计算机组成原理与系统结构课后作业(包健_冯建文 章复
《运算器》
P101 3.4写出下列各机器数的二进制真值X：
（1）[X]补=0,1001 X=1001
（2）[X]补=1,1001 X=－111
（3）[X]原=0,1101 X=1101
（4）[X]原=1,1101 X=－1101
（5）[X]反=0,1011 X=1011
（6）[X]反=1,1011 X=－100
（7）[X]移=0,1001 X=－111
（8）[X]移=1,1001 X=＋1001
（9）[X]补=1,0000000 X=－10000000B，X＝－128
（10）[X]反=1,0000000 X＝－1111111B，X＝－127
（11）[X]原=1,0000000 X＝－0
（12）[X]移=1,0000000 X＝0
P156 4.1X＝0.1101 Y＝－0.0110（设机器数长度为8位）[X]补=0.1101000
[－X]补=1.0011000
[2X]补=溢出
[－2X]补=溢出
[X/2]补=0.0110100
[-X/2]补=1.1001100
[Y]补=1.1010000
[－Y]补=0.0110000
[2Y]补=1.0100000
[－2Y]补=0.1100000
[Y/2]补=1.1101000
[-Y/2]补=0.0011000
[-Y/4]补=0.0001100
（1） X=-25/64=-0.011001B ，Y=2.875=10.111B
[X]浮=0，11111 1.11001=7F9H [Y]浮=1,00010 0.10111=897H （2） [Z]浮=9F4H=1,00111 1.10100=-80
P102：9、机器数字长16位 （1） 无符号整数：12
~016
-
（2） 原码表示的定点整数：1，111…11~0，111…11即12~)12
(1515
---
（3） 补码表示的定点整数：1，00…000~0，111…11即12~21515-- （4） 补码表示的定点小数：1.00…000~0.111…11即1521~1--- （5） 非规格化浮点数：E
R M N ?=
最大数=1
2
77
2)21(--?-
最小数=1
272
1-?-
最大负数=7
2
722--?-
最小正数=7
27
22
--?
（6） 最大数=1
2
77
2)21(--?-
最小数=1
272
1-?-
最大负数=7
2712)22(---?+-
最小正数=7
21
22
--?
（1）（2）
P156：4－1
4－2
P156：5
5－1补码BOOTH算法
5－2补码BOOTH算法
P156：6、
6－1原码恢复余数算法
6－2原码加减交替算法
P156 7－1补码加减交替算法
7－2补码加减交替算法
P156：4.8
阶码（5位补码）尾数（6位补码）（1）X=-1.625=-1.101B Y=5.25=101.01B X+Y
X－Y:
1、对阶同上
2、尾数相减：11.1100110
+ 11.01011
[E X-Y]补= 11.0010010
3、结果不需规格化
4、舍入处理：[E X-Y]补＝1.00101
[X-Y] = 0,0011 1,00101
X=0.2344 = 0.00111 Y= -0.1133=-0.00011
X－Y:
1、对阶同上
2、尾数相减：00.11100
+ 00.01100
[E X-Y]补= 01.01000 发生正溢
尾数右移，阶码加1
[E X-Y]补= 0.10100
[M x-y] = 1.1111
3、结果不需规格化
4、舍入处理：[E X-Y]补＝0.10100
[X-Y] = 1,1111 0,10100
阶码（5位移码）尾数（6位补码）（1）X=5.25=101.01B Y=-1.625=-1.101B X*Y
9-1 X/Y:
9-2 X*Y
计算机系统结构三四章作业及答案
3.1 简述流水线技术的特点。（1） 流水线把一个处理过程分解为若干个子过程，每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此，流水线实际上是把一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件，并依靠它们的并行工作来提高吞吐率。（2） 流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞和断流。（3） 流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器，称为流水寄存器。（4） 流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才能充分发挥流水线的效率。（5） 流水线需要有通过时间和排空时间。在这两个时间段中，流水线都不是满负荷工作。 3.2 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段 3.3 有一条指令流水线如下所示： （1 用两给出条指 （1） （24? 变八级流水线（细分） ? 重复设置部件 )(ns 85 1 T n TP 1pipeline -== 3.4 有一个流水线由4段组成，其中每当流过第三段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需的时间都是△t ，问： （1）当在流水线的输入端连续地每△t 时间输入一个任务时，该流水线会发生什么情况？ （2）此流水线的最大吞吐率为多少？如果每2△t 输入一个任务，连续处理10个任务时，其实际吞吐率和效率是多少？ （3）当每段时间不变时，如何提高流水线的吞吐率？人连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？ 解：（1）会发生流水线阻塞情况。
（2） （3）重复设置部件 吞吐率提高倍数＝ t t ??2310 75 ＝1.64 3.5 有一条动态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t ，其余各段的时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算 ∏=+4 1 )(i i i B A ，画出时空图，并计算其吞吐率、加速比和效率。 ＋B 4；再计算由图可见，它在18个△t 时间中，给出了7个结果。所以吞吐率为： 如果不用流水线，由于一次求积需3△t ，一次求和需5△t ，则产生上述7个结果共需（4×5+3×3）△t =29△t 。所以加速比为： 该流水线的效率可由阴影区的面积和5个段总时空区的面积的比值求得： 3.6 在一个5段流水线处理机上,各段执行时间均为△t,需经9△t 才能完成一个任务,其预约表如下所示。 段23 时间 入 A 1 B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4 A B C D A × B C ×D
