【正文】 范文范例參考第一章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念，每級(jí)的指令互不相同，每一級(jí)的指令都比其下一級(jí)的指令在效能上強(qiáng)M倍，即第i級(jí)的一條指令能完成第i1級(jí)的M條指令的計(jì)算量。現(xiàn)若需第i級(jí)的N條指令解釋第i+1級(jí)的一條指令，而有一段第1級(jí)的程序需要運(yùn)行Ks，問在第3和4級(jí)上一段等效程序各需要運(yùn)行多長時(shí)間？ 答： 第2級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*Ks。第3級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*(N/M)*Ks。第4級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。 note: 由題意可知：第i級(jí)的一條指令能完成第i1級(jí)的M條指令的計(jì)算量。而現(xiàn)在第i級(jí)有N條指令解釋第i+1級(jí)的一條指令，那么，我們就可以用N/M來表示N/M 表示第i+1級(jí)需(N/M)條指令來完成第i級(jí)的計(jì)算量。所以，當(dāng)有一段第1級(jí)的程序需要運(yùn)行Ks時(shí)，在第2級(jí)就需要(N/M)Ks，以此類推 ？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(shí)現(xiàn)的性能價(jià)格比，實(shí)現(xiàn)的難易程序不同。 在DOS操作系統(tǒng)時(shí)代，漢字系統(tǒng)是一個(gè)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(gè)軟件。 、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11121315168等由低檔到高檔的多種型號(hào)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(jí)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(huì)使采用的組成技術(shù)不同，反之組成也會(huì)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(duì)面向寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還要求寄存器能同時(shí)被訪問，而對(duì)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(shí)形成多個(gè)訪存操作數(shù)地址和能同時(shí)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(chǔ)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(shí)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(jià)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(shí)期及不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)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。 ？對(duì)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(chǔ)器的模m交叉存取；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；PDP11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(chǔ)器最小編址單位；Cache存儲(chǔ)器。 答： 透明指的是客觀存在的事物或?qū)傩詮哪硞€(gè)角度看不到。 透明的有：存儲(chǔ)器的模m交叉存取；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；PDP11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(chǔ)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(chǔ)器最小編址單位。 （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(shí)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(shí)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。 ？哪些對(duì)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(chǔ)器；Cache存儲(chǔ)器；程序狀態(tài)字；“啟動(dòng)I/O”指令；“執(zhí)行”指令；指令緩沖寄存器。 答： 對(duì)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(chǔ)器；指令緩沖寄存器； 對(duì)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(chǔ)器；指令緩沖寄存器；虛擬存儲(chǔ)器；程序狀態(tài)字；“啟動(dòng)I/O”指令。 note: 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(duì)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(dòng)I/O”指令，對(duì)系統(tǒng)程序員是不透明的，而對(duì)應(yīng)用程序員卻是透明的。 “執(zhí)行”指令則對(duì)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是不透明的。 ，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）為增強(qiáng)中斷處理功能，將中斷分級(jí)由原來的4級(jí)增加到5級(jí)，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(chǔ)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VAX11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(hào)通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(jìn)后能否保持軟件的可移植性。 ，就要在相當(dāng)長的時(shí)期里保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不變，因此在確定系列結(jié)構(gòu)時(shí)要非常慎重。其中最主要是確定好系列機(jī)的指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示及概念性結(jié)構(gòu)。既要考慮滿足應(yīng)用的各種需要和發(fā)展，又要考慮能方便地采用從低速到高速的各種組成的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，即使用復(fù)雜、昂貴的組成實(shí)現(xiàn)時(shí)，也還能充分發(fā)揮該實(shí)現(xiàn)方法所帶來的好處。 、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)主要通過時(shí)間重疊，讓多個(gè)部件在時(shí)間上交劃重疊地并行招待運(yùn)算和處理，以實(shí)現(xiàn)時(shí)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)主要通過資源重復(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(chǔ)器中的分布算法等問題。 多處理機(jī)主要通過資源共享，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(jí)上的相互作用，達(dá)到時(shí)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。 ？ 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第二章　數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)？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(shí)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(jī)器所具有的各種數(shù)據(jù)表示實(shí)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(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(jí)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(shí)間和存儲(chǔ)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。 ？描述符數(shù)據(jù)表示與向量數(shù)據(jù)表示對(duì)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(gè)數(shù)據(jù)相連，合存于同一存儲(chǔ)單元，描述單個(gè)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(jí)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(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，不僅能快速形成向量、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(shí)對(duì)整個(gè)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。 ？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(duì)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(chǔ)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(shí)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(duì)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(jí)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(shí)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(shí)，再從堆棧中彈出。 、尾數(shù)48位，階符和數(shù)符不在其內(nèi)，當(dāng)尾數(shù)分別以16為基時(shí)，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(gè)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(gè)數(shù)。 解： 依題意知：p=6 m=48 rm=2, 8, 16，m39。=m/log2(rm)，列下表： p=6,m=48,rm=2(m39。=48)p=6,m=48,rm=8(m39。=16)p=6,m=48,rm=16(m39。=12)最小階(非負(fù)階，最小為0)000最大階(2^p1)2^612^612^61最小尾數(shù)值(rm^(1))1/21/81/16最大尾數(shù)值(1rm^(m39。))12^(48)18^(16)，即(12^(48))116^(12)，即(12^(48))可表示的最小值1/21/81/16可表示的最大值2^63*(12^(48))8^63*(18^(16))16^63*(116^(12))階的個(gè)數(shù)(2^p)2^62^62^6可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)2^48*(21)/28^16*(81)/816^12*(161)/16可表示的規(guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)2^6*2^48*(21)/22^6*8^16*(81)/82^6*16^12*(161)/16note: 可表示的最小值=rm^(最小階)*最小尾數(shù)值=rm^0*rm^(1)=rm^(1)。 可表示的最大值=rm^(最大階)*最大尾數(shù)值=rm^(2^p1)*(1rm^(m39。))。 可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)=rm^m39。*(rm1)/rm。 可表示的規(guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)=階的個(gè)數(shù)*尾數(shù)的個(gè)數(shù)=2^p*rm^m39。*(rm1)/rm。 5.（1）浮點(diǎn)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)m39。39。=1,按照使用的倍數(shù)來說，等價(jià)于m=4, 試計(jì)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(gè)數(shù)。 （2）對(duì)于rp=2,p=2,rm=4,m39。=2,重復(fù)以上計(jì)算。 解依題意列下表： p=2,rm=10,m39。=1p=2,rm=4,m39。=2最小尾數(shù)值10^1=4^1=最大尾數(shù)值110^1=14^2=15/16最大階值2p^1=33可表示的最小值可表示的最大值10^3*=9004^3*15/16=60可表示數(shù)的個(gè)數(shù)3648題中“按照使用的倍數(shù)來說，等價(jià)于m=4,” 這個(gè)m=4,因?yàn)?^3102^4,等價(jià)為實(shí)際要4個(gè)二進(jìn)制位，表示RM=10為基的一位 （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(jì)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(duì)應(yīng)關(guān)系。 解：ROM編碼表地址與內(nèi)容的對(duì)應(yīng)關(guān)系 地址0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111內(nèi)容000001001010010011011100100101101110110111111111？設(shè)計(jì)一種只用6位地址碼就可指向一個(gè)大地址空