计算机系统结构习题答案(郑伟民)

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1、第一章重点：1.P21.1.1计算机系统层次结构（1.1.2透明性概念）2.P91.2.1计算机系统设计的定量原理（Amdahllaw及CPU性能公式）3.P221.4.1VonNeumann结构（模拟与仿真）1．习题题1.5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。[解答]硬件和软件在逻辑功能上是等效的。在原理上，用软件实现的功能完全可以用硬件或固件(微程序解释)来完成。用硬件实现的功能也可以通过用软件进行模拟来完成，只是反映在速度、价格、实现的难易程度上，这两者是不同的。例如，编译程序、操作

2、系统等许多用机器语言软件子程序实现的功能完全可以用组合电路硬件或微程序固件来解释实现。它们的差别只是软件实现的速度慢，软件的编制复杂，编程工作量大，程序所占的存贮空间量较多，这些都是不利的；但是，这样所花硬件少，硬件实现上也就因此而简单容易，硬件的成本低，解题的灵活性和适应性较好，这些都是有利的。又如，乘除法运算可以经机器专门设计的乘法指令用硬件电路或乘除部件来实现，也可以通过执行一个使用相加、移位、比较、循环等机器指令组成的机器语言子程序来实现。向量、数组运算在向量处理机中是直接使用向量、数组类指令和流水或阵列等向量运算

3、部件的硬件方式来实现，但在标量处理机上也可以通过执行用标量指令组成的循环程序的软件方式来完成。浮点数运算可以直接通过设置浮点运算指令用硬件来实现，也可以用两个定点数分别表示浮点数的阶码和尾数，通过程序方法把浮点数阶码和尾数的运算映象变换成两个定点数的运算，用于程序软的方式来实现。十进制数的运算可以通过专门设置十进制运算类指令和专门的十进制运算部件硬的方式来完成，或者通过设置BCD数的表示和若干BCD数运算的校正指令来软硬结合地实现，也可以先经10转2的数制转换子程序将十进制数转成二进制数，再用二进制运算类指令运算，所得结果

4、又调用2转10的数制转换子程序转换成十进制数结果，用全软的方式实现。题1.7什么是透明性概念?对于计算机系统结构，下列哪些是透明的?哪些是不透明的?存贮器的模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系列中的单总线结构；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；存贮器的最小编址单位；Cache存贮器。[分析]所谓透明就是看不到，不属于其管理的部分。对计算机系统结构是否透明，首先要弄清教材1.

5、2.1节中有关计算机系统结构的定义和所包含的属性内容。简单来说，凡是编写机器语言和汇编语言程序要用到的数据表示、指令系统、寻址方式、寄存器组织、机器级I／O结构、存贮容量及其编址方式、中断机构、系统管态和目态间的切换、信息保护方式和机构等对计算机系统结构都是不透明的。而全部由硬件实现，或是在机器语言、汇编语言编程中不会出现和不需要了解的部分，以及只影响机器的速度和价格的逻辑实现(计算机组成)和物理实现(计算机实现)的那些部分，对计算机系统结构都是透明的。[解答]客观存在的事物或属性。从某个角度去看，却看不到，称这些事物和属

6、性对他是透明的。透明了就可以简化这部分的设计，然而因为透明而无法控制和干预，就会带来不利。因此，透明性的取舍要正确选择。对计算机系统结构透明的有：存贮器的模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一11系列的单总线结构，串行、重叠还是流水控制方式，Cache存贮器。对计算机系统结构不透明的有：浮点数据表示，I／O系统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，存贮器最小编址单位。题1.8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

7、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)语言程序员看，实际上也就是从计算机系统结构看的内容。指令地址寄存器就是程序计数器，汇编语言或机器语言程序都要用到它的，其位数多少会影响到可执行程序的空间大小。指令缓冲器、主存地址寄存器都属于计算机组成中的缓冲器技术，是由全硬件实现的，系统程序不参预对它们的管理。时标发生器、乘法器、先行进位链、移位器等都属于计算机组成中的专用部件配臀，它只影响机器的速度和价格，与软件编程无关。条件

8、码寄存器是存放指令执行后生成反映结果状态或特征的标志码，它要供转移等指令使用，是编程要用到的。磁盘外设的种类、编址方式、容量等都是磁盘管理服务程序要用到的。通用寄存器的数量、位效、编址、使用规定在汇编语言程序和机器语言程序中都是会直接用到的。中断字寄存器是用来记录每一个中断类中，各个中断源发生中断请求的