计算机组成原理实验课程大纲
《计算机组成原理实验》课程大纲 一、 课程基本情况 二、 教学目标 《计算机组成原理实验》是配合《计算机组成原理》的理论教学中计算机硬件系统的组成、各部件的结构和工作原理而设置的教学内容，是相应教学内容的配套课程，是计算机组成原理的重要环节。 通过本课程的各项实验，使同学进一步掌握计算机各部件的基本原理和结构，掌握计算
机各部件的基本设计方法和实验方法，帮助同学建立计算机时间-空间的整体概念，巩固课堂知识，初步培养学生的实验操作能力和分析解决问题能力。 三、 课程简介 配合理论教学，提供了不同类型（如验证型、设计型、综合型）的共七个实验单元。实验内容分为部件实验和综合实验，由浅入深，循序渐进。部件实验主要包括存储器，运算单元，微控制器等，综合实验分别为8位CISC CPU设计和32位RISC CPU——MIPS-C设计。这些实验承接先开的《数字逻辑》实验，并为后续的《计算机接口与通讯技术》实验奠定坚实的基础。 四、 实验教学内容及其基本要求 课程实验（一） 实验名称：存储器与运算器高级设计（4学时，验证型和设计型） 实验目的：了解存储器、运算器的电路结构和工作原理。掌握FPGA中先进先出存储器LPM_FIFO 的功能、工作特性、测试方法和读写方法；了解FPGA中LPM_FIFO的功能，掌握LPM_FIFO的参数设置和使用方法。掌握FPGA与外部RAM的硬件接口技术，通过FPGA控制，向外部RAM写入数据，通过FPGA控制，从外部RAM读出数据，并且利用数码管显示读出的数据。利用Verilog HDL语言编程设计带进位算术逻辑运算单元，移位运算器。验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能，按指定数据完成集中指定的算术运算。验证移位运算器的组合功能。 实验内容： （1）采用LPM宏单元设计一个先进先出存储电路FIFO，增加“空”、“未满”、“满” 设计仿真波形并进行分析和验证。根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定方案，并下载到实验台。观察并记录当LPM_FIFO为“空”、“未满”、“满”是，各种输出信号的变化情况。 （2）用FPGA与外部RAM接口，设计一个实现对外部RAM的读写控制电路，设计仿真波形并进行分析和验证。根据实验电路选择适当的模式，设计相应的引脚锁定
计算机组成原理与系统结构课后作业标准答案(包健-冯建文-章复嘉版)
《运算器》 P１01 3.４写出下列各机器数的二进制真值X： （1)[X］补=０，1００1 Ｘ=1０01 （2）[X]补=1，100１X=－111 （3)[X]原=０，11０1 X=11０1 (4)[Ｘ]原=1，1１０１?X=－1101 （５)[X］反＝０,1011?X=10１１ (6)[X］反＝1,１０11?X=-100 （7)[Ｘ]移＝０,10０1 X＝－111 （8)[X］移＝1,100１Ｘ=＋10０１ (9)[X］补=1,000０000?X=－100000０0B,Ｘ＝－１28 (10）[Ｘ］反=1,０0000０0 X＝-111１１1１B,X＝-127 （１1)[Ｘ]原＝１，０000000 X＝-0 （12）[X]移=１，0０0０0０0 X＝０ P156 ４.1 X=0.1１01?Y=－0．0110（设机器数长度为8位）[X]补=0.110１000 [－X]补=1.０01１00０ ［2X]补=溢出 [-2Ｘ]补=溢出 [X／2]补=0.011010０ ［－X/2］补=１.100１1０0 ［Ｙ］补=1.１010000 [-Ｙ]补＝0.01１0０00 [2Ｙ]补＝1．010000０ [－2Ｙ]补=０．1１0０00０ [Y/２]补=1.１1０1０00 [-Y/2]补=0.0０11０00 [-Ｙ/4]补=0.00011０0
P10２:3.8、 （1） X=-25／６4=-0.011001B,Y ＝2.8７5＝10．111B [X]浮=０，１11１１ 1.110０１=７Ｆ９H [Y]浮=1,000１0 ０．10１11=897H （2） ［Z]浮=9Ｆ4H=1,00111 1.101０0=-８０ P102：9、机器数字长16位 （1） 无符号整数:12 ~016 - （2） 原码表示的定点整数：1，11１…11~０，111…1１即12~)12 (1515 --- （3） 补码表示的定点整数：1,00…０00~0，１１1…11即12~21515-- （4） 补码表示的定点小数：1．00…0０0～0.1１1…1１即1521~1--- （5） 非规格化浮点数：E R M N ?= 最大数=1 2 77 2)21(--?- 最小数=1 272 1-?- 最大负数=7 27 22 --?- 最小正数=7 27 22 --? （6） 规格化浮点数: 最大数＝1 2 77 2)21(--?- 最小数=1 2 7 2 1-?- 最大负数=7 2712)22(---?+-
计算机组成原理课后习题答案解析
作业解答 第一章作业解答 1.1 基本的软件系统包括哪些内容？ 答：基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。 系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。包括：操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。 1.2 计算机硬件系统由哪些基本部件组成？它们的主要功能是什么？ 答：计算机的硬件系统通常由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器等五大部件组成。 输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机内。 输出设备的主要功能是将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。 存储器的主要功能是存储信息，用于存放程序和数据。 运算器的主要功能是对数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算。 控制器的主要功能是按事先安排好的解题步骤，控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。 1.3 冯·诺依曼计算机的基本思想是什么？什么叫存储程序方式？ 答：冯·诺依曼计算机的基本思想包含三个方面： 1) 计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。 2) 采用二进制形式表示数据和指令。 3) 采用存储程序方式。 存储程序是指在用计算机解题之前，事先编制好程序，并连同所需的数据预先存入主存储器中。在解题
