计算机系统结构三四章作业及答案

第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构:按照计算机语言从低级到高级的次序,把计算机系统按功能划分成多级层次结构,每一层以一种不同的语言为特征。

这些层次依次为:微程序机器级,传统机器语言机器级,汇编语言机器级,高级语言机器级,应用语言机器级等。

虚拟机:用软件实现的机器。

翻译:先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序,然后再在这低一级机器上运行,实现程序的功能。

解释:对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令,都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。

执行完后,再去高一级机器取下一条语句或指令,再进行解释执行,如此反复,直到解释执行完整个程序。

计算机系统结构:传统机器程序员所看到的计算机属性,即概念性结构与功能特性。

在计算机技术中,把这种本来存在的事物或属性,但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

计算机组成:计算机系统结构的逻辑实现,包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

计算机实现: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,模块、插件、底板的划分与连接,信号传输,电源、冷却及整机装配技术等。

系统加速比:对系统中某部分进行改进时,改进后系统性能提高的倍数。

Amdahl定律:当对一个系统中的某个部件进行改进后,所能获得的整个系统性能的提高,受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

程序的局部性原理:程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的,而是相对地簇聚。

包括时间局部性和空间局部性。

CPI:每条指令执行的平均时钟周期数。

测试程序套件:由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序,用来测试计算机在各个方面的处理性能。

存储程序计算机:冯·诺依曼结构计算机。

其基本点是指令驱动。

程序预先存放在计算机存储器中,机器一旦启动,就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序,自动完成由程序所描述的处理工作。

系列机:由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。

第3章 部分习题参考答案3.2 （题目略）【解】overlap o i cpu T T T T -+=/，其中T overlap 的最大值为T cup 。

由题意可得当CPU 速度提高4倍后，T ＝30/4+20-30/4=20(s)。

（注：T overlap 为CPU 和I/O 重叠执行的时间）3.7 （题目略）【解】（1）处理机响应各中断源的中断请求的先后次序与它们的中断优先级一样：D 1D 2D 3D 4D 5；实际的中断处理次序为：D 1D 2D 3D 4D 5。

（2）处理机响应各中断源的中断请求的先后次序与它们的中断优先级一样：D 1D 2D 3D 4D 5；实际的中断处理次序为： D 4D 5 D 3 D 2D 1。

（3）处理机响应各中断源的中断服务请求和实际运行中断服务程序过程的示意图如下：（4）处理机响应各中断源的中断服务请求和实际运行中断服务程序过程的示意图如下：3.9 （题目略）【解】字节多路通道适用于连接大量像光电机等字符类低速设备。

这些设备传送一个字中断请求D 3,D 4,D 5时间tD 1， D 2 中断请求主程序中断服务程序 D 1,D 2,D 3,D 4,D 5 时间t符（字节）的时间很短，但字符（字节）间的等待时间很长。

通道“数据宽度”为单字节，以字节交叉方式轮流为多台设备服务，使效率提高。

字节多路通道可有多个子通道，同时执行多个通道程序。

数组多路通道适合于连接多台像磁盘等高速设备。

这些设备的传送速率很高，但传送开始前的寻址辅助操作时间很长。

通道“数据宽度”为定长块，多台设备以成组交叉方式工作，以充分利用并尽量重叠各台高速设备的辅助操作时间。

传送完K个字节数据，就重新选择下个设备。

数组多路通道可有多个子通道，同时执行多个通道程序。

选择通道适合于连接像磁盘等优先级高的高速设备，让它独占通道，只能执行一道通道程序。

通道“数据宽度”为可变长块，一次将N个字节全部传送完，在数据传送期只选择一次设备。

第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。

这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。

虚拟机：用软件实现的机器。

翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。

解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。

执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。

计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。

在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。

计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

计算机实现：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，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。

