计算机组成与系统结构第一章答案
计算机系统结构课后习题答案
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。
CPI:每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件:由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序,用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机:冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中,机器一旦启动,就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序,自动完成由程序所描述的处理工作。
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。
计算机系统组成与体系结构参考答案
Copyright © 2001 Addison Wesley - All Rights Reserved
Page ii
Computer Systems Organization and Architecture - Solutions Manual
Chapter 1
1.
x 0 0 0 0 1 1 1 1 w 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 x 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 y 0 0 1 1 0 0 1 1 x 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 y 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 z x + y´ y + z (x + y´)(y + z) 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 y 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 z 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 wx 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 xy xz y´z xy + xz + y´z 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1
Table of Contents
Chapter 1 ....................................................................................................................................1 Chapter 2 ....................................................................................................................................8 Chapter 3 ..................................................................................................................................18 Chapter 4 ..................................................................................................................................21 Chapter 5 ..................................................................................................................................33 Chapter 6 ..................................................................................................................................45 Chapter 7 ..................................................................................................................................59 Chapter 8 ..................................................................................................................................80 Chapter 9 ..................................................................................................................................92 Chapter 10 .............................................................................................................................. 100 Chapter 11 .............................................................................................................................. 106 Chapter 12 .............................................................................................................................. 116
