。 Ⅰ.资源子网Ⅱ.局域网Ⅲ.通信子网Ⅳ.广域网 A.Ⅱ、Ⅳ B.Ⅰ、Ⅲ B. Ⅰ、Ⅳ D. Ⅲ、Ⅳ 6. 计算机网络最基本的功能是（）。 Ⅰ. 流量控制Ⅱ.路由选择 Ⅲ. 分布式处理Ⅳ. 传输控制 A. Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ B.Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ C. Ⅰ、Ⅳ D. Ⅲ、Ⅳ 7.世界上第一个计算机网络是（）。 A.ARPANET B. 因特网 C. NSFnet D. CERNET 8. 物理层、数据链路层、网络层、传输层的传输单位（或PDU）分别是（）。 Ⅰ.帧Ⅱ. 比特Ⅲ.报文段Ⅳ.数据报 A.Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅲ B. Ⅱ、Ⅰ、Ⅳ、Ⅲ C. Ⅰ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅲ D. Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ 9.设某段电路的传播时延是10ms，带宽为10Mbit/s，则该段电路的时延带宽积为（）。 A.2×105 bit B.4×105 bit C.1×105 bit D. 8×105 bit
(仅供参考，不作为考试标准)， 选择题分，每题分)2(30计算机系统结构设计者所关心的是________所看到的的计算机结构。 A)硬件设计人员B)逻辑设计人员 D)高级语言程序员C)机器语言或汇编语言程序员 。意________，应当注提系在计算机统设计时，为了高系统性能度的令执行速快A)加经常性使用指大的指令特B)要别精心设计少量功能强数的占减少在数量上很小比例的指令条C)要度D)要加快少量指令的速 。的问题统中因________而导致系主重叠寄存器技术要用于解决在RISC 流水线影A)JMP指令响保护令B)CALL指的现场问存储器不便来只C)有LOAD和STORE指令带的访度速器访问D)存储 ________ 效率高计为使流水算机运行要A)各过程段时间不同B)连续处理的任务类型应该不同 D)连续处理的任务数尽可能少C)连续处理的任务类型应该相同 栈型替是的________。换算法堆不属于B)近期最少A)近期最使用法久未用法 D)页面失效频率法出进C)先先法 象联组，相映的优点。是________象联全与相映相比B)块冲突概率低C)命中率高D)主存利用率小录A)目表高 是方好关相指除中叠次一重消令最的法________。B)设相关专用令指改准A)不修通路 令指条下析分后推C) 令指条下行执后推D) 流的用采，时关据数到，中作水操遇相________。有法办解决器译编化优A)用办的排新重令指过通，测检序法据数B)向定重技术 C)延迟转移技术 D)加快和提前形成条件码 经多级网络串联来实现全排列网络，只能用________。 A)多级立方体网络B)多级PM2I网络 D)上述多级混洗交换网络任何网络C) 序传送的________。是以虫蚀寻径流水方式在各寻径器是顺B)包A)消息C)片节D)字 ________ 处理机超标量作指条令部件个B) 只有一操期A)在一个时钟周内分时发射多多钟C)在一个时周期内同时发射条指令件有只一个取指部D)
得分 评分人 填空题: （20分，每题2 分） 单选题：（10分，每题1分） A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B. 一个虚页只装进固定的主存实页位置 《计算机系统结构》期末考试试卷（A ） 得分 注：1、共100分，考试时间120分钟。 2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。 1、."启动I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（ A. 目态指令 B.管态指令 C.目态、管态都能用的指令 D.编译程序只能用的指令 2、 输入输出系统硬件的功能对 （B ）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 3、 全相联地址映象是指（A ） C. 