计算机组成与系统结构习题解答和教学指导（第3版）

本书是十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，引领计算机类专业核心课程教学改革方向，注重强化计算机系统能力的培养。作者袁春风是南京大学计算机系二级教授，CCF杰出教育奖、-华为“智能基座”优秀教师奖和宝钢优秀教师奖获得者。本书作为《计算机组成与系统结构（第3版）》教材的教学指导用书，主要对每个章节的教学目标和内容安排、主要内容提要、基本术语解释、常见问题解答等给出系统性的说明和描述，并在此基础上，提供了大量的单项选择练习题及其答案、分析应用题及其分析解答。本书提供了系统性的教学指导和丰富的习题及其解答，可以作为高等院校计算机专业本科或高职高专学生计算机组成原理与系统结构课程的教学辅助教材，也可以作为有关专业研究生或计算机技术人员的参考书。

本书作为《计算机组成与系统结构（第3版）》（主教材）的教学指导用书，主要对主教材每个章节的教学目标和内容安排、主要内容提要、基本术语解释、常见问题解答等给出系统性的说明和描述，并在此基础上，提供了大量的单项选择题及其答案、分析应用题及其分析解答。
本书提供了系统性的教学指导和丰富的习题及其解答，适合作为高等学校计算机类专业“计算机组成原理”“计算机组成与系统结构”课程的教学辅助教材，也可以作为有关专业研究生或计算机技术人员的参考书。

CONTENTS

第1章计算机系统概述1
1.1教学目标和内容安排1
1.2主要内容提要2
1.3基本术语解释3
1.4常见问题解答8
1.5单项选择题10
1.6分析应用题13
第2章数据的机器级表示19
2.1教学目标和内容安排19
2.2主要内容提要20
2.3基本术语解释20
2.4常见问题解答23
2.5单项选择题28
2.6分析应用题32
第3章运算方法和运算部件42
3.1教学目标和内容安排42
3.2主要内容提要43
3.3基本术语解释45
3.4常见问题解答48
3.5单项选择题49
3.6分析应用题54
第4章指令系统68
4.1教学目标和内容安排68
4.2主要内容提要69
4.3基本术语解释72计算机组成与系统结构习题解答和教学指导（第3版）目录4.4常见问题解答78
4.5单项选择题83
4.6分析应用题89
第5章中央处理器102
5.1教学目标和内容安排102
5.2主要内容提要104
5.3基本术语解释112
5.4常见问题解答117
5.5单项选择题125
5.6分析应用题130
第6章指令流水线150
6.1教学目标和内容安排150
6.2主要内容提要151
6.3基本术语解释155
6.4常见问题解答159
6.5单项选择题162
6.6分析应用题166
第7章存储器层次结构178
7.1教学目标和内容安排178
7.2主要内容提要180
7.3基本术语解释184
7.4常见问题解答193
7.5单项选择题200
7.6分析应用题207
第8章系统互连及输入输出组织229
8.1教学目标和内容安排229
8.2主要内容提要231
8.3基本术语解释234
8.4常见问题解答241
8.5单项选择题249
8.6分析应用题258
第9章并行处理系统272
9.1教学目标和内容安排272
9.2主要内容提要273
9.3基本术语解释274
9.4常见问题解答277
9.5单项选择题279
9.6分析应用题280
参考文献282

FOREWORD

“计算机组成原理”和“计算机系统结构”是计算机学科各专业的核心基础课。有些高校将这两门课程分开上，也有些高校针对单处理器计算机系统开设了“计算机组成与系统结构”一门课程，而针对多核处理器、多处理机、并行处理机等高级体系结构的内容专门开设了“高级体系结构”课程。不管如何设置课程，计算机组成与系统结构涉及的基本内容都是一样的。这些内容位于软、硬件结合处，不仅涉及计算机硬件设计和计算机指令系统设计，还涉及操作系统、编译器和高级语言程序设计等部分软件设计技术，因此，这些内容是整个计算机系统中最核心的部分。
2022年5月，由清华大学出版社出版作者编写的主教材《计算机组成与系统结构（第3版）》主要针对单处理器计算机系统的组成与系统结构涉及的相关内容进行介绍。为了让学生能够更好地理解基本概念和基本原理，在主教材编写时，采用了“基本原理和实现细节相结合，历史发展过程和现实实际情况相结合”的方针，力求使学生能够全面、系统、准确、牢固地掌握相关知识。因而，主教材的内容涵盖面广、细节内容较多、篇幅较大，给教材的使用带来一些困难。
为了更好地协助教师用好主教材，作者编写了本辅助教材，对主教材中每一章的内容进行了概括总结，给出了以下6方面的教学辅助内容。
（1） 教学目标和内容安排： 给出相应章节的教学总体目标和基本教学要求，并较为详细地说明课堂教学内容和学生课后阅读内容的安排，以及每章的主要教学思路或教学方法。
（2） 主要内容提要： 对主教材中相应章节内容进行浓缩，形成主干知识框架结构，便于学生将全书内容串接起来，形成本课程的知识框架体系。
（3） 基本术语解释： 给出相关章节所涉及的基本术语的解释说明，并给出名词术语的中英文对照。
（4） 常见问题解答： 提供了大量的常见问题，并给出对每个问题的解释说明。这些常见问题是作者在长期的教学过程中发现的普遍存在于学生中的共性问题。
（5） 单项选择题： 提供了相应章节内容的单项选择题及其参考答案，并对部分习题的答案进行分析解答。
（6） 分析应用题： 提供了相应章节内容的分析应用题及其分析解答。
单项选择题和分析应用题这两个方面的教学辅助内容主要是为了巩固学生所学的基本原理而设置的。通过对一些具体问题的分析，能够提高学生对基本原理的认识。
需要说明，本书的部分数据通路由专用软件设计，逻辑门电路采用软件自带的美标设计。
本书作为主教材的教学辅助资料，可以与主教材配套使用。同时，本书相对独立、自成体系，因此也可单独使用。本书既可作为“计算机组成原理”或“计算机组成与系统结构”课程的教师参考书，也可作为学生学习“计算机组成原理”或“计算机组成与系统结构”课程时的学习参考书。
在本书的编写过程中，得到了杨若瑜副教授的大力协助，对书稿的篇章结构、内容等方面提出了许多宝贵的意见，并对全书内容进行了全面细致的核查和校对。此外，黄宜华教授、武港山教授等也对本书提出了许多宝贵的意见。杨晓亮、肖韬、翁基伟、刘长辉、宗恒、莫志刚、叶俊杰等研究生对相关章节的内容和习题分别进行了校对和试做，并提出了许多宝贵的意见和修改建议。在此对以上各位老师和研究生一并表示衷心的感谢。
由于计算机组成与系统结构相关的基础理论和技术在不断发展，新的思想、概念、技术和方法不断涌现，加之作者水平有限，在编写中难免存在不当或遗漏之处，恳请同行专家和广大读者对本书的不足之处给予指正，以便在后续的版本中改进。在主教材或本教材使用过程中若有任何问题，都可与作者直接联系，联系方式： [email protected]。

前言计算机组成与系统结构习题解答和教学指导（第3版）袁春风2023年8月