计算机系统结构习题

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(完整版)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，实现的难易程序不同。

在DOS操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡（硬件）上，而随着CPU、硬盘、内存技术的不断发展，UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。

3.试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。

答：计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同，但又相互影响。

（1）计算机的系统结构相同，但可采用不同的组成。

如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。

从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同，均是由中央处理机/主存，通道、设备控制器，外设4级构成。

其中，中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统，只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行，在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。

计算机体系结构习题与答案

第二章习题（P69-70）一、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。

(P51-P54)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。

(P47-P48)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。

(P55)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。

计算机体系结构课后答案

计算机体系结构课后答案【篇一：计算机体系结构习题(含答案)】1、尾数用补码、小数表示，阶码用移码、整数表示，尾数字长p=6（不包括符号位），阶码字长q=6（不包括符号位），为数基值rm=16，阶码基值re=2。

对于规格化浮点数，用十进制表达式写出如下数据（对于前11项，还要写出16进值编码）。

（1）最大尾数（8）最小正数（2）最小正尾数（9）最大负数（3）最小尾数（10）最小负数（4）最大负尾数（11）浮点零（5）最大阶码（12）表数精度（6）最小阶码（13）表数效率（7）最大正数（14）能表示的规格化浮点数个数2．一台计算机系统要求浮点数的精度不低于10-7.2，表数范围正数不小于1038，且正、负数对称。

尾数用原码、纯小数表示，阶码用移码、整数表示。

(1) 设计这种浮点数的格式(2) 计算（1）所设计浮点数格式实际上能够表示的最大正数、最大负数、表数精度和表数效率。

3．某处理机要求浮点数在正数区的积累误差不大于2-p-1 ，其中，p是浮点数的尾数长度。

(1) 选择合适的舍入方法。

(2) 确定警戒位位数。

(3) 计算在正数区的误差范围。

4．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符，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符，每个数据的字长增加至36位，其中有4位是标志符，它的指令数由最多256条减少到不到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？5．一台模型机共有7条指令，各指令的使用频率分别为35%，25%，20%，10%，5%，3%和2%，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。

(1) 要求操作码的平均长度最短，请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。

6．某处理机的指令字长为16位，有双地址指令、单地址指令和零地址指令3类，并假设每个地址字段的长度均为6位。

(完整word版)02325计算机系统结构复习题(含参考答案)_共10页

02325计算机系统结构复习题一、单项选择题1．多处理机上两个程序段之间同时有先读后写和先写后读两种数据相关，则（ C）A．交换串行B．不能并行执行C．必须并行执行D．顺序串行2．输入输出系统硬件的功能对下面哪一类人员是透明的（A）A．应用程序员B．操作系统程序员C．机器语言程序设计员D．系统结构设计人员3．输入流水线的指令既无局部性相关也没有全局性相关，则（ B ）A．出现瓶颈B．可获得高的吞吐率和效率C．可靠性提高D．流水线的效率和吞吐率恶化4．相对较好的处理浮点数尾数的下溢的方法是（ D ）A．舍入法B．恒置1法C．截断法D．查表舍入法5．以下属于操作级并行SIMD计算机的是（ A ）A．阵列处理机B．多处理机C．超标量处理机D．超流水线处理机6．数据表示的含义是（ C ）A．程序中的数据格式B．数据结构C．硬件能直接识别引用的数据类型D．数据类型7．下面不是流水机器全局相关的处理方法的是（ B ）A．采取延迟转移B．堆栈法C．猜测法D．加快短循环程序的处理8．面向堆栈的寻址（ D ）A．能更好地支持向量的运算B．比面向寄存器的寻址访问速度快C．能更好地支持矩阵运算D．有利于子程序嵌套、递归调用参数、返回地址及现场的保存和恢复9．中断的优先级由高到低的是（ D ）A．程序性→I/O→机器校验B．外部→重新启动→程序性C．I/O→程序性→掉电D．通路错→程序性→I/O→重新启动10．多端口存储器适合于连接（ C ）A．机数很多的多处理机B．机数可变的多处理机C．紧耦合多处理机D．松耦合多处理机11．关于归约机的描述正确的是（ B ）A．归约机不是基于数据流的计算模型B．归约机采用需求驱动，执行的操作序列取决于对数据的需求C．归约机不是以函数式语言为机器语言D．归约机采是Von Neumann型计算机12．关于静态流水线的描述正确的是（ A ）A．某一时间内各段只能按一种功能联接流水的多功能流水线B．功能固定的流水线C．各段之间的连接是固定不变D．某一时间内可执行多种功能13．多处理机机间互连采用总线形式的优点是（ A ）A．结构简单、造价低、可扩充性好B．适用于处理机机数较多的场合C．系统增减模块不方便D．没有访问公用总线的冲突14．位片处理是指计算机采用___________方式对数据进行处理。

