1、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本習(xí)題和答案填空題1、從(使用語言的角度可以將系統(tǒng)看成是按(功能劃分的多個機器級組成的層次結(jié)構(gòu)。2、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)由高到低分別為(應(yīng)用語言機器級,高級語言機器級,匯編語言機器級,操作系統(tǒng)機器級,傳統(tǒng)機器語言機器級,微程序機器級。3、應(yīng)用程序語言經(jīng)(應(yīng)用程序包的(翻譯成高級語言程序。4、高級語言程序經(jīng)(編譯程序的(翻譯成匯編語言程序。5、匯編語言程序經(jīng)(匯編程序的(翻譯成機器語言程序。6、在操作系統(tǒng)機器級,一般用機器語言程序(解釋作業(yè)控制語句。7、傳統(tǒng)機器語言機器級,是用(微指令程序來(解釋機器指令。8、微指令由(硬件直接執(zhí)行。9、在計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)中,機器被定

2、義為(能存儲和執(zhí)行相應(yīng)語言程序的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合體。10、目前M0由(硬件實現(xiàn),M1用(微程序(固件實現(xiàn),M2到M5大多用(軟件實現(xiàn)。以(軟件為主實現(xiàn)的機器成為虛擬機。(虛擬機不一定全用軟件實現(xiàn),有些操作也可用(固件或硬件實現(xiàn)。11、透明指的是(客觀存在的事物或?qū)傩詮哪硞€角度看不到,它帶來的好處是(簡化某級的設(shè)計,帶來的不利是(無法控制。12、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也稱(計算機體系結(jié)構(gòu),指的是(傳統(tǒng)機器級的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它是(軟件和硬件/固件的交界面,是機器語言匯編語言程序設(shè)計者或編譯程序設(shè)計者看到的(機器物理系統(tǒng)的抽象。13、計算機組成指的是(計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn),包括(機器級內(nèi)的數(shù)據(jù)流和控制流

3、的組成及邏輯設(shè)計等。計算機實現(xiàn)指的是(計算機組成的物理實現(xiàn),它著眼于(器件技術(shù)和(微組裝技術(shù)。14、確定指令系統(tǒng)中是否要設(shè)乘法指令屬于(計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),乘法指令是用專門的高速乘法器實現(xiàn)還是用加法器實現(xiàn)屬于(計算機組成,乘法器和加法-移位器的物理實現(xiàn)屬于(計算機實現(xiàn)。15、主存容量與編址方式的確定屬于(計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),主存是否采用多體交叉屬于(計算機組成,主存器件的選定屬于(計算機實現(xiàn)。16、設(shè)計何種系列機屬于(計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系列機內(nèi)不同型號計算機的組織屬于(計算機組成。17、是否采用通道方式輸入輸出的確定屬于(計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),通道采用結(jié)合型還是獨立型屬于(計算機組成。18、對PDP-11或V

4、 AX-11來說,單總線結(jié)構(gòu)屬于(計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其機器級的I/O連接和使用方式屬于(計算機組成。19、由于計算機組成和計算機實現(xiàn)關(guān)系密切,有人稱它們?yōu)?計算機實現(xiàn),即計算機系統(tǒng)的(邏輯實現(xiàn)和(物理實現(xiàn)。20、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可有(由上而下、(由下而上和(由中間開始三種不同的設(shè)計思路。21、“由中間開始”設(shè)計的“中間”是指(層次結(jié)構(gòu)中的軟硬交界面,目前多數(shù)是在(傳統(tǒng)機器級與(操作系統(tǒng)級之間。22、除了分布處理,MPP和機群系統(tǒng)外,并行處理計算機按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為(流水線計算機、(陣列處理機、(多處理機、(數(shù)據(jù)流計算機四種不同的結(jié)構(gòu)。23、費林按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性把計算機系統(tǒng)分類,這里的多

5、倍性指(系統(tǒng)瓶頸部件上處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個數(shù)。24、費林分類法能反映出大多數(shù)計算機的并行工作方式和結(jié)構(gòu)特點,但只能對(控制流機器分類,不能對(數(shù)據(jù)流機器分類,而且對(流水線處理機的分類不確切。25、我們把(著眼于軟、硬件功能分配和確定程序設(shè)計所看到的機器級界面的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稱為從程序設(shè)計者看的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),而把(著眼于如何更好、更合理地實現(xiàn)分配給硬件的功能的計算機組成稱為從計算機設(shè)計者看的計算機系統(tǒng)能夠結(jié)構(gòu)。26、仿真是指(用微程序直接解釋另一種機器指令系統(tǒng),進行仿真的機器稱為(宿主機,被仿真的機器稱為(目標(biāo)機。27、軟件的可移植性指的是(軟件不修改或只經(jīng)少量修改就可由

6、一臺機器搬到另一臺機器上運行,同一軟件可應(yīng)用于不同的環(huán)境,實現(xiàn)軟件移植的基本技術(shù)有(統(tǒng)一高級語言,采用系列機,模擬與仿真。28、軟件兼容有(向上兼容和(向下兼容之分,又有(向前兼容和(向后兼容之分。系列機軟件必須保證(向后兼容,力爭(向上兼容。29、系列機內(nèi)各檔機器的軟件兼容指的是(機器語言程序和編譯程序不加修改地通用于各檔機器,有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。30、計算機性能是(硬件,(軟件,(可靠性,(可用性等多種指標(biāo)的綜合。31、非用戶片指(其功能由器件廠生產(chǎn)時定死,器件的用戶只能用,不能改變器件內(nèi)部功能,現(xiàn)場片指(用戶可根據(jù)需要改變器件內(nèi)部功能,用戶片指(專門按用戶要求生產(chǎn)的高集成度VLSI器件。3

7、2、微型計算機的發(fā)展有兩個趨勢:一是(維持價格提高性能,向小型機靠攏,另一是(維持性能降低價格,發(fā)展更低檔的計算機。33、各種應(yīng)用對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出廣泛的要求,其中(程序可移植性,(高性價比,(高可靠性和(便于維護等都是共同要求。34、模擬指(用機器語言解釋實現(xiàn)軟件移植,進行模擬的機器稱為(宿主機,被模擬的機器稱為(虛擬機。35、從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的觀點看,各型計算機性能隨時間下移,其實就是(在低檔機上引用甚至照搬高檔機的結(jié)構(gòu)和組成。36、確定軟、硬件功能分配的基本原則是(在現(xiàn)有硬件條件下,系統(tǒng)要有高的性價比,(應(yīng)避免過多或不合理地限制各種組成、實現(xiàn)技術(shù)的采用和發(fā)展和(不僅要利用組成技術(shù)的成果,發(fā)揮器件技

