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计算机系统结构(课后习题答案解析)

计算机系统结构(课后习题答案解析)
计算机系统结构(课后习题答案解析)

第一章计算机系统结构的基本概念

1.有一个计算机系统可按功能分成4级,每级的指令互不相同,每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍,即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。现若需第i级的N条指令解释第i+1级的一条指令,而有一段第1级的程序需要运行Ks,问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间?

答:第2级上等效程序需运行:(N/M)*Ks。第3级上等效程序需运行:(N/M)*(N/M)*Ks。第4级上等效程序需运行:(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。

note: 由题意可知:第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。而现在第i级有N条指令解释第i+1级的一条指令,那么,我们就可以用N/M来表示N/M 表示第i+1级需(N/M)条指令来完成第i级的计算量。所以,当有一段第1级的程序需要运行Ks时,在第2级就需要(N/M)Ks,以此类推

2.硬件和软件在什么意义上是等效的?在什么意义上又是不等效的?试举例说明。

答:软件和硬件在逻辑功能上是等效的,原理上,软件的功能可用硬件或固件完成,硬件的功能也可用软件模拟完成。但是实现的性能价格比,实现的难易程序不同。

在DOS操作系统时代,汉字系统是一个重要问题,早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡(硬件)上,而随着CPU、硬盘、存技术的不断发展,UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。

3.试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。

答:计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同,但又相互影响。

(1)计算机的系统结构相同,但可采用不同的组成。如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同,均是由中央处理机/主存,通道、设备控制器,外设4级构成。其中,中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统,只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行,在高档机上采用重叠、流

水或其它并行处理方式。

(2)相同的组成可有多种不同的实现。如主存器件可用双极型的,也可用MOS型的;可用VLSI 单片,也可用多片小规模集成电路组搭。

(3)计算机的系统结构不同,会使采用的组成技术不同,反之组成也会影响结构。如为实现A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系统结构,也可采用面向主存的三地址寻址方式的系统结构。要提高运行速度,可让相加与相乘并行,为此这两种结构在组成上都要求设置独立的加法器和乘法器。但对面向寄存器的系统结构还要求寄存器能同时被访问,而对面向主存的三地址寻址方式的系统结构并无此要求,倒是要求能同时形成多个访存操作数地址和能同时访存。又如微程序控制是组成影响结构的典型。通过改变控制存储器中的微程序,就可改变系统的机器指令,改变结构。如果没有组成技术的进步,结构的进展是不可能的。

综上所述,系统结构的设计必须结合应用考虑,为软件和算法的实现提供更多更好的支持,同时要考虑可能采用和准备采用的组成技术。应避免过多地或不合理地限制各种组成、实现技术的采用和发展,尽量做到既能方便地在低档机上用简单便宜的组成实现,又能在高档机上用复杂较贵的组成实现,这样,结构才有生命力;组成设计上面决定于结构,下面受限于实现技术。然而,它可与实现折衷权衡。例如,为达到速度要求,可用简单的组成但却是复杂的实现技术,也可用复杂的组成但却是一般速度的实现技术。前者要求高性能的器件,后者可能造成组成设计复杂化和更多地采用专用芯片。

组成和实现的权衡取决于性能价格比等因素;结构、组成和实现所包含的具体容随不同时期及不同的计算机系统会有差异。软件的硬化和硬件的软件都反映了这一事实。VLSI的发展更使结构组成和实现融为一体,难以分开。

4.什么是透明性概念?对计算机系统结构,下列哪些是透明的?哪些是不透明的?

存储器的模m交叉存取;浮点数据表示;I/O系统是采用通道方式还是外围处理机方式;数据总线宽度;字符行运算指令;阵列运算部件;通道是采用结合型还是独立型;PDP-11系列的单总线结构;

访问方式保护;程序性中断;串行、重叠还是流水控制方式;堆栈指令;存储器最小编址单位;Cache 存储器。

答:透明指的是客观存在的事物或属性从某个角度看不到。

透明的有:存储器的模m交叉存取;数据总线宽度;阵列运算部件;通道是采用结合型还是独立型;PDP-11系列的单总线结构串行、重叠还是流水控制方式;Cache存储器。

不透明的有:浮点数据表示;I/O系统是采用通道方式还是外围处理机方式;字符行运算指令;访问方式保护;程序性中断;;堆栈指令;存储器最小编址单位。

5.从机器(汇编)语言程序员看,以下哪些是透明的?

指令地址寄存器;指令缓冲器;时标发生器;条件寄存器;乘法器;主存地址寄存器;磁盘外设;先行进位链;移位器;通用寄存器;中断字寄存器。

答:透明的有:指令缓冲器、时标发生器、乘法器、先进先出链、移位器、主存地址寄存器。

6.下列哪些对系统程序员是透明的?哪些对应用程序员是透明的?

系列机各档不同的数据通路宽度;虚拟存储器;Cache存储器;程序状态字;“启动I/O”指令;“执行”指令;指令缓冲寄存器。

答:对系统程序员透明的有:系列机各档不同的数据通路宽度;Cache存储器;指令缓冲寄存器;

对应用程序员透明的有:系列机各档不同的数据通路宽度;Cache存储器;指令缓冲寄存器;虚拟存储器;程序状态字;“启动I/O”指令。

note: 系列机各档不同的数据通路宽度、Cache存贮器、指令缓冲寄存器属于计算机组成,对系统和程序员和应用程序员都是透明的。

虚拟存贮器、程序状态字、“启动I/O”指令,对系统程序员是不透明的,而对应用程序员却是透明的。

“执行”指令则对系统程序员和应用程序员都是不透明的。

7.想在系列机中发展一种新型号机器,你认为下列哪些设想是可以考虑的,哪些则不行的?为什

么?