计算机系统结构 第一章自考练习题答案
9.设计主存系统时，哪些属于计算机系统结构？哪些属于计算机组成？哪些属于计算机实现所要考虑的问题？
10.列举计算机系统硬件功能分配时，进行软硬件取舍的三条基本原则。（P8）
11.软件可移植性指的是什么？实现软件移植有什么好处？（P10）
12.简述统一高级语言实现软件移植的方法，适用场合，存在问题和原因，以及对此问题采取的对策。（P11）
13.什么是系列机软件的向上（向下）兼容和向后（向前）兼容？（P12）
14.计算机系统在处理数据的并行上，可分为哪四个等级？简单解释并各举一例。（P19）
部分习题参考答案：
历年真题精选1. D
同步强化练习
一、单项选择题。
6. D11. A14. A16. B19. B20. D
23. D25. D
三、简答题。
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
16.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
17.属于MIMD系统结构的是（C）
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
计算机实现：选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等。
26.软驱动器的I/O接口程序是由（A）实现的。
A.固件+软件B.软件C.操作系统D.固件
27.利用时间重叠概念实现并行处理的是（A）
A.流水处理机B.多处理机C.并行处理机D.相联处理机
28.不属于软件移植基本技术的有（D）
A.统一高级语言B.采用系列机C.模拟和仿真D.按新的系统及指令重新编写
计算机组成习题及解答
第1章计算机系统概论一、选择题1．在下列四句话中，最能准确反映计算机主要功能的是。
A．计算机可以存储大量信息B．计算机能代替人的脑力劳动C．计算机是一种信息处理机D．计算机可实现高速运算解：答案为C。
2．1946年2月，在美国诞生了世界上第一台电子数字计算机，它的名字叫ENIAC ，1949年研制成功的世界上第一台存储程序式的计算机称为EDV AC 。
3．计算机硬件能直接执行的只能是。
A．符号语言 B．机器语言C．汇编语言 D．机器语言和汇编语言解：答案为B。
4．运算器的核心部件是。
A．数据总线 B．数据选择器 C．累加寄存器 D．算术逻辑运算部件解：答案为D。
5．存储器主要用来。
A．存放程序 B．存放数据 C．存放微程序 D．存放程序和数据解：答案为D。
6．目前我们所说的个人台式商用机属于。
A．巨型机 B．中型机C．小型机 D．微型机解：答案为D。
7．至今为止，计算机中所含所有信息仍以二进制方式表示，其原因是。
A．节约元件 B．运算速度快C．物理器件性能决定 D．信息处理方便解：答案为C。
8．对计算机软、硬件资源进行管理，是的功能。
A．操作系统 B．数据库管理系统C．语言处理程序 D．用户程序解：答案为A。
9．企事业单位用计算机计算、管理职工工资，这属于计算机的应用领域。
A．科学计算 B．数据处理C．过程控制 D．辅助设计解：答案为B。
10．微型计算机的发展以技术为标志。
A．操作系统 B．微处理器C．硬盘 D．软件解：答案为B。
二、填空题1．操作系统是一种（1），用于（2），是（3）的接口。
（1）A．系统程序 B．应用程序 C．用户程序 D．中间件（2）A．编码转换 B．操作计算机 C．管理和控制计算机的资源D．把高级语言程序翻译成机器语言程序解：答案为⑴A⑵ C ⑶ C。
2．计算机的硬件包括、、、、五部分。
解：答案为运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。
3．存储器分为和。
在CPU运行程序时，必须把程序放在。
(I)计组课后答案(第一章和二章部分)
计算机组成课后答案第一章和二章部分答案1.1计算机组成与计算机体系结构在概念上有何区别?答：计算机体系结构是指那些对程序员可见的系统属性即概念性结构与功能特性，还包括设计思想与体系结构。
计算机组成指的是系统结构的逻辑实现，包括机器机内的数据流和控制流的组成及逻辑设计等。
1.2计算机结构与计算机功能在概念上有何区别?答：计算机结构是指计算机的组件是以何种方式相互关联的。
计算机功能是指每个单独的操作组分作为结构的一部分。
1.3计算机的四个主要功能是什么”答：数据处理、数据存储、数据移动、控制。
1.4列出并概要定义计算机的主要结构部件。
答：中央处理单元（CPU ）：控制电脑的操作，执行它的数据处理功能;常简称为处理器。
主存储器：存储数据。
I / O ：输入输出，计算机及其外部环境之间数据移动。
系统总线：它提供了一些沟通机制，连接其他部分的结构。
1.5列出并概要定义处理器的主要结构部件答：控制单元:控制CPU,因此计算机的操作。
算术和逻辑单元(ALU):执行计算机的数据处理功能。
寄存器:提供存储内部CPU。
CPU内部总线:一些之间提供了沟通的机制。
控制器：控制cpu的关系。
第二章2.1什么是存储程序式计算机?答：存储程序计算机最早是由著名数学家冯·诺依曼等人在1946年总结并明确提出来的，因此又被称为冯·诺依曼计算机。
其要点为：1.计算机完成任务是由事先编号的程序完成的；2.计算机的程序被事先输入到存储器中，程序运算的结果，也被存放在存储器中。
3.计算机能自动连续地完成程序。
4.程序运行的所需要的信息和结果可以通输入\输出设备完成。
5.计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备所组成。
2.2任何通用计算机的4个主要部件是什么？答：运算器、控制器、存储器、输入输出设备。
2.3对集成电路级别而言.计算机系统的3个基本组成部分是什么答：中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片。
2.4解释摩尔定律答：：集成电路上可容纳的电晶体数目，约每隔24个月便会增加一倍。
1-3-4-5计算机组成原理课后习题答案
第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持和执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令，高级语言是面向用户的语言，它是一种接近于数学的语言，直观，通用，与具体机器无关。
4、答：计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等等，大都属于抽象的属性。
