第一章 系统给概论 习 题 一 １、l 解释下列名词

摩尔定律：对集成电路上可容纳得晶体管数目、性能与价格等发展趋势得预测,其主要内容就是：成集电路上可容纳得晶体管数量每１8个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半.

主存： 计算机中存放正在运行得程序与数据得存储器,为计算机得主要工作存储器,可随机存取。

控制器：计算机得指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。 时钟周期:时钟周期就是时钟频率得倒数，也称为节拍周期或Ｔ周期,就是处理操作最基本得时间单位.

多核处理器:多核处理器就是指在一枚处理器中集成两个或多个完整得计算引擎(内核）。 字长:运算器一次运算处理得二进制位数。 存储容量： 存储器中可存二进制信息得总量。 CPI:指执行每条指令所需要得平均时钟周期数. ＭIＰS：用每秒钟执行完成得指令数量作为衡量计算机性能得一个指标，该指标以每秒钟完成得百万指令数作为单位。

CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗得时间，也即CPＵ真正花费在某程序上得时间。 计算机系统得层次结构:计算机系统得层次结构由多级构成，一般分成5级,由低到高分别就是：微程序设计级，机器语言级,操作系统级，汇编语言级，高级语言级.

基准测试程序:把应用程序中使用频度最高得那那些核心程序作为评价计算机性能得标准程序.

软/硬件功能得等价性:从逻辑功能得角度来瞧,硬件与软件在完成某项功能上就是相同得,

称为软/硬件功能就是等价得，如浮点运算既可以由软件实现,也可以由专门得硬件实现.

固件：就是一种软件得固化,其目得就是为了加快软件得执行速度.

可靠性:可靠性就是指系统或产品在规定得条件与规定得时间内,完成规定功能得能力。产

品可靠性定义得要素就是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”与“规定功能”。 MTTF：平均无故障时间,指系统自使用以来到第一次出故障得时间间隔得期望值。 ＭTＴR:系统得平均修复时间.

MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间得平均工作时间。

可用性：指系统在任意时刻可使用得概率，可根据MTＴF、MTＴR与ＭTBF等指标计算处系

统得可用性。

1.2 什么就是计算机系统得硬件与软件？为什么说计算机系统得硬件与软件在逻辑功能上

就是等价得？ 答：计算机硬件系统就是指构成计算机系统得电子线路与电子元件等物理设备得总称。硬件就是构成计算机得物质基础，就是计算机系统得核心.计算机得硬件系统包含运算器、控制器、存储器、输入设备与输出设备等五大部件.

计算机软件就是计算机中全部程序得集合.软件按其功能分成应用软件与系统软件两大类.

计算机硬件实现得往往就是最基本得算术运算与逻辑运算功能,而其它功能大多就是通过软件得扩充得以实现得。有许多功能可以由硬件实现,也可以由软件实现，即从用户得角度来瞧它们在功能上就是等价得,这一等价性被称为软/硬件逻辑功能得等价性。 １、3 冯·诺依曼型计算机得基本思想就是什么?按此思想设计得计算机硬件系统应由哪些

部件组成？各起什么作用?

答:冯诺依曼型计算机得基本思想就是存储程序与程序控制，其中得“存储程序”就是指将解题得步骤编写成程序,然后把存储存放到计算机得内存中,而“程序控制”就是指控制器读出存放在存储器中得程序并根据该程序控制全机协调工作以完成程序得功能。

根据冯诺依曼型计算机得基本思想,计算机得硬件应该由运算器、控制器、存储器、输入/输出设备与总线组成。

各部件得作用：

运算器:对数据进行运算得部件。 存储器：存放程序与数据. 控制器：根据指令得功能控制构成计算机得各大功能部件协调工作，共同完成指令得功能。

输入设备:将外部信息输送到主机内部得设备。

输出设备：能将计算机内部得信息以不同并且相应得形式反馈给人们得设备。

总线:连接两个或多个设备（部件）得公共信息通路。

1、4 什么就是计算机字长？它取决于什么？计算机字长统一了哪些部件得长度？ 答:计算机得字长一般指一次参与运算数据得基本长度，用二进制数位得长度来衡量.

