計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課后答案

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課后答案計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課后答案計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課后答案

篇一：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)習(xí)題（含答案）】1、尾數(shù)用補(bǔ)碼、小數(shù)表示，階碼用移碼、整數(shù)表示，尾數(shù)字長(zhǎng)p=6（不包括符號(hào)位），階碼字長(zhǎng)q=6（不包括符號(hào)位），為數(shù)基值rm=16,階碼基值re=2。對(duì)于規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)，用十進(jìn)制表達(dá)式寫出如下數(shù)據(jù)（對(duì)于前11項(xiàng)，還要寫出16進(jìn)值編碼）。(1)(1)最大尾數(shù)（8）最小正數(shù)最小正尾數(shù)（9）最大負(fù)數(shù)(3)(3)最小尾數(shù)（10）最小負(fù)數(shù)最大負(fù)尾數(shù)（11）浮點(diǎn)零(5)最大階碼(12)表數(shù)精度(6)最小階碼(13)表數(shù)效率(5)最大階碼(12)表數(shù)精度(6)最小階碼(13)表數(shù)效率(7)最大正數(shù)(14)能表示的規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)個(gè)數(shù)2?—臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求浮點(diǎn)數(shù)的精度不低于10-7.2，表數(shù)范圍正數(shù)不小于1038，且正、負(fù)數(shù)對(duì)稱。尾數(shù)用原碼、純小數(shù)表示，階碼用移碼、整數(shù)表示。（1）設(shè)計(jì)這種浮點(diǎn)數(shù)的格式=J⑵計(jì)算（1）所設(shè)計(jì)浮點(diǎn)數(shù)格式實(shí)際上能夠表示的最大正數(shù)、最大負(fù)數(shù)、表數(shù)精度和表數(shù)效率。=J3?某處理機(jī)要求浮點(diǎn)數(shù)在正數(shù)區(qū)的積累誤差不大于2-p-1,其中,p是浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)長(zhǎng)度。（1）選擇合適的舍入方法。確定警戒位位數(shù)。計(jì)算在正數(shù)區(qū)的誤差范圍4?假設(shè)有a和b兩種不同類型的處理機(jī)，a處理機(jī)中的數(shù)據(jù)不帶標(biāo)志符,其指令字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)均為32位。b處理機(jī)的數(shù)據(jù)帶有標(biāo)志符,每個(gè)數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)增加至36位，其中有4位是標(biāo)志符，它的指令數(shù)由最多256條減少到不到64條。如果每執(zhí)行一條指令平均要訪問兩個(gè)操作數(shù)，每個(gè)存放在存儲(chǔ)器中的操作數(shù)平均要被訪問8次。對(duì)于一個(gè)由1000條指令組成的程序，分別計(jì)算這個(gè)程序在a處理機(jī)和b處理機(jī)中所占用的存儲(chǔ)空間大小(包括指令和數(shù)據(jù))，從中得到什么啟發(fā)?5?一臺(tái)模型機(jī)共有7條指令，各指令的使用頻率分別為35%,25%,20%,10%,5%,3%和2%,有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器，2個(gè)變址寄存器。(1)要求操作碼的平均長(zhǎng)度最短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)度。6?某處理機(jī)的指令字長(zhǎng)為16位，有雙地址指令、單地址指令和零地址指令3類，并假設(shè)每個(gè)地址字段的長(zhǎng)度均為6位。如果雙地址指令有15條，單地址指令和零地址指令的條數(shù)基本相同，問單地址指令和零地址指令各有多少條？并且為這3類指令分配操作碼。如果要求3類指令的比例大致為1：9：9,問雙地址指令、單地址指令和零地址指令各有多少條？并且為這3類指令分配操作碼。7?別用變址尋址方式和間接尋址方式編寫一個(gè)程序，求c=a+b,其中，a與b都是由n個(gè)元素組成的一維數(shù)組。比較兩個(gè)程序，并回答下列問題：(1)從程序的復(fù)雜程度看,哪一種尋址方式更好？

