第一篇：計算機系統結構課后答案uint6

第六章課后題

1.畫出16臺處理器仿ILLIAC Ⅳ 的模式進行互連的互連結構圖，列出PE0分別只經一步、二步和三步傳送能將信息傳送到的各處理器號。

答：

6臺處理器仿ILLIAC Ⅳ 處理單元的互連結構如圖所示：

圖中第個PU中包含PE、PEM和MLU。

PE0(PU0)經一步可將信息傳送至PU1、PU4、PU12、PU15。

PE0(PU0)至少需經二步才能將信息傳送至PU2、PU3、PU5、PU8、PU11、PU13、PU14。

PE0(PU0)至少需經三步步才能將信息傳送至PU6、PU7、PU9、PU10。

2.編號為0、1、...、15的16個處理器，用單級互連網互連。當互連函數分別為

(1)Cube3(2)PM2+3(3)PM2-0(4)Shuffle(5)Shuffle(Shuffle)

時，第13號處理器各連至哪一個處理器？

解答：

(1)5號處理器

(2)5號處理器

(3)12號處理器

(4)11號處理器

(5)7號處理器

剖析：

由題意知，有16個處理器，即N=16,n=log2(N)=log2(16)=4。

Cube3(13)=Cube3(1101)=0101=5 PM2+3(13)=(13+2^3)mod16=5 PM2-0(13)=(13-2^0)mod16=12 Shuffle(13)=Shuffle(1101)=1011=11

Shuffle(Shuffle)=Shuffle(11)=Shuffle(1011)=0111=7

3.編號分別為0、1、2、...、F的16個處理器之間要求按下列配對通信：(B、1)，（8、2)，（7、D)，（6、C)，(E、4)，(A、0)，（9、3)，（5、F)。試選擇所用互連網絡類型、控制方式，并畫出該互連網絡的拓補結構和各級交換開關狀態(tài)圖。

解答：

采用4級立方體網絡，級控制。該互連網絡的拓補結構和各級交換開關狀態(tài)圖如下圖所示：

剖析：

從處理器號的配對傳送關系可以轉成處理器二進制編號的配對傳送關系：

(B,1)(1011,0001)(8,2)(1000,0010)(7,D)(0111,1101)(6,C)(0110,1100)(E,4)(1110,0100)(A,0)(1010,0000)(9,3)(1001,0011)(5,F)(0101,1111)

不難得出其一般規(guī)律是：二進制編號為P3P2P1P0的處理器與(￣P3)P2(￣P1)P0的處理器配對交換數據。由于實現的都是交換函數的功能，采用成本最低的級控制多級立方體互聯網絡就可以實現。

N=16的多級立方體網絡，由n=log2(16)=4組成。每一級均使用N/2=8個二功能交換開關。多級網絡各級的級號由入端到出端依次為0、1、2、3.第i級的每個交換單元的配對用的是Cubei(P3...Pi...P0)=P3...(￣Pi)...P0函數。根據本題的要求，應當讓第1、3級的各交換單元處于“交換”狀態(tài)，第0、2級的各交換單元處于“直連”狀態(tài)。

4.畫出編號為0、1、...、F共16個處理器之間實現多級立方體互連的互連網絡，采用級控制信號為1100(從右至左分別控制第0級至第3級)時，9號處理器連向哪個處理器？ 解答：

多級立方體互連網絡的圖和第3題的圖基本一致，不同之處在于，第0、1級的開關狀態(tài)為直連，第2、3級的開關狀態(tài)為交換。

9號處理器在經過0級和1級交換開關后，連向哪第10個處理器;在經過2級交換開關后，連向第4個處理器;在經過3級交換開關后，連向第9個處理器。

5.對于采用級控制的三級立方體網絡，當第i級(0<=i<=2)為直連狀態(tài)時，不能實現哪些結點之間的通信？為什么？反之，當第i級為交換狀態(tài)呢？

解答：

當第i級為直連狀態(tài)時，不能實現入、出兩端的處理器二進制編碼的編號中，第Pi位取反的處理器之間的連接。例如，第0級為直連狀態(tài)時，入端號為××0的處理器僅能與出端號為××0的處理器進行數據傳送，不能與出端號為××1的處理器進行數據傳送。因為交換開關的直連狀態(tài)被定義為i入連i出，j入連j出，所以，反映出實現互連的入、出端號的二進制碼中的Pi位是不能變反的，其它的各位可以不變，也可以變反。

當第i級為交換狀態(tài)時，不能實現入、出兩端的處理器二進制編碼的編號中，第Pi位相同的處理器之間的連接。例如，第0級為交換狀態(tài)時，入端號為××0的處理器僅能與出端號為××1的處理器進行數據傳送，不能與出端號為××0的處理器進行數據傳送。因為交換開關的直連狀態(tài)被定義為i入連j出，j入連i出，所以，反映出實現互連的入、出端號的二進制碼中的Pi位必須變反，其它的各位可以不變，也可以變反。

6.假定8*8矩陣A=(aij)，順序存放在存儲器的64個單元中，用什么機關報單級互連網絡可實現對該矩陣的轉置變換？總共需要傳送多少步？

解答：

采用單級混洗互連網絡可實現對8*8矩陣的轉置變換，共需傳送3步。

剖析：

8*8矩陣中任一元素aij，它在存儲器中所占的位置是i*8+j(即i*2^3+j)。每個元素的行坐標和列坐標均用3位表示，設b5b4b3為行下標的二進制編號，b2b1b0為列下標的二進制編號，經過3次全混洗后，元素下標號b5b4b3b2b1b0就變成了b2b1b0b5b4b3，即行下標的二進制編號改成了b2b1b0，列下標的二進制編號改成了b5b4b3，這樣，就實現了矩陣的行列轉置。

