计算机系统结构李学干版+习题答案.pdf

第一章 1- 1 如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成 4 级。每一级为了执行一条指 令需要下一级的 N 条指令解释。若执行第 1 级的一条指令需 K ns 时间，那么执行第 2、3 、 4 级的一条指令各需要多少时间？ 答：执行第 2 、3 、4 级的一条指令各需 KN ns 、(N*N)*K ns 、(N*N*N)*K ns 的时间。 1- 2 操作系统机器级的某些指令就用传统机器级的指令，这些指令可以用微程序直接 解释实现，而不必有操作系统自己来实现。更具你对 1- 1 题的回答，你认为这样做有哪些 好处？ 答：这样做， 可以加快操作系统中操作命令解释的速度， 同时也节省了存放解释操作命令这 部分解释程序所占的存储空间， 简化了操作系统机器级的设计， 也有利于减少传统机器级的 指令条数。 1- 3 有一个计算机系统可按功能分成 4 级，每级的指令互不相同，每一级的指令都比 其下一级的指令在效能上强 M倍，即第 i 级的一条指令能完成第 i-1 级的 M条指令的计算量。 现若需第 i 级的 N 条指令解释第 i+1 级的一条指令，而有一段第 1 级的程序需要运行 Ks， 问在第 2 、3 和 4 级上一段等效程序各需要运行多长时间？ 答：第 2 级上等效程序需运行： (N/M)*Ks 。第 3 级上等效程序需运行： (N/M)*(N/M)*Ks 。 第 4 级上等效程序需运行： (N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks 。 1- 4 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。 答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的， 原理上， 软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的 功能也可用软件模拟完成。但是实现的性能价格比，实现的难易程序不同。 例如， 编译程序、 操作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，程序所占的存储空间量较多，这些都是不利的；但是，这样所用硬件少，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。 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陈列等向量运算部件的硬件方 式来实现的， 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像变换成两个定点数的 运算，用子程序软件的方式实现。 十进制数的运算可以通过专门设置十进制数运算类指令和 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，也可以先经十转二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，所得结果又调用二转十的数制转换子程序转换成十进制数结 果，用全软件的方式实现。 1- 5 试以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与影 响。 答：计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同，但又相互影响。 （1）计算机的系统结构相同，但可采用不同的组成。如 IBM370 系列有 115、 125、135、 158、 168 等由低档到高档的多种型号机器。从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念 性结构相同