1、系统结构自考通简答 第 1 页 共 24 页第一章 计算机系统结构基本概论1.简要解释提高计算机系统并行性的三个技术途径。答:（1)时间重叠是引入时间因素，让多个处理过程在时间上相互错开，轮流使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转使用来赢得速度。(2)资源重复是引入空间因素，通过重复设置硬件资源来提高性能。(3)资源共享是用软件方法让多个用户按一定时间顺序轮流使用同一套资源，来提高其利用率，相应也就提高了系统的性能。2.器件的发展对逻辑设计方法有哪些影响?答:器件的发展对逻辑设计方法的影响 :（1)由逻辑化简改成着眼于采用什么组成技术能够规整、批量生产，宜于超大规模集成，缩姐设计周期，提
2、高系统效能，尽量采用存储逻辑和通用器件;(2)由全硬设计改成采用微汇编设计。 、微高级语言、计算机辅助设计等手段软硬结合和自动化3.简述计算机系统“由中间开始”设计的基本思想。答:（1)软硬件设计分离和脱节是“由上往下”和“由下往上”设计的主要缺点，由此提出“由中间开始”设计。“中间”提的是层次结构中的软硬交界面，目前多数是在传统机器级与操作系统机器级之间。(2)进行合理的软、硬件功能分配时，既要考虑能拿到的硬、器件，又要考虑可能的应用所需的算法和数据结构，先定义好这个交界面。确定哪些功能由硬件实现，哪些功能由软件买现，同时还要考虑好硬件对操作系统、编译系统的实现提供些什么支持。然后由这个中间
3、点分别往上、往下进行软件和硬件的设计。4.为解决不同系统结构的机器之间的软件移植，通常采用何种途径?并简述其过程。答:为实现不同系统结构的机器之间的软件移植，就必须做到在一种机器的系统结构上实现另一种机器的指令系统，即另一种机器语言。例如，要求原在 B 机器上运行的应用软件，能够移植到有不同系统结构的 A 机器上，根据层次结构的概念可把 B 机器的机器语言看成是在 A 机器的机器语言级上的一个虚拟机器语言，在.A 机器上用虚拟概念来实现 B 机器的指令系统。5.并行性有哪些不同的等级?答:并行性有不同的等级:(1)从计算机系统中执行程序的角度看，并行性等级由低到高.分别是指令内各微操作之间的并
4、行，多条指令之间的并行，多个任务或进程之间的并行以及多个作业或程序之间的并行等。(2)从计算机系统处理数据的角度看，并行性等级由低到高，分别是位串字串(传统串行单处理机，无并行性 )，位并字串(传统并行单处理机 )，位片串字并和全并行等。(3)从计算机信息加工步骤和阶段的角度看，并行性等级又有存储器操作并行(并行存储器、相联处理机 )，处理器操作步骤并行(流水线处理机 )，处理器操作并行(阵列处理机)，指令、任务、作业间的全面并行 (多处理机、分布处理系统、计算机网络)等。6.简要说明翻译和解释的区别和联系。答:区别:翻译是先用转换程序将高一级机器级上的程序整个地变换成低一级机器级上等效的程序
5、，然后再在低一级机器级上实现的技术。解释是在低级机器级上用它的一串语句或指令来仿真高级机器级上的一条语句或指令的功能，通过高级机器语言程序中语句或指令的逐条解释来实现的技术。联系:翻译或解释是高级机器级的程序在低级机器上实现的必须步骤，各机器级的买现主要靠翻译或解释或是两者的结合7.比较模拟和仿真。答:模拟是指用机器语言程序解释实现软件移植。适用场合:移植运行时间短，使用次数少，在时间关系上没有约束和限制的软件。好处:灵活，可实现不同系统间软件移植。存在问题:结构差异很大时，模拟的运行速度会急剧下降，实时性差采取的策略:模拟与仿真相结合。仿真是指用微程序直接解释另一种机器指令系统适用场合;在结
6、构差别不大的系统间使用。好处:可提高被移植软件的运行速度。存在问题:不灵活，当两种机器结构差别很大时，很难仿真。采取的策略:模拟与仿真相结合，发展异种机联网。8.为什么将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构?(尸 2)答:将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构推动了计算机系统结构的发展。例如，可以重新调整软、硬件比例，为应用语言级、操作系统级、高级语言级提供更多更好的硬件支持，改变硬、器件迅速发展而软件日益复杂、开销过大的状况;或直接用硬件或固件实现，发展高级语言机器或操作系统计算机结构。既然层次中每一级都有其自己的用户、实现方法和指令系统，因此可让各虚拟机器级用真正的实处理机代替，摆脱以
