系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自考通簡答23資料僅供參考第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本概論1.簡要解釋提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并行性的三個技術(shù)途徑。答:（1)時間重疊是引入時間因素，讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流使用同一套硬件設(shè)備的各個部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)使用來贏得速度。(2)資源重復(fù)是引入空間因素，經(jīng)過重復(fù)設(shè)置硬件資源來提高性能。(3)資源共享是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，相應(yīng)也就提高了系統(tǒng)的性能。2.器件的發(fā)展對邏輯設(shè)計(jì)方法有哪些影響?答:器件的發(fā)展對邏輯設(shè)計(jì)方法的影響:（1)由邏輯化簡改成著眼于采用什么組成技術(shù)能夠規(guī)整、批量生產(chǎn)，宜于超大規(guī)模集成，縮姐設(shè)計(jì)周期，提高系統(tǒng)效能，盡量采用存儲邏輯和通用器件;(2)由全硬設(shè)計(jì)改成采用微匯編設(shè)計(jì)。、微高級語言、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等手段軟硬結(jié)合和自動化3.簡述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)“由中間開始”設(shè)計(jì)的基本思想。答:（1)軟硬件設(shè)計(jì)分離和脫節(jié)是“由上往下”和“由下往上”設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)，由此提出“由中間開始”設(shè)計(jì)?！爸虚g”提的是層次結(jié)構(gòu)中的軟硬交界面，當(dāng)前多數(shù)是在傳統(tǒng)機(jī)器級與操作系統(tǒng)機(jī)器級之間。(2)進(jìn)行合理的軟、硬件功能分配時，既要考慮能拿到的硬、器件，又要考慮可能的應(yīng)用所需的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，先定義好這個交界面。確定哪些功能由硬件實(shí)現(xiàn)，哪些功能由軟件買現(xiàn)，同時還要考慮好硬件對操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供些什么支持。然后由這個中間點(diǎn)分別往上、往下進(jìn)行軟件和硬件的設(shè)計(jì)。4.為解決不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)器之間的軟件移植，一般采用何種途徑?并簡述其過程。答:為實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)器之間的軟件移植，就必須做到在一種機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)另一種機(jī)器的指令系統(tǒng)，即另一種機(jī)器語言。例如，要求原在B機(jī)器上運(yùn)行的應(yīng)用軟件，能夠移植到有不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的A機(jī)器上，根據(jù)層次結(jié)構(gòu)的概念可把B機(jī)器的機(jī)器語言看成是在A機(jī)器的機(jī)器語言級上的一個虛擬機(jī)器語言，在.A機(jī)器上用虛擬概念來實(shí)現(xiàn)B機(jī)器的指令系統(tǒng)。5.并行性有哪些不同的等級?答:并行性有不同的等級:(1)從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行程序的角度看，并行性等級由低到高.分別是指令內(nèi)各微操作之間的并行，多條指令之間的并行，多個任務(wù)或進(jìn)程之間的并行以及多個作業(yè)或程序之間的并行等。(2)從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的角度看，并行性等級由低到高，分別是位串字串(傳統(tǒng)串行單處理機(jī)，無并行性)，位并字串(傳統(tǒng)并行單處理機(jī))，位片串字并和全并行等。(3)從計(jì)算機(jī)信息加工步驟和階段的角度看，并行性等級又有存儲器操作并行(并行存儲器、相聯(lián)處理機(jī))，處理器操作步驟并行(流水線處理機(jī))，處理器操作并行(陣列處理機(jī))，指令、任務(wù)、作業(yè)間的全面并行(多處理機(jī)、分布處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))等。6.簡要說明翻譯和解釋的區(qū)別和聯(lián)系。答:區(qū)別:翻譯是先用轉(zhuǎn)換程序?qū)⒏咭患墮C(jī)器級上的程序整個地變換成低一級機(jī)器級上等效的程序，然后再在低一級機(jī)器級上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。解釋是在低級機(jī)器級上用它的一串語句或指令來仿真高級機(jī)器級上的一條語句或指令的功能，經(jīng)過高級機(jī)器語言程序中語句或指令的逐條解釋來實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。聯(lián)系:翻譯或解釋是高級機(jī)器級的程序在低級機(jī)器上實(shí)現(xiàn)的必須步驟，各機(jī)器級的買現(xiàn)主要靠翻譯或解釋或是兩者的結(jié)合7.比較模擬和仿真。答:模擬是指用機(jī)器語言程序解釋實(shí)現(xiàn)軟件移植。適用場合:移植運(yùn)行時間短，使用次數(shù)少，在時間關(guān)系上沒有約束和限制的軟件。好處:靈活，可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間軟件移植。存在問題:結(jié)構(gòu)差異很大時，模擬的運(yùn)行速度會急劇下降，實(shí)時性差采取的策略:模擬與仿真相結(jié)合。仿真是指用微程序直接解釋另一種機(jī)器指令系統(tǒng)適用場合;在結(jié)構(gòu)差別不大的系統(tǒng)間使用。好處:可提高被移植軟件的運(yùn)行速度。存在問題:不靈活，當(dāng)兩種機(jī)器結(jié)構(gòu)差別很大時，很難仿真。采取的策略:模擬與仿真相結(jié)合，發(fā)展異種機(jī)聯(lián)網(wǎng)。8.為什么將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)看成是多級機(jī)器構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)?(尸2)答:將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)看成是多級機(jī)器構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)推動了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展。例如，能夠重新調(diào)整軟、硬件比例，為應(yīng)用語言級、操作系統(tǒng)級、高級語言級提供更多更好的硬件支持，改變硬、器件迅速發(fā)展而軟件日益復(fù)雜、開銷過大的狀況;或直接用硬件或固件實(shí)現(xiàn)，發(fā)展高級語言機(jī)器或操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。既然層次中每一級都有其自己的用戶、實(shí)現(xiàn)方法和指令系統(tǒng)，因此可讓各虛擬機(jī)器級用真正的實(shí)處理機(jī)代替，擺脫以往各級功能都在同一臺實(shí)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)的狀況，發(fā)展多處理機(jī)、分布處理、計(jì)算機(jī)網(wǎng)等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？稍谝慌_宿主機(jī)上模擬或仿真另一臺機(jī)器.推動自虛擬機(jī)、多種操作系統(tǒng)共行等技術(shù)的采用，從而促進(jìn)軟件移植、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能評價、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)自動化等的發(fā)展。9.設(shè)計(jì)主存系統(tǒng)時，哪些屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?哪些屬于計(jì)算機(jī)組成?哪些屬于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)所要考慮的問題?答:確定主存容量、編址方式、尋址范圍等屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。確定主存周期、邏輯上是否采用并行主存、邏輯設(shè)計(jì)等屬于計(jì)算機(jī)組成。選擇存儲芯片類型、微組裝技術(shù)、線路設(shè)計(jì)等屬于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。10.列舉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件功能分配時，進(jìn)行軟硬件取舍的三條基本原則。答:(1)應(yīng)考慮在現(xiàn)有硬器件條件下，系統(tǒng)要有高的性能價格比。(2)要考慮到準(zhǔn)備采用和可能采用的組成技術(shù)，使它盡可能不要過多或不合理地限制各種組成、實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采用。(3)如何為編譯和操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及高級語言程序的設(shè)計(jì)提供更多更好的硬件支持，以縮短高級語言與機(jī)器語言、操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及程序設(shè)計(jì)環(huán)境與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的語義差。11.軟件可移植指的是什么?實(shí)現(xiàn)軟件移植有什么好處?答:軟件的可移植指的是軟件不用修改或只經(jīng)少量的修改就能夠由一臺機(jī)器搬到另一臺機(jī)器上去運(yùn)行，使得同一套軟件能夠應(yīng)用于不同的硬件環(huán)境。實(shí)現(xiàn)軟件移植，過去的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上所有的大量成熟可靠的軟件，特別是應(yīng)用軟件，就能夠在新的機(jī)器上長期使用，而不必重新編寫。既能夠大大減少軟件編制的工作量，又能迅速用上新的硬件技術(shù)，讓新系統(tǒng)立即發(fā)揮效能，同事軟件設(shè)計(jì)者也能有精力去開發(fā)全新的軟件。