（完整版）計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課后習(xí)題答案

1、本word文檔可編輯可修改 習(xí)題一1、解釋下列術(shù)語計算機系統(tǒng) 的外特性：通常所講 的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 的外特性是指機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到 的外特性，即由他們所看到 的計算機 的基本屬性（概念性結(jié)構(gòu)和功能特性）。計算機系統(tǒng) 的內(nèi)特性：計算機系統(tǒng) 的設(shè)計人員所看到 的基本屬性，本質(zhì)上是為了將有關(guān)軟件人員 的基本屬性加以邏輯實現(xiàn) 的基本屬性。模擬：模擬方法是指用軟件方法在一臺現(xiàn)有 的計算機上實現(xiàn)另一臺計算機 的指令系統(tǒng)?？梢浦残裕涸谛滦吞枡C出臺后，原來開發(fā) 的軟件仍能繼續(xù)在升級換代 的新型號機器上使用，這就要求軟件具有可兼容性，即可移植性?？杉嫒菪允侵敢粋€軟件可不經(jīng)修改或只需少量修改，便

2、可由一臺機器移植到另一臺機器上運行，即同一軟件可應(yīng)用于不同環(huán)境。Amdahl定律：系統(tǒng)中對于某一部件采用某種更快 的執(zhí)行方式所能獲得 的系統(tǒng)性能改進程度，取決于這種執(zhí)行方式被使用 的頻度或占總執(zhí)行時間 的比例。虛擬機（ Virtual Machine）：指通過軟件模擬 的具有完整硬件系統(tǒng)功能 的、運行在一個完全隔離環(huán)境中 的完整計算機系統(tǒng)。6、7、假定求浮點數(shù)平方根 的操作在某臺機器上 的一個基準(zhǔn)測試程序中占總執(zhí)行時間 的 20%，為了增強該操作 的性能，可采用兩種不同 的方法：一種是增加專門 的硬件，可使求浮點數(shù)平方根操作 的速度提高為原來 的20倍；另一種方法是提高所有浮點運算指令 的速度

3、，使其為原來 的 2倍，而浮點運算指令 的執(zhí)行時間在總執(zhí)行時間中占 30%。試比較這兩種方法哪一種更好些。答：增加硬件 的方法 的加速比 Sp1 1.23,另一種方法 的加速比 Sp21.176，經(jīng)計算可知 Sp1方法更好些。 Sp2Sp2第一種9、假設(shè)高速緩存 Cache 的工作速度為主存 的 5倍，且 Cache被訪問命中 的概率T為 90%，則采用 Cache能使整個存儲系統(tǒng)獲得多高 的加速比？答：加速比關(guān)注我 實時更新 最新資料 ，其中 tm=5tc，代入公式、得到加速比 S=3.33。11、Flynn分類法 的依據(jù)是什么，它與按“并行級”和“流水級” 的分類方法有什么不同？答：Fly

4、nn分類法 的依據(jù)是指令流和數(shù)據(jù)流多倍性概念進行分類 的。而“并行級”和“流水級” 的分類方法是根據(jù)子系統(tǒng) 的并行程度及流水線處理程度進行分類 的方法。13、計算機系統(tǒng)按功能劃分，通常分為那幾個層次，這種劃分方法有什么意義？答：計算機系統(tǒng)按功能可劃分成多層次結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)機器級上是操作系統(tǒng)級、匯編語言級、高級語言級和應(yīng)用語言級，在下面 的是微程序機器級以及擴展級電子線路。這種劃分方法 的意義是：有助于理解各級語言 的實質(zhì)及實現(xiàn)，分層后，處在某一級虛擬機 的程序員只需知道這一級 的語言及虛擬機， 至于這一級語言如何層次地經(jīng)翻譯或解釋直到下面 的實際機器級，則無需知道。習(xí)題二1、解釋下列術(shù)語CPIM