7.畫出0~7號共8個處理器的三級混洗交換網絡，在該圖上實現將6號處理器數據播送給0~4號，同時將3號處理器數據播送給其余3個處理器時的各有關交換開關的控制狀態(tài)。

解答：

8個處理器的三級混洗交換網絡及其交換開關控制狀態(tài)設置如下圖所示：

8.并行處理機有16個處理器要實現相當于先4組4元交換，然后是2組8元交換，再次是1組16元交換的交換函數功能，請寫出此時各處理器之間所實現的互連函數的一般式，畫出相應多級網絡的拓撲結構圖，標出各組交換形狀的狀態(tài)。

解答：

互連函數的一般式為：Cubei(P3P2P1P0)=(￣P3P2￣P1￣P0)。

多級立方體互連網絡的拓撲結構圖和第3題的圖基本一致，不同之處在于，第0、1、3級的開關狀態(tài)為直連，第2級的開關狀態(tài)為交換。

9.具有N=2^n個輸入端的Omega網絡，采用單元控制。

(1)N個輸入總共可有多少種不同的排列；

(2)該Omega網絡通過一次可以實現的置換可有多少種是不同的;(3)若N=8,計算出一次通過能實現的置換數占全部排列數的百分比。

解答：

(1)N個輸入總共可有N!種不同的排列。

(2)該Omega網絡通過一次可以實現的置換可有2^((N/2)log2(N))=N^(N/2)種是不同的。

(3)若N=8,通過Omega網絡一次可以實現的不重復置換有8^4=4096種;8個輸入總共可實現的不重復排列有8!=40320種。所以，一次通過能實現的置換數占全部排列數的百分比為4096/40320*100%≈10.16%

10.畫出N=8的立方體全排列多級網絡，標出采用單元控制，實現0→3,1→7,2→4,3→0,4→2,5→6,6→1,7→5的同時傳送時的各交換開關的狀態(tài);說明為什么不會發(fā)生阻塞。

解答：

實現N=8的立方體全排列多級網絡及交換形狀狀態(tài)如下圖所示

在一到的映射時，交換開關的狀態(tài)組合有許多冗余，所以不會發(fā)生阻塞。

11.在16臺PE的并行處理機上，要對存放在M個分體并行存儲器中的16*16二維數組實現行、列、主對角線、次對角線上各元素均無沖突訪問，要求M至少為多少？此時數組在存儲器中應如何存放？寫出其一般規(guī)則。同時，證明這樣存放同時也可以無沖突訪問該二維數組中任意4*4子陣的各元素。

解答：

M至少為17。

數組A中的任意一個元素Aab的存放規(guī)則：體號地址j=(4a+b)mod17，體內地址i=a，按照對應關系將各數組元素存放到m=17的并行存儲器中，如下圖。由圖可見，這樣存放同時也可以無沖突訪問該二維數組中任意4*4子陣的各元素。

16*16二維數組在并行存儲器中存放的例子(m=17,n=16)剖析：

設16*16的二維數組在并行存儲器中同一列兩個相鄰元素地址錯開的距離為δ1，同一行兩個相鄰元素地址錯開的距離為δ2,當m取成2＾2P＋1時，實現無沖突訪問的充分條件是δ1＝2＾P，δ2＝1。

對于這道題來說，M＝17＝2＾（2＊2）＋1，所以P＝2。δ1＝2＾P＝4，δ2＝1。

數組存放的規(guī)則：體號地址j＝（a*δ1+b*δ2+c)mod m（c為A00所在體號地址），i=a。

第二篇：計算機系統結構課后答案unit3

第3章 總線、中斷與輸入輸出系統

3.1．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所有部件都經公共的“總線請求”線向總線控制器發(fā)使用總線申請。

②當“總線忙”信號未建立時，“總線請求”才被總線控制器響應，送出“總線可用”信號，它串行地通過每個部件。

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，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，準備傳送數據。

⑤數據傳送期間，“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“總線請求”再次建立時，就開始新的總線分配過程。

優(yōu)點：①選擇算法簡單；②控制總線數少；③可擴充性好；④可靠性高。

缺點：①對“總線可用”線及其有關電路失效敏感，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總線上每個部件通過“總線請求”發(fā)請求。

②若“總線忙”信號未建立，則計數器開始計數，定時查詢個部件，以確定是誰發(fā)的請求。

③當查詢線上的計數值與發(fā)出請求的部件號一致時，該部件建立“總線忙”，計數停止，查詢也停止。除去“總線請求”，該部件獲得總線使用權。

④“總線忙”維持到數據傳送完畢。

⑤數據傳送完，去除“總線忙”。

⑥當“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：①優(yōu)先次序靈活性強；②可靠性高。

缺點：①控制線數較多；②擴展性較差；③控制較為復雜；④總線分配受限于計數信號，不能很高。

集中式獨立請求方式，過程：

①每個部件有一對“總線請求”和“總線準許”線。

②每個部件使用“總線請求”發(fā)中請，當“總線已分配”無信號時，總線控制器根據某種算法對同時送來的多個請求進行仲裁，以確定哪個部件使用總線，信號從“總線準許”送回該部件，去除該部件的“總線請求”，建立總線已分配”。

③獲得總線使用權的部件傳送數據，直至完畢。

④數據傳送完畢后，除去總線已分配”和“總線準許”，開始新的總線分配。

優(yōu)點：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：①控制線數多；②復雜。硬件產生故障時，通信的可靠性分析：

串行鏈接對通信的可靠性，主要表現在“總線可用”線及其有關電路的失效會造成系統整體癱瘓的問題。一旦“總線可用”線出現斷路或碰地，其高電平不能順鏈往下傳送，就會使后面的部件在要求使用總線時，其請求無法得到響應。為了提高可靠性，可對“總線可用”線及其相關電路，采取重復設置兩套或多套來解決。