8、術(shù)的進展,應(yīng)把如何為編譯和操作系統(tǒng)的實現(xiàn)以及為高級語言程序的設(shè)計提供更多更好的支持放在首位。37、(器件尤其是(微電子的迅速發(fā)展是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)迅速改進的關(guān)鍵,是重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。38、作業(yè)或程序之間的并行關(guān)鍵在于(并行算法,任務(wù)或進程之間的并行主要涉及(任務(wù)分解和同步,指令之間的并行主要應(yīng)(處理好指令間的相互關(guān)聯(lián),指令內(nèi)部主要取決于(硬件和組成的設(shè)計。39、同時性指兩個或多個事件在(同一時刻發(fā)生,并發(fā)性指兩個或多個事件在(同一時間間隔發(fā)生。40、在同一器件技術(shù)水平上,進一步提高計算機系統(tǒng)性能的有效途徑是(開發(fā)并行性。41、從計算機系統(tǒng)執(zhí)行程序的角度看,并行性等級由低到高分為(指令內(nèi)部,(指令之

9、間,(任務(wù)或進程之間和(作業(yè)或程序之間四級。42、從計算機信息加工的步驟和階段的并行性看,并行性等級可分為(存儲器操作并行,(處理機操作步驟并行,(處理機操作并行和(作業(yè)或程序之間。43、時間重疊是指(在并行概念中引入時間因素,讓多個處理過程在時間上相互錯開,輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個部分,加快硬件周轉(zhuǎn)來贏得速度,其最典型的例子是(指令內(nèi)各操作步驟采用重疊流水,時間重疊基本上(不必重復(fù)增加硬設(shè)備就可以提高計算機系統(tǒng)的性能價格比。44、存儲器操作并行,處理機操作步驟并行,處理機操作并行和指令、任務(wù)、作業(yè)并行的典型例子分別是(并行存儲器系統(tǒng)和相聯(lián)處理機,(流水線處理機,(陣列處理機和(多處

10、理機。45、資源共享指(用軟件方法讓多個用戶按一定時間順序輪流使用同一套資源來提高其利用率,提高系統(tǒng)性能,其最典型的例子是(多道程序分時系統(tǒng),資源共享不僅是(硬件資源的共享,而且是(軟件信息資源的共享。46、費林按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性把計算機系統(tǒng)分成(單指令單數(shù)據(jù)流SISD,(單指令多數(shù)據(jù)流SIMD, (多指令單數(shù)據(jù)流MISD和(多指令多數(shù)據(jù)流MIMD四大類。傳統(tǒng)的單處理機屬于(SISD,陣列處理機和相聯(lián)處理機屬于(SIMD,處理機間的宏流水屬于(MISD,緊密耦合和松散耦合多處理機屬于(MIMD。47、庫克按指令流和執(zhí)行流及其多倍性將計算機系統(tǒng)分成(單指令單執(zhí)行流SISE,(單指令多執(zhí)行流

11、SIME,(多指令單執(zhí)行流MISE和(多指令多執(zhí)行流MIME四類。單處理機屬于(SISE,帶多操作部件的處理機屬于(SIME,帶指令級多道程序的單處理機屬于(MISE,多處理機系統(tǒng)屬于(MIME。48、一般用耦合度反映(多機系統(tǒng)中各機間物理連接的緊密度和交叉作用能力的強弱,它分為(最低耦合,(松散耦合,和(緊密耦合。49、馮澤云提出用(數(shù)據(jù)處理的并行度來定量地描述各種計算機系統(tǒng)特征,把計算機分成(字串位串WSBS,(字串位并WSBP,(字并位串WPBS和(字并位并WPBP四類。50、資源重復(fù)指(在并行概念中引入空間因素,通過重復(fù)設(shè)置硬件資源來提高可靠性或性能,其最典型的例子是(雙工系統(tǒng),資源重

12、復(fù)不僅可(提高可靠性,而且可以進一步(用多計算機或機群系統(tǒng)來提高系統(tǒng)的速度性能。51、并行性的開發(fā)和并行處理技術(shù)的研究實際上是(硬件,(軟件,(語言,(算法和(性能評價研究的綜合。52、開發(fā)并行性的途徑有(時間重疊,(資源重復(fù)和(資源共享。53、開發(fā)并行性是為了并行處理,并行性包括有(同時性和并發(fā)性二重含義。54、沿時間重疊技術(shù)途徑發(fā)展的異構(gòu)型多處理機系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)代表是(流水線處理機。55、操作級并行的陣列機,按指令流、數(shù)據(jù)流及其多倍性劃分屬(SIMD類型的計算機。56、沿資源重復(fù)技術(shù)途徑發(fā)展的同構(gòu)型多處理機系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)代表是(并行(陣列處理機。57、陣列機開發(fā)并行性的途徑是(資源重復(fù),是

13、利用并行性中的(同時性。選擇題1、從計算機系統(tǒng)執(zhí)行程序的角度看,并行性等級由低到高分為(、(、(和(四級。A、任務(wù)或進程之間B、指令內(nèi)部C、作業(yè)或程序之間D、指令之間2、從計算機系統(tǒng)中處理數(shù)據(jù)的并行性看,并行性等級從低到高分為(、(、(和(。A、位并字串B、全并行C、位串字串D、位串字并3、存儲器操作并行的典型例子是(,處理機操作步驟并行的典型例子是(,處理機操作并行的典型例子是(,指令、任務(wù)、作業(yè)并行的典型例子是(。A、陣列處理機B、并行存儲器系統(tǒng)和相聯(lián)處理機C、流水線處理機D、多處理機4、開發(fā)并行的途徑有(,資源重復(fù)和資源共享。A、多計算機系統(tǒng)B、多道分時C、分布式處理系統(tǒng)D、時間重疊5、

14、計算機系統(tǒng)多級層次中,從下層到上層,各級相對順序正確的應(yīng)當(dāng)是(。A、匯編語言機器級,操作系統(tǒng)機器級,高級語言機器級B、微程序機器級,傳統(tǒng)機器語言機器級,匯編語言機器級C、傳統(tǒng)機器語言機器級,高級語言機器級,匯編語言機器級D、匯編語言機器級,應(yīng)用語言機器級,高級語言機器級6、對系統(tǒng)程序員不透明的應(yīng)當(dāng)是(A、CACHE存儲器B、系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度C、指令緩沖寄存器D、虛擬存儲器7、對機器語言程序員透明的是(A、中斷字B、主存地址寄存器C、通用寄存器D、條件碼8、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不包括(A、主存速度B、機器工作狀態(tài)C、信息保護D、數(shù)據(jù)表示9、對匯編語言程序員透明的是(A、I/O方式中的DMA