5、答：特点是：(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置(5) 指令在存储器内按顺序存放。
通常，指令是顺序执行的，在特定情况下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序(6) 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器。
《计算机组成与体系结构》白中英第三版课后答案
[x]补=0.11011 [y]补=1.00001
(0) 1 1 0 1 1 ×) (1) 0 0 0 0 1 ----------------------------------
(0) 1 1 0 1 1 (0) 0 0 0 0 0 （0) 0 0 0 0 0 (0) 0 0 0 0 0 (0) 0 0 0 0 0 (0) (1) (1) (0) (1) (1) ----------------------------------------(1) 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1
（略）
13． "计算机应用"与"应用计算机"在概念上等价吗？用学科角度和计算机系统的层次结构来寿 命你的观点。
课后答案网
www.khd课后a答w案.网com
（略）
第二章运算方法和运算器 习题参考答案
1. 写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用 8 位二进制数）。其中 MSB 是最高位（又 是符号位）LSB 是最低位。如果是小数，小数点在 MSB 之后；如果是整数，小数点在 LSB 之后。 (1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小数表示-1 (5) 用整数表示-1
2． 数字计算机如何分类？分类的依据是什么？
解：分类：
数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机和单片机六类。
分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、 指令系统规模和机器价格等因素。
[x]移=0.0111010
计算机组成与系统结构课后答案全(清华大学出版社-袁春风主编)
!第 1 章习题答案5．若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行，假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元，下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。
请回答下列问题：（1）对于P1，哪台机器的速度快快多少对于P2呢（2）在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS在M2上的执行速度又各是多少从执行速度来看，对于P2，哪台机器的速度快快多少（3）：（4）假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和，则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少（5）如果某个用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率，那么，该用户需要大批购进机器时，应该选择M1还是M2为什么（提示：从性价比上考虑）（6）如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2为什么参考答案：（1）对于P1，M2比M1快一倍；对于P2，M1比M2快一倍。
（2）对于M1，P1的速度为：200M/10=20MIPS；P2为300k/=100MIPS。
对于M2，P1的速度为：150M/5=30MIPS；P2为420k/=70MIPS。
从执行速度来看，对于P2，因为100/70=倍，所以M1比M2快倍。
（3）#6)=40。
（4）在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10×800M/(200×10在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5×(150×106)=40。
（5）考虑运行P1时M1和M2的性价比，因为该用户主要关心系统的响应时间，所以性价比中的性能应考虑执行时间，其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为：R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高，也即，“执行时间×价格”的值越小，则性价比越高。
因为10×5000 > 5×8000，所以，M2的性价比高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章计算机系统概论
2．简单回答下列问题。
（参考答案略）
（1）冯·诺依曼计算机由哪几部分组成？各部分的功能是什么？采用什么工作方式？
（2）摩尔定律的主要含义是什么？
（3）计算机系统的层次结构如何划分？计算机系统的用户可分哪几类？每类用户工作
在哪个层次？
（4）程序的CPI与哪些因素有关？
（5）为什么说性能指标MIPS不能很好地反映计算机的性能？
3．假定你的朋友不太懂计算机，请用简单通俗的语言给你的朋友介绍计算机系统是如何工作的。
要求写一页纸左右。
4．你对计算机系统的哪些部分最熟悉，哪些部分最不熟悉？最想进一步了解细节的是哪些部分的内容？
5．若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行，假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元，下表给出了P1和P2在M1和M2上所花时间和指令条数。
M1 M2 程序
指令条数执行时间(ms) 指令条数执行时间(ms) P1 200x10610 000 150 x106 5000
x103 6
x103 3 420
P2 300
请回答下列问题：
（1） 对于P1，哪台机器的速度快？快多少？对于P2呢？
（2） 在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS？在M2上的执行速度各是多少？
