第一篇：计算机系统结构学习心得
计算机系统结构学习心得
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在大四上学期课程中对于计算机系统结构的学习已经结束，老师细心的讲解，耐心的辅导，是我从中学到很多的知识。
从中我了解到计算机系统结构（Computer Architecture）也称为计算机体系结构，它是由计算机结构外特性，内特性，微外特性组成的。经典的计算机系统结构结构的定义是指计算机系统多级层次结构中机器语言机器级的结构，它是软件和硬件固件的主要交界面，是由机器语言程序、汇编语言源程序和高级语言源程序翻译生成的机器语言目标程序能在机器上正确运行所应具有的界面结构和功能。计算机系统结构指的是什么? 是一台计算机的外表? 还是是指一台计算机内部 的一块块板卡安放结构? 都不是，那么它是什么? 计算机系统结构就是计算机的的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。用一个不恰当的比喻一，比如动物吧，它的“系统结构”是指什么呢? 它的概念性结构和功能特性，就相当于动物的器官组成及其功能特性，如鸡有胃，胃可以消化食物。至于鸡的胃是什么形状的、鸡的胃部由什么组成就不是“系统结构”研究的问题了。系统结构只管到这一层。关于计算机系统的多层次结构，用“人”这种动物的不恰当的例子列表对比如下。计算机系统，人，应用语言级，为人民服务级，高级语言级，读书、学习级，汇编语言级，语言、思维级，操作系统级，生理功能级，传统机器级，人体器官级，微程序机器级，细胞组织级，电子线路级，分子级。传统机器级以上的所有机器都称为虚拟机，它们是由软件实现的机器。软硬件的。功能在逻辑上是等价的，即绝大多部分硬件的功能都可用软件来实现，反之亦然。计算机系统结构的外特性，一般应包括以下几个方面(这也就是我们要分章学习的几个章节)把这几个方面弄清了，系统结构也就基本明确了：(1)指令系统(2)数据指令(3)作数的寻址方式(4)寄存器的构成定义(5)中断机构和例外条件(6)存储体系和管理(7)I/O结构(8)机器工作状态定义和切换(9)信息保护。所以在以后的学习中常回头想想这是系统结构的哪一方面，这对把握全局有好处。这里提一下计算机系统结构的内部特性，计算机系统结构的内特性就是将那些外特性加以“逻辑实现”的基本属性。所谓“逻辑实现”就是在逻辑上如何实现这种功能，比如“上帝”给鸡设计了一个一定大小的胃，这个胃的功能是消化食物，这就是鸡系统的某一外特性，那怎么消化呢，就要通过鸡喙吃进食物和砂石,再通过胃的蠕动、依靠砂石的研磨来消化食物，这里的吃和蠕动等操作就是内特性。还有一个就是计算机实现，也就是计算机组成的物理实现。它主要着眼于器件技术和微组装技术。拿上面的例子来说，这个胃由哪些组织组成几条肌肉和神经来促使它运动就是“鸡实现”。据此我们可以分清计算机系统的外特性、内特性以及物理实现之间的关系。在所有系统结构的特性中，指令系统的外特性是最关键的。因此，计算机系统结构有时就简称为指令集系统结构。我们这门课注重学习的是计算机的系统结构，传统的讲，就是处在硬件和软件之间介面的描述，也就是外特性。这些不恰当的比喻只是帮助理解，不可强求对应，不然会有损科学的严密性。计算机系统结构的分类：按“流”分类的方法，这是Flynn教授提出的按指令流和数据流的多倍性概念进行分类的方法。共有四大类，即：(S-single 单一的。I-instruction 指令 M-multiple 多倍的 D-data 数据)。SISD 单指令流单数据流，传统的单处理机属于SISD计算机。SIMD 单指令流多数据流，并行处理机是SIMD计算机的典型代表。我国的YH-I型是此类计算机型。MISD 多指令流单数据流，实际上不存在，但也有学者认为存在。MIMD 多指令流多数据流，包括了大多数多处理机及多计算机系统。我国的YH-II型计算机是这种类型的计算机。一般将标量流水机视为SISD类型，把向量流水机视为SIMD类型。按“并行级”和“流水线”分类：这是在计算机系统中的三个子系统级别上按并行程度及流水线处理程度进行分类的方法。计算机系统的设计准则：1.只加速使用频率高的部件，这是最重要也是最广泛采用的计算机设计准则。因为加快处理频繁出现事件对系统的影响远比加速处理很少出现事件的影响要大。2.阿姆达尔(Amdahl)定律，这个定律就是一个公式。应会运用此公式做一些计算或分析，所以要记住并理解其意义。3.程序访问的局部性规律。程序访问的局部性主要反映在时间和空间局部性两个方面，时间局部性是指程序中近期被访问的信息项可能马上将被再次访问，空间局部性指那些在访问地址上相邻近的信息项很可能被一起访问。计算机系统结构的发展冯诺依曼计算机的主要特点是：存储程序方式；指令串行执行，并由控制器加以集中控制；单元定长的一维线性空间的存储器；使用低级机器语言，数据以二进制表示；单处理机结构，以运算器为中心。改进后的冯·诺依曼计算机使其从原来的以运算器为中心演变为以存储器为中心。从系统结构上讲，主要是通过各种并行处理手段高提高计算机系统性能。软件、应用和器件对系统结构发展的影响。软件应具有可兼容性，即可移植性。为了实现软件的可移植性，可用以下方法： 模拟：用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统，这种用实际存在的机器语言解释实现软件移植的方法就是模拟。仿真：用A机(宿主机)中的一段微程序来解释实现B机(目标机)指令系统中每一条指令而实现B机指令系统的方法称仿真，它是有部份硬件参与解释过程的。