过程（运行程序）中，由控制器按照事先编好并存入存储器中的程序自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行，直到获得所要求的结果为止。 1.4 早期计算机组织结构有什么特点？现代计算机结构为什么以存储器为中心？ 答：早期计算机组织结构的特点是：以运算器为中心的，其它部件都通过运算器完成信息的传递。 随着微电子技术的进步，人们将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一，集成到一个芯片里构成了微处理器。同时随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储容量成倍地扩大，加上需要计算机处理、加工的信息量与日俱增，以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的需求，甚至会影响计算机的性能。为了适应发展的需要，现代计算机组织结构逐步转变为以存储器为中心。 1.5 什么叫总线？总线的主要特点是什么？采用总线有哪些好处？ 答：总线是一组可为多个功能部件共享的公共信息传送线路。 总线的主要特点是共享总线的各个部件可同时接收总线上的信息，但必须分时使用总线发送信息，以保证总线上信息每时每刻都是唯一的、不至于冲突。 使用总线实现部件互连的好处： ①可以减少各个部件之间的连线数量，降低成本； ②便于系统构建、扩充系统性能、便于产品更新换代。 1.6 按其任务分，总线有哪几种类型？它们的主要作用是什么？ 答：按总线完成的任务，可把总线分为：CPU内部总线、部件内总线、系统总线、外总线。 1.7 计算机的主要特点是什么？ 答：计算机的主要特点有：①能自动连续地工作；②运算速度快；③运算精度高；④具有很强的存储能力
计算机系统结构网上作业
计算机系统结构作业参考答案 一、 1、试述现代计算机系统的多级层次结构。 计算机系统具有层次性，它由多级层次结构组成。从功能上计算机系统可分为五个层次级别：第一级是设计级。这是一个硬件级，它由机器硬件直接执行。 第二级是一般机器级，也称为机器语言级。它由微程序解释系统.这一级是硬件级。 第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，这些广义指令是操作系统定义和解释的软件指令。这一级也称混合级。 第四级是汇编语言级。它给程序人员提供一种符号形式的语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持执行。 第五级是高级语言级。这是面向用户为编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言支持。 2、试述RISC设计的基本原则和采用的技术。 答：一般原则： (1)确定指令系统时，只选择使用频度很高的指令及少量有效支持操作系统，高级语言及其它功能 的指令，大大减少指令条数，一般使之不超过100条； (2)减少寻址方式种类，一般不超过两种； (3)让所有指令在一个机器周期内完成； (4)扩大通用寄存器个数，一般不少于32个，尽量减少访存次数； (5)大多数指令用硬联实现，少数用微程序实现； (6)优化编译程序，简单有效地支持高级语言实现。
基本技术： (1)按RISC一般原则设计，即确定指令系统时，选最常用基本指令，附以少数对操作系统等支持最有用的指令，使指令精简。编码规整，寻址方式种类减少到1、2种。 (2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。即大多数简单指令用硬联方式实现，功能复杂的指令用微程序实现。 (3)用重叠寄存器窗口。即：为了减少访存，减化寻址方式和指令格式，简有效地支持高级语言中的过程调用，在RISC机器中设有大量寄存嚣，井让各过程的寄存器窗口部分重叠。 (4)用流水和延迟转移实现指令，即可让本条指令执行与下条指令预取在时间上重叠。另外，将转移指令与其前面的一条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发生，使预取指令不作废，节省一个机器周期。 (5)优化设计编译系统。即尽力优化寄存器分配，减少访存次数。不仅要利用常规手段优化编译，还可调整指令执行顺序，以尽量减少机器周期等。 3、试述全相联映像与直接映像的含义及区别 （1）全相连映像 主存中任何一个块均可以映像装入到Cache中的任何一个块的位置上。主存地址分为块号和块内地址两部分，Cache地址也分为块号和块内地址。Cache的块内地址部分直接取自主存地址的块内地址段。主存块号和Cache块号不相同，Cache块号根据主存块号从块表中查找。Cache保存的各数据块互不相关，Cache必须对每个块和块自身的地址加以存储。当请求数据时，Cache控制器要把请求地址同所有的地址加以比较，进行确认。 （2）直接映像 把主存分成若干区，每区与Cache大小相同。区内分块，主存每个区中块的大小和Cache 中块的大小相等，主存中每个区包含的块的个数与Cache中块的个数相等。任意一个主存块只能映像到Cache中唯一指定的块中，即相同块号的位置。主存地址分为三部分：区号、块号和块内地址，Cache地址分为：块号和块内地址。直接映像方式下，数据块只能映像到Cache中唯一指定的位置，故不存在替换算法的问题。它不同于全相连Cache，地址仅需比较一次。 （3）区别： 全相连映像比较灵活，块冲突率低，只有在Cache中的块全部装满后才会出现冲突，Cache 利用率高。但地址变换机构复杂，地址变换速度慢，成本高。 直接映像的地址变换简单、速度快，可直接由主存地址提取出Cache地址。但不灵活，块冲突率较高，Cache空间得不到充分利用。 4. 画出冯?诺依曼机的结构组成？
计算机组成原理教材考试习题解答
