计算机系统结构习题解析与重点

"计算机系统结构习题集，包含关于计算机系统设计、性能目标、软件可移植性、系统结构透明性等多个方面的练习题目，适合计算机专业学生进行学习和复习。" 计算机系统结构是计算机科学与技术的重要组成部分，它研究计算机系统的硬件、软件之间的交互以及系统性能。本习题集涵盖的知识点广泛，旨在帮助学习者深入理解计算机系统的层次结构和设计原理。 1. 计算机系统的多级层次结构从上到下的顺序依次是：应用语言级、高级语言级、汇编语言级、操作系统级、机器语言级、微程序语言级。这一结构反映了软件与硬件之间的抽象层次，使得不同级别的程序员可以按照各自的需求进行工作。 2. 计算机系统的设计方法通常包括从上而下的设计（自顶向下）和从下而上的设计（自底向上）。前者适用于通用机的设计，后者则更适合于专用机的设计。 3. 研究计算机系统结构的核心是软硬件交界面，其主要目的是提高计算机系统的性能/价格比。通过优化这个交界面，可以实现更高效能的计算机系统。 4. 计算机系统的3T性能目标指的是每秒1万亿次浮点运算（1TFLOPS）、每秒处理1万亿字节数据（1TByte）和每秒执行1万亿指令（1TIPS）。 5. 软件为主实现的机器称为“虚拟机”，硬件或固件实现的称为“实际机器”或“真实机器”。虚拟机提供了一种抽象层，使得软件可以在不同的硬件平台上运行。 6. 解决软件可移植性的方法包括标准化、编程语言的兼容性、编译器的改进和操作系统接口的规范化。 7. 计算机中的两种信息流是数据流和控制流，根据这些流，计算机系统可以分为数据流计算机、控制流计算机、存储程序计算机和混合型计算机。 8. 计算机系统结构主要指的是系统硬件的逻辑结构和软件之间的接口，它定义了计算机的外部行为和程序员可见的属性。 9. 提高CPU利用率的有效途径包括多任务处理、多线程、并行计算和流水线技术。 10. 计算机系统的主要软、硬件交界面特性包括指令集、内存管理、中断处理、输入输出机制和错误处理机制。 11. 在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例会提高系统的灵活性（选项C）。 12. 对计算机系统结构透明的是虚拟存贮器（选项C），这意味着用户可以无视实际的物理内存布局。 13. 对汇编语言程序员透明的是信息保护方式（选项C），即程序员在编写程序时无需考虑数据的安全性问题。 14. 系列机软件应做到向后兼容，力争向上兼容（选项B），以确保新旧机器间的软件兼容性。 15. 推出系列机的新机器，不能更改的是原有指令的寻址方式和操作码（选项A），因为这会影响到软件的兼容性。 16. 不同系列的机器之间，实现软件移植的途径不包括用统一的汇编语言（选项B），因为不同架构的机器可能有不同的指令集。 17. 在计算机系统的多级层次结构中，单条指令执行速度最快的一级是L0（微程序）级（选项D），因为这是硬件直接执行指令的级别。 18. 在计算机系统的多级层次结构中，单条指令功能最强的一级是L1（机器语言）级（选项C），因为它直接对应硬件操作。 19. 计算机系统设计中软硬件取舍的3原则通常包括：(1) 功能等效原则，即软件可以实现的功能硬件也能实现，反之亦然；(2) 经济性原则，考虑成本和效率来决定软硬件分工；(3) 可移植性原则，软硬件设计应有利于软件在不同平台上的移植。 20. 软件和硬件在功能等效的意义上是等效的，因为它们都可以完成特定的任务；但在实现方式和速度上是不等效的，硬件通常更快但更难修改，而软件更灵活但执行速度较慢。此外，软件可移植，硬件则通常需要针对特定平台进行设计。