(2)從硬件實(shí)現(xiàn)的代價(jià)看，哪一種尋址方式比較容易實(shí)現(xiàn)？從對(duì)向量運(yùn)算的支持看，哪一種尋址方式更好？8?假設(shè)x處理機(jī)的數(shù)據(jù)不帶標(biāo)志符，其指令字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)均為32位。y處理機(jī)的數(shù)據(jù)帶有標(biāo)志符，每個(gè)數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)增加至35位,其中有3位是標(biāo)志符，其指令字長(zhǎng)由32位減少至30位。并假設(shè)一條指令平均訪問兩個(gè)操作數(shù)，每個(gè)操作數(shù)平均被訪問r次?，F(xiàn)有一個(gè)程序，它的指令條數(shù)為i,分別計(jì)算在這兩種不同類型的處理機(jī)中程序所占用的存儲(chǔ)空間，并加以比較。9?一種浮點(diǎn)數(shù)表示方式的精度不低于10-19,能表示的最大正數(shù)不小于104000，而且正負(fù)數(shù)對(duì)稱。尾數(shù)用原碼、小數(shù)表示，階碼用移碼、整數(shù)表示，尾數(shù)和階碼的基值都是2。=J(1)設(shè)計(jì)這種浮點(diǎn)數(shù)的格式，給出各字段的名稱和長(zhǎng)度。=J⑵計(jì)算(1)所設(shè)計(jì)的浮點(diǎn)數(shù)格式能夠表示的最大正數(shù)、最大負(fù)數(shù)和表示數(shù)的精度。⑶如果在運(yùn)算器中沒有設(shè)置硬件警戒位，貝y這種浮點(diǎn)數(shù)可能采用了哪一種舍入方法？給出這種舍入方法的舍入規(guī)則，在正數(shù)區(qū)的誤差范圍和積累誤差。10.有研究人員指出，如果在采用通用寄存器結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)里加入寄存器■存儲(chǔ)器尋址方式可能提高計(jì)算機(jī)效率。做法是用：addr2,0(rb)代替指令序列l(wèi)oadr1,0(rb)addr2,r2,r1假定使用新的指令能使時(shí)鐘周期增加10%,并且假定只對(duì)時(shí)鐘產(chǎn)生影響,而不影響cpi那么：(1)采用新的指令，要達(dá)到與原來(lái)同樣的性能需要去掉的load操作所占的百分比？(假定load指令占總指令的22.8%)(2)舉出一種多指令序列，該序列不能使用上述的寄存器-存儲(chǔ)器尋址方式。即使得loadr1后面緊接著執(zhí)行對(duì)r1的操作(該操作可以是任意某一操作碼)，但這一指令序列不能被一條指令(假定存在這條指令)代替。11?試比較下面4種不同類型的指令結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)效率：累加型：所有的操作都在單個(gè)寄存器和單個(gè)內(nèi)存地址之間進(jìn)行存儲(chǔ)器-存儲(chǔ)器型：每個(gè)指令的3個(gè)操作數(shù)都在內(nèi)存中進(jìn)行⑶堆棧型：所有的操作都在棧頂進(jìn)行。只有push和pop操作會(huì)訪問內(nèi)存，其它的指令執(zhí)行時(shí)都會(huì)刪除棧中的操作數(shù)，然后寫入執(zhí)行結(jié)果。通用寄存器型：所有的操作都在寄存器中進(jìn)行。這些寄存器-寄存器指令中的每個(gè)指令都包含3個(gè)操作數(shù)。通用寄存器一共有16個(gè),寄存器標(biāo)志符占4位長(zhǎng)。為比較存儲(chǔ)效率，我們對(duì)以上4種指令集作了如下約定：操作碼占一個(gè)字節(jié)(8位)內(nèi)存地址占2個(gè)字節(jié)(16位)操作數(shù)占4字節(jié)(32位)所有指令的長(zhǎng)度都以整數(shù)個(gè)字節(jié)計(jì)算另外，還假定訪問內(nèi)存不使用其它的優(yōu)化措施，變量a、b、c和d的初值都已經(jīng)放在內(nèi)存中。針對(duì)以上4種不同的指令系統(tǒng)，回答下列問題：(1)分別用匯編指令寫出下面3個(gè)賦值語(yǔ)句：a=b+c;b=a+c;d=a-b;(2)分別計(jì)算所執(zhí)行指令的字節(jié)數(shù)和轉(zhuǎn)移內(nèi)存數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，并指出如果根據(jù)代碼的大小來(lái)計(jì)算的話，哪種結(jié)構(gòu)的效率是最高的？如果按需要的總內(nèi)存帶寬(代碼+數(shù)據(jù))來(lái)計(jì)算，又是哪種結(jié)構(gòu)的效率最高？12?考慮為dlx結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)增加一個(gè)新的尋址模式。即使得地址模式增加兩個(gè)寄存器和一個(gè)11位長(zhǎng)的帶符號(hào)的偏移量來(lái)得到有效地址。這樣，編譯器就會(huì)用新的尋址模式來(lái)代替addr1,r1,r2Iwrd,0(r1)(或是store指令)如果已知在dlx結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)上對(duì)測(cè)得一些程序的load和store指令分別平均占26%和9%,在此基礎(chǔ)上，計(jì)算：(1)假定10%的load和store指令可以用新的尋址模式代替，那么采用新的尋址模式后的指令計(jì)數(shù)與采用前之比為多少？