7、往各级功能都在同一台实机器上实现的状况，发展多处理机、分布处理、计算机网等系统结构。可在一台宿主机上模拟或仿真另一台机器.推动自虚拟机、多种操作系统共行等技术的采用，从而促进软件移植、计算机系统性能评价、计算机设计自动化等的发展。9.设计主存系统时，哪些属于计算机系统结构?哪些属于计算机组成?哪些属于计算机实现所要考虑的问题?答: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。系统结构自考通简答 第 2 页 共 24 页选择存储芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。10.列举计算机系统软硬件功能分配时，进行软硬件取
8、舍的三条基本原则。答:(1)应考虑在现有硬器件条件下，系统要有高的性能价格比。(2)要考虑到准备采用和可能采用的组成技术，使它尽可能不要过多或不合理地限制各种组成、实现技术的采用。(3)如何为编译和操作系统实现及高级语言程序的设计提供更多更好的硬件支持，以缩短高级语言与机器语言、操作系统与计算机系统结构以及程序设计环境与计算机系统结构之间的语义差。11.软件可移植指的是什么?实现软件移植有什么好处?答:软件的可移植指的是软件不用修改或只经少量的修改就可以由一台机器搬到另一台机器上去运行，使得同一套软件可以应用于不同的硬件环境。实现软件移植，过去的计算机系统上所有的大量成熟可靠的软件，特别是应用
9、软件，就可以在新的机器上长期使用，而不必重新编写。既可以大大减少软件编制的工作量，又能迅速用上新的硬件技术，让新系统立即发挥效能，同事软件设计者也能有精力去开发全新的软件。12. 简述统一高级语言实现软件移植的方法、适用场合、存在问题和原因.以及对此问题采取的对策。答:统一高级语言是指设计出一种对各种应用领域都比较高效通用的高级语言。适合于在结构相同以至完全不同的机器之间，通过配以不同的语言翻译程序实现高级语言应用软件的移植。存在的问题是至今还难统一出这样一种通用的高级语言口因为不同用途要求高级语言的语法和语义结构差别较大;人们对统一的高级语言压当有什么样的基本结构看法不一;厂家为便于在机器上
10、高效翻译，在语言中引入了方言 ;用户为节省程序空间和提高其运行速度，经常在高级语言源程序中嵌入汇编语言或其他语言的程序;用户的习惯势力阻挠，不愿使用新的语言，等等。对此问题采取的对策是，从长远的目标，还是要争取统一出一种通用的高级语言.但近期只能作相时的统一。13.什么是系列机软件的向上(向下) 兼容和向后(向前) 兼容?答:系列机软件的向上(向下)兼容指的是按某档机器编制的软件，不加修改就能运行于比它高(低) 档的机器上。向前(后) 兼容指的是在按某个时期投入市场的该型号机器上编制的软件，不加修改就能运行于在它之前(后) 投入市场的机器上。14.计算机系统在处理数据的并行上，可分为哪四个等级
11、?简单解释并各举一例。答:位串字串，只能同时处理一个字的一位，无并行性，例如，位串行计算机。位并字串，同时处理一个字的所有位，例如，简单的位并行单处理机。位片串字并，同时处理多个字的同一位，例如，相联处理机中的位片串字并方式。全并行，同时处理多个字的多个位或位组，例如，全并行的阵列处理机或相联处理机。第二章 数据表示与指令系统1.简述哈夫曼压缩概念的基本思想。答:哈夫受压缩概念的基本思想是 :当各种事件发生的概率不均等时，来用优化技术时生概率录高的事件用最短的位数(时间) 来表示( 处理)，而付出现概率较低的，允许用较长的盘(时间)来表示( 处理) ，就会导致表示(处理)的平均位数(时间) 的
12、编短。2.简述标志符数据表示的主要优点。答:(1)简化了指令系统和程序设计;(2)简化了编译程序;(3)便于实现一致性校验;(4)能由硬件自动变换数据类型;(5)支持数据库系统的实现与数据类型无关的要求;(6)为软件调试和应用软件开发提供了支持。3.按 CISC 方向，面向操作系统的优化实现来改进指令系统有哪些思路?答:按 CISC 方向 .面向操作系统的优化实现来改进指令系统的思路有:(1)通过对操作系统中常用指令和指令串的使用频度进行统计分析来改进;(2)如何增设专用操作系统的新指令;(3)把操作系统中频繁使用的.对速度影响大的某些软件子程序硬化或固化，改为直接用硬件或微程序解释实现;(4
13、)发展让操作系统由专门的处理机来执行的功能分布处理系统结构。4.自定义数据表示可分为哪两类?有何特点?答:自定义数据表示是为缩短高级语言和机器语言的语义差距引出来的。它又分为标志符数据表示和数据描述符两类。标志符数据表示是让数据字本身带有数据或信息的类型标志。标志符由编译程序建立，对高级语言程序透明。数据描述符主要用于描述向量、数组、记录等成块的数据。它与标志符数据表示的差别是:标志符与数据合存于一个存储单元中，用于描述单个数据的类型和属性的;描述将则是与数据分开存放，主要用于描述成块数据特征的。5.什么是 RISC 计算机答:R1SC计算机是精简指令系统计茸机。即减少指令种数.简化指令功能.