组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 4、（ C ） 属于MIMD 系统结构 A.各处理单元同时受一个控制单元的管理 B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机系统 D. 阵列处理机 5、多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（ B ） A.可以并行执行 B.不可能并行 C.任何情况均可交换串行 D.必须并行执行 6、 计算机使用的语言是（B ） A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B.分属于计算机系统各个层次 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 7、 指令执行结果出现异常引起的中断是（ C ） 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 &块冲突概率最高的 Cache 地址映象方式是（A ） A.直接 B .组相联 C .段相联 D .全相联 9、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器，不影响 Cache 命中率的是（B ） A.增大块的大小 B .增大主存容量 C .增大组的大小 D .增加Cache 中的块数 10、 流水处理机对全局性相关的处理不 包括（C ） A.猜测法 B.提前形成条件码 C.加快短循环程序的执行 D.设置相关专用通路
第二章 2.13 在一台单流水线多操作部件的处理机上执行下面的程序，每条指令的取指令、指令译码需要一个时钟周期，MOVE、ADD和MUL操作分别需要2个、3个和4个时钟周期，每个操作都在第一个时钟周期从通用寄存器中读操作数，在最后一个时钟周期把运算结果写到通用寄存器中。 k： MOVE R1，R0 ；R1← (R0) k+1： MUL R0，R2，R1 ；R0← (R2)×(R1) k+2： ADD R0，R2，R3 ；R0← (R2)+(R3) (1)就程序本身而言，可能有哪几种数据相关? (2)在程序实际执行过程中，哪几种数据相关会引起流水线停顿? (3)画出指令执行过程的流水线时空图，并计算完成这3条指令共需要多少个时钟周期？ 解：（1）就程序本身而言，可能有三种数据相关。若3条指令顺序流动，则k指令对R1寄存器的写与k+1指令对R1寄存器的读形成的“先写后读”相关。若3条指令异步流动，则k指令对R0寄存器的读与k+1指令对R0寄存器的写形成的“先读后写”相关，k+2指令对R0寄存器的写与k+1指令对R0寄存器的写形成的“写—写”相关。 （2）在程序实际执行过程中，二种数据相关会引起流水线停顿。一是“先写后读”相关，k指令对R1的写在程序执行开始后的第四个时钟；k+1指令对R1的读对指令本身是第三个时钟，但k+1指令比k指令晚一个时钟进入流水线，则在程序执行开始后的第四个时钟要读R1。不能在同一时钟周期内读写同一寄存器，因此k+1指令应推迟一个时钟进入流水线，产生了流水线停顿。二是“写—写”相关，k+1指令对R0的写对指令本身是第六个时钟，而要求该指令进入流水线应在程序执行开始后的第三个时钟，所以对R0的写是在程序执行开始后的第八个时钟。k+2指令对R0的写对指令本身是第五个时钟，而k+2指令比k+1指令晚一个时钟进入流水线，则在程序执行开始后的第四个时钟，所以对R0的写是在程序执行开始后的第八个时钟。不能在同一时钟周期内写写同一寄存器，因此k+2指令应推迟一个时钟进入流水线，产生了流水线停顿。另外，可分析“先读后写”相关不会产生流水线的停顿。 （3）由题意可认位该指令流水线由六个功能段取指、译码、取数、运一、运二和存数等组成，则程序指令执行过程的流水线时空图如下图所示。若3条指令顺序流动，共需要9个 空间 存数 K存数 K+1存数 K+2存数 运二 K+1运二 运一 K+1运一 K+2运一 取数 K取数 K+1取数 K+2取数 译码 K译码 K+1译码 K+2译码 取指 K取指 K+1取指 K+2取指时间 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