新增加字符数据类型和若干条字符处理指令,以支持事务处理程序的编译。

(2)为增强中断处理功能,将中断分级由原来的4级增加到5级,并重新调整中断响应的优先次序。

(3)在CPU和主存之间增设Cache存储器,以克服因主存访问速率过低而造成的系统性能瓶颈。(4)为解决计算误差较大,将机器中浮点数的下溢处理方法由原来的恒置“1”法,改为用ROM存取下溢处理结果的查表舍入法。

(5)为增加寻址灵活性和减少平均指令字长,将原等长操作码指令改为有3类不同码长的扩展操作码;将源操作数寻址方式由操作码指明改成如VAX-11那种设寻址方式位字段指明。

(6)将CPU与主存间的数据通路宽度由16位扩展成32位,以加快主机部信息的传送。

(7)为减少公用总路线的使用冲突,将单总线改为双总线。

(8)把原0号通用寄存器改作堆栈指示器。

答:可以考虑的有:1,3,4,6,7。不可以考虑的有:2,5,8。

原则是看改进后能否保持软件的可移植性。

P.S.为了能使软件长期稳定,就要在相当长的时期里保证系统结构基本不变,因此在确定系列结构时要非常慎重。其中最主要是确定好系列机的指令系统、数据表示及概念性结构。既要考虑满足应用的各种需要和发展,又要考虑能方便地采用从低速到高速的各种组成的实现技术,即使用复杂、昂贵的组成实现时,也还能充分发挥该实现方法所带来的好处。

8.并行处理计算机除分布处理、MPP和机群系统外,有哪4种基本结构?列举它们各自要解决的主要问题。

答:除了分布处理,MPP和机群系统外,并行处理计算机按其基本结构特征可分为流水线计算机,阵列处理机,多处理机和数据流计算机四种不同的结构。

流水线计算机主要通过时间重叠,让多个部件在时间上交划重叠地并行招待运算和处理,以实

现时间上的并行。它主要应解决:拥塞控制,冲突防止,流水线调度等问题。

阵列处理机主要通过资源重复实现空间上的并行。它主要应解决:处理单元灵活、规律的互连模式和互连网络设计,数据在存储器中的分布算法等问题。

多处理机主要通过资源共享,让一组计算机在统一的操作系统全盘控制下,实现软件和硬件各级上的相互作用,达到时间和空间上的异步并行。它主要应解决:处理机间互连等硬件结构,进程间的同上步和通讯,多处理机调度等问题。

数据流计算机设有共享变量的概念,指令执行顺序只受指令中数据的相关性制约。数据是以表示某一操作数或参数已准备就绪的数据令牌直接在指令之间传递。它主要应解决:研究合适的硬件组织和结构,高效执行的数据流语言等问题。

9.计算机系统的3T性能目标是什么?

答:计算机系统的3T性能目标是1TFLOPS计算能力,1TBYTE主存容量和1TBYTES的I/O带宽

第二章数据表示与指令系统

1.数据结构和机器的数据表示之间是什么关系?确定和引入数据表示的基本原则是什么?

答:数据表示是能由硬件直接识别和引用的数据类型。数据结构反映各种数据元素或信息单元之间的结构关系。

数据结构要通过软件映象变换成机器所具有的各种数据表示实现,所以数据表示是数据结构的组成元素。不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持,表现在实现效率和方便性不同。数据表示和数据结构是软件、硬件的交界面。

除基本数据表示不可少外,高级数据表示的引入遵循以下原则:

(1)看系统的效率有否提高,是否养活了实现时间和存储空间。

(2)看引入这种数据表示后,其通用性和利用率是否高。

2.标志符数据表示与描述符数据表示有何区别?描述符数据表示与向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什么不同?

答:标志符数据表示与描述符数据表示的差别是标志符与每个数据相连,合存于同一存储单元,描述单个数据的类型特性;描述符是与数据分开存放,用于描述向量、数组等成块数据的特征。

描述符数据表示为向量、数组的的实现提供了支持,有利于简化高级语言程序编译中的代码生成,可以比变址法更快地形成数据元素的地址。但描述符数据表示并不支持向量、数组数据结构的高效实现。而在有向量、数组数据表示的向量处理机上,硬件上设置有丰富的赂量或阵列运算指令,配有流水或阵列方式处理的高速运算器,不仅能快速形成向量、数组的元素地址,更重要的是便于实现把向量各元素成块预取到中央处理机,用一条向量、数组指令流水或同时对整个向量、数组高速处理.如让硬件越界判断与元素运算并行。这些比起用与向量、阵列无关的机器语言和数据表示串行实现要高效的多。

3.堆栈型机器与通用寄存器型机器的主要区别是什么?堆栈型机器系统结构为程序调用的哪些操作提供了支持?

答:通用寄存器型机器对堆栈数据结构实现的支持是较差的。表现在:(1)堆栈操作的指令少,功能单一;(2)堆栈在存储器,访问堆栈速度低;(3)堆栈通常只用于保存于程序调用时的返回地址,少量用堆栈实现程序间的参数传递。

而堆栈型机器则不同,表现在:(1)有高速寄存器组成的硬件堆栈,并与主存中堆栈区在逻辑上组成整体,使堆栈的访问速度是寄存器的,容量是主存的;(2)丰富的堆栈指令可对堆栈中的数据进行各种运算和处理;(3)有力地支持高级语言的编译;(4)有力地支持子程序的嵌套和递归调用。

堆栈型机器系统结构有力地支持子程序的嵌套和递归调用。在程序调用时将返回地址、条件码、关键寄存器的容等全部压入堆栈,待子程序返回时,再从堆栈中弹出。

4.设某机阶值6位、尾数48位,阶符和数符不在其,当尾数分别以2、8、16为基时,在非负阶、正尾数、规格化数情况下,求出其最小阶、最大阶、阶的个数、最小尾数值、最大尾数值、可表示的最小值和最大值及可表示的规格化数的总个数。

解:依题意知:p=6 m=48 rm=2, 8, 16,m'=m/log2(rm),列下表:

计算机系统结构课后答案

1、数据结构和机器的数据表示之间是什么关系?确定和引入数据表示的基本原则是什么? 答:数据表示是能由硬件直接识别和引用的数据类型。数据结构反映各种数据元素或信息单元之间的结构关系。数据结构要通过软件映象变换成机器所具有的各种数据表示实现,所以数据表示是数据结构的组成元素。不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持,表现在实现效率和方便性不同。数据表示和数据结构是软件、硬件的交界面。 除基本数据表示不可少外,高级数据表示的引入遵循以下原则:(1)看系统的效率有否提高,是否养活了实现时间和存储空间。(2)看引入这种数据表示后,其通用性和利用率是否高。 2、标志符数据表示与描述符数据表示有何区别?描述符数据表示与向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什么不同? 答:标志符数据表示指将数据类型与数据本身直接联系在一起,让机器中每个数所都带类型樗位。其优点是:(1)简化了指令系统和程序设计;(2)简化了编译程序;(3)便于实现一致性校验;(4)能由硬件自动变换数据类型;(5)支持数据库系统的实现与数据类型无关;(6)为软件调试和应用软件开发提供支持。缺点是:(1)会增加程序所点的主存空间;(2)在微观上对机器的性能(运算速度)不利。 数据描述符指数据的描述与数据分开存放,描述所访问的数据是整块还是单个的,及访问该数据块或数据元素的地址住处它具备标志符数据表示的优点,并减少了标志符数据表示所占的空间,为向量和数组结构的实现提供支持。 数据描述符方法优于标志符数据表示,数据的描述与数据分开,描述所访问的数据是整块还是单个的,及访问该数据块或数据元素的地址信息,减少了樗符数据表示所占的窨。用描述符方法实现阵列数据的索引比用变址方法实现要方便,且便于检查出程序中的阵列越界错误。但它不能解决向量和数组的高速运算问题。而在有向量、数组数据表示的向量处理机上,硬件上设置有丰富的赂量或阵列运算指令,配有流水或阵列方式处理的高速运算器,不仅能快速形成向量、数组的元素地址,更重要的是便于实现把向量各元素成块预取到中央处理机,用一条向量、数组指令流水或同时对整个向量、数组高速处理.如让硬件越界判断与元素运算并行。这些比起用与向量、阵列无关的机器语言和数据表示串行实现要高效的多。 3、堆栈型机器与通用寄存器型机器的主要区别是什么?堆栈型机器系统结构为程序调用的哪些操作提供了支持? 答:有堆栈数据表示的机器称为堆栈机器。它与一般通用寄存器型机器不同。通用寄存器型

