完整版計算機體系結構課后習題原版答案張晨曦著

1、第 1 章 計算機系統(tǒng)結構的基本概念 .....................................................................................1第 2 章 指令集結構的分類 ....................................................................................................

2、.6第 3 章 流水線技術 .................................................................................................................8第 4 章 指令級并行 ................................................................................

3、...............................21第 5 章 存儲層次 ...................................................................................................................30第 6 章輸入輸出系統(tǒng) ...............................................

4、..............................................................38第 7 章互連網絡 ..........................................................41第 8 章多處理機 ..........................................................45第 9 章機群 ........

5、......................................................45第 1 章 計算機系統(tǒng)結構的基本概念 計算機系統(tǒng)結構的基本概念1.1 解釋下列術語層次機構：按照計算機語言從低級到高級的次序，把計算機系統(tǒng)按功能劃分成多級層次結構，每一層以一種不同的語言為特征。這些層次依次為：微程序機器級，傳統(tǒng)機器語言機器級，匯編語言機器級，高級語言機器級，應用語言機器級等。虛擬機：用軟件實現的機器。翻譯：先

6、用轉換程序把高一級機器上的程序轉換為低一級機器上等效的程序，然后再在這低一級機器上運行，實現程序的功能。解釋：對于高一級機器上的程序中的每一條語句或指令，都是轉去執(zhí)行低一級機器上的一段等效程序。執(zhí)行完后，再去高一級機器取下一條語句或指令，再進行解釋執(zhí)行，如此反復，直到解釋執(zhí)行完整個程序。計算機系統(tǒng)結構：傳統(tǒng)機器程序員所看到的計算機屬性，即概念性結構與功能特性。在計算機技術中，把這種本來存在的事物或屬性，但從某種角度看又好像不存在的概念稱

7、為透明性。計算機組成：計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現，包含物理機器級中的數據流和控制流的組成以及邏輯設計等。計算機實現：計算機組成的物理實現，包括處理機、主存等部件的物理結構，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號傳輸，電源、冷卻及整機裝配技術等。資源重復：在并行性概念中引入空間因素，以數量取勝。通過重復設置硬件資源，大幅度地提高計算機系統(tǒng)的性能。資源共享：這是一種軟件方法，它使多個任務按一定時間順序輪流使用同一套硬件設備。耦

8、合度：反映多機系統(tǒng)中各計算機之間物理連接的緊密程度和交互作用能力的強弱。緊密耦合系統(tǒng)：又稱直接耦合系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，計算機之間的物理連接的頻帶較高，一般是通過總線或高速開關互連，可以共享主存。松散耦合系統(tǒng)：又稱間接耦合系統(tǒng)，一般是通過通道或通信線路實現計算機之間的互連，可以共享外存設備（磁盤、磁帶等） 。計算機之間的相互作用是在文件或數據集一級上進行。異構型多處理機系統(tǒng)：由多個不同類型、至少擔負不同功能的處理機組成，它們按照作業(yè)要求的

9、順序，利用時間重疊原理，依次對它們的多個任務進行加工，各自完成規(guī)定的功能動作。同構型多處理機系統(tǒng)：由多個同類型或至少擔負同等功能的處理機組成，它們同時處理同一作業(yè)中能并行執(zhí)行的多個任務。1.2 試用實例說明計算機系統(tǒng)結構、計算機組成與計算機實現之間的相互關系。答：如在設計主存系統(tǒng)時，確定主存容量、編址方式、尋址范圍等屬于計算機系統(tǒng)結構。確定主存周期、邏輯上是否采用并行主存、邏輯設計等屬于計算機組成。選擇存儲芯片類型、微組裝技術、線路設計

10、等屬于計算機實現。計算機組成是計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現。計算機實現是計算機組成的物理實現。一種體系結構可以有多種組成。一種組成可以有多種實現。1.3 計算機系統(tǒng)結構的 Flynn 分類法是按什么來分類的？共分為哪幾類？答：Flynn 分類法是按照指令流和數據流的多倍性進行分類。把計算機系統(tǒng)的結構分為：（1） 單指令流單數據流 SISD（2） 單指令流多數據流 SIMD（3） 多指令流單數據流 MISD（4） 多指令流多數據流 MIMD1

11、.4 計算機系統(tǒng)設計中經常使用的 4 個定量原理是什么？并說出它們的含義。答：（1）以經常性事件為重點。在計算機系統(tǒng)的設計中，對經常發(fā)生的情況，賦予它優(yōu)先的處理權和資源使用權，以得到更多的總體上的改進。 （2）Amdahl 定律。加快某部件執(zhí)行速度所獲得的系統(tǒng)性能加速比，受限于該部件在系統(tǒng)中所占的重要性。 （3）CPU 性能公式。執(zhí)行一個程序所需的 CPU 時間 = IC ×CPI ×時鐘周期時間。 （4）程序的局部