14、使指令系统规整，指令执行时间尽可能短。6.简述采用 RISC技术的超级标量机的主要特点。答:采用 RISC 技术的超级标量机的主要特点是:(1)配里多个性能不同的处理邵件。采用多条流水线并行处理;(2)能同时对若干条指令进行译码，将可并行执行的指令送往不同的执行布件，(3)从而达到在每个时钟周期启动多条指令的目的;系统结构自考通简答 第 3 页 共 24 页(4)在程序运行期间由硬件完成指令调度。7.简述 RISC 的延迟转移技术的特点。答:RISC 机采用的延迟转移技术的特点是:通过软件实现，设法使后继指令变得有用。一般采用三种调度策略:(1)将转移不发生时应该执行的那条指令调度到延迟楷中;
15、(2)将转移不发生的那条指令调度到延迟槽中;(3)将转移指令前的那条指令调度到延迟槽中。最后一种方法的效果最好，总能使性能获得改善。8.简述三种面向的寻址方式的关系。答:三种手址方式各有特点但又不相互排斥。面向寄存器的寻址速度最快，但需增大寄存器的硬件开梢。面向主存的寻址速度比面向寄存器的寻址速度慢，但可使用少童的寄存器。面向堆找的寻址可减轻编译的负担，不用考虑寄存器的优化分配，很好地支持子程序的调用，可省去去命令中的地址字段，但速度慢，甚至比面向主存的寻址慢。三种面向的寻址不互相排斥。在同一系统结构中，应选一种面向的寻址为主，辅以其它面向的寻址，互相取长补短。例如，在堆栈型机器中，可增设面向
16、寄存器的寻址方式;除直接访问钱顶外，还能访问栈中任意单元 ;可增设硬堆栈或增设栈顶寄存器组来提高运算速度。9.简要叙述面向操作系统优化实现来改进机器指令系统要达到的目标和四个主要的改进思路。答:目标是缩短操作系统与计算机系统结构之间的语义差距，进一步减少运行操作系统的时间和节省操作系统软件所占用的存储空间。四个主要的改进思路是:(1通过分析统计操作系统中的常用指令和指令串的使用频度来改进。(2)增设专用于操作系统的新指令。(3)把操作系统中频繁使用且对速度影响大的软件子程序硬化或固化，改为直接用硬件或微程序来解释实现。(4)用专门处理机来执行的功能分布处理系统结构。10.何谓数据表示和数据结构
17、，它们之间有什么关系?答:数据表示指的是能由机器硬件直接识别和引用的数据类型。它主要表现在机器中配置有哪些数据运算类指今和相应的运算部件。数据绝构相的是软件在处理和应用中要用到的各种数据元紊或信息单元之间的结构关系。数据表示是数据结构的构成元素数据结构要通过软件映象变换成机器中所具有的备种教据表示来实现。不同的数据表示可为教据结构的实现提供不同的支持，表现在实现效率和方便性上不同。因此，数据结构和数据表示是软件和硬件之间的一个主要的交界面。11.向量组数据表示的计算机为向坡数组数据结构的实现和处理提供了哪些主要的硬件支持。答:向量组数据表示的计算机为向量组数据结构的实现和运算提供了很多的硬件支
18、持。它表现在:(1)硬件上设置有丰富的向量或数组运算和处理的指令，只需用一条向量、数组类指令就可实现时整个向量或数组中的各元素进行访问、运算和处理。(2)配有流水线或处理单元阵列等高速的运算部件，直接支持向量和数组的高速运算和处理。(3)用硬件实现元素地址的快速形成、下标越界判断、元素的成块预取等，且让越界判断和元素的运算同时并行。(4)有许多用于对稀疏向量、数组进行压缩存储、还原、运算等指令和硬件。(5)有对阵列中每个元素又是一个子阵列的相关型交叉阵列进行高速处理的硬件等。12.当浮点数尾数基值减小时，对机器数的表示会产生哪些影响?答:(1)数的可表示范围变小;(2)可表示数的总个数减少;(
19、3)数在数轴上的分布变密，机器数的精度提高;(4)运算过程中的精度损失增大;(5)运葬速度有所降低。13.以浮点数数据表示为例，说明什么是数的可表示精度，什么是运算中的精度损失?点数尾数基值取小时，对上述二者，哪个有利?哪个不利?答:数的可表示精度是数在数轴上离散的程度 ?分布越密，在数轴上两个可表示数的差越小，精度越高。它与尾数实际可表示值的有效数位多少有关。尾数有效数位越多，精度越高。运算中的精度损失指的是由于运算中尾数超出或右移出机器字长，使有效数字丢失后造成的精度损失。若浮点数尾数基值取小，则精度可以提高，但运算中的精度损失可能增大，即对贾老有对后者不利。14.简述程序的静态再定位的方