计算机系统结构三四章作业及答案

3.1 简述流水线技术的特点。(1) 流水线把一个处理过程分解为若干个子过程,每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此,流水线实际上是把一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件,并依靠它们的并行工作来提高吞吐率。(2) 流水线中各段的时间应尽可能相等,否则将引起流水线堵塞和断流。(3) 流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器,称为流水寄存器。(4) 流水技术适合于大量重复的时序过程,只有在输入端不断地提供任务,才能充分发挥流水线的效率。(5) 流水线需要有通过时间和排空时间。在这两个时间段中,流水线都不是满负荷工作。 3.2 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法?答:细分瓶颈段与重复设置瓶颈段 3.3 有一条指令流水线如下所示: (1 用两给出条指 (1) (24? 变八级流水线(细分) ? 重复设置部件 )(ns 85 1 T n TP 1pipeline -== 3.4 有一个流水线由4段组成,其中每当流过第三段时,总要在该段循环一次,然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需的时间都是△t ,问: (1)当在流水线的输入端连续地每△t 时间输入一个任务时,该流水线会发生什么情况? (2)此流水线的最大吞吐率为多少?如果每2△t 输入一个任务,连续处理10个任务时,其实际吞吐率和效率是多少? (3)当每段时间不变时,如何提高流水线的吞吐率?人连续处理10个任务时,其吞吐率提高多少? 解:(1)会发生流水线阻塞情况。

(2) (3)重复设置部件 吞吐率提高倍数= t t ??2310 75 =1.64 3.5 有一条动态多功能流水线由5段组成,加法用1、3、4、5段,乘法用1、2、5段,第2段的时间为2△t ,其余各段的时间均为△t ,而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算 ∏=+4 1 )(i i i B A ,画出时空图,并计算其吞吐率、加速比和效率。 +B 4;再计算由图可见,它在18个△t 时间中,给出了7个结果。所以吞吐率为: 如果不用流水线,由于一次求积需3△t ,一次求和需5△t ,则产生上述7个结果共需(4×5+3×3)△t =29△t 。所以加速比为: 该流水线的效率可由阴影区的面积和5个段总时空区的面积的比值求得: 3.6 在一个5段流水线处理机上,各段执行时间均为△t,需经9△t 才能完成一个任务,其预约表如下所示。 段23 时间 入 A 1 B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4 A B C D A × B C ×D

初一上学期动点问题(含答案)

初一上学期动点问题练习 1.如图,已知数轴上点A表示的数为8,B是数轴上一点,且AB=14.动点P从点A出发,以每秒5个单位长度的速度沿数轴向左匀速运动,设运动时间为t(t>0)秒. (1)写出数轴上点B表示的数,点P表示的数用含t的代数式表示); (2)动点Q从点B出发,以每秒3个单位长度的速度沿数轴向左匀速运动,若点P、Q同时出发,问点P运动多少秒时追上点Q? (3)若M为AP的中点,N为PB的中点.点P在运动的过程中,线段MN的长度是否发生变化?若变化,请说明理由;若不变,请你画出图形,并求出线段MN的长; 解:(1)由题意得点B表示的数为-6;点P表示的数为8-5t; (2)设点P运动x秒时,在点C处追上点Q(如图) 则AC=5,BC=3, ∵AC-BC=AB ∴5-3="14" 解得:=7, ∴点P运动7秒时,在点C处追上点Q; (3)没有变化.分两种情况: ①当点P在点A、B两点之间运动时: MN=MP+NP=AP+BP=(AP+BP)=AB="7" ②当点P运动到点B的左侧时: MN=MP-NP= AP-BP=(AP-BP)=AB="7" ∴综上所述,线段MN的长度不发生变化,其值为7; 2.已知数轴上有A、B、C三点,分别表示有理数-26,-10,10,动点P从A出发,以每秒1个单位的速度向终点C移动,设点P移动时间为t秒. (1)用含t的代数式表示P到点A和点C的距离:PA=______,PC=______. (2)当点P运动到B点时,点Q从A出发,以每秒3个单位的速度向C点运动,Q点到达C点后,再立即以同样的速度返回点A,当点Q开始运动后,请用t的代数式表示P、Q两点间的距离. 解:(1)PA=t,PC=36-t; (2)当16≤t≤24时PQ=t-3(t-16)=-2t+48, 当24<t≤28时PQ=3(t-16)-t=2t-48, 当28<t≤30时PQ=72-3(t-16)-t=120-4t, 当30<t≤36时PQ=t-[72-3(t-16)]=4t-120. 3.已知数轴上点A与点B的距离为16个单位长度,点A在原点的左侧,到原点的距离为26个单位长度,点B在点A 的右侧,点C表示的数与点B表示的数互为相反数,动点P从A出发,以每秒1个单位的速度向终点C移动,设移动时间为t秒.(1)点A表示的数为______,点B表示的数为______,点C表示的数为______;(2)用含t的代数式

