第一篇：《計算機系統結構》課程建設分析與設計

《計算機系統結構》課程分析及設計

一、課程介紹

“計算機系統結構”是綜合計算機硬件,軟件最新技術以提高計算機總體性能的重要學科，本課程的目的是使學生掌握計算機系統結構和組成的基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法，了解以及掌握現代計算機系統結構的重要進展和今后的發展趨向。從而使學生能在一個更高的層面上從事今后的計算機專業工作。

二、課程分析

實際應用對計算機系統越來越高的要求（更快的計算能力、更大的存儲容量以及更高的輸入、輸出吞吐能力），集成電路技術的迅速發展以及計算機軟件技術的發展，加快了計算機系統結構的演變進程。新的系統結構技術不斷涌現，內容更新很快，并且很快被應用到新的計算機產品中去。計算機系統結構發展的這一特征，使得對“計算機系統結構”這門課程的教學變得相當困難。作為一門專業基礎課程，一方面要反映本領域基礎性、普遍性的知識，保持內容的相對穩定性。另一方面，又需要跟蹤科技的發展，及時地調整和更新內容。通過課程建設，可以把一些新的內容不斷地充實到新的教案中，使學生學到的知識既具有科學性，又具有先進性。如已將微處理機中得到廣泛應用的超標量、超流水線及超標量超流水線結合的系統結構，并行處理及其互連網絡技術都陸續充實到了新的教案中。而為了使教案在增加了新的內容后不致增加課時，還要精簡原有的內容，或通過采用一些現代化的教學手段在保證教學大綱的基礎上來壓縮課時。

通過本課程建設的實施，能將學生在校學習內容與行業最新發展技術結合起來。并充分調動學生的能動性，使學生在建立自身的知識和能力結構時更具有主動性。

本課程建設的完成，力求在內容上能及時反映當前最新發展水平的計算機系統結構，因而在取材上力求先進。考慮到RISC技術已成為指令系統設計風格的主流，因此今后將重點敘述RISC技術的計算機系統結構。

三、課程設計及一些建議

計算機系統結構是目前計算機專業本科學生必修的一門專業課，為了能讓學生更好的理解和掌握課程內容，首先要對教學計劃作一些改動。因為本門課程需要《計算機基礎》、《計算機組成原理》、《匯編語言程序設計》等前驅課程作為基礎，所以要在學生對以上前驅課程學習和掌握的基礎上才能更好的學習和掌握。

從現在學生掌握的情況看也反映出一些問題，由于現在是一門選修課，所以從重視程序和學習態度上都有所放松，一些基本的思想和原理都沒有很的掌握。

目前學院在作教學計劃是把《計算機系統結構》設為專業限選課，可能為學生在專業知識的方向上有更多選擇，但本人認為，這作為一門專業必修的本科課程來說能讓學生更好理解計算機的系統組成及系統結構的現狀和發展方向，可以讓學生了解更多更新的計算機系統結構形式，為開擴學習的視野有更多的幫助。所以我建議可以將本課程設為“專業必修課”。

第二篇：計算機系統結構課程實習題目

計算機系統結構課程實習題目

1.頁面置換算法性能分析

2.模擬實現段頁式虛擬器存儲的內容管理

3.實現omega網絡路徑算法

4.模擬實現ILLAC IV列陣處理機，包括矩陣加、矩陣乘、累加和。

第三篇：《計算機系統結構》課程教學大綱

《計算機系統結構》課程教學大綱

二、課程簡介

本課程是計算機科學與技術及網絡工程專業一門重要的專業課，對于培養學生的抽象思維能力和自頂向下、系統地分析和解決問題的能力有非常重要的作用。其目標是使學生掌握計算機系統結構的基本概念、基本原理、基本結構、基本設計和分析方法，并對計算機系統結構的發展歷史和現狀有所了解。通過學習本課程，能把在“計算機組成原理”等課程中所學的軟、硬件知識有機地結合起來，從而建立起計算機系統的完整概念。

