广西工学院《计算机系统结构》习题及答案(15页,有题有答案).docVIP

广西工学院《计算机系统结构》习题及答案1.系统结构基础知识 1.1 有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分4级。每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。若执行第1级的一条指令需Kns时间，则执行第2、3、4级的一条指令各需要多少时间？ 【分析】注意“上一级”与“下一级”的关系，上一级程序在下一级上的实现不是经翻译完成，只能是解释。 解：执行第1级的一条指令需Kns时间 执行第2级的一条指令需KNns时间 执行第3级的一条指令需KN2ns时间 执行第4级的一条指令需KN3ns时间 执行第n级的一条指令需KNn-1ns时间 1.2 有一计算机系统，可以按功能划分4级。每一级的指令互不相同。每一级的指令都比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，而有一段程序在第1级上运行需要Ks，问在第2、3、4级上一段等效的程序各需要运行多长时间？ 【分析】从指令功能意义上讲，每级的单条指令需下级N条指令来完成，从效能意义上讲，每级的指令都比下一级的指令强M倍，若某级上运行需Ks，则下一级上运行需KN/Ms。 解： 在第2级上一段等效的程序需要运行时间为: (N/M)Ks 在第3级上一段等效的程序需要运行时间为: (N/M)2Ks 在第4级上一段等效的程序需要运行时间为: (N/M)3Ks 1.3 什么是透明性概念？对于计算机系统结构，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。 【分析】凡是属于编写机器语言和汇编语言程序所必须面对的内容，都是不透明的。或者说有关系统结构属性所包括的内容，对系统结构都不透明。 解：客观存在的事物或属性，从某个角度看，它好像不存在，称之为透明性。 对于计算机系统结构，透明的是：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。 对于计算机系统结构，不透明的是：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。 1.4 从机器（汇编）语言程序员的角度来看，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、条件码寄存器、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。 【分析】从机器（汇编）语言程序员的角度来看，实际上就是从计算机系统结构看的内容。在汇编语言程序中直接用到的，肯定是不透明的。 解：对机器（汇编）语言程序员透明的：指令缓冲器、时标发生器、乘法器、主存地址寄存器、先行进位链、移位器。 对机器（汇编）语言程序员不透明的：指令地址寄存器、条件码寄存器、磁盘外设、通用寄存器、中断字寄存器。 1.5 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、指令缓冲存储器 【分析】系统程序员和应用程序员都有可能应用汇编语言或机器语言编程，当然也可能使用高级语言编程。所以，属全硬件实现的计算机组成所包含的方面，对他们都是透明的。 解：对系统程序员（编写系统软件的人）和应用程序员透明的： 系列机各档不同的数据宽度、Cache存储器、指令缓冲存储器。 虚拟存储器、程序状态字、“启动I/O”指令对系统程序员不透明，对应用程序员透明。 “执行”指令对系统程序员、应用程序员不透明。 1.8 用一台40MHz处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间指令类型 指令数 时钟周期数 整数运算 45000 1 数据传送 32000 2 浮点 15000 2 控制传送 8000 2 解： 时钟周期T=1/(40×106)=0.25 ×10-7 s 程序执行时钟周期数 Tn=45000+2 ×32000+ 2 ×15000+ 2 ×8000=155000程序执行时间 Ts=(45000+2 ×32000+ 2 ×15000+ 2 ×8000) ×0.25 ×10-7 =3.875ms IC=45000+32000+15000+8000=1 ×105 MIPS=IC/Ts ×10-6=26