计算机系统结构李学干版习题答案.pdf

第一章

1-1如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成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Kns时

间，那么执行第2、3、4级的一条指令各需要多少时间？

答：执行第2、3、4级的一条指令各需KNns、(N*N)*Kns、(N*N*N)*Kns

的时间。

1-2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

程序直接解释实现，而不必有操作系统自己来实现。更具你对1-1题的回答，

你认为这样做有哪些好处？

答：这样做，可以加快操作系统中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的存储空间，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。

1-3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。

1-4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。

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例如，编译程序、操作系统等许多用机器语言软件子程序实现的功能完全

可以用组合电路硬件或微程序固件来解释实现。它们的差别只是软件实现的速

度慢，软件的编制复杂，编程工作量大，程序所占的存储空间量较多，这些都

是不利的；但是，这样所用硬件少，硬件实现上也就因此而简单容易，硬件的

成本低，解题的灵活性和适应性较好，这些都是有利的。

又如，乘除法运算可以经机器专门设计的乘法指令用硬件电路或乘除部件

来实现。向量、数组运算在向量处理机中是直接使用向量、数组类指令和流水

或陈列等向量运算部件的硬件方式来实现的，但在标量处理机上也可以通过执

行用标量指令组成的循环程序的软件方式来完成。

浮点数运算可以直接通过设置浮点运算指令用硬件来实现，也可以用两个

定点数分别表示浮点数的阶码和尾数，通过程序方法把浮点数阶码和尾数的运

算映像变换成两个定点数的运算，用子程序软件的方式实现。十进制数的运算

可以通过专门设置十进制数运算类指令和专门的十进制运算部件硬的方式来完

成，或者通过设置BCD数的表示和若干BCD数运算的校正指令来软硬结合地实

现，也可以先经十转二的数制转换子程序将十进制数转成二进制数，再用二进

制运算类指令运算，所得结果又调用二转十的数制转换子程序转换成十进制数

结果，用全软件的方式实现。

1-5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。

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（2）相同的组成可有多种不同的实现。如主存器件可用双极型的，也可用

MOS型的；可用VLSI单片，也可用多片小规模集成电路组搭。

（3）计算机的系统结构不同，会使采用的组成技术不同，反之组成也会影

响结构。如为实现A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系统结构，也可采用面向

主存的三地址寻址方式的系统结构。要提高运行速度，可让相加与相乘并行，