计算机组成原理蒋本珊编著教材习题解答 第1章概论 1?电子数字计算机和电子模拟计算机的区别在哪里？ 解：电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量，运算的过程是不连续的；电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量，运算的过程是连续的。 2?冯?诺依曼计算机的特点是什么？其中最主要的一点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点如下： ①计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成； ②计算机内部采用二进制来表示指令和数据； ③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。 第③ 点是最主要的一点。 3?计算机的硬件是由哪些部件组成的？它们各有哪些功能？ 解：计算机的硬件应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。它们各自的功能是： ①输入设备：把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去，并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。 ②输出设备：将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。 ③存储器：用来存放程序和数据。 ④运算器：对信息进行处理和运算。 ⑤控制器：按照人们预先确定的操作步骤，控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作。 4?什么叫总线？简述单总线结构的特点。解：总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地发送与接收各部件的信息。单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上，这个总线被称为系统总线。CPU与主存、CPU与外设之间可以直接进行信息交换，主存与外设、外设与外设之间也可以直接进行信息交换，而无须经过CPU的干预。 9 5 ?简单描述计算机的层次结构，说明各层次的主要特点。解：现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体，可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。 第0级为硬件组成的实体。 第1 级是微程序级。这级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的。第2 级是传统机器级。这级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。 第3 级是操作系统级。从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸。 第4 级是汇编语言级。这级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。 第5 级是高级语言级。这级的机器语言就是各种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。
计算机组成原理第二版课后习题答案
第1章计算机系统概论 1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？ 解： 计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。 计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。 硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。 2. 如何理解计算机的层次结构？ 答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。 （1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。 （2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。 （3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。 通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。 3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。 答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语
言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。 4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？ 答：计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。 5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8 ●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大 部件组成； ●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访 问； ●指令和数据均用二进制表示； ●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的 性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置； ●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； ●机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。
华科专升本计算机系统结构-作业全