⑵如果新的尋址模式使得時(shí)鐘周期增長(zhǎng)5%,那么采用了新的尋址模式的機(jī)器和未采用新的尋址模式的機(jī)器相比，哪種機(jī)器會(huì)更快一些，快多少？1、解答:在尾數(shù)采用補(bǔ)碼、小數(shù)表示且p=6,階碼采用移碼、整數(shù)表示且q=6,尾數(shù)基rm為16,階碼基re為2的情況下：⑴最大尾數(shù)為：1—rm-p=1—16-6,O.ffffff(2)最小正尾數(shù)為：1/rm=1/16，0.100000(3)最小尾數(shù)為：-1，1.000000(4)最大負(fù)尾數(shù)為：-(rm-1+rm-p)=(16-1+16-6),1.efffff

(5)最大階碼為：(6)最小階碼為：req—1=26—1=63,7f,包括符號(hào)位共7個(gè)1(5)最大階碼為：(6)最小階碼為：(7)最大正數(shù)為：(1－16-6)1663,7fffffff(8)最小正數(shù)為:16-65,00100000-req=-26=-64,00(7)最大正數(shù)為：(1－16-6)1663,7fffffff(8)最小正數(shù)為:16-65,00100000(9)最大負(fù)數(shù)為:-(16-1+16-6)16-64,80efffff(9)最大負(fù)數(shù)為:(10)最小負(fù)數(shù)為：-1663,ff000000(11)浮點(diǎn)零為：00000000(12)表數(shù)精度為：16-5/2=2-21(13)表數(shù)效率為：15/16=93.75%2、解答:(1)取尾數(shù)和階碼的基都為2,即：rm=2且re=2根據(jù)表示數(shù)精度的要求:于是可以取p=24；根據(jù)表示數(shù)范圍的要求:因此可以取q=7數(shù)據(jù)格式可以表示如下(尾數(shù)采用隱藏位)：—24⑵能夠表示的最大正數(shù)：(1-2能夠表示的最大負(fù)數(shù)：一2表示數(shù)的精度：2—24—129)2127,,表數(shù)效率：100%。3、解答：(1)舍入方法：下舍上入法、查表法(2)警戒位位數(shù)：2位⑶正數(shù)區(qū)的誤差范圍:-2-p-1(1-2-g+1)~2-p-14、解答:我們可以計(jì)算出數(shù)據(jù)的大致數(shù)量:1000條指令訪問的數(shù)據(jù)總數(shù)為1000*2=2000個(gè);對(duì)于a處理機(jī)，所用的存儲(chǔ)空間的大小為:由此我們可以看出，由于數(shù)據(jù)的平均訪問次數(shù)要大于指令，所以,通過(guò)改進(jìn)數(shù)據(jù)的格式來(lái)減少指令的長(zhǎng)度，可以減少總的存儲(chǔ)空間大小。5、解答:(1)要使得到的操作碼長(zhǎng)度最短，應(yīng)采用huffman編碼，構(gòu)造huffman樹如下：由此可以得到7條指令的編碼分別如下:【篇二：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課后習(xí)題原版答案—張晨曦著】s=txt>1.1解釋下列術(shù)語(yǔ)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)機(jī)器程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。計(jì)算機(jī)組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包含物理機(jī)器級(jí)中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。10?10?計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括處理機(jī)、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接信號(hào)傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。系統(tǒng)加速比：對(duì)系統(tǒng)中某部分進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，改進(jìn)后系統(tǒng)性能提高的倍數(shù)。amdahl定律：當(dāng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)中的某個(gè)部件進(jìn)行改進(jìn)后，所能獲得的整個(gè)系統(tǒng)性能的提高，受限于該部件的執(zhí)行時(shí)間占總執(zhí)行時(shí)間的百分比。并行性：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)刻或者同一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行多種運(yùn)算或操作。