12.簡述統(tǒng)一高級語言實(shí)現(xiàn)軟件移植的方法、適用場合、存在問題和原因.以及對此問題采取的對策。答:統(tǒng)一高級語言是指設(shè)計(jì)出一種對各種應(yīng)用領(lǐng)域都比較高效通用的高級語言。適合于在結(jié)構(gòu)相同以至完全不同的機(jī)器之間，經(jīng)過配以不同的語言翻譯程序?qū)崿F(xiàn)高級語言應(yīng)用軟件的移植。存在的問題是至今還難統(tǒng)一出這樣一種通用的高級語言口因?yàn)椴煌猛疽蟾呒壵Z言的語法和語義結(jié)構(gòu)差別較大;人們對統(tǒng)一的高級語言壓當(dāng)有什么樣的基本結(jié)構(gòu)看法不一;廠家為便于在機(jī)器上高效翻譯，在語言中引入了方言;用戶為節(jié)省程序空間和提高其運(yùn)行速度，經(jīng)常在高級語言源程序中嵌入?yún)R編語言或其它語言的程序;用戶的習(xí)慣勢力阻撓，不愿使用新的語言，等等。對此問題采取的對策是，從長遠(yuǎn)的目標(biāo)，還是要爭取統(tǒng)一出一種通用的高級語言.但近期只能作相時的統(tǒng)一。13.什么是系列機(jī)軟件的向上(向下)兼容和向后(向前)兼容?答:系列機(jī)軟件的向上(向下)兼容指的是按某檔機(jī)器編制的軟件，不加修改就能運(yùn)行于比它高(低)檔的機(jī)器上。向前(后)兼容指的是在按某個時期投入市場的該型號機(jī)器上編制的軟件，不加修改就能運(yùn)行于在它之前(后)投入市場的機(jī)器上。14.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)的并行上，可分為哪四個等級?簡單解釋并各舉一例。答:位串字串，只能同時處理一個字的一位，無并行性，例如，位串行計(jì)算機(jī)。位并字串，同時處理一個字的所有位，例如，簡單的位并行單處理機(jī)。位片串字并，同時處理多個字的同一位，例如，相聯(lián)處理機(jī)中的位片串字并方式。全并行，同時處理多個字的多個位或位組，例如，全并行的陣列處理機(jī)或相聯(lián)處理機(jī)。第二章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)1.簡述哈夫曼壓縮概念的基本思想。答:哈夫受壓縮概念的基本思想是:當(dāng)各種事件發(fā)生的概率不均等時，來用優(yōu)化技術(shù)時生概率錄高的事件用最短的位數(shù)(時間)來表示(處理)，而付出現(xiàn)概率較低的，允許用較長的盤(時間)來表示(處理)，就會導(dǎo)致表示(處理)的平均位數(shù)(時間)的編短。2.簡述標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的主要優(yōu)點(diǎn)。答:(1)簡化了指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì);(2)簡化了編譯程序;(3)便于實(shí)現(xiàn)一致性校驗(yàn);(4)能由硬件自動變換數(shù)據(jù)類型;(5)支持?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)類型無關(guān)的要求;(6)為軟件調(diào)試和應(yīng)用軟件開發(fā)提供了支持。3.按CISC方向，面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來改進(jìn)指令系統(tǒng)有哪些思路?答:按CISC方向.面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來改進(jìn)指令系統(tǒng)的思路有:(1)經(jīng)過對操作系統(tǒng)中常見指令和指令串的使用頻度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來改進(jìn);(2)如何增設(shè)專用操作系統(tǒng)的新指令;(3)把操作系統(tǒng)中頻繁使用的.對速度影響大的某些軟件子程序硬化或固化，改為直接用硬件或微程序解釋實(shí)現(xiàn);(4)發(fā)展讓操作系統(tǒng)由專門的處理機(jī)來執(zhí)行的功能分布處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。4.自定義數(shù)據(jù)表示可分為哪兩類?有何特點(diǎn)?答:自定義數(shù)據(jù)表示是為縮短高級語言和機(jī)器語言的語義差距引出來的。它又分為標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)描述符兩類。標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示是讓數(shù)據(jù)字本身帶有數(shù)據(jù)或信息的類型標(biāo)志。標(biāo)志符由編譯程序建立，對高級語言程序透明。數(shù)據(jù)描述符主要用于描述向量、數(shù)組、記錄等成塊的數(shù)據(jù)。它與標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示的差別是:標(biāo)志符與數(shù)據(jù)合存于一個存儲單元中，用于描述單個數(shù)據(jù)的類型和屬性的;描述將則是與數(shù)據(jù)分開存放，主要用于描述成塊數(shù)據(jù)特征的。5.什么是RISC計(jì)算機(jī)答:R1SC'計(jì)算機(jī)是精簡指令系統(tǒng)計(jì)茸機(jī)。即減少指令種數(shù).簡化指令功能.使指令系統(tǒng)規(guī)整，指令執(zhí)行時間盡可能短。6.簡述采用RISC'技術(shù)的超級標(biāo)量機(jī)的主要特點(diǎn)。答:采用RISC技術(shù)的超級標(biāo)量機(jī)的主要特點(diǎn)是:(1)配里多個性能不同的處理邵件。采用多條流水線并行處理;(2)能同時對若干條指令進(jìn)行譯碼，將可并行執(zhí)行的指令送往不同的執(zhí)行布件，(3)從而達(dá)到在每個時鐘周期啟動多條指令的目的;(4)在程序運(yùn)行期間由硬件完成指令調(diào)度。7.簡述RISC的延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)的特點(diǎn)。答:RISC機(jī)采用的延遲轉(zhuǎn)移技術(shù)的特點(diǎn)是:經(jīng)過軟件實(shí)現(xiàn)，設(shè)法使后繼指令變得有用。一般采用三種調(diào)度策略:(1)將轉(zhuǎn)移不發(fā)生時應(yīng)該執(zhí)行的那條指令調(diào)度到延遲楷中;(2)將轉(zhuǎn)移不發(fā)生的那條指令調(diào)度到延遲槽中;(3)將轉(zhuǎn)移指令前的那條指令調(diào)度到延遲槽中。最后一種方法的效果最好，總能使性能獲得改進(jìn)。8.簡述三種面向的尋址方式的關(guān)系。答:三種手址方式各有特點(diǎn)但又不相互排斥。面向寄存器的尋址速度最快，但需增大寄存器的硬件開梢。面向主存的尋址速度比面向寄存器的尋址速度慢，但可使用少童的寄存器。面向堆找的尋址可減輕編譯的負(fù)擔(dān)，不用考慮寄存器的優(yōu)化分配，很好地支持子程序的調(diào)用，可省去去命令中的地址字段，但速度慢，甚至比面向主存的尋址慢。三種面向的尋址不互相排斥。在同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)選一種面向的尋址為主，輔以其它面向的尋址，互相取長補(bǔ)短。例如，在堆棧型機(jī)器中，可增設(shè)面向寄存器的尋址方式;除直接訪問錢頂外，還能訪問棧中任意單元;可增設(shè)硬堆?；蛟鲈O(shè)棧頂寄存器組來提高運(yùn)算速度。9.簡要敘述面向操作系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來改進(jìn)機(jī)器指令系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)和四個主要的改進(jìn)思路。答:目標(biāo)是縮短操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間的語義差距，進(jìn)一步減少運(yùn)行操作系統(tǒng)的時間和節(jié)省操作系統(tǒng)軟件所占用的存儲空間。四個主要的改進(jìn)思路是:(1>經(jīng)過分析統(tǒng)計(jì)操作系統(tǒng)中的常見指令和指令串的使用頻度來改進(jìn)。(2)增設(shè)專用于操作系統(tǒng)的新指令。(3)把操作系統(tǒng)中頻繁使用且對速度影響大的軟件子程序硬化或固化，改為直接用硬件或微程序來解釋實(shí)現(xiàn)。(4)用專門處理機(jī)來執(zhí)行的功能分布處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。10.何謂數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們之間有什么關(guān)系?答:數(shù)據(jù)表示指的是能由機(jī)器硬件直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型。它主要表現(xiàn)在機(jī)器中配置有哪些數(shù)據(jù)運(yùn)算類指今和相應(yīng)的運(yùn)算部件。數(shù)據(jù)絕構(gòu)相的是軟件在處理和應(yīng)用中要用到的各種數(shù)據(jù)元紊或信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成元素數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要經(jīng)過軟件映象變換成機(jī)器中所具有的備種教據(jù)表示來實(shí)現(xiàn)。不同的數(shù)據(jù)表示可為教據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供不同的支持，表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)效率和方便性上不同。因此，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)表示是軟件和硬件之間的一個主要的交界面。11.向量組數(shù)據(jù)表示的計(jì)算機(jī)為向坡數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和處理提供了哪些主要的硬件支持。答:向量組數(shù)據(jù)表示的計(jì)算機(jī)為向量組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)算提供了很多的硬件支持。它表現(xiàn)在:(1)硬件上設(shè)置有豐富的向量或數(shù)組運(yùn)算和處理的指令，只需用一條向量、數(shù)組類指令就可實(shí)現(xiàn)時整個向量或數(shù)組中的各元素進(jìn)行訪問、運(yùn)算和處理。(2)配有流水線或處理單元陣列等高速的運(yùn)算部件，直接支持向量和數(shù)組的高速運(yùn)算和處理。(3)用硬件實(shí)現(xiàn)元素地址的快速形成、下標(biāo)越界判斷、元素的成塊預(yù)取等，且讓越界判斷和元素的運(yùn)算同時并行。(4)有許多用于對稀疏向量、數(shù)組進(jìn)行壓縮存儲、還原、運(yùn)算等指令和硬件。