一、單項選擇題(本大題共10小題，每小題1分，共10分)二、填空題(本大題共20空，每空1分，共20分)三、簡答題(本大題共5小題，每小題6分，共30分)四、簡單應用題(本大題共2小題，每小題10分，共20分)五、綜合應用題(本大題共2小題，每小題10分，共20分)1.有一臺經解釋實現的計算機，可以按功能劃分成4級，每一級為了執行一條指令，需要下一級的N條指令來解釋。如果執行第1級的一條指令要Kns時間，那么執行第2、第3和第4級的一條指令各需要用多少時間？

解答：

執行第2、第3和第4級的一條指令各需要KNns、KN^2ns、KN^3ns的時間。1.有一個計算機系統可按功能分成4級，每級的指令互不相同，每一級的指令都比其下一級的指令在效能上強M倍，即第i級的一條指令能完成第i-1級的M條指令的計算量。現若需第i級的N條指令解釋第i+1級的一條指令，而有一段第1級的程序需要運行Ks，問在第2、3和4級上一段等效程序各需要運行多長時間？

答：

第2級上等效程序需運行：(N/M)*Ks。第3級上等效程序需運行：(N/M)*(N/M)*Ks。第4級上等效程序需運行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。

note:

由題意可知：第i級的一條指令能完成第i-1級的M條指令的計算量。而現在第i級有N條指令解釋第i+1級的一條指令，那么，我們就可以用N/M來表示N/M表示第i+1級需(N/M)條指令來完成第i級的計算量。所以，當有一段第1級的程序需要運行Ks時，在第2級就需要(N/M)Ks，以此類推2.硬件和軟件在什么意義上是等效的？在什么意義上又是不等效的？試舉例說明。

答：軟件和硬件在邏輯功能上是等效的，原理上，軟件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用軟件模擬完成。但是實現的性能價格比，實現的難易程序不同。

在DOS操作系統時代，漢字系統是一個重要問題，早期的漢字系統的字庫和處理程序都固化在漢卡（硬件）上，而隨著CPU、硬盤、內存技術的不斷發展，UCDOS把漢字系統的所有組成部份做成一個軟件。

3.試以實例說明計算機系統結構、計算機組成與計算機實現之間的相互關系與影響。

答：計算機系統結構、計算機組成、計算機實現互不相同，但又相互影響。

（1）計算機的系統結構相同，但可采用不同的組成。如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低檔到高檔的多種型號機器。從匯編語言、機器語言程序設計者看到的概念性結構相同，均是由中央處理機/主存，通道、設備控制器，外設4級構成。其中，中央處理機都有相同的機器指令和匯編指令系統，只是指令的分析、執行在低檔機上采用順序進行，在高檔機上采用重疊、流水或其它并行處理方式。

（2）相同的組成可有多種不同的實現。如主存器件可用雙極型的，也可用MOS型的；可用VLSI單片，也可用多片小規模集成電路組搭。

（3）計算機的系統結構不同，會使采用的組成技術不同，反之組成也會影響結構。如為實現A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系統結構，也可采用面向主存的三地址尋址方式的系統結構。要提高運行速度，可讓相加與相乘并行，為此這兩種結構在組成上都要求設置獨立的加法器和乘法器。但對面向寄存器的系統結構還要求寄存器能同時被訪問，而對面向主存的三地址尋址方式的系統結構并無此要求，倒是要求能同時形成多個訪存操作數地址和能同時訪存。又如微程序控制是組成影響結構的典型。通過改變控制存儲器中的微程序，就可改變系統的機器指令，改變結構。如果沒有組成技術的進步，結構的進展是不可能的。

綜上所述，系統結構的設計必須結合應用考慮，為軟件和算法的實現提供更多更好的支持，同時要考慮可能采用和準備采用的組成技術。應避免過多地或不合理地限制各種組成、實現技術的采用和發展，盡量做到既能方便地在低檔機上用簡單便宜的組成實現，又能在高檔機上用復雜較貴的組成實現，這樣，結構才有生命力；組成設計上面決定于結構，下面受限于實現技術。然而，它可與實現折衷權衡。例如，為達到速度要求，可用簡單的組成但卻是復雜的實現技術，也可用復雜的組成但卻是一般速度的實現技術。前者要求高性能的器件，后者可能造成組成設計復雜化和更多地采用專用芯片。

