2020 计算机系统(国防科技大学) 最新满分章节测试答案

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本课程起止时间为:2020-04-09到2020-07-18
本篇答案更新状态:已完结

【作业】实验一（上） 高级语言与机器表示 单元作业

1、 问题:参考附件中的实验环境安装配置手册，安装配置实验环境，安装过程中遇到的问题和解决的方法可以写到实验报告中。
评分规则: 【 1.能在实验报告中体现安装的过程，能够反映安装中遇到的问题
】

2、 问题:编写hello world程序，通过命令行分步骤（预处理、编译、汇编、链接）对所编写的C语言源程序进行处理，通过VSCode观察各步骤生成的中间文件，试找出Hello world!在可执行文件（.exe文件）中的位置，找到其对应的ASCII码，结果请粘贴在实验报告中。实验报告中必须包括的主要内容包括：实验环境的安装，hello world程序编写及通过命令行处理的步骤，中间结果的观察，实验过程中你的思考。
实验报告模板见附件，请用“实验1-姓名-学号”的方式命名实验报告。
评分规则: 【 实验步骤描述清楚实验结果正确实验报告真实性实验报告中图表丰富

】

【作业】第一章（一） 计算机的抽象和技术 计算机系统第一章第一讲课件

1、 问题:下载课件，复习课程内容，提出问题，没有问题回复OK
评分规则: 【 是否有下载记录，是否回复，提出有效问题和体会的学生多1分
】

【作业】第一章（二） 计算机的抽象和技术 第一章作业-性能评价

1、 问题:假设有三个不同的处理器P1、P2和P3执行相同的指令集。P1的时钟频率为3GHz,CPI为1.5。P2的时钟频率为2.5GHz,CPI为1.0。P3的时钟频率为4.0GHz,CPI为2.2。a.哪个处理器以每秒指令数表示的性能最高？b.如果每个处理器都执行一个10秒的程序，求出每个处理器的周期数和指令数。c.我们正在尝试将执行时间减少30％，但这会使CPI增加20％。为了减少这些时间，我们应该使用什么时钟频率？
评分规则: 【 (a)P1的性能（指令/秒）=3×109/1.5=2×109P2的性能（指令/秒）=2.5×109/1.0=2.5×109P3的性能（指令/秒）=4.0×109/2.2=1.8×109因此P2的性能最高
P1周期数=10×3×109=30×109P1指令数=10×2×109=20×109P2周期数=10×2.5×109=25×109P2指令数=10×2.5×109=25×109P3周期数=10×4.0×109=40×109P3指令数=10×(4.0×109/2.2)=18.18×109
执行时间=10×(1-30%)=7秒CPI(P1)=1.8CPI(P2)=1.2CPI(P3)=2.64时钟频率=指令数×CPI/执行时间f(P1)=20×109×1.8/7=5.14GHzf(P2)=25×109×1.2/7=4.29GHzf(P3)=10×(4.0×109/2.2)×2.64/7=6.85GHz
】

2、 问题:编译器会对应用程序的性能产生深远的影响。假设对于一个程序，编译器A的指令数为1.0E9，执行时间为1.1s，而编译器B的指令数为1.2E9，执行时间为1.5s。a.在处理器的时钟周期为1ns的情况下，求出每个编译器的平均CPI。b.假定已编译的程序在两个不同的处理器上运行，如果两个处理器的执行时间相同，那么运行编译器A代码的处理器的时钟频率比运行编译器B代码的处理器的时钟频率慢多少？c.开发了一个新的编译器，它只使用6.0E8条指令，平均CPI为1.1。在原来的处理器上，使用这个新编译器与使用编译器A或B相比，速度提高了多少?
评分规则: 【 CPI=执行时间/(指令数×时钟周期时间)CPI(A)=1.1/(1.0×109×1×10-9)=1.1CPI(B)=1.5/(1.2×109×1×10-9)=1.25
时钟频率=指令数×CPI/执行时间fB/fA=(A指令数×CPI(B))/(B指令数×CPI(A))=(1.2×109×1.25)/(1.0×109×1.1)=1.37
执行时间=指令数×CPI×时钟周期时间TA/Tnew=(A指令数×CPI(A))/(new指令数×CPI(new))=(1.0×109×1.1)/(6×108×1.1)=1.67TB/Tnew=(B指令数×CPI(B))/(new指令数×CPI(new))=(1.2×109×1.25)/(6×108×1.1)=2.27
】