第一章计算机系统结构的基本概念 历年真题精选 1. 下列对系统程序员不透明的是（）。 A. 乘法器 B. 先行进位链 C. 指令缓冲器 D. 条件码寄存器2．“从中间开始”设计的“中间”目前多数是在（ D ）。 A. 微程序机器级与汇编语言机器级之间 B. 操作系统机器级与汇编语言机器级之间 C. 传统机器语言机器级与微程序机器级之间 D. 传统机器语言机器级与操作系统机器级之间 3. 开发计算机系统结构并行性的主要技术途径有时间重叠、（资源重复）和（资源 共享）。 4. 计算机系统弗林分类法，把计算机系统分成单指令流单数据流（SISD）、单指令流多数 据流（SIMD）、（多指令流单数据流（MISD））和（多指令流多数据流（MIMD））四大类。 5. 设计指令系统时，以乘法运算为例，简述系统结构设计、计算机组成设计、计算机实现 各应考虑的问题。（ P4） 6. 实现软件移植的途径有哪些各受什么限制（ P14） 同步强化练习 一．单项选择题。 1. 实现汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是由（ C ）。 A. 编译程序翻译 B. 编译程序解释 C. 汇编程序翻译 D. 汇编程序解释 2. 系列机软件应做到（ B ） A. 向前兼容，并向下兼容 B. 向后兼容，力争向上兼容 C. 向前兼容，并向上兼容 D. 向后兼容，力争向下兼容 3. 在计算机系统多级层次结构中，机器级由低到高，相对顺序正确的应当是（ B ）。 A. 传统机器语言、汇编语言、操作系统 B. 微程序、传统机器语言、高级语言 C. 高级语言、汇编语言、传统机器语言 D. 传统机器语言、应用语言、高级语言 4. 可以直接执行微指令的是（ C ）。 A. 编译程序 B. 微程序 C. 硬件 D. 汇编程序 5. 计算机系统结构不包括（ A ）。 A. 主存速度 B. 数据表示 C. 机器工作状态 D. 信息保护 6. 对计算机系统结构透明的是（）。 A. 是否使用通道型I/0处理机 B. 虚拟存储器 C. 字符行运算指令 D. VLSI技术 7. 在主存设计上，属计算机系统结构考虑的应是（ C ）。 A. 频宽的确定 B. 多体交叉还是单体 C. 容量和编址单位 D. 用MOS还是TTL 8. 计算机组成设计不考虑（ B ）。 A. 缓冲技术 B. 功能部件的集成度 C. 专用部件设置 D. 控制机构的组成
第一题选择题 1．SIMD是指（B） 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 2．下列那种存储设备不需要编址？D A. 通用寄存器 B. 主存储器 C. 输入输出设备 D. 堆栈 3．按照计算机系统层次结构，算术运算、逻辑运算和移位等指令应属于（A）级机器语言。 A、传统机器语言机器 B、操作系统机器 C、汇编语言机器 D、高级语言机器 4．早期的计算机系统只有定点数据表示，因此硬件结构可以很简单。但是这样的系统有明显的缺点，下面哪一个不是它的缺点：B A．数据表示范围小 B．单个需要的计算时钟周期多 C．编程困难 D．存储单元的利用率很低 7．下面哪个页面替换算法实际上是不能够实现的？D A）随机页面替换算法 B）先进先出替换算法 C）最久没有使用算法 D）最优替换算法
9．指令优化编码方法，就编码的效率来讲，那种方法最好？C A. 固定长度编码 B. 扩展编码法 C. huffman编码法 D. 以上编码都不是 10．在早期冯·诺依曼计算机特征中，机器以（C）为中心。 A、存储器 B、输入输出设备 C、运算器 D、控制器 1.RISC 计算机的指令系统集类型是( C ) 。 A. 堆栈型 B. 累加器型 C. 寄存器—寄存器型 D. 寄存器- 存储器型 2、相联存储器的访问方式是( D )。 A．先进先出顺序访问 B．按地址访问 C．无地址访问 D．按内容访问 3、假设—条指令的执行过程可以分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每—段分别只有—个部件可供使用，并且执行时间分别为Δt、2Δt和3Δt，连续执行n条指令所需要花费的最短时间约为( C )。 （假设“取指令”、“分析”和“执行”可重叠，并假设n足够大） A．6 nΔt B．2 nΔt C．3 nΔt D．nΔt 6、下列计算机不属于RISC计算机的是（C ）。 A．SUN：Ultra SPARC