組成和實現的權衡取決于性能價格比等因素；結構、組成和實現所包含的具體內容隨不同時期及不同的計算機系統會有差異。軟件的硬化和硬件的軟件都反映了這一事實。VLSI的發展更使結構組成和實現融為一體，難以分開。

4.什么是透明性概念？對計算機系統結構，下列哪些是透明的？哪些是不透明的？

存儲器的模m交叉存取；浮點數據表示；I/O系統是采用通道方式還是外圍處理機方式；數據總線寬度；字符行運算指令；陣列運算部件；通道是采用結合型還是獨立型；PDP-11系列的單總線結構；訪問方式保護；程序性中斷；串行、重疊還是流水控制方式；堆棧指令；存儲器最小編址單位；Cache存儲器。

答：透明指的是客觀存在的事物或屬性從某個角度看不到。

透明的有：存儲器的模m交叉存取；數據總線寬度；陣列運算部件；通道是采用結合型還是獨立型；PDP-11系列的單總線結構串行、重疊還是流水控制方式；Cache存儲器。

不透明的有：浮點數據表示；I/O系統是采用通道方式還是外圍處理機方式；字符行運算指令；訪問方式保護；程序性中斷；；堆棧指令；存儲器最小編址單位。5.從機器（匯編）語言程序員看，以下哪些是透明的？

指令地址寄存器；指令緩沖器；時標發生器；條件寄存器；乘法器；主存地址寄存器；磁盤外設；先行進位鏈；移位器；通用寄存器；中斷字寄存器。

答：透明的有：指令緩沖器、時標發生器、乘法器、先進先出鏈、移位器、主存地址寄存器。6.下列哪些對系統程序員是透明的？哪些對應用程序員是透明的？

系列機各檔不同的數據通路寬度；虛擬存儲器；Cache存儲器；程序狀態字；“啟動I/O”指令；“執行”指令；指令緩沖寄存器。

答：對系統程序員透明的有：系列機各檔不同的數據通路寬度；Cache存儲器；指令緩沖寄存器；

對應用程序員透明的有：系列機各檔不同的數據通路寬度；Cache存儲器；指令緩沖寄存器；虛擬存儲器；程序狀態字；“啟動I/O”指令。

note:系列機各檔不同的數據通路寬度、Cache存貯器、指令緩沖寄存器屬于計算機組成，對系統和程序員和應用程序員都是透明的。

虛擬存貯器、程序狀態字、“啟動I/O”指令，對系統程序員是不透明的，而對應用程序員卻是透明的。

“執行”指令則對系統程序員和應用程序員都是不透明的。

7.想在系列機中發展一種新型號機器，你認為下列哪些設想是可以考慮的，哪些則不行的？為什么？

新增加字符數據類型和若干條字符處理指令，以支持事務處理程序的編譯。

（2）為增強中斷處理功能，將中斷分級由原來的4級增加到5級，并重新調整中斷響應的優先次序。

（3）在CPU和主存之間增設Cache存儲器，以克服因主存訪問速率過低而造成的系統性能瓶頸。

（4）為解決計算誤差較大，將機器中浮點數的下溢處理方法由原來的恒置“1”法，改為用ROM存取下溢處理結果的查表舍入法。

（5）為增加尋址靈活性和減少平均指令字長，將原等長操作碼指令改為有3類不同碼長的擴展操作碼；將源操作數尋址方式由操作碼指明改成如VAX-11那種設尋址方式位字段指明。