计算机系统结构课后答案unit3

第3章总线、中断与输入输出系统 3.1.简要举出集中式串行链接,定时查询和独立请求3种总线控制方式的优缺点。同时分析硬件产生故障时通讯的可靠性。 答:集中式串行链连接方式。其过程为: ①所有部件都经公共的“总线请求”线向总线控制器发使用总线申请。 ②当“总线忙”信号未建立时,“总线请求”才被总线控制器响应,送出“总线可用”信号,它串行地通过每个部件。 ③如果某部件未发过“总线请求”,则它将“总线可用”信号往下一部件转,如果某部件发过“总线请求”,则停止“总线可用”信号的传送。 ④该部件建立“总线忙”,并除去“总线请求”,此时该部件获得总线使用权,准备传送数据。 ⑤数据传送期间,“总线忙”维持“总线可用”的建立。 ⑥传送完成后,该部件去除“总线忙”信号和“总线可用”信号。 ⑦当“总线请求”再次建立时,就开始新的总线分配过程。 优点:①选择算法简单;②控制总线数少;③可扩充性好;④可靠性高。 缺点:①对“总线可用”线及其有关电路失效敏感,②不灵活;③总线中信号传送速度慢。 集中式定时查询方式,过程: ①总线上每个部件通过“总线请求”发请求。 ②若“总线忙”信号未建立,则计数器开始计数,定时查询个部件,以确定是谁发的请求。 ③当查询线上的计数值与发出请求的部件号一致时,该部件建立“总线忙”,计数停止,查询也停止。除去“总线请求”,该部件获得总线使用权。 ④“总线忙”维持到数据传送完毕。 ⑤数据传送完,去除“总线忙”。 ⑥当“总线请求”线上有新的请求,就开始下一个总线分配过程。 优点:①优先次序灵活性强;②可靠性高。 缺点:①控制线数较多;②扩展性较差;③控制较为复杂;④总线分配受限于计数信号,不能很高。 集中式独立请求方式,过程:

计算机系统结构网上作业

计算机系统结构作业参考答案 一、 1、试述现代计算机系统的多级层次结构。 计算机系统具有层次性,它由多级层次结构组成。从功能上计算机系统可分为五个层次级别:第一级是设计级。这是一个硬件级,它由机器硬件直接执行。 第二级是一般机器级,也称为机器语言级。它由微程序解释系统.这一级是硬件级。 第三级是操作系统级,它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成,这些广义指令是操作系统定义和解释的软件指令。这一级也称混合级。 第四级是汇编语言级。它给程序人员提供一种符号形式的语言,以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持执行。 第五级是高级语言级。这是面向用户为编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言支持。 2、试述RISC设计的基本原则和采用的技术。 答:一般原则: (1)确定指令系统时,只选择使用频度很高的指令及少量有效支持操作系统,高级语言及其它功能 的指令,大大减少指令条数,一般使之不超过100条; (2)减少寻址方式种类,一般不超过两种; (3)让所有指令在一个机器周期内完成; (4)扩大通用寄存器个数,一般不少于32个,尽量减少访存次数; (5)大多数指令用硬联实现,少数用微程序实现; (6)优化编译程序,简单有效地支持高级语言实现。

基本技术: (1)按RISC一般原则设计,即确定指令系统时,选最常用基本指令,附以少数对操作系统等支持最有用的指令,使指令精简。编码规整,寻址方式种类减少到1、2种。 (2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。即大多数简单指令用硬联方式实现,功能复杂的指令用微程序实现。 (3)用重叠寄存器窗口。即:为了减少访存,减化寻址方式和指令格式,简有效地支持高级语言中的过程调用,在RISC机器中设有大量寄存嚣,井让各过程的寄存器窗口部分重叠。 (4)用流水和延迟转移实现指令,即可让本条指令执行与下条指令预取在时间上重叠。另外,将转移指令与其前面的一条指令对换位置,让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发生,使预取指令不作废,节省一个机器周期。 (5)优化设计编译系统。即尽力优化寄存器分配,减少访存次数。不仅要利用常规手段优化编译,还可调整指令执行顺序,以尽量减少机器周期等。 3、试述全相联映像与直接映像的含义及区别 (1)全相连映像 主存中任何一个块均可以映像装入到Cache中的任何一个块的位置上。主存地址分为块号和块内地址两部分,Cache地址也分为块号和块内地址。Cache的块内地址部分直接取自主存地址的块内地址段。主存块号和Cache块号不相同,Cache块号根据主存块号从块表中查找。Cache保存的各数据块互不相关,Cache必须对每个块和块自身的地址加以存储。当请求数据时,Cache控制器要把请求地址同所有的地址加以比较,进行确认。 (2)直接映像 把主存分成若干区,每区与Cache大小相同。区内分块,主存每个区中块的大小和Cache 中块的大小相等,主存中每个区包含的块的个数与Cache中块的个数相等。任意一个主存块只能映像到Cache中唯一指定的块中,即相同块号的位置。主存地址分为三部分:区号、块号和块内地址,Cache地址分为:块号和块内地址。直接映像方式下,数据块只能映像到Cache中唯一指定的位置,故不存在替换算法的问题。它不同于全相连Cache,地址仅需比较一次。 (3)区别: 全相连映像比较灵活,块冲突率低,只有在Cache中的块全部装满后才会出现冲突,Cache 利用率高。但地址变换机构复杂,地址变换速度慢,成本高。 直接映像的地址变换简单、速度快,可直接由主存地址提取出Cache地址。但不灵活,块冲突率较高,Cache空间得不到充分利用。 4. 画出冯?诺依曼机的结构组成?

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第1章计算机系统结构的基本概念 (1) 第2章指令集结构的分类 (10) 第3章流水线技术 (15) 第4章指令级并行 (37) 第5章存储层次 (55) 第6章输入输出系统 (70) 第7章互连网络 (41) 第8章多处理机 (45) 第9章机群 (45) 第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次机构:按照计算机语言从低级到高级的次序,把计算机系统按功能划分成多级层次结构,每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为:微程序机器级,传统机器语言机器级,汇编语言机器级,高级语言机器级,应用语言机器级等。 虚拟机:用软件实现的机器。 翻译:先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序,然后再在这低一级机器上运行,实现程序的功能。

解释:对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令,都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后,再去高一级机器取下一条语句或指令,再进行解释执行,如此反复,直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构:传统机器程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性。 在计算机技术中,把这种本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机组成:计算机系统结构的逻辑实现,包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现:计算机组成的物理实现,包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,模块、插件、底板的划分与连接,信号传输,电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比:对系统中某部分进行改进时,改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律:当对一个系统中的某个部件进行改进后,所能获得的整个系统性能的提高,受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理:程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的,而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。