第一章： 1.计算机系统结构的定义 答：由程序设计者看到的一个计算机系统的属性，即概念性结构和功能特性。 2.透明性概念 答：在计算机技术中，一种本来是存在的事物或属性，但从某种角度看似乎不存在，称为透明性现象。 3.兼容性向后兼容 兼容性：同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器，可获得相同的结果，差别只在于不同的运行时间。 向后兼容：按某个时期投入市场的某种型号机器编制的程序，不加修改就能运行于在它之后投入市场的机器。 4.Amdahl定律 答：系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。 5.CPI 答：每条指令的平均时钟周期数。 6.MIPS 答：每秒百万条指令数！MIPS=时钟频率/(CPI*10^6) 7.MFLOPS 答：每秒百万次浮点操作次数。MFLOPS=程序中的浮点操作次数/(执行时间*10^6) 8.命中率的概念 答： 9.Flynn分类法是按指令流和数据流的多倍性特征进行计算机系统结构的划分 答：①单指令流单数据流SISD ②单指令流多数据流SIMD ③多指令流单数据流MISD（实际不存在）④多指令流多数据流MIMD 10.计算机系统设计的定量原理（四个） 答：①加快经常性事件的速度②Amdahl定律③CPU性能公式④访问的局部性原理11.CPI和加速比的计算 答：CPI=CPU时钟周期数/IC CPU时间=CPU时钟周期数/频率 CPU时间=CPU时钟周期*时钟周期长 加速比=（采用改进措施后的性能）/（没有采用改进措施前的性能） =(没有采用改进措施前执行某任务的时间)/(采用改进措施后执行某任务的时间) 12.软硬件实现的特点 硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少 软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多 13.系统评价的标准 ①运算速度②存储器系统③其他性能④成本标准
计算机系统结构第二章自考练习题答案
第二章数据表示与指令系统 历年真题精选 1. 计算机中优先使用的操作码编码方法是（ C ）。 A. BCD码 B. ASCII码 C. 扩展操作码 D. 哈夫曼编码 2．浮点数尾数基值r m=16，除尾符之外的尾数机器位数为8位时，可表示的规格化最大尾数值为（ D ）。 A. 1/2 B. 15/16 C. 1/256 D. 255/256 3. 自定义数据表示包括（标志符）数据表示和（数据描述符）两类。 4. 引入数据表示的两条基本原则是：一看系统 的效率是否有提高；二看数据表示的（通
用）性和（利用）率是否高。 5. 简述设计RISC的一般原则。 6. 简述程序的动态再定位的思想。 7. 浮点数表示,阶码用二进制表示,除阶符之外 的阶码位数p=3,尾数基值用十进制表示,除尾符外的尾数二进制位数m=8,计算非负阶、规格化、正尾数时， （1）可表示的最小尾数值；（2）可表示的最大值；（3）可表示的尾数个数。 8. (1)要将浮点数尾数下溢处理成K—1位结 果，则ROM表的单元数和字长各是多少? 并简述ROM表各单元所填的内容与其地址之间的规则。 (2)若3位数，其最低位为下溢处理前的附 加位，现将其下溢处理成2位结果，设
计使下溢处理平均误差接近于零的 ROM表，以表明地址单元与其内容的 关系。 同步强化练习 一．单项选择题。 1. 程序员编写程序时使用的地址是（ D ）。 A．主存地址B．有效地址C．辅存实地址D．逻辑地址 2. 在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（ B ）。 A．舍入法B．截断法C．恒置“1”法D．ROM查表法 3. 数据表示指的是（ C ）。A．应用中要用到的数据元素之间的结构关系
