《计算机系统结构》课后习题答案

《面向21世纪高等学校计算机类专业系列教材：计算机系统结构》系统地讲述了计算机系统结构的基本概念、设计原理和分析方法，以及有关的先进技术和最新的发展趋向。全书共分9章。第1章讲述计算机系统层次结构，计算机系统结构、组成、实现的定义及相互关系，计算机性能，计算机系统结构的分类。第2章讲述指令格式的优化，CISC、RISC、退耦CISC/RISC、后RISC的有关概念及其采用的相关技术。第3章讲述存储体系，页式虚拟存储器和Cache存储器。第4章讲述标量流水线技术，超标量超流水技术，VLIW体系结构以及先进的流水线调度技术。第5章讲述并行处理技术，SIMD并行处理机及互连网络。第6章讲述向量的流水处理，提高向量处理性能的常用技术。第7章讲述多处理机结构，多处理机Cache的一致性，多处理机性能模型以及并行机的最新发展趋势。第8章主要讲述并行算法的基础知识。第9章主要讲述程序流机制，数据流程序图和数据流机的基本结构。

《面向21世纪高等学校计算机类专业系列教材：计算机系统结构》内容丰富、取材先进，在阐述基本原理的基础上，力图给出设计方法和实例，以帮助读者更好地理解一些比较抽象的概念。每章均有一定数量的例题和习题，书后附有习题的参考答案。《面向21世纪高等学校计算机类专业系列教材：计算机系统结构》可作为高等院校计算机专业本科生的教材或有关专业的研究生教材，也可作为科技人员的参考书。

