計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)題

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（解糅）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)，Ml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）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)中是否耍設(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VAX-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)椋ㄓ嬎銠C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t）。32、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)犍在于（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)各操作步驟采用重置流水），時間看疊基本上（不必而復(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M1SD）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)o47、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（S1SE）,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），（資源前復(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（S1MD）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（C）、（A）、（D）和（B）。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（B）,處理機操作步驟并行的典型例子是（C）,處理機操作并行的典型例子是（A）,指令、任務(wù)、作業(yè)并行的典型例子是（D）。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、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（）oA、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"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M0S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（）。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，解糅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24、系列機軟件必須保證（D）,一般應(yīng)做到（A）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（B）或（C）。A、在盡量提高性能前提卜,盡量降低價格B、在某種價格情況下盡量提高性能3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)，Ml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（A）的性能價格比通常比（BC）的要高。A、中檔機B、低檔機C、高檔機D、A和B29、（A）著眼于機器級內(nèi)各事件的排序方式，（C）著眼于對傳統(tǒng)機器級界面的確定，（A）著眼于機器內(nèi)部各部件的功能，（B）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（C）,指的是（F）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、用微程序宜接解釋另一種機器指令系統(tǒng)的方法稱為（B）,用機器語言解釋實現(xiàn)軟件移植的方法稱為（A）?虛擬機是指（C）,目標(biāo)機是指（D）。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（B）發(fā)生，并發(fā)性指兩個或多個事件在（A）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（D）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（B）機器分類，不能對（A）機器分類，而且對（D）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（C）.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)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、1TFL0PS計算機能力，1TBYTE/S的I/O帶寬和（C）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（d）,向下兼容指的是（b）,向前兼容指的是（a）,向后兼容指的是（c）?