第一章作业 简答题 1、简述什么是计算机系统结构。 2、答：计算机系统结构是程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能性结构。 3、 4、计算机系统的层次从下到上包括哪些？ 5、答：计算机系统的层次从上到下包括微程序机器级、机器语言、操作系统虚拟机、汇编 语言虚拟机、高级语言虚拟机、应用语言虚拟机。 6、 7、Flynn分类法是以什么对计算机系统进行分类分成哪几类？ 8、答：Flynn分类法是以指令流和数据流的多倍性对计算机系统进行分类。Flynn分类法 把计算机系统的结构分为以下4类：单指令流单数据流、单指令多数据流、多指令流单数据流、多指令流多数据流。 9、 10、简述Amdahl定律及加速比计算公式。 答：Amdahl定律指出加快某部件执行速度所能获取得系统性加速比，受限于该部件的执行时间占系统中总执行时间的百分比。 加速比计算公式=系统性能（改进后）/系统性能（改进前）=总执行时间（改进前）/总执行时间（改进后） 计算题 5、如果某一些计算任务用向量方式求解比用标量方式求解快20倍。为达到加速比2，可用向量方式求解所花费时间占总的时间的百分比为多少 解：由题可知，系统加速比=2，部件加速比=20，通过向量方式求解可改进比例未知，可设为X。 根据Amdahl定律可知 系统加速比=1/[(1-X)+X/20]=2 求解得X=10/19 由此可得，可用向量方式求解所花费时间占总的时间的百分比魏53% 第二章作业 1、简述指令集结构设计的基本原则。 完整性、规整性、高效性和兼容性 2、简述RISC结构的设计原则。 1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令； 2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成； 3）所有指令长度均相同； 4）只有Load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。 3
计算机组成原理教学大纲
《操作系统原理》教学大纲 课程类别：专业必修课课程代码：ZBB061020-20140008 总学时：68（理论学时：32，实践学时32）学分：3 适用专业：计算机科学与技术、软件工程 先修课程：高级程序设计语言、数据结构、电路与电子技术、数字电子技术。 一、课程说明 《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科生的一门专业主干课程，同时也是进一步研究计算机体系结构与实现方法的前导课程。 课程的重点是讲授单处理机系统的一般组成原理与内部运行机理。通过本课程的学习，使学生理解单处理机系统的组成结构以及各功能部件的组成和工作原理，帮助学生建立计算机的整机概念，使学生初步具备设计简单计算机系统的能力，并对一些新技术、新产品以及计算机硬件的发展方向有一定的了解，从而为进一步学习计算机本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打下基础。 二、课程教学要求 本课程以教育部1999年批准的“面向21世纪课程教材”中的《计算机组成原理》教学大纲为要求，结合运城学院计算机科学与技术系学生的特点，将相应的体系结构分为四大部分：计算机系统概述、计算机系统硬件结构、中央处理器（CPU）、控制单元（CU）。 教学难点：进程的同步与互斥；死锁；进程调度算法；地址转换；页式管理。 教学方法：启发式教学和上机实践相结合 三、教学内容与学时分配 理论教学内容与学时分配 第一章计算机系统概论 本章是学习计算机工作原理的基础。目的是让学生对计算机的组成有一个全面的概括的了解。 了解：硬件和软件的概念、计算机组成和计算机体系结构的不同。 熟练掌握：计算机系统的层次结构；准确画出计算机的硬件框图，并能解释其工作的过程；能深刻理解硬件的主要技术指标，并用这些技术指标描述常见硬件的性能。 重点：计算机的基本硬件组成、计算机的工作过程、硬件的主要技术指标 第二章计算机的发展及应用
吉大14秋学期《计算机系统结构》在线作业二答案
吉大14秋学期《计算机系统结构》在线作业二 单选题判断题 一、单选题（共15 道试题，共60 分。） 1. 关于非专用总线三种控制方式中，下列叙述错误的是（）。 A. 集中式定时查询，所有部件共用同一条“总线忙”线 B. 集中式定时查询，所有部件都用同一条“总线请求”线 C. 集中式独立请求，所有部件都用同一条“总线请求”线 D. 集中式串行链接，所有部件都用同一条“总线请求”线 -----------------选择：C 2. 汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经( ) 来实现的。 A. 编译程序解释 B. 汇编程序解释 C. 编译程序翻译 D. 汇编程序翻译 -----------------选择：D 3. 计算机使用的语言是( )。 A. 专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B. 分属于计算机系统各个层次 C. 属于用以建立一个用户的应用环境 D. 属于符号化的机器指令 -----------------选择：B 4. 多端口存储器适合于连接（）。 A. 紧耦合多处理机 B. 松耦合多处理机 C. 机数很多的处理机 D. 机数可变的多处理机 -----------------选择：A 5. 在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会( )。 A. 提高解题速度 B. 减少需要的存贮容量 C. 提高系统的灵活性 D. 提高系统的性能价格比 -----------------选择：C 6. 用户高级语言源程序中出现的读写(I/O) 语句，到读写操作全部完成，需要通过( )共同完成。 A. 编译系统和操作系统 B. I/O 总线、设备控制器和设备 C. 操作系统和I/O 设备硬件 D. 编译系统、操作系统软件和I/O 总线，设备控制器、设备硬件等 -----------------选择：D
计算机组成原理包健版答案
计算机组成原理包健版 答案 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代各代的基本特征是什么 略。 1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用 略。 1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。 略。 1．4 计算机通常有哪些分类方法你比较了解的有哪些类型的计算机 ` 。 1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些 答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。 答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。 1．6 什么是机器字长它对计算机性能有哪些影响 答：指CPU一次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。1．