計算機組成原理課程習題答案秦磊華

1、《計算機組成原理》習題答案（秦磊華）第1頁共70頁第一章第一章系統(tǒng)給概論系統(tǒng)給概論習題一1.l解釋下列名詞摩爾定律：對集成電路上可容納的晶體管數(shù)目、性能和價格等發(fā)展趨勢的預測，其主要內容是：成集電路上可容納的晶體管數(shù)量每18個月翻一番，性能將提高一倍，而其價格將降低一半。主存:計算機中存放正在運行的程序和數(shù)據的存儲器，為計算機的主要工作存儲器，可隨機存取。控制器：計算機的指揮中心，它使計算機各部件自動協(xié)調地工作。時鐘周期：時鐘周期是時鐘

2、頻率的倒數(shù)，也稱為節(jié)拍周期或T周期，是處理操作最基本的時間單位。多核處理器：多核處理器是指在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計算引擎(內核)。字長：運算器一次運算處理的二進制位數(shù)。存儲容量:存儲器中可存二進制信息的總量。CPI：指執(zhí)行每條指令所需要的平均時鐘周期數(shù)。MIPS：用每秒鐘執(zhí)行完成的指令數(shù)量作為衡量計算機性能的一個指標，該指標以每秒鐘完成的百萬指令數(shù)作為單位。CPU時間：計算某個任務時CPU實際消耗的時間，也即CPU真正花費在

3、某程序上的時間。計算機系統(tǒng)的層次結構：計算機系統(tǒng)的層次結構由多級構成，一般分成5級，由低到高分別是：微程序設計級，機器語言級，操作系統(tǒng)級，匯編語言級，高級語言級?；鶞蕼y試程序：把應用程序中使用頻度最高的那那些核心程序作為評價計算機性能的標準程序。軟硬件功能的等價性：從邏輯功能的角度來看，硬件和軟件在完成某項功能上是相同的，稱為軟硬件功能是等價的，如浮點運算既可以由軟件實現(xiàn)，也可以由專門的硬件實現(xiàn)。固件：是一種軟件的固化，其目的是為了加快

4、軟件的執(zhí)行速度?？煽啃裕嚎煽啃允侵赶到y(tǒng)或產品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。產品可靠性定義的要素是三個“規(guī)定”：“規(guī)定條件”、“規(guī)定時間”和“規(guī)定功能”。MTTF：平均無故障時間，指系統(tǒng)自使用以來到第一次出故障的時間間隔的期望值。MTTR：系統(tǒng)的平均修復時間。MTBF：平均故障間隔時間，指相鄰兩次故障之間的平均工作時間?？捎眯裕褐赶到y(tǒng)在任意時刻可使用的概率，可根據MTTF、MTTR和MTBF等指標計算處系統(tǒng)的可用性。1.

5、2什么是計算機系統(tǒng)的硬件和軟件？為什么說計算機系統(tǒng)的硬件和軟件在邏輯功能上是等價的？答：計算機硬件系統(tǒng)是指構成計算機系統(tǒng)的電子線路和電子元件等物理設備的總稱。硬件是構成計算機的物質基礎，是計算機系統(tǒng)的核心。計算機的硬件系統(tǒng)包含運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備等五大部件。計算機軟件是計算機中全部程序的集合。軟件按其功能分成應用軟件和系統(tǒng)軟件兩大類。計算機硬件實現(xiàn)的往往是最基本的算術運算和邏輯運算功能，而其它功能大多是通過軟件的擴

6、充得以實現(xiàn)的。有許多功能可以由硬件實現(xiàn)，也可以由軟件實現(xiàn)，即從用戶的角度來看它們在功能上是等價的，這一等價性被稱為軟硬件邏輯功能的等價性。1.3馮諾依曼型計算機的基本思想是什么？按此思想設計的計算機硬件系統(tǒng)應由哪些部《計算機組成原理》習題答案（秦磊華）第3頁共70頁答：一臺計算機中全部程序的集合，統(tǒng)稱為這臺計算機的軟件系統(tǒng)。軟件按其功能分成應用軟件和系統(tǒng)軟件兩大類。應用軟件是用戶為解決某種應用問題而編制的一些程序。系統(tǒng)軟件用于對計算機系

7、統(tǒng)的管理、調度、監(jiān)視和服務等功能，常將系統(tǒng)軟件分為以下六類：操作系統(tǒng)言處理程序標準程序庫，服務性程序，數(shù)據庫管理系統(tǒng)和算機網絡軟件。1.9說明高級語言、匯編語言和機器語言三者之間的差別和聯(lián)系。答：機器語言是直接用二進制代碼指令表達的計算機語言，是一種面向機器的編程語言，屬于低級語言。匯編語言是用助記符號來表示計算機指令的語言，也是低級的語言。高級語言是一類接近于人類自然語言和數(shù)學語言的程序設計語言的統(tǒng)稱，分為面向過程的語言和面向對象的語

8、言。它們都是計算機的編程語言，并且是計算機編程語言發(fā)展的三個階段。三者各自的特點：使用機器語言編寫的程序，占用內存少、執(zhí)行效率高。缺點：編程工作量大，容易出錯；依賴具體的計算機體系，因而程序的通用性、移植性都很差。使用匯編語言編寫計算機程序，能夠根據特定的應用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運行速度；能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。但是編寫的代碼非常難懂，不好維護；開發(fā)效率很低，時間長且單調。高級語言的優(yōu)點是：編程相對簡單、直觀、易理解、不容易出

9、錯；編寫的計算機程序通用性好，具有較好的移植性。1.10什么是系統(tǒng)的可靠性衡量系統(tǒng)可靠性的指標有哪些如何提高系統(tǒng)的可靠性答：系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。衡量系統(tǒng)可靠性的指標有三個：平均無故障時間、平均故障間隔時間和可用性。提高系統(tǒng)可靠性的常用方法包括避錯和容錯。前者即避免錯誤的出現(xiàn)，從而提高系統(tǒng)的平均無故障時間；后者容許錯誤的出現(xiàn)，但采取有效的方法來防止其造成的不利影響。1.11假定某計算機1和計

10、算機2以不同的方式實現(xiàn)了相同的指令集該指令集中共有A、B、C、D四類指令，它們在程序中所占比例分別為40%、20%、20%、20%，機器1和機器2的時鐘周期為600MHZ和800MHZ，各類指令在兩機器上的CPI如表1.5所示，求兩機器的MIPS各為多少？表1.5兩臺計算機不同指令的CPIABCDCPI12345CPI22234解：CPI1=20.40.2(345)=3.2MIPS1=f(CPI1?106)=600?106(3.2?10

11、6)=187.5CPI2=20.40.2(234)=2.6MIPS2=f(CPI1?106)=800?106(2.6?106)=307.71.12若某程序編譯后生成的目標代碼由A、B、C、D四類指令組成，它們在程序中所占比例分別為40%、20%、15%、25%。已知A、B、C、D四類指令的CPI分別為1、2、2、2?，F(xiàn)需要對程序進行編譯優(yōu)化，優(yōu)化后的程序中A類指令條數(shù)減少了一半，而其它指令數(shù)量未發(fā)生變化。假設運行該程序的計算機CPU主頻