15、訪問B、浮點數(shù)據(jù)表示C、訪問方式保護D、程序性中斷10、屬計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考慮的是(A、主存采用MOS還是TTLB、主存采用多體交叉還是單體C、主存容量和編址方式D、主存頻寬的確定11、從計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講,機器語言程序員所看到的機器屬性是(A、計算機軟件所要完成的功能B、計算機硬件的全部組成C、編程要用到的硬件組織D、計算機各部件的硬件實現(xiàn)。12、計算機組成設(shè)計不考慮(A、專用部件設(shè)置B、功能部件的集成度C、控制機構(gòu)的組成D、緩沖技術(shù)13、在多用戶機器上,應(yīng)用程序員不能使用的指令是(A、“執(zhí)行”指令B、“訪管”指令C、“啟動I/O”指令D“測試與置定”指令14、以下說法中,不正確的是(。軟硬件

16、功能是等效的,提高硬件功能的比例會A、提高解題速度B、提高硬件利用率C、提高硬件成本D、減少所需存儲器用量15、下列說法中不正確的是(A、軟件設(shè)計費用比軟件重復(fù)生產(chǎn)費用高B、硬件功能只需實現(xiàn)一次,而軟件功能可能要多次重復(fù)實現(xiàn)C、硬件的生產(chǎn)費用比軟件的生產(chǎn)費用高D、硬件的設(shè)計費用比軟件的設(shè)計費用低16、在計算機系統(tǒng)設(shè)計中,比較好的方法是(。A、從上向下設(shè)計B、從下向上設(shè)計C、從兩頭向中間設(shè)計D、從中間開始向上、向下設(shè)計17、推出系列機的新機器,不能更改的是(。A、原有指令的尋址方式和操作碼B、系統(tǒng)總線的組成C、數(shù)據(jù)通路寬度D、存儲芯片的集成度18、不同系列的機器之間,實現(xiàn)軟件移植的途徑不包括(。

17、A、用統(tǒng)一的高級語言B、用統(tǒng)一的匯編語言C、模擬D、仿真19、在操作系統(tǒng)機器級,一般用(程序(作業(yè)控制語句。A、匯編程序,翻譯B、匯編程序,解釋C、機器語言,解釋D、機器語言,翻譯20、高級語言程序經(jīng)(的(成匯編語言程序。A、編譯程序,翻譯B、匯編程序,翻譯C、匯編程序,解釋D、編譯程序,解釋21、傳統(tǒng)機器語言機器級,是用(來(機器指令。A、硬件,翻譯B、編譯程序,翻譯C、微指令程序,解釋D、微指令程序,翻譯22、匯編語言程序經(jīng)(的(成機器語言程序。A、編譯程序,翻譯B、匯編程序,翻譯C、匯編程序,解釋D、編譯程序,解釋23、微指令由(直接執(zhí)行。A、微指令程序B、硬件C、匯編程序D、編譯程序2

18、4、系列機軟件必須保證(,一般應(yīng)做到(A、向上兼容B、向下兼容C、向前兼容D、向后兼容25、在計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)中,機器被定義為(的集合體A、能存儲和執(zhí)行相應(yīng)語言程序的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)B、硬件和微程序(固件C、軟件和固件D、軟件和硬件26、優(yōu)化性能價格比指(或(。A、在盡量提高性能前提下盡量降低價格B、在某種價格情況下盡量提高性能C、在滿足性能前提下盡量降低價格D、在盡量降低價格情況下盡量提高性能27、目前,M0由(實現(xiàn),M1用(實現(xiàn),M2至M5大多用(實現(xiàn)。A、軟件,固件,硬件B、固件,軟件,硬件C、硬件,軟件,固件D、硬件,固件,軟件28、系列機中(的性能價格比通常比(的要高。A、中檔機B

19、、低檔機C、高檔機D、A和B29、(著眼于機器級內(nèi)各事件的排序方式,(著眼于對傳統(tǒng)機器級界面的確定,(著眼于機器內(nèi)部各部件的功能,(著眼于微程序設(shè)計。A、計算機組成B、計算機實現(xiàn)C、計算機體系結(jié)構(gòu)D、A和B30、計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也稱(,指的是(的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。A、計算機組成B、計算機實現(xiàn)C、計算機體系結(jié)構(gòu)D、A和BE、微程序機器級F、傳統(tǒng)機器級G、匯編語言機器級H、操作系統(tǒng)機器級31、用微程序直接解釋另一種機器指令系統(tǒng)的方法稱為(,用機器語言解釋實現(xiàn)軟件移植的方法稱為(。虛擬機是指(,目標(biāo)機是指(。A、模擬B、仿真C、被模擬的機器D、被仿真的機器32、同時性指兩個或多個事件在(發(fā)生,并發(fā)性指兩個或多

20、個事件在(發(fā)生。A、同一時間間隔B、同一時刻C、不同時刻D、不同時間間隔33、除了分布處理、MPP和機群系統(tǒng)外,并行處理計算機按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為流水線計算機,陣列處理機,多處理機和(四種不同的結(jié)構(gòu)。A、計算機網(wǎng)絡(luò)B、控制流計算機C、機群系統(tǒng)D、數(shù)據(jù)流計算機34、費林分類發(fā)能反映出大多數(shù)計算機的并行工作方式或結(jié)構(gòu)特點,但只能對(機器分類,不能對(機器分類,而且對(的分類不確切。A、數(shù)據(jù)流B、控制流C、陣列處理機D、流水線處理機35、費林按指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性把計算機系統(tǒng)分類,這里的多倍性指(。A、系統(tǒng)瓶頸部件上處于同一執(zhí)行階段的指令流是數(shù)據(jù)流的多少倍。B、系統(tǒng)瓶頸部件上處于同一執(zhí)行階段的數(shù)

21、據(jù)流是指令流的多少倍。C、系統(tǒng)瓶頸部件上處于同一執(zhí)行階段的指令或數(shù)據(jù)的最大可能個數(shù)。D、A和B36、1TFLOPS計算機能力,1TBYTE/S的I/O帶寬和(稱為計算機系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)。A、1TBYTE硬盤容量B、1TBYTE軟盤容量C、1TBYTE主存容量D、A和B37、向上兼容指的是(,向下兼容指的是(,向前兼容指的是(,向后兼容指的是(。A、某個時期投入市場的該型號機器上編制的軟件能不加修改地運行于在它之前投入市場的機器上。B、某檔機器編制的軟件能不加修改地運行于比它低檔的機器上。C、某個時期投入市場的該型號機器上編制的軟件能不加修改地運行于在它之后投入市場的機器上。D、某檔機器編制的