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、某檔機器編制的軟件能不加修改地運行于比它高檔的機器匕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、A10、C11、C12、B13、C14、B15、D16、D17、A18、B19、C20、A21、C22、B23、B24、DA25、A26、BC27、D28、A,BC29、ACAB30、CF31、BACD32、BA33、D34、BAD35、C36、C37、DBAC38、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、10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M0S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)。13、模擬與仿真區(qū)別是什么？模擬：機器語言解糅，在主存中；仿真：微程序解糅，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)健因素？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匕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)?例舉他們耍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、簡述兒種耦合度的特征最低：無物理連接，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.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。現(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級的程序需要運行Ks,問在第2、3和4級上一段等效程序各需要運行多長時間？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)*KSonote: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/M)Ks,以此類推.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，原理匕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。.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，在高檔機上采用看疊、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。.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??；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；字符行運算指令；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)；訪問方式保護；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??；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。.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。.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：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。''執(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。.想在系列機中發(fā)展一種新型號機器，你認為下列哪些設(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。P.S.為了能使軟件長期穩(wěn)定，就要在相當(dāng)長的時期里保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不變，因此在確定系列結(jié)構(gòu)時要非常慎重。其中最主要是確定好系列機的指令系統(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現(xiàn)技術(shù)，即使用復(fù)雜、昂貴的組成實現(xiàn)時，也還能充分發(fā)揮該實現(xiàn)方法所帶來的好處。.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。.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1TFL0PS計算能力，1TBYTE主存容量和1TBYTES的I/0帶寬課后習(xí)題第二章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng).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。.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)表示的向量處理機匕硬件上設(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。.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）豐富的堆棧指令可時堆棧中的數(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=6m=48rm=2,8,16,m*=m/log2(rm),歹U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（非負階，最小為0）000最大階（2'pT）2~6-l2c6-12^6-1最小尾數(shù)值（rnT（T））1/21/81/16最大尾數(shù)值(1-rnf(f'))1-2"(-48)1-8*(-16),BP(1-2"(-48))1-16*(-12),即(1-2、(-48))可表示的最小值1/21/81/16可表示的最大值2*63*(1-2*(-48))8*63*(1-8*(-16))16*63*(1-16*(-12))階的個數(shù)（2力）2'62-62*6可表示的尾數(shù)的個數(shù)2-48*(2-l)/28"16*(8-1)/816-12*(16-1)/16可表示的規(guī)格化數(shù)的個數(shù)2-6*2-48*(2-1)/22-6*8-16*(8-l)/82'6*16*12*(16-1)/16note:可表示的最小值=rm人（最小階）★最小尾數(shù)值=r1nA0*rmA（-1）=rmA（-1）;可表示的最大值=rm八(最大階)*最大尾數(shù)值=rm八(2Ap-l)*(l-rmA(-m'));可表示的尾數(shù)的個數(shù)=r1nAm'*(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)=2-p*rm，，*(rm-1)/rm。.