计算机系统结构习题解答.docx
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计算机系统结构习题解答
《计算机系统结构》部分习题参考答案
1.2解:
这儿要注意的是第一级是最低的级别,而不是最高的级别。
第二级:
NKns第三级:
N2Kns第四级:
N3Kns
1.4解:
第二级:
N/Mks第三级:
(N/M)2ks第四级:
(N/M)3ks
1.6解:
计算机系统结构:
是从系统结构设计者的角度看到的系统特性及功能视图,它对计算机组成提出了明确的功能需求和设计目标。
计算机组成:
计算机系统结构的逻辑实现。
计算机实现:
计算机组成的物理实现。
例:
对于同样系统结构的IBM系列机,人们为了提高性能,加入了通道、外围处理机、先行控制、流水线等。
而对于组成相仿的两类计算机,器件的集成度、布局等物理实现又可能不同。
1.8解:
对汇编语言程序员而言透明的有:
指令缓冲器、时标发生器、乘法器、先行进位链、移位器。
1.11解:
系列机是指由同一厂家生产并具有相同系统结构的计算机,但具有不同的计算机组成与实现。
可行:
(1)(3)(4)(6)(7)
不可行:
(2)(5)(8)
1.17解:
Sn=1/((1–Fe)+Fe/Se)=1/((1–0.9)+0.9/5)=3.57
1.19解:
CPI=∑CPIi×[Ii/Ic]=45000/105+(32000×2)/105+(15000×2)/105+(8000×2)/105=1.55
MIPS=(40×106)/(1.55×106)=25.8MIPS
Te=105/(25.8×106)=3.88ms
1.24解:
CPI=1,则有:
T未=IC×CPI×T(1-5%)=0.95IC×T
T优=IC×CPI×T(1-30%)+IC×CPI×T×30%(1-1/3)=0.9IC×T
由于T优/T未=0.9/0.95=0.947
所以,优化后的方案使计算机工作速度更快。
1.28解:
原始MFLOPS=195578/(10.8×106)=0.018
正则化后MFLOPS=195578/(13.6×106)=0.014
指令正则化后的具体值=f/CPI=16.6M/(6×106)=2.77
2.2解:
1)最大尾数:
1-16-6
2)最小正尾数:
16-1
3)最小尾数:
-(1-16-6)
4)最大负尾数:
-16-1
5)最大阶码:
26-1
6)最小阶码:
-26
7)最大正数:
(1-16-6)*1664
8)最小正数:
16-1*16-64
9)最大负数:
-16-1*16-64
10)最小负数:
-(1-16-6)*1664+1
11)浮点零:
0
12)表数精度:
1/2×16-(6-1)
13)表数效率:
15/16
14)能表示的规格数浮点数个数:
2×15×165×2×26+1
2.3解:
1)最大正数:
2127(2-2-23)2)
2)最小正数:
2-126.2-23=2-149
3)最大负数:
-2-149
4)最小负数:
-2128(1-2-24)
5)表数精度:
2-23
6)表数效率:
99.6%
2.5解:
1)设计浮点数的格式:
2-P=10-7..2P=-log210-7.2=7.2×log210
尾数为24位,阶码为7+1位。
2)计算:
1① 最大正数:
2128=3.4×1038
2② 最大负数:
-2-127×224=-3.5×10-46
3③ 表数精度:
1/2×2-23=2-24=10-7..22
4④ 表数效率:
50%
2.6解:
1) 0.2的两种表示:
IBM:
00000000001100110011001100110011
IEEE:
001111101<1>10011001100110011001100
2)转换规则:
1① 找出尾数中首位为1的第K位(二进制,尾数);
2② 尾数左移k位,移出部分丢掉,右边添加0;
3③ e2=4e1-125-k
4④ s2=s1
3)转换规则:
1① e1=(e2-127)/4;
2② e1=e1+63;
3③ k=4e1-e2+127;
4④ 右移K位,将0.m1转化为16进制。
2.9解:
1)舍入方法为:
上舍下入
2)警戒位位数:
1位
3)在正数区的误差范围:
-2-p-1(1-2-q+1)~2-p-1
2.10解:
要点:
指令数由256减少到64,减少了两位指令码。
在A处理机中所占的空间为:
MA=1000*32+(1000*2*32)/8=40000bit
在B处理机中所占的空间:
39000bit
MB=1000*30+(1000*2*36)/8=39000bit
2.13解:
指令
序号
出现
的概率
Huffman
编码法
2/8扩展
编码法
3/7扩展
编码法
I1
0.25
00
00
00
I2
0.20
10
01
01
I3
0.15
010
1000
10
I4
0.10
110
1001
11000
I5
0.08
0110
1010
11001
I6
0.08
1110
1011
11010
I7
0.05
1111
1100
11011
I8
0.04
01110
1101
11100
I9
0.03
011110
1110
11101
I10
0.02
011111
1111
11101
操作码平均长度
2.99
3.1
3.2
操作码冗余信息
0.7%
4.2%
7.2%
2.14解:
1)操作码编码:
I135%0
I225%10
I320%110
I410%1110
I55%11110
I63%111110
I72%111111
操作码平均长度:
H=ΣPiLi=2.35
1)2) 指令格式、各字段长度和操作码编码:
可采用2/4扩展法编码,3条RR指令(I1,I2,I3)的操作码为2位,四条指令(I4I5I6I7)的操作码长为4位,则:
8位操作码的指令格式
Op
R1
R2
2
3
3
其中:
Op为00,01,10
16位操作码的指令格式
Op
R1
M
R2
4
3
8
1
其中,Op为1100,1101,1110,1111
2.15解:
1)单地址指令条数为63
零地址指令条数64
操作码分别为:
双址:
0000~1110
单地址:
1111000000
。
。
。
。
1111111110
零地址:
1111111111000000
。
。
。
。
。
。
1111111111111111
2)3) 首先,从题意可得:
(16-x):
63x=1:
9
所以,x=2
操作码分别为:
双址:
0000-1110(共14条)
单地址:
11100000000
……..