22、軟件能不加修改地運行于比它高檔的機器上。38、計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)按照由高到低的順序分別為(。A、高級語言機器級,匯編語言機器級,傳統(tǒng)機器語言機器級,微程序機器級B、高級語言機器級,應(yīng)用語言機器級,匯編語言機器級,微程序機器級C、應(yīng)用語言機器級,傳統(tǒng)機器語言機器級,匯編語言機器級,操作系統(tǒng)機器級D、應(yīng)用語言機器級,操作系統(tǒng)機器級,微程序機器級,傳統(tǒng)機器語言機器級1、BDAC2、CADB3、BCAD4、D5、B6、D7、B8、A9、A 10、C11、C 12、B 13、C 14、B 15、D 16、D 17、A 18、B 19、C 20、A21、C 22、B 23、B 24、DA 25、A 26

23、、BC 27、D 28、A,BC 29、ACAB 30、CF31、BACD 32、BA 33、D 34、BAD 35、C 36、C 37、DBAC 38、A基本概念問答題1、軟件和硬件在什么意義上是等效的?在什么意義上是不等效的?邏輯上等效,性能、價格、實現(xiàn)難易程度上不一樣。2、為什么將計算機系統(tǒng)看成是多級機器構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)?可以調(diào)整軟、硬件比例;可以用真正的實處理機代替虛擬機器;可以在1臺宿主機上仿真另一臺。3、說明翻譯和解釋的區(qū)別和聯(lián)系.區(qū)別:翻譯是整個程序轉(zhuǎn)換,解釋是低級機器的一串語句仿真高級機器的一條語句。聯(lián)系:都是高級機器程序在低級機器上執(zhí)行的必須步驟。4、就目前的通用機來說計算機系

24、統(tǒng)結(jié)構(gòu)的屬性主要包括那些?數(shù)據(jù)表示、尋址方式、寄存器組織、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)組織、中斷系統(tǒng)、管態(tài)目態(tài)定義與轉(zhuǎn)換、IO結(jié)構(gòu)、保護方式和機構(gòu)。5、試以實例簡要說明計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計算機組成,與計算機實現(xiàn)的相互關(guān)系與影響.結(jié)構(gòu)相同,可用不同的組成。如系列機中不同型號的機器結(jié)構(gòu)相同,但高檔機往往采用重疊流水等技術(shù)。組成相同,實現(xiàn)可不同。如主存可用雙極型,也可用MOS型等。結(jié)構(gòu)不同組成不同,組成的進步會促進結(jié)構(gòu)的進步,如微程序控制。結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)結(jié)合應(yīng)用和可能采用的組成。組成上面決定于結(jié)構(gòu),下面受限于實現(xiàn)。組成與實現(xiàn)的權(quán)衡取決于性價比等;結(jié)構(gòu)、組成、實現(xiàn)的內(nèi)容不同時期會不同。6、簡述計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用軟件實

25、現(xiàn)和用硬件實現(xiàn)各自優(yōu)缺點硬件優(yōu)點:速度快,節(jié)省存儲時間;缺點:成本高,利用率低,降低靈活性、適用性。軟件優(yōu)點:成本低,提高靈活性、適用性;缺點:速度慢,增加存儲時間、軟件設(shè)計費。7、試述由上往下設(shè)計思路,由下往上設(shè)計思路和他們所存在的問題由上往下:先考慮應(yīng)用要求,再逐級往下考慮怎樣實現(xiàn)。適用于專業(yè)機由下往上:根據(jù)已有器件,逐級往上。六七十年代通用機設(shè)計思路。以上方法存在的問題是軟、硬件脫節(jié)。8、試述由中間開始的設(shè)計思路及其優(yōu)點既考慮應(yīng)用也考慮現(xiàn)有器件,由軟硬件分界面向兩端設(shè)計。優(yōu)點:并行設(shè)計,縮短周期。9、問什么要進行軟件移植?軟件的相對成本越來越高,應(yīng)重新分配軟、硬件功能。但:成熟軟件不能放

26、棄;已有軟件修改困難;重新設(shè)計軟件經(jīng)濟上不劃算。10、簡述采用統(tǒng)一高級語言方法,適用場合,存在問題和應(yīng)采取的策略.定義:是指為所有程序員使用的完全通用的高級語言。適用場合:軟件移植方便。存在問題:目前語言的語法、語義結(jié)構(gòu)不同;人們的看法不同;同一語言在不同機器上不通用;程序員的習(xí)慣應(yīng)采取的策略:可一定范圍內(nèi)統(tǒng)一匯編語言,結(jié)構(gòu)相同機器間搞系列機。11、簡述采用系列機方法,適用場合,好處,存在問題和應(yīng)采取的策略.定義:根據(jù)軟硬件界面的系列結(jié)構(gòu),設(shè)計軟件和不同檔次的系列機器。適用場合:同一系列內(nèi)軟件兼容好處:呼應(yīng)“中間開始”設(shè)計思路;緩解軟件要求穩(wěn)定環(huán)境和硬件發(fā)展迅速的矛盾。存在問題:軟件兼容有時會

27、阻礙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。策略:堅持這一方法,但到一定時候要發(fā)展新系列,還可采用模擬仿真。12、簡述采用模擬與仿真方法,適用場合,好處,存在問題和應(yīng)采取的策略.模擬定義:用機器語言解釋另一指令系統(tǒng)適用場合:運行時間短,使用次數(shù)少,時間上無限制。好處:可在不同系統(tǒng)間移植。存在問題:結(jié)構(gòu)差異大時,運行速度下降,實時性差。策略:與仿真結(jié)合仿真定義:用微程序解釋令一指令系統(tǒng)適用場合:結(jié)構(gòu)差別不大的系統(tǒng)好處:運行速度快存在問題:結(jié)構(gòu)差別大時,很難仿真。策略:與模擬結(jié)合,發(fā)展異種機連網(wǎng)。模擬:機器語言解釋,在主存中;仿真:微程序解釋,在控制存儲器中。14、器件的發(fā)展如何改變邏輯設(shè)計的傳統(tǒng)方法?一是由邏輯化簡轉(zhuǎn)為

