《计算机系统结构》课程建设分析与设计

第一篇：《计算机系统结构》课程建设分析与设计

《计算机系统结构》课程分析及设计

一、课程介绍

“计算机系统结构”是综合计算机硬件,软件最新技术以提高计算机总体性能的重要学科，本课程的目的是使学生掌握计算机系统结构和组成的基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法，了解以及掌握现代计算机系统结构的重要进展和今后的发展趋向。从而使学生能在一个更高的层面上从事今后的计算机专业工作。

二、课程分析

实际应用对计算机系统越来越高的要求（更快的计算能力、更大的存储容量以及更高的输入、输出吞吐能力），集成电路技术的迅速发展以及计算机软件技术的发展，加快了计算机系统结构的演变进程。新的系统结构技术不断涌现，内容更新很快，并且很快被应用到新的计算机产品中去。计算机系统结构发展的这一特征，使得对“计算机系统结构”这门课程的教学变得相当困难。作为一门专业基础课程，一方面要反映本领域基础性、普遍性的知识，保持内容的相对稳定性。另一方面，又需要跟踪科技的发展，及时地调整和更新内容。通过课程建设，可以把一些新的内容不断地充实到新的教案中，使学生学到的知识既具有科学性，又具有先进性。如已将微处理机中得到广泛应用的超标量、超流水线及超标量超流水线结合的系统结构，并行处理及其互连网络技术都陆续充实到了新的教案中。而为了使教案在增加了新的内容后不致增加课时，还要精简原有的内容，或通过采用一些现代化的教学手段在保证教学大纲的基础上来压缩课时。

通过本课程建设的实施，能将学生在校学习内容与行业最新发展技术结合起来。并充分调动学生的能动性，使学生在建立自身的知识和能力结构时更具有主动性。

本课程建设的完成，力求在内容上能及时反映当前最新发展水平的计算机系统结构，因而在取材上力求先进。考虑到RISC技术已成为指令系统设计风格的主流，因此今后将重点叙述RISC技术的计算机系统结构。

三、课程设计及一些建议

计算机系统结构是目前计算机专业本科学生必修的一门专业课，为了能让学生更好的理解和掌握课程内容，首先要对教学计划作一些改动。因为本门课程需要《计算机基础》、《计算机组成原理》、《汇编语言程序设计》等前驱课程作为基础，所以要在学生对以上前驱课程学习和掌握的基础上才能更好的学习和掌握。

从现在学生掌握的情况看也反映出一些问题，由于现在是一门选修课，所以从重视程序和学习态度上都有所放松，一些基本的思想和原理都没有很的掌握。

目前学院在作教学计划是把《计算机系统结构》设为专业限选课，可能为学生在专业知识的方向上有更多选择，但本人认为，这作为一门专业必修的本科课程来说能让学生更好理解计算机的系统组成及系统结构的现状和发展方向，可以让学生了解更多更新的计算机系统结构形式，为开扩学习的视野有更多的帮助。所以我建议可以将本课程设为“专业必修课”。

第二篇：计算机系统结构课程实习题目

计算机系统结构课程实习题目

1.页面置换算法性能分析

2.模拟实现段页式虚拟器存储的内容管理

3.实现omega网络路径算法

4.模拟实现ILLAC IV列阵处理机，包括矩阵加、矩阵乘、累加和。

第三篇：《计算机系统结构》课程教学大纲

《计算机系统结构》课程教学大纲

二、课程简介

本课程是计算机科学与技术及网络工程专业一门重要的专业课，对于培养学生的抽象思维能力和自顶向下、系统地分析和解决问题的能力有非常重要的作用。其目标是使学生掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构、基本设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。通过学习本课程，能把在“计算机组成原理”等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来，从而建立起计算机系统的完整概念。

三、课程性质与教学目的

《计算机系统结构》作为计算机科学与技及网络工程专业高年级本科生的专业课程，目的是介绍计算机系统结构的概念、技术和最新动态，着重介绍软，硬件功能分配以及如何最佳、最合理地实现软、硬件功能分配。要求了解基本概念、基本原理、基本结构和基本分析方法。使学生对计算机系统结构、组成和实现有一个整体掌握。

四、教学内容及要求

第一章 计算机系统结构的基本概念

（一）目的与要求

1.掌握计算机系统的多级层次结构，掌握计算机系统结构、计算机组成与计算机实现的定义及三者之间的关系。理解透明性、虚拟机的概念。2.理解系列机和软件兼容的基本思想。3.了解计算机的分代和分型，了解应用需求和计算机实现技术的发展对系 统结构的影响。

