计算机系统结构(第五版)第6章

第6章应用层6-01 因特网的域名结构是怎么样的？它与目前的电话网的号码结构有何异同之处？答：（1）域名的结构由标号序列组成，各标号之间用点隔开：… . 三级域名. 二级域名. 顶级域名。

各标号分别代表不同级别的域名。

（2）电话号码分为国家号结构，分为（中国+86）、区号、本机号。

6-02 域名系统的主要功能是什么？域名系统中的本地域名服务器、根域名服务器、顶级域名服务器以及权限域名权服务器有何区别？答：（1）域名系统的主要功能：将域名解析为主机能识别的IP 地址。

（2）因特网上的域名服务器系统也是按照域名的层次来安排的。

每一个域名服务器都只对域名体系中的一部分进行管辖。

共有四种不同类型的域名服务器。

即本地域名服务器、根域名服务器、顶级域名服务器以及权限域名权服务器。

当一个本地域名服务器不能立即回答某个主机的查询时，该本地域名服务器就以DNS 客户的身份向某一个根域名服务器查询。

若根域名服务器有被查询主机的信息，就发送DNS 回答报文给本地域名服务器，然后本地域名服务器再回答发起查询的主机。

但当根域名服务器没有被查询的主机的信息时，它一定知道某个保存有被查询的主机名字映射的权限域名服务器的IP 地址。

通常根域名服务器用来管辖顶级域。

根域名服务器并不直接对顶级域下面所属的所有的域名进行转换，但它一定能够找到下面的所有二级域名的域名服务器。

每一个主机都必须在权限域名服务器处注册登记。

通常，一个主机的权限域名服务器就是它的主机ISP 的一个域名服务器。

权限域名服务器总是能够将其管辖的主机名转换为该主机的IP 地址。

因特网允许各个单位根据本单位的具体情况将本域名划分为若干个域名服务器管辖区。

一般就在各管辖区中设置相应的权限域名服务器。

6-03 举例说明域名转换的过程。

域名服务器中的高速缓存的作用是什么？答：（1）把不方便记忆的IP 地址转换为方便记忆的域名地址。

（2）作用：高速缓存用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录，能提高DNS查询效率，大大减轻根域名服务器的负荷，使因特网上的DNS查询请求和回答报文的数量大为减少。

计算机系统结构第五版习题答案1.层次结构现代通用的计算机系统是由紧密相关的硬件和软件组成的。

从使用语言的角度，可以将系统看成是按功能划分的多层机器级组成的层次结构，由高到低分别为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器语言机器级和微程序机器级。

2.计算机系统结构也称计算机体系结构，它只是系统结构中的一部分，指的是层次结构中的传统机器级的系统结构。

其界面之上包括操作系统级、汇编语言级、高级语言级和应用语言级中所有软件的功能，该界面之下包括所有硬件和固件的功能。

3.计算机实现指的是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，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，微组装技术，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。

它着眼于器件技术和微组装技术，其中，器件技术在实现技术中起着主导作用。

4.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。

5.霍夫曼压缩概念霍夫曼压缩概念的基本思想时，当各种事件发生的概率不均等时，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，而对出现概率较低的事件允许用较长的位数来表示，就会使表示的平均位数缩短。

6.RISC精简指令系统（RISC），不是简单地把指令系统进行简化，而是通过简化指令的途径使计算机的结构更加简单合理，以减少指令的执行周期数，从而提高运算速度。

7.CISC复杂指令系统（CISC），设计风格力图缩小机器语言与高级语言的语义差距，使源程序长度尽可能的短，以及尽可能少的访问存储器和执行尽可能少的指令，以求获得高性能。