定時查詢對通信的可靠性要求比串行鏈接的高。因為總線控制器通過計數，查詢到某個出故障的部件時，故障部件不會給出“總線忙”信號，這樣，不會影響控制器繼續(xù)計數，去查詢下一個部件，所以整個總線系統的工作不會癱瘓。

獨立請求對通信的可靠性要求同樣比串行鏈接的高。因為某個部件在發(fā)生故障時，不發(fā)總線請求，即使發(fā)出總線請求，總線控制器也可以通過軟件或硬件的措施，將發(fā)生故障的部件送來的請求予以屏蔽掉，不讓其參與總線的分配。所以，某個部件的故障不會導致整個系統的工作處于癱瘓狀態(tài)。

3.2.設中斷級屏蔽位“1”對應于開放，“0”對應于屏蔽，各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位設置如下：（見課本）

(1)當中斷響應優(yōu)先次序為1→2→3→4時，其中斷處理次序是什么? 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，中斷響應和中斷返回時間相對中斷處理時間少得多。當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：

《南京大學出版社》李學干主編的輔導書 對本題的分析：

為了領會中斷響應排隊器對中斷響應優(yōu)先次序是用硬件固定的，以及通過由操作系統給各中斷級服務程序現行程序狀態(tài)字中的中斷級屏蔽位設置不同的狀態(tài)，可以改變中斷處理(完)的次序這兩個要點，下圖給出了一個中斷響應硬件部分的簡單邏輯原理示意圖。圖中略去了某些實現上的具體細節(jié)，因為這些已不是本課程要討論的內容。

中斷級屏蔽位是程序狀態(tài)字中的一個組成部分。程序狀態(tài)字是將散布于系統各部分，反映程序工作時某些關鍵性硬件的狀態(tài)，組合在一起所構成的字，有的計算機也稱其為處理器狀態(tài)字或程序換道區(qū)。每類程序均在主存中指定一個區(qū)域來放置其程序狀態(tài)字。運行一個程序或進程時，就會將其程序狀態(tài)字從主存指定單元或區(qū)域取出送到分散于系統各部分的寄存器或計數器中，建立起運行此程序或進程的環(huán)境。一個程序或進程在退出運行時，也會將反映該程序狀態(tài)的這些寄存器或計數器內容組拼成程序狀態(tài)字，存回該程序或進程在主存中的指定單元或區(qū)域里。因此，程序或進程的切換，只需要通過硬件啟動的交換新舊程序狀態(tài)字的內容即可快速完成。例如，在IBM370系列機上，程序狀態(tài)字為64位，等于它的長字，交換程序狀態(tài)字只需硬件啟動寫長字和讀長字兩次訪存即可完成。

盡管中斷請求是隨機發(fā)出的，為了便于精確保存中斷的斷點以及在中斷處理完后又能返回到原中斷處，中斷響應排隊器總是在每條指令執(zhí)行到最后一個機器周期的最后一個時鐘周期時，對目前到達中斷響應排隊器入口的所有中斷請求排一次隊，擇優(yōu)進行響應。在中斷響應排隊器相應的輸出端產生出響應信號。此信號經中斷級服務程序入口地址形成硬件，生成出該級中斷服務程序的程序狀態(tài)字在內存區(qū)中所存放的地址。同時，經中斷響應控制信號啟動，進行新舊程序狀態(tài)字的交換，完成程序的切換。被中斷的程序的斷點地址(即程序計數器的內容)，由硬件自動壓入返回地址堆棧，予以保存。系統切換到新的程序或進程后，繼續(xù)運行下去。如果新的程序或進程是一個中斷服務程序，在運行結束，執(zhí)行到中斷返回指令時，就會從堆棧中彈出所保存的返回地址，再次交換程序狀態(tài)字，系統又重新返回到原被中斷的程序，恢復運行。

當然，低級的中斷服務程序在處理過程中又遇到了比其更高級的中斷請求時，應允許其被中斷，以實現多級中斷的嵌套。利用返回地址堆棧的后進先出工作方式，就可以完成中斷嵌套時的正確返回。可以看出，只要某道程序運行時，由操作系統在現行程序的程序狀態(tài)字中，根據對各中斷級的中斷請求是否屏蔽，設置好中斷級屏蔽位的狀態(tài)，就可以控制這些級別的中斷請求是否進入中斷響應排隊器去參加排隊。只有能進入中斷響應排隊器的中斷級請求，才有機會得到響應，從而就可改變中斷實際處理完的次序。

應當注意的是，用戶程序是不能屏蔽任何中斷的。因此，用戶程序的現行程序狀態(tài)字中，對各中斷級的屏蔽位均應讓其處于“開放”狀態(tài)。

根據本題中所給出的各級中斷處理程序對中斷級屏蔽位設置的狀況，很容易得出其中斷處理(完)的次序應當是1342。因為正處理1級的中斷處理程序時，現行程序狀態(tài)字中的中斷級屏蔽位為0000，在其執(zhí)行期間，任何新的同級和低級的中斷請求都不可能進入中斷響應排隊器進行排隊，所以，1級中斷處理程序一定會先處理完。當執(zhí)行3級中斷服務程序時，由于現行程序狀態(tài)字中的中斷級屏蔽位為1000，即對1級中斷請求是“開放”的，而對其他各級中斷請求則處于“屏蔽”狀態(tài)。所以，只要此時發(fā)生1級中斷請求，它就能進入中斷響應排隊器去排隊。從而在中斷請求排隊的微操作發(fā)出時，就可打斷3級中斷服務程序的執(zhí)行，交換程序狀態(tài)字，轉去執(zhí)行1級中斷處理程序，使之被優(yōu)先處理完。而在執(zhí)行3級中斷服務程序時，由于現行程序狀態(tài)字對2、3、4級的中斷請求處于被“屏蔽”的狀態(tài)，所以，它們都不能打斷正在執(zhí)行的3級中斷處理程序。其他的情況可以依此類推得到。