第一章计算机网络体系结构 【例 1.1】计算机网络可以被理解为（） A．执行计算机数据处理的软件模块 B．由自主计算机互连起来的集合体 C．多个处理器通过共享内存实现的紧耦合系统 D．用于共同完成一项任务的分布式系统 【例 1.2】广域网中广泛采用的拓扑结构是（） A．树型 B.网状 C星型 D.环型 【例 1.3】局域网与广域网之间的差异不仅仅在于它们所能覆盖的地理范围不同，而且还在于（） A.所使用的传输介质不同 B.所提供的服务不同 C.所能支持的通信量不同 D.所使用的协议不同 【例 1.4】OSI参考模型中，网络层、数据链路层和物理层传输的协议数据单元（PDU）分别称为（） A. 报文（message）、帧（frame）、比特（bit） B. 分组（packet）、报文（message）、比特（bit） C. 分组（packet）、帧（frame）、比特（bit） D. 数据报（datagram）、帧（frame）、比特（bit） 【例 1.5】在TCP/IP协议簇的层次中，解决计算机之间通信问题的是（） A．网络接口层 B.网络层 C.运输层 D.应用层 【例 1.6】在OSI参考模型中，服务原语可划分为4类，包括请求、指示、响应和（） A.答复 B.确认 C.应答 D.接收 【例 1.7】一个系统的协议结构有N层，应用程序产生M字节长的报文，
网络软件在每层加上h字节的协议头，网络带宽中有多大比率用于协议头信息的传输？ 【例 1.8】请描述OSI模型中数据流动的过程。 精选试题练习 【题 1.1】计算机网络可以被看成是自治的计算机系统的集合，其中“自治的计算机”主要指（） A.可以独立运行的计算机 B.网络计算机 C.裸机 D.网络终端 【题 1.2】将计算机与计算机之间连接起来实现资源共享和数据通信，属于计算机网络发展的（） A.联机系统阶段 B.计算机网络阶段 C.标准化网络阶段 D.网络互连和高速网络阶段 【题 1.3】计算机网络中可以共享的资源包括（） A.客户机和服务器 B.硬件、软件和数据 C.主机、CPU、内存和外部设备 D.计算机和传输介质 【题 1.4】一下不属于协议的三要素的是（） A.语法 B.语义Ｃ．时序 Ｄ．异步 【题1.５】通信协议包括了对通信过程的说明，规定了应当发出哪些控制信息，完成哪些动作以及做出哪些应答，并对发布请求、执行动作以及返回应答予以解释。这些说明描述了协议的（） A.语法 B.语义Ｃ．时序 Ｄ．异步 【题 1.６】下列不是网络模型进行分层的目标的是（） Ａ．提供标准语言 Ｂ．定义标准界面
第1章计算机系统结构的基本概念 (1) 第2章指令集结构的分类 (10) 第3章流水线技术 (15) 第4章指令级并行 (37) 第5章存储层次 (55) 第6章输入输出系统 (70) 第7章互连网络 (41) 第8章多处理机 (45) 第9章机群 (45) 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：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。
《计算机体系结构》期末考试A卷 (总分：100分，时间：100分钟) 姓名：周元华 专业：计算机科学与技术 学号： 18260070164016 学习中心：上海弘成 一、填空题（每空1分，共14分） 1.高速缓冲存储器的地址映象方式有三种，它们分别是：全向量方式，直接相联方式，组相连方式。 2.虚拟存储器的三种管理方式是段式管理，页式管理和 段页式管理。 3.从主存的角度来看，“Cache—主存”层次的目的是为了提高速度，而“主存—辅存”层次的目的是为了扩大容量 4.根据指令间的对同一寄存器读和写操作的先后次序关系，数据相关冲突可分为读与写（RAM）、写与读（WAR）和写与写（WAW）三种类型。 5.当代计算机体系结构的概念包括指令集结构、计算机组成和计算机实现三个方面的内容 二、名词解释（每题2分，共16分） 计算机体系结构： 计算机体系结构是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。其中计算机理论组成部分并不单与某一个实际硬件相挂钩，如存储部分就包括寄存器、内存、硬盘等。 兼容机： 兼容机，就是由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。简单点说，就是非厂家原装，而改由个体装配而成的机器，其中的元件可以是同一厂家出品，但更多的是整合各家之长的 计算机。 写直达法： 写直达法一般指全写法。全写法（write-through）：又称写直达法、写穿法，透写法，Cache使 用方式之一。 高速缓冲存储器: 高速缓冲存储器（Cache）其原始意义是指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快 的一种RAM，一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM 技术，也有快取记忆体的名称。 