28、采用組成技術(shù)規(guī)模生產(chǎn),規(guī)模集成,并盡量采用通用器件二是由全硬設(shè)計轉(zhuǎn)為微匯編、微高級語言、CAD等軟硬結(jié)合和自動設(shè)計。15、為什么說器件的發(fā)展是推動結(jié)構(gòu)和組成前進的關(guān)鍵因素?器件集成度提高,促使機器主頻、速度提高;可靠性提高,促使采用流水技術(shù);高速、廉價的半導(dǎo)體促使CACHE和虛擬內(nèi)存的實現(xiàn);現(xiàn)場型PMOS促使微程序技術(shù)的應(yīng)用;性價比提高使新的組成下移到中小型機上。16、除了分布處理,MPP和機群系統(tǒng)以外,并行處理計算機按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為那幾種不同的結(jié)構(gòu)?例舉他們要解決的主要問題流水線處理機:多個部件時間上并行執(zhí)行。擁塞控制,沖突防止,流水線調(diào)度。陣列處理機:空間上并行。處理單元靈活,規(guī)律的

29、互連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,數(shù)據(jù)在存儲器中的分布算法。多處理機:時間和空間上的異步并行。多CPU間互連,進程間的同步和通訊,多CPU間調(diào)度。數(shù)據(jù)流計算機:數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)令牌在指令間傳遞。硬件組織和結(jié)構(gòu),高效數(shù)據(jù)流語言。17、簡單說明多計算機系統(tǒng)和多處理機系統(tǒng)的區(qū)別都屬于多機系統(tǒng),區(qū)別:多處理機是多臺處理機組成的單機系統(tǒng),多計算機是多臺獨立的計算機。多處理機中各處理機邏輯上受統(tǒng)一的OS控制,多計算機的OS邏輯上獨立。多處理機間以單一數(shù)據(jù)、向量、數(shù)組、文件交互作用,多計算機經(jīng)通道或通信線路以數(shù)據(jù)流形式進行。多處理機作業(yè)、任務(wù)、指令、數(shù)據(jù)各級并行,多計算機多個作業(yè)并行。18、簡述幾種耦合度的特征最低:無物理

30、連接,如脫機系統(tǒng)。松散:通信線路互連,適于分布處理緊密:總線或數(shù)據(jù)開關(guān)互聯(lián),實現(xiàn)數(shù)據(jù)、任務(wù)、作業(yè)級并行。再補充三個19、軟件移植的途徑,各受什么限制?統(tǒng)一高級語言:只能相對統(tǒng)一系列機:只能在結(jié)構(gòu)相同或相近的機器間移植模擬:機器語言差別大時,速度慢仿真:靈活性和效率差,機器差異大時仿真困難。20、并行處理數(shù)據(jù)的四個等級,給出簡單解釋,各舉一例位串字串:無并行性,如位串行計算機。位并字串:一個字的所有位并行,如簡單并行的單處理機。位片串字并:多個字的同一位并行,如相連處理機。全并行:同時處理多個字的多個位,如全并行陣列機。21、設(shè)計乘法指令時,結(jié)構(gòu)、組成、實現(xiàn)各考慮什么?結(jié)構(gòu):是否設(shè)計乘法組成:是

31、否配置高速乘法器實現(xiàn):考慮器件集成度類型數(shù)量及微組裝技術(shù)。課后習(xí)題第一章計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念1.有一個計算機系統(tǒng)可按功能分成4級,每級的指令互不相同,每一級的指令都比其下一級的指令在效能上強M倍,即第i級的一條指令能完成第i-1級的M條指令的計算量?，F(xiàn)若需第i級的N條指令解釋第i+1時間?答:第2級上等效程序需運行:(N/M*Ks。第3級上等效程序需運行:(N/M*(N/M*Ks。第4級上等效程序需運行:(N/M*(N/M*(N/M*Ks。note:由題意可知:第i級的一條指令能完成第i-1級的M條指令的計算量。而現(xiàn)在第i級有N條指令解釋第i+1級的一條指令,那么,我們就可以用N/M來表示

32、N/M 表示第i+1級需(N/M條指令來完成第i級的計算量。所以,當(dāng)有一段第1級的程序需要運行Ks時,在第2級就需要(N/MKs,以此類推2.硬件和軟件在什么意義上是等效的?在什么意義上又是不等效的?試舉例說明。答:軟件和硬件在邏輯功能上是等效的,原理上,軟件的功能可用硬件或固件完成,硬件的功能也可用軟件模擬完成。但是實現(xiàn)的性能價格比,實現(xiàn)的難易程序不同。在DOS操作系統(tǒng)時代,漢字系統(tǒng)是一個重要問題,早期的漢字系統(tǒng)的字庫和處理程序都固化在漢卡(硬件上,而隨著CPU、硬盤、內(nèi)存技術(shù)的不斷發(fā)展,UCDOS把漢字系統(tǒng)的所有組成部份做成一個軟件。3.試以實例說明計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成與計算機實現(xiàn)之

33、間的相互關(guān)系與影響。答:計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成、計算機實現(xiàn)互不相同,但又相互影響。(1計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同,但可采用不同的組成。如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低檔到高檔的多種型號機器。從匯編語言、機器語言程序設(shè)計者看到的概念性結(jié)構(gòu)相同,均是由中央處理機/主存,通道、設(shè)備控制器,外設(shè)4級構(gòu)成。其中,中央處理機都有相同的機器指令和匯編指令系統(tǒng),只是指令的分析、執(zhí)行在低檔機上采用順序進行,在高檔機上采用重疊、流水或其它并行處理方式。(2相同的組成可有多種不同的實現(xiàn)。如主存器件可用雙極型的,也可用MOS型的;可用VLSI單片,也可用多片小規(guī)模集成電路組搭。(3計算機

34、的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同,會使采用的組成技術(shù)不同,反之組成也會影響結(jié)構(gòu)。如為實現(xiàn)A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),也可采用面向主存的三地址尋址方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。要提高運行速度,可讓相加與相乘并行,為此這兩種結(jié)構(gòu)在組成上都要求設(shè)置獨立的加法器和乘法器。但對面向寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還要求寄存器能同時被訪問,而對面向主存的三地址尋址方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并無此要求,倒是要求能同時形成多個訪存操作數(shù)地址和能同時訪存。又如微程序控制是組成影響結(jié)構(gòu)的典型。通過改變控制存儲器中的微程序,就可改變系統(tǒng)的機器指令,改變結(jié)構(gòu)。如果沒有組成技術(shù)的進步,結(jié)構(gòu)的進展是不可能的。綜上所述,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須結(jié)合應(yīng)用考慮,為軟