7 什么是存储容量什么是主存什么是辅存 答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。它包括主存容量和辅存容量。 主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。 辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。 （1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。 （2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、测试和控制其他部件的功能。 （3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。 （4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。 （5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。 （6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。 （7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。 （8）将高级语言翻译成机器语言的程序。 （9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。 （10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。 供选择的词或短语： 1、汇编器 2、嵌入式系统 3、中央处理器（CPU） 4、编译器 5、操作系统 6、控制器 7、机器指令 8、台式机或个人计算机 9、主存储器 10、VLSI 答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2， （6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7 计算机系统有哪些部分组成硬件由哪些构成 答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。 硬件由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部件构成 1．9 冯·诺伊曼Von Neumann计算机的主要设计思想是什么 略。 1．10 计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么 略。 1．11 计算机软件包括哪几类说明它们的用途。 略。
计算机系统结构三四章作业及答案
简述流水线技术的特点。（1） 流水线把一个处理过程分解为若干个子过程，每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此，流水线实际上是把一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件，并依靠它们的并行工作来提高吞吐率。（2） 流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞和断流。（3） 流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器，称为流水寄存器。（4） 流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才能充分发挥流水线的效率。（5） 流水线需要有通过时间和排空时间。在这两个时间段中，流水线都不是满负荷工作。 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段 有一条指令流水线如下所示： （1 （? ? TP = 有一个流水线由4段组成，其中每当流过第三段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需的时间都是△t ，问： （1）当在流水线的输入端连续地每△t 时间输入一个任务时，该流水线会发生什么情况？ （2）此流水线的最大吞吐率为多少？如果每2△t 输入一个任务，连续处理10个任务时，其实际吞吐率和效率是多少？ （3）当每段时间不变时，如何提高流水线的吞吐率？人连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？ 解：（1）会发生流水线阻塞情况。 （2）
（3）重复设置部件 吞吐率提高倍数＝ t t ??2310 75 有一条动态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t ，其余各段的时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算 ∏=+4 1 )(i i i B A ，画出时空图，并计算其吞吐率、加速比和效率。 4＋B 4；再计算(A 由图可见，它在18个△t 时间中，给出了7个结果。所以吞吐率为： 如果不用流水线，由于一次求积需3△t ，一次求和需5△t ，则产生上述7个结果共需（4×5+3×3）△t =29△t 。所以加速比为： 该流水线的效率可由阴影区的面积和5个段总时空区的面积的比值求得： △t,需经9△t 才能完成一个任务,其预约表如下所示。 （1）画出流水线任务调度的状态转移图。 时间 入 A 1 B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4 A B C D A × B C ×D
计算机系统结构大作业
《计算机系统结构》大作业 介绍并行算法与并行程序设计 及它们的不足及发展趋势 专业计算机科学与技术（软件工程方向） 指导教师蔡启先 班级 学号 姓名 日期 2013年6月 广西科技大学计算机学院
介绍并行算法与并行程序设计 及它们的不足及发展趋势 摘要：并行算法是并行计算中非常重要的问题。这篇报告首先简要介绍并行计算，然后主要讨论并行算法研究中的问题和今后的方向，最后阐述并行计算研究中存在的问题以及今后面临的挑战。并行算法研究应该确立一个“理论－设计－实现－应用”的系统方法，形成一个完善的“架构—算法—编程”方法论，这样才能保证并行算法不断发展并变得更加实用。再结合例子进而介绍并行算法的基本原理，给并行算法下一个基本的定义，对并行算法进行了相关的介绍；接着根据目前并行算法的应用，提出了在计算机系统结构中以并行算法为基础的一些并行程序设计的应用，比较了目前流行的并行程序设计的方法，并通过比较指出它的不足以及并行程序设计在未来的发展趋势和前景。 关键词：计算机系统结构并行算法并行程序设计 引言 并行计算机从70年代的开始，到80年代蓬勃发展和百家争鸣，再到90年代体系结构框架趋于统一，近年来其快速发展，并行机技术日趋成熟。首先是市场的需求，一直是推动并行计算机发展的主要动力，大量实际应用部门，如天气预报、核武器、石油勘探、地震数据处理、飞行器数值模拟以及其他大型事务处理等，都需要每秒执行数十万亿次乃至数百万亿此浮点运算的计算机，基于这些应用问题本