一般将两种方法混合作用，对于使用频率高的指令用仿真方法，而对于频率低而且难于仿真实现的指令使用模拟的方法加以实现。采用系列机的方法，可以这么说，系列机的系统结构都是一致的，如我们使用的INTEL 的80X86微机系列及其兼容机，系统结构都是一致的，当然在发展过程中它的系统结构可以得到了新的扩充，比如原来的586机器不支持MMX多媒体扩展指令集，但是后来的芯片中扩充了这些指令，使指令系统集扩大，但它们仍是同一系列的机器。这种系列机的方法主要是为了软件兼容。如上面的扩展指令，将使得以后针对这些指令优化的软件不能在以前的机子上运行(或不能发挥相应功能)导致向前兼容性不佳。但重要的是保证做到向后兼容，也就是在按某个时期推到市场上的该档机上编制的软件能不加修改地在它之后投入市场的机器上运行。在系列机上，软件的可称植性是通过各档机器使用相同的高级语言、汇编语言和机器语言，但使用不同的微程序来实现的。统一标准的高级语言。采用与机器型号无关的高级程序设计语言标准如FORTRAN、COBOL等，这种方法提供了在不同硬件平台、不同操作系统之间的可移植性。开放系统:是指一种独立于厂商,且遵循有关国际标准而建立的,具有系统可移植性、交互操作性，从而能允许用户自主选择具体实现技术和多厂商产品渠道的系统集成技术的系统。应用需求对系统结构发展的影响，计算机应用对系统结构不断提出的基本要求是高的运算速度、大的存储容量和大的I/O吞吐率。(我们要更快的主板CPU和内存、我们要更大的硬盘我们要更大的显示器更多的色彩更高的刷新频率...这就是需求)计算机应用从最初的科学计算向更高级的更复杂的应用发展，经历了从数据处理、信息处理、知识处理以及智能处理这四级逐步上升的阶段。
器件对系统结构发展的影响，由于技术的进步，器件的性能价格比迅速提高，芯片的功能越来越强，从而使系统结构的性能从较高的大型机向小型机乃至微机下移。综上所述： 软件是促使计算机系统结构发展的最重要的因素(没有软件，机器就不能运行，所以为了能方便地使用现有软件，就必须考虑系统结构的设计。软件最重要)应用需求是促使计算机系统结构发展的最根本的动力(机器是给人用的，我们追求更快更好，机器就要做得更快更好。所以需求最根本)器件是促使计算机系统结构发展最活跃的因素(没有器件就产不出电脑，器件的每一次升级就带来计算机系统结构的改进。
计算机系统结构课程，首先对计算机系统结构的概论了解，然后学习数据表示，寻址方式与指令系统，存储体系等知识节中的学到了=计算机系统结构的知识。而且师生平等，使我更易于理解与接受。使我很大程度的弥补了我的计算机知识的缺陷。我觉得这次培训很有实效，使我学到了许多知识，也是我认识到了自己的不足。在今后的学习中，我一定要努力深研，努力提高自己的专业技术水平，把时间都用到学习中去，充分利用自己身为信息技术的优势，多利用网络的优势，不荒废时光，化荣誉为压力，为今后学习生活多积累宝贵知识财富
第二篇：计算机系统结构心得体会
计算机系统结构心得体会
计算机系统结构安排在大学最后一个课程学期上课，这也让我有不一样的感觉，除了从课程学到专业知识之外，我也体会了计算机的乐趣。
计算机系统结构指的是什么? 是一台计算机的外表? 还是是指一台计算机内部的一块块板卡安放结构? 都不是，那么它是什么? 计算机系统结构就是计算机的机器语言程序员或编译程序编写者所看到的外特性。所谓外特性，就是计算机的概念性结构和功能特性。用一个不恰当的比喻一，比如动物吧，它的“系统结构”是指什么呢? 它的概念性结构和功能特性，就相当于动物的器官组成及其功能特性，如鸡有胃，胃可以消化食物。至于鸡的胃是什么形状的、鸡的胃部由什么组成就不是“系统结构”研究的问题了。
而我在学习这门课程的时候遇到最为困难的问题是流水线问题，包括流水线的工作方式以及流水线的调度对我来说都难以掌握。后来，我请教了同班同学，他们实实在在地给我讲了一遍概念，我从模糊认识也瞬间到了清晰理解。这让我深刻的感到学习不能偷懒，越难的问题越要弄懂概念，越要花时间分析最基本的问题。
是的，计算机系统结构是非常重要的，在计算机学习中起到十分重要的作用。我印象最为深刻的是有趣的上课方式和可爱的老师。
上这门课的老师是我们的张老师，除了专业知识非常渊博之外，课堂相对来说非常民主。最令我觉得有趣的是，老师点到的时候会很搞笑，由于是三个班和在一起上课的，所以老师的名单总是不齐，所以点名会浪费一部分课堂时间。作为学生时代的我们，多多少少还是喜欢这样的状况的，课堂可以偷懒放松几分钟是非常渴望的。正是因为这样，我也喜欢上这门课程了，也喜欢老师点名，并且很享受这种“小偷懒”，上课效率也特别好。说到老师民主，还有一点，这门课作为考察课，关于考察方式老师也尊重我们的意见，把本来原定的闭卷考试换成课堂考核了，这点也让学生万分佩服。是的，张老师就是这样一个轻松的老师。
时间特别快，计算机系统结构作为大学最后一门课程，我想是让我们从大体概括整个计算机专业吧！最后感谢张老师这一学期对我们教授以及付出！
第三篇：计算机原理及系统结构复习题
《计算机原理及系统结构》复习题
一、选择题
1.下列数中最大的数是（A）。A．（10011001）2 B。（227）8 C。（98）16 D。（152）10 2.下列有关运算器的描述中，（C）是正确的。
A.只做算术运算，不做逻辑运算 B.只做加法
C.能暂时存放运算结果 D.既做算术运算，又做逻辑运算 3.透明性是指（A）。
A．某一事物或属性实际存在，但从某种角度来看好象不存在，或者说看不出来。B．某一事物或属性不存在，但感觉好象存在，或者说看起来存在。