35、件和算法的實現(xiàn)提供更多更好的支持,同時要考慮可能采用和準(zhǔn)備采用的組成技術(shù)。應(yīng)避免過多地或不合理地限制各種組成、實現(xiàn)技術(shù)的采用和發(fā)展,盡量做到既能方便地在低檔機上用簡單便宜的組成實現(xiàn),又能在高檔機上用復(fù)雜較貴的組成實現(xiàn),這樣,結(jié)構(gòu)才有生命力;組成設(shè)計上面決定于結(jié)構(gòu),下面受限于實現(xiàn)技術(shù)。然而,它可與實現(xiàn)折衷權(quán)衡。例如,為達(dá)到速度要求,可用簡單的組成但卻是復(fù)雜的實現(xiàn)技術(shù),也可用復(fù)雜的組成但卻是一般速度的實現(xiàn)技術(shù)。前者要求高性能的器件,后者可能造成組成設(shè)計復(fù)雜化和更多地采用專用芯片。組成和實現(xiàn)的權(quán)衡取決于性能價格比等因素;結(jié)構(gòu)、組成和實現(xiàn)所包含的具體內(nèi)容隨不同時期及不同的計算機系統(tǒng)會有差異。軟件的硬化

36、和硬件的軟件都反映了這一事實。VLSI的發(fā)展更使結(jié)構(gòu)組成和實現(xiàn)融為一體,難以分開。4.什么是透明性概念?對計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu),下列哪些是透明的?哪些是不透明的?存儲器的模m交叉存取;浮點數(shù)據(jù)表示;I/O系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍處理機方式;數(shù)據(jù)總線寬度;護;程序性中斷;串行、重疊還是流水控制方式;堆棧指令;存儲器最小編址單位;Cache存儲器。答:透明指的是客觀存在的事物或?qū)傩詮哪硞€角度看不到。透明的有:存儲器的模m交叉存取;數(shù)據(jù)總線寬度;陣列運算部件;通道是采用結(jié)合型還是獨立型; PDP-11系列的單總線結(jié)構(gòu)串行、重疊還是流水控制方式;Cache存儲器。不透明的有:浮點數(shù)據(jù)表示;I/O系統(tǒng)是采用

37、通道方式還是外圍處理機方式;字符行運算指令;訪問方式保護;程序性中斷;堆棧指令;存儲器最小編址單位。5.從機器(匯編語言程序員看,以下哪些是透明的?指令地址寄存器;指令緩沖器;時標(biāo)發(fā)生器;條件寄存器;乘法器;主存地址寄存器;磁盤外設(shè);先行進位鏈;移位器;通用寄存器;中斷字寄存器。答:透明的有:指令緩沖器、時標(biāo)發(fā)生器、乘法器、先進先出鏈、移位器、主存地址寄存器。6.下列哪些對系統(tǒng)程序員是透明的?哪些對應(yīng)用程序員是透明的?系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度;虛擬存儲器;Cache存儲器;程序狀態(tài)字;“啟動I/O”指令;“執(zhí)行”指令;指令緩沖寄存器。答:對系統(tǒng)程序員透明的有:系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度;

38、Cache存儲器;指令緩沖寄存器;對應(yīng)用程序員透明的有:系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度;Cache存儲器;指令緩沖寄存器;虛擬存儲器;程序狀態(tài)字;“啟動I/O”指令。note:系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度、Cache存貯器、指令緩沖寄存器屬于計算機組成,對系統(tǒng)和程序員和應(yīng)用程序員都是透明的。虛擬存貯器、程序狀態(tài)字、“啟動I/O”指令,對系統(tǒng)程序員是不透明的,而對應(yīng)用程序員卻是透明的?！皥?zhí)行”指令則對系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是不透明的。7.想在系列機中發(fā)展一種新型號機器,你認(rèn)為下列哪些設(shè)想是可以考慮的,哪些則不行的?為什么?新增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令,以支持事務(wù)處理程序的編譯。(2為增

39、強中斷處理功能,將中斷分級由原來的4級增加到5級,并重新調(diào)整中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序。(3在CPU和主存之間增設(shè)Cache存儲器,以克服因主存訪問速率過低而造成的系統(tǒng)性能瓶頸。(4為解決計算誤差較大,將機器中浮點數(shù)的下溢處理方法由原來的恒置“1”法,改為用ROM存取下溢處理結(jié)果的查表舍入法。(5為增加尋址靈活性和減少平均指令字長,將原等長操作碼指令改為有3類不同碼長的擴展操作碼;將源操作數(shù)尋址方式由操作碼指明改成如V AX-11那種設(shè)尋址方式位字段指明。(6將CPU與主存間的數(shù)據(jù)通路寬度由16位擴展成32位,以加快主機內(nèi)部信息的傳送。(7為減少公用總路線的使用沖突,將單總線改為雙總線。(8把原0號通

40、用寄存器改作堆棧指示器。答:可以考慮的有:1,3,4,6,7。不可以考慮的有:2,5,8。原則是看改進后能否保持軟件的可移植性。8.并行處理計算機除分布處理、MPP和機群系統(tǒng)外,有哪4種基本結(jié)構(gòu)?列舉它們各自要解決的主要問題。答:除了分布處理,MPP和機群系統(tǒng)外,并行處理計算機按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為流水線計算機,陣列處理機,多處理機和數(shù)據(jù)流計算機四種不同的結(jié)構(gòu)。流水線計算機主要通過時間重疊,讓多個部件在時間上交劃重疊地并行招待運算和處理,以實現(xiàn)時間上的并行。它主要應(yīng)解決:擁塞控制,沖突防止,流水線調(diào)度等問題。陣列處理機主要通過資源重復(fù)實現(xiàn)空間上的并行。它主要應(yīng)解決:處理單元靈活、規(guī)律的互連模式

41、和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,數(shù)據(jù)在存儲器中的分布算法等問題。多處理機主要通過資源共享,讓一組計算機在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)全盤控制下,實現(xiàn)軟件和硬件各級上的相互作用,達(dá)到時間和空間上的異步并行。它主要應(yīng)解決:處理機間互連等硬件結(jié)構(gòu),進程間的同上步和通訊,多處理機調(diào)度等問題。數(shù)據(jù)流計算機設(shè)有共享變量的概念,指令執(zhí)行順序只受指令中數(shù)據(jù)的相關(guān)性制約。數(shù)據(jù)是以表示某一操作數(shù)或參數(shù)已準(zhǔn)備就緒的數(shù)據(jù)令牌直接在指令之間傳遞。它主要應(yīng)解決:研究合適的硬件組織和結(jié)構(gòu),高效執(zhí)行的數(shù)據(jù)流語言等問題。9.計算機系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)是什么?答:計算機系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)是1TFLOPS計算能力,1TBYTE主存容量和1TBYTES的I/O帶寬