5、IPSMFLOPS基準(zhǔn)測試程序性能算術(shù)平均值性能幾何平均值2、衡量計算機性能 的主要標(biāo)準(zhǔn)是什么？為什么它是最可靠 的衡量標(biāo)準(zhǔn)？答：衡量計算機系統(tǒng)性能可采用各種尺度，最常用 的是時間和速率，但最為可靠 的衡量尺度是時間。例如響應(yīng)時間、 CPU時間等。由于系統(tǒng) CPU時間很難精確統(tǒng)計，誤差較大，故采用用戶 CPU時間作為衡量時間比較妥當(dāng)。但在衡量無負(fù)載系統(tǒng)時，采用響應(yīng)時間比較合適。用時間來作為計算機 的衡量標(biāo)準(zhǔn)直觀、準(zhǔn)確，適用于各種情況 的衡量，所以時間是最可靠 的衡量標(biāo)準(zhǔn)。3、4、計算機持續(xù)性能 的表示常用哪 3種平均值表示？列出他們 的公式，并比較它們 的優(yōu)缺點。答：持續(xù)性能（ Sustain

6、ed Performance） 的表示常用算術(shù)平均（ Arithmetic Mean）、幾何平均 （Geometric Mean）和調(diào)和平均（ Harmonic Mean）3種平均值方法，其計算公式如下：以上 3個公式中 Ri表示由 n個程序組成 的工作負(fù)荷中執(zhí)行第 i個程序 的速率，Ti表示執(zhí)行第 i個程序所需 的時間，這里 Ri=1/Ti。三種方法中 Am計算最簡單，但不能精確地衡量性能。 Gm運算量大，但它有一個良好 的性能，即它 的幾何平均比和比 的幾何平均是相等 的。在進行比較時是很方便 的。 Hm值是真正與運行所有典型測試程序所需時間總和成反比 的，從時間是衡量性能唯一標(biāo)準(zhǔn)來看，用

7、 Hm值來衡量計算機系統(tǒng)性能是比較精確 的。習(xí)題三1、解釋下列術(shù)語帶標(biāo)志符 的數(shù)據(jù)：帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示（ TaggedData Representation）要求對每一個數(shù)據(jù)都附加標(biāo)志符，由標(biāo)志符來表示后邊數(shù)據(jù)所具有 的類型。數(shù)據(jù)描述符：數(shù)據(jù)描述符（ Data Descriptors）主要是用來描述復(fù)雜和多維數(shù)據(jù)類型 的，例如：向量、矩陣、記錄等。2、3、將下列數(shù)轉(zhuǎn)換成 IEEE單精度浮點格式，以 8位十六進制數(shù)表示。（a）9IEEE單精度浮點格式為 0x41100000 （b）5/32IEEE單精度浮點格式為 0x3E200000（c）-5/32IEEE單精度浮點格式為 0xBE200000（

8、d）6.125IEEE單精度浮點格式為 0x40C400004、9、將下列 的 IEEE754單精度數(shù)由二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。(1)1 1000 0011 1100 0000 0000 0000 0000 000十進制數(shù)為： -7；(2)0 0111 1110 1010 0000 0000 0000 0000 000十進制數(shù)為： 0.8125(3)0 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 000十進制數(shù)為： 110、11、IEEE745浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，為什么要設(shè)置非規(guī)格化數(shù)？答：對于絕對值較小 的數(shù)，為了避免下溢而損失精度， IEEE754標(biāo)準(zhǔn)允許采用比最小規(guī)格

9、化數(shù)還要小 的那些數(shù)，稱為非規(guī)格化數(shù)（ Denormal Number）來表示，這是因為使用非規(guī)格化數(shù)后，就可以表示那些處于 0和最小可表示 的規(guī)格化數(shù)之間 的數(shù)。習(xí)題四1、解釋下列術(shù)語RISCCISC裝載延遲 低端排序高端排序延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)重疊窗口技術(shù)4、某計算機有 10條指令，它們 的使用頻率分別為：0.3、0.24、0.16、0.12、0.07、0.04、0.03、0.02、0.01、0.01若用霍夫曼編碼對它們 的操作碼進行編碼，其操作碼 的平均碼長其平均編碼長度=7*0.01+7*0.01+6*0.02+5*0.03+4*0.04+3*0.07+2*0.24+3*0.12+3*0.16