三、課程性質與教學目的

《計算機系統結構》作為計算機科學與技及網絡工程專業高年級本科生的專業課程，目的是介紹計算機系統結構的概念、技術和最新動態，著重介紹軟，硬件功能分配以及如何最佳、最合理地實現軟、硬件功能分配。要求了解基本概念、基本原理、基本結構和基本分析方法。使學生對計算機系統結構、組成和實現有一個整體掌握。

四、教學內容及要求

第一章 計算機系統結構的基本概念

（一）目的與要求

1.掌握計算機系統的多級層次結構，掌握計算機系統結構、計算機組成與計算機實現的定義及三者之間的關系。理解透明性、虛擬機的概念。2.理解系列機和軟件兼容的基本思想。3.了解計算機的分代和分型，了解應用需求和計算機實現技術的發展對系 統結構的影響。

4.掌握存儲程序計算機在系統結構上的主要特點。了解對這種系統結構所 作的改進。

5.了解計算機性能的若干定義。知道評估計算機性能的測試程序。6.掌握計算機系統結構設計的三個基本原則，并能熟練應用Amdahl定律

和CPU性能公式求解問題。

（二）教學內容

1.主要內容

計算機系統結構層次、計算機系統結構定義、計算機組成與實現、計算機系統結構的分類、計算機系統設計的定量原理、計算機系統設計者的主要任務、計算機系統設計的主要方法、計算機系統結構的評價標準。2.基本概念和知識點 計算機系統層次結構、系統結構和組成以及實現三者之間的關系、透明性、1 Amdahl定律、CPU性能公式、局部性原理、MIPS定義、MFLOPS定義、系統結構分類、馮·諾依曼計算機特征、計算機系統結構的發展、VLSI和算法對系統結構的影響。3.問題與應用（能力要求）

要求學生掌握計算機系統層次結構，系統結構、組成與實現的定義，系統結構、組成與實現三者的關系，計算機系統結構的分類，計算機系統設計的定量原理，計算機系統結構的評價標準，為進一步深入學習后繼各章打下基礎。第二章 指令系統

（一）目的與要求

1.了解數據類型和數據表示。

2.掌握浮點數的表數范圍、表數精度、表數效率。

3.掌握指令集結構的各種分類方法。了解堆棧型指令集結構、累加器型指 令集結構和通用寄存器型指令集結構的優缺點以及三種通用寄存器型指令集結構的優缺點。

4.了解當前指令集結構中所使用的一些操作數尋址方式。通過對基準程序進行測試統計，了解各種尋址方式的使用情況。

5.掌握指令集結構功能設計上的兩種不同方向。掌握CISC計算機指令集功能設計的目標、CISC結構存在的缺點。掌握RISC計算機指令集結構的功能設計的目標與原則。6.了解各種控制指令的定義。

7.掌握操作數類型與操作數表示的定義及表示方法，了解各種操作數類型、操作數類型大小。

8.掌握指令中兩種表示尋址方式的方法。

（二）教學內容

1.主要內容

數據表示與數據類型、浮點數據表示、自定義數據表示、編址方式、編織單位、零地址空間個數、輸入輸出設備的非線性編址、并行存儲器的編址技術、邏輯地址與物理地址、直接定位方式、靜態定位方式、動態定位方式、指令的組成、操作碼的優化表示、地址碼的優化表示、基本指令系統、復雜指令系統、精簡指令系統。2.基本概念和知識點

數據表示、尋址技術、指令格式的優化設計、CISC指令系統和RISC指令系統、RISC的定義與特點、減少指令平均執行周期數方法、指令流調整技術、延時轉移技術、指令取消技術、重疊寄存器窗口技術。

3.問題與應用（能力要求）

掌握指令集設計的原則，了解指令的分類、選擇原則、指令的結構、操作數的尋址方式、指令長度對計算機系統的影響，掌握RISC計算機的設計思想。

第三章 存儲系統

（一）目的與要求

1.理解多級存儲層次的思想及其作用；掌握存儲層次的三個性能參數的定義及計算方法。

2.掌握“Cache－主存”層次、“主存－輔存”層次及其區別。3.掌握全相聯映象、直接映象以及組相聯映象的思想和特點。4.掌握在各種映象規則的情況下Cache的查找方法。掌握隨機法、先進先出、LRU 等替換算法。