4.掌握存储程序计算机在系统结构上的主要特点。了解对这种系统结构所 作的改进。

5.了解计算机性能的若干定义。知道评估计算机性能的测试程序。6.掌握计算机系统结构设计的三个基本原则，并能熟练应用Amdahl定律

和CPU性能公式求解问题。

（二）教学内容

1.主要内容

计算机系统结构层次、计算机系统结构定义、计算机组成与实现、计算机系统结构的分类、计算机系统设计的定量原理、计算机系统设计者的主要任务、计算机系统设计的主要方法、计算机系统结构的评价标准。2.基本概念和知识点 计算机系统层次结构、系统结构和组成以及实现三者之间的关系、透明性、1 Amdahl定律、CPU性能公式、局部性原理、MIPS定义、MFLOPS定义、系统结构分类、冯·诺依曼计算机特征、计算机系统结构的发展、VLSI和算法对系统结构的影响。3.问题与应用（能力要求）

要求学生掌握计算机系统层次结构，系统结构、组成与实现的定义，系统结构、组成与实现三者的关系，计算机系统结构的分类，计算机系统设计的定量原理，计算机系统结构的评价标准，为进一步深入学习后继各章打下基础。第二章 指令系统

（一）目的与要求

1.了解数据类型和数据表示。

2.掌握浮点数的表数范围、表数精度、表数效率。

3.掌握指令集结构的各种分类方法。了解堆栈型指令集结构、累加器型指 令集结构和通用寄存器型指令集结构的优缺点以及三种通用寄存器型指令集结构的优缺点。

4.了解当前指令集结构中所使用的一些操作数寻址方式。通过对基准程序进行测试统计，了解各种寻址方式的使用情况。

5.掌握指令集结构功能设计上的两种不同方向。掌握CISC计算机指令集功能设计的目标、CISC结构存在的缺点。掌握RISC计算机指令集结构的功能设计的目标与原则。6.了解各种控制指令的定义。

7.掌握操作数类型与操作数表示的定义及表示方法，了解各种操作数类型、操作数类型大小。

8.掌握指令中两种表示寻址方式的方法。

（二）教学内容

1.主要内容

数据表示与数据类型、浮点数据表示、自定义数据表示、编址方式、编织单位、零地址空间个数、输入输出设备的非线性编址、并行存储器的编址技术、逻辑地址与物理地址、直接定位方式、静态定位方式、动态定位方式、指令的组成、操作码的优化表示、地址码的优化表示、基本指令系统、复杂指令系统、精简指令系统。2.基本概念和知识点

数据表示、寻址技术、指令格式的优化设计、CISC指令系统和RISC指令系统、RISC的定义与特点、减少指令平均执行周期数方法、指令流调整技术、延时转移技术、指令取消技术、重叠寄存器窗口技术。

3.问题与应用（能力要求）

掌握指令集设计的原则，了解指令的分类、选择原则、指令的结构、操作数的寻址方式、指令长度对计算机系统的影响，掌握RISC计算机的设计思想。

第三章 存储系统

（一）目的与要求

1.理解多级存储层次的思想及其作用；掌握存储层次的三个性能参数的定义及计算方法。

2.掌握“Cache－主存”层次、“主存－辅存”层次及其区别。3.掌握全相联映象、直接映象以及组相联映象的思想和特点。4.掌握在各种映象规则的情况下Cache的查找方法。掌握随机法、先进先出、LRU 等替换算法。

5.理解Cache对“写”操作的处理方法。

6.掌握CPU时间的计算方法，并能灵活运用于实例进行分析计算。7.理解改进Cache性能的三个方面。

8.掌握减少命中时间的三种方法及其基本思想。9.掌握提高主存性能的四种方法（增加存储器宽度、多体交叉存储器技术、独立存储体技术、避免存储体冲突）。

10.理解虚拟存储器的特点及有关虚拟存储器的４个问题；掌握快表的概念；了解页面大小的选择。

（二）教学内容

1.主要内容

存储系统的定义、存储器的层次结构、并行存储器、虚拟存储器与高速缓冲存储器的基本工作原理、虚拟存储器与高速缓冲存储器地址的映象与变换方法、虚拟存储器的页面替换算法及其实现、提高Cache命中率的方法、Cache替换算法及其实现、Cache的性能分析。虚拟地址Cache、全Cache技术 2.基本概念和知识点