10、+2*0.3=2.7 5、6、某模型機有 8條指令，使用頻率分別為：0.3、0.3、0.2、0.1、0.05、0.02、0.02、0.01試分別用霍夫曼編碼和擴展碼對其操作碼進行編碼，限定擴展編碼只有兩種長度，則它們 的平均編碼長度各比定長操作碼 的平均編碼長度減少多少？答：編碼如下表：用霍夫曼編碼要比定長編碼平均長度減少 0.62，用霍夫曼擴展編碼要比定長編碼平均長度減少 0.4。7、8、試敘述比較 -轉(zhuǎn)移指令 的功能特點，為什么在有 的RISC機中要設(shè)置這樣 的指令？答：將比較指令和轉(zhuǎn)移指令合成一條指令后，該指令將直接對兩個對象進行相等或不等 的比較，然后根據(jù)比較結(jié)果判別是否執(zhí)行轉(zhuǎn)移，這樣

11、就可以省去一條指令，且不用受條件碼 的約束。所以許多典型 的 RISC機中都采用這樣 的復(fù)合指令。習(xí)題五1、解釋下列術(shù)語： 超長指令字機：（ VLIW：Very Long Instruction Word）以一條長指令（或一組指令形式）來實現(xiàn)每個時鐘周期發(fā)動多個操作 的并行執(zhí)行，以減少對存儲器 的訪問。超標(biāo)量機：借助對硬件資源重復(fù)設(shè)置來實現(xiàn)空間 的并行操作。超級流水機：通過提高流水線 的運行速度來增強機器 的性能，加深流水深度。2、3、假設(shè)一條指令 的解釋分為取指、分析和執(zhí)行 3個階段，每個階段所需 的時間為 t取指、 t分析、和 t執(zhí)行。寫出用下列幾種方式執(zhí)行100條指令所需 的時間通式：6

12、、7、比較阻塞、交叉和同時多線程三者各自 的優(yōu)缺點。答：在阻塞多線程超標(biāo)量處理器中，長 的阻塞可借助切換到另一線程而得到部分 隱藏。雖然這種方式在每個時鐘周期能減少完全閑置 的時鐘周期 的數(shù)目，有限 的指令級并行性仍將導(dǎo)致閑置周期。但由于對于交叉多線程 的超標(biāo)量處理器，由于各線程 的交叉運行，從而可消除完全空閑 的指令發(fā)射槽。但因為在指定 的時鐘周期中，僅有一個線程發(fā)射指令，所以悠閑地指令級并行性仍將導(dǎo)致在各個時鐘周期內(nèi)會有一定數(shù)量 的閑置發(fā)射槽。在同時多線程 的超標(biāo)量處理器中，線程級并行性和指令級并行性被同時開發(fā)，因此在單個時鐘周期中，各個指令發(fā)射槽可被多個線程使用。在理想情況下，指令發(fā)射槽 的閑置數(shù)主要受多線程間所需 的資源及可用資源間 的不平衡約束。習(xí)題六1、解釋下列術(shù)語：向量流水處理：允許流水線具有較深 的流水深度，每條指令相當(dāng)于一個標(biāo)量循環(huán)，可以交叉訪問 的處理結(jié)構(gòu)。屏蔽向量：通過向量測試得到 的，采用屏蔽控制技術(shù)來控制那些向量元素參加運算，使循環(huán)能夠向量化。半性能向量長度：為達到向量流水線最大性能值一半時所需要 的向量長度。2、3、4、向量 的加工方法有哪幾種，各有什么特點？試從加工速度、需用中間變量等方面加以比較。答：向量 的加工