3.3.若機器共有5級中斷,中斷響應優(yōu)先次序為1→2→3→4→5,現要求其實際的中斷處理次求序1→4→5→2→3。

(1)設計各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位(令“1”對應于開放，“0”對應于屏蔽);略

(2)若在運行用戶程序時，同時出現第4，2級中斷請求，而在處理第2級中斷未完成時，又同時出現第1，3，5級中斷請求，請畫出此程序運行過程示意圖。

答：(選自老版主的答案）

1）五個級別的中斷屏蔽位分別為（1開放；0屏蔽）： 1：00000 2：10011 3：11011 4：10000 5：10010 2）中斷過程示意圖：如圖

a.2、4中斷同時出現，進行排隊器； b.按中斷響應優(yōu)先次序，2響應； c.此時屏蔽字為10011，所以； d.響應4，中斷4運行結束，回2；

e.1、3、5進入排隊器，此時屏蔽字為10011，且1優(yōu)先級最高，所以； f.響應1，1運行結束，回2，根據屏蔽字，所以； g.5響應，5運行結束，回2；

h.根據屏蔽字，不響應3，所以2運行結束；回用戶程序； i.3還在排隊器，響應3，運行直到結束，回用戶程序

3.4．簡述字節(jié)多路，數組多路和選擇通道的數據傳送方式。

答：字節(jié)多路通道適用于連接大量的字符類低速設備。它以字節(jié)交叉方式輪流為多臺設備服務，它可有多個子通道，它們分時進入通道。

數組多路通道適合于連接多臺高速設備，每傳送一個定長塊就選擇一次設備，多臺設備以成組交叉方式工作。它可有多個子通道。它們分時進入通道。

選擇通道方式適合于優(yōu)先級高的高速設備，讓它獨占通道，數據傳送以不定長方式進行，在數據傳送期只選擇一次設備。

3.5 如果通道在數據傳送期中，選擇設備需9.8μs，傳送一個字節(jié)數據需0.2μs。某低速設備每隔500μs發(fā)出一個字節(jié)數據傳送請求，問至多可接幾臺這種低速設備?對于如下A～F6種高速設備，一次通訊傳送的字節(jié)數不少于1024個字節(jié)，問哪些設備可以掛在此通道上?哪些則不能?其中A—F設備每發(fā)出一個字節(jié)數據傳送請求的時間間隔分別為(單位為μs)：

設備 A B C D E F

發(fā)申請間隔 0.2 0.25 0.5 0.19 0.4 0.21

答：

(1)∵選擇設備需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

∵某低速設備每隔500μs發(fā)出一字節(jié)數據請求，為使數據不丟失，該通道可連設備數至多為500μs/1μs＝500臺。

(2)對于高速設備，由于一次傳送字節(jié)數不少于1024byte ∴該通道一次傳送數據的時間為9.8μs+1024×0.2μs＝214.6μs 由表中可得出每臺設備發(fā)送1024字節(jié)的時間間隔分別為 A B C D E F

單位μs 204.8 256 512 194.56 409.6 215.04 ∴為使數據不丟失，B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能。

3.6 某字節(jié)多路通道連接6臺外設，某數據傳送速率分別如表中所列。

設備 1 2 3 4 5 6

傳送速率（KB/s）50 15 100 25 40 20

(1)計算所有設備都工作時的通道實際最大流量： 答：實際最大流量＝50+15+l00+25+40+20＝250KB/S。

(2)如果設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，以滿足流量設計的基本要求，同時讓速率越高的設備被響應的優(yōu)先級越高。當6臺設備同時發(fā)出請求開始，畫出此通道在數據傳送期內響應和處理各外設請求的時間示意圖。由此你發(fā)現了什么問題?

答：由表可解各設備連續(xù)發(fā)送兩個字節(jié)的時間間隔分別為： 1 2 3 4 5 6

20μs 67μs 10μs 40μs 25μs 50μs

KB=1024B,s=10^6μs ,設備1的時間間隔為10^6/(50*1024)≈20μs，其他如同1。為簡化計算，可視1024為1000

由此發(fā)現由于高速設備的響應優(yōu)先級高，使低速設備6和設備2造成數據丟失。

(3)在(2)的基礎上，在哪臺設備內設置多少個字節(jié)的緩沖器就可以避免設備信息丟失?那么，這是否說書中關于流量設計的基本要求是沒有必要的了呢?為什么? 答：在設備6和2中各設兩個字節(jié)的緩沖區(qū)即可。

這并不說明流量設計的基本條件是不必要的，因為若基本條件不滿足，無論設備優(yōu)先級如何確定總有設備的信息會丟失。

阿利：這是我畫的通道處理設備請求的示意圖。（請點擊看全圖）

由圖中可看出，6號設備有丟失信息現象，解決的辦法是在6號設備內設置2個字節(jié)的緩沖器。

3.7 通道型I/O系統由一個字節(jié)多路通道A(其中包括兩個子通道Al和A2)，兩個數組多路通道B1和B2及一個選擇通道C構成，各通道所接設備和設備的數據傳送速率如表所示。（見課本）

(1)分別求出各通道應具有多大設計流量才不會丟失信息；

答：子通道Al的最大實際流量＝50+35+20+20+50+35+20+20＝250KB/S＝O.25MB/S ∴子通道A1至少應有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流量至少設計成0.5MB/S。選擇通道C的流量至少設計成0.5MB/S。

(2)設I/O系統流量占主存流量的1/2時才算流量平衡，則主存流量應達到多少? 答：此I/O系統的流量應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系統流量占主存流量的1/2才算流量平衡。因此主存流量應達到4MB/S。