身的限制，并行计算是满足它们的唯一可行途径。使用多计算机进行并行程序设计，它们之间的通信是通过发送消息来完成的，所以消息传递需要并行程序设计。并行程序设计使用多计算机或多个内部处理器的计算机来求解问题，它比使用单台计算机的计算速度要快得多。并行程序设计也为求解更大规模的问题提供了机会，前面所述问题需要更多的计算步或更大存储容量需求，并行程序设计以并行算法为核心，能满足这要求，因为多计算机和多处理机系统通常比单计算机有更大的总存储容量。 并行算法是一门还没有发展成熟的学科，虽然人们已经总结出了相当多的经验，但是远远不及串行算法那样丰富。并行算法设计中最常用的的方法是PCAM方法，即划分，通信，组合，映射。首先划分，就是将一个问题平均划分成若干份，并让各个处理器去同时执行；通信阶段，就是要分析执行过程中所要交换的数据和任务的协调情况，而组合则是要求将较小的问题组合到一起以提高性能和减少任务开销，映射则是要将任务分配到每一个处理器上。总之，并行算法还需要相当多完善的地方。并行算法与串行算法最大的不同之处在于，并行算法不仅要考虑问题本身，而且还要考虑所使用的并行模型，网络连接等等。 并行算法是并行计算中非常重要的问题。并法研究应该确立一个“理论－设计－实现－应用”的系统方法，形成一个完善的“架构—算法—编程”方法论，这样才能保证并行算法不断发展并变得更加实用。简单的说，算法就是求解问题的方法和步骤。并行算法，就是在
计算机组成原理与系统结构课后作业答案(包健_冯建文版)
《运算器》 P101 3.4写出下列各机器数的二进制真值X： （1）[X]补=0,1001 X=1001 （2）[X]补=1,1001 X=－111 （3）[X]原=0,1101 X=1101 （4）[X]原=1,1101 X=－1101 （5）[X]反=0,1011 X=1011 （6）[X]反=1,1011 X=－100 （7）[X]移=0,1001 X=－111 （8）[X]移=1,1001 X=＋1001 （9）[X]补=1,0000000 X=－10000000B，X＝－128 （10）[X]反=1,0000000 X＝－1111111B，X＝－127 （11）[X]原=1,0000000 X＝－0 （12）[X]移=1,0000000 X＝0 P156 4.1X＝0.1101 Y＝－0.0110（设机器数长度为8位）[X]补=0.1101000 [－X]补=1.0011000 [2X]补=溢出 [－2X]补=溢出 [X/2]补=0.0110100 [-X/2]补=1.1001100 [Y]补=1.1010000 [－Y]补=0.0110000 [2Y]补=1.0100000 [－2Y]补=0.1100000 [Y/2]补=1.1101000 [-Y/2]补=0.0011000 [-Y/4]补=0.0001100
（1） X=-25/64=-0.011001B ，Y=2.875=10.111B [X]浮=0，11111 1.11001=7F9H [Y]浮=1,00010 0.10111=897H （2） [Z]浮=9F4H=1,00111 1.10100=-80 P102：9、机器数字长16位 （1） 无符号整数：12 ~016 - （2） 原码表示的定点整数：1，111…11~0，111…11即12~)12 (1515 --- （3） 补码表示的定点整数：1，00…000~0，111…11即12~21515-- （4） 补码表示的定点小数：1.00…000~0.111…11即1521~1--- （5） 非规格化浮点数：E R M N ?= 最大数=1 2 77 2)21(--?- 最小数=1 272 1-?- 最大负数=7 2 722--?- 最小正数=7 27 22 --? （6） 最大数=1 2 77 2)21(--?- 最小数=1 272 1-?- 最大负数=7 2712)22(---?+- 最小正数=7 21 22 --?
计算机体系结构第一次作业
问答题（共4道题） 1．什么是存储系统？ 答：存储系统是指计算机中由存放程序和数据的各种存储设备、控制部件及管理信息调度的设备（硬件）和算法（软件）所组成的系统。计算机的主存储器不能同时满足存取速度快、存储容量大和成本低的要求，在计算机中必须有速度由慢到快、容量由大到小的多级层次存储器，以最优的控制调度算法和合理的成本，构成具有性能可接受的存储系统。 2．什么是高速缓冲存储器 答：指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快的一种RAM。 一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM技术，也有快取记忆体的名称。 高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。 在计算机存储系统的层次结构中，是介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。 3．假设一台模型计算机共有10种不同的操作码，如果采用固定长操作码需要4 位。已知各种操作码在程序中出现的概率如下表所示，计算采用Huffman编码 法的操作码平均长度，并计算固定长操作码和Huffman操作码的信息冗余量 （假设最短平均长度H＝3.1位）。 答：构造Huffman树如下：
Huffman 编码的平均码长为： ∑=10 1 i i i l p =0.17*2+（0.15+0.15+0.13+0.12）*3+（0.09+0.08+0.07）*4+（0.03+0.01）*5=3.15 冗余量=（3.15-3.10）/3.15=1.59% 固定码长=log210=4 冗余量=（4-3.10）/4=22.5% 4.若某机要求有：三地址指令4条，单地址指令192条，零地址指令16条。设指令字长为12位，每个地址码长3位。问能否以扩展操作码为其编码？ 答：三种指令字格式如下：
《计算机组成原理》教学大纲