C．某一事物或属性实际存在，但从任何角度来看好象不存在，或者说看不出来。D．某一事物或属性不存在，但从某种角度来看好象存在，或者说看起来存在。4.浮点数中尾数的位数主要影响（D）。A．可表示数在数轴上分布的离散程度 B．可表示数的范围和精度 C．可表示数的范围 D．可表示数的精度
5.I/O的系统结构直接影响计算机系统的性能，包括主存、CPU利用率、（D）、I/O速度和系统的兼容性等。
A．指令执行速度 B．I/O访问速度 C．系统总线 D．系统吞吐量
6.设由M1和M2构成二级存储层次，其空间关系为CPU－M1－M2，则下列关于命中率H的描述中正确的是(A)。
A．命中率H是CPU产生的逻辑地址能在M1中访问到的概率 B．命中率H是CPU产生的逻辑地址能在M2中访问到的概率
C．命中率H是CPU产生的逻辑地址能在M1或M2中访问到的最大概率 D．命中率H是CPU产生的逻辑地址能在M1或M2中访问到的最小概率 7.设置“相关专用通路”解决通用寄存器数相关问题的代价是（D）。A．浪费人力 B．浪费财力 C．降低速度 D．增加设备 8.CPU主要包括（B）。
A.控制器 B.控制器、运算器、cache C.运算器和主存 D.控制器、ALU和主存 9.设变址寄存器为X，形式地址为D，（X）表示寄存器X的内容，这种寻址方式的有效地址为（A）。
A.EA=(X)+D B.EA=(X)+(D)C.EA=((X)+D)D.EA=((X)+(D))10.定点16位字长的字，采用2的补码形式表示时，一个字所能表示的整数范围是（A）。15 15 15 A-2~ +（2-1）B-（2–1）~ +（2–1）15 15 15 15C-（2+1）~ +2D-2 ~ +2 11.交叉存贮器实质上是一种（A）。A 模块式存贮器，它能并行执行多个独立的读写操作 B 模块式存贮器, 它能串行执行多个独立的读写操作
C 整体式存贮器，它能并行执行一个独立的读写操作 D 整体式存贮器，它能串行执行多个独立的读写操作
12.流水CPU 是由一系列叫做“段”的处理线路所组成，和具有m个并行部件的CPU相比，一个 m段流水CPU（A）。
A 具备同等水平的吞吐能力 B不具备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的分辨率为1024×1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量为（B）。A 512KB B 1MB C 256KB D 2MB 14.为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的办法是采用（B）。A 通用寄存器 B 堆栈 C 存储器 D 外存 15.微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（B）。A.每一条机器指令由一条微指令来执行
B.每一条机器指令由一段微指令编写的微程序来解释执行 C.每一条机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 D.一条微指令由若干条机器指令组成
16.目前我们所说的个人台式商用机属于（D）。
A.巨型机 B.中型机 C.小型机 D.微型机 17.EPROM是指（D）。
A.读写存储器 B.只读存储器
C.可编程的只读存储器 D.光擦除可编程的只读存储器 18.设［X］补=1.x1x2x3x4，当满足（A）时，X >-1/2成立。
Ａ．x1必须为1，x2x3x4至少有一个为1 Ｂ．x1必须为1，x2x3x4任意 Ｃ．x1必须为0，x2x3x4至少有一个为1 Ｄ．x1必须为0，x2x3x4任意 19.在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是（C）。A.增加内存容量 B.提高内存可靠性
C.解决CPU和主存之间的速度匹配问题 D.增加内存容量，同时加快存取速度 20.系统总线中地址线的功能是（D）。
A.用于选择主存单元地址 B.用于选择进行信息传输的设备
C.用于选择外存地址 D.用于指定主存和I/O设备接口电路的地址 21.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用（D）的时间。
A.一个指令周期 B.一个机器周期 C.一个时钟周期 D.一个存储周期 22.若浮点数用补码表示，则判断运算结果是否为规格化数的方法是（C）。A 阶符与数符相同为规格化数 B 阶符与数符相异为规格化数
C 数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数 D数符与尾数小数点后第一位数字相同为规格化数
23.用某个寄存器中操作数的寻址方式称为（C）寻址。A 直接 B 间接 C 寄存器直接 D 寄存器间接 24.同步控制是（C）。A 只适用于CPU控制的方式 B 只适用于外围设备控制的方式 C 由统一时序信号控制的方式 D 所有指令执行时间都相同的方式
25.汇编语言程序经（）的（）转换成机器语言程序。A A．汇编程序，翻译 B．编译程序，解释 C．微指令程序，解释 D．应用程序包，翻译
26.透明性是指客观存在的事物或属性（D）看不到。A．从软件角度 B．从硬件角度 C．从任何角度 D．从某种角度 27.（B）是计算机实现研究的内容。A．寄存器组织 B．器件技术