20、法及存在的问题。答:程序的静态再定位是在目的程序装入主存时，通过调用系统配备的装入程序，运行此装入程序把目的程序的逻辉地址用软的方法逐一修改成物理地址不能再改变了。静态再定位方法存在的问题有:（1)不利于多道程序的运行环境;（2)不利于操作系统对主存空间的分配和利用；（3)不利于程序的可重入(即无论程序重新进入多少次，其功能应保持不变);(4)程序出错时，难以进行故障定位和调试;(5)不利于重叠、流水技术的使用。15.在满足寻址范围前提下，列举缩短指令字中地址码长度的方法（至少六种）（1）加基础（2）加变址(3)相对寻址;(4)访存地址空间分成段，指令中只给出段号与段内位移字段之一;(5)寄存
21、器寻址;(6)寄存器间接寻址等等。系统结构自考通简答 第 4 页 共 24 页16.简述面向目标程序优化实现改进机器指令系统要达到的目标和两个主要的改进思路。答:面向目标程序优化实现改进机器指令系统要达到的目标是希望普遍提高包括系统软件和应用软件在内的各种机器语言目标程序的实现效率，即缩短目标程序的长度，加快目标移序的执行速度，并使实现起来方便可行。两个主要的改进思路是:(1)通过统计机器语言目标程序中各种指令和指令串的静态使用频度和程序在执行过赛中的动态使用频度来改进。对高频的指令可以增强其功能，加快其执行速度，缩短其指令字长;对频度很低的指令可将其功能合并到某些高频的指令中去，或在搞新的系
22、列机时，将其取消。对高频的指令串可增设功能更强的新指令或复合指令来取代。(2)将常用的宏指令和子程序的功能改成为强功能复合指令，由微程序来解释实现。维持软件的向后兼容。减少非功能型指令所占的比例，增大功能型指令所占的比例。17.简述面向高级语言优化实现改进机器指令系统要达到的目标和五个主要的改进思路。答:面向高级语言优化实现改进机器指令系统要达到的目标是缩短高级语言和机器语言的语义差距，缩短编译程序的长度，减少编译程序所占的主存空间，节省运行编译程序时运.行所需的时间。五个主要改进思路是:(1)统计高级语言源程序的语句使用频度，增设与高频语句的语义差别小的新指令。(2)面向编译，优化代码生成，
23、增强结构的规整性和对称性来改进指令。(3)让指令改进后，使它与各种高级语言之间的语义差都有同等程度的缩小。(4)设计有分别面向多种高级语言优化实现的多种指令系统，并让他们能动态地切换，发展自适应系统。（5)发展高级语言计算机。18、软件和硬件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？ 逻辑上等效，性能、价格、实现难易程度上不一样。 19、为什么将计算机系统看成是多级机器构成的层次结构？可以调整软、硬件比例；可以用真正的实处理机代替虚拟机器；可以在 1 台宿主机上仿真另一台。20、说明翻译和解释的区别和联系.区别：翻译是整个程序转换，解释是低级机器的一串语句仿真高级机器的一条语句。 联系：都
24、是高级机器程序在低级机器上执行的必须步骤。21、就目前的通用机来说计算机系统结构的属性主要包括那些？数据表示、寻址方式、寄存器组织、指令系统、存储系统组织、中断系统、管态目态定义与转换 IO 结构、保护方式和机构。22、试以实例简要说明计算机系统结构,计算机组成,与计算机实现的相互关系与影响.结构相同，可用不同的组成。如系列机中不同型号的机器结构相同，但高档机往往采用重叠流水等技术。 组成相同，实现可不同。如主存可用双极型，也可用 MOS 型等。 结构不同组成不同，组成的进步会促进结构的进步，如微程序控制。 结构的设计应结合应用和可能采用的组成。组成上面决定于结构，下面受限于实现。 组成与实现
25、的权衡取决于性价比等；结构、组成、实现的内容不同时期会不同。23、简述计算机系统结构用软件实现和用硬件实现各自优缺点硬件优点：速度快，节省存储时间；缺点：成本高，利用率低，降低灵活性、适用性。 软件优点：成本低，提高灵活性、适用性；缺点：速度慢，增加存储时间、软件设计费。24 试述由上往下设计思路,由下往上设计思路和他们所存在的问题由上往下：先考虑应用要求，再逐级往下考虑怎样实现。适用于专业机 由下往上：根据已有器件，逐级往上。六七十年代通用机设计思路。 以上方法存在的问题是软、硬件脱节。25、试述由中间开始的设计思路及其优点既考虑应用也考虑现有器件，由软硬件分界面向两端设计。 优点：并行设计