5.理解Cache對“寫”操作的處理方法。

6.掌握CPU時間的計算方法，并能靈活運用于實例進行分析計算。7.理解改進Cache性能的三個方面。

8.掌握減少命中時間的三種方法及其基本思想。9.掌握提高主存性能的四種方法（增加存儲器寬度、多體交叉存儲器技術、獨立存儲體技術、避免存儲體沖突）。

10.理解虛擬存儲器的特點及有關虛擬存儲器的４個問題；掌握快表的概念；了解頁面大小的選擇。

（二）教學內容

1.主要內容

存儲系統的定義、存儲器的層次結構、并行存儲器、虛擬存儲器與高速緩沖存儲器的基本工作原理、虛擬存儲器與高速緩沖存儲器地址的映象與變換方法、虛擬存儲器的頁面替換算法及其實現、提高Cache命中率的方法、Cache替換算法及其實現、Cache的性能分析。虛擬地址Cache、全Cache技術 2.基本概念和知識點

存儲子系統的定義、原理和性能參數分析和設計，并行存儲器原理和性能分析，高速緩沖存儲器工作原理、地址映像和地址變換方法原理及其實現、數據塊替換算法及其實現、數據一致性保持及其實現，虛擬存儲器工作原理、地址映像和地址變換原理及其實現、頁面替換算法及其實現，虛擬存儲器和Cache存儲器性能分析和設計方法、頁面或數據塊替換的進程足跡，三級存儲系統工作原理。3.問題與應用（能力要求）

掌握存儲器的層次結構，學會分析如何利用局部性原理提高Cache/主存儲器、主存/虛擬存儲器的性能。不但掌握虛擬存儲器和高速緩沖存儲器的硬件原理，而且要掌握其分析方法和設計方法。

第四章 輸入輸出系統

（一）目的與要求

1.掌握輸入/輸出系統的基本概念；了解與I/O有關的問題、設計I/O的三個標準。

2.了解磁盤的基本結構與性能公式；了解磁盤陣列RAID、磁帶、光盤等各種存儲設備。

3.掌握總線的基本工作原理及其分類。了解總線的三個常用的參數、總線標準和實例。

4.掌握通道處理機的定義。掌握通道的作用和功能、通道的工作過程、通道的種類以及通道的流量計算。

5.了解I/O與計算機的連接方式以及由此引起的數據的一致性問題。6.了解設計I/O系統的步驟以及I/O對計算機性能的影響。

（二）教學內容

1.主要內容

輸入輸出系統的特點、輸入輸出系統的組織方式、基本輸入輸出方式、中斷源的組織、中斷系統的軟硬件功能分配、中斷屏蔽、通道的作用和功能、通道的工作過程、通道種類、通道中的數據傳送過程、通道的流量分析、輸入輸出處理機的作用、輸入輸出處理機的種類、輸入輸出處理機的特點。2.基本概念和知識點

異步性、實時性、與設備無關性、自制控制、層次結構、程序控制輸入輸 出方式、中斷輸入輸出方式、直接存儲器訪問方式、中斷源及其種類、中 斷優先級、中斷處理、中斷響應、中斷現場的保存和恢復、字節多路通道、選擇通道、數組多路通道、輸入輸出處理機。3.問題與應用（能力要求）

要求學生掌握輸入輸出原理、中斷系統、通道處理機和輸入輸出處理機的作用和工作過程。第五單元 標量處理機

（一）目的與要求

1.掌握多條指令在處理機中的重疊執行方式。2.掌握先行控制方式的原理和結構。3.掌握各種數據相關的解決辦法。4.了解控制相關的解決辦法。

5.領會流水方式的工作原理。

6.了解從不同角度對流水線的分類和定義。7.掌握有關流水線時空圖的畫法。8.能夠計算出流水線的最大吞吐率。9.領會非線性流水線的調度技術。

10.領會局部相關和全局相關。

（二）教學內容

1.主要內容

指令的重疊執行方式、先行控制方式的原理和結構、數據相關、控制相關、流水線工作原理、流水線的分類、線性流水線的性能分析、非線性流水線的調度技術、局部相關、全局相關、超標量處理機、超流水線處理機、超標量超流水線處理機。2.基本概念和知識點