华科专升本计算机系统结构-作业全

第一章作业 简答题 1、简述什么是计算机系统结构。 2、答:计算机系统结构是程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能性结构。 3、 4、计算机系统的层次从下到上包括哪些? 5、答:计算机系统的层次从上到下包括微程序机器级、机器语言、操作系统虚拟机、汇编 语言虚拟机、高级语言虚拟机、应用语言虚拟机。 6、 7、Flynn分类法是以什么对计算机系统进行分类分成哪几类? 8、答:Flynn分类法是以指令流和数据流的多倍性对计算机系统进行分类。Flynn分类法 把计算机系统的结构分为以下4类:单指令流单数据流、单指令多数据流、多指令流单数据流、多指令流多数据流。 9、 10、简述Amdahl定律及加速比计算公式。 答:Amdahl定律指出加快某部件执行速度所能获取得系统性加速比,受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比。 加速比计算公式=系统性能(改进后)/系统性能(改进前)=总执行时间(改进前)/总执行时间(改进后) 计算题 5、如果某一些计算任务用向量方式求解比用标量方式求解快20倍。为达到加速比2,可用向量方式求解所花费时间占总的时间的百分比为多少 解:由题可知,系统加速比=2,部件加速比=20,通过向量方式求解可改进比例未知,可设为X。 根据Amdahl定律可知 系统加速比=1/[(1-X)+X/20]=2 求解得X=10/19 由此可得,可用向量方式求解所花费时间占总的时间的百分比魏53% 第二章作业 1、简述指令集结构设计的基本原则。 完整性、规整性、高效性和兼容性 2、简述RISC结构的设计原则。 1)选取使用频率最高的指令,并补充一些最有用的指令; 2)每条指令的功能应尽可能简单,并在一个机器周期内完成; 3)所有指令长度均相同; 4)只有Load和Store操作指令才访问存储器,其它指令操作均在寄存器之间进行; 5)以简单有效的方式支持高级语言。 3

初中数学最值问题典型例题(含解答分析)

中考数学最值问题总结 考查知识点:1、“两点之间线段最短”,“垂线段最短”,“点关于线对称”,“线段的平移”。 (2、代数计算最值问题3、二次函数中最值问题) 问题原型:饮马问题造桥选址问题(完全平方公式配方求多项式取值二次函数顶点)出题背景变式:角、三角形、菱形、矩形、正方形、梯形、圆、坐标轴、抛物线等。 解题总思路:找点关于线的对称点实现“折”转“直” 几何基本模型: 条件:如下左图,A、B是直线l同旁的两个定点. 问题:在直线l上确定一点P,使PA PB +的值最小. 方法:作点A关于直线l的对称点A',连结A B'交l于 点P,则PA PB A B' +=的值最小 例1、如图,四边形ABCD是正方形,△ABE是等边三 角形,M为对角线BD(不含B点)上任意一点,将BM绕点B逆时针旋转60°得到BN,连接EN、AM、CM. (1)求证:△AMB≌△ENB; (2)①当M点在何处时,AM+CM的值最小; ②当M点在何处时,AM+BM+CM的值最小,并说明理由; (3)当AM+BM+CM的最小值为 时,求正方形的边长。 A B A' ′ P l

例2、如图13,抛物线y=ax2+bx+c(a≠0)的顶点为(1,4),交x轴于A、B,交y轴于D,其中B点的坐标为(3,0) (1)求抛物线的解析式 (2)如图14,过点A的直线与抛物线交于点E,交y轴于点F,其中E点的横坐标为2,若直线PQ为抛物线的对称轴,点G为PQ上一动点,则x轴上是否存在一点H,使D、G、F、H四点围成的四边形周长最小.若存在,求出这个最小值及G、H的坐标;若不存在,请说明理由. (3)如图15,抛物线上是否存在一点T,过点T作x的垂线,垂足为M,过点M作直线M N∥BD,交线段AD于点N,连接MD,使△DNM∽△BMD,若存在,求出点T的坐标;若不存在,说明理由.

(完整版)计算机系统结构试题及答案

计算机系统结构复习题 单选及填空: 计算机系统设计的主要方法 1、由上往下的设计(top-down) 2、由下往上的设计(bottom-up) 3、从中间开始(middle-out) Flynn分类法把计算机系统的结构分为以下四类: (1)单指令流单数据流 (2)单指令流多数据流 (3)多指令流单数据流 (4) 多指令流多数据流 堆栈型机器:CPU 中存储操作数的单元是堆栈的机器。 累加器型机器:CPU 中存储操作数的单元是累加器的机器。 通用寄存器型机器:CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。 名词解释: 虚拟机:用软件实现的机器叫做虚拟机,但虚拟机不一定完全由软件实现,有些操作可以由硬件或固件(固件是指具有软件功能的固件)实现。 系列机:由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。 兼容机:它是指由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。 流水线技术:将一个重复的时序过程,分解成为若干个子过程,而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其它子过程同时执行。 单功能流水线:指流水线的各段之间的连接固定不变、只能完成一种固定功能的流水线。 多功能流水线:指各段可以进行不同的连接,以实现不同的功能的流水线。 顺序流水线:流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序完全相同。 乱序流水线:流水线输出端任务流出的顺序与输入端任务流入的顺序可以不同,允许后进入流水线的任务先完成。这种流水线又称为无序流水线、错序流水线、异步流水线。 吞吐率:在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。 指令的动态调度:

是指在保持数据流和异常行为的情况下,通过硬件对指令执行顺序进行重新安排,以提高流水线的利用率且减少停顿现象。是由硬件在程序实际运行时实施的。 指令的静态调度: 是指依靠编译器对代码进行静态调度,以减少相关和冲突。它不是在程序执行的过程中、而是在编译期间进行代码调度和优化的。 超标量: 一种多指令流出技术。它在每个时钟周期流出的指令条数不固定,依代码的具体情况而定,但有个上限。 超流水:在一个时钟周期内分时流出多条指令。 多级存储层次: 采用不同的技术实现的存储器,处在离CPU不同距离的层次上,各存储器之间一般满足包容关系,即任何一层存储器中的内容都是其下一层(离CPU更远的一层)存储器中内容的子集。目标是达到离CPU最近的存储器的速度,最远的存储器的容量。 写直达法: 在执行写操作时,不仅把信息写入Cache中相应的块,而且也写入下一级存储器中相应的块。写回法: 只把信息写入Cache中相应块,该块只有被替换时,才被写回主存。 集中式共享多处理机: 也称为对称式共享存储器多处理SMP。它一般由几十个处理器构成,各处理器共享一个集中式的物理存储器,这个主存相对于各处理器的关系是对称的, 分布式共享多处理机: 它的共享存储器分布在各台处理机中,每台处理机都带有自己的本地存储器,组成一个“处理机-存储器”单元。但是这些分布在各台处理机中的实际存储器又合在一起统一编址,在逻辑上组成一个共享存储器。这些处理机存储器单元通过互连网络连接在一起,每台处理机除了能访问本地存储器外,还能通过互连网络直接访问在其他处理机存储器单元中的“远程存储器”。 多Cache一致性: 多处理机中,当共享数据进入Cache,就可能出现多个处理器的Cache中都有同一存储器块的副本,要保证多个副本数据是一致的。 写作废协议: 在处理器对某个数据项进行写入之前,它拥有对该数据项的唯一的访问权 。 写更新协议: 当一个处理器对某数据项进行写入时,它把该新数据广播给所有其它Cache。这些Cache用该新数据对其中的副本进行更新。 机群:是一种价格低廉、易于构建、可扩放性极强的并行计算机系统。它由多台同构或异构

