计算机系统平台练习. 1. 现代计算机的五大组成部分 2. 单道批处理系统和多道批处理系统有何区 别？ 3. 实现补码二进制计算（ 8 位，最高位为符号 位） -7+(-65) 96+(-72)

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1 计算机系统平台练习

2 1. 现代计算机的五大组成部分 2. 单道批处理系统和多道批处理系统有何区 别？ 3. 实现补码二进制计算（ 8 位，最高位为符号 位） -7+(-65) 96+(-72)

3 1. 冯 · 诺依曼结构：运算器、控制器、存储器、 输入 / 输出设备 2. 内存中装入的程序数量、 I/O 中断时的处理 3. -7+(-65)=11111001 2 +10111111 2 =10111000 2 =-72 96+(-72)=01100000 2 +10111000 2 =00011000 2 =24

4 4. 利用 8421 码计算 6+2 8+4 5. (4A82) 16 /2 10 =? (3A) 16 *2 9 +(5B) 16 =?

5 5. (4A82) 16 =0100 1010 1000 0010 (3A) 16 *2 9 +(5B) 16 =011 1010 000000000+0 0101 1011 4.6 ＋ 2 ＝ 8 0110 ＋ 0010 1000 8 ＋ 4 ＝ 12 1000 ＋ 0100 1100 ＋ 0110 1 0010 ＝ 12

6 6. 两浮点数 x = 2 01 ×0.1101 ， y = 2 11 ×(-0.1010) 。假设尾数在计算机中以补码表示，可存 储 4 位尾数，阶码以原码表示，采用 0 舍入 ，求 x+y 。

7 ① 转换为浮点数 x = 0001 00.1101 ， y = 0011 11.0110 ② 对阶（向高阶对齐） x = 0011 00.001101 ， y = 0011 11.0110 ③ 尾数求和 x+y=0011 11.100101 ④ 尾数规格化（符号位与最高位需不同，左移 ） x+y=0010 11.001010 ⑤ 尾数舍入 x+y=0010 11.0010 ⑥ 尾数和阶数是否溢出（符号位 11 或 00 ） x+y=2 10 *(-0.1110)

8 7. 若某计算机要求有如下形式的指令：三地 址指令 6 条，单地址指令 127 条，零地址指 令 8 条 ( 不要求有二地址指令 ) 。设指令字长 为 12 位，每个地址码长为 3 位，试用扩展操 作码为其编码。

9 三地址指令： 000/001/010/011/100/101 XXX XXX XXX 单地址指令： 110 000 000~111 111 110 XXX 零地址指令： 111 111 111 000~111

10 8. 车站售票厅，最多可容纳 20 名购票者。当 售票厅中少于 20 人时，厅外的购票者可立 即进入，否则需在外面等待。把每个购票 者看作一个进程。 1 ）写进程同步； 2 ）若 所有购票者共 n 人，则信号量可能的变化范 围是什么？

11 8 、售票厅 Semaphore space=20; Process pi(i=1,2,…) { wait(space); 进入售票厅 ; 购票 ; 退出售票厅 ; signal(space); } Main() { cobegin { pi(); }

12 9. 复印室里有一个操作员为顾客复印资料， 有 5 把椅子供顾客休息等待复印。如果没有 顾客，则操作员休息。当顾客来到复印室 时，如果有空椅子则坐下来，并唤醒操作 员；如果没有空椅子则必须离开复印室。

13 9 、复印室打印 信号量说明： – Customers 表示正在等待复印的顾客数量（不包 括正在复印的顾客） – Operator 记录正在等待顾客的操作员数，只有 1 和 0 – Mutex 用于对 waiting 的访问 变量说明： – Waiting 表示等待的顾客数量，与 customers 的值 相等，为了解决不能读取信号量当前值的问题

14 Semaphore customers=0, operator=0, mutex=1; Waiting=0; Process operator() // 操作员进程 { while(1) { wait(customers);// 等待顾客到来 复印 ; signal(operator);// 通知顾客已复印 }

15 Process customeri() // 顾 客进程 i { 进入复印室 ; wait(mutex); if (waiting<5) { waiting++; signal(customers); signal(mutex); wait(operator); wait(mutex); waiting--; signal(mutex); } else signal(mutex); 离开复印室 ; }

