计算机科学概论 习题答案 刘艺 蔡敏 李炳伟 第2章 计算机体系结构 习题与答案.pdfVIP

第二章习题 （1） 复习题 1．简述冯∙诺依曼原理，冯∙诺依曼结构计算机包含哪几部分部件，其结构以何部件为中心？ 答：冯·诺依曼理论的要点包括：指令像数据那样存放在存储器中，并可以像数据那样进行 处理；指令格式使用二进制机器码表示；用程序存储控制方式工作。这 3 条合称冯·诺依曼 原理 冯·诺依曼计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备， 整个结构一般以运算器为中心，也可以以控制器为中心。 (P52-P55) 2 ．简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。 答：计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性，是硬件子系统的结 构概念及其功能特性。计算机组成（computer organization ）是依据计算机体系结构确定并且 分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，它们之间 的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。同时，为实现指令的控制功能，还需要设 计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。计算机实现，是计算机组成的物理实现, 就 是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。计算机体系结构、计算机组成和 计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系，而且随着时间 和技术的进步，这些含意也会有所改变。在某些情况下，有时也无须特意地去区分计算机体 系结构和计算机组成的不同含义。 (P48-P52) 3 ．根据指令系统结构划分，现代计算机包含哪两种主要的体系结构？ 答：根据指令系统结构划分，现代计算机主要包含：CISC 和 RISC 两种结构。 (P57) 4 ．简述RISC 技术的特点？ 答：从指令系统结构上看，RISC 体系结构一般具有如下特点： (1) 精简指令系统。可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计，来 选 取其中常用的基本指令，并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最 常用的指令; (2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类，一般限制在 2 或 3 种; (3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整，让所有指令尽可能等长; (4) 单机器周期指令，即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成，并且允许处理器 在同一时间内执行一系列的指令。 (P59-60) 5 ．有人认为，RISC 技术将全面替代 CISC，这种观点是否正确，说明理由？ 答：不正确。与 CISC 架构相比较，RISC 计算机具备结构简单、易于设计和程序执行效率 高的特点，但并不能认为 RISC 架构就可以取代 CISC 架构。事实上，RISC 和 CISC 各有 优势，CISC 计算机功能丰富，指令执行更加灵活，这些时 RISC 计算机无法比拟的，当今 时代，两者正在逐步融合，成为 CPU 设计的新趋势。 (P60-62) 6 ．什么是流水线技术？ 答：流水线技术，指的是允许一个机器周期内的计算机各处理步骤重叠进行。特别是，当执 行一条指令时，可以读取下一条指令，也就意味着，在任何一个时刻可以有不止一条指令在 “流水线”上，每条指令处在不同的执行阶段。这样，即便读取和执行每条指令的时间保持 不变，而计算机的总的吞吐量提高了。 (P60-61) 7 ．并行处理结构包含哪几种主要的体系结构，分别有什么特点？ 答：流水线计算机：主要通过时间重叠，让多个部件在时间上交错重叠地并行执行运算和处 理，以实现时间上的并行。 阵列处理机：主要通过资源重复，设置大量算术逻辑单元，在同一控制部件作用下同时 运算和处理，以实现空间上的并行。 多处理器系统：主要通过资源共享，让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不 共享存储的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上相互作用，达 到时间和空间上的异步并行。 (P61-63) 8．试解释下列基本概念：机器语言、汇编语言、高级语言。 答：机器语言，最早的计算机只有机器语言，计算机能直接执行用机器语言所编的程序。机 器语言是由二进制代码表示的计算机机器指令和数据组合而成。 汇编语言，到 50 年代，人们想出了用一些具有一定含义的文字、符号和数字，按规定 的格式来表示各种不同的机器指令，称为“助记符”。例如，用“ADD ”表示加法，“MOV ” 表示数据传输等。再用这些助记符来编写程序，这就是汇编语言。 高级语言，也称为算法语言，它定义了一套基本符号以及怎样使用这套基本符号