计算机系统结构_课后答案

习题一 1、解释下列术语 计算机系统的外特性:通常所讲的计算机系统结构的外特性是指机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性,即由他们所看到的计算机的基本属性(概念性结构和功能特性)。 计算机系统的内特性:计算机系统的设计人员所看到的基本属性,本质上是为了将有关软件人员的基本属性加以逻辑实现的基本属性。 模拟:模拟方法是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。 可移植性:在新型号机出台后,原来开发的软件仍能继续在升级换代的新型号机器上使用,这就要求软件具有可兼容性,即可移植性。可兼容性是指一个软件可不经修改或只需少量修改,便可由一台机器移植到另一台机器上运行,即同一软件可应用于不同环境。 Amdahl 定律:系统中对于某一部件采用某种更快的执行方式所能获得的系统性能改进程度,取决于这种执行方式被使用的频度或占总执行时间的比例。 虚拟机(Virtual Machine ):指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。 6、 7、假定求浮点数平方根的操作在某台机器上的一个基准测试程序中占总执行时间的20%,为了增强该操作的性能,可采用两种不同的方法:一种是增加专门的硬件,可使求浮点数平方根操作的速度提高为原来的20倍;另一种方法是提高所有浮点运算指令的速度,使其为原来的2倍,而浮点运算指令的执行时间在总执行时间中占30%。试比较这两种方法哪一种更好些。 答:增加硬件的方法的加速比23.120 /2.0)2.01(1 1=+-= p S , 另一种方法的加速比176.12 /3.0)3.01(1 2=+-=p S ,经计算可知Sp1>Sp2第一种方 法更好些。 9、假设高速缓存Cache 的工作速度为主存的5倍,且Cache 被访问命中的概率

吉大14秋学期《计算机系统结构》在线作业二答案

吉大14秋学期《计算机系统结构》在线作业二 单选题判断题 一、单选题(共15 道试题,共60 分。) 1. 关于非专用总线三种控制方式中,下列叙述错误的是()。 A. 集中式定时查询,所有部件共用同一条“总线忙”线 B. 集中式定时查询,所有部件都用同一条“总线请求”线 C. 集中式独立请求,所有部件都用同一条“总线请求”线 D. 集中式串行链接,所有部件都用同一条“总线请求”线 -----------------选择:C 2. 汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经( ) 来实现的。 A. 编译程序解释 B. 汇编程序解释 C. 编译程序翻译 D. 汇编程序翻译 -----------------选择:D 3. 计算机使用的语言是( )。 A. 专属软件范畴,与计算机体系结构无关 B. 分属于计算机系统各个层次 C. 属于用以建立一个用户的应用环境 D. 属于符号化的机器指令 -----------------选择:B 4. 多端口存储器适合于连接()。 A. 紧耦合多处理机 B. 松耦合多处理机 C. 机数很多的处理机 D. 机数可变的多处理机 -----------------选择:A 5. 在系统结构设计中,提高软件功能实现的比例会( )。 A. 提高解题速度 B. 减少需要的存贮容量 C. 提高系统的灵活性 D. 提高系统的性能价格比 -----------------选择:C 6. 用户高级语言源程序中出现的读写(I/O) 语句,到读写操作全部完成,需要通过( )共同完成。 A. 编译系统和操作系统 B. I/O 总线、设备控制器和设备 C. 操作系统和I/O 设备硬件 D. 编译系统、操作系统软件和I/O 总线,设备控制器、设备硬件等 -----------------选择:D

计算机体系结构课后答案

计算机体系结构课后答案

计算机体系结构课后答案 【篇一:计算机体系结构习题(含答案)】 1、尾数用补码、小数表示,阶码用移码、整数表示,尾数字长p=6(不包括符号位),阶码字长q=6(不包括符号位),为数基值rm=16,阶码基值re=2。对于规格化浮点数,用十进制表达式写出如下数据(对于前11项,还要写出16进值编码)。 (1)最大尾数(8)最小正数 (2)最小正尾数(9)最大负数 (3)最小尾数(10)最小负数 (4)最大负尾数(11)浮点零 (5)最大阶码(12)表数精度 (6)最小阶码(13)表数效率 (7)最大正数(14)能表示的规格化浮点数个数 2.一台计算机系统要求浮点数的精度不低于10-7.2,表数范围正数不小于1038,且正、负数对称。尾数用原码、纯小数表示,阶码用移码、整数表示。 (1) 设计这种浮点数的格式 (2) 计算(1)所设计浮点数格式实际上能够表示的最大正数、最大负数、表数精度和表数效率。 3.某处理机要求浮点数在正数区的积累误差不大于2-p-1 ,其中,p是浮点数的尾数长度。 (1) 选择合适的舍入方法。

(2) 确定警戒位位数。 (3) 计算在正数区的误差范围。 4.假设有a和b两种不同类型的处理机,a处理机中的数据不带标志符,其指令字长和数据字长均为32位。b处理机的数据带有标志符,每个数据的字长增加至36位,其中有4位是标志符,它的指令数由最多256条减少到不到64条。如果每执行一条指令平均要访问两个操作数,每个存放在存储器中的操作数平均要被访问8次。对于一个由1000条指令组成的程序,分别计算这个程序在a处理机和b处理机中所占用的存储空间大小(包括指令和数据),从中得到什么启发? 5.一台模型机共有7条指令,各指令的使用频率分别为35%,25%,20%,10%,5%,3%和2%,有8个通用数据寄存器,2个变址寄存器。 (1) 要求操作码的平均长度最短,请设计操作码的编码,并计算所设计操作码的平均长度。 6.某处理机的指令字长为16位,有双地址指令、单地址指令和零地址指令3类,并假设每个地址字 段的长度均为6位。 (1) 如果双地址指令有15条,单地址指令和零地址指令的条数基本相同,问单地址指令和零地址指令各有多少条?并且为这3类指令分配操作码。 (2) 如果要求3类指令的比例大致为1:9:9,问双地址指令、单地址指令和零地址指令各有多少条?并且为这3类指令分配操作码。 7.别用变址寻址方式和间接寻址方式编写一个程序,求c=a+b,其中,a与b都是由n个元素组成的一维数组。比较两个程序,并回答下列问题: (1) 从程序的复杂程度看,哪一种寻址方式更好?