42、課后習(xí)題第二章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機器的數(shù)據(jù)表示之間是什么關(guān)系?確定和引入數(shù)據(jù)表示的基本原則是什么?答:數(shù)據(jù)表示是能由硬件直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映各種數(shù)據(jù)元素或信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過軟件映象變換成機器所具有的各種數(shù)據(jù)表示實現(xiàn),所以數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組成元素。不同的數(shù)據(jù)表示可為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)提供不同的支持,表現(xiàn)在實現(xiàn)效率和方便性不同。數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件、硬件的交界面。除基本數(shù)據(jù)表示不可少外,高級數(shù)據(jù)表示的引入遵循以下原則:(1看系統(tǒng)的效率有否提高,是否養(yǎng)活了實現(xiàn)時間和存儲空間。(2看引入這種數(shù)據(jù)表示后,其通用性和利用率是否高。2.標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與

43、描述符數(shù)據(jù)表示有何區(qū)別?描述符數(shù)據(jù)表示與向量數(shù)據(jù)表示對向量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所提供的支持有什么不同?答:標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示的差別是標(biāo)志符與每個數(shù)據(jù)相連,合存于同一存儲單元,描述單個數(shù)據(jù)的類型特性;描述符是與數(shù)據(jù)分開存放,用于描述向量、數(shù)組等成塊數(shù)據(jù)的特征。描述符數(shù)據(jù)表示為向量、數(shù)組的的實現(xiàn)提供了支持,有利于簡化高級語言程序編譯中的代碼生成,可以比變址法更快地形成數(shù)據(jù)元素的地址。但描述符數(shù)據(jù)表示并不支持向量、數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的高效實現(xiàn)。而在有向量、數(shù)組數(shù)據(jù)表示的向量處理機上,硬件上設(shè)置有豐富的賂量或陣列運算指令,配有流水或陣列方式處理的高速運算器,不僅能快速形成向量、數(shù)組的元素地址,更重要的是便于

44、實現(xiàn)把向量各元素成塊預(yù)取到中央處理機,用一條向量、數(shù)組指令流水或同時對整個向量、數(shù)組高速處理.如讓硬件越界判斷與元素運算并行。這些比起用與向量、陣列無關(guān)的機器語言和數(shù)據(jù)表示串行實現(xiàn)要高效的多。3.堆棧型機器與通用寄存器型機器的主要區(qū)別是什么?堆棧型機器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為程序調(diào)用的哪些操作提供了支持?答:通用寄存器型機器對堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的支持是較差的。表現(xiàn)在:(1堆棧操作的指令少,功能單一;(2堆棧在存儲器內(nèi),訪問堆棧速度低;(3堆棧通常只用于保存于程序調(diào)用時的返回地址,少量用堆棧實現(xiàn)程序間的參數(shù)傳遞。而堆棧型機器則不同,表現(xiàn)在:(1有高速寄存器組成的硬件堆棧,并與主存中堆棧區(qū)在邏輯上組成整體,使堆棧

45、的訪問速度是寄存器的,容量是主存的;(2豐富的堆棧指令可對堆棧中的數(shù)據(jù)進行各種運算和處理;(3有力地支持高級語言的編譯;(4有力地支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用。堆棧型機器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有力地支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用。在程序調(diào)用時將返回地址、條件碼、關(guān)鍵寄存器的內(nèi)容等全部壓入堆棧,待子程序返回時,再從堆棧中彈出。4.設(shè)某機階值6位、尾數(shù)48位,階符和數(shù)符不在其內(nèi),當(dāng)尾數(shù)分別以2、8、16為基時,在非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化數(shù)情況下,求出其最小階、最大階、階的個數(shù)、最小尾數(shù)值、最大尾數(shù)值、可表示的最小值和最大值及可表示的規(guī)格化數(shù)的總個數(shù)。解:依題意知:p=6 m=48 rm=2, 8, 16,m'=

46、m/log2(rm,列下表:p=6,m=48,rm=2(m'=48 p=6,m=48,rm=8(m'=16 p=6,m=48,rm=16(m'=12最小階(非負(fù)階,最小為0 0 0 0最大階(2p-1 26-1 26-1 26-1最小尾數(shù)值(rm(-1 1/2 1/8 1/16最大尾數(shù)值(1-rm(-m' 1-2(-48 1-8(-16,即(1-2(-48 1-16(-12,即(1-2(-48可表示的最小值1/2 1/8 1/16可表示的最大值263*(1-2(-48 863*(1-8(-16 1663*(1-16(-12階的個數(shù)(2p 26 26 26可表示的

47、尾數(shù)的個數(shù)248*(2-1/2 816*(8-1/8 1612*(16-1/16可表示的規(guī)格化數(shù)的個數(shù)26*248*(2-1/2 26*816*(8-1/8 26*1612*(16-1/16note:可表示的最小值=rm(最小階*最小尾數(shù)值=rm0*rm(-1=rm(-1;可表示的最大值=rm(最大階*最大尾數(shù)值=rm(2p-1*(1-rm(-m'可表示的尾數(shù)的個數(shù)=rmm'*(rm-1/rm;可表示的規(guī)格化數(shù)的個數(shù)=階的個數(shù)*尾數(shù)的個數(shù)=2p*rmm'*(rm-1/rm。5.(1浮點數(shù)系統(tǒng)使用的階基rp=2,階值位數(shù)p=2,尾數(shù)基值rm=10,以rm為基的尾數(shù)位數(shù)m&

48、#39;'=1,按照使用的倍數(shù)來說,等價于m=4, 試計算在非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化情況下的最小尾數(shù)值、最大尾數(shù)值、最大階值、可表示的最小值和最大值及可表示數(shù)的個數(shù)。(2對于rp=2,p=2,rm=4,m'=2,重復(fù)以上計算。解:依題意列下表:p=2,rm=10,m'=1 p=2,rm=4,m'=2最小尾數(shù)值10-1=0.1 4-1=0.25最大尾數(shù)值1-10-1=0.9 1-4-2=15/16最大階值2p-1=3 3可表示的最小值0.1 0.25可表示數(shù)的個數(shù)36 48題中“按照使用的倍數(shù)來說,等價于m=4,”這個m=4,因為23<10<24,等價為

