《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二章(習(xí)題解答)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二章(習(xí)題解答)（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、1. 數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間是什么關(guān)系在設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)，確定數(shù)據(jù)表示的原則主要有哪幾個(gè)答：略2. 假設(shè)有A和B兩種不同類(lèi)型的處理機(jī)，A處理機(jī)中的數(shù)據(jù)不帶標(biāo)志位，其指令字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)均為32位。B處理機(jī)的數(shù)據(jù)帶有標(biāo)志位，每個(gè)數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)增加至36位，其中有4位是標(biāo)志符，它的指令條數(shù)由最多256條減少至不到64條。如果每執(zhí)行一條指令平均要訪問(wèn)兩個(gè)操作數(shù)，每個(gè)存放在存儲(chǔ)器中的操作數(shù)平均要被訪問(wèn)8次。對(duì)于一個(gè)由1000條指令組成的程序，分別計(jì)算這個(gè)程序在A處理機(jī)和B處理機(jī)中所占用的存儲(chǔ)空間大小（包括指令和數(shù)據(jù)），從中得到什么啟發(fā)答：我們可以計(jì)算出數(shù)據(jù)的總數(shù)量：程序有1000條指令組成，且
2、每條指令平均要訪問(wèn)兩個(gè)操作數(shù).程序訪問(wèn)的數(shù)據(jù)總數(shù)為：1000X2=2000個(gè)V每個(gè)數(shù)據(jù)平均訪問(wèn)8次.程序訪問(wèn)的不同數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為：2000+8=250對(duì)于A處理機(jī)，所用的存儲(chǔ)空間的大小為：MemAMeminstructionMemdata1000322503240000bit對(duì)于B處理機(jī)，指令字長(zhǎng)由32位變?yōu)榱?0位（條數(shù)由256減少到64），這樣，所用的存儲(chǔ)空間的大小為：MemBMeminstructionMemdata1000302503639000bit由此我們可以看出，由于數(shù)據(jù)的平均訪問(wèn)次數(shù)要大于指令，所以，采用帶標(biāo)志符的數(shù)據(jù)表示不會(huì)增加總的存儲(chǔ)空間大小。3. 對(duì)于一個(gè)字長(zhǎng)為64位的存儲(chǔ)器
3、，訪問(wèn)這個(gè)存儲(chǔ)器的地址按字節(jié)編址。假設(shè)存放在這個(gè)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)中有20是獨(dú)立的字節(jié)數(shù)據(jù)（指與這個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)相鄰的不是一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)），有30是獨(dú)立的16位數(shù)據(jù)，有20是獨(dú)立的32位數(shù)據(jù)，另外30%是獨(dú)立的64位數(shù)據(jù)；并且規(guī)定只能從一個(gè)存儲(chǔ)字的起始位置開(kāi)始存放數(shù)據(jù)。計(jì)算這種存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間利用率。給出提高存儲(chǔ)空間利用率的方法，畫(huà)出新方法的邏輯框圖，并計(jì)算這種方法的存儲(chǔ)空間利用率。答：由于全是獨(dú)立數(shù)據(jù)，有20%良費(fèi)56位（08）;30%良費(fèi)48位（6/8）;20%良費(fèi)32位（4/8）;30%良費(fèi)0位（0/8）?？偣怖速M(fèi)：x08+x6/3+X4/8+x0/8=即：存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間利用率為50%,浪費(fèi)率為
4、50%。方案為：數(shù)據(jù)從地址整數(shù)倍位置開(kāi)始存儲(chǔ)，即，雙字地址000結(jié)尾，單字地址00結(jié)尾，半字地址0結(jié)尾，字節(jié)地址結(jié)尾任意可能出現(xiàn)的各種情況如下：組合存儲(chǔ)空間分配利用率1-2-1-2半字半字*3/8*2/7*3/8*6B/8B1-2-1-4半字*3/8*2/7*2/8*4B/8B單字1-2-1-8半字*3/8*2/7*3/8*4B/8B雙字1-2-4半字單字*3/8*2/7*7B/8B1-2-8半字*3/8*3/7*3B/8B雙字1-4單字*2/8*5B/8B1-8*3/8*1B/8B雙字2-1-2-1半字半字*2/7*3/8*2/7*6B/8B2-1-2-4半字半字*2/7*3/8*2/7*5
