計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)李學(xué)干版+習(xí)題答案

1、第一章11如有一個(gè)經(jīng)解釋實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)，可以按功能劃分成4級(jí)。每一級(jí)為了執(zhí)行一條指令需要下一級(jí)的N條指令解釋。若執(zhí)行第1級(jí)的一條指令需Kns時(shí)間，那么執(zhí)行第2、3、4級(jí)的一條指令各需要多少時(shí)間？答：執(zhí)行第2、3、4級(jí)的一條指令各需KNns、(NN)Kns、(NNN)Kns的時(shí)間。12操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)的某些指令就用傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)的指令，這些指令可以用微程序直接解釋實(shí)現(xiàn)，而不必有操作系統(tǒng)自己來(lái)實(shí)現(xiàn)。更具你對(duì)11題的回答，你認(rèn)為這樣做有哪些好處？答：

2、這樣做，可以加快操作系統(tǒng)中操作命令解釋的速度，同時(shí)也節(jié)省了存放解釋操作命令這部分解釋程序所占的存儲(chǔ)空間，簡(jiǎn)化了操作系統(tǒng)機(jī)器級(jí)的設(shè)計(jì)，也有利于減少傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)的指令條數(shù)。13有一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可按功能分成4級(jí)，每級(jí)的指令互不相同，每一級(jí)的指令都比其下一級(jí)的指令在效能上強(qiáng)M倍，即第i級(jí)的一條指令能完成第i1級(jí)的M條指令的計(jì)算量?，F(xiàn)若需第i級(jí)的N條指令解釋第i1級(jí)的一條指令，而有一段第1級(jí)的程序需要運(yùn)行Ks，問(wèn)在第2、3和4級(jí)上一段等效程序各需要

3、運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間？答：第2級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(NM)Ks。第3級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(NM)(NM)Ks。第4級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(NM)(NM)(NM)Ks。14硬件和軟件在什么意義上是等效的？在什么意義上又是不等效的？試舉例說(shuō)明。答：軟件和硬件在邏輯功能上是等效的，原理上，軟件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用軟件模擬完成。但是實(shí)現(xiàn)的性能價(jià)格比，實(shí)現(xiàn)的難易程序不同。例如，編譯程序、操作系統(tǒng)等許多用機(jī)器語(yǔ)言軟件子程序?qū)崿F(xiàn)的功能完全

4、可以用組合電路硬件或微程序固件來(lái)解釋實(shí)現(xiàn)。它們的差別只是軟件實(shí)現(xiàn)的速度慢，軟件的編制復(fù)雜，編程工作量大，程序所占的存儲(chǔ)空間量較多，這些都是不利的；但是，這樣所用硬件少，硬件實(shí)現(xiàn)上也就因此而簡(jiǎn)單容易，硬件的成本低，解題的靈活性和適應(yīng)性較好，這些都是有利的。又如，乘除法運(yùn)算可以經(jīng)機(jī)器專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的乘法指令用硬件電路或乘除部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。向量、數(shù)組運(yùn)算在向量處理機(jī)中是直接使用向量、數(shù)組類(lèi)指令和流水或陳列等向量運(yùn)算部件的硬件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但在標(biāo)量處理機(jī)

5、上也可以通過(guò)執(zhí)行用標(biāo)量指令組成的循環(huán)程序的軟件方式來(lái)完成。浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算可以直接通過(guò)設(shè)置浮點(diǎn)運(yùn)算指令用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用兩個(gè)定點(diǎn)數(shù)分別表示浮點(diǎn)數(shù)的階碼和尾數(shù)，通過(guò)程序方法把浮點(diǎn)數(shù)階碼和尾數(shù)的運(yùn)算映像變換成兩個(gè)定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，用子程序軟件的方式實(shí)現(xiàn)。十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)置十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算類(lèi)指令和專(zhuān)門(mén)的十進(jìn)制運(yùn)算部件硬的方式來(lái)完成，或者通過(guò)設(shè)置BCD數(shù)的表示和若干BCD數(shù)運(yùn)算的校正指令來(lái)軟硬結(jié)合地實(shí)現(xiàn)，也可以先經(jīng)十轉(zhuǎn)二的數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序?qū)⑹M(jìn)