(5)有對陣列中每個元素又是一個子陣列的相關(guān)型交叉陣列進(jìn)行高速處理的硬件等。12.當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值減小時，對機(jī)器數(shù)的表示會產(chǎn)生哪些影響?答:(1)數(shù)的可表示范圍變小;(2)可表示數(shù)的總個數(shù)減少;(3)數(shù)在數(shù)軸上的分布變密，機(jī)器數(shù)的精度提高;(4)運(yùn)算過程中的精度損失增大;(5)運(yùn)葬速度有所降低。13.以浮點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)表示為例，說明什么是數(shù)的可表示精度，什么是運(yùn)算中的精度損失?點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值取小時，對上述二者，哪個有利?哪個不利?答:數(shù)的可表示精度是數(shù)在數(shù)軸上離散的程度?分布越密，在數(shù)軸上兩個可表示數(shù)的差越小，精度越高。它與尾數(shù)實(shí)際可表示值的有效數(shù)位多少有關(guān)。尾數(shù)有效數(shù)位越多，精度越高。運(yùn)算中的精度損失指的是由于運(yùn)算中尾數(shù)超出或右移出機(jī)器字長，使有效數(shù)字丟失后造成的精度損失。若浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值取小，則精度能夠提高，但運(yùn)算中的精度損失可能增大，即對賈老有對后者不利。14.簡述程序的靜態(tài)再定位的方法及存在的問題。答:程序的靜態(tài)再定位是在目的程序裝入主存時，經(jīng)過調(diào)用系統(tǒng)配備的裝入程序，運(yùn)行此裝入程序把目的程序的邏輝地址用軟的方法逐一修改成物理地址不能再改變了。靜態(tài)再定位方法存在的問題有:（1)不利于多道程序的運(yùn)行環(huán)境;（2)不利于操作系統(tǒng)對主存空間的分配和利用；（3)不利于程序的可重入(即無論程序重新進(jìn)入多少次，其功能應(yīng)保持不變);(4)程序出錯時，難以進(jìn)行故障定位和調(diào)試;(5)不利于重疊、流水技術(shù)的使用。15.在滿足尋址范圍前提下，列舉縮短指令字中地址碼長度的方法（至少六種）（1）加基礎(chǔ)（2）加變址(3)相對尋址;(4)訪存地址空間分成段，指令中只給出段號與段內(nèi)位移字段之一;(5)寄存器尋址;(6)寄存器間接尋址等等。16.簡述面向目標(biāo)程序優(yōu)化實(shí)現(xiàn)改進(jìn)機(jī)器指令系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)和兩個主要的改進(jìn)思路。答:面向目標(biāo)程序優(yōu)化實(shí)現(xiàn)改進(jìn)機(jī)器指令系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)是希望普遍提高包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件在內(nèi)的各種機(jī)器語言目標(biāo)程序的實(shí)現(xiàn)效率，即縮短目標(biāo)程序的長度，加快目標(biāo)移序的執(zhí)行速度，并使實(shí)現(xiàn)起來方便可行。兩個主要的改進(jìn)思路是:(1)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)機(jī)器語言目標(biāo)程序中各種指令和指令串的靜態(tài)使用頻度和程序在執(zhí)行過賽中的動態(tài)使用頻度來改進(jìn)。對高頻的指令能夠增強(qiáng)其功能，加快其執(zhí)行速度，縮短其指令字長;對頻度很低的指令可將其功能合并到某些高頻的指令中去，或在搞新的系列機(jī)時，將其取消。對高頻的指令串可增設(shè)功能更強(qiáng)的新指令或復(fù)合指令來取代。(2)將常見的宏指令和子程序的功能改成為強(qiáng)功能復(fù)合指令，由微程序來解釋實(shí)現(xiàn)。維持軟件的向后兼容。減少非功能型指令所占的比例，增大功能型指令所占的比例。17..簡述面向高級語言優(yōu)化實(shí)現(xiàn)改進(jìn)機(jī)器指令系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)和五個主要的改進(jìn)思路。答:面向高級語言優(yōu)化實(shí)現(xiàn)改進(jìn)機(jī)器指令系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)是縮短高級語言和機(jī)器語言的語義差距，縮短編譯程序的長度，減少編譯程序所占的主存空間，節(jié)省運(yùn)行編譯程序時運(yùn).行所需的時間。五個主要改進(jìn)思路是:(1)統(tǒng)計(jì)高級語言源程序的語句使用頻度，增設(shè)與高頻語句的語義差別小的新指令。(2)面向編譯，優(yōu)化代碼生成，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的規(guī)整性和對稱性來改進(jìn)指令。(3)讓指令改進(jìn)后，使它與各種高級語言之間的語義差都有同等程度的縮小。(4)設(shè)計(jì)有分別面向多種高級語言優(yōu)化實(shí)現(xiàn)的多種指令系統(tǒng)，并讓她們能動態(tài)地切換，發(fā)展自適應(yīng)系統(tǒng)。（5)發(fā)展高級語言計(jì)算機(jī)。18、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(shí)現(xiàn)難易程度上不一樣。19、為什么將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)看成是多級機(jī)器構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)？能夠調(diào)整軟、硬件比例；能夠用真正的實(shí)處理機(jī)代替虛擬機(jī)器；能夠在1臺宿主機(jī)上仿真另一臺。20、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(jī)器的一串語句仿真高級機(jī)器的一條語句。聯(lián)系：都是高級機(jī)器程序在低級機(jī)器上執(zhí)行的必須步驟。21、就當(dāng)前的通用機(jī)來說計(jì)算機(jī)系統(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(hù)方式和機(jī)構(gòu)。22、試以實(shí)例簡要說明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)組成,與計(jì)算機(jī)實(shí)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(jī)中不同型號的機(jī)器結(jié)構(gòu)相同，但高檔機(jī)往往采用重疊流水等技術(shù)。組成相同，實(shí)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(jìn)步會促進(jìn)結(jié)構(gòu)的進(jìn)步，如微程序控制。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)。組成與實(shí)現(xiàn)的權(quán)衡取決于性價比等；結(jié)構(gòu)、組成、實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容不同時期會不同。23、簡述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用軟件實(shí)現(xiàn)和用硬件實(shí)現(xiàn)各自優(yōu)缺點(diǎn)硬件優(yōu)點(diǎn)：速度快，節(jié)省存儲時間；缺點(diǎn)：成本高，利用率低，降低靈活性、適用性。軟件優(yōu)點(diǎn)：成本低，提高靈活性、適用性；缺點(diǎn)：速度慢，增加存儲時間、軟件設(shè)計(jì)費(fèi)。24試述由上往下設(shè)計(jì)思路,由下往上設(shè)計(jì)思路和她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(shí)現(xiàn)。適用于專業(yè)機(jī)由下往上：根據(jù)已有器件，逐級往上。六七十年代通用機(jī)設(shè)計(jì)思路。以上方法存在的問題是軟、硬件脫節(jié)。25、試述由中間開始的設(shè)計(jì)思路及其優(yōu)點(diǎn)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(jì)。優(yōu)點(diǎn)：并行設(shè)計(jì)，縮短周期。26問什么要進(jìn)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：成熟軟件不能放棄；已有軟件修改困難；重新設(shè)計(jì)軟件經(jīng)濟(jì)上不劃算。27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：當(dāng)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(jī)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(jī)器間搞系列機(jī)。28簡述采用系列機(jī)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(jì)軟件和不同檔次的系列機(jī)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(jì)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：軟件兼容有時會阻礙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。策略：堅(jiān)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。29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(jī)器語言解釋另一指令系統(tǒng)適用場合:運(yùn)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(yùn)行速度下降，實(shí)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(yùn)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(jī)連網(wǎng)。30模擬與仿真區(qū)別是什么？模擬：機(jī)器語言解釋，在主存中；仿真：微程序解釋，在控制存儲器中。31器件的發(fā)展如何改變邏輯設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法？一是由邏輯化簡轉(zhuǎn)為采用組成技術(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(jì)轉(zhuǎn)為微匯編、微高級語言、CAD等軟硬結(jié)合和自動設(shè)計(jì)。32為什么說器件的發(fā)展是推動結(jié)構(gòu)和組成前進(jìn)的關(guān)鍵因素？