计算机组成原理 注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课/实践课/通识类选修课；课程性质是指必修/限选/任选 一、课程的任务和教学目的 《计算机组成原理》是计算机专业的一门专业主干课程，其任务是使学生掌握计算机的基本工作原理, 深刻理解程序在计算机硬件上被执行的过程，为培养学生对计算机系统进行分析、设计、开发、使用的能力奠定基础。本课程以Yy-Z02计算机组成原理模型机为实例，重点讲述计算机单处理器系统的硬件组成与工作原理，同时介绍当前计算机系统的新技术和发展趋势。该课程在专业课程体系中起承前启后的作用。 二、课程内容与基本要求 1、概论 了解电子计算机的发展简史，应用领域，理解冯·诺依曼体系结构的存储程序概念及计算机的基本特点，了解多核的基本概念及其处理器芯片的发展情况，掌握计算机系统的硬件组成和层次结构。 2、数据表示与运算 (1) 信息编码与数据表示 了解非数值数据的表示方法和编码，掌握数制及其转换，掌握定点机器数（原码、反码、补码、移码）和浮点机器数的表示方法及特点，理解常用的几种数据校验码。(2) 运算方法和运算器 掌握定点加减运算及其实现，掌握定点原码乘除运算的基本方法，掌握浮点机器数加减和乘除运算原理，理解快速乘除法运算技术，掌握运算器部件的组成和数据通路，了解典型运算器实例的结构及原理，了解向量化、并行计算等概念和基本原理。 3、存储系统 理解存储器分类及存储系统的层次结构，主存储器的技术指标，理解静动态存储器的组成及工作原理，理解CPU读写存储器的基本过程，掌握静态存储器的扩充及与CPU的连接，掌握动态存储器的刷新控制，理解各种高速存储器的原理，掌握高速缓冲存储器Cache 的基本原理、地址映射方法、替换策略以及Cache一致性的概念，了解RAID存储阵列、虚拟存储器等概念。 4、指令系统
计算机系统结构第一章作业及答案
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。 计算机系统结构的 Flynn 分类法是按什么来分类的共分为哪几类答：Flynn 分类法是按照指令流和数据流的多倍性进行分类。分为：（1） 单指令流单数据流 SISD （2） 单指令流多数据流 SIMD （3） 多指令流单数据流 MISD （4） 多指令流多数据流 MIMD 1,5实现软件可移植性的常用方法有哪几种并简述其含义1,采用系列机:由同一厂家生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。2,模拟与仿真:要使软件能在具有不同系统结构的机器之间相互移植，就要求：能在一种系统结构上实现另一种系统结构。从指令集的角度来看，就是要在一种机器上实现另一种机器的指令集。 某台主频为400MHz 的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下： 求该计算机的有效CPI 、MIPS 和程序执行时间。 解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝ （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/ ＝ （3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575s 假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。具体数据如 （1）改进后，各类操作的加速比分别是多少 （2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少 （3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少 解：根据Amdahl 定律Se Fe Fe S n +-= )1(1可得 4类操作均改进后，整个程序的加速比：
计算机系统结构课后习题答案
第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。 解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。 CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。 测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。 存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。其基本点是指令驱动。程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。
软件体系结构作业(完整版)
第一章： 1.根据自己的经验，谈谈对软件危机的看法。 软件危机是指软件生产方式无法满足迅速增长的计算机需求，开发和维护过程出现的一系列问题。 以下几个原因导致：（1）软件自身特点 （2）开发人员的弱点 （3）用户需求不明 （4）缺乏正确理论指导 （5）开发规模越来越大 （6）开发复杂度越来越高 可以通过软件生命周期的模型和软件工具的使用来缓解危机，通过程序自动化和软件工业化生产的方法实现软件标准化的目标，进一步缓解软件危机带来的影响。 软件危机有利有弊，除了带来许多麻烦，也给我们带来许多挑战，克服危机的过程，我们在技术上和创新上都有了一个提升，也算是间接为软件产业的发展做了贡献。 2.什么是软件重用，软件重用的层次可以分为哪几个级别？ 软件重用:是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相似软件元素的过程。可以分为三个层次： （1）代码重用（2）设计结果重用（3）分析结果重用 3.什么是可重用构件？相对于普通的软件产品，对可重用构件有何特殊要求？ 可充用构件表示软件重用过程中，可重用的软件构件元素。 可重用构件的特殊要求： （1）可重用构件应该具有功能上的独立性与完整性； （2）可重用构件应该具有较高的通用性； （3）可重用构件应该具有较高的灵活； （4）可重用构件应该具有严格的质量保证； （5）可重用构件应该具有较高的标准化程。 4.基于构件的软件开发的优势是什么？基于构件的软件开发面临哪些挑战和困难？ 优势：基于构件的软件将软件开发的重点从程序编写转移到了基于已有构件的组装，更快地构造系统，减轻用来支持和升级大型系统所需要的维护负担，从而降 低了软件开发的费用 困难和挑战：没有可依据的参考，可用资源和环境缺乏，开发难度高，而各方面需求增长速度与日剧增，更新和升级的跟进是一个不小的挑战.此外，在同 一系统采用多个开发商提供的构件，它们之间的兼容性可能是开发过程中所 要面对的一个严峻的问题 挑战和困难：