系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。

Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。

程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。

包括时间局部性和空间局部性。

CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。

测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。

存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。

其基本点是指令驱动。

程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。

系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。

1. 三种通过软件（编译器）来减少分支延迟的方法为（）、（）、（）1.预测分支失败2.预测分支成果3.延迟分支2.消除流水线的瓶颈段的方法有（）和（）2种。

1.细分瓶颈段2.重复设置瓶颈段3. 衡量流水线的主要性能指标是（）、（）和（）。

N段不等长的流水线中，其结果的输出速度取决于处理时间（）的子过程1.吞吐率2.加速比3.效率4.时间最长4. 流水线中的冲突主要分为以下3种类型：（）、（）和（），其中数据冲突又分为如下3类：（）、（）和（）。

1.结构冲突2.数据冲突3.控制冲突：（1）写后读RAW冲突（2）写后写WAW冲突（3）读后写WAR冲突5. 相关有三种类型，即（），（）和（）。

其中（）相关还包括输出相关和反相关两种。

1.数据相关2.名相关3.控制相关4.名相关6. 简述流水寄存器的作用。

流水寄存器的作用：1.将各段的工作隔开，使得他们不会相互干扰。

流水寄存器是边沿触发写入的，这点非常重要。

2.保存相应段的处理过程。

3.向后传递后面段将会用的数据和控制信息。

选择题：1. 与线性流水线最大吞吐率有关的是（）(2.0分)A.第一个功能段的执行时间B.最快那一段的执行时间C.最慢那一段的执行时间D.最后的功能段的执行时间2. 以下哪种方法不能用于解决数据冲突（）。

(2.0分)A.链接技术B.定向技术C.流水线互锁机制D.编译器指令调度3. 非线性流水线的特征是（）。

(2.0分)A.一次运算中使用流水线中的多个段B.一次运算中要多次使用流水线中的某些功能段C.流水线的各个功能段在不同运算中可以有不同的连接D.流水线中某些功能段在各次运算中的作用不同4. 评价流水线的性能指标是（）。

(2.0分)A.吞吐率、流水线的加速比和执行程序所需要的时钟周期数B.吞吐率、流水线的加速比和所执行的指令条数C.吞吐率、流水线的加速比和CPID.吞吐率、流水线的加速比和效率5. 寄存器换名技术可以减少如下冲突带来的暂停：（）(2.0分)A.读后写冲突；B.结构冲突；C.写后读相关；D.控制相关。

第三章练习题（1）一、单项选择题在下面各题的4个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把正确答案的标号（A~D）填入题后面的括号中。

1．程序员编写程序时使用的访存地址是（）。

A．物理地址B．有效地址C．逻辑地址D．主存地址2．虚拟存储器通常采用的地址映像是（D ）。

A．全相联、组相联和直接映像B．直接映像C．组相联映像D．全相联映像3．不属于堆栈型替换算法是（）。

A．近期最少使用替换算法B．先进先出替换算法C．最优替换算法D．近期最久未使用替换算法4.确保提高虚拟存储器的主存命中率的途径是（）。

A．采用LFU替换算法并增大页面数B．采用FIFO替换算法并增大页面C．采用FIFO替换算法并增大页面数D．采用LRU替换算法并增大页面5.虚拟存储器主要是为了解决（）问题。

A．便于程序的“访存操作”B．扩大存储系统的容量和提高存储系统的速度C．提高存储系统的速度D．扩大存储系统的容量6.与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（）。

A．辅存的容量B．主存的容量C．页面替换算法D．访存页地址流二、填空题1．使二级存储系统的等效访问速度接近于第一级存储器访问速度的依据是程序的（局部性原理），它包括（时间局部性）和（空间局部性）两个方面。

2．程序的空间局部性是指程序通常是（顺序）存储和执行的，程序使用的数据通常是（簇聚或集中）存储的。

3．假设T1和T2分别是CPU访问到M1和M2中信息所需要的时间，H为命中M1的概率，则由M1和M2构成的二级存储系统的等效访问时间应当表示为（H*T1+(1-H)*T2）。

