计算机系统结构习题及答案解析

"这是一份关于计算机系统结构的练习题集，包含答案，适用于期末复习。题目涵盖了计算机系统结构的基础概念、设计方法、性能指标、软硬件交互等多个方面，旨在帮助学习者巩固和理解计算机系统的基本工作原理和设计思想。" 计算机系统结构是计算机科学中的核心课程，它探讨了计算机系统各个层面的设计与实现。以下是对练习题中涉及知识点的详细解释： 1. 计算机系统的多级层次结构通常包括应用语言级、高级语言级、汇编语言级、操作系统级、机器语言级和微程序语言级。从上至下，每一层都是对下一层的抽象，使得用户能够以更接近自然语言的方式进行编程。 2. 计算机系统的设计方法主要有从上而下的设计（自顶向下）和从下到上的设计（自底向上）。前者适用于设计通用机，后者则适用于设计专用机。 3. 研究计算机系统结构的重点在于软硬件交界面，其目的是提高计算机系统的性能/价格比。这涉及到如何通过合理的软硬件划分，实现高效且经济的系统设计。 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1万亿次指令（1TIPS），这些指标反映了计算机的计算能力、存储能力和处理速度。 5. 软件为主实现的机器称为虚拟机，硬件或固件实现的则是真实机器。虚拟机可以提供跨平台的软件兼容性，而真实机器则直接执行硬件指令。 6. 解决软件可移植性问题的方法包括使用标准编程语言、编写平台无关代码、使用编译器和解释器以及采用中间代码。 7. 计算机中的两种基本信息流是数据流和控制流。根据信息流，计算机系统可以分为数据流计算机、控制流计算机、数据控制流计算机和并行计算机。 8. 计算机系统结构主要指的是计算机的逻辑结构，即从程序员的观点看，计算机是如何工作的。 9. 提高CPU利用率的有效方法包括任务调度优化、并发执行、多核处理器的利用以及内存管理优化。 10. 计算机系统的主要软硬件交界面特性包括地址空间、中断处理、异常处理、内存保护、输入输出管理和系统调用等。 11. 在系统结构设计中，提高软件功能实现的比例可以提高系统的灵活性（选项C）。 12. 对计算机系统结构透明的是虚拟存贮器（选项C），因为对程序员来说，内存的大小和物理组织是隐藏的。 13. 对汇编语言程序员透明的是程序性中断（选项D），因为程序员不需要知道具体的中断处理机制。 14. 系列机软件应做到向后兼容，并力争向上兼容（选项B），这意味着新软件应能运行在旧硬件上，同时旧软件应能在新硬件上运行。 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），因为汇编语言通常与特定的硬件紧密相关。 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L1（机器语言）级（选项C），因为它直接对应于硬件执行。 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L5（应用语言）级（选项A），因为应用语言允许更复杂的抽象和编程模型。 19. 计算机系统设计中软硬件取舍的3原则通常包括：性能原则、成本原则和易用性原则。性能原则指的是在满足性能需求的前提下，合理分配软硬件资源；成本原则关注系统性价比，尽可能降低总体成本；易用性原则强调系统的用户友好性和可维护性。 20. 在某种意义上，软件和硬件是等效的，因为它们都可以用来实现相同的功能。然而，从实现方式和效率来看，它们又是不等效的。软件可以灵活修改，但执行效率相对较低，而硬件执行速度快，但修改困难。 这份练习题集全面地测试了学生对计算机系统结构的理解，覆盖了从理论基础到实际应用的关键点，对于准备考试或者深入学习计算机系统的人来说，是非常有价值的参考资料。