第三篇：計算機系統結構心得體會

計算機系統結構心得體會

計算機系統結構安排在大學最后一個課程學期上課，這也讓我有不一樣的感覺，除了從課程學到專業(yè)知識之外，我也體會了計算機的樂趣。

計算機系統結構指的是什么? 是一臺計算機的外表? 還是是指一臺計算機內部的一塊塊板卡安放結構? 都不是，那么它是什么? 計算機系統結構就是計算機的機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到的外特性。所謂外特性，就是計算機的概念性結構和功能特性。用一個不恰當的比喻一，比如動物吧，它的“系統結構”是指什么呢? 它的概念性結構和功能特性，就相當于動物的器官組成及其功能特性，如雞有胃，胃可以消化食物。至于雞的胃是什么形狀的、雞的胃部由什么組成就不是“系統結構”研究的問題了。

而我在學習這門課程的時候遇到最為困難的問題是流水線問題，包括流水線的工作方式以及流水線的調度對我來說都難以掌握。后來，我請教了同班同學，他們實實在在地給我講了一遍概念，我從模糊認識也瞬間到了清晰理解。這讓我深刻的感到學習不能偷懶，越難的問題越要弄懂概念，越要花時間分析最基本的問題。

是的，計算機系統結構是非常重要的，在計算機學習中起到十分重要的作用。我印象最為深刻的是有趣的上課方式和可愛的老師。

上這門課的老師是我們的張老師，除了專業(yè)知識非常淵博之外，課堂相對來說非常民主。最令我覺得有趣的是，老師點到的時候會很搞笑，由于是三個班和在一起上課的，所以老師的名單總是不齊，所以點名會浪費一部分課堂時間。作為學生時代的我們，多多少少還是喜歡這樣的狀況的，課堂可以偷懶放松幾分鐘是非常渴望的。正是因為這樣，我也喜歡上這門課程了，也喜歡老師點名，并且很享受這種“小偷懶”，上課效率也特別好。說到老師民主，還有一點，這門課作為考察課，關于考察方式老師也尊重我們的意見，把本來原定的閉卷考試換成課堂考核了，這點也讓學生萬分佩服。是的，張老師就是這樣一個輕松的老師。

時間特別快，計算機系統結構作為大學最后一門課程，我想是讓我們從大體概括整個計算機專業(yè)吧！最后感謝張老師這一學期對我們教授以及付出！

第四篇：計算機原理及系統結構復習題

《計算機原理及系統結構》復習題

一、選擇題

1.下列數中最大的數是（A）。A．（10011001）2 B。（227）8 C。（98）16 D。（152）10 2.下列有關運算器的描述中，（C）是正確的。

A.只做算術運算，不做邏輯運算 B.只做加法

C.能暫時存放運算結果 D.既做算術運算，又做邏輯運算 3.透明性是指（A）。

A．某一事物或屬性實際存在，但從某種角度來看好象不存在，或者說看不出來。B．某一事物或屬性不存在，但感覺好象存在，或者說看起來存在。

C．某一事物或屬性實際存在，但從任何角度來看好象不存在，或者說看不出來。D．某一事物或屬性不存在，但從某種角度來看好象存在，或者說看起來存在。4.浮點數中尾數的位數主要影響（D）。A．可表示數在數軸上分布的離散程度 B．可表示數的范圍和精度 C．可表示數的范圍 D．可表示數的精度

5.I/O的系統結構直接影響計算機系統的性能，包括主存、CPU利用率、（D）、I/O速度和系統的兼容性等。

A．指令執(zhí)行速度 B．I/O訪問速度 C．系統總線 D．系統吞吐量

6.設由M1和M2構成二級存儲層次，其空間關系為CPU－M1－M2，則下列關于命中率H的描述中正確的是(A)。

A．命中率H是CPU產生的邏輯地址能在M1中訪問到的概率 B．命中率H是CPU產生的邏輯地址能在M2中訪問到的概率

C．命中率H是CPU產生的邏輯地址能在M1或M2中訪問到的最大概率 D．命中率H是CPU產生的邏輯地址能在M1或M2中訪問到的最小概率 7.設置“相關專用通路”解決通用寄存器數相關問題的代價是（D）。A．浪費人力 B．浪費財力 C．降低速度 D．增加設備 8.CPU主要包括（B）。

A.控制器 B.控制器、運算器、cache C.運算器和主存 D.控制器、ALU和主存 9.設變址寄存器為X，形式地址為D，（X）表示寄存器X的內容，這種尋址方式的有效地址為（A）。

A.EA=(X)+D B.EA=(X)+(D)C.EA=((X)+D)D.EA=((X)+(D))10.定點16位字長的字，采用2的補碼形式表示時，一個字所能表示的整數范圍是（A）。15 15 15 A-2~ +（2-1）B-（2–1）~ +（2–1）15 15 15 15C-（2+1）~ +2D-2 ~ +2 11.交叉存貯器實質上是一種（A）。A 模塊式存貯器，它能并行執(zhí)行多個獨立的讀寫操作 B 模塊式存貯器, 它能串行執(zhí)行多個獨立的讀寫操作

C 整體式存貯器，它能并行執(zhí)行一個獨立的讀寫操作 D 整體式存貯器，它能串行執(zhí)行多個獨立的讀寫操作

12.流水CPU 是由一系列叫做“段”的處理線路所組成，和具有m個并行部件的CPU相比，一個 m段流水CPU（A）。

A 具備同等水平的吞吐能力 B不具備同等水平的吞吐能力 C 吞吐能力大于前者的吞吐能力 D吞吐能力小于前者的吞吐能力 13.CRT的分辨率為1024×1024像素，像素的顏色數為256，則刷新存儲器的容量為（B）。A 512KB B 1MB C 256KB D 2MB 14.為了便于實現多級中斷，保存現場信息最有效的辦法是采用（B）。A 通用寄存器 B 堆棧 C 存儲器 D 外存 15.微程序控制器中，機器指令與微指令的關系是（B）。A.每一條機器指令由一條微指令來執(zhí)行