4．存储器速度性能可以采用存储器的（频宽）衡量，它是存储器单位时间能够访问的信息量。

5．虚拟存储器的存储管理方式有（页式）、（段式）和（段页式）三种。

6．页式虚拟存储器把（程序“虚拟”）空间和（主存储器“物理实”）空间都分成相同大小的页。

7．当两个虚拟空间的页面要求装入同一个主存页面的位置，称为（实页冲突或页面争用）。

计算机体系结构各章简答题及答案第⼀章计算机体系结构的基本概念1. 什么是计算机系统的多级层次结构？2. 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？3. 经典计算机系统结构的实质是什么？4. 语⾔实现的两种基本技术是什么？5. 对于通⽤寄存器型机器来说，机器语⾔程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些？6. 什么是软件兼容软件兼容有⼏种其中哪⼀种是软件兼容的根本特征？7. 什么是系列机它的出现较好地解决了什么⽭盾？8. 对计算机发展⾮常关键的实现技术有哪些？9. 实现软件移植的主要途径有哪些？10. 试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。

11. 存储程序计算机在系统结构上的主要特点是什么？12. 从系统结构的发展情况看，新型系统结构的设计主要从哪两⽅⾯着⼿？13. 软件技术两个最重要的发展趋势是什么？14. 计算机系统设计⼈员的技术挑战主要来⾃哪⼏个⽅⾯？15. ⼀种计算机系统结构的⽣命周期是怎样的？16. 商品的标价（价格）由哪些因素构成？17. 对计算机系统成本产⽣影响的主要因素有哪些？18. ⽤户CPU时间由哪三个因素决定？19. ⽬前常⽤的测试程序分为哪五类？20. 什么叫测试程序组件在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个？21. SPEC2000测试程序组件中包括哪⼏个测试程序组件？22. 测试基于Microsoft公司的Windows系列操作系统平台的最常⽤测试组件有哪些？23. 常⽤的专门的性能指标测试程序有哪些？24. 计算机系统结构设计和分析中最经常使⽤的三条基本原则是什么25. 根据Amdahl定律，系统加速⽐由哪两个因素决定？26. 从执⾏程序的⾓度看，并⾏性等级从低到⾼可分为哪⼏级？27. 从处理数据的⾓度，并⾏性等级从低到⾼可以分为哪⼏级？28. 计算机系统中提⾼并⾏性的技术途径有哪三种？29. 多机系统的耦合度可以分为哪⼏类？30. 单机系统和多机系统中，都是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机？31. 三种类型的多处理机（同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统）的主要区别是什么1. 什么是计算机系统的多级层次结构从计算机语⾔的⾓度，把计算机系统按功能划分成以下多级层次结构：2. 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硬件和软件在功能实现上是等效的，即⼀种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。

1. 假设一条指令的执行过程分为“取指令”、“分析”和“执行”三段，每一段的时间分别是△t 、2△t 和3△t 。

在下列各种情况下，分别写出连续执行n 条指令所需要的时间表达式。

⑴ 顺序执行方式。

⑵ 仅“取指令”和“执行”重叠。

⑶ “取指令”、“分析”和“执行”重叠。

答：⑴ 顺序执行方式12 ......1 2 12T ＝∑=++n1i i i i )t t t (执行分析取址＝n(△t ＋2△t ＋3△t)＝6n △t⑵ 仅“取指令”和“执行”重叠12 ......1 212T ＝6△t ＋∑=+1-n 1i i i )t t (执行分析＝6△t ＋(n-1)(2△t ＋3△t)＝(5n ＋1)△t⑶ “取指令”、“分析”和“执行”重叠12 34 ......1 2 3 41234△t2△t3△t△t2△t3△t△t2△t3△tT ＝6△t ＋∑=1-n 1i i )t (执行＝6△t ＋(n-1)(3△t)＝(3n ＋3)△t2. 一条线性流水线有4个功能段组成，每个功能段的延迟时间都相等，都为△t 。