器件集成度提高，促使機(jī)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(shí)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(jī)上33除了分布處理,MPP和機(jī)群系統(tǒng)以外,并行處理計(jì)算機(jī)按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為那幾種不同的結(jié)構(gòu)？例舉她們要解決的主要問題流水線處理機(jī)：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(jī)：空間上并行。處理單元靈活，規(guī)律的互連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)在存儲器中的分布算法。多處理機(jī)：時間和空間上的異步并行。多CPU間互連，進(jìn)程間的同步和通訊，多CPU間調(diào)度。數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)：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。34簡單說明多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和多處理機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別都屬于多機(jī)系統(tǒng)，區(qū)別：多處理機(jī)是多臺處理機(jī)組成的單機(jī)系統(tǒng)，多計(jì)算機(jī)是多臺獨(dú)立的計(jì)算機(jī)。多處理機(jī)中各處理機(jī)邏輯上受統(tǒng)一的OS控制，多計(jì)算機(jī)的OS邏輯上獨(dú)立。多處理機(jī)間以單一數(shù)據(jù)、向量、數(shù)組、文件交互作用，多計(jì)算機(jī)經(jīng)通道或通信線路以數(shù)據(jù)流形式進(jìn)行。多處理機(jī)作業(yè)、任務(wù)、指令、數(shù)據(jù)各級并行，多計(jì)算機(jī)多個作業(yè)并行。35簡述幾種耦合度的特征最低：無物理連接，如脫機(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、任務(wù)、作業(yè)級并行。36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(jī)：只能在結(jié)構(gòu)相同或相近的機(jī)器間移植模擬：機(jī)器語言差別大時，速度慢仿真：靈活性和效率差，機(jī)器差異大時仿真困難。37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(jì)算機(jī)。位并字串：一個字的所有位并行，如簡單并行的單處理機(jī)。位片串字并：多個字的同一位并行，如相連處理機(jī)。全并行：同時處理多個字的多個位，如全并行陣列機(jī)。38設(shè)計(jì)乘法指令時，結(jié)構(gòu)、組成、實(shí)現(xiàn)各考慮什么？結(jié)構(gòu)：是否設(shè)計(jì)乘法組成：是否配置高速乘法器實(shí)現(xiàn)：考慮器件集成度類型數(shù)量及微組裝技術(shù)。39.有一個計(jì)算機(jī)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(qiáng)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(jì)算量?，F(xiàn)若需第i級的N條指令解釋第i+1級的一條指令，而有一段第1級的程序需要運(yùn)行Ks，問在第2、3和4級上一段等效程序各需要運(yùn)行多長時間？答：第2級上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*Ks。第3級上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*(N/M)*Ks。第4級上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。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(jì)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，我們就能夠用N/M來表示N/M表示第i+1級需(N/M)條指令來完成第i級的計(jì)算量。因此，當(dāng)有一段第1級的程序需要運(yùn)行Ks時，在第2級就需要(N/M)Ks，以此類推40.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?？墒菍?shí)現(xiàn)的性能價格比，實(shí)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。41.試以實(shí)例說明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)之間的相互關(guān)系與影響。答計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)互不相同，但又相互影響（1）計(jì)算機(jī)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(jī)器。從匯編語言、機(jī)器語言程序設(shè)計(jì)者看到的概念性結(jié)構(gòu)相同，均是由中央處理機(jī)/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(jī)都有相同的機(jī)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(jī)上采用順序進(jìn)行，在高檔機(jī)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(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)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(yùn)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(dú)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。經(jīng)過改變控制存儲器中的微程序，就可改變系統(tǒng)的機(jī)器指令，改變結(jié)構(gòu)。如果沒有組成技術(shù)的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)的進(jìn)展是不可能的。綜上所述，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須結(jié)合應(yīng)用考慮，為軟件和算法的實(shí)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(shí)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(jī)上用簡單便宜的組成實(shí)現(xiàn)，又能在高檔機(jī)上用復(fù)雜較貴的組成實(shí)現(xiàn)，這樣，結(jié)構(gòu)才有生命力；組成設(shè)計(jì)上面決定于結(jié)構(gòu)，下面受限于實(shí)現(xiàn)技術(shù)。然而，它可與實(shí)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(shí)現(xiàn)技術(shù)，也可用復(fù)雜的組成但卻是一般速度的實(shí)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(jì)復(fù)雜化和更多地采用專用芯片。組成和實(shí)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(shí)現(xiàn)所包含的具體內(nèi)容隨不同時期及不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會有差異。軟件的硬化和硬件的軟件都反映了這一事實(shí)。VLSI的發(fā)展更使結(jié)構(gòu)組成和實(shí)現(xiàn)融為一體，難以分開。42.什么是透明性概念？對計(jì)算機(jī)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??；浮點(diǎn)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(jī)方式；數(shù)據(jù)總線寬度；字符行運(yùn)算指令；陣列運(yùn)算部件；通道是采用結(jié)合型還是獨(dú)立型；PDP-11系列的單總線結(jié)構(gòu)；訪問方式保護(hù)；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??；數(shù)據(jù)總線寬度；陣列運(yùn)算部件；通道是采用結(jié)合型還是獨(dú)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(diǎn)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(jī)方式；字符行運(yùn)算指令；訪問方式保護(hù)；程序性中斷；；堆棧指令；存儲器最小編址單位。43.從機(jī)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(jìn)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(jìn)先出鏈、移位器、主存地址寄存器。44.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(jī)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(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度；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(jī)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。系列機(jī)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(jì)算機(jī)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。45.想在系列機(jī)中發(fā)展一種新型號機(jī)器，你認(rèn)為下列哪些設(shè)想是能夠考慮的，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）為增強(qiáng)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(jì)算誤差較大，將機(jī)器中浮點(diǎn)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(kuò)展操作碼；將源操作數(shù)尋址方式由操作碼指明改成如VAX-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(kuò)展成32位，以加快主機(jī)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號通用寄存器改作堆棧指示器。