3、 问题:考虑同一指令集体系结构的两种不同实现，指令可根据其CPI分为四类（A，B，C和D类）。P1的时钟频率为2.5GHz，各类指令的CPI分别为1、2、3、3。P2的时钟频率为3GHz，各类指令的CPI分别为2、2、2、2。给定一个指令数为1.0E6的程序，将指令分为以下几类：A类10％，B类20％，C类50％和D类20％。哪种更快：P1还是P2？a.每种实现的全局CPI是多少？b.找到两种情况下所需的时钟周期。
评分规则: 【 执行时间=指令数×CPI/时钟频率CPI=执行时间×时钟频率/指令数CPI(P1)=2.6CPI(P2)=2从CPI看，P2更快
P1时钟周期=1×105×1+2×105×2+5×105×3+2×105×3=26×105P2时钟周期=1×105×2+2×105×2+5×105×2+2×105×2=20×105从所需时钟周期看，P2更快
】

【作业】第一章（一） 计算机的抽象和技术 计算机系统第一章第二讲课件

1、 问题:4.12日上课课件，第一章第二讲，请及时下载复习。下载完成在下面的对话框中回复”已下载”。
评分规则: 【 是否下载
】

【作业】第一章（一） 计算机的抽象和技术 计算机系统第一章第三讲-第二章第一讲课件

1、 问题:4.17日上课课件，第一章第三讲、第二章第一讲课件，请及时下载复习。下载完成，在下面的对话框中回复已下载。
评分规则: 【 下载完成
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第二章作业

1、 问题:2.5 思考下面对show_bytes的三次调用： int val = 0x87654321; byte_pointer valp = (byte_pointer) & val; show_bytes(valp, 1); / A. / show_bytes(valp, 2); / B. / show_bytes(valp, 3); / C. /指出在小端法机器和大端法机器上，每次调用的输出值。上传程序代码和输出截屏。 A. 小端法： 大端法： B. 小端法： 大端法： C. 小端法： 大端法：
评分规则: 【 21； 87； 21 43； 87 65； 21 43 65； 87 65 43
给出的程序代码可以正确运行，与截屏一致
】

2、 问题:下面对show_bytes的调用将输出什么结果？上传程序代码和输出截屏。 const_char *s = “abcdef”; show_bytes((byte_pointer) s, strlen(s));注意字母’a’ ~ ‘z’ 的ASCII码为0x61~0x7A。
评分规则: 【 61 62 63 64 65 66
上传的源程序能够正确执行，与截屏一致
】

3、 问题:填写下表，给出位向量的布尔运算的求值结果。
评分规则: 【 [10010110]; [10101010]; [01000001]; [01111101]; [00111100]
】

4、 问题:填写下表，展示不同移位运算对单字节数影响。思考移位运算的最好方式是使用二进制表示。将最初的值转换为二进制，执行移位运算，然后再转换回十六进制。每个答案都应该是8个二进制数字或者2个十六进制数字。
评分规则: 【 [11000011] [00011000] 0x18 [00110000] 0x30 [11110000] 0xF0; [01110101] [10101000] 0xA8 [00011101] 0x1D [00011101] 0x1D; [10000111] [00111000] 0x38 [00100001] 0x21 [11100001] 0xE1; [01100110] [00110000] 0x30 [00011001] 0x19 [00011001] 0x19;
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第二章作业-信息的表示和处理