B.每一條機器指令由一段微指令編寫的微程序來解釋執(zhí)行 C.每一條機器指令組成的程序可由一條微指令來執(zhí)行 D.一條微指令由若干條機器指令組成

16.目前我們所說的個人臺式商用機屬于（D）。

A.巨型機 B.中型機 C.小型機 D.微型機 17.EPROM是指（D）。

A.讀寫存儲器 B.只讀存儲器

C.可編程的只讀存儲器 D.光擦除可編程的只讀存儲器 18.設［X］補=1.x1x2x3x4，當滿足（A）時，X >-1/2成立。

Ａ．x1必須為1，x2x3x4至少有一個為1 Ｂ．x1必須為1，x2x3x4任意 Ｃ．x1必須為0，x2x3x4至少有一個為1 Ｄ．x1必須為0，x2x3x4任意 19.在主存和CPU之間增加cache存儲器的目的是（C）。A.增加內存容量 B.提高內存可靠性

C.解決CPU和主存之間的速度匹配問題 D.增加內存容量，同時加快存取速度 20.系統總線中地址線的功能是（D）。

A.用于選擇主存單元地址 B.用于選擇進行信息傳輸的設備

C.用于選擇外存地址 D.用于指定主存和I/O設備接口電路的地址 21.采用DMA方式傳送數據時，每傳送一個數據要占用（D）的時間。

A.一個指令周期 B.一個機器周期 C.一個時鐘周期 D.一個存儲周期 22.若浮點數用補碼表示，則判斷運算結果是否為規(guī)格化數的方法是（C）。A 階符與數符相同為規(guī)格化數 B 階符與數符相異為規(guī)格化數

C 數符與尾數小數點后第一位數字相異為規(guī)格化數 D數符與尾數小數點后第一位數字相同為規(guī)格化數

23.用某個寄存器中操作數的尋址方式稱為（C）尋址。A 直接 B 間接 C 寄存器直接 D 寄存器間接 24.同步控制是（C）。A 只適用于CPU控制的方式 B 只適用于外圍設備控制的方式 C 由統一時序信號控制的方式 D 所有指令執(zhí)行時間都相同的方式

25.匯編語言程序經（）的（）轉換成機器語言程序。A A．匯編程序，翻譯 B．編譯程序，解釋 C．微指令程序，解釋 D．應用程序包，翻譯

26.透明性是指客觀存在的事物或屬性（D）看不到。A．從軟件角度 B．從硬件角度 C．從任何角度 D．從某種角度 27.（B）是計算機實現研究的內容。A．寄存器組織 B．器件技術

C．I/O結構 D．專用部件的設置

28.數據表示指的是能由（A）直接識別和引用的數據類型。A．硬件 B．軟件 C．機器語言 D．數據結構

29.為避免浮點數運算中因對階造成的精度和有效值的過多損失，在機器中階碼一般采用（D）進制。

A．十六進制 B．十進制 C．八進制 D．二進制

30.低性能單用戶計算機I/O系統的設計主要考慮解決好（A）在速度上的巨大差距。A．CPU、主存、I/O設備

B．CPU、I/O設備、磁盤控制器

C．磁盤控制器、設備控制器、總線控制器 D．硬盤、軟盤、光盤

二、填空題

1．總線按用途分為 和 兩類。專用，非專用

2．段頁式存儲管理是把 機械等分成固定大小的頁，按模塊分成段，每個段又分成與主存頁面大小相同的頁。主存，程序 3．在流水線相關處理中，采用異步流動會產生 和。“寫-寫相關” “先讀后寫相關”

4．主存儲器的性能指標主要是__________、__________、存儲周期和存儲器帶寬。

存儲容量 存取時間

5．運算器的兩個主要功能是：__________，__________。算術運算 邏輯運算

6．存儲器和CPU連接時，要完成__________的連接；__________的連接和__________的連接，方能正常工作。地址線 數據線 控制線

7．虛擬存儲器指的是__________層次，它給用戶提供了一個比實際__________空間大得多的__________空間.主存— 外存 主存 虛擬地址

8.計算機硬件由___ ____、__ _____、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部件組成。運算器，控制器

9.八進制數37.4Q轉換成二進制數為__________。11111.1B 10.在浮點加減法運算過程中，在需要_________或__________時，尾數向右移位。

對階，向右規(guī)格化

11.指令通常由_________和__________兩部分組成。操作碼，地址碼 12.要組成容量為4K*8位的存儲器，需要_____片4K*1位的靜態(tài)RAM芯片并聯，或者需要__ _片1K*8位的靜態(tài)RAM芯片串聯。8，4 13.根據目前常用的存儲介質可以把存儲器分為___________、_________和光存儲器三種。磁表面存儲器，半導體存儲器

14.主機CPU和IOP之間的通信，原則上是通過共享_________來實現的。主存儲器 15．DMA數據傳送過程可以分為________、數據塊傳送和__________三個階段。傳送前預處理，傳送后處理

16.漢字在計算機內部存儲、傳輸和檢索的代碼稱為漢字______，漢字輸入碼到該代碼的變換由______來完成。內碼，代碼轉換程序

17.顯示器的刷新存儲器（或稱顯示緩沖器）的容量是由_________和_________決定的。圖象分辨率，灰度級

18.80386支撐的兩種操作方式是_______和________。實方式，保護方式 19．磁表面存儲器主要技術指標有______、______、______、數據傳輸率。存儲密度、存儲容量、平均存取時間