1111111
11110000000
……..
1111111
(共126条)
零地址:
1110111111000000
。
。
。
。
。
。
111111
1111111111000000
。
。
。
。
111111
(共126条)
2.16解:
2)处理器1:
条数最少,但指令字最长,存储空间较大,速度最慢。
处理器2:
条数比上多一些,但字长稍短,空间占用差不多速度较慢。
处理器3:
条数最多,但指令字长较短,但总空间占用可能最大,速度高
处理器4:
条数与一地址相当,虽指令字长短,但总的空间占用可能最大,速度最慢。
处理器5:
指令条数较少,字长比一般二地址系统短的多。
存储空间少,速度高。
3)2地址、3地址、1地址、二地址多累加器指令系统、堆栈
4)二地址多累加器指令系统、1地址、3地址、2地址、堆栈
2.20解:
1)1) Start:
MoveAS,R1
MoveNum,R2
Move(R1),AD-AS(R1)
Loop:
INCR1
DECR2
BGTLoop
Move(R1)1AD-AS(R1)
HALT
NUM:
N
2)2) 可节省的指令周期:
99个
3)3) Start:
MoveAS1,R1
MoveNUM,R2
Move(R1),AD-AS(R1)
INCR1
Loop:
DECR2
BGTLoop
Move(R1),AD-AS(R1)
INCR1
3.1题:
(1)
(1) 当S2>>S1时,平均价格接近C2。
(2)
(2) ta=h*t1+(1-h)*t2
(3)(3) e=1/[h+(1-h)r]
(4)(4)
(5)(5) 当r=100时,h>0.99947
(6)(6) P134公式,H’=(H+n-1)/n=(0.96+5D-1)/5D=0.99947
计算得:
D>15.05,取D=16
3.2题:
(1)
(1) T=H1T1+(1-H1)H2T2+(1-H1)(1-H2)T3;
(2)
(2) 当s3>>s1且s3>>s2时,平均价格c约等于c3。
3.3题:
(1)
(1) t=ht1+(1–h)t2,
当cache为64k时,t=0.7*20ns+(1-0.7)*200ns=74ns;当cache=128k时,t=38ns;
当cache=256k时,t=23.6ns
(2)
(2) 按照公式:
cache=64k,c=0.2585美元/k字节;
cache=128k,c=0.3152美元/k字节;
cache=256k,c=0.4235美元/k字节
(3)(3) 按等效访问时间由小到大排序,容量分别为:
256k,128k,64k
按每字节平均价格由小到大排序,分别为:
64k,128k,256k
(4)(4) 19.129ns.美元/k字节;
11.9776ns.美元/k字节;
9.9946ns.美元/k字节;
选256k的cache最优
3.7题:
第
(1)小题解答:
方式一、体号:
4位;体内地址:
20位;
方式二、存贮地址:
20位;多路选择器:
4位;
方式三、体内地址:
20位;存储器体号:
4位;
方式四、高位体号:
1位;低位体号:
3位;体内地址:
20位;
方式五、高位体号:
2位;低位体号:
2位;体内地址:
20位;
方式六、体内地址:
20位;多路选择器:
2位;低位体号:
2位;
第
(2)小题
扩大容量;
比较简单;
速度比较快;
速度快,容量大;
速度快,容量大;
提高速度
第(3)小题
1;
16;
接近16;
接近8;
接近4;
接近16
3.9题:
(1)
(1) 两级页表g=[log2(Nv/Np)/log2(Np/4)]=[20/10]=2
(参考P157的公式)
(
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