1、 问题:2.21假设在采用补码运算的32位机器上对这些表达式求值，按照图2-19的格式填写下表，描述强制类型转换和关系运算的结果。表达式类型求值-2147483647-1 == 2147483648U -2147483647-1 < 2147483647 -2147483647-1U < 2147483647 -2147483647-1 < -2147483647 -2147483647-1U < -2147483647
评分规则: 【 每个空1分
】

2、 问题:2.23考虑下面的C函数： int fun1(unsigned word) { return (int) ((word << 24) >>24); } int fun2(unsigned word) { return ((int) word << 24) >> 24); } 假设在一个采用补码运算的机器上以32位程序来执行这些函数。还假设有符号数值的右移是算数右移，而无符号数数值的右移是逻辑右移。 A. 填写下表，说明这些函数对这几个示例参数的结果。你会发现用十六进制表示来做会更方便，只要记住十六进制数字8到F的最高有效位等于1。wfun1(w)fun2(w)0x00000076 0x87654321 0x000000C9 0xEDCBA987 B. 用语言来描述这些函数执行的有用的计算。 用语言来描述这些函数执行的有用的计算。
评分规则: 【 A题中每个空1分，B题2分
】

3、 问题:2.26现在给你一个任务，写一个函数用来判定一个字符串是否比另一个更长。前提是你要用字符串库函数strlen，它的声明如下： / Prototype for library function strlen / size_t strlen(const char s); 最开始你写的函数是这样的： / Determine whether string s is longer than string t / / WARNING: This function is buggy / int strlonger( char s, char *t) { return strlen(s) – strlen(t) > 0; } 当你在一些示例数据上测试这个函数时，一切似乎都是正确的。进一步研究发现在头文件stdio.h中数据类型size_t是定义成unsigned int的。 A. 在什么情况下，这个函数会产生不正确的结果？ B. 解释为什么会出现这样不正确的结果。 C. 说明如何修改这段代码好让它能可靠地工作。
评分规则: 【 每小题3分
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第二章-整数的表示-课件

1、 问题:请同学们及时下载课件，温故知新
评分规则: 【 按时下载课件
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第二章-整数运算-课件

1、 问题:请同学们及时下载课件，温故知新
评分规则: 【 及时下载学习
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第二章作业-整数的运算

1、 问题:按照图2-25的形式填写下表。分别列出5位参数的整数值、整数和与补码和的数值、补码和的位级表示，以及属于等式（2.13）推导中的哪种情况。xyx+yx+t5y情况 [10100] [10001] [11000] [11000] [10111] [01000] [00010] [00101] [01100] [00100] 参考书64页图2-25，每一列左边填写十进制数。等式（2.13）参考书63页。要求写出计算过程。
评分规则: 【 每个空结果占0.5分，计算过程占0.5分
】

2、 问题:填写下表，说明不同的3位数字乘法的结果。模式xyxy截断的xy无符号补码 [100] [101] [100] [101] 无符号补码 [010] [111] [010] [111] 无符号补码 [110] [110] [110] [110] 参考书68页图2-27，每一列左边填写十进制数。要求写出计算过程。
评分规则: 【 每空结果占0.5分，计算过程占0.5分
】

3、 问题:假设我们在对有符号值使用补码运算的32位机器上运行代码。对于有符号值使用的是算术右移，而对于无符号值使用的是逻辑右移。变量的声明和初始化如下：int x = foo(); / Arbitrary Value /int y = bar(); / Arbitrary Value / unsigned ux = x;unsigned uy = y; 对于下面每个C表达式。（1）证明对于所有的x和y值，它都为真（等于1）；或者（2）给出使用它为假（等于0）的x和y的值：A. (x>0) || (x-1<0)B. (x & 7) != 7 || (x<<29<0)C. (xx) >= 0D. x<0 || -x <= 0E. x>0 || -x >= 0F. x+y == uy+uxG. x~y + uy*ux == -x 注意，答题需给出详细的计算、证明或推导过程。
评分规则: 【 酌情给分
】