能夠考慮的有：1,3,4,6,7。不能夠考慮的有：2,5,8。原則是看改進(jìn)后能否保持軟件的可移植性。46.并行處理計(jì)算機(jī)除分布處理、MPP和機(jī)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(jī)群系統(tǒng)外，并行處理計(jì)算機(jī)按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為流水線計(jì)算機(jī)，陣列處理機(jī)，多處理機(jī)和數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)四種不同的結(jié)構(gòu)。流水線計(jì)算機(jī)主要經(jīng)過時間重疊，讓多個部件在時間上交劃重疊地并行招待運(yùn)算和處理，以實(shí)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(jī)主要經(jīng)過資源重復(fù)實(shí)現(xiàn)空間上的并行。它主要應(yīng)解決：處理單元靈活、規(guī)律的互連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)在存儲器中的分布算法等問題。多處理機(jī)主要經(jīng)過資源共享，讓一組計(jì)算機(jī)在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)全盤控制下，實(shí)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(jī)間互連等硬件結(jié)構(gòu)，進(jìn)程間的同上步和通訊，多處理機(jī)調(diào)度等問題。數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)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。47.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)是什么？答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)是1TFLOPS計(jì)算能力，1TBYTE主存容量和1TBYTES的I/O帶寬48.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機(jī)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)要經(jīng)過軟件映象變換成機(jī)器所具有的各種數(shù)據(jù)表示實(shí)現(xiàn)，因此數(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(shí)現(xiàn)提供不同的支持，表現(xiàn)在實(shí)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(shí)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。49.標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(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(shí)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，能夠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(shí)現(xiàn)。而在有向量、數(shù)組數(shù)據(jù)表示的向量處理機(jī)上，硬件上設(shè)置有豐富的賂量或陣列運(yùn)算指令，配有流水或陣列方式處理的高速運(yùn)算器，不但能快速形成向量、數(shù)組的元素地址，更重要的是便于實(shí)現(xiàn)把向量各元素成塊預(yù)取到中央處理機(jī)，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(yùn)算并行。這些比起用與向量、陣列無關(guān)的機(jī)器語言和數(shù)據(jù)表示串行實(shí)現(xiàn)要高效的多。50.堆棧型機(jī)器與通用寄存器型機(jī)器的主要區(qū)別是什么？堆棧型機(jī)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(jī)器對堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)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)堆棧一般只用于保存于程序調(diào)用時的返回地址，少量用堆棧實(shí)現(xiàn)程序間的參數(shù)傳遞。而堆棧型機(jī)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(jìn)行各種運(yùn)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(jī)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。54.變址尋址和基址尋址各適用于何種場合？設(shè)計(jì)一種只用6位地址碼就可指向一個大地址空間中任意64個地址之一的尋址機(jī)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(shí)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(yùn)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位地址碼就能夠指向這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。55.經(jīng)統(tǒng)計(jì)，某機(jī)器14條指令的使用頻度分別為：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(kuò)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(kuò)展操作碼的平均碼長=3.4位。56.若某機(jī)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(kuò)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：①不能用擴(kuò)展碼為其編碼?！咧噶钭珠L12位，每個地址碼占3位∴三地址指令最多是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(kuò)展碼，∴單地址指令最多為4×2^3×2^3=2^8=256條，現(xiàn)要求單地址指令255條，∴可有一條編碼作擴(kuò)展碼∴零地址指令最多為1×2^3＝8條不滿足題目要求∴不可能以擴(kuò)展碼為其編碼。②若單地址指令254條，能夠用擴(kuò)展碼為其編碼。∵依據(jù)①中推導(dǎo)，單地址指令中可用2條編碼作為擴(kuò)展碼∴零地址指令為2×2^3＝16條，滿足題目要求三地址指令格式：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位因此前面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（也就是總共能夠有9位作為單地址指令的指令操作碼的編碼）。減去3地址指令的4條，有4*2^6=256條，但由于韙目要求要有255條，因此剩下一個編碼，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*2^3=8(這是12位編碼中最后三位的）若只要求254種，則能夠有（256-254）*2^3=16條57.某機(jī)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。問單地址指令最多能夠有多少條?答：單地址指令最多為(16-X)×2^6P.S.雙地址指令最多是2^(16-6-6)=2^4=16條，現(xiàn)雙地址指令有X條,∴可有(16-X)條編碼作為擴(kuò)展碼，∴單地址指令最多為(16-X)×2^6=256條58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。①操作碼的優(yōu)化采用Huffman編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。②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。59.某模型機(jī)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(jī))1%要求有兩種指令字長，都按雙操作數(shù)指令格式編排，采用擴(kuò)展操作碼，并限制只能有兩種操作碼碼長。設(shè)該機(jī)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(jì)出全Huffman操作碼，計(jì)算其平均碼長;(2)考慮題目全部要求，設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)用的操作形式，并計(jì)算其操作碼的平均碼長;(3)該機(jī)允許使用多少可編址的通用寄存器？(4)畫出該機(jī)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)？60.設(shè)計(jì)RISC機(jī)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)減少尋址方式種類，一般不超過兩種；(3)讓所有指令在一個機(jī)器周期內(nèi)完成(4)擴(kuò)大通用寄存器個數(shù)，一般不少于32個，盡量減少訪存次數(shù)；(5)大多數(shù)指令用硬聯(lián)實(shí)現(xiàn)，少數(shù)用微程序?qū)崿F(xiàn)；(6)優(yōu)化編譯程序，簡單有效地支持高級語言實(shí)現(xiàn)?；炯夹g(shù)：(1)按RISC一般原則設(shè)計(jì)，即確定指令系統(tǒng)時，選最常見基本指令，附以少數(shù)對操作系統(tǒng)等支持最有用的指令，使指令精簡。編碼規(guī)整，尋址方式種類減少到1、2種。(2)邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。即大多數(shù)簡單指令用硬聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)，功能復(fù)雜的指令用微程序?qū)崿F(xiàn)。(3)用重疊寄存器窗口。即：為了減少訪存，減化尋址方式和指令格式，簡單有效地支持高級語言中的過程調(diào)用，在RISC機(jī)器中設(shè)有大量寄存囂，井讓各過程的寄存器窗口部分重疊。(4)用流水和延遲轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)指令，即可讓本條指令執(zhí)行與下條指令預(yù)取在時間上重疊。