高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成， 容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。在计算机存储系统的层次结构中，是介 于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速 缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。 高速缓冲存储器最重要的技术指标是它的命中率。 延迟转移技术： 在转移指令之后插入一条或几条有效的指令。当程序执行时，要等这些插入的指令执行完成 之后，才执行转移指令，因此，转移指令好像被延迟执行了，这种技术称为延迟转移技术。 线性流水线： 线性流水线就是由一整套工艺串联而成的生产线。 流水线又称为装配线,一种工业上的生产方式，指每一个生产单位只专注处理某一个片段的工 作，以提高工作效率及产量；按照流水线的输送方式大体可以分为：皮带流水装配线、板链线、 倍速链、插件线、网带线、悬挂线及滚筒流水线这七类流水线。 输送线的传输方式有同步传输的/（强制式），也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的 选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。 流水线的吞吐率： 流水线的吞吐率是单位时间内流水线处理的任务数。 并行性： 并行性是指计算机系统具有可以同时进行运算或操作的特性，在同一时间完成两种或两种以 上工作。它包括同时性与并发性两种含义。同时性指两个或两个以上事件在同一时刻发生。并发 性指两个或两个以上事件在同一时间间隔发生。 三、简答题(每题5分，共30分） 1.如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一 级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第一 级的一条指令需K(ns)时间，那么执行第2、3、4级的一条指 令各需要用多少时间(ns)? 答：第1级：1条1级指令 K ns 第2级：1条2级指令N条1级指令 1*N*K ns = NK ns 第3级：1条3级指令N条2级指令 1*N*NK ns =N2K ns 第4级：1条4级指令N条3级指令 1*N*NNK ns =N3K ns 2.根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？ 答：系统加速比依赖于两个因素： （1）可改进比例：可改进部分在原系统计算时间中所占的比例 （2）部件加速比：可改进部分改进以后的性能提高 3.简述组相联映象规则。 答：(1)主存与缓存分成相同大小的数据块。(2)主存和Cache 按同样大小划分成组。(3)主存容量 是缓存容量的整数倍,将主存空间按缓冲区的大小分成区，主存中每一区的组数与缓存的组数相同 4.引起Cache与主存内容不一致的原因是什么？为了保持Cache 的一致性，在单计算机系统中一般采取哪些措施？ 答：不一致的原因：（1）由于CPU写Cache，没有立即写主存 （2）由于I/O处理机或I/O设备写主存 采取措施： （1）全写法，亦称写直达法（WT法-Write through） 方法：在对Cache进行写操作的同时，也对主存该内容进行写入 （2）写回法（WB法-Write back） 方法：在CPU执行写操作时，只写入Cache，不写入主存。 5.按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两 类？ 答：（1）静态流水线：在同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。 （2）动态流水线：在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。 6.Flynn分类法是根据什么对计算机进行分类的？将计算机分 成哪几类？ 答：Flynn分类法，根据计算机中指令和数据的并行状况把计算机分成： （1）单指令流单数据流（SISD.； （2）单指令流多数据流（SIMD.； （3）多指令流单数据流（MISD.； （4）多指令流多数据流（MIMD.。 四、问答与计算题（第1题10分，第2、3题每题15分共40分） 1.一个有快表和慢表的页式虚拟存储器，最多有64个用户，每 个用户最多要用1024个页面，每页4K字节，主存容量8M字节。 （1）写出多用户虚地址的格式，并标出各字段的长度。 （2）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。