【作业】计算机系统实验一 数据的机器表示 计算机系统实验一 数据的机器表示

1、 问题:本实验的目的是使得同学们对整数的二进制表示及操作更为熟悉。本实验由一组程序实现问题构成。为了让同学们更好地理解数据的二进制表示，每个题目可能包含着一些特别设定的规则，暂时只完成整数部分。请同学们注意：在解决这些问题的时候，需要遵守每道题的规则；不符合规则的解答将无法通过验收。（提交内容：① C++源代码 bits.c文件 ②实验报告（严格按照格式要求）。将这两个文件打包压缩后提交，命名方式为student_id_name_bits.c）
评分规则: 【 整数部分共20分，按照解题数量逐题给分。 bitXor（1分）tmin（1分） isTmax（1分） allOddBits（2分） negate（2分） isAsciiDigit（3分） conditional（3分） isLessOrEqual（3分） logicalNeg（4分）
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第二章-浮点数-课件

1、 问题:及时下载课件，复习巩固。
评分规则: 【 及时下载。
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第二章-浮点数-课件-新

1、 问题:第二章浮点数课件
评分规则: 【 下载
】

【作业】计算机系统实验一 数据的机器表示 计算机系统实验一 数据的机器表示（浮点）

1、 问题:本实验的目的是使得同学们对浮点的二进制表示及操作更为熟悉。本实验由一组程序实现问题构成。为了让同学们更好地理解数据的二进制表示，每个题目可能包含着一些特别设定的规则。具体思路请下载已更新PPT中的浮点部分。请同学们注意：在解决这些问题的时候，需要遵守每道题的规则；不符合规则的解答将无法通过验收。（提交内容：① C++源代码 bits.c文件 ②实验报告（严格按照格式要求）。将这两个文件打包压缩后提交，命名方式为student_id_name_bits.c）
评分规则: 【 浮点部分共12分，按照题目分数主题给分；代码重复率；编码方式；
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第二章-浮点数-作业

1、 问题:2.48正如在练习题2.6中提到的，整数3510593的十六进制表示为0x00359141，而单精度浮点数3510593.0的十六进制表示为0x4A564504。推导出这个浮点表示，并解释整数和浮点数表示的位之间的关系。
评分规则: 【 需要写出从整数到浮点数的推导过程
】

2、 问题:2.49A.对于一种具有n位小数的浮点格式，给出不能准确描述的最小正整数的公式（因为要想准确表示它需要n+1位小数）。假设阶码字段长度k足够大，可以表示的阶码范围不会限制这个问题。B.对于单精度格式（n=23），这个整数的数字值是多少？
评分规则: 【 A题3分，B题2分
】

3、 问题:2.52考虑下列基于IEEE浮点格式的7位浮点表示。两个格式都没有符号位——它们只能表示非负的数字。格式A：有k=3个阶码位，阶码的偏置值是3。有n=4个小数位。格式B：有k=4个阶码位，阶码的偏置值是7。有n=3个小数位。下面给出了一些格式A表示的位模式，你的任务是将它们转换成格式B中最接近的值。如果需要，请使用舍入到偶数的舍入原则。另外，给出由格式A和格式B表示的位模式对应的数字的值。给出证数（例如17）或者小数（例如17/64）。格式A格式B位值位值011 000010111 0001101 1110 010 1001 110 1111 000 0001
评分规则: 【 每个空1分
】

4、 问题:2.54假定变量x、f和d的类型分别是int、float和double。除了f和d都不能等于+∞、-∞或者NaN，它们的值是任意的。对于下面每个C表达式，证明它总是为真（也就是求值为1），或者给出一个使表达式不为真的值（也就是求值为0）。A. x == (int)(double) xB. x == (int)(float) xC. d == (double)(float) dD. f == (float)(double) fE. f == -(-f)F. 1.0/2 == 1/2.0G. d*d >= 0.0H. (f+d)-f == d
评分规则: 【 每个题2分
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第三章-第3章第1讲-程序编码-数据格式-访问信息