20.主機CPU和IOP之間的通信，原則上是通過共享_________來實現的。主存儲器

三、問答題

1． 軟件和硬件在什么意義上是等效的？在什么意義上又是不等效的？ 答：（1）等效性：軟件和硬件在邏輯功能上是等效的。

（2）軟件的功能可用硬件或固件完成。（3）硬件的功能也可用軟件模擬完成。

（4）不等效性：軟件和硬件實現的性能價格比不同，實現的難易程度不同。

2． Huffman壓縮概念的基本思想是什么？

答：Huffman壓縮概念的基本思想是：當各種事件發(fā)生概率不均等時，采用優(yōu)化技術對發(fā)生概率最高的事件用最短的位數來表示，而對發(fā)生概率較低的事件，允許用較長的位數來表示。

3． 什么是中斷源？簡要說明中斷分類的目的。答：（1）中斷源：引起中斷的來源。

（2）中斷分類目的：中斷源很多，若都形成單獨程序入口，則硬件復雜，代價大，故進行分類。

（3）中斷分類方法：把性質相近的中斷源歸為一類。

4． 說明在頁式虛擬存儲器管理中，為什么要使用快表（TLB表），它與保存在內存中的頁表是什么關系？

答：（1）程序具有局部性，對頁表內各行的使用不是隨機的，而是簇聚在一起的，即在一段時間內只使用到表中很少的幾行。

（2）所以，可以使用一個比全部的頁表的內容少很多的目錄表（即快表）來提高查找的時間?？毂碛址QTLB，它是頁表的一小部分。

（3）快表用相聯存儲器實現。

（4）快表由成對的虛頁號和實頁號組成。

5． 試推導磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時間的公式

答：設讀寫一塊信息所需總時間為Tb，平均找到時間為Ts，平均等待時間為TL，讀寫一塊信息的傳輸時間為Tm，則：Tb=Ts＋TL＋Tm。假設磁盤以每秒r的轉速率旋轉，每條磁道容量為N個字，則數據傳輸率=rN個字/秒。又假設每塊的字數為n，因而一旦讀寫頭定位在該塊始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的時間中傳輸完畢。TL是磁盤旋轉半周的時間，TL=（1/2r）秒，由此可得： Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒

6． 舉例說明什么是部件級流水、處理機級流水和系統級流水

答：（1）部件級流水是指構成處理機部件內各子部件之間的流水，如運算器內浮點加運算的流水

（2）處理機級流水是指構成處理機各個部件之間的流水，如取指、分析和執(zhí)行操作的流水

（3）系統級流水是指系統的多個處理機之間的流水，如宏流水

7． 說明程序查詢方式與中斷方式各自的特點。

答：程序查詢方式，數據在CPU和外圍設備之間的傳送完全靠計算機程序控制，優(yōu)點是硬件結構比較簡單，缺點是CPU效率低，中斷方式是外圍設備用來“主動”通知CPU，準備輸入輸出的一種方法，它節(jié)省了CPU時間，但硬件結構相對復雜一些。

8． 在寄存器—寄存器型，寄存器—存儲器型和存儲器—存儲器型三類指令中，哪類指令的執(zhí)行時間最長？哪類指令的執(zhí)行時間最短？為什么？

答：寄存器-寄存器型執(zhí)行速度最快,存儲器-存儲器型執(zhí)行速度最慢。因為前者操作數在寄存器中，后者操作數在存儲器中，而訪問一次存儲器所需的時間一般比訪問一次寄存器所需時間長。

9． 試推導磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時間的公式。

答：設讀寫一塊信息所需總時間為Tb，平均找到時間為Ts，平均等待時間為TL，讀寫一塊信息的傳輸時間為Tm，則：Tb=Ts＋TL＋Tm。假設磁盤以每秒r的轉速率旋轉，每條磁道容量為N個字，則數據傳輸率=rN個字/秒。又假設每塊的字數為n，因而一旦讀寫頭定位在該塊始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的時間中傳輸完畢。TL是磁盤旋轉半周的時間，TL=（1/2r）秒，由此可得： Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒

10． 試述由中間開始的設計思路及其優(yōu)點。答：

“由中間開始”設計思路：先定義軟、硬件交界面，然后由這個中間點分別往上、往下進行軟件和硬件設計。

優(yōu)點：

（1）既考慮到現有的硬器件，又考慮到可能的應用所需的算法和數據結構。（2）軟件和硬件并行設計。（3）縮短系統設計周期。（4）設計過程中可交流協調。

（5）是一種交互式的、較好的設計方法。

11． 簡述幾種耦合度的特征。答：

（1）耦合度反映多機系統中各機間物理連接的緊密度和交叉作用能力的強弱。（2）耦合度有三種：最低耦合、松散耦合和緊密耦合。

（3）最低耦合系統的特點：各計算機之間除通過某種存儲介質外無物理連接，也無共享的聯機硬件資源。（4）松散耦合系統的特點：多臺計算機通過通道或通信線路實現互連，共享某些如磁盤、磁帶等外圍設備。

（5）緊密耦合系統的特點：多臺計算機經總線或高速開關互連，共享主存，有較高的信息傳輸速率，可實現數據集一級、任務級、作業(yè)級并行。

12.簡述頁式存儲管理的地址變換過程，并畫圖示意。

答：

（1）頁式存貯管理方式將主存空間和程序空間都機械等分成大小相同的頁面，程序的起點必須處在主存中某一個頁面位置的起點。

（2）頁式存儲管理的多用戶虛地址表示為：用戶標志＋用戶虛頁號＋頁內位移。（3）地址變換過程：

① 由用戶標志找到相應的頁表基址寄存器，找出該程序的頁表基址。② 由頁表基址和用戶虛頁號找到頁表中相應表項。③ 若裝入位＝“1”，表明該頁已裝入主存，否則產生缺頁中斷，從輔存中調頁到主存。④ 形成主存地址：實頁號＋頁內位移。（4）示意圖：參考教材第92頁圖4.13。