指令重疊執行、先行控制方式的原理、結構和性能分析，先行控制技術中數據相關和控制相關等各種相關性的分析和處理，流水線的工作原理、性能分析，時空圖在線性流水線和非線性流水線性能分析中的應用，非線性流水線中的各種調度技術的分析和原理，非線性流水線中局部相關和全局相關的分析和處理。各種情況下流水線性能及其時空圖分析，超標量和超流水線處理機性能分析及其中資源沖突分析處理，超標量和超流水線中存儲器結構和存儲方式的設計，各種流水線處理機性能的優化設計。3.問題與應用（能力要求）

要求學生掌握流水線技術，如：先行控制技術、流水線原理、流水線性能分析、非線性流水線的調度方法、局部數據相關和全局數據相關的處理方法。

第六章 向量處理機

（一）目的與要求

1.了解向量處理的基本概念、一般的向量處理機。

2.掌握提高向量處理機性能的常用技術、向量處理機的性能評價。

（二）教學內容

1.主要內容

向量處理的基本概念、向量處理機的結構、向量處理機的存取模式和數據結構、提高向量處理機性能的方法、向量處理機的性能評價。2.基本概念和知識點

向量處理的基本概念、三種向量處理方式、向量計算機中的存儲器結構、存儲器-存儲器結構、寄存器-寄存器結構、向量處理機的存取模式和數據 5 結構、向量處理機中的新技術、稀疏矩陣處理技術、鏈接技術、向量循環和分段開采技術、向量遞歸技術，若干向量處理機實例結構分析，向量處理機的性能評價和優化設計。3.問題與應用（能力要求）

要求學生了解向量處理機的一般結構并初步具備分析算法和結構如何配合才能高效的處理多類計算機的問題的能力。

第四篇：計算機系統結構心得體會

計算機系統結構心得體會

計算機系統結構安排在大學最后一個課程學期上課，這也讓我有不一樣的感覺，除了從課程學到專業知識之外，我也體會了計算機的樂趣。

計算機系統結構指的是什么? 是一臺計算機的外表? 還是是指一臺計算機內部的一塊塊板卡安放結構? 都不是，那么它是什么? 計算機系統結構就是計算機的機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到的外特性。所謂外特性，就是計算機的概念性結構和功能特性。用一個不恰當的比喻一，比如動物吧，它的“系統結構”是指什么呢? 它的概念性結構和功能特性，就相當于動物的器官組成及其功能特性，如雞有胃，胃可以消化食物。至于雞的胃是什么形狀的、雞的胃部由什么組成就不是“系統結構”研究的問題了。

而我在學習這門課程的時候遇到最為困難的問題是流水線問題，包括流水線的工作方式以及流水線的調度對我來說都難以掌握。后來，我請教了同班同學，他們實實在在地給我講了一遍概念，我從模糊認識也瞬間到了清晰理解。這讓我深刻的感到學習不能偷懶，越難的問題越要弄懂概念，越要花時間分析最基本的問題。

是的，計算機系統結構是非常重要的，在計算機學習中起到十分重要的作用。我印象最為深刻的是有趣的上課方式和可愛的老師。

上這門課的老師是我們的張老師，除了專業知識非常淵博之外，課堂相對來說非常民主。最令我覺得有趣的是，老師點到的時候會很搞笑，由于是三個班和在一起上課的，所以老師的名單總是不齊，所以點名會浪費一部分課堂時間。作為學生時代的我們，多多少少還是喜歡這樣的狀況的，課堂可以偷懶放松幾分鐘是非常渴望的。正是因為這樣，我也喜歡上這門課程了，也喜歡老師點名，并且很享受這種“小偷懶”，上課效率也特別好。說到老師民主，還有一點，這門課作為考察課，關于考察方式老師也尊重我們的意見，把本來原定的閉卷考試換成課堂考核了，這點也讓學生萬分佩服。是的，張老師就是這樣一個輕松的老師。