C．I/O结构 D．专用部件的设置
28.数据表示指的是能由（A）直接识别和引用的数据类型。A．硬件 B．软件 C．机器语言 D．数据结构
29.为避免浮点数运算中因对阶造成的精度和有效值的过多损失，在机器中阶码一般采用（D）进制。
A．十六进制 B．十进制 C．八进制 D．二进制
30.低性能单用户计算机I/O系统的设计主要考虑解决好（A）在速度上的巨大差距。A．CPU、主存、I/O设备
B．CPU、I/O设备、磁盘控制器
C．磁盘控制器、设备控制器、总线控制器 D．硬盘、软盘、光盘
二、填空题
1．总线按用途分为 和 两类。专用，非专用
2．段页式存储管理是把 机械等分成固定大小的页，按模块分成段，每个段又分成与主存页面大小相同的页。主存，程序 3．在流水线相关处理中，采用异步流动会产生 和。“写-写相关” “先读后写相关”
4．主存储器的性能指标主要是__________、__________、存储周期和存储器带宽。
存储容量 存取时间
5．运算器的两个主要功能是：__________，__________。算术运算 逻辑运算
6．存储器和CPU连接时，要完成__________的连接；__________的连接和__________的连接，方能正常工作。地址线 数据线 控制线
7．虚拟存储器指的是__________层次，它给用户提供了一个比实际__________空间大得多的__________空间.主存— 外存 主存 虚拟地址
8.计算机硬件由___ ____、__ _____、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成。运算器，控制器
9.八进制数37.4Q转换成二进制数为__________。11111.1B 10.在浮点加减法运算过程中，在需要_________或__________时，尾数向右移位。
对阶，向右规格化
11.指令通常由_________和__________两部分组成。操作码，地址码 12.要组成容量为4K*8位的存储器，需要_____片4K*1位的静态RAM芯片并联，或者需要__ _片1K*8位的静态RAM芯片串联。8，4 13.根据目前常用的存储介质可以把存储器分为___________、_________和光存储器三种。磁表面存储器，半导体存储器
14.主机CPU和IOP之间的通信，原则上是通过共享_________来实现的。主存储器 15．DMA数据传送过程可以分为________、数据块传送和__________三个阶段。传送前预处理，传送后处理
16.汉字在计算机内部存储、传输和检索的代码称为汉字______，汉字输入码到该代码的变换由______来完成。内码，代码转换程序
17.显示器的刷新存储器（或称显示缓冲器）的容量是由_________和_________决定的。图象分辨率，灰度级
18.80386支撑的两种操作方式是_______和________。实方式，保护方式 19．磁表面存储器主要技术指标有______、______、______、数据传输率。存储密度、存储容量、平均存取时间
20.主机CPU和IOP之间的通信，原则上是通过共享_________来实现的。主存储器
三、问答题
1． 软件和硬件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的？ 答：（1）等效性：软件和硬件在逻辑功能上是等效的。
（2）软件的功能可用硬件或固件完成。（3）硬件的功能也可用软件模拟完成。
（4）不等效性：软件和硬件实现的性能价格比不同，实现的难易程度不同。
2． Huffman压缩概念的基本思想是什么？
答：Huffman压缩概念的基本思想是：当各种事件发生概率不均等时，采用优化技术对发生概率最高的事件用最短的位数来表示，而对发生概率较低的事件，允许用较长的位数来表示。
3． 什么是中断源？简要说明中断分类的目的。答：（1）中断源：引起中断的来源。
（2）中断分类目的：中断源很多，若都形成单独程序入口，则硬件复杂，代价大，故进行分类。
（3）中断分类方法：把性质相近的中断源归为一类。
4． 说明在页式虚拟存储器管理中，为什么要使用快表（TLB表），它与保存在内存中的页表是什么关系？
答：（1）程序具有局部性，对页表内各行的使用不是随机的，而是簇聚在一起的，即在一段时间内只使用到表中很少的几行。
（2）所以，可以使用一个比全部的页表的内容少很多的目录表（即快表）来提高查找的时间。快表又称TLB，它是页表的一小部分。
（3）快表用相联存储器实现。
（4）快表由成对的虚页号和实页号组成。
5． 试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式
答：设读写一块信息所需总时间为Tb，平均找到时间为Ts，平均等待时间为TL，读写一块信息的传输时间为Tm，则：Tb=Ts＋TL＋Tm。假设磁盘以每秒r的转速率旋转，每条磁道容量为N个字，则数据传输率=rN个字/秒。又假设每块的字数为n，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的时间中传输完毕。TL是磁盘旋转半周的时间，TL=（1/2r）秒，由此可得： Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒
6． 举例说明什么是部件级流水、处理机级流水和系统级流水
答：（1）部件级流水是指构成处理机部件内各子部件之间的流水，如运算器内浮点加运算的流水