计算机系统结构基本习题和答案

计算机系统结构基本习题和答案计算机系统结构基本习题和答案填空题1、从（使用语言的）角度可以将系统看成是按（功能）划分的多个机器级组成的层次结构。

2、计算机系统结构的层次结构由高到低分别为（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，微程序机器级）。

3、应用程序语言经（应用程序包）的（翻译）成高级语言程序。

4、高级语言程序经（编译程序）的（翻译）成汇编语言程序。

5、汇编语言程序经（汇编程序）的（翻译）成机器语言程序。

6、在操作系统机器级，一般用机器语言程序（解释）作业控制语句。

7、传统机器语言机器级，是用（微指令程序）来（解释）机器指令。

8、微指令由（硬件）直接执行。

9、在计算机系统结构的层次结构中，机器被定义为（能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构）的集合体。

10、目前M0由（硬件）实现，M1用（微程序（固件））实现，M2到M5大多用（软件）实现。

以（软件）为主实现的机器成为虚拟机。

（虚拟机）不一定全用软件实现，有些操作也可用（固件或硬件）实现。

11、透明指的是（客观存在的事物或属性从某个角度看不到），它带来的好处是（简化某级的设计)，带来的不利是（无法控制）。

12、计算机系统结构也称（计算机体系结构），指的是（传统机器级的系统结构）。

它是（软件和硬件/固件）的交界面，是机器语言汇编语言程序设计者或编译程序设计者看到的（机器物理系统）的抽象。

13、计算机组成指的是（计算机系统结构的逻辑实现），包括（机器级内的数据流和控制流）的组成逻辑设计等。

计算机实现指的是（计算机组成的物理实现），它着眼于（器件）技术和（微组装）技术。

14、确定指令系统中是否要设乘法指令属于（计算机系统结构），乘法指令是用专门的高速乘法器实现还是用加法器实现属于（计算机组成），乘法器和加法-移位器的物理实现属于（计算机实现）。

15、主存容量与编址方式的确定属于（计算机系统结构），主存是否采用多体交叉属于（计算机组成），主存器件的选定属于（计算机实现）。

计算机体系结构复习题(有答案)

《体系结构复习题》一、选择题（15分）1．计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是（）A.汇编语言机器级---操作系统机器级---高级语言机器级B.微程序机器级---传统机器语言机器级---汇编语言机器级C.传统机器语言机器级---高级语言机器级---汇编语言机器级D. 汇编语言机器级---应用语言机器级---高级语言机器级2．对系统程序员不透明的是（）A.Cache 存储器B.系列几各档不同的数据通路宽度C.指令缓冲寄存器D.虚拟存储器3．在计算机系统设计中，比较好的方法是（）A.从上向下设计B.从下向上设计C.从两头向中间设计D.从中间开始向上、向下设计4．不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括（）A.用统一的高级语言B.用统一的汇编语言C.模拟D.仿真5．堆栈型机器比通用寄存器型机器优越的是（）A.支持先进先出类接替算法的求解B.能更好地支持向量的运算C.支持由逆波兰表达式将高级语言多元赋值语句直接编译生成堆栈指令程序D.能优化存储器的空间利用率6．浮点数尾数基值 r m=8,尾数数值部分长 6 位，可表示的规格化最小正尾数为（）A.0.5B.0.25C.0.125D.1/647．在尾数下溢处理方法中，平均误差最大的是（）A.截断法B.舍入法C.恒置“1”法D.ROM 查表法8．ILLIAC Ⅳ是一种（）A.流水线处理机B.指令重叠处理机C.阵列处理机D.多处理机9．能实现作业、任务级并行的异构型多处理机属（）A.MISDB.SIMDC.MIMDD.SISD10．非线性流水线是指（）A.一次运算中使用流水线中多个功能段B.一次运算中要多次使用流水线中的某些功能段C. 流水线中的某些功能段在各次运算中的作用不同D. 流水线中的各个功能段在各种运算中有不同的组合11．流水机器对全局性的相关处理不包括（）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12．外部设备打印机适合于连接（）A.数组多路通道或选择通道B.字节多路通道或选择通道C.选择通道D.任意一种通道13．虚拟存储器常用的地址映像方式是（）A.全相联B.段相联C.组相联D.直接14．下列关于虚拟存储器的说法，比较正确的是（）A.访主存命中率随页面大小增大而提高B.访主存命中率随贮存容量增加而提高C.更换替换算法能提高命中率D.在主存命中率低时，改用堆栈型替换算法，并增大主存容量，可提高命中率15．Cache 存储器常用的地址映像方式是（）A.全相联映象B.页表法映象C.组相联映象D.段页表映象16．对系统结构透明的是（）A.字符行运算指令B.主存地址寄存器C.虚拟存储器D.VLSI 技术17．汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经（）来实现的。