只要在時(shí)間上相互重疊，就存在并行性。它包括同時(shí)性與并發(fā)性兩種含義。1.2試用實(shí)例說(shuō)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。答：如在設(shè)計(jì)主存系統(tǒng)時(shí)，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(chǔ)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)。計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成。一種組成可以有多種實(shí)現(xiàn)。1?6某臺(tái)主頻為400mhz的計(jì)算機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，程序中指令類型、執(zhí)行數(shù)量和平均時(shí)鐘周期數(shù)如下：1.7將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中某一功能的處理速度加快10倍，但該功能的處理時(shí)間僅為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的40%，則采用此增強(qiáng)功能方法后，能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高多少？解由題可知：可改進(jìn)比例=40%=0.4部件加速比=10根據(jù)amdahl定律可知：系統(tǒng)加速比??1.56250.4?1?0?4??10采用此增強(qiáng)功能方法后，能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高到原來(lái)的1.5625倍。1.8計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有三個(gè)部件可以改進(jìn)，這三個(gè)部件的部件加速比為：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的可改進(jìn)比例均為30%，那么當(dāng)部件3的可改進(jìn)比例為多少時(shí)，系統(tǒng)加速比才可以達(dá)到10？（2）如果三個(gè)部件的可改進(jìn)比例分別為30%、30%和20%，三個(gè)部件同時(shí)改進(jìn)，那么系統(tǒng)中不可加速部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)間中占的比例是多少？解：（1）在多個(gè)部件可改進(jìn)情況下，amdahl定理的擴(kuò)展：sn?（1?1?fi）??fisi已知s1=30,s2=20,s3=10,sn=10,f1=0.3,f2=0?3，得:11(-0.3?0.3?f3)?(0.3/30?0.3/20?f3/10)得f3=0?36，即部件3的可改進(jìn)比例為36%。(2)設(shè)系統(tǒng)改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間為t,則3個(gè)部件改進(jìn)前的執(zhí)行時(shí)間為:(0.3+0.3+0.2)t=0.8t，不可改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間為0?2t。已知3個(gè)部件改進(jìn)后的加速比分別為s1=30,s2=20,s3=10,因此3個(gè)部件改進(jìn)后的執(zhí)行時(shí)間為：tn?0.3t0?3tO?2t???0?045t302010改進(jìn)后整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間為：tn=0.045t+0.2t=0.245t那么系統(tǒng)中不可改進(jìn)部分的執(zhí)行時(shí)間在總執(zhí)行時(shí)間中占的比例是：0?2t?0.820.245t1.9假設(shè)某應(yīng)用程序中有4類操作，通過(guò)改進(jìn)，各操作獲得不同的性能提高。具體數(shù)據(jù)如下表所示：(2)各類操作單獨(dú)改進(jìn)后，程序獲得的加速比分別是多少？(3)4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比是多少？解：根據(jù)amdahl定律sn?1fe(1?fe)?se可得4類操作均改進(jìn)后，整個(gè)程序的加速比：1sn??2.16fi(1??fi)??si第2章指令集結(jié)構(gòu)的分類2.1解釋下列術(shù)語(yǔ)堆棧型機(jī)器：cpu中存儲(chǔ)操作數(shù)的單元是堆棧的機(jī)器。累加器型機(jī)器：cpu中存儲(chǔ)操作數(shù)的單元是累加器的機(jī)器。通用寄存器型機(jī)器：cpu中存儲(chǔ)操作數(shù)的單元是通用寄存器的機(jī)器。2?2區(qū)別不同指令集結(jié)構(gòu)的主要因素是什么？根據(jù)這個(gè)主要因素可將指令集結(jié)構(gòu)分為哪3類？