（2）处理机级流水是指构成处理机各个部件之间的流水，如取指、分析和执行操作的流水
（3）系统级流水是指系统的多个处理机之间的流水，如宏流水
7． 说明程序查询方式与中断方式各自的特点。
答：程序查询方式，数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，优点是硬件结构比较简单，缺点是CPU效率低，中断方式是外围设备用来“主动”通知CPU，准备输入输出的一种方法，它节省了CPU时间，但硬件结构相对复杂一些。
8． 在寄存器—寄存器型，寄存器—存储器型和存储器—存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长？哪类指令的执行时间最短？为什么？
答：寄存器-寄存器型执行速度最快,存储器-存储器型执行速度最慢。因为前者操作数在寄存器中，后者操作数在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。
9． 试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式。
答：设读写一块信息所需总时间为Tb，平均找到时间为Ts，平均等待时间为TL，读写一块信息的传输时间为Tm，则：Tb=Ts＋TL＋Tm。假设磁盘以每秒r的转速率旋转，每条磁道容量为N个字，则数据传输率=rN个字/秒。又假设每块的字数为n，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的时间中传输完毕。TL是磁盘旋转半周的时间，TL=（1/2r）秒，由此可得： Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒
10． 试述由中间开始的设计思路及其优点。答：
“由中间开始”设计思路：先定义软、硬件交界面，然后由这个中间点分别往上、往下进行软件和硬件设计。
优点：
（1）既考虑到现有的硬器件，又考虑到可能的应用所需的算法和数据结构。（2）软件和硬件并行设计。（3）缩短系统设计周期。（4）设计过程中可交流协调。
（5）是一种交互式的、较好的设计方法。
11． 简述几种耦合度的特征。答：
（1）耦合度反映多机系统中各机间物理连接的紧密度和交叉作用能力的强弱。（2）耦合度有三种：最低耦合、松散耦合和紧密耦合。
（3）最低耦合系统的特点：各计算机之间除通过某种存储介质外无物理连接，也无共享的联机硬件资源。（4）松散耦合系统的特点：多台计算机通过通道或通信线路实现互连，共享某些如磁盘、磁带等外围设备。
（5）紧密耦合系统的特点：多台计算机经总线或高速开关互连，共享主存，有较高的信息传输速率，可实现数据集一级、任务级、作业级并行。
12.简述页式存储管理的地址变换过程，并画图示意。
答：
（1）页式存贮管理方式将主存空间和程序空间都机械等分成大小相同的页面，程序的起点必须处在主存中某一个页面位置的起点。
（2）页式存储管理的多用户虚地址表示为：用户标志＋用户虚页号＋页内位移。（3）地址变换过程：
① 由用户标志找到相应的页表基址寄存器，找出该程序的页表基址。② 由页表基址和用户虚页号找到页表中相应表项。③ 若装入位＝“1”，表明该页已装入主存，否则产生缺页中断，从辅存中调页到主存。④ 形成主存地址：实页号＋页内位移。（4）示意图：参考教材第92页图4.13。
13.简述段式存储管理的地址变换过程，并画图示意。
答：
（1）段式存贮管理将程序按逻辑意义分段，用段表中每一行的装入位来记录程序中每个段是否已装入了主存。
（2）段式存储管理的多用户虚地址表示为：程序号＋段号＋段内位移。（3）地址变换过程：
① 由程序号找到相应的段表基址寄存器，找出该程序的段表基地址和段表长度。② 若段表长度>段号，则越界，否则正常。③ 按段表基址和段号找到段表中相应的一行。④ 若装入位＝“1”，表明该段已装入主存，否则产生缺段中断，从辅存中调段到主存。⑤ 形成主存地址：段表中相应行的段在主存的起始地址+段内位移。（4）示意图：参考教材第90页图4.11。
14.集中式仲裁有几种方式？画出独立请求方式的逻辑图，说明其工作原理。答：有三种方式：链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式。独立请求方式结构图如图：
15.CPU结构如图所示，其中有一个累加寄存器AC，一个状态条件寄存器，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。（1）标明图中四个寄存器的名称。
（2）简述指令从主存取到控制器的数据通路。
（3）简述数据在运算器和主存之间进行存 / 取访问的数据通路。
答：
（1）a为数据缓冲寄存器 DR，b为指令寄存器 IR，c为主存地址寄存器，d为程序计数器PC。
（2）主存 M →缓冲寄存器 DR →指令寄存器 IR →操作控制器。(3)存贮器读 ：M →DR →ALU →AC 存贮器写 ：AC →DR →M
第四篇：计算机系统结构填空题总结
1计算机系统结构是计算机系统的软、硬件分界面；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。
2计算机系统的性能评测峰值性能和持续性能
3计算机系统的定量设计原理哈夫曼（Huffman）压缩原理，Amdahl定律，程序访问的局部性定律 程序访问的局部性定律 包括时间上和空间上
4仿真是用微程序解释，解释程序存在控制存储器中，模拟是用机器语言程序解释，解释程序存在主存中