26、，缩短周期。 26 问什么要进行软件移植？软件的相对成本越来越高，应重新分配软、硬件功能。但： 成熟软件不能放弃；已有软件修改困难；重新设计软件经济上不划算。 27 简述采用统一高级语言方法,适用场合,存在问题和应采取的策略.定义：是指为所有程序员使用的完全通用的高级语言。适用场合：软件移植方便。 存在问题：目前语言的语法、语义结构不同；人们的看法不同；同一语言在不同机器上不通用；程序员的习惯 应采取的策略：可一定范围内统一汇编语言，结构相同机器间搞系列机。28 简述采用系列机方法,适用场合,好处,存在问题和应采取的策略.定义：根据软硬件界面的系列结构，设计软件和不同档次的系列机器。 适用场合
27、：同一系列内软件兼容 好处：呼应“中间开始”设计思路；缓解软件要求系统结构自考通简答 第 5 页 共 24 页稳定环境和硬件发展迅速的矛盾。 存在问题：软件兼容有时会阻碍系统结构的变革。 策略：坚持这一方法，但到一定时候要发展新系列，还可采用模拟仿真。29 简述采用模拟与仿真方法,适用场合,好处,存在问题和应采取的策略.模拟定义：用机器语言解释另一指令系统 适用场合:运行时间短，使用次数少，时间上无限制。好处：可在不同系统间移植。 存在问题：结构差异大时，运行速度下降，实时性差。 策略：与仿真结合 仿真定义：用微程序解释令一指令系统 适用场合：结构差别不大的系统 好处：运行速度快 存在问题：结
28、构差别大时，很难仿真。 策略：与模拟结合，发展异种机连网。30 模拟与仿真区别是什么？模拟：机器语言解释，在主存中；仿真：微程序解释，在控制存储器中。31 器件的发展如何改变逻辑设计的传统方法？一是由逻辑化简转为采用组成技术规模生产，规模集成，并尽量采用通用器件 二是由全硬设计转为微汇编、微高级语言、CAD 等软硬结合和自动设计。32 为什么说器件的发展是推动结构和组成前进的关键因素？器件集成度提高，促使机器主频、速度提高；可靠性提高，促使采用流水技术； 高速、廉价的半导体促使 CACHE 和虚拟内存的实现；现场型 PMOS 促使微程序技术的应用； 性价比提高使新的组成下移到中小型机上33 除
29、了分布处理,MPP 和机群系统以外,并行处理计算机按其基本结构特征可分为那几种不同的结构？例举他们要解决的主要问题流水线处理机：多个部件时间上并行执行。拥塞控制，冲突防止，流水线调度。 阵列处理机：空间上并行。处理单元灵活，规律的互连模式和互连网络设计，数据在存储器中的分布算法。多处理机：时间和空间上的异步并行。多 CPU 间互连，进程间的同步和通讯，多 CPU 间调度。 数据流计算机：数据以数据令牌在指令间传递。硬件组织和结构，高效数据流语言。34 简单说明多计算机系统和多处理机系统的区别都属于多机系统，区别： 多处理机是多台处理机组成的单机系统，多计算机是多台独立的计算机。 多处理机中各处
30、理机逻辑上受统一的 OS 控制，多计算机的 OS 逻辑上独立。 多处理机间以单一数据、向量、数组、文件交互作用，多计算机经通道或通信线路以数据流形式进行。 多处理机作业、任务、指令、数据各级并行，多计算机多个作业并行。35 简述几种耦合度的特征最低：无物理连接，如脱机系统。 松散：通信线路互连，适于分布处理 紧密：总线或数据开关互联，实现数据、任务、作业级并行。 36 软件移植的途径，各受什么限制？ 统一高级语言：只能相对统一 系列机：只能在结构相同或相近的机器间移植 模拟：机器语言差别大时，速度慢 仿真：灵活性和效率差，机器差异大时仿真困难。 37 并行处理数据的四个等级，给出简单解释，各举
31、一例 位串字串：无并行性，如位串行计算机。 位并字串：一个字的所有位并行，如简单并行的单处理机。 位片串字并：多个字的同一位并行，如相连处理机。全并行：同时处理多个字的多个位，如全并行阵列机。 38 设计乘法指令时，结构、组成、实现各考虑什么？ 结构：是否设计乘法 组成：是否配置高速乘法器 实现：考虑器件集成度类型数量及微组装技术。39.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