计算机系统结构三四章作业及答案

简述流水线技术的特点。(1) 流水线把一个处理过程分解为若干个子过程,每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此,流水线实际上是把一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件,并依靠它们的并行工作来提高吞吐率。(2) 流水线中各段的时间应尽可能相等,否则将引起流水线堵塞和断流。(3) 流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器,称为流水寄存器。(4) 流水技术适合于大量重复的时序过程,只有在输入端不断地提供任务,才能充分发挥流水线的效率。(5) 流水线需要有通过时间和排空时间。在这两个时间段中,流水线都不是满负荷工作。 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法?答:细分瓶颈段与重复设置瓶颈段 有一条指令流水线如下所示: (1 (? ? TP = 有一个流水线由4段组成,其中每当流过第三段时,总要在该段循环一次,然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需的时间都是△t ,问: (1)当在流水线的输入端连续地每△t 时间输入一个任务时,该流水线会发生什么情况? (2)此流水线的最大吞吐率为多少?如果每2△t 输入一个任务,连续处理10个任务时,其实际吞吐率和效率是多少? (3)当每段时间不变时,如何提高流水线的吞吐率?人连续处理10个任务时,其吞吐率提高多少? 解:(1)会发生流水线阻塞情况。 (2)

(3)重复设置部件 吞吐率提高倍数= t t ??2310 75 有一条动态多功能流水线由5段组成,加法用1、3、4、5段,乘法用1、2、5段,第2段的时间为2△t ,其余各段的时间均为△t ,而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算 ∏=+4 1 )(i i i B A ,画出时空图,并计算其吞吐率、加速比和效率。 4+B 4;再计算(A 由图可见,它在18个△t 时间中,给出了7个结果。所以吞吐率为: 如果不用流水线,由于一次求积需3△t ,一次求和需5△t ,则产生上述7个结果共需(4×5+3×3)△t =29△t 。所以加速比为: 该流水线的效率可由阴影区的面积和5个段总时空区的面积的比值求得: △t,需经9△t 才能完成一个任务,其预约表如下所示。 (1)画出流水线任务调度的状态转移图。 时间 入 A 1 B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4 A B C D A × B C ×D

《计算机系统结构》与参考答案

2.以下各类中断中,属于自愿中断的是 C. A. 外部中断 B. I/O中断 C. 执行“访管”指令 D. 机器校验中断 3.高速外部设备磁盘机适合连接于 C. A. 选择通道或字节多路通道 B. 数组多路通道或字节多路通道 C.数组多路通道或选择通道 D.任意一种通道 4.页式虚拟存储器页表的作用是 A . A. 反映虚页在主存的存储情况 B.仅反映虚页是否调入主存 C. 反映主存实页与Cache 的对应关系 D. 反映虚页在辅存的存储情况5.软件和硬件的功能在逻辑上是C的 . A.固件优于软件 B.不等价 C.等价 D.软件优于固件 6.计算机中最优化的操作码编码方法是D. A.BCD 码 B.ASCII码 C.扩展操作码 D.哈夫曼编码 7.从计算机系统执行程序的角度看,并行性等级由低到高分为四级A. A .指令内部——指令之间——进程之间——程序之间 B .指令之间——指令内部——进程之间——程序之间 C.进程之间——指令之间——指令内部——程序之间 D .程序之间——进程之间——指令之间——指令内部 8.计算机系统多级层次结构中,操作系统机器级的直接上层是D. A .传统机器级 B .高级语言机器 C.应用语言机器级D.汇编语言机器级 9.全相联地址映像是指A. A. 任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B.一个虚页只装进固定的主存实页位置 C.组之间是固定的,而组内任何虚页可以装入任何实页位置 D.组间可任意装入,组内是固定装入 10.对于同一系列机,必须保证软件能够C. A .向前兼容,并向上兼容 B .向前兼容,并向下兼容C.向后兼容,力争向上兼容D .向后兼容,力争向下兼容11.设有 16 个处理单元的并行处理机系统, 采用共享主存的方式. 若同时存取16 个数据 , 为避免存储器访问冲突, 共享主存的多体数量应该为C才合理 . A. 15 B. 16 C. 17 D. 19 12.软件兼容的根本特征是C. A.向前兼容 B.向后兼容 C. 向上兼容 D. 向下兼容 13.在下列机器中,能够实现软件兼容的机器是 B. A.完全不同种类的机型 B.系统结构相同的机器 C. 宿主机和目标机 D.虚拟机 14.输入输出系统硬件的功能对C是透明的。 A. 操作系统程序员 B. 所有类别的程序员 C. 应用程序员 D. 系统结构设计师 15.在下列各项选择中,对于机器( 汇编 ) 语言程序员透明的是 D. A.通用寄存器 B. 条件码 C.中断字 D.主存储器地址寄存器 一、单项选择题 1.在流水机器中,全局性相关是指 B. A.指令相关 B. 由条件转移指令引起的相关 C “先读后写”相关 D.“先写后读”相关 2.以下不属于多处理机操作系统类型的是A. A .Windows 操作系统B.主从型操作系 C.浮动型操作系统 D .各自独立型操作系统 3.下列不是数据流计算特点的是D. A. 设置状态 B.没有指令计数器 C.没有变量的概念 D.操作结果不产生副作用 4.若输入流水线的指令既无局部性相关,也不存在全局性相关,则B. A. 可获得高的吞吐率和效率 B.出现瓶颈 C.流水线的效率和吞吐率恶化 D.可靠性提高 5.消除“一次重叠”中的“指令相关”最好方法是B. A. 不准修改指令 B.设置相关专用通路 C.推后分析下条指令 D.推后执行下条指令 6.流水线的技术指标不包括A. A. 数据宽度 B.吞吐率 C.加速比 D.效率 7.按照弗林对处理机并行性定义的分类原则,阵列机ILLIAC IV属于B. A.SISD B.SIMD C.MISD D.MIMD 8.设 8 个处理器编号分别为0,1, 2,?,7 用 Cube0 互联函数时,第7 号处理机可以与第D号处理机相联 . A. 0 B. 2 C. 4 D. 6 9.多端口存储器适合于连接 B. A .松耦合多处理机B.紧耦合多处理机C.机数很多的多处理机 D .机数可变的多处理机 10.以下不属于堆栈型替换算法的是A. A .先进先出法B.近期最久未用过法 C.近期最少使用法D.页面失效频率法 11.解决主存空间数相关的办法是C. A.基址值一次相关直接通路法 B.基址值二次相关直接通路法 C.通用寄存器组相关专用通路相关法 D. 推后读法 12. 一般来说 , 以下替换算法中 , 效果最优的替换算法是C. A. LRU 替换算法 B. FIFO 替换算法 C. OPT 替换算法 D. RAND替换算法

