第2章计算机体系结构习与题答案

第二章习题

复习题

1．简述冯?诺依曼原理，冯?诺依曼结构计算机包含哪几部分部件，其结构以何部件为中心？

答：冯?诺依曼理论的要点包括：指令像数据那样存放在存储器中，并可以像数据那样进行处理；指令格式使用二进制机器码表示；用程序存储控制方式工作。这3条合称冯?诺依曼原理

冯?诺依曼计算机由五大部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备，整个结构一般以运算器为中心，也可以以控制器为中心。

(P52-P55)

2．简述计算机体系结构与组成、实现之间的关系。

答：计算机体系结构通常是指程序设计人员所见到的计算机系统的属性，是硬件子系统的结构概念及其功能特性。计算机组成(computer organization)是依据计算机体系结构确定并且分配了硬件系统的概念结构和功能特性的基础上，设计计算机各部件的具体组成，它们之间的连接关系，实现机器指令级的各种功能和特性。同时，为实现指令的控制功能，还需要设计相应的软件系统来构成一个完整的运算系统。计算机实现，是计算机组成的物理实现, 就是把完成逻辑设计的计算机组成方案转换为真实的计算机。计算机体系结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念，各自有不同的含义，但是又有着密切的联系，而且随着时间和技术的进步，这些含意也会有所改变。在某些情况下，有时也无须特意地去区分计算机体系结构和计算机组成的不同含义。

(P48-P52)

3．根据指令系统结构划分，现代计算机包含哪两种主要的体系结构？

答：根据指令系统结构划分，现代计算机主要包含：CISC和RISC两种结构。

(P57)

4．简述RISC技术的特点？

答：从指令系统结构上看，RISC 体系结构一般具有如下特点：

(1) 精简指令系统。可以通过对过去大量的机器语言程序进行指令使用频度的统计，来选 取其中常用的基本指令，并根据对操作系统、高级语言和应用环境等的支持增设一些最常用的指令;

(2) 减少指令系统可采用的寻址方式种类，一般限制在2或3种;

(3) 在指令的功能、格式和编码设计上尽可能地简化和规整，让所有指令尽可能等长;

(4) 单机器周期指令，即大多数的指令都可以在一个机器周期内完成，并且允许处理器在同一时间内执行一系列的指令。

(P59-60)

5．有人认为，RISC技术将全面替代CISC，这种观点是否正确，说明理由？

答：不正确。与CISC 架构相比较，RISC计算机具备结构简单、易于设计和程序执行效率高的特点，但并不能认为RISC 架构就可以取代CISC 架构。事实上，RISC 和CISC 各有优势，CISC计算机功能丰富，指令执行更加灵活，这些时RISC计算机无法比拟的，当今时代，两者正在逐步融合，成为CPU设计的新趋势。

(P60-62)

6．什么是流水线技术？

答：流水线技术，指的是允许一个机器周期内的计算机各处理步骤重叠进行。特别是，当执行一条指令时，可以读取下一条指令，也就意味着，在任何一个时刻可以有不止一条指令在“流水线”上，每条指令处在不同的执行阶段。这样，即便读取和执行每条指令的时间保持不变，而计算机的总的吞吐量提高了。

(P60-61)

7．并行处理结构包含哪几种主要的体系结构，分别有什么特点？

答：流水线计算机：主要通过时间重叠，让多个部件在时间上交错重叠地并行执行运算和处理，以实现时间上的并行。

阵列处理机：主要通过资源重复，设置大量算术逻辑单元，在同一控制部件作用下同时运算和处理，以实现空间上的并行。

多处理器系统：主要通过资源共享，让共享输入/输出子系统、数据库资源及共享或不共享存储的一组处理机在统一的操作系统全盘控制下，实现软件和硬件各级上相互作用，达到时间和空间上的异步并行。

(P61-63)

8．试解释下列基本概念：机器语言、汇编语言、高级语言。

答：机器语言，最早的计算机只有机器语言，计算机能直接执行用机器语言所编的程序。机器语言是由二进制代码表示的计算机机器指令和数据组合而成。

汇编语言，到 50 年代，人们想出了用一些具有一定含义的文字、符号和数字，按规定的格式来表示各种不同的机器指令，称为“助记符”。例如，用“ADD”表示加法，“MOV”表示数据传输等。再用这些助记符来编写程序，这就是汇编语言。

高级语言，也称为算法语言，它定义了一套基本符号以及怎样使用这套基本符号设计程序的规则。算法语言比较