16 Main() { cobegin { operator(); customeri(); }

17 10. 做饭可以使用电饭煲或者普通的锅，使用 操作系统的观点解释为什么使用电饭煲做 饭比较好。 11. 为什么文件在同一个分区内移动比不同分 区间移动快？ 12. 哪些情况下会出现 I/O 通道繁忙？

18 10. 做饭可以使用电饭煲或者普通的锅，使用 操作系统的观点解释为什么使用电饭煲做 饭比较好。 – 思路：类似 DMA 的优点 11. 为什么文件在同一个分区内移动比不同分 区间移动快？ – 改变文件目录 / 磁盘 IO 12. 哪些情况下会出现 I/O 通道繁忙？ – 复制文件、内存不足、高速下载、病毒、程序 读写文件 …

19 13. 包含下述 5 条语句的程序段： S1 ： A 1 =πr 1 2 ， S2 ： A 2 =πr 2 2 ， S3 ： A=A 1 -A 2 ， S4 ： L=2π(r 1 +r 2 ) ， S5 ： π=3.14 ，其中 r 1 和 r 2 是常 量。画出语句执行的前趋图，并利用信号 量同步方式描述该前趋图

20 Semaphore s1,s2,s3,s4,s5=0; Main() { Cobegin { {wait(s5); A 1 =πr 1 2 ; signal(s1);} {wait(s5); A 2 =πr 2 2 ; signal(s2);} {wait(s1); wait(s2); A=A 1 -A 2 ;} {wait(s5); L=2π(r 1 +r 2 );} {π=3.14; signal(s5); signal(s5); signal(s5);} }

21 14.S1:a=b+c, S2:b=c+d, S3:c=d+e, S4:d=e+1, S5:e=2 。用信号量描述前趋关系。

22 14 、 S1:a=b+c, S2:b=c+d, S3:c=d+e, S4:d=e+1, S5:e=2 。 用信号量描述前趋关系。 Semaphore s1=0,s2=0,s3=0,s4=0,s5=0; Process P1() { wait(s2); a=b+c; } Process P2() { wait(s3); b=c+d; signal(s2); } Process P3() { wait(s4); c=d+e; signal(s3); } Process P4() { wait(s5); d=e+1; signal(s4); }

23 Process P5() { e=2; signal(s5); } Main() { cobegin { P1(); P2(); P3(); P4(); P5(); }

24 15. 进程 A 、 B 、 C 、 D 、 E 需要的执行时间为 10 、 6 、 20 、 7 、 3 分钟，其中进程 A 要求必须在 20 分钟内完成，求 5 个进程的最短平均等待 时间 16. 内存的存储管理方式分为分段、分页和段 页式，问：哪些管理方式会产生外部碎片？ 哪些管理方式会产生内部碎片？说明原因。 17. 一个程序可以细分成多个进程，问：进程 是否可以再做细分？如果能，请说明细分 的好处；如果不能，请说明进程的优点。

25 15.EBADC(0+3+9+19+26)/5=11.4 16. 分页和段页式会产生内部碎片，原因是按 页分配空间，页面大小固定，最后一页或 者段内最后一页可能存不满。分段会产生 外部碎片，原因是存储空间分割时可能会 产生小碎片无法分配给任何一个段。 17. 进程可以细分为线程，线程利用所处进程 的资源信息，不需要频繁保存和装载，节 省调度时间。

26 18. 实时系统任务 A 每 10 秒执行一次，每次执 行需要 3 秒；任务 B 每 20 秒执行一次，每次 执行需要 7 秒；任务 C 每 60 秒执行一次，每 次执行需要 20 秒。问是否存在一种合理的 调度策略保证 3 个周期任务的正常执行。

27 – 3/10+7/20+20/60<1

28 19. 说明三角债有可能产生死锁，并给出解决 策略 20. 逻辑地址转换为物理地址时如何防止越界 访问？ 21. 描述操作系统中程序和文件从创建、使用 到删除的全过程 22. 内存需要依次访问以下页面： 5 、 1 、 0 、 1 、 4 、 7 、 6 、 5 、 6 、 5 、 7 、 0 、 4 ，内存能保 存 3 个页面，求 FIFO 、 LRU 、 CLOCK 的缺页 率

29 19. 说明三角债有可能产生死锁，并给出解决 策略 – 甲：占有 A 资源，申请 B 资源 – 乙：占有 B 资源，申请 C 资源 – 丙：占有 C 资源，申请 A 资源 – 具备死锁的四个必要条件：互斥、请求和保持、 不可抢占、循环等待 20. 逻辑地址转换为物理地址时如何防止越界 访问？ – 段号、页号、页内偏移