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： bit 4000032250321000Mem Mem Mem data n instructio A =?+?=+= 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： bit 3900036250301000Mem Mem Mem data n instructio B =?+?=+=
由此我们可以看出，由于数据的平均访问次数要大于指令，所以，采用带标志符的数据表示不会增加总的存储空间大小。 3. 对于一个字长为64位的存储器，访问这个存储器的地址按字节编址。假设 存放在这个存储器中的数据中有20％是独立的字节数据（指与这个字节数据相邻的不是一个字节数据），有30％是独立的16位数据，有20％是独立的32位数据，另外30％是独立的64位数据；并且规定只能从一个存储字的起始位置开始存放数据。 ⑴计算这种存储器的存储空间利用率。 ⑵给出提高存储空间利用率的方法，画出新方法的逻辑框图，并计算这种方法 的存储空间利用率。 答： ⑴ 由于全是独立数据，有20%浪费56位（7/8）；30%浪费48位（6/8）；20%浪费32位（4/8）；30%浪费0位（0/8）。 总共浪费：0.2×7/8＋0.3×6/8＋0.2×4/8＋0.3×0/8＝0.5 即：存储器的存储空间利用率为50%，浪费率为50%。 ⑵ 方案为：数据从地址整数倍位置开始存储，即，双字地址000结尾，单字地址00结尾，半字地址0结尾，字节地址结尾任意。 可能出现的各种情况如下：
计算机系统结构 姓名：学号： 一、简答题（每小题10分，共20分） 1．简述使用物理地址进行DMA存在的问题，及其解决办法。 2．从目的、技术途径、组成、分工方式、工作方式等5个方面对同构型多处理机和异构型多处理机做一比较（列表）。 二、（60分）现有如下表达式： Y＝a ×X 其中：X和Y是两个有64个元素的32位的整数的向量，a为32位的整数。假设在存储器中，X和Y的起始地址分别为1000和5000，a的起始地址为6000。 1．请写出实现该表达式的MIPS代码。 2．假设指令的平均执行时钟周期数为5，计算机的主频为500 MHz，请计算上述MIPS 代码（非流水化实现）的执行时间。 3．将上述MIPS代码在MIPS流水线上（有正常的定向路径、分支指令在译码段被解析出来）执行，请以最快执行方式调度该MIPS指令序列。注意：可以改变操作数，但不能改变操作码和指令条数。画出调度前和调度后的MIPS代码序列执行的流水线时空图，计算调度前和调度后的MIPS代码序列执行所需的时钟周期数，以及调度前后的MIPS流水线执行的加速比。 4．根据3的结果说明流水线相关对CPU性能的影响。 三、（20分）请分析I/O对于性能的影响有多大？假设： 1．I/O操作按照页面方式进行，每页大小为16 KB，Cache块大小为64 B；且对应新页的地址不在Cache中；而CPU不访问新调入页面中的任何数据。 2．Cache中95%被替换的块将再次被读取，并引起一次失效；Cache使用写回方法，平均50%的块被修改过；I/O系统缓冲能够存储一个完整的Cache块。 3．访问或失效在所有Cache块中均匀分布；在CPU和I/O之间，没有其他访问Cache 的干扰；无I/O时，每1百万个时钟周期中，有15,000次失效；失效开销是30个时钟周期。如果替换块被修改过，则再加上30个周期用于写回主存。计算机平均每1百万个周期处理一页。
