第2章計算機體系結構習與題答案

第二章習題

復習題

1．簡述馮?諾依曼原理，馮?諾依曼結構計算機包含哪幾部分部件，其結構以何部件為中心？

答：馮?諾依曼理論的要點包括：指令像數(shù)據(jù)那樣存放在存儲器中，并可以像數(shù)據(jù)那樣進行處理；指令格式使用二進制機器碼表示；用程序存儲控制方式工作。這3條合稱馮?諾依曼原理

馮?諾依曼計算機由五大部分組成：運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備，整個結構一般以運算器為中心，也可以以控制器為中心。

(P52-P55)

2．簡述計算機體系結構與組成、實現(xiàn)之間的關系。

答：計算機體系結構通常是指程序設計人員所見到的計算機系統(tǒng)的屬性，是硬件子系統(tǒng)的結構概念及其功能特性。計算機組成(computer organization)是依據(jù)計算機體系結構確定并且分配了硬件系統(tǒng)的概念結構和功能特性的基礎上，設計計算機各部件的具體組成，它們之間的連接關系，實現(xiàn)機器指令級的各種功能和特性。同時，為實現(xiàn)指令的控制功能，還需要設計相應的軟件系統(tǒng)來構成一個完整的運算系統(tǒng)。計算機實現(xiàn)，是計算機組成的物理實現(xiàn), 就是把完成邏輯設計的計算機組成方案轉換為真實的計算機。計算機體系結構、計算機組成和計算機實現(xiàn)是三個不同的概念，各自有不同的含義，但是又有著密切的聯(lián)系，而且隨著時間和技術的進步，這些含意也會有所改變。在某些情況下，有時也無須特意地去區(qū)分計算機體系結構和計算機組成的不同含義。

(P48-P52)

3．根據(jù)指令系統(tǒng)結構劃分，現(xiàn)代計算機包含哪兩種主要的體系結構？

答：根據(jù)指令系統(tǒng)結構劃分，現(xiàn)代計算機主要包含：CISC和RISC兩種結構。

(P57)

4．簡述RISC技術的特點？

答：從指令系統(tǒng)結構上看，RISC 體系結構一般具有如下特點：

(1) 精簡指令系統(tǒng)。可以通過對過去大量的機器語言程序進行指令使用頻度的統(tǒng)計，來選 取其中常用的基本指令，并根據(jù)對操作系統(tǒng)、高級語言和應用環(huán)境等的支持增設一些最常用的指令;

(2) 減少指令系統(tǒng)可采用的尋址方式種類，一般限制在2或3種;

(3) 在指令的功能、格式和編碼設計上盡可能地簡化和規(guī)整，讓所有指令盡可能等長;

(4) 單機器周期指令，即大多數(shù)的指令都可以在一個機器周期內(nèi)完成，并且允許處理器在同一時間內(nèi)執(zhí)行一系列的指令。

(P59-60)

5．有人認為，RISC技術將全面替代CISC，這種觀點是否正確，說明理由？

答：不正確。與CISC 架構相比較，RISC計算機具備結構簡單、易于設計和程序執(zhí)行效率高的特點，但并不能認為RISC 架構就可以取代CISC 架構。事實上，RISC 和CISC 各有優(yōu)勢，CISC計算機功能豐富，指令執(zhí)行更加靈活，這些時RISC計算機無法比擬的，當今時代，兩者正在逐步融合，成為CPU設計的新趨勢。

(P60-62)

6．什么是流水線技術？

答：流水線技術，指的是允許一個機器周期內(nèi)的計算機各處理步驟重疊進行。特別是，當執(zhí)行一條指令時，可以讀取下一條指令，也就意味著，在任何一個時刻可以有不止一條指令在“流水線”上，每條指令處在不同的執(zhí)行階段。這樣，即便讀取和執(zhí)行每條指令的時間保持不變，而計算機的總的吞吐量提高了。

(P60-61)

7．并行處理結構包含哪幾種主要的體系結構，分別有什么特點？

答：流水線計算機：主要通過時間重疊，讓多個部件在時間上交錯重疊地并行執(zhí)行運算和處理，以實現(xiàn)時間上的并行。

陣列處理機：主要通過資源重復，設置大量算術邏輯單元，在同一控制部件作用下同時運算和處理，以實現(xiàn)空間上的并行。

多處理器系統(tǒng)：主要通過資源共享，讓共享輸入/輸出子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫資源及共享或不共享存儲的一組處理機在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)全盤控制下，實現(xiàn)軟件和硬件各級上相互作用，達到時間和空間上的異步并行。

(P61-63)

8．試解釋下列基本概念：機器語言、匯編語言、高級語言。

答：機器語言，最早的計算機只有機器語言，計算機能直接執(zhí)行用機器語言所編的程序。機器語言是由二進制代碼表示的計算機機器指令和數(shù)據(jù)組合而成。

匯編語言，到 50 年代，人們想出了用一些具有一定含義的文字、符號和數(shù)字，按規(guī)定的格式來表示各種不同的機器指令，稱為“助記符”。例如，用“ADD”表示加法，“MOV”表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｔ儆眠@些助記符來編寫程序，這就是匯編語言。

高級語言，也稱為算法語言，它定義了一套基本符號以及怎樣使用這套基本符號設計程序的規(guī)則。算法語言比較

總結

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