1.1 解釋下列名詞

摩爾定律：對集成電路上可容納的晶體管數目、性能和價格等發展趨勢的預測，其主要內容是:成集電路上可容納的晶體管數量每18個月翻一番，性能將提高一倍，而其價格將降低一半。

匯編器：負責將匯編語言翻譯為機器語言目標程序。

編譯器：將高級語言翻譯成匯編代碼。

解釋器：將源程序中的語句按照執行順序逐條翻譯成機器指令并執行，且不生成目標程序。

鏈接器：將一個或多個由編譯器或匯編器生成的目標文件外加庫鏈接為一個可執行文件的程序。

時鐘周期：時鐘周期是時鐘頻率的倒數，也稱為節拍周期或T周期，是處理操作最基本的時間單位。

機器字長：運算器一次運算處理的二進制位數。

主存容量：主存能存儲的最大信息量。

CPI:Clock Cycles Per Instruction,指執行每條指令所需要的平均時鐘周期數。

IPC:Instruction Per Cycles,每個時鐘周期CPU能執行的指令條數，是CPI的倒數。

MIPS:Million Instruction Per Second,用每秒鐘執行完成的指令數量作為衡量計算機性能的一個指標，該指標以每秒鐘完成的百萬指令數作為單位。

MFLOPS:Million Floating-Point Operations Per Second,計算機每秒執行浮點運算的次數。

CPU時間：計算某個任務時CPU實際消耗的時間。

1.2選擇題

(1)[2018]馮·諾依曼結構計算機中數據采取二進制編碼表示，其主要原因是（? ）。

Ⅰ.二進制計算規則簡單

Ⅱ.制造兩個穩態的物理器件較為容易

Ⅲ.便于邏輯門電路實現算術運算

A.Ⅰ、Ⅱ? ? ? ? B.Ⅰ、Ⅲ? ? ? ? C.Ⅱ、Ⅲ? ? ? ? D.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ

答案：D

(2)[2019]下列關于馮·諾依曼結構計算機基本思想的敘述中,錯誤的是（? ）。

A.程序的功能都通過中央處理器執行指令實現

B.指令和數據都用二進制表示,形式上無差別

C.指令按地址訪問，數據都在指令中直接給出

D.程序執行前，指令和數據需預先存放在存儲器

答案：C。數據并不都是在指令中直接給出，指令中有時候給出的是數據的地址。

(3)[2016]高級語言源程序轉換為機器級目標代碼文件的程序稱為（? ）。

A.匯編程序

B.鏈接程序

C.編譯程序

D.解釋程序

答案：C

(4)[2015]計算機硬件能夠直接執行的是（? ）。

I.機器語言程序

Ⅱ.匯編語言程序

Ⅲ.硬件描述語言程序

A.僅I????????B.僅I、II????????C.僅I、Ⅲ????????D. I、II、Ⅲ

答案：A。

(5)[2011]下列選項中,描述浮點數操作速度指標的是（? ）。

A. MIPS????????B. CPI????????C. IPC????????D. MFLOPS

答案：D

(6）[2010]下列選項中,能縮短程序執行時間的措施是（? ）。

I. 提高CPU時鐘頻率

Ⅱ．優化數據通路結構

Ⅲ．對程序進行編譯優化

A.僅I和Ⅱ????????B.僅I和Ⅲ????????C.僅Ⅱ和Ⅲ????????D. I、II、Ⅲ

答案：D

（7）[2013]某計算機主頻為1.2GHz，其指令分為4類，它們在基準程序中所占比例及CPI如表1.7所示。該機器的MIPS數為（? ）。

指令類型	所占比例	CPI	指令類型	所占比例	CPI
A	50%	2	C	10%	4
B	20%	3	D	20%	5

A.100? ? ? ? B.200? ? ? ? C.400? ? ? ? D.600

答案：C。平均CPI=0.5*2+0.2*3+0.1*4+0.2*5=3

MIPS=f/CPI=1200M/3=400

（8) [2012]假定基準程序A在某計算機上的運行時間為100秒，其中90秒為CPU時間，其余為I/O時間。若CPU速度提高50%, I/O速度不變，則運行基準程序A所耗費的時間是（? ）。

A. 55秒????????B.60秒????????C.65秒????????D.70秒

答案：D。CPU時間變為90/1.5=60秒，A運行的總時間=CPU時間+I/O時間=60+10=70秒。

(9)[2014]程序Р在機器M上的執行時間是20秒，編譯優化后，P執行的指令數減少到原來70%,而 CPI增加到原來的1.2倍，則P在M上的執行時間是

A. 8.4秒????????B.11.7秒????????C.14.0秒????????D.16.8秒

答案：D。

T‘=20*0.7*1.2=16.8秒。

(10)[2017]假定計算機M1和M2具有相同的指令集體系結構(ISA),主頻分別為1.5GHz和1.2GHz。在M1和M0上運行某基準程序P,平均CPI分別為2和1,則程序Р在Ml和M2上運行時間的比值是（? ）。

A.0.4????????B.0.625????????C.1.6????????D.2.5

答案：C。

?T1:T2=(2/1.5):(1/1.2)=1.6

1.3 馮·諾依曼結構計算機的基本思想是什么？?按此思想設計的計算機硬件系統應由哪些部件組成?它們各有何作用?

