计算机体系结构课后习题原版答案_张晨曦著 1

第1章 计算机系统结构的基本概念

1.1 解释下列术语向上(下)兼容按某档计算机编制的程序，不加修改就能运行于比它高(低)档的计算机。向()兼容按某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序，不加修改地就能运行于在它之()投入市场的计算机。1.2 试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。

答：如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。

计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现。一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。

1.4 计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么？并说出它们的含义。

答：(1)以经常性事件为重点。在计算机系统的设计中，对经常发生的情况，赋予它优先的处理权和资源使用权，以得到更多的总体上的改进。(2)Amdahl定律。加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。(3)CPU性能公式。执行程序的CPU时间 = IC CPI ×时钟周期时间。(4)程序的局部性原理。程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。

1.5 分别从执行程序的角度和处理数据的角度来看，计算机系统中并行性等级从低到高可分为哪几级？

答：从处理数据的角度来看，并行性等级从低到高可分为：

(1)字串位串：每次只对一个字的一位进行处理。这是最基本的串行处理方式，不存在并行性；

(2)字串位并：同时对一个字的全部位进行处理，不同字之间是串行的。已开始出现并行性；

(3)字并位串：同时对许多字的同一位(称为位片)进行处理。这种方式具有较高的并行性；

(4)全并行：同时对许多字的全部位或部分位进行处理。这是最高一级的并行。

从执行程序的角度来看，并行性等级从低到高可分为：

(1)指令内部并行：单条指令中各微操作之间的并行；

(2)指令级并行：并行执行两条或两条以上的指令；

(3)线程级并行：并行执行两个或两个以上的线程，通常是以一个进程内派生的多个线程为调度单位；

(4)任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务(程序段)，以子程序或进程为调度单元；

(5)作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上的作业或程序。

1.7 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？

解 由题可知： 可改进比例 = 40% = 0.4 部件加速比 = 10

根据Amdahl定律可知：

采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高到原来的1.5625倍。

第2章 指令集结构的分类

解释下列术语

堆栈型机器：CPU 中存储操作数的单元是堆栈的机器。

累加器型机器：CPU 中存储操作数的单元是累加器的机器。

通用寄存器型机器：CPU 中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。

指令集结构设计所涉及的内容有哪些？

简述CISC指令集结构功能设计的主要目标。从当前的计算机技术观点来看，CISC指令集结构的计算机有什么缺点？主要目标指令功能，硬件集简述RISC指令集结构设计原则。oad和Store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行； (5) 以简单有效的方式支持高级语言。

表示寻址方式的主要方法有哪些？简述这些方法的优缺点。

第3章 流水线技术

3.1解释下列术语

数据相关指令和jj的前面，如果则指令j与指令i数据相关指令j使用指令i产生的结果指令j与指令k数据相关，指令k与指令i数据相关。名相关如果两条指令使用相同的名，但是它们之间并没有数据流，则称名相关。控制相关是指由分支指令引起的相关。它需要根据分支指令执行结果来确定后。反相关指令和jj的前面，指令j写的名指令读的名指令i。指令和jj的前面，如果指令j和指令指令i。定向来解决。并不该结果如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其指令需要它的地方那么就可以避免。流水线分支的方法有哪些？预测分支失败。分支失败，流水线正常流动当确定分支成功，流水线在分支指令之后取出的指令转化为空操作，并目标地址重新取预测分支成功流水线检测到分支指令分支目标地址就开始目标地址取指令执行。延迟分支主要思想是从逻辑上延长分支指令的执行时间。延迟要么总是分支成功，要么总是分支失败。列举出下面循环中的所有相关，包括输出相关、反相关、真相关。

for (i=2; i<100; i=i+1)

a[i]=b[i]+a[i];/* s1 */

c[i+1]=a[i]+d[i]; /* s2 */

a[i-1]=2*b[i]; /* s3 */