5并行性级别 字串位串，字串位并，字并位串，全并行 6单指令流单数据流SISD传统计算机
单指令流多数据流SIMD阵列计算机)
多指令流单数据流 MISD较先进的流水线处理机 多指令流多数据流MIMD多计算机系统）
7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。由硬件实现的数据类型
数据结构由软件实现的数据类型
数据结构和数据表示是软、硬件的交界面。
8自定义数据表示（Self-defining）带标志符的数据表示和数据描述符Rm越大，表示数的范围增大，可表示的数的个数增多，数在数轴上的分布越稀，数的表示精度下降，运算中的精度损失越小。10寻址方式面向主存、寄存器、堆栈
11动态再定位通过基址寻址来
实现
12根据通道数据传送中信息传送的方式不同字节多路通道，选择通道，数组多路通道 13中断可以分为内中断，外中断，软件中断
14总线控制方式有，集中式串行链接，定时查询，独立请求。15系列机软件兼容必须做到_后_兼容，尽可能争取_上_兼容。16在Cache存储器写操作中，只写入_cache_，仅当需要块替换时，才将其写回_内存_。称这种修改主存块内容的方法为“写回法”。
在Cache存贮器中，CPU每次写Cache的同时，也写入主存，称这种更新主存块内容的方法为写直达法。
17解决重叠和流水中的操作数相关，不外乎是__推后_法和设置___设置相关通 路_法两种基本方法。
18流水线消除速度瓶颈的方法有___颈瓶子程序进一步细化和_颈瓶子程序并联_两种。19虚拟存储器主要是为解决主存容量__满足不了要求发展出来的；Cache 主要是解决主存___速度__满足不了要求发展出来的20流水线中的相关有 结构相关、数据相关 和 控制相关 21向量横向处理是向量的处理方式，但是不是向量的流水处理方式。而向量纵向处理和分组纵横处理是向量的处理方式，也是向量的流水处理方式。22例题：一台模型机共有7条指令，各指令的使用频度分别为35%，25%，20%，10%，5%，3%，2%。该模型机有8位和16位两种指令字长，采用2-4扩展操作码。8位字长指令为寄存器-寄存
器（R-R）二地址类型，16位字长指令为寄存器-存储器（R-M）二地址变址寻址（-128<=变址范围<=127）类型
(1)设计该机的两种指令格式，标出各字段位数并给出操作码编码(2)该机允许使用多少个可编址的通用寄存器，多少个变址寄存器？(3)计算操作码的平均码长。
（1）35%0025%0120%1010%11005%11013%11102%1111
(2)为了加快使用频率高的指令的执行速度，设计时，让操作码长度只有2位的3条指令的操作在通用寄存器之间进行，而其它的指令则在寄存器和存储器之间进行。由于R-R型指令长度为8位，操作码占2位，因此源、目的寄存器编码部分各占3位，其格式如下：
(3)由变址寻址的位移量范围(-128～+127)可知，R-M型指令格式中偏移地址占8位，由于操作码占4位，源寄存器编码占3位，R-M型指令长度为16位，因此变址寄存器的编码只占1位，(4)(2)根据(1)中设计的指令格式，通用寄存器编码占3位，变址寄存器编码占1位可知：该机允许使用8个可编址的通用寄存器和2个变址寄存器。
(3)根据表2.4可计算操作码的平均码长为：pi•li=0.35×2+0.25×2+0.2×2+0.1×4+0.05×4+0.03×4+0.02×4 =2.4位
第五篇：计算机系统结构课后答案unit3
第3章 总线、中断与输入输出系统
3.1．简要举出集中式串行链接，定时查询和独立请求3种总线控制方式的优缺点。同时分析硬件产生故障时通讯的可靠性。
答：集中式串行链连接方式。其过程为：
①所有部件都经公共的“总线请求”线向总线控制器发使用总线申请。
②当“总线忙”信号未建立时，“总线请求”才被总线控制器响应，送出“总线可用”信号，它串行地通过每个部件。
③如果某部件未发过“总线请求”，则它将“总线可用”信号往下一部件转，如果某部件发过“总线请求”，则停止“总线可用”信号的传送。
④该部件建立“总线忙”，并除去“总线请求”，此时该部件获得总线使用权，准备传送数据。
⑤数据传送期间，“总线忙”维持“总线可用”的建立。
⑥传送完成后，该部件去除“总线忙”信号和“总线可用”信号。
⑦当“总线请求”再次建立时，就开始新的总线分配过程。
优点：①选择算法简单；②控制总线数少；③可扩充性好；④可靠性高。
缺点：①对“总线可用”线及其有关电路失效敏感，②不灵活；③总线中信号传送速度慢。
集中式定时查询方式，过程：
①总线上每个部件通过“总线请求”发请求。
②若“总线忙”信号未建立，则计数器开始计数，定时查询个部件，以确定是谁发的请求。
③当查询线上的计数值与发出请求的部件号一致时，该部件建立“总线忙”，计数停止，查询也停止。除去“总线请求”，该部件获得总线使用权。
④“总线忙”维持到数据传送完毕。
⑤数据传送完，去除“总线忙”。
⑥当“总线请求”线上有新的请求，就开始下一个总线分配过程。
优点：①优先次序灵活性强；②可靠性高。
缺点：①控制线数较多；②扩展性较差；③控制较为复杂；④总线分配受限于计数信号，不能很高。
集中式独立请求方式，过程：
①每个部件有一对“总线请求”和“总线准许”线。
②每个部件使用“总线请求”发中请，当“总线已分配”无信号时，总线控制器根据某种算法对同时送来的多个请求进行仲裁，以确定哪个部件使用总线，信号从“总线准许”送回该部件，去除该部件的“总线请求”，建立总线已分配”。
