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计算机系统结构习题解答

第一章习题一

1.2一台经解释实现的计算机，可以按照功能划分成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K纳秒时间，那

么执行第2、3、4级的一条指令个需要多少时间？

解：①分析：

计算机按功能分级时，最底层的为第1级。向上一次是第2、3、4级。解

释执行是在低级机器级上，用它的一串指令或语句来解释执行高一级上的一条指

令的功能。是逐条解释的。

②解答：

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执行第2、3、4级的一条指令各需KNns,KNns,KNns的时间。

1.3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

直接实现，而不由操作系统自己来实现。根据你对习题1.2的回答，你认为这样

做有哪两个好处？

答：可以加快操作系统操作命令解释的速度。同时也节省了存放解释操作命令这

部分解释程序所占用的空间。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。

1.5硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？试举例说

明。

答：硬件和软件在逻辑意义上是等效的。在物理意义上是不等效的。

①在原理上，用硬件或固件实现的功能完全可以用软件来完成。用软件实现

的功能也可以用硬件或固件来完成。功能一样。

②只是反映在速度、价格、实现的难易程度上，这两者是不同的。性能不同。

③例如，浮点运算在80386以前一直是用软件实现的。到了80486，将浮点

运算器集成到了CPU中，可以直接通过浮点运算指令用硬件实现。但速度却高的

多。

1.9下列哪些对系统程序员是透明的？哪些对应用程序员是透明的？

系列机各档不同的数据通路宽度；虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；

“启动I/O”指令；“执行”指令；指令缓冲器。

答：①对系统程序员和应用程序员均透明的：是全用硬件实现的计算机组成所包

含的方面。有：数据通路宽度、Cache存储器、指令缓冲器。

②仅对应用程序员透明的：是一些软硬件结合实现的功能。有：

虚拟存储器、程序状态字、“启动I/O”指令。

③均不透明的：

“执行”指令。

1

1.16假设高速缓存Cache工作速度为贮存的5倍，且Cache被访问命中的概率

为90%，则采用Cache后，能使整个存储系统获得多高的加速比？

解：Se=5Fe=90%=0.9

根据Amdahl定律，加速比

Sn=1/((1-Fe)+Fe/Se)=1/(0.1+0.9/5)=1/0.28=3.57

1.18用一台40MHz处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的

时钟周期数如下：

指令类型指令数时钟周期数

整数运算450001

数据传送320002

浮点150002

控制传送80002

解：IC=45000+32000+15000+8000=100000=105

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CPI=（1/IC）*∑（CPI*I）=（1/10）*（45000*1+（32000+15000+8000）