（6）將CPU與主存間的數據通路寬度由16位擴展成32位，以加快主機內部信息的傳送。

（7）為減少公用總路線的使用沖突，將單總線改為雙總線。

（8）把原0號通用寄存器改作堆棧指示器。

答：可以考慮的有：1,3,4,6,7。不可以考慮的有：2,5,8。

原則是看改進后能否保持軟件的可移植性。

P.S.為了能使軟件長期穩定，就要在相當長的時期里保證系統結構基本不變，因此在確定系列結構時要非常慎重。其中最主要是確定好系列機的指令系統、數據表示及概念性結構。既要考慮滿足應用的各種需要和發展，又要考慮能方便地采用從低速到高速的各種組成的實現技術，即使用復雜、昂貴的組成實現時，也還能充分發揮該實現方法所帶來的好處。8.并行處理計算機除分布處理、MPP和機群系統外，有哪4種基本結構？列舉它們各自要解決的主要問題。

答：除了分布處理，MPP和機群系統外，并行處理計算機按其基本結構特征可分為流水線計算機，陣列處理機，多處理機和數據流計算機四種不同的結構。

流水線計算機主要通過時間重疊，讓多個部件在時間上交劃重疊地并行招待運算和處理，以實現時間上的并行。它主要應解決：擁塞控制，沖突防止，流水線調度等問題。

陣列處理機主要通過資源重復實現空間上的并行。它主要應解決：處理單元靈活、規律的互連模式和互連網絡設計，數據在存儲器中的分布算法等問題。

多處理機主要通過資源共享，讓一組計算機在統一的操作系統全盤控制下，實現軟件和硬件各級上的相互作用，達到時間和空間上的異步并行。它主要應解決：處理機間互連等硬件結構，進程間的同上步和通訊，多處理機調度等問題。

數據流計算機設有共享變量的概念，指令執行順序只受指令中數據的相關性制約。數據是以表示某一操作數或參數已準備就緒的數據令牌直接在指令之間傳遞。它主要應解決：研究合適的硬件組織和結構，高效執行的數據流語言等問題。9.計算機系統的3T性能目標是什么？

答：計算機系統的3T性能目標是1TFLOPS計算能力,1TBYTE主存容量和1TBYTES的I/O帶寬6.下列哪些對系統程序員是透明的？哪些對應用程序員是透明的？