8.非专用总线可以被多种功能或多个部件所分时共享，同一时间只有一对部件可使用总线进行通信。

9.数据宽度I/O设备取得I/O总线后所传送数据的总量.10.中断响应次序是在同时发生多个不同中断类的中断请求时，中断响应硬件中的排队器所决定的响应次序。

11.中断处理次序中断处理完的次序，也即中断处理程序完成中断处理的次序。

计算机系统结构习题解答第一章习题一1.2一台经解释实现的计算机，可以按照功能划分成4级。

每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。

若执行第1级的一条指令需K纳秒时间，那么执行第2、3、4级的一条指令个需要多少时间？解：①分析：计算机按功能分级时，最底层的为第1级。

向上一次是第2 、3、4级。

解释执行是在低级机器级上，用它的一串指令或语句来解释执行高一级上的一条指令的功能。

是逐条解释的。

②解答：执行第2、3、4级的一条指令各需KNns,KN2ns,KN3ns的时间。

1.3操作系统机器级的某些指令就用传统机器级的指令，这些指令可以用微程序直接实现，而不由操作系统自己来实现。

根据你对习题1.2的回答，你认为这样做有哪两个好处？答：可以加快操作系统操作命令解释的速度。

同时也节省了存放解释操作命令这部分解释程序所占用的空间。

简化了操作系统机器级的设计。

也有利于减少传统机器级的指令条数。

1.5硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？试举例说明。

答：硬件和软件在逻辑意义上是等效的。

在物理意义上是不等效的。

①在原理上，用硬件或固件实现的功能完全可以用软件来完成。

用软件实现的功能也可以用硬件或固件来完成。

功能一样。

②只是反映在速度、价格、实现的难易程度上，这两者是不同的。

性能不同。

③例如，浮点运算在80386以前一直是用软件实现的。

到了80486，将浮点运算器集成到了CPU中，可以直接通过浮点运算指令用硬件实现。

但速度却高的多。

1.9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；指令缓冲器。

答：①对系统程序员和应用程序员均透明的：是全用硬件实现的计算机组成所包含的方面。

有：数据通路宽度、Cache存储器、指令缓冲器。

②仅对应用程序员透明的：是一些软硬件结合实现的功能。

有：虚拟存储器、程序状态字、“启动I/O”指令。

第1章计算机系统概述1.1 列出并简要地定义计算机的四个主要组成部分。

主存储器，存储数据和程序；算术逻辑单元，能处理二进制数据；控制单元，解读存储器中的指令并且使他们得到执行；输入/输出设备，由控制单元管理。

1.2 定义处理器寄存器的两种主要类别。

用户可见寄存器：优先使用这些寄存器，可以使机器语言或者汇编语言的程序员减少对主存储器的访问次数。

对高级语言而言，由优化编译器负责决定把哪些变量应该分配给主存储器。

一些高级语言，如C语言，允许程序言建议编译器把哪些变量保存在寄存器中。

控制和状态寄存器：用以控制处理器的操作，且主要被具有特权的操作系统例程使用，以控制程序的执行。

1.3 一般而言，一条机器指令能指定的四种不同操作是什么？处理器－寄存器：数据可以从处理器传送到存储器，或者从存储器传送到处理器。

处理器－I/O：通过处理器和I/O模块间的数据传送，数据可以输出到外部设备，或者从外部设备输入数据。

数据处理：处理器可以执行很多关于数据的算术操作或逻辑操作。

控制：某些指令可以改变执行顺序。

1.4 什么是中断？中断：其他模块（I/O，存储器）中断处理器正常处理过程的机制。

1.5 多中断的处理方式是什么？处理多中断有两种方法。

第一种方法是当正在处理一个中断时，禁止再发生中断。

第二种方法是定义中断优先级，允许高优先级的中断打断低优先级的中断处理器的运行。

1.6 内存层次的各个元素间的特征是什么？存储器的三个重要特性是：价格，容量和访问时间。

1.7 什么是高速缓冲存储器？高速缓冲存储器是比主存小而快的存储器，用以协调主存跟处理器，作为最近储存地址的缓冲区。

1.8 列出并简要地定义I/O操作的三种技术。

可编程I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令（用以执行这个指令）；在进一步的动作之前，处理器处于繁忙的等待中，直到该操作已经完成。

中断驱动I/O：当处理器正在执行程序并遇到与I/O相关的指令时，它给相应的I/O模块发布命令，并继续执行后续指令，直到后者完成，它将被I/O模块中断。

第六章中央处理器2. 简单回答下列问题。

（参考答案略）（1）CPU的基本组成和基本功能各是什么？（2）取指令部件的功能是什么？（3）控制器的功能是什么？（4）为什么对存储器按异步方式进行读写时需要WMFC信号？按同步方式访问存储器时，CPU如何实现存储器读写？（5）单周期处理器的CPI是多少？时钟周期如何确定？为什么单周期处理器的性能差？元件在一个指令周期内能否被重复使用？为什么？（6）多周期处理器的设计思想是什么？每条指令的CPI是否相同？为什么在一个指令周期内某个元件可被重复使用？（7）单周期处理器和多周期处理器的控制逻辑设计的差别是什么？（8）硬布线控制器和微程序控制器的特点各是什么？（9）为什么CISC大多用微程序控制器实现，RISC大多用硬布线控制器实现？（10）水平型微指令和垂直型微指令的基本概念和优缺点是什么？（11）CPU检测内部异常和外部中断的方法有什么不同？3. 在书中图6.9中，假定总线传输延迟和ALU运算时间分别是20ps和200ps，寄存器建立时间为10ps，寄存器保持时间为5ps，寄存器的锁存延迟（Clk-to-Q time）为4ps，控制信号的生成延迟（Clk-to-signal time）为7ps，三态门接通时间为3ps，则从当前时钟到达开始算起，完成以下操作的最短时间是多少？（1）将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器（2）将程序计数器PC加1参考答案：（1）寄存器的锁存延迟与控制信号的生成延迟的时间重叠，且Clk-to-signal time> Clk-to-Q time，所以完成寄存器传送的时间延迟为：7+3+20+10=40ps。