答：區(qū)別不同指令集結(jié)構(gòu)的主要因素是cpu中用來(lái)存儲(chǔ)操作數(shù)的存儲(chǔ)單元。據(jù)此可將指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為堆棧結(jié)構(gòu)、累加器結(jié)構(gòu)和通用寄存器結(jié)構(gòu)。2.4指令集應(yīng)滿足哪幾個(gè)基本要求？答：對(duì)指令集的基本要求是：完整性、規(guī)整性、高效率和兼容性。完整性是指在一個(gè)有限可用的存儲(chǔ)空間內(nèi)，對(duì)于任何可解的問題，編制計(jì)算程序時(shí)，指令集所提供的指令足夠使用。規(guī)整性主要包括對(duì)稱性和均勻性。對(duì)稱性是指所有與指令集有關(guān)的存儲(chǔ)單元的使用、操作碼的設(shè)置等都是對(duì)稱的。均勻性是指對(duì)于各種不同的操作數(shù)類型、字長(zhǎng)、操作種類和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，指令的設(shè)置都要同等對(duì)待。高效率是指指令的執(zhí)行速度快、使用頻度高。2.7簡(jiǎn)述rise指令集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則。答（1）選取使用頻率最高的指令，并補(bǔ)充一些最有用的指令；（2）每條指令的功能應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成；（3）所有指令長(zhǎng)度均相同;（4）只有l(wèi)oad和store操作指令才訪問存儲(chǔ)器，其它指令操作均在寄存器之間進(jìn)行；⑸以簡(jiǎn)單有效的方式支持高級(jí)語(yǔ)言。2.10通常有哪幾種指令格式，請(qǐng)簡(jiǎn)述其適用范圍。答：（1）變長(zhǎng)編碼格式。如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者感興趣的是程序的目標(biāo)代碼大小，而不是性能，就可以采用變長(zhǎng)編碼格式。（2）固定長(zhǎng)度編碼格式。如果感興趣的是性能，而不是程序的目標(biāo)代碼大小，則可以選擇固定長(zhǎng)度編碼格式。（3）混合型編碼格式。需要兼顧降低目標(biāo)代碼長(zhǎng)度和降低譯碼復(fù)雜度時(shí)，可以采用混合型編碼格式。第3章流水線技術(shù)3?1解釋下列術(shù)語(yǔ)流水線：將一個(gè)重復(fù)的時(shí)序過(guò)程，分解成為若干個(gè)子過(guò)程，而每一個(gè)子過(guò)程都可有效地在其專用功能段上與其它子過(guò)程同時(shí)執(zhí)行。吞吐率：在單位時(shí)間內(nèi)流水線所完成的任務(wù)數(shù)量或輸出結(jié)果的數(shù)量。流水線的加速比：使用順序處理方式處理一批任務(wù)所用的時(shí)間與按流水處理方式處理同一批任務(wù)所用的時(shí)間之比。數(shù)據(jù)相關(guān)：考慮兩條指令i和j，i在j的前面，如果下述條件之一成立，則稱指令j與指令i數(shù)據(jù)相關(guān)：（1）指令j使用指令i產(chǎn)生的結(jié)果；2）指令j與指令k數(shù)據(jù)相關(guān)，而指令k又與指令i數(shù)據(jù)相關(guān)。數(shù)據(jù)沖突：當(dāng)指令在流水線中重疊執(zhí)行時(shí)，因需要用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果而發(fā)生的沖突。定向：用來(lái)解決寫后讀沖突的。在發(fā)生寫后讀相關(guān)的情況下，在計(jì)算結(jié)果尚未出來(lái)之前，后面等待使用該結(jié)果的指令并不見得是馬上就要用該結(jié)果。如果能夠?qū)⒃撚?jì)算結(jié)果從其產(chǎn)生的地方直接送到其它指令需要它的地方，那么就可以避免停頓。鏈接技術(shù)：具有先寫后讀相關(guān)的兩條指令，在不出現(xiàn)功能部件沖突和vi沖突的情況下，可以把功能部件鏈接起來(lái)進(jìn)行流水處理，以達(dá)到加快執(zhí)行的目的。分段開采：當(dāng)向量的長(zhǎng)度大于向量寄存器的長(zhǎng)度時(shí)，必須把長(zhǎng)向量分成長(zhǎng)度固定的段，然后循環(huán)分段處理，每一次循環(huán)只處理一個(gè)向量段。3?3簡(jiǎn)述先行控制的基本思想。答：先行控制技術(shù)是把緩沖技術(shù)和預(yù)處理技術(shù)相結(jié)合。緩沖技術(shù)是在工作速度不固定的兩個(gè)功能部件之間設(shè)置緩沖器，用以平滑它們的工作。預(yù)處理技術(shù)是指預(yù)取指令、對(duì)指令進(jìn)行加工以及預(yù)取操作數(shù)等。采用先行控制方式的處理機(jī)內(nèi)部設(shè)置多個(gè)緩沖站，用于平滑主存、指令分析部件、運(yùn)算器三者之間的工作。這樣不僅使它們都能獨(dú)立地工作，充分忙碌而不用相互等待，而且使指令分析部件和運(yùn)算器分別能快速地取得指令和操作數(shù)，大幅度地提高指令的執(zhí)行速度和部件的效率。