另外，將轉(zhuǎn)移指令與其前面的一條指令對換位置，讓成功轉(zhuǎn)移總是在緊跟的指令執(zhí)行之后發(fā)生，使預(yù)取指令不作廢，節(jié)省一個機(jī)器周期(5)優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。即盡力優(yōu)化寄存器分配，減少訪存次數(shù)。不但要利用常規(guī)手段優(yōu)化編譯，還可調(diào)整指令執(zhí)行順序，以盡量減少機(jī)器周期等。61.簡要比較CISC機(jī)器和RISC機(jī)器各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它們分別存在哪些不足和問題?為什么說今后的發(fā)展應(yīng)是CISC和RISC的結(jié)合?答：CISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)龐大復(fù)雜。RISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)簡單，規(guī)模小，復(fù)雜度低。CISC的問題：1)指令系統(tǒng)龐大，一般200條以上(2)指令操作繁雜，執(zhí)行速度很低；(3)難以優(yōu)化生成高效機(jī)器語言程序，編譯也太長，太復(fù)雜；4)由于指令系統(tǒng)龐大，指令的使用頻度不高，降低系統(tǒng)性能價格比，增加設(shè)計(jì)人員負(fù)擔(dān)。RISC的問題；(1)由于指令少，在原CISC上一條指令完成的功能現(xiàn)在需多條RISC指令才能完成，加重匯編語言程序設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，增加了機(jī)器語言程序長度，加大指令信息流量。(2)對浮點(diǎn)運(yùn)算和虛擬存儲支持不很強(qiáng)。(3)RISC編譯程序比CISC難寫。由于RISC和CISC各有優(yōu)缺點(diǎn),在設(shè)計(jì)時，應(yīng)向著兩者結(jié)合，取長補(bǔ)短方向發(fā)展。第3章總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng)1.輸人輸出系統(tǒng)有幾種基本方式?答:輸入輸出系統(tǒng)有三種基本方式。它們分別是:（1）由CPU直接執(zhí)行I/O程序的程序控制輸入輸出方式(其中又有全軟件方式的、查詢方式的和中斷驅(qū)動方式的三種）；(2)全部由“DMA控制器”硬件執(zhí)行的直接存儲器訪問(DMA)方式;(3)由專門設(shè)計(jì)的I/O處理機(jī)來執(zhí)行I/O程序，2.簡述專用總線的定義、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。答:只連接一時物理部件或只用于一種功能的總線稱專用總線。專用總線的優(yōu)點(diǎn)是:（1)多個部件可同時收發(fā)信息，不會爭用總線，系統(tǒng)流量高;（2)通訊時不用指明“源”和“目的”，控制簡單;（3）總線失效不會使系統(tǒng)癱疾，可靠性高。專用總線的缺點(diǎn)是:(1)總線的線數(shù)多，成本高;（2)總線的時間利用率低;(3)不利于系統(tǒng)的模塊化，可擴(kuò)充性差。3.簡述非專用總線的定義、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。答:能夠被多種功能或多個部件分時共享的總線稱非專用總線。非專用總線的優(yōu)點(diǎn)是:（1)總線線數(shù)少;(2)成本低;(3)總線接口標(biāo)準(zhǔn)，模塊性好;(4)可擴(kuò)充性好;(5)易于用多重總線來提高總線的帶寬和可幸性非專用總線的缺點(diǎn)是:(1)系統(tǒng)流量小.常會因總線爭用而降低系統(tǒng)效率;(2)總線失效，易使系統(tǒng)癱瘓，可靠性差4.總線控制方式有哪二種?各需要增加幾根用于總線控制的控制線?總線控側(cè)優(yōu)先級可否用程序改變?答:總線控制方式有串行鏈接、定時查詢和獨(dú)立請求三種。串行健接禽增加3根控制線，優(yōu)先級連線固定，無靈活性，總線技創(chuàng)優(yōu)先級不能用程序改變。定時查詢索增加2+[log2N],根控制線.優(yōu)先級可用程序改變靈活。獨(dú)立請求常增加2N+1根控制線，優(yōu)先級可用程序改史，靈活.5.對中斷進(jìn)行分類的根據(jù)是什么?這樣分類的目的是什么?IBM370機(jī)把中斷分為哪幾類?-答:中斷分類是把中斷源按性質(zhì)相近、中斷處理過程類似的歸為同一類。分類的的是為了減少中斷處理程序的入口，每一類給一個中斷服務(wù)程序總?cè)肟?，能夠減少中斷暇務(wù)程序入口地址形成的硬件數(shù)量。IBM370計(jì)算機(jī)將中斷類分為機(jī)器校驗(yàn)、訪管、程序性、外部、精入/翰出、重新啟動六類。6.為什么要對中斷類分成優(yōu)先級?如何分級?IHM}7O的中斷響應(yīng)優(yōu)先序是什么?答:各中斷源是相互獨(dú)立而隨機(jī)地發(fā)出中斷請求當(dāng)多個中斷源同時發(fā)出中斷請求時，CPU只能先響應(yīng)和處理其中相對優(yōu)先級高的中斷請求，因此需要對中斷源的響應(yīng)和處理安排一個優(yōu)先序。中斷分成類后，同一類內(nèi)部各中斷請求的優(yōu)先序一般由軟件或通道來管理。這里，主要是對不同類的中斷就要根據(jù)中斷的性質(zhì)、緊迫性、重要性及軟件處理的方便性分成若干優(yōu)先級，以使cpu能夠有序時這些中斷請求進(jìn)行響應(yīng)和處理。IBM370系統(tǒng)的中斷響應(yīng)優(yōu)先序由高到低依次為:緊急的機(jī)器校臉、管理程序調(diào)用和程序性、可抑制的機(jī)器校臉、外部、輸入輸出、重新啟動。7.在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，.扣斷系統(tǒng)的軟硬件功能慫怎樣分配的?為什么要這樣分配?答:中斷響應(yīng)的速度、要求快.因此一般用硬件實(shí)現(xiàn)。中斷的處理過程比較多樣化，有的可能比較復(fù)雜.因此一般用軟件來實(shí)現(xiàn)。但能夠增加某些硬件支持。在中斷響應(yīng)過程中.中斷現(xiàn)場的保存和恢復(fù)用硬件實(shí)現(xiàn)(只保存最重要、最基本通用的硬件狀態(tài)).以保證有較快的中斷響應(yīng)速度。另一部分現(xiàn)場，需要根據(jù)中斷處理要求保存的內(nèi)容及中斷的具體處理等軟件實(shí)現(xiàn)，以提高靈活性8.通道分為哪三種類型?各適合連接什么類型的設(shè)備?滿負(fù)荷時，設(shè)備對通道要求的實(shí)際流量與所連的設(shè)備有什么關(guān)系?答:通道分字節(jié)多路、數(shù)組多路、選擇三類通道。字節(jié)多路通道適合于連接大量低速的字符設(shè)備。滿負(fù)荷時，設(shè)備對通道要求的實(shí)際流童應(yīng)是所連各設(shè)備的流量之和。數(shù)組多路通道適合于連接高速的設(shè)備，滿負(fù)荷時，設(shè)備對通道要求的實(shí)際流量應(yīng)是所連各設(shè)備中。流量最大的那個。選擇通道適合于連接中、高速的高優(yōu)先級的設(shè)備。滿負(fù)荷時，設(shè)備對通道要求的實(shí)際流量應(yīng)是所連各設(shè)備中，流量最大的那個。9.列舉通道處理機(jī)宏觀和微觀上不丟失所接各設(shè)備接收或發(fā)送的信息應(yīng)滿足的基本條件和采取的補(bǔ)充措施。答:宏觀上不丟失設(shè)備信息的基本條件應(yīng)當(dāng)讓通道所設(shè)計(jì)的極限流量應(yīng)大于等于設(shè)備時通道要求的最大流量。為使微觀上也不丟失設(shè)備的信息，還應(yīng)在設(shè)備或設(shè)備控制器中設(shè)置一定容量的緩沖器以緩沖一時來不及處理的信息，或是采用可動態(tài)提高低速設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級的措施來解決。10．簡要舉出集中式串行鏈接，定時查詢和獨(dú)立請求3種總線控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。同時分析硬件產(chǎn)生故障時通訊的可靠性。答：集中式串行鏈連接方式。其過程為：①所有部件都經(jīng)公共的“總線請求”線向總線控制器發(fā)使用總線申請.②當(dāng)“總線忙”信號未建立時，“總線請求”才被總線控制器響應(yīng)，送出“總線可用”信號，它串行地經(jīng)過每個部件。③如果某部件未發(fā)過“總線請求”，則它將“總線可用”信號往下一部件轉(zhuǎn)，如果某部件發(fā)過“總線請求”，則停止“總線可用”信號的傳送。④該部件建立“總線忙”，并除去“總線請求”，此時該部件獲得總線使用權(quán)，準(zhǔn)備傳送數(shù)據(jù)。⑤數(shù)據(jù)傳送期間，“總線忙”維持“總線可用”的建立。⑥傳送完成后，該部件去除“總線忙”信號和“總線可用”信號。⑦當(dāng)“總線請求”再次建立時，就開始新的總線分配過程。優(yōu)點(diǎn)：①選擇算法簡單；②控制總線數(shù)少；③可擴(kuò)充性好；④可靠性高。缺點(diǎn)：①對“總線可用”線及其有關(guān)電路失效敏感，②不靈活；③總線中信號傳送速度慢。集中式定時查詢方式，過程：①總線上每個部件經(jīng)過“總線請求”發(fā)請求。②若“總線忙”信號未建立，則計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，定時查詢個部件，以確定是誰發(fā)的請求。③當(dāng)查詢線上的計(jì)數(shù)值與發(fā)出請求的部件號一致時，該部件建立“總線忙”，計(jì)數(shù)停止，查詢也停止。除去“總線請求”，該部件獲得總線使用權(quán)。④“總線忙”維持到數(shù)據(jù)傳送完畢。⑤數(shù)據(jù)傳送完，去除“總線忙”。⑥當(dāng)“總線請求”線上有新的請求，就開始下一個總線分配過程。優(yōu)點(diǎn)：①優(yōu)先次序靈活性強(qiáng)；②可靠性高。缺點(diǎn)：①控制線數(shù)較多；②擴(kuò)展性較差；③控制較為復(fù)雜；④總線分配受限于計(jì)數(shù)信號，不能很高。集中式獨(dú)立請求方式，過程：①每個部件有一對“總線請求”和“總線準(zhǔn)許”線。②每個部件使用“總線請求”發(fā)中請，當(dāng)“總線已分配”無信號時，總線控制器根據(jù)某種算法對同時送來的多個請求進(jìn)行仲裁，以確定哪個部件使用總線，信號從“總線準(zhǔn)許”送回該部件，去除該部件的“總線請求”，建立總線已分配”。③獲得總線使用權(quán)的部件傳送數(shù)據(jù)，直至完畢。④數(shù)據(jù)傳送完畢后，除去總線已分配”和“總線準(zhǔn)許”，開始新的總線分配。優(yōu)點(diǎn)：①總線分配速度快；②靈活；③能方便隔離失效部件的請求。缺點(diǎn)：①控制線數(shù)多；②復(fù)雜。11.設(shè)中斷級屏蔽位“1”對應(yīng)于開放，“0”對應(yīng)于屏蔽，各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位設(shè)置如下：（見課本）(1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?→2→3→答：(1)1—3—4—2中斷處理程序(2)如果所有的中斷處理都各需3個單位時間，中斷響應(yīng)和中斷返回時間相對中斷處理時間少得多。