计算机体系结构课后习题

第1章 计算机系统结构的基本概念 试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。 答:如在设计主存系统时,确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。 计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。 计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么?并说出它们的含义。 答:(1)以经常性事件为重点。在计算机系统的设计中,对经常发生的情况,赋予它优先的处理权和资源使用权,以得到更多的总体上的改进。(2)Amdahl 定律。加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比,受限于该部件在系统中所占的重要性。(3)CPU 性能公式。执行一个程序所需的CPU 时间 = IC ×CPI ×时钟周期时间。(4)程序的局部性原理。程序在执行时所访问地址的分布不是随机的,而是相对地簇聚。 计算机系统中有三个部件可以改进,这三个部件的部件加速比为: 部件加速比1=30; 部件加速比2=20; 部件加速比3=10 (1) 如果部件1和部件2的可改进比例均为30%,那么当部件3的可改进比例为多少时,系统加速比才可以达到10? (2) 如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%,三个部件同时改进,那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少? 解:(1)在多个部件可改进情况下,Amdahl 定理的扩展: ∑∑+-= i i i n S F F S )1(1 已知S 1=30,S 2=20,S 3=10,S n =10,F 1=,F 2=,得: ) ()(10/20/0.330/0.30.30.3-11 1033F F +++++= 得F 3=,即部件3的可改进比例为36%。 (2)设系统改进前的执行时间为T ,则3个部件改进前的执行时间为:(++)T = ,不可改进部分的执行时间为。 已知3个部件改进后的加速比分别为S 1=30,S 2=20,S 3=10,因此3个部件改进后的执行时间为: T T T T T n 045.010 2.020 3.0303.0'=++= 改进后整个系统的执行时间为:Tn = + = 那么系统中不可改进部分的执行时间在总执行时间中占的比例是: 82.0245.02.0=T T 假设某应用程序中有4类操作,通过改进,各操作获得不同的性能提高。具体数据如下表所示: 操作类型 程序中的数量 (百万条指令) 改进前的执行时间 (周期) 改进后的执行时间 (周期)

(完整)七年级上期末动点问题专题(附答案)

七年级上学期期末动点问题专题 1.已知点A在数轴上对应的数为a,点B对应的数为b,且|2b﹣6|+(a+1)2=0,A、B之间的距离记作AB,定义:AB=|a﹣b|. (1)求线段AB的长. (2)设点P在数轴上对应的数x,当PA﹣PB=2时,求x的值. (3)M、N分别是PA、PB的中点,当P移动时,指出当下列结论分别成立时,x的取值范围,并说明理由:①PM÷PN 的值不变,②|PM﹣PN|的值不变. 2.如图1,已知数轴上两点A、B对应的数分别为﹣1、3,点P为数轴上的一动点,其对应的数为x. (1)PA=_________;PB=_________(用含x的式子表示) (2)在数轴上是否存在点P,使PA+PB=5?若存在,请求出x的值;若不存在,请说明理由. (3)如图2,点P以1个单位/s的速度从点D向右运动,同时点A以5个单位/s的速度向左运动,点B以20个单位/s的速度向右运动,在运动过程中,M、N分别是AP、OB的中点,问:的值是否发生变化?请说明理由. 3.如图1,直线AB上有一点P,点M、N分别为线段PA、PB的中点, AB=14. (1)若点P在线段AB上,且AP=8,求线段MN的长度; (2)若点P在直线AB上运动,试说明线段MN的长度与点P在直线AB上的位置无关; (3)如图2,若点C为线段AB的中点,点P在线段AB的延长线上,下列结论:①的值不变;② 的值不变,请选择一个正确的结论并求其值.

4.如图,P是定长线段AB上一点,C、D两点分别从P、B出发以1cm/s、2cm/s的速度沿直线AB向左运动(C 在线段AP上,D在线段BP上) (1)若C、D运动到任一时刻时,总有PD=2AC,请说明P点在线段AB上的位置: (2)在(1)的条件下,Q是直线AB上一点,且AQ﹣BQ=PQ,求的值. (3)在(1)的条件下,若C、D运动5秒后,恰好有,此时C点停止运动,D点继续运动(D点在线段PB上),M、N分别是CD、PD的中点,下列结论:①PM﹣PN的值不变;②的值不变,可以说明,只有一个结论是正确的,请你找出正确的结论并求值. 5.如图1,已知数轴上有三点A、B、C,AB=AC,点C对应的数是200. (1)若BC=300,求点A对应的数; (2)如图2,在(1)的条件下,动点P、Q分别从A、C两点同时出发向左运动,同时动点R从A点出发向右运动,点P、Q、R的速度分别为10单位长度每秒、5单位长度每秒、2单位长度每秒,点M为线段PR的中点,点N为线段RQ的中点,多少秒时恰好满足MR=4RN(不考虑点R与点Q相遇之后的情形); (3)如图3,在(1)的条件下,若点E、D对应的数分别为﹣800、0,动点P、Q分别从E、D两点同时出发向左运动,点P、Q的速度分别为10单位长度每秒、5单位长度每秒,点M为线段PQ的中点,点Q在从是点D运动 到点A的过程中,QC﹣AM的值是否发生变化?若不变,求其值;若不变,请说明理由.

计算机体系结构课后习题原版答案 张晨曦著

第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次机构:按照计算机语言从低级到高级的次序,把计算机系统按功能划分成多级层次结构,每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为:微程序机器级,传统机器语言机器级,汇编语言机器级,高级语言机器级,应用语言机器级等。 虚拟机:用软件实现的机器。 翻译:先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序,然后再在这低一级机器上运行,实现程序的功能。 解释:对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令,都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后,再去高一级机器取下一条语句或指令,再进行解释执行,如此反复,直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构:传统机器程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性。 透明性:在计算机技术中,把这种本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机组成:计算机系统结构的逻辑实现,包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现:计算机组成的物理实现,包括处理机、主存等部件的物理结构,器件的集成度和速度,模块、插件、底板的划分与连接,信号传输,电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比:对系统中某部分进行改进时,改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律:当对一个系统中的某个部件进行改进后,所能获得的整个系统性能的提高,受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理:程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的,而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。 CPI:每条指令执行的平均时钟周期数。 测试程序套件:由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序,用来测试计算机在各个方面的处理性能。 存储程序计算机:冯·诺依曼结构计算机。其基本点是指令驱动。程序预先存放在计算机存储器中,机器一旦启动,就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序,自动完成由程序所描述的处理工作。 系列机:由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。 软件兼容:一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上运行。差别只是执行时间的不同。 向上(下)兼容:按某档计算机编制的程序,不加修改就能运行于比它高(低)档的计算机。向后(前)兼容:按某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序,不加修改地就能运行于在它之后(前)投入市场的计算机。 兼容机:由不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机。 模拟:用软件的方法在一台现有的计算机(称为宿主机)上实现另一台计算机(称为虚拟机)的指令系统。 仿真:用一台现有计算机(称为宿主机)上的微程序去解释实现另一台计算机(称为目标机)的指令系统。 并行性:计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。只要在时间上相

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