30 21. 描述操作系统中程序和文件从创建、使用 到删除的全过程 – 创建：确定分区、地址空间、文件目录 – 使用：内存 / 虚拟内存、进程 / 线程、 CPU 调度 、文件读写、 I/O – 删除：释放空间 22. 内存需要依次访问以下页面： 5 、 1 、 0 、 1 、 4 、 7 、 6 、 5 、 6 、 5 、 7 、 0 、 6 ，内存能 保存 3 个页面，求 FIFO 、 LRU 、 CLOCK 的缺 页率 – 9/13 ， 9/13 ， 9/13

31 23.CPU 执行一段程序时， cache 完成存取的次 数为 1900 次，主存完成存取的次数为 100 次，已知 cache 存取周期为 50ns ，主存存取 周期为 250ns ，求 cache/ 主存系统的效率和 平均访问时间。 24. 一个总线周期并行传送 4 个字节，一个总线 周期等于一个时钟周期，总线时钟频率为 66MHz ，求总线带宽。

32 23.t a =(1900*50+100*250)/(1900+100)=60ns e=50/60=83.3% 24.66*4=264MB/s

33 25. 磁盘有 6 片盘片，每片 2 个记录面，最上最 下两个面不记录，存储区域内径 22cm ，外 径 33cm ，道密度 40 道 /cm ，内层位密度 400 位 /cm ，转速 2400 转 / 分。求磁盘容量。 26. 在分页内存管理系统中，假设采用 16 位地 址，分页大小为 2048B ，页表中第 0~7 项对 应的块号分别是 11 、 7 、 0 、 21 、 3 、 8 、 14 、 1 ，求逻辑地址（ 16 进制表示） 2691h 和 1A53h 对应的物理地址。写出计算过程。

34 25. 3.14×22×400 × (33 － 22)/2 × 40×(6×2 － 2) ＝ 7598800B 26.2048=2 11 ，即页内偏移为 11 位低地址，页 号为 5 位高地址。 2691h: 0010 0110 1001 0001 ，逻辑页号为 00100 ，对应物理块号为 3 ，故物理地址为 0001 1110 1001 0001 ，即 1E91h 1A53h: 0001 1010 0101 0011 ，逻辑页号为 00011 ，对应物理块号为 21 ，故物理地址 为 1010 1010 0101 0011 ，即 AA53h

35 27. 假设一个硬盘空间采用位图法管理盘块， 采用连续分配的方式给每个文件分配盘块 。硬盘大小为 4MB ，盘块大小为 64KB ，位 图用 16 进制表示是： 0FF0000000000000 。 现在需要使用首次适应算法依次为大小为 300KB 、 100KB 的文件分配硬盘空间，问： 这两个文件的基址分别是多少？分配后的 位图是什么？

36 CFFF 8000 0000 0000 基址： 768KB ， 0KB

37 28. 一台机器有 1.5G 内存，其中操作系统自身 占用 0.5GB 低地址内存，剩余的内存采用伙 伴系统。如果有以下五个进程依次申请内 存空间，分别需要占用 512M 、 128M 、 64M 、 128M 、 256M 空间，求系统给每个 进程分配的内存地址空间位置，并对分配 过程进行说明。

38 P1:512M~1024M ， P2:1024M~1152M ， P3:1152M~1216M ， P4:1280M~1408M ， P5 ：内存空间不足，需要将现有 P1~P4 中的任 意一个进程交换到虚拟内存中才能存放。

39 29. 在 Windows 操作系统中，经常使用 CTRL+C/V/X 的组合键作为复制、粘贴和剪 切的快捷键，问：复制粘贴文件时，操作 系统应当在按下 CTRL+C 时，还是在按下 CTRL+V 时申请硬盘空间？剪切粘贴文件时 ，操作系统又该如何申请硬盘空间？

40 CTRL+V 时申请硬盘空间，因为 CTRL+C 时只 确定了待复制的文件， CTRL+V 时确定了文 件应该复制到的卷以及在卷中文件系统中 的具体位置，此时才可能在具体位置所属 的硬盘中申请空间。剪切粘贴时，若文件 的原位置和移动位置处于同一个卷，则只 需要修改文件系统中文件所在的目录，否 则需要在新位置申请硬盘空间，在移动完 成后还需要释放原位置的硬盘空间。