13.簡述段式存儲管理的地址變換過程，并畫圖示意。

答：

（1）段式存貯管理將程序按邏輯意義分段，用段表中每一行的裝入位來記錄程序中每個段是否已裝入了主存。

（2）段式存儲管理的多用戶虛地址表示為：程序號＋段號＋段內位移。（3）地址變換過程：

① 由程序號找到相應的段表基址寄存器，找出該程序的段表基地址和段表長度。② 若段表長度>段號，則越界，否則正常。③ 按段表基址和段號找到段表中相應的一行。④ 若裝入位＝“1”，表明該段已裝入主存，否則產生缺段中斷，從輔存中調段到主存。⑤ 形成主存地址：段表中相應行的段在主存的起始地址+段內位移。（4）示意圖：參考教材第90頁圖4.11。

14.集中式仲裁有幾種方式？畫出獨立請求方式的邏輯圖，說明其工作原理。答：有三種方式：鏈式查詢方式、計數器定時查詢方式、獨立請求方式。獨立請求方式結構圖如圖：

15.CPU結構如圖所示，其中有一個累加寄存器AC，一個狀態(tài)條件寄存器，各部分之間的連線表示數據通路，箭頭表示信息傳送方向。（1）標明圖中四個寄存器的名稱。

（2）簡述指令從主存取到控制器的數據通路。

（3）簡述數據在運算器和主存之間進行存 / 取訪問的數據通路。

答：

（1）a為數據緩沖寄存器 DR，b為指令寄存器 IR，c為主存地址寄存器，d為程序計數器PC。

（2）主存 M →緩沖寄存器 DR →指令寄存器 IR →操作控制器。(3)存貯器讀 ：M →DR →ALU →AC 存貯器寫 ：AC →DR →M

第五篇：計算機系統結構填空題總結

1計算機系統結構是計算機系統的軟、硬件分界面；計算機組成是計算機系統結構的邏輯實現；計算機實現是計算機組成的物理實現。

2計算機系統的性能評測峰值性能和持續(xù)性能

3計算機系統的定量設計原理哈夫曼（Huffman）壓縮原理，Amdahl定律，程序訪問的局部性定律 程序訪問的局部性定律 包括時間上和空間上

4仿真是用微程序解釋，解釋程序存在控制存儲器中，模擬是用機器語言程序解釋，解釋程序存在主存中

5并行性級別 字串位串，字串位并，字并位串，全并行 6單指令流單數據流SISD傳統計算機

單指令流多數據流SIMD陣列計算機)

多指令流單數據流 MISD較先進的流水線處理機 多指令流多數據流MIMD多計算機系統）

7數據表示指的是能由機器硬件直接識別和引用的數據類型。由硬件實現的數據類型

數據結構由軟件實現的數據類型

數據結構和數據表示是軟、硬件的交界面。

8自定義數據表示（Self-defining）帶標志符的數據表示和數據描述符Rm越大，表示數的范圍增大，可表示的數的個數增多，數在數軸上的分布越稀，數的表示精度下降，運算中的精度損失越小。10尋址方式面向主存、寄存器、堆棧

11動態(tài)再定位通過基址尋址來

實現

12根據通道數據傳送中信息傳送的方式不同字節(jié)多路通道，選擇通道，數組多路通道 13中斷可以分為內中斷，外中斷，軟件中斷

14總線控制方式有，集中式串行鏈接，定時查詢，獨立請求。15系列機軟件兼容必須做到_后_兼容，盡可能爭取_上_兼容。16在Cache存儲器寫操作中，只寫入_cache_，僅當需要塊替換時，才將其寫回_內存_。稱這種修改主存塊內容的方法為“寫回法”。

在Cache存貯器中，CPU每次寫Cache的同時，也寫入主存，稱這種更新主存塊內容的方法為寫直達法。

17解決重疊和流水中的操作數相關，不外乎是__推后_法和設置___設置相關通 路_法兩種基本方法。

18流水線消除速度瓶頸的方法有___頸瓶子程序進一步細化和_頸瓶子程序并聯_兩種。19虛擬存儲器主要是為解決主存容量__滿足不了要求發(fā)展出來的；Cache 主要是解決主存___速度__滿足不了要求發(fā)展出來的20流水線中的相關有 結構相關、數據相關 和 控制相關 21向量橫向處理是向量的處理方式，但是不是向量的流水處理方式。而向量縱向處理和分組縱橫處理是向量的處理方式，也是向量的流水處理方式。22例題：一臺模型機共有7條指令，各指令的使用頻度分別為35%，25%，20%，10%，5%，3%，2%。該模型機有8位和16位兩種指令字長，采用2-4擴展操作碼。8位字長指令為寄存器-寄存

器（R-R）二地址類型，16位字長指令為寄存器-存儲器（R-M）二地址變址尋址（-128<=變址范圍<=127）類型

(1)設計該機的兩種指令格式，標出各字段位數并給出操作碼編碼(2)該機允許使用多少個可編址的通用寄存器，多少個變址寄存器？(3)計算操作碼的平均碼長。

（1）35%0025%0120%1010%11005%11013%11102%1111

(2)為了加快使用頻率高的指令的執(zhí)行速度，設計時，讓操作碼長度只有2位的3條指令的操作在通用寄存器之間進行，而其它的指令則在寄存器和存儲器之間進行。由于R-R型指令長度為8位，操作碼占2位，因此源、目的寄存器編碼部分各占3位，其格式如下：

(3)由變址尋址的位移量范圍(-128～+127)可知，R-M型指令格式中偏移地址占8位，由于操作碼占4位，源寄存器編碼占3位，R-M型指令長度為16位，因此變址寄存器的編碼只占1位，(4)(2)根據(1)中設計的指令格式，通用寄存器編碼占3位，變址寄存器編碼占1位可知：該機允許使用8個可編址的通用寄存器和2個變址寄存器。

(3)根據表2.4可計算操作碼的平均碼長為：pi?li=0.35×2+0.25×2+0.2×2+0.1×4+0.05×4+0.03×4+0.02×4 =2.4位