存储子系统的定义、原理和性能参数分析和设计，并行存储器原理和性能分析，高速缓冲存储器工作原理、地址映像和地址变换方法原理及其实现、数据块替换算法及其实现、数据一致性保持及其实现，虚拟存储器工作原理、地址映像和地址变换原理及其实现、页面替换算法及其实现，虚拟存储器和Cache存储器性能分析和设计方法、页面或数据块替换的进程足迹，三级存储系统工作原理。3.问题与应用（能力要求）

掌握存储器的层次结构，学会分析如何利用局部性原理提高Cache/主存储器、主存/虚拟存储器的性能。不但掌握虚拟存储器和高速缓冲存储器的硬件原理，而且要掌握其分析方法和设计方法。

第四章 输入输出系统

（一）目的与要求

1.掌握输入/输出系统的基本概念；了解与I/O有关的问题、设计I/O的三个标准。

2.了解磁盘的基本结构与性能公式；了解磁盘阵列RAID、磁带、光盘等各种存储设备。

3.掌握总线的基本工作原理及其分类。了解总线的三个常用的参数、总线标准和实例。

4.掌握通道处理机的定义。掌握通道的作用和功能、通道的工作过程、通道的种类以及通道的流量计算。

5.了解I/O与计算机的连接方式以及由此引起的数据的一致性问题。6.了解设计I/O系统的步骤以及I/O对计算机性能的影响。

（二）教学内容

1.主要内容

输入输出系统的特点、输入输出系统的组织方式、基本输入输出方式、中断源的组织、中断系统的软硬件功能分配、中断屏蔽、通道的作用和功能、通道的工作过程、通道种类、通道中的数据传送过程、通道的流量分析、输入输出处理机的作用、输入输出处理机的种类、输入输出处理机的特点。2.基本概念和知识点

异步性、实时性、与设备无关性、自制控制、层次结构、程序控制输入输 出方式、中断输入输出方式、直接存储器访问方式、中断源及其种类、中 断优先级、中断处理、中断响应、中断现场的保存和恢复、字节多路通道、选择通道、数组多路通道、输入输出处理机。3.问题与应用（能力要求）

要求学生掌握输入输出原理、中断系统、通道处理机和输入输出处理机的作用和工作过程。第五单元 标量处理机

（一）目的与要求

1.掌握多条指令在处理机中的重叠执行方式。2.掌握先行控制方式的原理和结构。3.掌握各种数据相关的解决办法。4.了解控制相关的解决办法。

5.领会流水方式的工作原理。

6.了解从不同角度对流水线的分类和定义。7.掌握有关流水线时空图的画法。8.能够计算出流水线的最大吞吐率。9.领会非线性流水线的调度技术。

10.领会局部相关和全局相关。

（二）教学内容

1.主要内容

指令的重叠执行方式、先行控制方式的原理和结构、数据相关、控制相关、流水线工作原理、流水线的分类、线性流水线的性能分析、非线性流水线的调度技术、局部相关、全局相关、超标量处理机、超流水线处理机、超标量超流水线处理机。2.基本概念和知识点

指令重叠执行、先行控制方式的原理、结构和性能分析，先行控制技术中数据相关和控制相关等各种相关性的分析和处理，流水线的工作原理、性能分析，时空图在线性流水线和非线性流水线性能分析中的应用，非线性流水线中的各种调度技术的分析和原理，非线性流水线中局部相关和全局相关的分析和处理。各种情况下流水线性能及其时空图分析，超标量和超流水线处理机性能分析及其中资源冲突分析处理，超标量和超流水线中存储器结构和存储方式的设计，各种流水线处理机性能的优化设计。3.问题与应用（能力要求）

要求学生掌握流水线技术，如：先行控制技术、流水线原理、流水线性能分析、非线性流水线的调度方法、局部数据相关和全局数据相关的处理方法。

第六章 向量处理机

（一）目的与要求

1.了解向量处理的基本概念、一般的向量处理机。

2.掌握提高向量处理机性能的常用技术、向量处理机的性能评价。

（二）教学内容

1.主要内容

向量处理的基本概念、向量处理机的结构、向量处理机的存取模式和数据结构、提高向量处理机性能的方法、向量处理机的性能评价。2.基本概念和知识点

向量处理的基本概念、三种向量处理方式、向量计算机中的存储器结构、存储器-存储器结构、寄存器-寄存器结构、向量处理机的存取模式和数据 5 结构、向量处理机中的新技术、稀疏矩阵处理技术、链接技术、向量循环和分段开采技术、向量递归技术，若干向量处理机实例结构分析，向量处理机的性能评价和优化设计。3.问题与应用（能力要求）

要求学生了解向量处理机的一般结构并初步具备分析算法和结构如何配合才能高效的处理多类计算机的问题的能力。

第四篇：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！

第五篇：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