32、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。由题意可知：第 i 级的一条指令能完成第 i-1 级的 M 条指令的计算量。而现在第 i 级有 N 条指令解释第 i+1 级的一条指令，那么，我们就可以用 N/M 来表示 N/M 表示第 i+1 级需(N/M)条指令来完成第 i 级的计算量。所以，当有一段第 1 级的程序需要运行 Ks 时，在第 2 级就需要(N/M)Ks，以此类推40.硬件和软件
33、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。在 DOS 操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡（硬件）上，而随着 CPU、硬盘、内存技术的不断发展，UCDOS 把系统结构自考通简答 第 6 页 共 24 页汉字系统的所有组成部份做成一个软件。41.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
34、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，均是由中央处理机/主存，通道、设备控制器，外设 4 级构成。其中，中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统，只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行，在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。 （2）相同的组成可有多种不同的实现。如主存器件可用双极型的，也可用 MOS 型的；可用 VLSI 单片，也可用多片小规模集成电路组搭。 （3）计算机的系统结构不同，会使采用的组成技术不同，反之组成也会影响结构。如为实现
35、A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系统结构，也可采用面向主存的三地址寻址方式的系统结构。要提高运行速度，可让相加与相乘并行，为此这两种结构在组成上都要求设置独立的加法器和乘法器。但对面向寄存器的系统结构还要求寄存器能同时被访问，而对面向主存的三地址寻址方式的系统结构并无此要求，倒是要求能同时形成多个访存操作数地址和能同时访存。又如微程序控制是组成影响结构的典型。通过改变控制存储器中的微程序，就可改变系统的机器指令，改变结构。如果没有组成技术的进步，结构的进展是不可能的。综上所述，系统结构的设计必须结合应用考虑，为软件和算法的实现提供更多更好的支持，同时要考虑可能采用和准备采用的组成技
36、术。应避免过多地或不合理地限制各种组成、实现技术的采用和发展，尽量做到既能方便地在低档机上用简单便宜的组成实现，又能在高档机上用复杂较贵的组成实现，这样，结构才有生命力；组成设计上面决定于结构，下面受限于实现技术。然而，它可与实现折衷权衡。例如，为达到速度要求，可用简单的组成但却是复杂的实现技术，也可用复杂的组成但却是一般速度的实现技术。前者要求高性能的器件，后者可能造成组成设计复杂化和更多地采用专用芯片。组成和实现的权衡取决于性能价格比等因素；结构、组成和实现所包含的具体内容随不同时期及不同的计算机系统会有差异。软件的硬化和硬件的软件都反映了这一事实。VLSI 的发展更使结构组成和实现融为一
37、体，难以分开。42.什么是透明性概念？对计算机系统结构，下列哪些是透明的？哪些是不透明的？存储器的模 m 交叉存取；浮点数据表示； I/O 系统是采用通道方式还是外围处理机方式；数据总线宽度；字符行运算指令；阵列运算部件；通道是采用结合型还是独立型；PDP-11 系列的单总线结构；访问方式保护；程序性中断；串行、重叠还是流水控制方式；堆栈指令；存储器最小编址单位；Cache 存储器。答透明指的是客观存在的事物或属性从某个角度看不到。透明的有：存储器的模 m 交叉存取；数据总线宽度；阵列运算部件；通道是采用结合型还是独立型；PDP-11 系列的单总线结构串行、重叠还是流水控制方式；Cache存储
