《計(jì)算機(jī)組成原理》課后題答案清華大學(xué)出版秦磊華吳非··

1、第一章第一章系統(tǒng)給概論系統(tǒng)給概論習(xí)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(jià)格等發(fā)展趨勢的預(yù)測，其主要內(nèi)容是：成集電路上可容納的晶體管數(shù)量每18個(gè)月翻一番，性能將提高一倍，而其價(jià)格將降低一半。主存:計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲器，為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲器，可隨機(jī)存取?？刂破鳎河?jì)算機(jī)的指揮中心，它使計(jì)算機(jī)各部件自動(dòng)協(xié)調(diào)地工作。時(shí)鐘周期：時(shí)鐘周期是時(shí)鐘頻率的倒數(shù)，也稱為節(jié)拍周期或T周期，是處理操作最基

2、本的時(shí)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(gè)或多個(gè)完整的計(jì)算引擎(內(nèi)核)。字長：運(yùn)算器一次運(yùn)算處理的二進(jìn)制位數(shù)。存儲容量:存儲器中可存二進(jìn)制信息的總量。CPI：指執(zhí)行每條指令所需要的平均時(shí)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(jì)算機(jī)性能的一個(gè)指標(biāo)，該指標(biāo)以每秒鐘完成的百萬指令數(shù)作為單位。CPU時(shí)間：計(jì)算某個(gè)任務(wù)時(shí)CPU實(shí)際消耗的時(shí)間，也即CPU真正花費(fèi)在某程序上的時(shí)間。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的

3、層次結(jié)構(gòu)由多級構(gòu)成，一般分成5級，由低到高分別是：微程序設(shè)計(jì)級，機(jī)器語言級，操作系統(tǒng)級，匯編語言級，高級語言級?；鶞?zhǔn)測試程序：把應(yīng)用程序中使用頻度最高的那那些核心程序作為評價(jià)計(jì)算機(jī)性能的標(biāo)準(zhǔn)程序。軟硬件功能的等價(jià)性：從邏輯功能的角度來看，硬件和軟件在完成某項(xiàng)功能上是相同的，稱為軟硬件功能是等價(jià)的，如浮點(diǎn)運(yùn)算既可以由軟件實(shí)現(xiàn)，也可以由專門的硬件實(shí)現(xiàn)。固件：是一種軟件的固化，其目的是為了加快軟件的執(zhí)行速度。可靠性：可靠性是指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定

4、的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品可靠性定義的要素是三個(gè)“規(guī)定”：“規(guī)定條件”、“規(guī)定時(shí)間”和“規(guī)定功能”。MTTF：平均無故障時(shí)間，指系統(tǒng)自使用以來到第一次出故障的時(shí)間間隔的期望值。MTTR：系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間。MTBF：平均故障間隔時(shí)間，指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間?？捎眯裕褐赶到y(tǒng)在任意時(shí)刻可使用的概率，可根據(jù)MTTF、MTTR和MTBF等指標(biāo)計(jì)算處系統(tǒng)的可用性。1.2什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件？為什么說計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

5、的硬件和軟件在邏輯功能上是等價(jià)的？答：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是指構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電子線路和電子元件等物理設(shè)備的總稱。硬件是構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心。計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)包含運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件。計(jì)算機(jī)軟件是計(jì)算機(jī)中全部程序的集合。軟件按其功能分成應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩大類。計(jì)算機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)的往往是最基本的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能，而其它功能大多是通過軟件的擴(kuò)充得以實(shí)現(xiàn)的。有許多功能可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟

6、件實(shí)現(xiàn)，即從用戶的角度來看它們在功能上是等價(jià)的，這一等價(jià)性被稱為軟硬件邏輯功能的等價(jià)性。由于這樣的等價(jià)性，所以可以說計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件與硬件是可以互相轉(zhuǎn)化的。1.8什么叫軟件系統(tǒng)？它包含哪些內(nèi)容？答：一臺計(jì)算機(jī)中全部程序的集合，統(tǒng)稱為這臺計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)。軟件按其功能分成應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩大類。應(yīng)用軟件是用戶為解決某種應(yīng)用問題而編制的一些程序。系統(tǒng)軟件用于對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的管理、調(diào)度、監(jiān)視和服務(wù)等功能，常將系統(tǒng)軟件分為以下六類：操作系統(tǒng)言處

7、理程序標(biāo)準(zhǔn)程序庫，服務(wù)性程序，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件。1.9說明高級語言、匯編語言和機(jī)器語言三者之間的差別和聯(lián)系。答：機(jī)器語言是直接用二進(jìn)制代碼指令表達(dá)的計(jì)算機(jī)語言，是一種面向機(jī)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(jì)算機(jī)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(xué)語言的程序設(shè)計(jì)語言的統(tǒng)稱，分為面向過程的語言和面向?qū)ο蟮恼Z言。它們都是計(jì)算機(jī)的編程語言，并且是計(jì)算機(jī)編程語言發(fā)展的三個(gè)階段。三者各

8、自的特點(diǎn)：使用機(jī)器語言編寫的程序，占用內(nèi)存少、執(zhí)行效率高。缺點(diǎn)：編程工作量大，容易出錯(cuò)；依賴具體的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)程序，能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運(yùn)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(hù)；開發(fā)效率很低，時(shí)間長且單調(diào)。高級語言的優(yōu)點(diǎn)是：編程相對簡單、直觀、易理解、不容易出錯(cuò)；編寫的計(jì)算機(jī)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

9、性衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)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(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)有三個(gè)：平均無故障時(shí)間、平均故障間隔時(shí)間和可用性。提高系統(tǒng)可靠性的常用方法包括避錯(cuò)和容錯(cuò)。前者即避免錯(cuò)誤的出現(xiàn)，從而提高系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間；后者容許錯(cuò)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(jì)算機(jī)1和計(jì)算機(jī)2以不同的方式實(shí)現(xiàn)了相同的指令集該指令集中共有A、B、C、D四類指令

10、，它們在程序中所占比例分別為40%、20%、20%、20%，機(jī)器1和機(jī)器2的時(shí)鐘周期為600MHZ和800MHZ，各類指令在兩機(jī)器上的CPI如表1.5所示，求兩機(jī)器的MIPS各為多少？表1.5兩臺計(jì)算機(jī)不同指令的CPIABCDCPI12345CPI22234解：CPI1=20.40.2(345)=3.2MIPS1=f(CPI1?106)=600?106(3.2?106)=187.5CPI2=20.40.2(234)=2.6MIPS2=f