6、制數(shù)轉(zhuǎn)成二進(jìn)制數(shù)，再用二進(jìn)制運(yùn)算類(lèi)指令運(yùn)算，所得結(jié)果又調(diào)用二轉(zhuǎn)十的數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)結(jié)果，用全軟件的方式實(shí)現(xiàn)。組織、中斷機(jī)構(gòu)、IO結(jié)構(gòu)、保護(hù)機(jī)構(gòu)等。屬于組成的屬性有：數(shù)據(jù)通路寬度、專(zhuān)用部件設(shè)置、功能部件并行度、控制機(jī)構(gòu)的組成方式，可靠性技術(shù)等。它著眼于機(jī)器內(nèi)各事件的排序方式，控制機(jī)構(gòu)的功能及部件間的關(guān)系。屬于實(shí)現(xiàn)的屬性有：部件的物理結(jié)構(gòu)、器件、模塊的劃分與連接、微組裝技術(shù)、信號(hào)傳輸技術(shù)等，它著眼于器件技術(shù)和微組裝技術(shù)。17從機(jī)

7、器（匯編）語(yǔ)言程序員看，以下哪些是透明的？指令地址寄存器；指令緩沖器；時(shí)標(biāo)發(fā)生器；條件寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盤(pán)外設(shè)；先行進(jìn)位鏈；移位器；通用寄存器；中斷字寄存器。答：透明的有：指令緩沖器、時(shí)標(biāo)發(fā)生器、乘法器、先進(jìn)先出鏈、移位器、主存地址寄存器。18下列哪些對(duì)系統(tǒng)程序員是透明的？哪些對(duì)應(yīng)用程序員是透明的？系統(tǒng)機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬帶；虛擬存儲(chǔ)器；Cache存儲(chǔ)器；程序狀態(tài)字；“啟動(dòng)IO”指令；“執(zhí)行”指令；指令緩沖寄存器。答：

8、系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度；虛擬存儲(chǔ)器；Cache存儲(chǔ)器；程序狀態(tài)字；“啟動(dòng)IO”指令；“執(zhí)行”指令；指令緩沖寄存器。答:系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度、Cache存貯器、指令緩沖寄存器屬于計(jì)算機(jī)組成，對(duì)系統(tǒng)和程序員和應(yīng)用程序員都是透明的。虛擬存貯器、程序狀態(tài)字、“啟動(dòng)IO”指令，對(duì)系統(tǒng)程序員是不透明的，而對(duì)應(yīng)用程序員卻是透明的。“執(zhí)行”指令則對(duì)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是不透明的。19實(shí)現(xiàn)軟件移植的主要途徑有哪些？適用于什么場(chǎng)合？各存在

9、什么問(wèn)題？對(duì)這些問(wèn)題應(yīng)采取什么對(duì)策？如果利用“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”實(shí)現(xiàn)軟件移植，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)如何組成？答：實(shí)現(xiàn)軟件移植的主要途徑有統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言、采用系列機(jī)、模擬和仿真等。統(tǒng)一高級(jí)語(yǔ)言適用于在結(jié)構(gòu)相同以至完全不同的機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)用軟件移植。問(wèn)題是至今還難以統(tǒng)一出一種通用的高級(jí)語(yǔ)言。應(yīng)采取的對(duì)策是，從長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)還應(yīng)爭(zhēng)取統(tǒng)一出一種通用的高級(jí)語(yǔ)言，但近期只能做相對(duì)的統(tǒng)一。采取系列機(jī)可使用于結(jié)構(gòu)相同或近期的機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)匯編語(yǔ)言應(yīng)用軟件和部分系統(tǒng)軟

10、件移植。由于系列機(jī)結(jié)構(gòu)變化有限，因此到一定時(shí)候便會(huì)阻礙系列的發(fā)展。對(duì)策應(yīng)是不訥訥個(gè)只局限于舊系列的發(fā)展，在適當(dāng)時(shí)候應(yīng)推出新的系列結(jié)構(gòu)。模擬和仿真能使用于結(jié)構(gòu)不同的機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)機(jī)器語(yǔ)言程序的移植。但模仿方法在機(jī)器指令差異大時(shí)，運(yùn)行速度嚴(yán)重下降；在機(jī)器結(jié)構(gòu)差異大時(shí)，仿真很難。對(duì)策是：模仿和仿真結(jié)合使用。讓頻繁使用且易于仿真的指令采用仿真，以提高速度，應(yīng)很少使用，對(duì)速度要求不高的、難以仿真的這部分指令及IO操作采用模擬實(shí)現(xiàn)。用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)軟