時間特別快，計算機系統結構作為大學最后一門課程，我想是讓我們從大體概括整個計算機專業吧！最后感謝張老師這一學期對我們教授以及付出！

第五篇：計算機原理及系統結構復習題

《計算機原理及系統結構》復習題

一、選擇題

1.下列數中最大的數是（A）。A．（10011001）2 B。（227）8 C。（98）16 D。（152）10 2.下列有關運算器的描述中，（C）是正確的。

A.只做算術運算，不做邏輯運算 B.只做加法

C.能暫時存放運算結果 D.既做算術運算，又做邏輯運算 3.透明性是指（A）。

A．某一事物或屬性實際存在，但從某種角度來看好象不存在，或者說看不出來。B．某一事物或屬性不存在，但感覺好象存在，或者說看起來存在。

C．某一事物或屬性實際存在，但從任何角度來看好象不存在，或者說看不出來。D．某一事物或屬性不存在，但從某種角度來看好象存在，或者說看起來存在。4.浮點數中尾數的位數主要影響（D）。A．可表示數在數軸上分布的離散程度 B．可表示數的范圍和精度 C．可表示數的范圍 D．可表示數的精度

5.I/O的系統結構直接影響計算機系統的性能，包括主存、CPU利用率、（D）、I/O速度和系統的兼容性等。

A．指令執行速度 B．I/O訪問速度 C．系統總線 D．系統吞吐量

6.設由M1和M2構成二級存儲層次，其空間關系為CPU－M1－M2，則下列關于命中率H的描述中正確的是(A)。

A．命中率H是CPU產生的邏輯地址能在M1中訪問到的概率 B．命中率H是CPU產生的邏輯地址能在M2中訪問到的概率

C．命中率H是CPU產生的邏輯地址能在M1或M2中訪問到的最大概率 D．命中率H是CPU產生的邏輯地址能在M1或M2中訪問到的最小概率 7.設置“相關專用通路”解決通用寄存器數相關問題的代價是（D）。A．浪費人力 B．浪費財力 C．降低速度 D．增加設備 8.CPU主要包括（B）。

A.控制器 B.控制器、運算器、cache C.運算器和主存 D.控制器、ALU和主存 9.設變址寄存器為X，形式地址為D，（X）表示寄存器X的內容，這種尋址方式的有效地址為（A）。

A.EA=(X)+D B.EA=(X)+(D)C.EA=((X)+D)D.EA=((X)+(D))10.定點16位字長的字，采用2的補碼形式表示時，一個字所能表示的整數范圍是（A）。15 15 15 A-2~ +（2-1）B-（2–1）~ +（2–1）15 15 15 15C-（2+1）~ +2D-2 ~ +2 11.交叉存貯器實質上是一種（A）。A 模塊式存貯器，它能并行執行多個獨立的讀寫操作 B 模塊式存貯器, 它能串行執行多個獨立的讀寫操作

C 整體式存貯器，它能并行執行一個獨立的讀寫操作 D 整體式存貯器，它能串行執行多個獨立的讀寫操作

12.流水CPU 是由一系列叫做“段”的處理線路所組成，和具有m個并行部件的CPU相比，一個 m段流水CPU（A）。

A 具備同等水平的吞吐能力 B不具備同等水平的吞吐能力 C 吞吐能力大于前者的吞吐能力 D吞吐能力小于前者的吞吐能力 13.CRT的分辨率為1024×1024像素，像素的顏色數為256，則刷新存儲器的容量為（B）。A 512KB B 1MB C 256KB D 2MB 14.為了便于實現多級中斷，保存現場信息最有效的辦法是采用（B）。A 通用寄存器 B 堆棧 C 存儲器 D 外存 15.微程序控制器中，機器指令與微指令的關系是（B）。A.每一條機器指令由一條微指令來執行

B.每一條機器指令由一段微指令編寫的微程序來解釋執行 C.每一條機器指令組成的程序可由一條微指令來執行 D.一條微指令由若干條機器指令組成

16.目前我們所說的個人臺式商用機屬于（D）。

A.巨型機 B.中型機 C.小型機 D.微型機 17.EPROM是指（D）。

A.讀寫存儲器 B.只讀存儲器

C.可編程的只讀存儲器 D.光擦除可編程的只讀存儲器 18.設［X］補=1.x1x2x3x4，當滿足（A）時，X >-1/2成立。

Ａ．x1必須為1，x2x3x4至少有一個為1 Ｂ．x1必須為1，x2x3x4任意 Ｃ．x1必須為0，x2x3x4至少有一個為1 Ｄ．x1必須為0，x2x3x4任意 19.在主存和CPU之間增加cache存儲器的目的是（C）。A.增加內存容量 B.提高內存可靠性