38、器。不透明的有：浮点数据表示；I/O 系统是采用通道方式还是外围处理机方式；字符行运算指令；访问方式保护；程序性中断；堆栈指令；存储器最小编址单位。43.从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？指令地址寄存器；指令缓冲器；时标发生器；条件寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盘外设；先行进位链；移位器；通用寄存器；中断字寄存器。答：透明的有：指令缓冲器、时标发生器、乘法器、先进先出链、移位器、主存地址寄存器。44.下列哪些对系统程序员是透明的？哪些对应用程序员是透明的？系列机各档不同的数据通路宽度；虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；“启动 I/O”指令；“执行”指令；指令缓冲寄存器。
39、答：对系统程序员透明的有：系列机各档不同的数据通路宽度；Cache 存储器；指令缓冲寄存器；对应用程序员透明的有：系列机各档不同的数据通路宽度；Cache存储器；指令缓冲寄存器；虚拟存储器；程序状态字；“启动 I/O”指令。系列机各档不同的数据通路宽度、Cache 存贮器、指令缓冲寄存器属于计算机组成，对系统和程序员和应用程序员都是透明的。 虚拟存贮器、程序状态字、 “启动 I/O”指令，对系统程序员是不透明的，而对应用程序员却是透明的。 “执行”指令则对系统程序员和应用程序员都是不透明的。45.想在系列机中发展一种新型号机器，你认为下列哪些设想是可以考虑的，哪些则不行的？为什么？新增加字符数
40、据类型和若干条字符处理指令，以支持事务处理程序的编译。2）为增强中断处理功能，将中断分级由原来的 4 级增加到 5 级，并重新调整中断响应的优先次序。 （3）在 CPU 和主存之间增设 Cache 存储器，以克服因主存访问速率过低而造成的系统性能瓶颈。 （4）为解决计算误差较大，将机器中浮点数的下溢处理方法由原来的恒置“1”法，改为用 ROM 存取下溢处理结果的查表舍入法。 （5）为增加寻址灵活性和减少平均指令字长，将原等长操作码指令改为有 3 类不同码长的扩展操作码；将源操作数寻址方式由操作码指明改成如VAX-11 那种设寻址方式位字段指明。 （6）将 CPU 与主存间的数据通路宽度由 16
41、 位扩展成 32 位，以加快主机内部信息的传送。 （7）为减少公用总路线的使用冲突，将单总线改为双总线。 （8）把原 0 号通用寄存器改作堆栈指示器。可以考虑的有：1,3,4,6,7。不可以考虑的有：2,5,8。原则是看改进后能否保持软件的可移植性。46.并行处理计算机除分布处理、MPP 和机群系统系统结构自考通简答 第 7 页 共 24 页外，有哪 4 种基本结构？列举它们各自要解决的主要问题。答：除了分布处理，MPP 和机群系统外，并行处理计算机按其基本结构特征可分为流水线计算机，阵列处理机，多处理机和数据流计算机四种不同的结构。流水线计算机主要通过时间重叠，让多个部件在时间上交划重叠地并
42、行招待运算和处理，以实现时间上的并行。它主要应解决：拥塞控制，冲突防止，流水线调度等问题。阵列处理机主要通过资源重复实现空间上的并行。它主要应解决：处理单元灵活、规律的互连模式和互连网络设计，数据在存储器中的分布算法等问题。多处理机主要通过资源共享，让一组计算机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上的相互作用，达到时间和空间上的异步并行。它主要应解决：处理机间互连等硬件结构，进程间的同上步和通讯，多处理机调度等问题。数据流计算机设有共享变量的概念，指令执行顺序只受指令中数据的相关性制约。数据是以表示某一操作数或参数已准备就绪的数据令牌直接在指令之间传递。它主要应解决：研究合适的硬件组
43、织和结构，高效执行的数据流语言等问题。47.计算机系统的 3T 性能目标是什么？答：计算机系统的 3T 性能目标是 1TFLOPS 计算能力，1TBYTE 主存容量和 1TBYTES 的 I/O 带宽48.数据结构和机器的数据表示之间是什么关系？确定和引入数据表示的基本原则是什么？答：数据表示是能由硬件直接识别和引用的数据类型。数据结构反映各种数据元素或信息单元之间的结构关系。数据结构要通过软件映象变换成机器所具有的各种数据表示实现，所以数据表示是数据结构的组成元素。不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持，表现在实现效率和方便性不同。数据表示和数据结构是软件、硬件的交界面。除基本数据表