(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，按照使用的倍數(shù)來說，等價于m=4,試計算在非負階、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，=1p=2,rm=4,=2最小尾數(shù)值10"-l=0.14"-l=0.25最大尾數(shù)值1T0T=0.91-4*-2=15/16最大階值2p〈l=33可表示的最小值0.10.25可表示的最大值10^3*0.9=9004*3*15/16=60可表示數(shù)的個數(shù)3648題中''按照使用的倍數(shù)來說，等價于m=4,“這個m=4,因為2-3<10<2-4,等價為實際要4個二進制位，表示RM=10為基的一位.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0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111內(nèi)容000001001010010OilOil100100101101110110111111111.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，就能達到要求了。.經(jīng)統(tǒng)計，某機器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。.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：①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，二單地址指令最多為4x2-3x2-3=2-8=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1x2"3=8條不滿足題目要求不可能以擴展碼為其編碼。②若單地址指令254條，可以用擴展碼為其編碼。???依據(jù)①中推導(dǎo)，單地址指令中可用2條編碼作為擴展碼零地址指令為2x27=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地址指令的4條，有4*2八6=256條，但由于匙目要求要有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*27=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）*2-3=16條.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）x2A6P.S.雙地址指令最多是2A（16-6-6）=2-4=16條，現(xiàn)雙地址指令有X條，...可有（16-X）條編碼作為擴展碼，，單地址指令最多為（16-X）x2-6=256條.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。.某模型機9條指令使用頻率為：ADD（加）30%SUB（減）24%J0M（按負轉(zhuǎn)移）6%ST0（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及平均碼長如下表:指令li使用頻度PiHuffman編碼擴展操作碼編碼1130%10001224%00011320%0110147%110011000157%110111001166%111011010173%1111011011182%11111011100191%11111111101西個馬pili2.612.78⑶8個。(4)兩種指令格式如下圖所示：2位3位3位OPRIR2操作碼寄存器1寄存器25位3位3位5位OPRIX 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)。.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)減少尋址方式種類，一般不超過兩種；(3)讓所有指令在一個機器周期內(nèi)完成；(4)擴大通用寄存器個數(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現(xiàn)。基本技術(shù)：(1)按RISC-?般原則設(shè)計，即確定指令系統(tǒng)時，選最常用基本指令，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)省一個機器周期。(5)優(yōu)化設(shè)計編譯系統(tǒng)。即盡力優(yōu)化寄存器分配，減少訪存次數(shù)。不僅要利用常規(guī)手段優(yōu)化編譯，還可調(diào)整指令執(zhí)行順序，以盡量減少機器周期等。.簡要比較CISC機器和RISC機器各自的結(jié)構(gòu)特點，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：機器指令系統(tǒng)龐大復(fù)雜。RISC結(jié)構(gòu)特點：機器指令系統(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)計人員負擔(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)計負擔(dān)，增加了機器語言程序長度，加大指令信息流量。(2)對浮點運算和虛擬存儲支持不很強。(3)RISC編譯程序比CISC難寫。由于RISC和CISC各有優(yōu)缺點，在設(shè)計時，應(yīng)向著兩者結(jié)合，取長補短方向發(fā)展。