這些緩沖站都按先進(jìn)先出的方式工作，而且都是由一組若干個(gè)能快速訪問的存儲(chǔ)單元和相關(guān)的控制邏輯組成。采用先行控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多條指令的重疊解釋執(zhí)行。3.4設(shè)一條指令的執(zhí)行過(guò)程分成取指令、分析指令和執(zhí)行指令三個(gè)階段，每個(gè)階段所需的時(shí)間分別為厶t、△t和2at。分別求出下列各種情況下，連續(xù)執(zhí)行n條指令所需的時(shí)間。1）順序執(zhí)行方式；只有“取指令”與“執(zhí)行指令”重疊；(3)“取指令”、“分析指令”與“執(zhí)行指令”重疊。解：(1)每條指令的執(zhí)行時(shí)間為：△t+At+2at=4At連續(xù)執(zhí)行n條指令所需的時(shí)間為：4nAt(2)連續(xù)執(zhí)行n條指令所需的時(shí)間為：4A計(jì)3(n-1)at=(3n+1)at(3)連續(xù)執(zhí)行n條指令所需的時(shí)間為：4at+2(n-1)at=(2n+2)at3.5簡(jiǎn)述流水線技術(shù)的特點(diǎn)。答：流水技術(shù)有以下特點(diǎn)：(1)流水線把一個(gè)處理過(guò)程分解為若干個(gè)子過(guò)程，每個(gè)子過(guò)程由一個(gè)專門的功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，流水線實(shí)際上是把一個(gè)大的處理功能部件分解為多個(gè)獨(dú)立的功能部件，并依靠它們的并行工作來(lái)提高吞吐率。流水線中各段的時(shí)間應(yīng)盡可能相等，否則將引起流水線堵塞和斷流。(3)流水線每一個(gè)功能部件的前面都要有一個(gè)緩沖寄存器，稱為流水寄存器。流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的時(shí)序過(guò)程，只有在輸入端不斷地提供任務(wù)，才能充分發(fā)揮流水線的效率。流水線需要有通過(guò)時(shí)間和排空時(shí)間。在這兩個(gè)時(shí)間段中，流水線都不是滿負(fù)荷工作。3?6解決流水線瓶頸問題有哪兩種常用方法？答：細(xì)分瓶頸段與重復(fù)設(shè)置瓶頸段3.10簡(jiǎn)述三種向量處理方式，它們對(duì)向量處理機(jī)的結(jié)構(gòu)要求有何不同？答(1)橫向處理方式：若向量長(zhǎng)度為n,則水平處理方式相當(dāng)于執(zhí)行n次循環(huán)。若使用流水線，在每次循環(huán)中可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)相關(guān)和功能轉(zhuǎn)換,不適合對(duì)向量進(jìn)行流水處理。(2)縱向處理方式：將整個(gè)向量按相同的運(yùn)算處理完畢之后,再去執(zhí)行其他運(yùn)算。適合對(duì)向量進(jìn)行流水處理,向量運(yùn)算指令的源/目向量都放在存儲(chǔ)器內(nèi),使得流水線運(yùn)算部件的輸入、輸出端直接與存儲(chǔ)器相聯(lián)，構(gòu)成m-m型的運(yùn)算流水線。（3）縱橫處理方式：把長(zhǎng)度為n的向量分為若干組，每組長(zhǎng)度為n,組內(nèi)按縱向方式處理，依次處理各組，組數(shù)為「n/n」，適合流水處理?？稍O(shè)長(zhǎng)度為n的向量寄存器,使每組向量運(yùn)算的源/目向量都在向量寄存器中，流水線的運(yùn)算部件輸入、輸出端與向量寄存器相聯(lián)，構(gòu)成r-r型運(yùn)算流水線。3.11可采用哪些方法來(lái)提高向量處理機(jī)的性能？答:可采用多種方法：（1）設(shè)置多個(gè)功能部件，使它們并行工作；（2）采用鏈接技術(shù)，加快一串向量指令的執(zhí)行；【篇三：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)課后詳解王志英】=txt>1?1解釋下列術(shù)語(yǔ)層次機(jī)構(gòu)：按照計(jì)算機(jī)語(yǔ)言從低級(jí)到高級(jí)的次序，把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按功能劃分成多級(jí)層次結(jié)構(gòu)，每一層以一種不同的語(yǔ)言為特征。這些層次依次為：微程序機(jī)器級(jí)，傳統(tǒng)機(jī)器語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，匯編語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，高級(jí)語(yǔ)言機(jī)器級(jí)，應(yīng)用語(yǔ)言機(jī)器級(jí)等。虛擬機(jī)：用軟件實(shí)現(xiàn)的機(jī)器。