③获得总线使用权的部件传送数据，直至完毕。
④数据传送完毕后，除去总线已分配”和“总线准许”，开始新的总线分配。
优点：①总线分配速度快；②灵活；③能方便隔离失效部件的请求。
缺点：①控制线数多；②复杂。硬件产生故障时，通信的可靠性分析：
串行链接对通信的可靠性，主要表现在“总线可用”线及其有关电路的失效会造成系统整体瘫痪的问题。一旦“总线可用”线出现断路或碰地，其高电平不能顺链往下传送，就会使后面的部件在要求使用总线时，其请求无法得到响应。为了提高可靠性，可对“总线可用”线及其相关电路，采取重复设置两套或多套来解决。
定时查询对通信的可靠性要求比串行链接的高。因为总线控制器通过计数，查询到某个出故障的部件时，故障部件不会给出“总线忙”信号，这样，不会影响控制器继续计数，去查询下一个部件，所以整个总线系统的工作不会瘫痪。
独立请求对通信的可靠性要求同样比串行链接的高。因为某个部件在发生故障时，不发总线请求，即使发出总线请求，总线控制器也可以通过软件或硬件的措施，将发生故障的部件送来的请求予以屏蔽掉，不让其参与总线的分配。所以，某个部件的故障不会导致整个系统的工作处于瘫痪状态。
3.2.设中断级屏蔽位“1”对应于开放，“0”对应于屏蔽，各级中断处理程序的中断级屏蔽位设置如下：（见课本）
(1)当中断响应优先次序为1→2→3→4时，其中断处理次序是什么? 答：(1)1—3—4—2 中断处理程序
(2)如果所有的中断处理都各需3个单位时间，中断响应和中断返回时间相对中断处理时间少得多。当机器正在运行用户程序时，同时发生第2，3级中断请求，过两个单位时间，又同时发生第1，4级中断请求，试画出程序运行过程示意图。
答：
《南京大学出版社》李学干主编的辅导书 对本题的分析：
为了领会中断响应排队器对中断响应优先次序是用硬件固定的，以及通过由操作系统给各中断级服务程序现行程序状态字中的中断级屏蔽位设置不同的状态，可以改变中断处理(完)的次序这两个要点，下图给出了一个中断响应硬件部分的简单逻辑原理示意图。图中略去了某些实现上的具体细节，因为这些已不是本课程要讨论的内容。
中断级屏蔽位是程序状态字中的一个组成部分。程序状态字是将散布于系统各部分，反映程序工作时某些关键性硬件的状态，组合在一起所构成的字，有的计算机也称其为处理器状态字或程序换道区。每类程序均在主存中指定一个区域来放置其程序状态字。运行一个程序或进程时，就会将其程序状态字从主存指定单元或区域取出送到分散于系统各部分的寄存器或计数器中，建立起运行此程序或进程的环境。一个程序或进程在退出运行时，也会将反映该程序状态的这些寄存器或计数器内容组拼成程序状态字，存回该程序或进程在主存中的指定单元或区域里。因此，程序或进程的切换，只需要通过硬件启动的交换新旧程序状态字的内容即可快速完成。例如，在IBM370系列机上，程序状态字为64位，等于它的长字，交换程序状态字只需硬件启动写长字和读长字两次访存即可完成。
尽管中断请求是随机发出的，为了便于精确保存中断的断点以及在中断处理完后又能返回到原中断处，中断响应排队器总是在每条指令执行到最后一个机器周期的最后一个时钟周期时，对目前到达中断响应排队器入口的所有中断请求排一次队，择优进行响应。在中断响应排队器相应的输出端产生出响应信号。此信号经中断级服务程序入口地址形成硬件，生成出该级中断服务程序的程序状态字在内存区中所存放的地址。同时，经中断响应控制信号启动，进行新旧程序状态字的交换，完成程序的切换。被中断的程序的断点地址(即程序计数器的内容)，由硬件自动压入返回地址堆栈，予以保存。系统切换到新的程序或进程后，继续运行下去。如果新的程序或进程是一个中断服务程序，在运行结束，执行到中断返回指令时，就会从堆栈中弹出所保存的返回地址，再次交换程序状态字，系统又重新返回到原被中断的程序，恢复运行。
当然，低级的中断服务程序在处理过程中又遇到了比其更高级的中断请求时，应允许其被中断，以实现多级中断的嵌套。利用返回地址堆栈的后进先出工作方式，就可以完成中断嵌套时的正确返回。可以看出，只要某道程序运行时，由操作系统在现行程序的程序状态字中，根据对各中断级的中断请求是否屏蔽，设置好中断级屏蔽位的状态，就可以控制这些级别的中断请求是否进入中断响应排队器去参加排队。只有能进入中断响应排队器的中断级请求，才有机会得到响应，从而就可改变中断实际处理完的次序。
应当注意的是，用户程序是不能屏蔽任何中断的。因此，用户程序的现行程序状态字中，对各中断级的屏蔽位均应让其处于“开放”状态。
根据本题中所给出的各级中断处理程序对中断级屏蔽位设置的状况，很容易得出其中断处理(完)的次序应当是1342。因为正处理1级的中断处理程序时，现行程序状态字中的中断级屏蔽位为0000，在其执行期间，任何新的同级和低级的中断请求都不可能进入中断响应排队器进行排队，所以，1级中断处理程序一定会先处理完。当执行3级中断服务程序时，由于现行程序状态字中的中断级屏蔽位为1000，即对1级中断请求是“开放”的，而对其他各级中断请求则处于“屏蔽”状态。所以，只要此时发生1级中断请求，它就能进入中断响应排队器去排队。从而在中断请求排队的微操作发出时，就可打断3级中断服务程序的执行，交换程序状态字，转去执行1级中断处理程序，使之被优先处理完。而在执行3级中断服务程序时，由于现行程序状态字对2、3、4级的中断请求处于被“屏蔽”的状态，所以，它们都不能打断正在执行的3级中断处理程序。其他的情况可以依此类推得到。
3.3.若机器共有5级中断,中断响应优先次序为1→2→3→4→5,现要求其实际的中断处理次求序1→4→5→2→3。