C.解決CPU和主存之間的速度匹配問題 D.增加內存容量，同時加快存取速度 20.系統總線中地址線的功能是（D）。

A.用于選擇主存單元地址 B.用于選擇進行信息傳輸的設備

C.用于選擇外存地址 D.用于指定主存和I/O設備接口電路的地址 21.采用DMA方式傳送數據時，每傳送一個數據要占用（D）的時間。

A.一個指令周期 B.一個機器周期 C.一個時鐘周期 D.一個存儲周期 22.若浮點數用補碼表示，則判斷運算結果是否為規格化數的方法是（C）。A 階符與數符相同為規格化數 B 階符與數符相異為規格化數

C 數符與尾數小數點后第一位數字相異為規格化數 D數符與尾數小數點后第一位數字相同為規格化數

23.用某個寄存器中操作數的尋址方式稱為（C）尋址。A 直接 B 間接 C 寄存器直接 D 寄存器間接 24.同步控制是（C）。A 只適用于CPU控制的方式 B 只適用于外圍設備控制的方式 C 由統一時序信號控制的方式 D 所有指令執行時間都相同的方式

25.匯編語言程序經（）的（）轉換成機器語言程序。A A．匯編程序，翻譯 B．編譯程序，解釋 C．微指令程序，解釋 D．應用程序包，翻譯

26.透明性是指客觀存在的事物或屬性（D）看不到。A．從軟件角度 B．從硬件角度 C．從任何角度 D．從某種角度 27.（B）是計算機實現研究的內容。A．寄存器組織 B．器件技術

C．I/O結構 D．專用部件的設置

28.數據表示指的是能由（A）直接識別和引用的數據類型。A．硬件 B．軟件 C．機器語言 D．數據結構

29.為避免浮點數運算中因對階造成的精度和有效值的過多損失，在機器中階碼一般采用（D）進制。

A．十六進制 B．十進制 C．八進制 D．二進制

30.低性能單用戶計算機I/O系統的設計主要考慮解決好（A）在速度上的巨大差距。A．CPU、主存、I/O設備

B．CPU、I/O設備、磁盤控制器

C．磁盤控制器、設備控制器、總線控制器 D．硬盤、軟盤、光盤

二、填空題

1．總線按用途分為 和 兩類。專用，非專用

2．段頁式存儲管理是把 機械等分成固定大小的頁，按模塊分成段，每個段又分成與主存頁面大小相同的頁。主存，程序 3．在流水線相關處理中，采用異步流動會產生 和。“寫-寫相關” “先讀后寫相關”

4．主存儲器的性能指標主要是__________、__________、存儲周期和存儲器帶寬。

存儲容量 存取時間

5．運算器的兩個主要功能是：__________，__________。算術運算 邏輯運算

6．存儲器和CPU連接時，要完成__________的連接；__________的連接和__________的連接，方能正常工作。地址線 數據線 控制線

7．虛擬存儲器指的是__________層次，它給用戶提供了一個比實際__________空間大得多的__________空間.主存— 外存 主存 虛擬地址

8.計算機硬件由___ ____、__ _____、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部件組成。運算器，控制器

9.八進制數37.4Q轉換成二進制數為__________。11111.1B 10.在浮點加減法運算過程中，在需要_________或__________時，尾數向右移位。

對階，向右規格化

11.指令通常由_________和__________兩部分組成。操作碼，地址碼 12.要組成容量為4K*8位的存儲器，需要_____片4K*1位的靜態RAM芯片并聯，或者需要__ _片1K*8位的靜態RAM芯片串聯。8，4 13.根據目前常用的存儲介質可以把存儲器分為___________、_________和光存儲器三種。磁表面存儲器，半導體存儲器