翻譯：先用轉(zhuǎn)換程序把高一級(jí)機(jī)器上的程序轉(zhuǎn)換為低一級(jí)機(jī)器上等效的程序，然后再在這低一級(jí)機(jī)器上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)程序的功能。解釋：對(duì)于高一級(jí)機(jī)器上的程序中的每一條語(yǔ)句或指令，都是轉(zhuǎn)去執(zhí)行低一級(jí)機(jī)器上的一段等效程序。執(zhí)行完后，再去高一級(jí)機(jī)器取下一條語(yǔ)句或指令，再進(jìn)行解釋執(zhí)行，如此反復(fù)，直到解釋執(zhí)行完整個(gè)程序。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：傳統(tǒng)機(jī)器程序員所看到的計(jì)算機(jī)屬性，即概念性結(jié)構(gòu)與功能特性。在計(jì)算機(jī)技術(shù)中,把這種本來(lái)存在的事物或?qū)傩?但從某種角度看又好像不存在的概念稱為透明性。計(jì)算機(jī)組成：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)，包含物理機(jī)器級(jí)中的數(shù)據(jù)流和控制流的組成以及邏輯設(shè)計(jì)等。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)：計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，包括處理機(jī)、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度和速度，模塊、插件、底板的劃分與連接，信號(hào)傳輸，電源、冷卻及整機(jī)裝配技術(shù)等。系統(tǒng)加速比：對(duì)系統(tǒng)中某部分進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，改進(jìn)后系統(tǒng)性能提高的倍數(shù)。amdahl定律：當(dāng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)中的某個(gè)部件進(jìn)行改進(jìn)后，所能獲得的整個(gè)系統(tǒng)性能的提高，受限于該部件的執(zhí)行時(shí)間占總執(zhí)行時(shí)間的百分比。程序的局部性原理：程序執(zhí)行時(shí)所訪問的存儲(chǔ)器地址不是隨機(jī)分布的，而是相對(duì)地簇聚。包括時(shí)間局部性和空間局部性。cpi：每條指令執(zhí)行的平均時(shí)鐘周期數(shù)。測(cè)試程序套件：由各種不同的真實(shí)應(yīng)用程序構(gòu)成的一組測(cè)試程序，用來(lái)測(cè)試計(jì)算機(jī)在各個(gè)方面的處理性能。系列機(jī)：由同一廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、但具有不同組成和實(shí)現(xiàn)的一系列不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)。軟件兼容：一個(gè)軟件可以不經(jīng)修改或者只需少量修改就可以由一臺(tái)計(jì)算機(jī)移植到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。差別只是執(zhí)行時(shí)間的不同。向上（下）兼容：按某檔計(jì)算機(jī)編制的程序，不加修改就能運(yùn)行于比它高（低）檔的計(jì)算機(jī)。向后（前）兼容：按某個(gè)時(shí)期投入市場(chǎng)的某種型號(hào)計(jì)算機(jī)編制的程序，不加修改地就能運(yùn)行于在它之后（前）投入市場(chǎng)的計(jì)算機(jī)。兼容機(jī)：由不同公司廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。模擬：用軟件的方法在一臺(tái)現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)（稱為宿主機(jī)）上實(shí)現(xiàn)另臺(tái)計(jì)算機(jī)（稱為虛擬機(jī)）的指令系統(tǒng)。仿真：用一臺(tái)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)（稱為宿主機(jī)）上的微程序去解釋實(shí)現(xiàn)另臺(tái)計(jì)算機(jī)（稱為目標(biāo)機(jī)）的指令系統(tǒng)。并行性：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在同一時(shí)刻或者同一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行多種運(yùn)算或操作。只要在時(shí)間上相互重疊，就存在并行性。它包括同時(shí)性與并發(fā)性兩種含義。時(shí)間重疊：在并行性概念中引入時(shí)間因素，讓多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。資源重復(fù)：在并行性概念中引入空間因素，以數(shù)量取勝。