課后習(xí)題第三章總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng).簡要舉出集中式串行鏈接，定時查詢和獨立請求3種總線控制方式的優(yōu)缺點。同時分析硬件產(chǎn)生故障時通訊的可靠性。答：控制方式優(yōu)點缺點串行鏈接(1)選擇算法簡單。(2)控制線數(shù)少，只需要3根，且不取決于部件數(shù)量。(3)可擴充性好。(1)對“總線可用”線及其有關(guān)電路失效敏感。(2)靈活性差，如果高優(yōu)先級的部件頻繁要求使用總線，離總線控制器遠的部件就難以獲得總線使用權(quán)。(3)“總線可用”信號順序脈動地通過各個部件，總線的分配速度慢。(4)受總線長度的限制，增減和移動部件受限制。定時查詢(1)靈活性強，部件的優(yōu)先次序由程序控制。(2)可靠性高，不會因某個部件失效而影響其它部件使用總線。(D總線的分配速度不能很高。(2)控制較為復(fù)雜。(3)控制線數(shù)多，需要2+log2N根。(4)可擴充性差。獨立請求(1)靈活性強，部件的優(yōu)先次序由程序控制。(2)能方便地隔離失效部件的請求。(3)總線的分配速度快。(D控制較為復(fù)雜。(2)控制線數(shù)多，要控制N個設(shè)備，需要有2N+1根控制線。.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:中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級第1級0000

第2級1010第3級1000第4級1010(1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為1-2-3-4時，其中斷處理次序是什么？(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)機器正在運行用戶程序時，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，試畫出程序運行過程示意圖。答：(1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為1-2-3-4時，其中斷處理次序為1-3-4-2。(2)中斷界且 中斷處理程序請求程序1 2 323 ,14 < 中斷處理程序為1->3->4-2的例子.若機器共有5級中斷，中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為1-2-3-4-5,現(xiàn)要求其實際的中斷處理次求序1-4-5-2-3。(1)設(shè)計各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位(令、'1”對應(yīng)于開放，、'0”對應(yīng)于屏蔽)；(2)若在運行用戶程序時，同時出現(xiàn)第4,2級中斷請求，而在處理第2級中斷未完成時，又同時出現(xiàn)第1,3,5級中斷請求，請畫出此程序運行過程示意圖。答：(1)中斷級屏蔽位設(shè)置如下圖:

中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級5級第1級11111第2級01100第3級00100第4級01111第5級01101(2)中斷過程小意圖：如圖2、42、4中斷同時出現(xiàn)，進行排隊器。首先響應(yīng)第2級中斷請求，屏蔽字為01100,表明其對第4級中斷請求開放，所以轉(zhuǎn)去響應(yīng)第4級中斷請求并進行處理。中斷用戶 中斷處理程序請錄程序123n5響應(yīng)4,中斷4運行結(jié)束，回2。I、3、5進入排隊器。第2級中斷請求的處理請求被中斷，轉(zhuǎn)去響應(yīng)第1級中斷請求并進行處理。響應(yīng)第5級中斷請求并進行處理。繼續(xù)響應(yīng)并處理第2級中斷處理請求，結(jié)束后返回用戶程序。最后處理第3級中斷請求。.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像光電機等字符類低速設(shè)備。這些設(shè)備傳送一個字符(字節(jié))的時間很短，但字符(字節(jié))間的等待時間很長。通道''數(shù)據(jù)寬度”為單字節(jié)，以字節(jié)交叉方式輪流為多臺設(shè)備服務(wù)，使效率提高。字節(jié)多路通道可有多個子通道，同時執(zhí)行多個通道程序。數(shù)組多路通道適合于連接多臺象磁盤等高速設(shè)備。這些設(shè)備的傳送速率很高，但傳送開始前的尋址輔助操作時間很長。通道''數(shù)據(jù)寬度”為定長塊，多臺設(shè)備以成組交叉方式工作，以充分利用并盡可能重疊各臺高速設(shè)備的輔助操作時間。傳送完K個字節(jié)數(shù)據(jù)，就重新選擇下個設(shè)備。數(shù)組多路通道可有多個子通道,同時執(zhí)行多個通道程序。選擇通道適合于連接象磁盤等優(yōu)先級高的高速設(shè)備，讓它獨占通道，只能執(zhí)行一道通道程序。通道''數(shù)據(jù)寬度，，為可變長塊，一次將N個字節(jié)全部傳送完，在數(shù)據(jù)傳送期只選擇一次設(shè)備。.如果通道在數(shù)據(jù)傳送期中，選擇設(shè)備需9.8us,傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)需0.2ps。某低速設(shè)備每隔500us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)備可以掛在此通道上？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ps):表3-5設(shè)備ABCDEF發(fā)申請間隔(us)0.20.250.50.190.40.21答：(1)至多可連接50臺低速的外設(shè)。