當(dāng)機(jī)器正在運(yùn)行用戶程序時，同時發(fā)生第2，3級中斷請求，過兩個單位時間，又同時發(fā)生第1，4級中斷請求，試畫出程序運(yùn)行過程示意圖。12.若機(jī)器共有5級中斷,中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?→2→3→4→5,現(xiàn)要求其實(shí)際的中斷處理次求序1→4→5→2→3。(1)設(shè)計(jì)各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位(令“1”對應(yīng)于開放，“0”答：1）五個級別的中斷屏蔽位分別為（1開放；0屏蔽）：1：000002：100113：110114：100005：100102）中斷過程示意圖：如圖a.2、4中斷同時出現(xiàn)，進(jìn)行排隊(duì)器；b.按中斷響應(yīng)優(yōu)先次序，2響應(yīng)；c.此時屏蔽字為10011，因此；d.響應(yīng)4，中斷4運(yùn)行結(jié)束，回2；e.1、3、5進(jìn)入排隊(duì)器，此時屏蔽字為10011，且1優(yōu)先級最高，因此；f.響應(yīng)1，1運(yùn)行結(jié)束，回2，根據(jù)屏蔽字，因此；g.5響應(yīng)，5運(yùn)行結(jié)束，回2；h.根據(jù)屏蔽字，不響應(yīng)3，因此2運(yùn)行結(jié)束；回用戶程序；i.3還在排隊(duì)器，響應(yīng)3，運(yùn)行直到結(jié)束，回用戶程序13．簡述字節(jié)多路，數(shù)組多路和選擇通道的數(shù)據(jù)傳送方式。答：字節(jié)多路通道適用于連接大量的字符類低速設(shè)備。它以字節(jié)交叉方式輪流為多臺設(shè)備服務(wù)，它可有多個子通道，它們分時進(jìn)入通道。數(shù)組多路通道適合于連接多臺高速設(shè)備，每傳送一個定長塊就選擇一次設(shè)備，多臺設(shè)備以成組交叉方式工作。它可有多個子通道。它們分時進(jìn)入通道。選擇通道方式適合于優(yōu)先級高的高速設(shè)備，讓它獨(dú)占通道，數(shù)據(jù)傳送以不定長方式進(jìn)行，在數(shù)據(jù)傳送期只選擇一次設(shè)備。14.如果通道在數(shù)據(jù)傳送期中，選擇設(shè)備需9.8μs，傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)需0.2μs。某低速設(shè)備每隔500μs發(fā)出一個字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請求，問至多可接幾臺這種低速設(shè)備?對于如下A～F6種高速設(shè)備，一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個字節(jié)，問哪些設(shè)備能夠掛在此通道上?哪些則不能?其中A—F設(shè)備每發(fā)出一個字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請求的時間間隔分別為(單位為μs)：設(shè)備ABCDEF發(fā)申請間隔0.20.250.50.190.40.21P74自考通答：(1)∵選擇設(shè)備需9.8μs，傳送一個字節(jié)需0.2μs∴該通道完成一個字節(jié)的傳送需9.8+0.2＝1μs∵某低速設(shè)備每隔500μs發(fā)出一字節(jié)數(shù)據(jù)請求，為使數(shù)據(jù)不丟失，該通道可連設(shè)備數(shù)至多為500μs/1μs＝500臺。(2)對于高速設(shè)備，由于一次傳送字節(jié)數(shù)不少于1024byte∴該通道一次傳送數(shù)據(jù)的時間為9.8μs+1024×0.2μs＝214.6μs由表中可得出每臺設(shè)備發(fā)送1024字節(jié)的時間間隔分別為ABCDEF單位μs204.8256512194.56409.6215.04∴為使數(shù)據(jù)不丟失，B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能。15.某字節(jié)多路通道連接6臺外設(shè)，某數(shù)據(jù)傳送速率分別如表中所列。設(shè)備123456P74自考通傳送速率（KB/s）5015100254020(1)計(jì)算所有設(shè)備都工作時的通道實(shí)際最大流量：答：實(shí)際最大流量＝50+15+l00+25+40+20＝250KB/S。(2)如果設(shè)計(jì)的通道工作周期使通道極限流量恰好與通道最大流量相等，以滿足流量設(shè)計(jì)的基本要求，同時讓速率越高的設(shè)備被響應(yīng)的優(yōu)先級越高。當(dāng)6臺設(shè)備同時發(fā)出請求開始，畫出此通道在數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)響應(yīng)和處理各外設(shè)請求的時間示意圖。由此你發(fā)現(xiàn)了什么問題?答：由表可解各設(shè)備連續(xù)發(fā)送兩個字節(jié)的時間間隔分別為：12345620μs67μs10μs40μs25μs50μsKB=1024B,s=10^6μs,設(shè)備1的時間間隔為10^6/(50*1024)≈20μs，其它如同1。為簡化計(jì)算，可視1024為1000;由此發(fā)現(xiàn)由于高速設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級高，使低速設(shè)備6和設(shè)備2造成數(shù)據(jù)丟失。(3)在(2)的基礎(chǔ)上，在哪臺設(shè)備內(nèi)設(shè)置多少個字節(jié)的緩沖器就能夠避免設(shè)備信息丟失?那么，這是否說書中關(guān)于流量設(shè)計(jì)的基本要求是沒有必要的了呢?為什么?答：在設(shè)備6和2中各設(shè)兩個字節(jié)的緩沖區(qū)即可。這并不說明流量設(shè)計(jì)的基本條件是不必要的，因?yàn)槿艋緱l件不滿足，無論設(shè)備優(yōu)先級如何確定總有設(shè)備的信息會丟失。16.通道型I/O系統(tǒng)由一個字節(jié)多路通道A(其中包括兩個子通道Al和A2)，兩個數(shù)組多路通道B1和B2及一個選擇通道C構(gòu)成，各通道所接設(shè)備和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率如表所示。P76自考通(1)分別求出各通道應(yīng)具有多大設(shè)計(jì)流量才不會丟失信息；答：子通道Al的最大實(shí)際流量＝50+35+20+20+50+35+20+20＝250KB/S＝O.25MB/S∴子通道A1至少應(yīng)有0.25MB/S的流量才不丟失信息。同理子通道A2的流量必須≥0.25MB/S子通道B1的實(shí)際最大流量＝0.5MB/S∴B1流量至少為0.5MB/S。同理子通道B2流量至少設(shè)計(jì)成0.5MB/S。選擇通道C的流量至少設(shè)計(jì)成0.5MB/S。(2)設(shè)I/O系統(tǒng)流量占主存流量的1/2時才算流量平衡，則主存流量應(yīng)達(dá)到多少?答：此I/O系統(tǒng)的流量應(yīng)為各子通道流量之和。即為0.25+O.25+0.5+0.5+0.5＝2MB/S依題意I/O系統(tǒng)流量占主存流量的1/2才算流量平衡。因此主存流量應(yīng)達(dá)到4MB/S。第四章存儲體系1.主存實(shí)際頻寬一與模數(shù)m的關(guān)系是什么?出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么?(P84)答:并行主存系統(tǒng)的實(shí)際頻寬隨模數(shù)m的增加會提高，但不是線性增加，隨模數(shù)m增大，其實(shí)際頻寬的增量越來越小。這是因?yàn)槌绦蛑械闹噶詈蛿?shù)據(jù)并不是完全順序放里和被訪問的。程序會有轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)分布有一定的隨機(jī)性。2.CPU寫Cache時，會發(fā)生Cache與主存的對應(yīng)內(nèi)容不一致的現(xiàn)象，簡述解決這個問題的兩種方法及各需要增加什么開銷。(P118)答:(I)回寫法:CPU只寫入Cache，不寫入主存，僅當(dāng)Cache塊替換時，才先寫回主存后再勢換。這種方法要求對每個Cache塊增加一個修改位的資源開銷。(2>寫直達(dá)法:CPU每次寫Cache的同時，也經(jīng)過直接通路寫入主存。這種方法要增加寫主存的時間開悄。3.如何評價一個替換算法的好壞?答:要想評價一個替換算法的好壞，一般可使用典型程序運(yùn)行時所產(chǎn)生的百地址流來對該算法進(jìn)行模擬其頁面的替換過程，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)出的頁面命中率的高低來分析.頁面命中平的高低與所用的頁面替換算法、頁地址流、所分配到的實(shí)頁數(shù)、頁面的大小等多種因素有關(guān)。4.什么是Cache?它是如何組織的?答:如果把程序在一段時間內(nèi)集中訪問的部分?jǐn)?shù)據(jù)存放在高速的存儲器中，訪問存儲器的平均時間就能夠大大減少，從而減少程序的執(zhí)行時間，這種高速、小容量的存儲器就是Cache,Cache放在CPU與主存的中間，訪問時間一般是主存的1/4到1/10。在層次化的存儲器系統(tǒng)中，它是速度最快的存儲器。Cache的基本思想是把程序執(zhí)行時最頻繁訪問的指令和數(shù)據(jù)存放在速度較高的Cache存儲中，使得訪存的平均時間接近于Cache的訪問時間，而存儲的容量則是主存的容量。Cache存儲器的容量盡管很小，可是由于訪存的局部性規(guī)律，絕大部分對存儲器的訪問數(shù)據(jù)都能夠在Cache中發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上不需要到主存中尋找，因此訪存的平均時間能夠接近于Cache的訪問時間。5.什么是虛擬存儲器?它有什么特點(diǎn)和作用?答:虛擬存儲器是以主存與輔存為根據(jù)建立起來的一種存儲體系，它使得程序能夠像訪問主存儲器一樣訪問外部存儲器。虛擬存儲器的地址空間能夠大到CPU的最大尋址范圍。為了提高平均訪存速度，將應(yīng)擬地址空間中訪問最頻繁的一小部分尋址范圍映像到主存儲器，其余的地址空間映像到外存儲器，這樣使得存儲系統(tǒng)既具有外存的容量，又有接近于主存的訪問速度。6.在有Cache的存儲系統(tǒng)中，訪存操作是如何進(jìn)行的?答:有了Cache之后，訪存操作的過程是:當(dāng)CPU要進(jìn)行存儲器訪問時，首先察看Cach存儲器，如果訪問的字在Cache中找到，就從Cache中讀取，如果訪問的字在Cache中沒有豐到，就從主存中訪問，而且為了使得以后訪問同一個字或者相鄰的字時能夠在Cache中找到需要把存儲器中包含這個字的數(shù)據(jù)塊從主存儲器中讀出，放入Cache中。7.簡述IBMPC機(jī)的頁式存儲管理的特點(diǎn)。答:IBMPC機(jī)的頁式存儲管理特點(diǎn)是:(1)把虛擬存儲空間和實(shí)際存儲空間等分成固定大小的頁;(2)各虛擬頁可裝入主存中不同的實(shí)際頁面位置;(3)在任一時刻，每個虛擬地址都對應(yīng)一個實(shí)際地址;<4)這個實(shí)際地址可能在主存中，也可能在外存中。8.簡述段頁式存儲管理的地址變換過程。答:用戶邏輯地址被分成:用戶標(biāo)志、段號、頁號、頁內(nèi)偏移四部分。