通過(guò)重復(fù)設(shè)置硬件資源，大幅度地提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。資源共享：這是一種軟件方法，它使多個(gè)任務(wù)按一定時(shí)間順序輪流使用同一套硬件設(shè)備。耦合度：反映多機(jī)系統(tǒng)中各計(jì)算機(jī)之間物理連接的緊密程度和交互作用能力的強(qiáng)弱。緊密耦合系統(tǒng)：又稱直接耦合系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)之間的物理連接的頻帶較高，一般是通過(guò)總線或高速開關(guān)互連，可以共享主存。松散耦合系統(tǒng)：又稱間接耦合系統(tǒng)，一般是通過(guò)通道或通信線路實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的互連，可以共享外存設(shè)備（磁盤、磁帶等）。計(jì)算機(jī)之間的相互作用是在文件或數(shù)據(jù)集一級(jí)上進(jìn)行。異構(gòu)型多處理機(jī)系統(tǒng)：由多個(gè)不同類型、至少擔(dān)負(fù)不同功能的處理機(jī)組成，它們按照作業(yè)要求的順序，利用時(shí)間重疊原理，依次對(duì)它們的多個(gè)任務(wù)進(jìn)行加工，各自完成規(guī)定的功能動(dòng)作。同構(gòu)型多處理機(jī)系統(tǒng)：由多個(gè)同類型或至少擔(dān)負(fù)同等功能的處理機(jī)組成，它們同時(shí)處理同一作業(yè)中能并行執(zhí)行的多個(gè)任務(wù)。計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。一種體系結(jié)構(gòu)可以有多種組成。一種組成可以有多種實(shí)現(xiàn)。1.3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的flynn分類法是按什么來(lái)分類的？共分為哪幾類？答：flynn分類法是按照指令流和數(shù)據(jù)流的多倍性進(jìn)行分類。把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為：（1）單指令流單數(shù)據(jù)流sisd（2）單指令流多數(shù)據(jù)流simd（3）多指令流單數(shù)據(jù)流misd（4）多指令流多數(shù)據(jù)流mimd1.5分別從執(zhí)行程序的角度和處理數(shù)據(jù)的角度來(lái)看，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中并行性等級(jí)從低到高可分為哪幾級(jí)？答：從處理數(shù)據(jù)的角度來(lái)看，并行性等級(jí)從低到高可分為：（1）字串位串：每次只對(duì)一個(gè)字的一位進(jìn)行處理。這是最基本的串行處理方式，不存在并行性；（2）字串位并：同時(shí)對(duì)一個(gè)字的全部位進(jìn)行處理，不同字之間是串行的。已開始出現(xiàn)并行性；（3）字并位串：同時(shí)對(duì)許多字的同一位（稱為位片）進(jìn)行處理。這種方式具有較高的并行性；（4）全并行：同時(shí)對(duì)許多字的全部位或部分位進(jìn)行處理。這是最高一級(jí)的并行。從執(zhí)行程序的角度來(lái)看，并行性等級(jí)從低到高可分為:（1）指令內(nèi)部并行：?jiǎn)螚l指令中各微操作之間的并行；（2）指令級(jí)并行：并行執(zhí)行兩條或兩條以上的指令；（3）線程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的線程，通常是以一個(gè)進(jìn)程內(nèi)派生的多個(gè)線程為調(diào)度單位；（4）任務(wù)級(jí)或過(guò)程級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的過(guò)程或任務(wù)程序段），以子程序或進(jìn)程為調(diào)度單元；（5）作業(yè)或程序級(jí)并行：并行執(zhí)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的作業(yè)或程序。1?6某臺(tái)主頻為400mhz的計(jì)算機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試程序，程序中指令類型、執(zhí)行數(shù)量和平均時(shí)鐘周期數(shù)如下：1.7將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中某一功能的處理速度加快10倍，但該功能的處理時(shí)間僅為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的40%，則采用此增強(qiáng)功能方法后，能使整個(gè)系統(tǒng)的性能提高多少？解由題可知：可改進(jìn)比例=40%=0.4部件加速比=10根據(jù)amdahl定律可知:系統(tǒng)加速比1?1?0.4??0.410