基本思想：

存儲程序：將程序存放在計算機的存儲器中； 程序控制： 按指令地址訪問存儲器并取出指令，經譯碼依次產生指令執行所需的控制信號，實現對計算的控制，完成指令的功能。

1.4 計算機系統從功能上可劃分為哪些層次?各層次在計算機系統中起什么作用??

第6層是高級語言層，是面向用戶的抽象層次。用戶使用與機器無關的高級語言編程,編程過程中不需要知道機器的技術細節，只需掌握高級語言的語法規則、算法和數據結構等就可以編程。高級語言大大降低了學習和使用計算機的難度，便于計算機的應用與推廣。

第5層是匯編語言層。該層為用戶提供基于助記符表示的匯編語言編程。匯編語言與機器結構直接相關，用戶必須在了解機器內部的詳細技術細節(如寄存器、尋址方式等)后才能編程。本層的編程難度比高級語言層難度大。

第4層是操作系統層。該層用于對計算機系統的硬件和軟件資源進行統一管理和調度,提高計算機系統的使用效率,方便用戶使用計算機。

第3層是指令集架構層。該層可通過機器語言編寫程序實現對計算機硬件的控制，也稱為傳統機器層或ISA (Instruction Set Architecture）層，是計算機中軟件系統與硬件系統之間的界面和紐帶。一方面，用戶在該層可用二進制表示的機器語言編程控制計算機的硬件系統;另一方
面，該層之上的軟件系統的各種程序必須轉換成該層的機器語言形式才能被底層的硬件執行。與高級語言層和匯編語言層相比,該層的編程更加煩瑣。

第2層為微代碼層。該層是實際的機器層，該層的用戶使用微指令編寫微程序，用戶所編寫的微程序由硬件百接執行，注意只有采用微程序設計的計算機系統才有這一層。

第1層為邏輯門層。該層是計算機系統最底層的硬件系統,由邏輯門、觸發器等邏輯電路組成,它是由邏輯設計者采用布爾代數設計的硬件內核。

1.5假定某計算機1和計算機2以不同的方式實現了相同的指令集，該指令集中共有A、B、C、D4類指令，它們所占的比例分別為40%、20%、15%和25%。計算機1和計算機2的是時鐘周期分別為600MHz和800MHz，各類指令在兩計算機上的CPI如表1.8所示。

表1.8 各類指令在兩計算機上的CPI

指令類型	A	B	C	D
CPI1	2	3	4	5
CPI2	2	2	3	4

求兩計算機的MIPS各為多少?

解：

計算機1的平均CPI=2*0.4+3*0.2+4*0.15+5*0.25=3.25

計算機2的平均CPI=2*0.4+2*0.2+3*0.15+4*0.25=2.65
計算機1的MIPS=600/3.25=185
計算機2的MIPS=800/2.65=302

1.6若某程序編譯后生成的目標代碼由A、B、C、D4類指令組成，它們在程序中所占比例分別為40%、20%、15%、25%。已知A、B、C、D四類指令的CPI分別為1、2、2、2。現需要對程序進行編譯優化，優化后的程序中A類指令數量減少了一半，而其他指令數量未發生變化。假設運行該程序的計算機CPU主頻為500MHz。回答下列各題。
(1）優化前后程序的 CPI各為多少?（2）優化前后程序的MIPS各為多少?
(3）通過上面的計算結果，你能得出什么結論??

解答：

（1）優化前CPI=1*0.4+2*0.2+2*0.15+2*0.25=1.6

優化后A指令所占比例為0.2/0.8

優化后B、C、D指令所占總比例為0.6/0.8

優化后CPI=1*(0.2/0.8)+2*(0.6/0.8)=1.75

（2）優化前MIPS=500/1.6=312.5

優化前MIPS=500/1.75=285.7

（3）優化后CPI增加，MIPS減少，優化失敗,應嘗試降低CPI最大指令的比例

總結

以上是生活随笔為你收集整理的《计算机组成原理（微课版）》第1章课后习题答案的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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