目录

• 第1章 基础知识
• 1.1 计算机系统层次结构
• 1.1.1 按功能划分的多级层次结构
• 1.1.2 按功能划分层次的好处
• 1.2 计算机系统结构
• 1.2.1 计算机系统结构的定义
• 1.2.2 计算机系统结构研究的内容
• 1.3 计算机组成
• 1.3.1 计算机组成的定义
• 1.3.2 计算机组成设计
• 1.4 计算机实现
• 1.4.1 计算机实现的定义
• 1.4.2 器件技术研究的内容
• 1.4.3 系统结构、组成、实现三者的关系和相互影响
• 1.5 计算机性能
• 1.5.1 性能因子CPI
• 1.5.2 计算机性能常用指标MIPS和MFLOPS
• 1.5.3 计算机系统结构的性能评价标准
• 1.5.4 计算机系统设计的定量原理
• 1.6 计算机系统的分类
• 1.6.1 Flynn分类法
• 1.6.2 冯氏分类法
• 习题1
• 第2章 指令系统
• 2.1 指令格式的优化
• 2.1.1 操作码的优化表示
• 2.1.2 指令字格式的优化
• 2.2 CISC
• 2.2.1 CISC的发展
• 2.2.2 CISC的特点
• 2.3 RISC
• 2.3.1 RISC结构采用的基本技术
• 2.3.2 经典CISC和纯RISC体系结构的比较
• 2.3.3 退耦CISC/RISC
• 2.4 后RISC
• 2.4.1 后RISC特征
• 2.4.2 几种后RISC机器的比较
• 习题2
• 第3章 存储系统设计
• 3.1 存储系统原理
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 多级存储层次
• 3.1.3 存储系统的性能参数
• 3.2 交叉访问存储器
• 3.2.1 主存系统的类型
• 3.2.2 高位交叉访问存储器
• 3.2.3 低位交叉访问存储器
• 3.2.4 拓宽存储器带宽的方法
• 3.3 页式虚拟存储器
• 3.3.1 虚拟存储器的工作原理
• 3.3.2 虚拟存储器的地址映像与变换
• 3.3.3 页面替换算法及其实现
• 3.3.4 提高虚拟存储器等效访问速度的措施
• 3.3.5 影响主存命中率的某些因素
• 3.4 Cache存储器
• 3.4.1 Cache存储器的工作原理
• 3.4.2 Cache存储器的地址映像与变换
• 3.4.3 Cache替换算法及其实现
• 3.4.4 Cache的透明性分析
• 3.4.5 Cache的取算法
• 3.4.6 影响Cache存储器性能的因素
• 习题3
• 第4章 流水线计算机设计技术
• 4.1 重叠解释方式和相关处理
• 4.1.1 重叠解释方式的提出
• 4.1.2 一次重叠工作方式
• 4.1.3 相关处理
• 4.2 流水线的工作原理
• 4.3 流水线的特点
• 4.4 流水线的分类
• 4.4.1 根据向下扩展和向上扩展的思想分类
• 4.4.2 按流水线功能的多少分类
• 4.4.3 按流水线的工作方式分类
• 4.4.4 按流水线的连接方式分类
• 4.5 线性流水线性能分析
• 4.5.1 吞吐率和加速比
• 4.5.2 效率
• 4.6 线性流水线性能分析举例
• 4.7 非线性流水线的基本概念
• 4.8 相关处理和控制机构
• 4.8.1 局部相关的处理
• 4.8.2 全局相关的处理
• 4.8.3 流水机器的中断处理
• 4.9 先进的流水技术——动态调度
• 4.9.1 流水的集中式动态调度——记分板机制
• 4.9.2 流水的分布式动态调度——Tomasulo方法
• 4.9.3 动态硬件预测转移方法
• 4.10 超标量处理机和VLIW体系结构
• 4.10.1 超标量处理机
• 4.10.2 VLIW体系结构
• 4.11 超流水处理机
• 4.12 超标量超流水处理机
• 习题4
• 第5章 并行处理技术
• 5.1 计算机系统结构中并行性的发展
• 5.1.1 并行性的基本概念
• 5.1.2 实现并行性技术的途径
• 5.1.3 计算机系统结构中并行性的发展
• 5.2 SIMD并行处理机
• 5.2.1 SIMD并行处理机的基本结构与特点
• 5.2.2 ILLIAC Ⅳ的处理单元阵列结构
• 5.2.3 阵列处理机的并行算法
• 5.3 SIMD计算机的互连网络
• 5.3.1 互连网络的设计准则
• 5.3.2 互连函数的表示
• 5.3.3 单级互连网络
• 5.4 网络特性
• 5.4.1 结点度和网络直径
• 5.4.2 聚集带宽和等分带宽
• 5.4.3 数据寻径功能
• 5.5 静态连接网络
• 5.5.1 线性阵列
• 5.5.2 环和带弦环
• 5.5.3 循环移数网络和全连接
• 5.5.4 树形和星型
• 5.5.5 胖树型
• 5.5.6 网格型和环网型
• 5.5.7 超立方体
• 5.5.8 带环立方体
• 5.5.9 k元n-立方体网络
• 5.6 动态连接网络
• 5.6.1 总线互连方式
• 5.6.2 交叉开关互连方式
• 5.6.3 多级网络互连方式
• 5.6.4 蝶式网络
• 5.6.5 组合网络
• 习题5
• 第6章 向量处理机
• 6.1 向量处理的基本概念
• 6.1.1 向量流水处理的主要特点
• 6.1.2 向量处理机的基本系统结构
• 6.1.3 向量的处理方式
• 6.2 一般的向量处理机
• 6.2.1 寄存器组
• 6.2.2 多个单功能流水部件
• 6.2.3 运算流水线
• 6.3 提高向量处理性能的常用技术
• 6.3.1 多功能部件的并行操作
• 6.3.2 链接技术
• 6.3.3 条件语句和稀疏矩阵的加速处理方法
• 6.3.4 向量归约操作的加速方法
• 6.4 向量处理的性能评价
• 6.4.1 向量流水处理的时间
• 6.4.2 与向量长度有关的向量流水处理机性能参数
• 6.5 多向量多处理机
• 6.5.1 Cray Y-MP
• 6.5.2 C-90和机群
• 6.5.3 Fujitsu VP2000
• 6.5.4 VPP500
• 习题6
• 第7章 多处理机
• 7.1 多处理机结构
• 7.1.1 多处理机的特点
• 7.1.2 多处理机的硬件结构
• 7.2 多处理机的Cache一致性
• 7.2.1 Cache一致性问题的原因
• 7.2.2 监听一致性协议
• 7.2.3 MESI监听协议
• 7.2.4 基于目录的协议
• 7.3 程序的划分和调度
• 7.3.1 粒度的组合和调度
• 7.3.2 静态多处理机调度
• 7.4 多处理机性能模型
• 7.4.1 基本模型
• 7.4.2 N台处理机系统的基本模型
• 7.4.3 随机模型
• 7.4.4 通信开销为线性函数的模型
• 7.4.5 一个完全重叠通信的理想模型
• 7.4.6 一个具有多条通信链的模型
• 7.5 并行机的发展趋势
• 7.5.1 并行向量处理机
• 7.5.2 对称多处理机
• 7.5.3 大规模并行处理机
• 7.5.4 分布共享存储器多处理机
• 7.5.5 机群
• 习题7
• 第8章 并行算法
• 8.1 并行算法的基础知识
• 8.1.1 并行算法的定义和分类
• 8.1.2 进程中的同构性
• 8.1.3 并行算法的表达
• 8.1.4 并行算法中的同步与通信
• 8.2 同步技术
• 8.2.1 原子性
• 8.2.2 控制同步
• 8.2.3 数据同步
• 8.2.4 高级同步结构
• 8.2.5 低级同步原语
• 8.3 程序并行性的分析
• 8.3.1 数据相关
• 8.3.2 控制相关
• 8.4 并行编程概述
• 8.4.1 并行编程概况
• 8.4.2 并行编程方法
• 8.4.3 并行算法范例
• 8.5 并行编程模型
• 8.5.1 蕴式并行性
• 8.5.2 显式并行模型
• 习题8
• 第9章 数据流计算机系统结构
• 9.1 程序流机制
• 9.1.1 控制流和数据流
• 9.1.2 数据流驱动的基本原理
• 9.1.3 需求驱动方式
• 9.1.4 归约机模型
• 9.2 计算模型分类
• 9.2.1 控制驱动、共享存储器模型
• 9.2.2 并行控制驱动、共享存储器模型
• 9.2.3 数据驱动模型
• 9.2.4 需求驱动模型
• 9.3 数据流程序图和数据流语言
• 9.3.1 数据流程序图
• 9.3.2 数据流语言
• 9.4 数据流机的基本结构
• 9.4.1 静态数据流机
• 9.4.2 动态数据流机
• 习题9
• 附录一 各章习题参考答案
• 习题1 参考答案
• 习题2 参考答案
• 习题3 参考答案
• 习题4 参考答案
• 习题5 参考答案
• 习题6 参考答案
• 习题7 参考答案
• 习题8 参考答案
• 习题9 参考答案
• 附录二 专业术语中英文对照表
• 参考文献