剖析：根據(jù)題意可知：低速設(shè)備應(yīng)掛接在字節(jié)多路通道上，字節(jié)多路通道的通道極限流量為:fmax.byte=l/(TS+TD)>=fbyte通道極限流量應(yīng)大于或等于設(shè)備對通道要求的流量fbyte。如果字節(jié)多路通道上所掛設(shè)備臺數(shù)為m,設(shè)備的速率為fi,為了不丟失信息，應(yīng)滿足:1/(TS+TD)>=m*fifi也就是設(shè)備發(fā)出字節(jié)傳送請求間隔時間(500ps)的倒數(shù)，所以：m<=l/((TS+TD)*f)=500/(9.8+0.2)=50(臺)(2)設(shè)備B,C,E,F可以掛在此通道匕設(shè)備A,D則不能。剖析:思路一：從傳送字節(jié)速率上入手。A~F是高速設(shè)備，應(yīng)掛接在選擇通道上，選擇通道的極限流量為：fmax.select=N/(TS+N*TD)=1/((TS/N)+TD)=1/((9.8/1024)+0.2)=1/0.21(約)通道上所掛設(shè)備的最大速率fi.max應(yīng)小于或等于通道的極限流量。由表3-5可得出設(shè)備ABCDEF傳送速率(B/us)1/0.21/0.251/0.51/0.191/0.41/0.21所以，B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能。思路二：從傳送字節(jié)時間上入手。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9.8)Js+1024x0.2ps=214.6"由表3-5可得出每臺設(shè)備發(fā)送1024字節(jié)的時間間隔分別為：設(shè)備1ABCD1EF傳送時間(US)204.8256512194.56409.6215.04為使數(shù)據(jù)不丟失，B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能。6.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1234561傳送速率(KB/s)5015100254020(1)計算所有設(shè)備都工作時的通道實際最大流量：(2)如果設(shè)計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？(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)的緩沖器就可以避免設(shè)備信息丟失？那么，這是否說書

中關(guān)于流量設(shè)計的基本要求是沒有必要的了呢？為什么？解：(1)實際最大流量=50+15+100+25+40+20=250KB/S。(2)通道響應(yīng)和處理各設(shè)備請求的時間示意圖設(shè)備號3設(shè)備號3T表示設(shè)備提出申請的時刻?表示通道處理完設(shè)備申請的時刻由此發(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2造成數(shù)據(jù)丟失。(3)在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)計的基本條件是不必要的，因為若基本條件不滿足，無論設(shè)備優(yōu)先級如何確定總有設(shè)備的信息會丟失。剖析：(2)由各設(shè)備的傳送字節(jié)速率可解其連續(xù)發(fā)出傳送請求的時間間隔分別為：設(shè)備12345發(fā)申請間隔(us)2067(約)10402550 |7.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A1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。(1)分別求出各通道應(yīng)具有多大設(shè)計流量才不會丟失信息；(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)達到多少？通道號所接設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率(KB/s)字節(jié)多路通道子通道A15035202050352020子通道A25035202050352020數(shù)組多路通道B1500400350250數(shù)組多路通道B2500400350250選擇通道C500400350250解：(1)要不丟失信息，各通道需要達到的流量：字節(jié)多路通道子通道Al:0.25KB/S;字節(jié)多路通道子通道A2:0.25KB/S;數(shù)組多路通道B1:500KB/S；數(shù)組多路通道B2:500KB/S;選擇通道C:500KB/s.(2)主存流量應(yīng)達到4MB/S。剖析：(1)設(shè)備要求字節(jié)多路通道或其子通道的實際最大流量，是該通道所接各設(shè)備的字節(jié)傳送速率之和；設(shè)備要求數(shù)組多路通道或選擇通道的實際最大流量，是該通道所接各設(shè)備的字節(jié)傳送速率中的最大者。(2)I/O系統(tǒng)中，各種通道和子通道可以并行工作，因此，I/O系統(tǒng)的最大流量應(yīng)等于各通道最大流量之和。課后習(xí)題第四章存儲體系1.設(shè)二級虛擬存儲器的TAl=10-7s,TA2=10-2s,為使存儲層次的訪問效率e達到最大值的80%以上，命中率H至少要求達到多少？實際上這樣高的命中率是很難達到的，那么從存儲層次上如何改進？解：e=TAl/TA=TAl/(H*TA1+(1-H)*TA2)^80%, (10A5-5/4)/(10A5-l).這樣的命中率很難達到。為了降低對H的要求，可以選擇高命中率的算法，可以減少相鄰兩級的訪問速度差和容量差(這樣做不利于降低存儲器的平均每位價格)，可在主、輔存儲器間加一層電子磁盤，使存儲體系“?相鄰兩級的訪問時間比不太大。2、程序存放在模32單字交叉存儲器中，設(shè)訪存申請隊的轉(zhuǎn)移概率人為25%,求每個存儲周期能訪問到的平均字數(shù)。