49、實際要4個二進制位,表示RM=10為基的一位6.由4位數(shù)(其中最低位為下溢附加位經(jīng)ROM查表舍入法,下溢處理成3位結(jié)果,設(shè)計使下溢處理平均誤差接近于零的ROM表,列出ROM編碼表地址與內(nèi)容的對應(yīng)關(guān)系。解:ROM編碼表地址與內(nèi)容的對應(yīng)關(guān)系地址0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111內(nèi)容000 001 001 010 010 011 011 100 100 101 101 110 110 111 111 1117.變址尋址和基址尋址各適用于何種場合?設(shè)計一種只用6位地址碼就可指向一

50、個大地址空間中任意64個地址之一的尋址機構(gòu)。答:基址尋址是對邏輯地址空間到物理地址空間變換的支持,以利于實現(xiàn)程序的動態(tài)再定位。變址尋址是對數(shù)組等數(shù)據(jù)塊運算的支持,以利于循環(huán)。將大地址空間64個地址分塊,用基址寄存器指出程序所在塊號,用指令中6位地址碼表示該塊內(nèi)64 個地址之一,這樣基址和變址相結(jié)合可訪問大地址任意64個地址之一。比如地址空間很大,為0-1023,只用6位地址碼就可以指向這1024個地址中的任意64個。剖析:比如地址空間很大,1024,就是分成16個塊,塊號放在寄存器中,塊內(nèi)地址放在地址位中,寄存器內(nèi)容和地址位結(jié)合,就能達(dá)到要求了。8.經(jīng)統(tǒng)計,某機器14條指令的使用頻度分別為:

51、0.01,0.15,0.12,0.03,0.02,0.04,0.02,0.04,0.01,0.13,0.15,0.14,0.11,0.03。分別求出用等長碼、Huffman碼、只有兩種碼長的擴展操作碼3種編碼方式的操作碼平均碼長。解:等長操作碼的平均碼長=4位;Huffman編碼的平均碼長=3.38位;只有兩種碼長的擴展操作碼的平均碼長=3.4位。9.若某機要求:三地址指令4條,單地址指令255條,零地址指令16條。設(shè)指令字長為12位.每個地址碼長為3位。問能否以擴展操作碼為其編碼?如果其中單地址指令為254條呢?說明其理由。答:不能用擴展碼為其編碼。指令字長12位,每個地址碼占3位;三地址指

52、令最多是2(12-3-3-3=8條,現(xiàn)三地址指令需4條,可有4條編碼作為擴展碼,單地址指令最多為4×23×23=28=256條,現(xiàn)要求單地址指令255條,可有一條編碼作擴展碼零地址指令最多為1×23=8條不滿足題目要求不可能以擴展碼為其編碼。若單地址指令254條,可以用擴展碼為其編碼。零地址指令為2×23=16條,滿足題目要求note:三地址指令格式:操作碼地址碼地址碼地址碼3位3位3位3位單地址指令格式:操作碼地址碼9位3位所以前面9位由于三地址指令用了最前面3位,還有中間6位可作為編碼(也就是總共可以有9位作為單地址指令的指令操作碼的編碼。減去3地址

53、指令的4條,有4*26=256條,但由于韙目要求要有255條,所以剩下一個編碼,已經(jīng)用了9位的全部編碼,最后零地址指令(全部12位都可作為操作碼的編碼還有1*23=8 (這是12位編碼中最后三位的若只要求254種,則可以有(256-254*23=16條10.某機指令字長16位。設(shè)有單地址指令和雙地址指令兩類。若每個地址字段為6位.且雙地址指令有X條。問單地址指令最多可以有多少條?答:單地址指令最多為(16-X×26可有(16-X條編碼作為擴展碼,單地址指令最多為(16-X×26=256條11.何謂指令格式的優(yōu)化?簡要列舉包括操作碼和地址碼兩部分的指令格式優(yōu)化可采用的各種途徑

54、和思路。答:指令格式的優(yōu)化指如何用最短位數(shù)表示指令的操作信息和地址信息,使程序中指令的平均字長最短。操作碼的優(yōu)化采用Huffman編碼和擴展操作碼編碼。對地址碼的優(yōu)化:采用多種尋址方式;采用0、1、2、3等多種地址制;在同種地址制內(nèi)再采用多種地址形式,如寄存器-寄存器型、寄存器-主存型、主存-主存型等;在維持指令字在存儲器內(nèi)按整數(shù)邊界存儲的前提下,使用多種不同的指令字長度。12.某模型機9條指令使用頻率為:ADD(加 30% SUB(減 24% JOM(按負(fù)轉(zhuǎn)移 6%STO(存 7% JMP(轉(zhuǎn)移 7% SHR(右移 2%CIL(循環(huán) 3% CLA(清加 20% STP(停機 1%要求有兩種指

55、令字長,都按雙操作數(shù)指令格式編排,采用擴展操作碼,并限制只能有兩種操作碼碼長。設(shè)該機有若干通用寄存器,主存為16位寬,按字節(jié)編址,采用按整數(shù)邊界存儲。任何指令都在一個主存周期中取得,短指令為寄存器-寄存器型,長指令為寄存器-主存型,主存地址應(yīng)能變址尋址。(1僅根據(jù)使用頻率,不考慮其它要求,設(shè)計出全Huffman操作碼,計算其平均碼長;(2考慮題目全部要求,設(shè)計優(yōu)化實用的操作形式,并計算其操作碼的平均碼長;(3該機允許使用多少可編址的通用寄存器?(4畫出該機兩種指令字格式,標(biāo)出各字段之位數(shù);(5指出訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對位移量為多少個字節(jié)?解:第(1和(2中Huffman和擴展操作碼的編碼

56、及平均碼長如下表:I1I2I3I4I5I6I7I8I9 30%24%20%7%7%6%3%2%1% 10000111001101111011110111110111111 000110110001100111010110111110011101西個馬pili 2.61 2.78(38個。(4兩種指令格式如下圖所示:2位3位3位OP R1 R2操作碼寄存器1 寄存器25位3位3位5位OP R1 X d操作碼寄存器1 變址寄存器相對位移主存邏輯地址(5訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對位移量為32個字節(jié)。13.設(shè)計RISC機器的一般原則及可采用的基本技術(shù)有那些?答:一般原則:(1確定指令系統(tǒng)時,只選擇使用頻度很高的指令及少量有效支持操作系統(tǒng),高級語言及其它功能的指令;(2減少尋址