系列機各檔不同的數據通路寬度；虛擬存儲器；Cache存儲器；程序狀態字；“啟動I/O”指令；“執行”指令；指令緩沖寄存器。

答：對系統程序員透明的有：系列機各檔不同的數據通路寬度；Cache存儲器；指令緩沖寄存器；

對應用程序員透明的有：系列機各檔不同的數據通路寬度；Cache存儲器；指令緩沖寄存器；虛擬存儲器；程序狀態字；“啟動I/O”指令。

note:系列機各檔不同的數據通路寬度、Cache存貯器、指令緩沖寄存器屬于計算機組成，對系統和程序員和應用程序員都是透明的。

虛擬存貯器、程序狀態字、“啟動I/O”指令，對系統程序員是不透明的，而對應用程序員卻是透明的。

“執行”指令則對系統程序員和應用程序員都是不透明的。1.在計算機系統結構設計中，提高硬件功能實現的比例可(C)【7頁】A.提高硬件利用率 B.提高系統的運行速度C.減少需要的存儲器容量 D.提高系統的性能價格比1.下列屬于計算機系統結構研究范疇的是(A)A.指令系統的確定 B.可靠性技術C.數據通路寬度 D.乘法器的物理實現2.對系統程序員不透明的是(A)A.系列機各檔不同的數據通路寬度 B.Cache存儲器C.程序狀態字 D.指令緩沖寄存器3.按弗林(Flynn)提出的計算機系統分類方法，多處理機屬于(D)A.SISD B.SIMDC.MISD D.MIMD14.按弗林(MichaelJ.Flynn)的觀點，計算機系統可分為單指令流單數據流、_______、多指令流單數據流和_______四大類。2.對機器語言程序員透明的是(D)A.中斷字寄存器 B.條件碼寄存器C.通用寄存器 D.乘法器3.按弗林(Flynn)提出的計算機系統分類方法，陣列處理機屬于(B)A.SISD B.SIMDC.MISD D.MIMD1.指令系統的確定屬于(A)A.計算機系統結構 B.計算機組成C.計算機實現 D.計算機應用11.用(機器語言程序)解釋實現軟件移植的方法稱為模擬；用(微程序)直接解釋另一種機器指令系統的方法稱為仿真。1．在計算機系統結構設計中，提高軟件功能實現的比例可（C）A．提高解題速度 B．減少需要的存儲器容量C．提高系統的靈活性 D．提高系統的性能價格比13.計算機仿真用_______解釋，計算機模擬用_______解釋。5.輸入輸出系統硬件的功能對()是透明的。A.操作系統程序員B.應用程序員C.系統結構設計人員D.機器語言程序設計員1.計算機使用的語言是()A.專屬軟件范疇，與計算機體系結構無關B.分屬于計算機系統各個層次C.屬于用以建立一個用戶的應用環境D.屬于符號化的機器指令23.計算機仿真適合在兩種結構差距大的機器間運用。錯誤11．我們說以軟件為主實現的機器為（虛擬機器），以區別由硬件或（固件）實現的實際機器。12．計算機系統的3T性能目標是（1TFLOPS）的計算能力、（1Tbytes）的主存容量和1Tbyte／s的I／O帶寬。1．實現匯編語言源程序變換成機器語言目標程序是由（D）A．編譯程序解釋 B．編譯程序翻譯C．匯編程序解釋 D．匯編程序翻譯2．系列機軟件必須保證（C）A．向前兼容，并向上兼容 B．向前兼容，并向下兼容C．向后兼容，力爭向上兼容 D．向后兼容，力爭向下兼容1．對計算機系統結構透明的是（）A．VLSI技術 B．虛擬存儲器C．字符行運算指令 D．是否使用通道型I/O處理機2．下面說法中不正確的是（）A．軟件設計費用比軟件重復生產費用高B．硬件的設計費用比軟件的設計費用低C．硬件的生產費用比軟件的生產費用高D．硬件功能只需實現一次，而軟件功能可能要多次重復實現1．對系統程序員不透明的應當是(A)[對系統程序員透明：系列機各檔不同的數據通路寬度，cache存儲器，指令緩沖寄存器]對應用程序員透明的有：系列機各檔不同的數據通路寬度，cache存儲器，指令緩沖寄存器虛擬存儲器，程序狀態字，啟動I/0指令】A．虛擬寄存器 B．Cache存儲器C．指令緩沖寄存器 D．系列機各檔不同的數據通路寬度2．在計算機系統設計中，比較好的方法是(D)A．從上向下設計 B．從下向上設計C．從兩頭向中間設計 D．從中間開始向上、向下設計3．程序員編寫程序時使用的地址是(C)A．有效地址 B．主存地址C．邏輯地址 D．輔存實地址2.對計算機系統結構透明的是(A)3頁

A.機器級內部的數據流和控制流的組成B.內存的最小編址單位

C.中斷的分類與分級D.信息保護方式和保護機構

1.計算機系統的設計思路中，較好的是(C)10頁

A.由上往下B.由下往上

C.由中間開始D.由兩邊向中間

12.實現軟件移植的基本技術有_統一高級語言_____、采用系列機、__模擬與仿真___。【11~13頁】11.提高計算機系統并行性的主要技術途徑有(時間重疊)、(資源重復)和資源共享。14.開發并行性的途徑有____________、____________和資源共享等。11.用機器語言程序解釋實現軟件移植的方法稱為(模擬)；用(微程序)直接解釋另一種機器指令系統實現軟件移植的方法稱為仿真。多處理機實現的是（指令）、（作業）、（任務）間的并行。11．系列機軟件兼容必須做到向______后________兼容，盡可能爭取向_______上_______兼容。12．仿真和模擬的主要區別在于解釋用的語言。仿真是用微程序解釋，其解釋程序在_______控制存儲器_______中，而模擬是用_____機器語言程序_________解釋，其解釋程序在主存中。22.簡述開發并行性的三種途徑。答：（1）時間重疊引入時間因素，是讓多個處理過程在時間上相互錯開，輪流使用同一套硬件設備的各個部分，以加快硬件周轉使用來贏得速度。

（2）資源重復通過重復設置硬件資源來提高性能。（3）資源共享是用軟件方法讓多個用戶按一定時間順序輪流使用同一套資源，來提高其利用率，相應也就提高了系統的性能。