课程测试试题（ A 卷） ----------------------以下为教师填写-------------------- I、命题院（部）：信息科学与工程学院 II、课程名称：计算机体系结构 III、测试学期：2014－2015学年度第2学期 IV、测试对象：信息学院计算机、网络专业 2012 级班 V、问卷页数（A4）： 3 页 VI、答卷页数（A4）： 4 页 VII、考试方式：闭卷（开卷、闭卷或课程小论文，请填写清楚） VIII、问卷内容： 一、填空题（共30分，20空，每空分） 1、现代计算机系统是由（）和（）组成的十分复杂的系统。 2、计算机系统应能支持软件可移植，实现可移植性的常用方法有3种，即（），（）， 统一高级语言。 3、可以将当前大多数通用寄存器型指令集结构进一步细分为3种类型，即（）、（） 和存储器-存储器型指令集结构。 4、MIPS指令DADDIU R14，R5，#6属于（）类型的指令格式；MIPS指令 SD R4，300（R5）属于（）类型的指令格式。 5、描述流水线的工作，常采用时空图的方法。在时空图中，横坐标表示（），纵坐 标代表（）。 6、在MIPS指令实现的简单数据通路中，在WB周期中，有两大类指令执行操作：（） 和（）指令。 7、存储器的层次结构中，“Cache－主存”层次是为了弥补主存（）的不足，“主 存－辅存”层次是为了弥补主存（）的不足。 8、Cache实现的映像规则有全相联映像、（）和（）三种。 9、反映存储外设可靠性能的参数有可靠性、（）和（）。 10、根据系统中处理器个数的多少，可把现有的MIMD计算机分为两类，每一类代表 了一种存储器的结构和互连策略。第一类机器称为（）结构，第二类机器具有（）。 二、判断题（每小题1分，共10分） 1、从计算机语言的角度，系统结构把计算机系统按功能划分成多级层次结构，其中， 第2级是操作系统虚拟机，第3级是汇编语言虚拟机。（） 2、计算机系统中提高并行性的3种途径中，资源重复是在并行性概念中引入时间因 素，加快硬件周转而赢得时间。（） 3、指令集结构中采用多种寻址方式可能会增加实现的复杂度和使用这些寻址方式的 指令的CPI。（） 4、指令条数多，通常超过200条，是设计RISC的原则之一。（） 5、根据流水线中各功能段之间是否有反馈回路，可把流水线分为线性流水线和非线 性流水线。（） 6、在多级存储体系中，“cache——主存”层次的存储管理实现主要由软件件实现。
一、填空题（20每空2分） 1.计数制中使用的数据个数被称为。（基） 2.移码常用来表示浮点数的部分，移码和补码比较，它们除外，其他各位都相同。（阶码，符号位） 3.码值80H： 若表示真值0，则为；若表示-128，则为； 若表示-127，则为；若表示-0，则为。（移码补码反码原码） 4. 在浮点运算过程中，如果运算结果的尾数部分不是形式，则需要进行规格化处理。设尾数采用补码表示形式，当运算结果时，需要进行右规操作；当运算结果时，需要进行左规操作。 （规格化溢出不是规格化数） 二、选择题（20每题2分） 1.以下给出的浮点数，______是规格化浮点数。（B） A．2^-10×0.010101 B．2^-11×0.101010 C．2^-100×1.010100 D．2^-1×0.0010101 2.常规乘除法器乘、除运算过程采用部分积、余数左移的做法，其好处是______。（C） A．提高运算速度 B. 提高运算精度 C. 节省加法器的位数 D. 便于控制 3.逻辑异运算10010011和01011101的结果是。（B） A.01001110 B.11001110
C.11011101 D.10001110 4.浮点数尾数基值rm=8,尾数数值部分长6位，可表示的规格化最小正尾数为。（C） 1.A.0.5 B.0.25 C.0.125 D.1/64 5.当浮点数尾数的基值rm=16,除尾符之外的尾数机器位数为8位时，可表示的规格化最大尾数值是。（D） A.1/2 B.15/16 C.1/256 D.255/256 6.两个补码数相加，采用1位符号位，当时表示结果溢出。（D） A、符号位有进位 B、符号位进位和最高数位进位异或结果为0 C、符号位为1 D、符号位进位和最高数位进位异或结果为1 7.运算器的主要功能时进行。（C） A、逻辑运算 B、算术运算 C、逻辑运算和算术运算 D、只作加法 8.运算器虽有许多部件组成，但核心部件是。（B） A、数据总线 B、算术逻辑运算单元 C、多路开关 D、累加寄存器 9.在定点二进制运算中，减法运算一般通过来实现。（D） A、原码运算的二进制减法器 B、补码运算的二进制减法器 C、补码运算的的十进制加法器 D、补码运算的的二进制加法器 10.ALU属于部件。（A） A、运算器 B、控制器 C、存储器 D、寄存器 三、判断题（10每题2分） 1.计算机表示的数发生溢出的根本原因是计算机的字长有限。（错误）