44、示不可少外，高级数据表示的引入遵循以下原则：（1）看系统的效率有否提高，是否养活了实现时间和存储空间。 （2）看引入这种数据表示后，其通用性和利用率是否高。 49.标志符数据表示与描述符数据表示有何区别？描述符数据表示与向量数据表示对向量数据结构所提供的支持有什么不同？ 答：标志符数据表示与描述符数据表示的差别是标志符与每个数据相连，合存于同一存储单元，描述单个数据的类型特性;描述符是与数据分开存放，用于描述向量、数组等成块数据的特征.描述符数据表示为向量、数组的的实现提供了支持，有利于简化高级语言程序编译中的代码生成，可以比变址法更快地形成数据元素的地址。但描述符数据表示并不支持向量、数组数
45、据结构的高效实现。而在有向量、数组数据表示的向量处理机上，硬件上设置有丰富的赂量或阵列运算指令，配有流水或阵列方式处理的高速运算器，不仅能快速形成向量、数组的元素地址，更重要的是便于实现把向量各元素成块预取到中央处理机，用一条向量、数组指令流水或同时对整个向量、数组高速处理如让硬件越界判断与元素运算并行。这些比起用与向量、阵列无关的机器语言和数据表示串行实现要高效的多。 50.堆栈型机器与通用寄存器型机器的主要区别是什么？堆栈型机器系统结构为程序调用的哪些操作提供了支持？ 答：通用寄存器型机器对堆栈数据结构实现的支持是较差的。表现在：(1)堆栈操作的指令少，功能单一；(2)堆栈在存储器内，访问
46、堆栈速度低；(3)堆栈通常只用于保存于程序调用时的返回地址，少量用堆栈实现程序间的参数传递。而堆栈型机器则不同，表现在：(1)有高速寄存器组成的硬件堆栈，并与主存中堆栈区在逻辑上组成整体，使堆栈的访问速度是寄存器的，容量是主存的；(2)丰富的堆栈指令可对堆栈中的数据进行各种运算和处理；(3)有力地支持高级语言的编译；(4)有力地支持子程序的嵌套和递归调用。堆栈型机器系统结构有力地支持子程序的嵌套和递归调用。在程序调用时将返回地址、条件码、关键寄存器的内容等全部压入堆栈，待子程序返回时，再从堆栈中弹出。 54.变址寻址和基址寻址各适用于何种场合？设计一种只用 6 位地址码就可指向一个大地址空间中
47、任意 64 个地址之一的寻址机构答：基址寻址是对逻辑地址空间到物理地址空间变换的支持，以利于实现程序的动态再定位。变址寻址是对数组等数据块运算的支持，以利于循环。将大地址空间 64个地址分块，用基址寄存器指出程序所在块号，用指令中 6 位地址码表示该块内 64 个地址之一，这样基址和变址相结合可访问大地址任意 64 个地址之一。比如地址空间很大，为 0-1023，只用 6 位地址码就可以指向这1024 个地址中的任意 64 个。 剖析：比如地址空间很大，1024，就是分成 16 个块，块号放在寄存器中，块内地址放在地址位中，寄存器内容和地址位结合，就能达到要求了。 55.经统计，某机器 14
48、条指令的使用频度分别为：0.01,0.15,0.12,0.03,0.02,0.04,0.02,0.04,0.01,0.13,0.15,0.14,0.11,0.03。分别求出用等长码、Huffman 码、只有两种码长的扩展操作码 3 种编码方式的操作码平均码长。解：等长操作码的平均码长=4 位;Huffman 编码的平均码长=3.38 位;只有两种码长的扩展操作码的平均码长=3.4位。 56.若某机要求：三地址指令 4 条，单地址指令 255条，零地址指令 16 条。设指令字长为 12 位每个地址码长为 3 位。问能否以扩展操作码为其编码?如果其中单地址指令为 254 条呢?说明其理由。答：不能
49、用扩展码为其编码。 指令字长 12 位，每个地址码占 3 位三地址指令最多是 2(12-3-3-3)=8 条，现三地址指令需 4 条, 可有 4 条编码作为扩展码，单地址指令最多为 42323=28=256 条，现要求单地址指令 255 条，可有一条编码作扩展码 零地址指令最多为 1238 条 不满足题目要求 不可能以扩系统结构自考通简答 第 8 页 共 24 页展码为其编码。若单地址指令 254 条，可以用扩展码为其编码。依据中推导，单地址指令中可用 2 条编码作为扩展码 零地址指令为 22316 条，满足题目要求 三地址指令格式： 操作码 地址码 地址码 地址码3 位 3 位 3 位 3