1、 问题:第3章第1讲-程序编码-数据格式-访问信息 课件
评分规则: 【 及时下载
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第三章-第一讲-程序编码-数据格式-访问信息-作业

1、 问题:练习题3.3 当我们调用汇编器的时候，下面代码的每一行都会产生一个错误消息。解释每一行都是哪里出了错。movb $0xF, (%ebx)movl %rax, (%rsp)movw (%rax), 4(%rsp)movb %al, %slmovq %rax, $0x123movl %eax, %rdxmovb %si, 8(%rbp)
评分规则: 【 需要写出每一行错误的原因。每一行1分
】

2、 问题:练习题3.5 已知信息如下。将一个原型为void decode1(long xp, long yp, long zp);的函数编译成汇编代码，得到如下代码：void decode1(long xp, long yp, long zp)xp in %rdi, yp in %rsi, zp in %rdxdecode1: movq (%rdi), %r8 movq (%rsi), %rcx movq (%rdx), %rax movq %r8, (%rsi) movq %rcx, (%rdx) movq %rax, (%rdi) ret参数xp、yp和zp分别存储在对应的寄存器%rdi、%rsi和%rdx中。请写出等效于上面汇编代码的decode1的C代码。(还需要写出每一行汇编代码所代表的含义一行一分)
评分规则: 【 需要写出每一行汇报代码的作用。汇编代码含义1行1分，c语言程序5分
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第三章-第二讲-算术逻辑运算-控制

1、 问题:第三章第二讲 算术逻辑运算、控制课件
评分规则: 【 及时下载
】

【作业】第二章（三）计算机的语言（指令系统） 第三章-第二讲-算术逻辑运算-控制-作业

1、 问题:练习题3.7 考虑下面的代码，我们省略了被计算的表达式：long scale2(long x, long y, long z){ long t = ＿＿＿＿＿＿ ; return t;} 用GCC编译实际的函数得到如下的汇编代码；long scale2(long x, long y, long z) x in %rdi, y in %rsi, z in %rdxscale2: leaq (%rdi, %rdi, 4), %rax leaq (%rax, %rsi, 2), %rax leaq (%rax, %rdx, 8), %rax ret填写出C代码中缺失的表达式。(要求写出每一行汇编代码表达的含义)
评分规则: 【 汇编注释每空1分，结果2分
】

2、 问题:练习题3.10 下面的函数是图3-11a中函数一个变种，其中有些表达式用空格替代：long arith2(long x, long y, long z){ long t1 = ＿＿＿＿＿＿; long t2 = ＿＿＿＿＿＿; long t3 = ＿＿＿＿＿＿; long t4 = ＿＿＿＿＿＿; return t4;} 实现这些表达式的汇编代码如下：long arith2(long x, long y, long z)x in %rdi, y in %rsi, z in %rdx arith2: orq %rsi, %rdi sarq $3, %rdi notq %rdi movq %rdx, %rax subq %rdi, %rax ret 基于这些汇编代码，填写C语言代码中缺失的部分。(要求写出推理步骤，不然不得分)
评分规则: 【 没空1分
】

3、 问题:练习题3.13 考虑下列的C语言代码：int comp(data_t a, data_t b){ return a COMP b;}它给出了参数a和b之间比较的一般形式，这里，参数的数据类型data_t(通过typedef)被声明为表3-1中列出的某种整数类型，可以是有符号的也可以是无符号的comp通过#define来定义。 假设a在%rdi中某个部分，b在%rsi中某个部分。对于下面每个指令序列，确定哪种数据类型data_t和比较COMP会导致编译器产生这样的代码。(可能有多个正确答案，请列出所有的正确答案。)(要求写出推理步骤，不然不得分)A. compl %esi, %edisetl %alB. cmpw %si, %disetge %alC. cmpb %sil, %dilsetbe %alD. cmpq %rsi, %rdisetne %a