它取决于运算器一次运算处理得二进制位数。它就是计算机得重要性能指标。常用得计算机字长有8位、1６位、32位及64位。

一般与计算机内部寄存器、加法器、数据总线得位数以及存储器字长等长，因此，字长直接影响硬件得代价。

1、5 计算机系统从功能上可划分为哪些层次？各层次在计算机系统中起什么作用？

答：计算机系统分成五级层次结构,第1级为微程序设计级、第2级为机器语言级、第3级为操作系统级、第4级为汇编语言级、第5级为高级语言级。

各层次得作用：

微程序级：为机器指令级提供机器指令得解释指行功能。 机器指令级:就是软件系统与硬件系统得界面，一条机器指令得功能由微程序机器级得一段微型程序得功能实现。

操作系统级:调度计算机中得软件与硬件资源。

汇编语言级:它将用户编写得接近人类语言得程序，翻译成能在机器上运行得目标程

序。

高级语言级:完全面向用户，就是用户关心得目标,可执行各种用途得程序。 1、6 计算机内部有哪两股信息在流动？它们彼此有什么关系？

答:计算机中有两股信息在流动:一股就是控制信息，即操作命令，它分散流向各个部件；一股就是数据信息,它受控制信息得控制,从一个部件流向另一个部件，在流动得过程被相应得部件加工处理.

１、7 为什么说计算机系统得软件与硬件可以互相转化？

答:计算机硬件实现得往往就是最基本得算术运算与逻辑运算功能，而其它功能大多就是通过软件得扩充得以实现得.有许多功能可以由硬件实现，也可以由软件实现，即从用户得角度来瞧它们在功能上就是等价得,这一等价性被称为软/硬件逻辑功能得等价性.

由于这样得等价性，所以可以说计算机系统得软件与硬件就是可以互相转化得。 1、8 什么叫软件系统？它包含哪些内容？

答：一台计算机中全部程序得集合，统称为这台计算机得软件系统.软件按其功能分成应用软件与系统软件两大类.

应用软件就是用户为解决某种应用问题而编制得一些程序。

系统软件用于对计算机系统得管理、调度、监视与服务等功能,常将系统软件分为以下

六类:操作系统,言处理程序，标准程序库,服务性程序，数据库管理系统与算机网络软件。 1、９ 说明高级语言、汇编语言与机器语言三者之间得差别与联系. 答:机器语言就是直接用二进制代码指令表达得计算机语言，就是一种面向机器得编程语言，属于低级语言。

汇编语言就是用助记符号来表示计算机指令得语言，也就是低级得语言。

高级语言就是一类接近于人类自然语言与数学语言得程序设计语言得统称,分为面向过程得语言与面向对象得语言。

它们都就是计算机得编程语言,并且就是计算机编程语言发展得三个阶段.三者各自得特点：

使用机器语言编写得程序,占用内存少、执行效率高.缺点：编程工作量大,容易出错;依赖具体得计算机体系,因而程序得通用性、移植性都很差。

使用汇编语言编写计算机程序，能够根据特定得应用对代码做最佳得优化,提高运行速度;能够最大限度地发挥硬件得功能.但就是编写得代码非常难懂,不好维护;开发效率很低，时间长且单调。

高级语言得优点就是：编程相对简单、直观、易理解、不容易出错;编写得计算机程序通用性好，具有较好得移植性。 1、１０ 什么就是系统得可靠性？衡量系统可靠性得指标有哪些？如何提高系统得可靠性？ 答：系统得可靠性就是指系统在规定得条件与规定得时间内，完成规定功能得能力。

衡量系统可靠性得指标有三个:平均无故障时间、平均故障间隔时间与可用性。 提高系统可靠性得常用方法包括避错与容错。前者即避免错误得出现，从而提高系统得平均无故障时间;后者容许错误得出现,但采取有效得方法来防止其造成得不利影响。 1、11 假定某计算机1与计算机２以不同得方式实现了相同得指令集，该指令集中共有A、B、C、D四类指令，它们在程序中所占比例分别为4０％、2０％、20％、20％，机器1与机器2得时钟周期为6０0MHZ与80０MHZ，各类指令在两机器上得CPI如表1、5所示，求两机器得MIPS各为多少？

表1、５ 两台计算机不同指令得CPI

Ａ B C D ＣPI1 2 ３ ４ ５ CPI2 ２ ２ 3 ４

66

解:CPI1= 2＊0、4+ 0、2*（3+4＋5）= 3、2 MＩＰＳ1= f／(ＣPI１?10） = ６０0?10/

6

（３、２?１0)=187、５

6

CPI2= ２＊０、4＋ ０、２*（2＋3+4)= 2、6 MIＰS2＝ ｆ／(CPI1?10） = 8０

６6

0?1０/（2、6?10)=307、７

1、12 若某程序编译后生成得目标代码由A、B、C、D四类指令组成,它们在程序中所占比例分别为40%、２0％、1５%、2５%。已知A、B、C、D四类指令得CPI分别为1、2、2、2。现需要对程序进行编译优化，优化后得程序中A类指令条数减少了一半，而其它指令数量未发生变化。假设运行该程序得计算机CPU主频为5００MHZ。完成下列各题： 1)优化前后程序得CＰI各为多少？ 2)优化前后程序得MIPS各为多少？

３)通过上面得计算结果您能得出什么结论?