過程如下:(1)由用戶標(biāo)志找到段表基址寄存器;(2)由段表長與段號作是否越界檢查;(3)段表地址+段號找到段表中相應(yīng)表項(xiàng);(4)做裝入位，段長的檢查;(5)由頁表始址+頁號找到頁表中相應(yīng)表項(xiàng);(6)作裝入位等檢查;(7)實(shí)頁號+頁內(nèi)偏移形成有效地址。9.什么是存儲系統(tǒng)?什么是存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)?答:存儲系統(tǒng)是指各存儲器硬件以及管理這些存儲器的軟硬件。存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是指把各種不同存儲容量、不同訪問速度、不同成本的存儲器件按層次結(jié)構(gòu)構(gòu)成多層的存儲器，并經(jīng)過軟硬件的管理將其組成統(tǒng)一的整體，使所存儲的程序和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲器件中。系統(tǒng)。典型的存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)是Cache一主存一輸存構(gòu)成的存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)是指把各種不同存儲容量、不同訪問速度、不同成本的存儲器件按層次結(jié)構(gòu)構(gòu)成多層的存儲器。并經(jīng)過軟硬件的管理將其組成統(tǒng)一的整體，使所存儲的程序和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲器件中。典型的存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)是Cache一主存一輔存構(gòu)成的系統(tǒng)。10.簡要列舉段式虛存管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和問題。答:段式存儲管理的優(yōu)點(diǎn)是:支持了程序的模塊化設(shè)計(jì)和并行編程的要求，縮短了程序的編制時間;各個程序段的修改相互不會有影響;便于多道程序共享主存中某些段，從而可不必將她們在物理主存中重復(fù)存放;便于按邏輯意義實(shí)現(xiàn)存儲器的訪問方式保護(hù)。段式存儲管理的問題是:段映象表太大，其地址字段和段長字段都太長，查表進(jìn)行地址變換的速度太慢;對主存各區(qū)域的存儲管理十分麻煩;存儲器內(nèi)部的段間零頭浪費(fèi)大，有時難以利用。11.簡要列舉頁式虛存管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和問題。答:頁式存儲管理的優(yōu)點(diǎn)是:所用映象表的硬件量少;地址變換的速度快;主存頁內(nèi)零頭浪費(fèi)小;主存空間的分配和管理簡便。問題是:不支持模塊化程序設(shè)計(jì)和并行編程;程序修改不利;程序頁面不能被多個程序所共享;頁面是機(jī)械地分割;不能準(zhǔn)確按邏輯意義進(jìn)行訪問方式保護(hù)。12.在頁式虛擬存儲器中，什么叫頁面失效?什么叫頁面爭用?什么時候兩者同時發(fā)生?什么時候兩者不同時發(fā)生?答:要訪問的虛頁不在實(shí)際主存中時，就會發(fā)生頁面失效。當(dāng)頁面調(diào)入主存，主存中的頁面位置全部已被其它虛頁占用時，就會發(fā)生頁面爭用。當(dāng)分配給程序的內(nèi)存區(qū)已被全部占用之后，只要發(fā)生頁面失效，就一定會發(fā)生頁面爭用。反之，發(fā)生頁面失效，并不會發(fā)生頁面爭用。13.什么是堆棧型的替換算法(用式子描述)?答:能滿足下列兩個關(guān)系式的替換算法就是堆棧型的替換算法。即N<Lt時，Bt(n)Bt(n+1)N≥Lt時，B,(n)=Bt(n十1)其中，n為分配給程序的實(shí)頁數(shù)，Bt(n)為t時刻在n個實(shí)頁中的頁面集合L，為t時刻已處理過的不同虛頁的頁面數(shù)。14.簡述頁面失效頻率((PFF)替換算法的思想及優(yōu)點(diǎn)，該算法的依據(jù)是什么?答:頁面失效頻率(PFF)替換算法是對LRU替換算法的改進(jìn)。在程序的運(yùn)行過程中，操作系統(tǒng)不斷地根據(jù)所統(tǒng)計(jì)出的各道程序的頁面失效率來動態(tài)調(diào)節(jié)分配給各道程序的實(shí)頁數(shù)。給頁面失效率很低的程序適當(dāng)少分配一些實(shí)頁，給頁面失效率很高的程序適當(dāng)增加一些實(shí)頁優(yōu)點(diǎn)是在實(shí)存總頁數(shù)一定時，提高了整個虛擬存儲器系統(tǒng)的總的實(shí)頁命中率，也提高了主存空間的利用率。該算法依據(jù)于LRU替換算法是堆找型的算法。15.頁式虛擬存儲器的頁面是如何劃分的?這樣劃分使指令和數(shù)據(jù)會發(fā)生什么情況?頁面失效會在何時發(fā)生?如果將頁面失效當(dāng)做中斷來對待，會發(fā)生什么問題?列舉對此問題的幾個解決辦法。答:頁式虛擬存儲器的頁面是按固定大小，機(jī)械等分的。這樣劃分，使按字節(jié)編址的多字節(jié)數(shù)據(jù)和指令可能跨在兩個不同的頁面上。使頁面失效完全可能發(fā)生在取指令、指令分析或指令執(zhí)行的任何一個過程中。如果頁面失效仍按一般的中斷來對待，安排在本條指令執(zhí)行完，下條指令準(zhǔn)備取的時刻來響應(yīng)和調(diào)頁，那么，因?yàn)轫撁媸Р豢赡艿玫巾憫?yīng)，就會死機(jī)。因此，頁面失效不能按一般的中斷來對待，應(yīng)當(dāng)作為一種故障，予以立即響應(yīng)和處理。這樣，就需要配1大量的后援寄存器來保存故障點(diǎn)的全部現(xiàn)場，以便在完成調(diào)頁后，能恢復(fù)故峰點(diǎn)的全部現(xiàn)場，繼續(xù)運(yùn)行。另外，為了避免程序的頁面在主存中輪流被替換出去，應(yīng)設(shè)計(jì)出好的頁面替換算法，并給每道程序確定一個分配實(shí)存頁面的下限值;適當(dāng)增大頁面大小來減少指令或數(shù)據(jù)跨頁存放的概率。 16.分別說明Cache存儲器的按需取進(jìn)法、恒預(yù)取法、不命中時才預(yù)取法的定義。答:按需取進(jìn)法:當(dāng)訪存第i塊發(fā)生Cache塊失效時，才將要訪問的主存第i塊調(diào)入Gache.恒預(yù)取法:只要訪問到主存第i塊，不論Cache是否命中，恒預(yù)取主存第i十1塊進(jìn)Cache.不命中時才預(yù)取法:只當(dāng)在訪問主存第i塊不命中Cache時，才預(yù)取主存中的第i+1塊。17.發(fā)現(xiàn)組相聯(lián)、LRU替換的Cache存儲器的等效訪問速度不夠高，此時增大主存容量和增大Cache容量，會對Cache存儲器等效訪問速度有何影響，并分析其原因。答:Cache存儲器的等效訪問時間ta=Hc?tc+(1-Hc)tm。等效訪問速度不高，就是ta太長。要想偏短ta在Cache命中率Hc低時.就應(yīng)設(shè)法提高Hc；當(dāng)Hc很高時，就要減少tc。增大主存容圣，不會對Hc有顯著影響，可能會因tm梢徽增大，而使ta略有增大。如果Hc很高時，tm的增大，也不會使ta有明顯上升。由于LRU替換算法是堆棧形的算法，在增大Cache容量時，如果原Hc較低時，將會使Hc顯著上升而顯著縮短ta。知果原Hc已較高時，因Hc上升不明顯而使其ta不會有明顯縮短。18、設(shè)二級虛擬存儲器的TA1=10^(-7)s、TA2=10^(-2)s,為使存儲層次的訪問效率e達(dá)到最大值的80%以上，命中率H至少要求達(dá)到多少？實(shí)際上這樣高的命中率是很難達(dá)到的，那么從存儲層次上如何改進(jìn)？P100自考通解：∵e=1/[H+(1-H)r]且r=TA2/TA1∴H至少達(dá)到99.9%這樣的命中率很難達(dá)到，可在二級存儲器間加一層電子磁盤，降低r，從而降低對H的要求。19、程序存放在模32單字交叉存儲器中，設(shè)訪存申請隊(duì)的轉(zhuǎn)移概率λ為25%,求每個存儲周期能訪問到的平均字?jǐn)?shù)。當(dāng)模數(shù)為16呢？由此你可得到什么結(jié)論？解：B=[1-(1-λ)^m]/λ由λ=0.25,m=32求得：B=4-4*(3/4)^32=4同理，m=16時,B=4-4*(3/4)^16=3.96由此可看出，當(dāng)轉(zhuǎn)移概率λ為25%比較大時，采用模32與模16的每個存儲周期能訪問的平均字?jǐn)?shù)非常相近。就是說，此時，提高模數(shù)m對提高主存實(shí)際頻寬已不顯著。實(shí)際上，模數(shù)m的進(jìn)一步增大，會因工程實(shí)現(xiàn)上的問題，導(dǎo)致實(shí)際性能反而可能比模16的還要低，且價格更高。因此模數(shù)m不宜太大。對于λ為25%的情況，能夠計(jì)算機(jī)出m=8時，其B已經(jīng)接近于3.6了。20、設(shè)主存每個分體的存取周期為2μs，寬度為4個字節(jié)。采用模m多分體交叉存取，但實(shí)際頻寬只能達(dá)到最大頻寬的0.6倍?，F(xiàn)要求主存實(shí)際頻寬為4MB/S,問主存模數(shù)m應(yīng)取多少方能使兩者速度基本適配？其中m取2的冪。P101自考通解：由題意已知存取周期Tm=2*10^(-6)s,寬度W=4B,B實(shí)=0.6Bm=4*2^20B/S,Bm=W*m/Tm=6.99*10^6B/Sm=Bm*Tm/W=6.99*10^6*2*10^-6/4=3.495因此m取4能滿足要求P.S①微秒（百萬分之一秒)1μs=10^-6s②計(jì)量單位中的M(兆)是10的6次方，見到M自然想起要在該數(shù)值的后邊續(xù)上六個0，即擴(kuò)大一百萬倍。在二進(jìn)制中，MB也表示到了百萬級的數(shù)量級，但1MB不正好等于1000000字節(jié)，而是1048576字節(jié)，即1MB=2E+20Bytes=1048576Bytes。 21、某虛擬存儲器共8個頁面，每頁1024個字，實(shí)際主存為4096個字，采用頁表法進(jìn)行地址映象。映象表的內(nèi)容如下表1所示。實(shí)頁號31232100裝入位11001010表1虛頁01234567實(shí)頁號31232100裝入位11001010表2(1)列出會發(fā)生頁面失效的全部虛頁號；解：根據(jù)頁表法列出表2，當(dāng)裝入位為0時，即為頁面失效，再找出相對應(yīng)的虛頁號即可。會發(fā)生頁面失效的全部虛頁號為：2,3,5,7(2)按以下虛地址計(jì)算主存實(shí)地址：0，3728，1023，1024，2055，7800，4096，6800。解：虛頁號=│_虛地址/頁面大小_│實(shí)地址＝(實(shí)頁號*頁面大小)＋(虛地址－虛頁號*頁面大小)虛地址03728102310242055780040966800虛頁號03012746實(shí)頁號33312020裝入位10110011實(shí)地址30723728409510242055632204865622、一個段頁式虛擬存儲器。虛地址有2位段號、2位頁號、11位頁內(nèi)位移（按字編址），主存容量為32K字。每段可有訪問方式保護(hù)，其頁表和保護(hù)位如下表所示。(1)此地址空間中共有多少個虛頁？解：2Nv頁，而Nv=用戶虛頁號=段號S+頁號P此地址空間中共有2^Nv=2^(2+2)=16個虛頁24..采用頁式管理的虛擬存儲器，分時運(yùn)行兩道程序。其中，程序X為DO50I=1,3B(I)=A(I)-C(I)IF(B(I)?LE?0)GOTO40D(I)=2*C(I)-A(I)IF(D(I)?EQ?0)GOTO5040E(