开始5个任务，每间隔一个△t 向流水线输入一个任务，然后停顿2个△t ，如此重复。

求流水线的实际吞吐率、加速比和效率。

答：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15...1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 56 7 8 9 10 11 12 13 14 151 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23我们可以看出，在（7n+1）Δt 的时间内，可以输出5n 个结果，如果指令的序列足够长（n →∞），并且指令间不存在相关，那么，吞吐率可以认为满足：)n (t75t )n /17(5t )1n 7(n 5TP ∞→∆=∆+=∆+=加速比为：)n (720n /17201n 7n 20t )1n 7(t 4n 5S ∞→=+=+=∆+∆⨯=从上面的时空图很容易看出，效率为：)n (75n /1751n 7n 5t )1n 7(4t 4n 5E ∞→=+=+=∆+⨯∆⨯=3. 用一条5个功能段的浮点加法器流水线计算∑==101i i A F 。

第一章电脑系统结构的基本概念1.有一个电脑系统可按功能分成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。

现假设需第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。

note: 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2.硬件和软件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把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。

3.试以实例说明电脑系统结构、电脑组成与电脑实现之间的相互关系与影响。

答：电脑系统结构、电脑组成、电脑实现互不相同，但又相互影响。

〔1〕电脑的系统结构相同，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。

第一章计算机系统结构的基本概念1。

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。

note: 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2.硬件和软件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把汉字系统的所有组成部份做成一个软件.3.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。

计算机系统结构课后习题答案《计算机系统结构》习题解答⽬录第⼀章(P33)1.7-1.9（透明性概念），1.12-1.18（Amdahl定律），1.19、1.21、1.24（CPI/MIPS）第⼆章(P124)2.3、2.5、2.6（浮点数性能），2.13、2.15（指令编码）第三章(P202)3.3（存储层次性能），3.5（并⾏主存系统），3.15-3.15加1题（堆栈模拟），3.19中(3)(4)(6)(8)问（地址映象/替换算法--实存状况图）第四章(P250)4.5（中断屏蔽字表/中断过程⽰意图），4.8（通道流量计算/通道时间图）第五章(P343)5.9（流⽔线性能/时空图），5.15（2种调度算法）第六章(P391)6.6（向量流⽔时间计算），6.10（Amdahl定律/MFLOPS）第七章(P446)7.3、7.29（互连函数计算），7.6-7.14（互连⽹性质），7.4、7.5、7.26（多级⽹寻径算法），7.27（寻径/选播算法）第⼋章(P498)8.12（SISD/SIMD算法）第九章(P562)9.18（SISD/多功能部件/SIMD/MIMD算法）(注：每章可选1-2个主要知识点，每个知识点可只选1题。

有下划线者为推荐的主要知识点。

)第⼀章(P33)1.7(1)从指定⾓度来看，不必要了解的知识称为透明性概念。

(2)见下表，“√”为透明性概念，“P ”表⽰相关课⽂页数。

1.8见下表，“√”为透明性概念，“P ”表⽰相关课⽂页数。

1.9见下表，“√”表⽰都透明，“应”表⽰仅对应⽤程序员透明，“×”表⽰都不透明。

1.12 已知Se=20 , 求作Fe-Sn 关系曲线。

将Se 代⼊Amdahl 定律得e1911-=1.13 上式中令Sn=2，解出Fe=10/19≈0.5261.14 上式中令Sn=10，解出Fe=18/19≈0.9471.15 已知两种⽅法可使性能得到相同的提⾼，问哪⼀种⽅法更好。

第1章部分习题参考答案1.1 解释下列术语⏹翻译：先用转换程序将上一级机器级上的程序整个地变换成下一级机器级上可运行的等效程序，然后再在下一级机器级上去实现的技术。