當(dāng)模數(shù)為16呢？由此你可得到什么結(jié)論？解：B=[1-(1-X)Am]/X解：由入=0.25,m=32求得：B=4-4*(3/4)A32同理，m=16時,B=4-4*(3/4)A16可得出，在人=0.25時，m=32的平均訪問字數(shù)大于m=16時的平均訪問字數(shù)。3、設(shè)主存每個分體的存取周期為2ps,寬度為4個字節(jié)。采用模m多分體交叉存取，但實際頻寬只能達到最大頻寬的0.6倍?，F(xiàn)要求主存實際頻寬為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的幕。解：m=4剖析:根據(jù)題意，模m多分體交叉的最大頻寬為：分體數(shù)*單體頻寬=m*分體的寬度/分體的存取周期=m*4B/2ps,所以有0.6*m*4/2>=4。4.某虛擬存儲器共8個頁面，每頁1024個字，實際主存為4096個字，采用頁表法進行地址映象。映象表的內(nèi)容如下表所示。虛頁號01234567實頁號31232100裝入位11001010注：我把虛頁號加上了。(1)列出會發(fā)生頁面失效的全部虛頁號；(2)按以下虛地址計算主存實地址：0,3728,1023,1024,2055,7800,4096,6800?解：(1)會發(fā)生頁面失效的全部虛頁號為：2,3,5,7.(2)虛地址虛頁號頁內(nèi)位移裝入位實頁號頁內(nèi)位移實地址0001303072327836560頁面失效頁面失效無102301023131023409510241011010242055270頁面失效頁面失效無780076320頁面失效頁面失效無40964012020486800665610656656剖析：(1)根據(jù)頁表法列出表2,當(dāng)裝入位為。時，即為頁面失效，再找出相對應(yīng)的虛頁號即可。(2)虛頁號=虛地址/頁面大小頁內(nèi)位移量=虛地址一虛頁號*頁面大小實地址=實頁號*頁面大小+頁內(nèi)位移量由于可以用替換算法解決頁面失效的問題，所以，發(fā)生頁面失效的虛頁2,3,5,7仍然可以有相應(yīng)的

實地址，但這樣要在頁表中建立新的虛實地址對應(yīng)關(guān)系，新的虛實地址對應(yīng)關(guān)系和原來的對應(yīng)關(guān)系相同的可能性就很小了。5、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，其頁表和保護位如下表所示。段號0123訪問方式只讀可讀/執(zhí)行可讀/寫/執(zhí)行可讀/寫虛頁0所在位置實頁9在輔存上頁表不在主存內(nèi)實頁14虛頁1所在位置實頁3實頁0頁表不在主存內(nèi)實頁1虛頁2所在位置在輔存上實頁15頁表不在主存內(nèi)實頁6虛頁3所在位置實頁12實頁8頁表不在主存內(nèi)在輔存上(1)此地址空間中共有多少個虛頁？(2)當(dāng)程序中遇到下列情況時方式段頁頁內(nèi)位移取數(shù)011取數(shù)1110取數(shù)332047存數(shù)014存數(shù)212存數(shù)1014轉(zhuǎn)移至此13100取數(shù)0250取數(shù)205轉(zhuǎn)移至此3060寫出由虛地址計算出實地址。說明哪個會發(fā)生段失效、頁面或保護失效失效。解答:

(1)該地址空間中共有16個虛頁。(2)程序中遇到上表中各情況時，是否會發(fā)生段失效、頁失效或保護失效及相應(yīng)的主存實地址的情況如下表所示:方式段頁頁內(nèi)位移段失效頁失效實頁號實地址保護失效取數(shù)011無無36145無取數(shù)1110無無010無取數(shù)332047無有無無/存數(shù)014無無36184有存數(shù)212有/無無/存數(shù)1014無有無無/轉(zhuǎn)移至此13100無無816484無取數(shù)0250無有無無/取數(shù)205有/無無/轉(zhuǎn)移至此3060無無1428732有剖析：(1)虛地址中段號有2位，頁號有2位，也就是每個程序最多只能有2-2=4個段，每個段至多只能有2-2=4頁，所以該地址空間中共有4*4=16個虛頁。(2)先從題意得知：實地址：15位，其中實頁號4位，頁內(nèi)位移11位頁大小為2K字(由頁內(nèi)位移得知).設(shè)某程序包含5個虛頁，其頁地址為4,5,3,2,5,1,3,2,2,5,1,3。當(dāng)使用LRU算法替換時，為獲得最高命中率，至少應(yīng)分配給該程序幾個實頁？其可能的最高命中率為多少？頁地址流 453 251322堆棧1234531524231542315431524數(shù)堆棧1234531524231542315431524數(shù)n>=5 H HHHHH使用LRU算法對貝地址流進行堆棧處理.采用頁式管理的虛擬存儲器，分時運行兩道程序。其中，程序X為DO501=1,3B(I)=A(I)-C(I)IF(B(I)?LE?O)GOTO40D(I)=2*C(I)-A(I)IF(D(I)?EQ?O)GOTO5040E(I)=050CONTINUEData:A=(-4,+2,0)C=(-3,0,+1)每個數(shù)組分別放在不同的頁面中；而程序Y在運行過程中，其數(shù)組將依次用到程序空間的第3,5,4,2,5,3,1,3,2,5,1,3,1,5,2頁。如果采用LRU算法，實存卻只有8頁位置可供存放數(shù)組之用。試問為這兩首程序的數(shù)組分別分配多少個實頁最為合適？為什么？解答：分別分配給程序X和Y的數(shù)組4個實頁最為合適。根據(jù)題意，程序X依次調(diào)用數(shù)組A,C,B,B,E,A,C,B,B,C,A,D,D,E,A,C,B,B,E中的數(shù)據(jù)。設(shè)程序X中的數(shù)組A,B,C,D,E分別存放于程序空間的第1,2,3,4,5頁，則程序的頁地址流為：1,3,2,2,5,1,3,292,3,1,4,4,5,1,3,2,2,5。分析使用LRU算法對程序X的頁地址流進行堆棧處理的過程可知，分配給程序X的數(shù)組5個實頁最為合適；分析使用LRU算法對程序Y的頁地址流進行堆棧處理的過程可知，分配給程序Y的數(shù)組4個實頁最為合適。