14.主機CPU和IOP之間的通信，原則上是通過共享_________來實現的。主存儲器 15．DMA數據傳送過程可以分為________、數據塊傳送和__________三個階段。傳送前預處理，傳送后處理

16.漢字在計算機內部存儲、傳輸和檢索的代碼稱為漢字______，漢字輸入碼到該代碼的變換由______來完成。內碼，代碼轉換程序

17.顯示器的刷新存儲器（或稱顯示緩沖器）的容量是由_________和_________決定的。圖象分辨率，灰度級

18.80386支撐的兩種操作方式是_______和________。實方式，保護方式 19．磁表面存儲器主要技術指標有______、______、______、數據傳輸率。存儲密度、存儲容量、平均存取時間

20.主機CPU和IOP之間的通信，原則上是通過共享_________來實現的。主存儲器

三、問答題

1． 軟件和硬件在什么意義上是等效的？在什么意義上又是不等效的？ 答：（1）等效性：軟件和硬件在邏輯功能上是等效的。

（2）軟件的功能可用硬件或固件完成。（3）硬件的功能也可用軟件模擬完成。

（4）不等效性：軟件和硬件實現的性能價格比不同，實現的難易程度不同。

2． Huffman壓縮概念的基本思想是什么？

答：Huffman壓縮概念的基本思想是：當各種事件發生概率不均等時，采用優化技術對發生概率最高的事件用最短的位數來表示，而對發生概率較低的事件，允許用較長的位數來表示。

3． 什么是中斷源？簡要說明中斷分類的目的。答：（1）中斷源：引起中斷的來源。

（2）中斷分類目的：中斷源很多，若都形成單獨程序入口，則硬件復雜，代價大，故進行分類。

（3）中斷分類方法：把性質相近的中斷源歸為一類。

4． 說明在頁式虛擬存儲器管理中，為什么要使用快表（TLB表），它與保存在內存中的頁表是什么關系？

答：（1）程序具有局部性，對頁表內各行的使用不是隨機的，而是簇聚在一起的，即在一段時間內只使用到表中很少的幾行。

（2）所以，可以使用一個比全部的頁表的內容少很多的目錄表（即快表）來提高查找的時間。快表又稱TLB，它是頁表的一小部分。

（3）快表用相聯存儲器實現。

（4）快表由成對的虛頁號和實頁號組成。

5． 試推導磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時間的公式

答：設讀寫一塊信息所需總時間為Tb，平均找到時間為Ts，平均等待時間為TL，讀寫一塊信息的傳輸時間為Tm，則：Tb=Ts＋TL＋Tm。假設磁盤以每秒r的轉速率旋轉，每條磁道容量為N個字，則數據傳輸率=rN個字/秒。又假設每塊的字數為n，因而一旦讀寫頭定位在該塊始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的時間中傳輸完畢。TL是磁盤旋轉半周的時間，TL=（1/2r）秒，由此可得： Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒

6． 舉例說明什么是部件級流水、處理機級流水和系統級流水

答：（1）部件級流水是指構成處理機部件內各子部件之間的流水，如運算器內浮點加運算的流水

（2）處理機級流水是指構成處理機各個部件之間的流水，如取指、分析和執行操作的流水

（3）系統級流水是指系統的多個處理機之間的流水，如宏流水

7． 說明程序查詢方式與中斷方式各自的特點。

答：程序查詢方式，數據在CPU和外圍設備之間的傳送完全靠計算機程序控制，優點是硬件結構比較簡單，缺點是CPU效率低，中斷方式是外圍設備用來“主動”通知CPU，準備輸入輸出的一種方法，它節省了CPU時間，但硬件結構相對復雜一些。

8． 在寄存器—寄存器型，寄存器—存儲器型和存儲器—存儲器型三類指令中，哪類指令的執行時間最長？哪類指令的執行時間最短？為什么？

答：寄存器-寄存器型執行速度最快,存儲器-存儲器型執行速度最慢。因為前者操作數在寄存器中，后者操作數在存儲器中，而訪問一次存儲器所需的時間一般比訪問一次寄存器所需時間長。