⏹解释：在下一级机器级上用它的一串语句或指令来仿真上一级机器级上的一条语句或指令的功能，通过对上一级机器语言程序中的每条语句或指令逐条解释来实现的技术。

⏹层次结构：将计算机系统由上往下依次划分为应用语言机器级、高级语言机器级、汇编语言机器级、操作系统机器级、传统机器级和微程序机器级。

对于一个具体的计算机系统，层次的多少会有所不同。

⏹计算机系统结构：传统机器级的程序员所看到计算机的基本属性，即计算机的概念性结构和功能特性。

简称为计算机的外特性。

⏹计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，也常称为计算机组织。

该组织包括机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

⏹计算机实现：计算机组成的物理实现。

它包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度、速度和信号，器件、模块、插件、底板的划分与连接，专用器件的设计，电源、冷却、装配等技术。

⏹透明性：本来存在的事物或属性，但从某个角度看似乎不存在，称为透明性现象。

⏹固件：是一种具有软件功能的硬件。

如将软件固化在ROM中，就是一种固件。

⏹由上往下设计：先考虑如何满足应用要求，确定好面对使用者那级机器应有什么基本功能和特性，然后再逐级往下设计，每级都考虑怎样优化上一级实现。

这种方法适合于专用机设计。

⏹由下往上设计：根据现有的部件，并参照或吸收已有各种机器的特点，先设计出微程序机器级（如果采用微程序控制）及传统机器级，然后再为不同应用配置多种操作系统和编译系统软件，采用合适的算法来满足相应的应用。

这是20世纪60-70年代前常用的通用机设计思路。

⏹系列机：同一厂家生产的具有相同系统结构，但具有不同组成和实现的一系列的机器。

⏹软件兼容：同一软件可以不加修改地运行于系统结构相同的不同档次的机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只是运行时间不同。

计算机系统结构课后答案unit3第一篇：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”。

第4章部分习题参考答案4.1 解释下列术语⏹存储器最大频宽－存储器连续工作时所能达到的频宽。

⏹存储器实际频宽－存储器实际工作时达到的频宽，它一般小于存储器最大频宽。

⏹模m交叉编址－交叉访问存储器由多个存储体（m个存储模块）组成一个大容量的存储器，对多个存储体的存储单元采用交叉编址方式，组成交叉访问存储器。

通常有两种交叉编址方式，一是地址的高位交叉编址，一般使用较少转型是低位交叉编址，即由m个存储体组成的低位交叉存储器的存储单元地址的低log2m位称为体号k，高log2n位称为体内地址j，存储单元地址A的计算公式为：A＝m×j×k。

若已知地址A，可计算出对应的体号k=A mod m，体内j=[A/m]地址。

高位交叉编址主要用于扩展常规主存的容量，而低位交叉编址主要用于提高常规主存的访问速度。

⏹程序局部性－程序中对于存储空间90％的访问局限于存储空间的10％的区域中，而另外10的访问则分布在存储空间的其余90％的区域中。

这就是通常说的程序局部性原理。

访存的局部性规律包括两个方面，一是时间局部性：如果一个存储项被访问，则可能该项会很快被再次访问；二是空间局部性：如果一个存储项被访问，则该项及其邻近的项也可能很快被访问。

⏹虚拟存储器－即“主存－辅存”存储层次，主要目的是为了弥补主存容量的不足，可以为程序员提供大量的程序空间。

其部分功能采用硬件，其余则由操作系统的存储管理软件来实现，对于系统程序员不透明。

⏹段式管理－把主存按段分配的存储管理方式。

它是一促模块化的存储管理方式，每个用户程序模块可分到一个段，该程序模块博只能访问分配给该模块的段所对应的主存空间。

段长可以任意设定，并可放大和缩小。

系统中通过一个段表指明保段在主存中的位置。

段表中包括段名（段号）、段起点、装入位和段长等。

段表本身也是一个段。

段一般是程序模块划分的。

⏹页式管理－把虚拟存储空间和实际存储空间等分成固定大小的页，各虚拟页可装入主存中的不同实际页面位置。

第一章计算机系统结构的基本概念1.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。

note: 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2.硬件和软件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把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。

3.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。