解：1)优化前：ＣPＩ＝ ＝ 1? 0、4 ＋ 2? 0、２ + 2? 0、1５ + 2? 0、25

＝ 1、６

优化后:Ａ、B、C、D四类指令在程序中所占比例分别为1/4、1/4、3/16、5/1６，

CPI= = 1? １/4 + 2? 1/4 ＋ 2? 3／1６ + 2? 5/1６ = 1、7５

２）根据 公式MIPS =得

6６

优化前:MIPＳ = (500?10）/（１、6?1０） ＝ ３１２、5

66

优化后:MIPS = (50０?10）/（１、75?10) = 28５、７

3)优化后,A类指令条数减少,造成计算机得CPI增加,MIPS减少。这样得优化虽然减少了A类指令条数,却降低了程序得执行速度。

第二章 数据表示方法 习 题 二 2、1解释下列名词

真值：正号与负号分别用“+\与“—”表示，数据位保持二进制值不变得数据表示方法。 数值数据：计算机所支持得一种数据类型，用于科学计算，常见得数值数据类型包括小数、整数、浮点数数等。

非数值数据：计算机所支持得一种数据类型,一般用来表示符号或文字等没有数值值得数据. 机器数：数据在机器中得表示形式，就是正负符号数码化后得二进制数据。

变形补码：用两个二进制位来表示数字得符号位,其余与补码相同.即“00”表示正,“１１”表示负.

规格化:将非规格化得数处理成规格化数得过程。规格化数规定尾数用纯小数表示，且真值表示时小数点后第一位不为0(以机器数表示时对小数点后第一位得规定与具体得机器数得形式有关）。

机器零:计算机保存数字得位有限,所能表示最小得数也有范围，其中有一个范围之中得数据无法精确表示，当实际得数据处在这个无法精确表示得数据范围时计算机就将该数作为机器零来处理，因此,计算机中得机器零其实对应得不就是一个固定得数，而就是一个数据表示范围。

BCD码:用4位二进制数来表示1位十进制数中得0~9这1０个数码，即二进制表示得十进制数。

汉字内码：计算机内部存储、处理加工与传输汉字时所用得由0与1符号组成得代码。 码距:一组编码中对应位上数字位不同得最小个数。

奇偶校验：通过检测校验码中１得个数得奇/偶性就是否改变来判断数据就是否出错得一种数据校验方法. 海明校验：就是一种基于多重奇校验且具有检测与纠正错误得校验方法。其基本原理就是将有效信息按某种规律分成若干组,每组安排一个校验位进行奇偶测试，就能提供多位检错信息，以指出最大可能就是哪位出错，从而将其纠正。 循环冗余校验：就是数据通信领域中最常用得一种具有检测与纠正错误能力差错校验码，基利用生成多项式并基于模2运算建立编码规则. 检错：检测被传送得信息中就是否发生差错。 纠错:纠正信息在传送或存储过程中所发生得错误. ２、２回答下列问题

1)为什么计算机中采用二进制？

答:因为二进制具有运算简单与表示简单得优点，除此之外还有可靠与容易实现等特点。

具体来说，就是因为：

(1)技术实现简单,计算机就是由逻辑电路组成，逻辑电话通常只有两个状态，开关

得接通与断开,这两种状态正好可以用“１”与“0”表示。

（2）简化运算规则：两个二进制数与、积运算组合各有三种，运算规则简单，有利

于简化计算机内部结构,提高运算速度。

（3）适合逻辑运算:逻辑代数就是逻辑运算得理论依据，二进制只有两个数码,正好

与逻辑代数中得“真”与“假”相吻合。

(４)易于进行转换，二进制与十进制数易于互相转换。 2）为什么计算机中采用补码表示带符号得整数? 答：采用补码运算具有如下两个特征:

(１)因为使用补码可以将符号位与其她位统一处理，同时,减法也可以按加法来处理,即如果就是补码表示得数，不管就是加减法都直接用加法运算即可实现。