9． 試推導磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時間的公式。

答：設讀寫一塊信息所需總時間為Tb，平均找到時間為Ts，平均等待時間為TL，讀寫一塊信息的傳輸時間為Tm，則：Tb=Ts＋TL＋Tm。假設磁盤以每秒r的轉速率旋轉，每條磁道容量為N個字，則數據傳輸率=rN個字/秒。又假設每塊的字數為n，因而一旦讀寫頭定位在該塊始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的時間中傳輸完畢。TL是磁盤旋轉半周的時間，TL=（1/2r）秒，由此可得： Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒

10． 試述由中間開始的設計思路及其優點。答：

“由中間開始”設計思路：先定義軟、硬件交界面，然后由這個中間點分別往上、往下進行軟件和硬件設計。

優點：

（1）既考慮到現有的硬器件，又考慮到可能的應用所需的算法和數據結構。（2）軟件和硬件并行設計。（3）縮短系統設計周期。（4）設計過程中可交流協調。

（5）是一種交互式的、較好的設計方法。

11． 簡述幾種耦合度的特征。答：

（1）耦合度反映多機系統中各機間物理連接的緊密度和交叉作用能力的強弱。（2）耦合度有三種：最低耦合、松散耦合和緊密耦合。

（3）最低耦合系統的特點：各計算機之間除通過某種存儲介質外無物理連接，也無共享的聯機硬件資源。（4）松散耦合系統的特點：多臺計算機通過通道或通信線路實現互連，共享某些如磁盤、磁帶等外圍設備。

（5）緊密耦合系統的特點：多臺計算機經總線或高速開關互連，共享主存，有較高的信息傳輸速率，可實現數據集一級、任務級、作業級并行。

12.簡述頁式存儲管理的地址變換過程，并畫圖示意。

答：

（1）頁式存貯管理方式將主存空間和程序空間都機械等分成大小相同的頁面，程序的起點必須處在主存中某一個頁面位置的起點。

（2）頁式存儲管理的多用戶虛地址表示為：用戶標志＋用戶虛頁號＋頁內位移。（3）地址變換過程：

① 由用戶標志找到相應的頁表基址寄存器，找出該程序的頁表基址。② 由頁表基址和用戶虛頁號找到頁表中相應表項。③ 若裝入位＝“1”，表明該頁已裝入主存，否則產生缺頁中斷，從輔存中調頁到主存。④ 形成主存地址：實頁號＋頁內位移。（4）示意圖：參考教材第92頁圖4.13。

13.簡述段式存儲管理的地址變換過程，并畫圖示意。

答：

（1）段式存貯管理將程序按邏輯意義分段，用段表中每一行的裝入位來記錄程序中每個段是否已裝入了主存。

（2）段式存儲管理的多用戶虛地址表示為：程序號＋段號＋段內位移。（3）地址變換過程：

① 由程序號找到相應的段表基址寄存器，找出該程序的段表基地址和段表長度。② 若段表長度>段號，則越界，否則正常。③ 按段表基址和段號找到段表中相應的一行。④ 若裝入位＝“1”，表明該段已裝入主存，否則產生缺段中斷，從輔存中調段到主存。⑤ 形成主存地址：段表中相應行的段在主存的起始地址+段內位移。（4）示意圖：參考教材第90頁圖4.11。

14.集中式仲裁有幾種方式？畫出獨立請求方式的邏輯圖，說明其工作原理。答：有三種方式：鏈式查詢方式、計數器定時查詢方式、獨立請求方式。獨立請求方式結構圖如圖：

15.CPU結構如圖所示，其中有一個累加寄存器AC，一個狀態條件寄存器，各部分之間的連線表示數據通路，箭頭表示信息傳送方向。（1）標明圖中四個寄存器的名稱。

（2）簡述指令從主存取到控制器的數據通路。

（3）簡述數據在運算器和主存之間進行存 / 取訪問的數據通路。

答：

（1）a為數據緩沖寄存器 DR，b為指令寄存器 IR，c為主存地址寄存器，d為程序計數器PC。

（2）主存 M →緩沖寄存器 DR →指令寄存器 IR →操作控制器。(3)存貯器讀 ：M →DR →ALU →AC 存貯器寫 ：AC →DR →M