但實存只有8頁位置可供存放數(shù)組之用，所以，分別分配給程序X和Y的數(shù)組4個實頁。note:分時運行在微觀上是串行的，就是說，分時運行時把時間劃分為若干時間片，每個程序輪流占用時間片；在宏觀上是并行的，就是說，每個程序在一個時間片內(nèi)并不能運行完?？偟膩砜矗峭瑫r運行的，所以兩個程序分配的實頁和不能大于8o我不了解FORTRAN,找朋友把上面的源代碼轉(zhuǎn)成C了：main()(intA[]={-4,2,0};intC[]={-3,0,l};for(i=0,i<>0)E[i]=0;)；)；8.設(shè)一個按位編址的虛擬存儲器，它應(yīng)可對應(yīng)1K個任務(wù)，但在一段較長時間內(nèi)，一般只有4個任務(wù)在使用，故用容量為4行的相聯(lián)寄存器組硬件來縮短被變換的虛地址中的用戶位位數(shù)；每個任務(wù)的程序空間最大可達4096頁，每頁為512個字節(jié)，實主存容量為2"20位；設(shè)快表用按地址訪問存儲器構(gòu)成，行數(shù)為32,快表的地址是經(jīng)散列形成：為減少散列沖突，配有兩套獨立相等比較電路。請設(shè)計該地址變換機構(gòu)，內(nèi)容包括：(1)畫出其虛、實地址經(jīng)快表變換之邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；(2)相聯(lián)寄存器組中每個寄存器的相聯(lián)比較位數(shù)；(3)相聯(lián)寄存器組中每個寄存器的總位數(shù)；(4)散列變換硬件的輸入位數(shù)和輸出位數(shù)；(5)每個相等比較器的位數(shù)；(6)快表的總?cè)萘?以位為單位)。解：(1)依題意得知：虛地址為34位，其中用戶號為10位(對應(yīng)1K的任務(wù))、虛頁號12位(每個任務(wù)4096頁)、頁內(nèi)位移12位(每頁512字節(jié)，512字節(jié)=512*8=1024*4=2-12)實地址為20位，其中實頁號8位，頁內(nèi)位移12位(與虛頁頁內(nèi)位移對應(yīng))相聯(lián)寄存器的作用：把10位的用戶號轉(zhuǎn)換為2位的ID(因為一般只有4個任務(wù)在使用)，并把ID與虛地址的虛頁號合并到快表中查實頁號?？毂淼淖饔茫合喈?dāng)于頁表，即虛頁號對實頁號的對應(yīng)關(guān)系。但又有所簡化(原因是如果用用戶號和虛頁號與實頁號對應(yīng)，前者就有22位，現(xiàn)改進后虛頁號只有14位了)Nu，（12位）*ID（2位）nu（8位）Mu，（12位）7D（2位）nu（8位）快表（按地址訪問）虛擬存儲器快表示意圖用戶標(biāo)志U（1唯）用戶虛頁號（12位）頁內(nèi)位移Nr（12位）用戶標(biāo)志U（1唯）用戶虛頁號（12位）頁內(nèi)位移Nr（12位）虛地址V相聯(lián)比較U1（1唯）00U201u310u411不等相等——相等比較器 不等 1 相等=——相等比較器 ——5（2）相聯(lián)寄存器組中每個寄存器的相聯(lián)比較位數(shù)為10（與虛地址中的用戶號寬度對應(yīng)）（3）相聯(lián)寄存器組中每個寄存器的總數(shù)為12（用戶號寬度+ID寬度）（4）散列變換硬件的輸入位數(shù)為14位（虛頁號寬度+相聯(lián)寄存器中ID的寬度），輸出位數(shù)為8位（與主存中的實頁號寬度對應(yīng)）（5）每個相等比較器的位數(shù)=1D+用戶虛頁號nv'=2+12=14（位）。（6）快表的總?cè)萘浚?2行*（14（輸入位數(shù)）+8（輸出位數(shù)））*2=32*22*29.考慮一個920個字的程序，其訪問虛存的地址流為20,22,208,214,146,618,370,490,492,868,916,728?（1）若頁面大小為200字，主存容量為400字，采用FIFO替換算法，請按訪存的各個時刻，寫出其虛頁地址流，計算主存的命中率：（2）若頁面大小為100字，再做一遍；（3）若頁面大小為400字，再做一遍；（4）由（1）、（2）、（3）的結(jié)果可得出什么結(jié)論？（5）若把主存容量增加到800字，按第（1）小題再做一遍，又可得出什么結(jié)論？解：（1）主存容量400字，頁面大小200字，所以主存實頁數(shù)為2；把地址流轉(zhuǎn)換為頁地址流，以第一個虛地址流轉(zhuǎn)換為頁地址流為例說明：求模公式為：INT（地址/頁面大?。?，就是把地址整除于頁面大小，得INT（20/200）=0,下同，所以頁地址流為：0,0,1,1,0,3,1,2,2,4/4,3按FIFO算法得出替換過程為：0（調(diào)入），0（命中），1（調(diào)入），1（命中），0（命中），3（替換0,。比1先入隊，所以被替換，下同），1（命中），2（替換1）,2（命中），4（替換3）,4（命中），3（替換2）,所以總共命中6次。故命中率H=6/12=50%（2）方法同（1）H=25%（3）H=50%（4）由以上結(jié)論可得，F(xiàn)IFO算法的條件下，當(dāng)頁面大小發(fā)生變化時，其命中率變化是：一開始隨頁面大小增大命中率（第一步與第二步比較），但當(dāng)頁面大小增到一定時，命中率不再增加（第一步與第三步比較）。（5）命中率為58%,結(jié)論是如果分配給主存容量增加時可以搞高命中率。10.在一個頁式二級虛擬存儲器中，采用FIFO算法進行頁面替換，發(fā)現(xiàn)命中率H太低，因此有下列建議:（1）增大輔存容量；（2）增大主存容量（頁數(shù)）;（3）FIFO改為LRU;（4居花0改為1^5并增大主存容量（頁數(shù)）；（5”：1^0改為1^5并增大頁面大小。試分析上述各建議對命中率的影響情況。解答：（1）增大輔存容量，對命中率H無影響。（2）增大主存容量（頁數(shù)），可普遍提高命中率。（3）FIFO改為LRU,一般可提高命中率。(4)FIF0改為LRU,并增大主存容量(頁數(shù))，一般可使命中率有較大提高。(5)FIF0改為LRU,并增大頁面大小，如果原來頁面很小，則會使命中率顯著上升，如果原來頁面很大，則會使命中率下降。.采用組相聯(lián)映象的Cache存儲器，Cache為1KB,要求Cache的每一塊在