第2章计算机系统结构练习题

第二章计算机系统结构练习题(一)单项选择题1．在现代计算机系统层次结构中，最内层是硬件,最外层是使用计算机的人，人与硬件之间是( )。

A．软件系统B．操作系统C．支援软件D．应用软件2．财务管理软件是一种专用程序,它属于( ) A．系统软件B．应用软件C接口软件D．支援软件3．当计算机被启动时，首先会立即执行( )。

A．接口程序B．中断服务程序C．用户程序D．引导程序4．当硬件的中断装置发现有事件发生，就会中断正在占用CPU的程序执行，让操作系统的( )占用CPU。

A．系统调用程序B．中断处理服务程序C．作业管理程序D文件管理程序5．操作系统支援软件和应用软件只有( )时才能履行自己的职责。

A．分配到主存空间B．占有了必要的外设C．占用中央处理器执行D．找到了所需的文件6．操作系统在中断处理服务程序完成之后，将( )。

A．选择刚被中断的程序执行B．选择正在排队的作业执行C．等待下—个事件的发生D．按预定策略选择程序执行7．在多道程序设计技术的计算机系统中，中央处理器( )。

A．只能被一个程序占用B．可以被多个程序同时占用C．可以被多个程序交替占用D．可以被操作系统和另一个程序同时占用8．外围设备通过相应的设备控制器和通道连接到公共系统总线上，这种结构( )。

A．有利于硬件保护B．允许中央处理器与外设并行工作C．可不用中断机制D．外设的启动速度快9．( )不是一种永久性的存储设备，当电源被切断时，其中的信息就会消失。

A．硬盘B．磁带C．软盘D．主存储器10．中央处理器可以直接存取( )中的信息。

A．光盘B．软盘C．主存储器D．硬盘11．中央处理器存取寄存器中信息的速度与使用主存储器和辅存储器信息相比( )。

A．比较快B．最快C．差不多D．最慢12．存放在( )信息只能顺序存取，无法随机访问。

A．硬盘B．软盘C．光盘D．磁带13．当操作系统退出执行，让用户执行时，系统会( ) A．继续保持管态B．继续保持目态C．从管态变为目态D．从目态变为管态14．硬件设置了( )以实现存储保护。

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《计算机系统结构》考试题及答案(一)
一、单项选择题
1.计算机使用的语言是（）。

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
2.动态数据流机最突出的特点是使（）。

A) 数据流令牌无标号
B) 需要程序记数器来实现
C) 令牌带上标号
D) 同步由门（Latch）寄存器来实现
3.多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（）。

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
4.多处理机的各自独立型操作系统（）。

A) 要求管理程序不必是可再入的
B) 适合于紧耦合多处理机
C) 工作负荷较平衡
D) 有较高的可靠性
5.输入输出系统硬件的功能对（）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
6.“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
7.全相联地址映象是指（）。

A) 一个虚页只装进固定的主存实页位置
B) 任何虚页都可装入主存中任何实页的位置
C) 组之间是固定的，而组内任何虚页可以装入任何实页位置
D) 组间可任意装入，组内是固定装入
8.（）属于MIMD系统结构。

A) 各处理单元同时受同一个控制单元的管理
B) 各处理单元同时接受同一个控制单元送来的指令
C) 松耦合多处理机和多计算机
D) 阵列处理机
9.设16个处理器编号分别为0，1，2，…，15用Cube，互联函数时，第10号处理机与第（）号处理机相联。