（2）分两个阶段：PC+1→Z ：7+3+20+200+10=240ps；Z→PC：7+3+20+10==40ps寄存器保持时间用来作为时间约束。

4. 图6.30给出了某CPU内部结构的一部分，MAR和MDR直接连到存储器总线（图中省略）。

计算机组成原理 第五版 习题答案第一章...............................................................................................................................................1第二章...............................................................................................................................................3第三章.............................................................................................................................................14第四章.............................................................................................................................................19第五章.............................................................................................................................................21第六章.............................................................................................................................................27第七章.............................................................................................................................................31第八章.............................................................................................................................................34第九章 (36)第一章1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。

第六章向量处理机．在大型数组的处理中常常包含向量计算，按照数组中各计算相继的次序，我们可以1把向量处理方法分为哪三种类型？纵横处理方式纵向处理方式,横向处理方式,横向处理方式：向量计算是按行的方式从左至右横向的进行纵向处理方式：向量计算是按列的方式自上而下纵向的进行纵横处理方式：横向处理和纵向处理相结合的方式．解释下列与向量处理有关的术语。

2为了使向量硬件设备和标量设备的利用率相等，一个程序）向量和标量的平衡点：（1中向量代码所占的百分比）用户代码的向量化比值：用户代码可向量化的部分占全部的比重2（将标量运算进行向量化或者将向量运算进行适当的修改3）向量化编译器或量化器：（使之能够进入向量处理进行向量处理的编译器3．简要叙述提高向量处理机性能的常用技术1）链接技术（2）向量循环或分段开采技术（3）向量递归技术（4）稀疏矩阵的处理技术（4．下述的几个需要解决的问题中，那个是向量处理机所最需要关心的？计算机指令的优化技术A.设计满足运算器带宽要求的存储器B.如何提高存储器的利用率，增加存储器系统的容量C.纵横处理方式的划分问题D.速度，1Mflops假设系统在向量模式下面能够达到9Mflops,在标量模式下能够达到5.而代码的90%是向量运算，10%是标量运算，这样花在两种模式上的计算时间相等。

那么向量平衡点是：A.0.1 一个程序中向量代码所占的百分比D.以上都不是6.查看下面三条指令：V3←AV2←V0+V1V4←V2*V3假设向量长度小于64,且前后其他的指令均没有相关性，数据进入和流出每个功能部件，包括访问存储器都需要一拍的时间，假设向量的长度为N。

三条指令全部采用串行的方法，那么执行的时间是：+20 +21+22 +237．下面一组向量操作能分成几个编队？假设每种流水功能部件只有一个。

LV V1,Rx ;取向量MULTSV V2,F0,V1 ;向量和标量相乘Y取向量; ,Ry V3 LVADDV V4,V2,V3 ;加法SV Ry,V4 ;存结果可以划分成四个编队：（1）LV （2）MULTSV LV （3）ADDV （4）SV8.在一台向量处理机上实现A=B×s操作，其中A和 B是长度为200的向量，s是一个标量。

第一章1.6 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＝1.776 (或259460) （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS (或2595180MIPS) （3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575μs1.9 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（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SeFeFe S n +-=)1(1可得4类操作均改进后，整个程序的加速比：2.16)1(1≈+-=∑∑iii n S F F S1.10 第二章变长编码，哈夫曼编码第三章3.12 有一条指令流水线如下所示：（1）求连续输入10条指令的情况下，该流水线的实际吞吐率和效率。

（2）该流水线的瓶颈在哪一段？请采用两种不同的措施消除此瓶颈。

对于你所给出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？ 解：（1）本题主要考察对各功能段用时不等的线性流水线的性能计算公式的掌握情况。

2200(ns)2009200)10050(50t n t T maxki i =⨯++++=∆-+∆=∑=)1(1流水 )(ns 2201T nTP 1-==流水45.45%1154400TP ktTP E k1i i≈=⋅=∆⋅=∑= 注意：对于公式不能死记硬背，需要充分理解，注意公式的适用条件。