从执行速度来看，对于P2，哪台机器的速度快？快多少？
（3） 假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz，则在M1和M2上执行P1
时的平均时钟周期数CPI各是多少？
（4） 如果某个用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是
吞吐率，那么，该用户需要大批构成机器时，应该选择M1还是M2呢？为什么？
（提示：从性价比上考虑）
（5） 如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心
的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2呢？为什么？
参考答案：
（1） 对于P1，M2比M1快一倍；对于P2，M1比M2快一倍。
（2） 对于M1，P1的速度为：200M/10=20MIPS；P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2，P1的速度为：150M/5=30MIPS；P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看，对于P2，因为100/70=1.43倍，所以M1比M2快0.43倍。
（3） 在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10x800M/(200x106)=40
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5x1.2G/(150x106)=40
（4） 考虑运行P1时M1和M2的性价比，因为，该用户主要关心系统的响应时间，所
以，性价比中的性能考虑执行时间，其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为：
R=1/（执行时间x价格）
R越大说明性价比越高，也即，“执行时间x价格”的值越小，则性价比越高。
因为10x5000 > 5x8000，所以，M2的性价比高。
应选择M2。
（5） P1和P2需要同等考虑，性能有多种方式：执行时间总和、算术平均、几何平均。
若用算术平均方式，则：因为，(10+0.003)/2x5000 > (5+0.006)/2x8000，
所以，M2的性价比高。
应选择M2。
若用几何平均方式，则：因为，sqrt(10x0.003)x5000 < sqrt(5x0.006)x8000，
所以，M1的性价比高，应选择M1。
6．若机器M1和M2具有相同的指令集，其时钟频率分别为1GHz和1.5GHz。
在指令集中有5种不同类型的指令A～E。
下表给出了在M1和M2上每类指令的平均时钟周期数
CPI。
程序 A B C D E
M1 1 2 2 3 4
M2 2 2 4 5 6
请回答下列问题：
（1）M1和M2的峰值MIPS各是多少？
（2）假定某个程序P的指令序列中，5类指令具有完全相同的指令条数，则程序P在
M1和M2上运行时，哪台机器更快？快多少？在M1和M2上执行程序P时的平均时
钟周期数CPI各是多少？
参考答案：
（1）M1上可以选择一段都是A类指令组成的程序，其峰值MIPS为1000MIPS。
M2上可以选择一段A和B类指令组成的程序，其峰值MIPS为1500/2=750MIPS。
（2）5类指令具有完全相同的指令条数，所以各占20%。
在M1和M2上执行程序P时的平均时钟周期数CPI分别为：
M1：20% x (1+2+2+3+4)= 0.2 x 12 = 2.4
M2：20% x (2+2+4+5+6)= 0.2 x 19 = 3.8
假设程序P的指令条数为N，则在M1和M2上的执行时间分别为：
M1：2.4 x N x 1/1G = 2.4N (ns)
M2：3.8 x N x 1/1.5G = 2.53 N (ns)
所以，M1执行P的速度更快，每条指令平均快0.13ns。
7．假设同一套指令集用不同的方法设计了两种机器M1和M2。
机器M1的时钟周期为0.8ns，机器M2的时钟周期为1.2ns。
某个程序P在机器M1上运行时的CPI为4，在M2上的
CPI为2。
对于程序P来说，哪台机器的执行速度更快？快多少？
参考答案：假设程序P的指令条数为N，则在M1和M2上的执行时间分别为：
M1：4 N x 0.8 = 3.2N (ns)
M2：2 N x 1.2 = 2.4 N (ns)
所以，M2执行P的速度更快，每条指令平均快0.8ns。
8．假设某机器M的时钟频率为4GHz，用户程序P在M上的指令条数为8x109，其CPI 为1.25，则P在M上的执行时间是多少？若在机器M上从程序P开始启动到执行结束
所需的时间是4秒，则P占用的CPU时间的百分比是多少？
参考答案：程序P在M上的执行时间为：1.25 x 8 x 109 x 1/4G = 2.5 s
从启动P执行开始到执行结束的总时间为4秒，其中2.5秒是P在CPU上真正
的执行时间，其他事件可能执行操作系统程序或其他用户程序。
所占的百分比为：2.5/4 = 62.5%
9．假定某编译器对某段高级语言程序编译生成两种不同的指令序列S1和S2，在时钟频率为500MHz的机器M上运行，目标指令序列中用到的指令类型有A、B、C和D四类。
四类指令在M上的CPI和两个指令序列所用的各类指令条数如下表所示。
项目 A B C D 各指令的CPI 1 2 3 4
S1的指令条数 2 2 2 4
S2的指令条数 4 1 2 1
请问：S1和S2各有多少条指令？CPI各为多少？所含的时钟周期数各为多少？执行
时间各为多少？
参考答案：S1和S2的指令条数分别为：10和8
S1和S2的CPI分别为：
S1：1x2/10+2x2/10+3x2/10+4x4/10=28/10=2.8
S2：1x4/8+2x1/8+3x2/8+4x1/8=16/8=2
S1和S2所含的时钟周期数分别为：
S1：28；S2：16
S1和S2的执行时间分别为：
S1：28x1/500M = 56ns；S2：16x1/500M = 32ns
10．假定机器M的时钟频率为1.2GHz，某程序P在机器M上的执行时间为12秒钟。
对P 优化时，将其所有的乘4指令都换成了一条左移2位的指令，得到优化后的程序P’。
已知在M上乘法指令的CPI为5，左移指令的CPI为2，P的执行时间是P’执行时间的1.2倍，则P中有多少条乘法指令被替换成了左移指令？
参考答案：显然，P’的执行时间为10秒，因此，P比P’多花了2秒钟，因此，被换成左移指令的乘法指令的条数为：1.2Gx2/(5-2) = 800M。