A) 11 B) 8 C) 14 D) 2
10.若输入流水线的指令既无局部性相关，也不存在全局性相关，则（）。

A) 可获得高的吞吐率和效率B) 流水线的效率和吞吐率恶化
C) 出现瓶颈D) 可靠性提高
二、填空题
1.开发并行性的途径有__________、__________和__________等。

2.计算机组成指的是计算机系统结构的__________，计算机实现指的是计算机组成的__________。

3.指令由__________和__________两部分组成。

4.依据对数据令牌不同，可将数据流计算机的结构分为__________和__________两种。

5.总线按用法可分为__________和__________两种。

6.I/O系统的发展经历了3个阶段，对应于3 种工作方式，即__________、__________ 、__________。

7.根据存储映象算法的不同，虚拟存储器主要有__________、__________和__________三种映象方式。

8.流水技术按处理的级别分为__________、__________和__________。

三、判断题
1.（）目前市面上的个人电脑的升级换代主要选用的技术是微处理机技术。

2.（）微程序级以上的所有机器都称为是虚拟机。

3.（）内特性至少包括寄存器的构成定义和指令系统的定义。

4.（）在计算机系统结构设计中，指令系统设计是最关键的。

5.（）目前绝大多数计算机系统都采用存储器映射的I/O。

6.（）仿真采用纯软件解释执行方法实现某一个功能。

7.（）Flynn分类法可以对所有计算机系统进行分类。

8.（）所谓确定指令格式主要是选择指令字中的操作码和地址数。

9.（）虚拟存储器的空间大小取决于计算机的外存大小。

10.（）LOCAL BUS总线支持UNIX操作系统。

四、简答题
1.从计算机执行程序的角度出发，并行性可分为哪四个等级。

2.总线的集中式控制方式有哪些？比较它们的硬件复杂度。

3.什么是总线的数据宽度和数据通路宽度？
4.段式存储器有何优缺点？
5.流水线的向下扩展与向上扩展分别是什么含义？
五、综合应用题
文电由A~J及空格字符组成，其字符出现频度依次为0.17，0.05，0.20，0.06，0.08，0.03，0.01，0.08，0.13，0.08，0.11。

（1）各字符用等长二进制码编码，传送103个字符时，共需传送多少个二进制码码位？（2）用Huffman码传送103个字符，比定长码传送，可减少传送的二进制码码位数是多少？
《计算机系统结构》面授试卷答案
一、单项选择题
1.B
2.C
3.B
4.D
5.D
6.B
7.A
8.C
9.D 10.A
二、填空题
1.时间重叠、资源重复、资源共享
2.逻辑实现、物理实现
3.操作码、地址码
4.静态、动态
5.专用、非专用
6.程序控制I/O、直接存储器访问DMA、I/O处理器方式
7.段式、页式、段页式
8.部件级、处理机级、系统级
三、判断题
1.√
2.×
3.×
4.√
5.√
6.×
7.×
8.√
9.× 10.×
四、简答题
1.（1）指令内部并行
（2）指令间并行
（3）任务级或过程级并行
（4）作业或程序级并行
2.集中式控制方式包括：
（1）串行链接方式
（2）定时查询方式
（3）独立请求方式
串行链接方式的硬件复杂度最简单，其次是定时查询方式，独立请求方式的硬件复杂度最大。

3.数据宽度是I/O设备取得I/O总线后所传输数据的总量，数据通路宽度是数据总线的物理宽度，即一个时钟周期所传送的信息量。

4.主要优点包括：
（1）便于大程序分模块编制；
（2）便于几道程序共用主存中的程序和数据；
（3）易于以段为单位实现存储保护。

主要缺点是：
（1）无法高效地为调入段分配主存区域；
（2）需要设置段映象表，并为整个系统设立一个实主存管理表，并进行相应的管理。

5.流水线向下扩展是指把流水线的各段（或子过程）进一步细分，让每个子过程经过的时间都同等程度减少，以进一步提高吞吐率，流水技术的向上扩展可理解为在多个处理机之间流水，多个处理机对数据集中处理，各处理机专门完成其中的一个任务。

五、综合应用题
（1）共需传送4*103位；
（2）可减少传送的二进制码码位数为（4—3.23）*103=770位
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解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776
(或259
460) （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS (或
2595180MIPS) （3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575 s。