(1)设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位(令“1”对应于开放，“0”对应于屏蔽);略
(2)若在运行用户程序时，同时出现第4，2级中断请求，而在处理第2级中断未完成时，又同时出现第1，3，5级中断请求，请画出此程序运行过程示意图。
答：(选自老版主的答案）
1）五个级别的中断屏蔽位分别为（1开放；0屏蔽）： 1：00000 2：10011 3：11011 4：10000 5：10010 2）中断过程示意图：如图
a.2、4中断同时出现，进行排队器； b.按中断响应优先次序，2响应； c.此时屏蔽字为10011，所以； d.响应4，中断4运行结束，回2；
e.1、3、5进入排队器，此时屏蔽字为10011，且1优先级最高，所以； f.响应1，1运行结束，回2，根据屏蔽字，所以； g.5响应，5运行结束，回2；
h.根据屏蔽字，不响应3，所以2运行结束；回用户程序； i.3还在排队器，响应3，运行直到结束，回用户程序
3.4．简述字节多路，数组多路和选择通道的数据传送方式。
答：字节多路通道适用于连接大量的字符类低速设备。它以字节交叉方式轮流为多台设备服务，它可有多个子通道，它们分时进入通道。
数组多路通道适合于连接多台高速设备，每传送一个定长块就选择一次设备，多台设备以成组交叉方式工作。它可有多个子通道。它们分时进入通道。
选择通道方式适合于优先级高的高速设备，让它独占通道，数据传送以不定长方式进行，在数据传送期只选择一次设备。
3.5 如果通道在数据传送期中，选择设备需9.8μs，传送一个字节数据需0.2μs。某低速设备每隔500μs发出一个字节数据传送请求，问至多可接几台这种低速设备?对于如下A～F6种高速设备，一次通讯传送的字节数不少于1024个字节，问哪些设备可以挂在此通道上?哪些则不能?其中A—F设备每发出一个字节数据传送请求的时间间隔分别为(单位为μs)：
设备 A B C D E F
发申请间隔 0.2 0.25 0.5 0.19 0.4 0.21
答：
(1)∵选择设备需9.8μs，传送一个字节需0.2μs ∴该通道完成一个字节的传送需9.8+0.2＝1μs
∵某低速设备每隔500μs发出一字节数据请求，为使数据不丢失，该通道可连设备数至多为500μs/1μs＝500台。
(2)对于高速设备，由于一次传送字节数不少于1024byte ∴该通道一次传送数据的时间为9.8μs+1024×0.2μs＝214.6μs 由表中可得出每台设备发送1024字节的时间间隔分别为 A B C D E F
单位μs 204.8 256 512 194.56 409.6 215.04 ∴为使数据不丢失，B、C、E、F可挂在该通道上。A、D不能。
3.6 某字节多路通道连接6台外设，某数据传送速率分别如表中所列。
设备 1 2 3 4 5 6
传送速率（KB/s）50 15 100 25 40 20
(1)计算所有设备都工作时的通道实际最大流量： 答：实际最大流量＝50+15+l00+25+40+20＝250KB/S。
(2)如果设计的通道工作周期使通道极限流量恰好与通道最大流量相等，以满足流量设计的基本要求，同时让速率越高的设备被响应的优先级越高。当6台设备同时发出请求开始，画出此通道在数据传送期内响应和处理各外设请求的时间示意图。由此你发现了什么问题?
答：由表可解各设备连续发送两个字节的时间间隔分别为： 1 2 3 4 5 6
20μs 67μs 10μs 40μs 25μs 50μs
KB=1024B,s=10^6μs ,设备1的时间间隔为10^6/(50*1024)≈20μs，其他如同1。为简化计算，可视1024为1000
由此发现由于高速设备的响应优先级高，使低速设备6和设备2造成数据丢失。
(3)在(2)的基础上，在哪台设备内设置多少个字节的缓冲器就可以避免设备信息丢失?那么，这是否说书中关于流量设计的基本要求是没有必要的了呢?为什么? 答：在设备6和2中各设两个字节的缓冲区即可。
这并不说明流量设计的基本条件是不必要的，因为若基本条件不满足，无论设备优先级如何确定总有设备的信息会丢失。
阿利：这是我画的通道处理设备请求的示意图。（请点击看全图）
由图中可看出，6号设备有丢失信息现象，解决的办法是在6号设备内设置2个字节的缓冲器。
3.7 通道型I/O系统由一个字节多路通道A(其中包括两个子通道Al和A2)，两个数组多路通道B1和B2及一个选择通道C构成，各通道所接设备和设备的数据传送速率如表所示。（见课本）
(1)分别求出各通道应具有多大设计流量才不会丢失信息；
答：子通道Al的最大实际流量＝50+35+20+20+50+35+20+20＝250KB/S＝O.25MB/S ∴子通道A1至少应有0.25MB/S的流量才不丢失信息。
同理子通道A2的流量必须≥0.25MB/S 子通道B1的实际最大流量＝0.5MB/S ∴B1流量至少为0.5MB/S。
同理子通道B2流量至少设计成0.5MB/S。选择通道C的流量至少设计成0.5MB/S。
(2)设I/O系统流量占主存流量的1/2时才算流量平衡，则主存流量应达到多少? 答：此I/O系统的流量应为各子通道流量之和。即为0.25+O.25+0.5+0.5+0.5＝2MB/S 依题意I/O系统流量占主存流量的1/2才算流量平衡。因此主存流量应达到4MB/S。
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