5、B/8B單字2-1-2-8半字半字*2/7*3/8*3/7*5B/8B雙字2-1-4半字單字*2/7*2/8*7B/8B2-1-8半字*2/7*3/8*3B/8B雙字2-4半字單字*2/7*6B/8B2-8半字*3/7*2B/8B雙字4-1-2單字半字*2/8*3/8*7B/8B4-1-4單字*2/8*2/8*5B/8B單字4-1-8單字*2/8*3/8*5B/8B雙字4-2-1單字半字*3/8*2/7*7B/8B4-2-4單字半字*3/8*2/7*6B/8B單字4-2-8單字半字*3/8*3/7*6B/8B雙字4-8單字*3/8*4B/8B雙字8雙字*8B/8B合計(jì)4. 一個(gè)處理機(jī)共有10條
6、指令，各指令在程序中出現(xiàn)的概率如下表:指令序號(hào)出現(xiàn)的概率HufEman-2$擴(kuò)展端陽(yáng)法3擴(kuò)展編碼法0.25h0.20h0.15h0.10400840.08b0.0540.04&0.035Q.02掾作碼的平均長(zhǎng)度操作碼的信息冗余量(1)采用最優(yōu)Hufman編碼法(信息嫡)計(jì)算這10條指令的操作碼最短平均長(zhǎng)度。(2)采用Huffman編碼法編寫(xiě)這10條指令的操作碼，并計(jì)算操作碼的平均長(zhǎng)度,計(jì)算與最優(yōu)Huffman編碼法(信息嫡)相比的操作碼信息冗余量。將得到的操作碼編碼和計(jì)算的結(jié)果填入上面的表中。(3)采用Z8擴(kuò)展編碼法編寫(xiě)這10條指令的操作碼，并計(jì)算操作碼的平均長(zhǎng)度,計(jì)算與最優(yōu)Huffman編碼
7、法相比的操作碼信息冗余量。把得到的操作碼編碼和計(jì)算的結(jié)果填入上面的表中(4)采用37擴(kuò)展編碼法編寫(xiě)這10條指令的操作碼，并計(jì)算操作碼的平均長(zhǎng)度,計(jì)算與最優(yōu)Huffman編碼法相比的操作碼信息冗余量。把得到的操作碼編碼和計(jì)算的結(jié)果填入上面的表中。答：采用最優(yōu)Huffman編碼法(信息嫡)的操作碼最短平均長(zhǎng)度為：nHPi10gpi2.957i1指令序號(hào)出現(xiàn)的概率Huffman編碼法218擴(kuò)展編碼法37擴(kuò)展編碼法1Ii000000I2100101I3010100010r以1110100111000I50110101011001I61110101111010I71111110011011I801110
8、110111100I9011110111011101I10011111111111110操作碼的平均長(zhǎng)度操作碼的信息冗余量%5. 一臺(tái)模型機(jī)共有7條指令，各指令的使用頻度分別是35%、25%、20%、10%、5%、3%、2%,有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器，2個(gè)變址寄存器。(1)要求操作碼的平均長(zhǎng)度最短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)度。(2)設(shè)計(jì)8位字長(zhǎng)的寄存器-寄存器型指令3條，16位字長(zhǎng)的寄存器-存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令4條，變址范圍不小于正、負(fù)127。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)指令格式,并給出各字段的長(zhǎng)度和操作碼的編碼。答：要使得到的操作碼長(zhǎng)度最短，應(yīng)采用Hufman編碼，Hufman樹(shù)構(gòu)造如下:由
9、此可以得到7條指令的編碼分別如下:指令號(hào)出現(xiàn)的頻率編碼135%001225%01320%10410%11055%1110163%1111072%11111這樣，Huffman編碼法得到的操作碼的平均長(zhǎng)度為:l=2X+3X+4義+5X+=+=設(shè)計(jì)8位字長(zhǎng)的寄存器-寄存器型指令如下：因?yàn)橹挥?個(gè)通用寄存器，所以寄存器地址需3位，操作碼只有兩位，設(shè)計(jì)格式如下：233操作碼OP源寄存器R1目的寄存器R2三條指令的操作碼分別為00、01、10。設(shè)計(jì)16位字長(zhǎng)的寄存器-存儲(chǔ)器型變址尋址方式指令如下：4318操作碼OP通用寄存器變址寄存器偏移地址四條指令的操作碼分別為1100、1101、1110、11116
10、. 某處理機(jī)的指令字長(zhǎng)為16位，有雙地址指令、單地址指令和零地址指令三類(lèi)，并假設(shè)每個(gè)地址字段的長(zhǎng)度均為6位。(1)如果雙地址指令有15條，單地址指令和零地址指令的條數(shù)基本相同，問(wèn)單地址指令和零地址指令各有多少條并且為這三類(lèi)指令分配操作碼。(2)如果要求三類(lèi)指令的比例大致為1:9:9,問(wèn)雙地址指令、單地址指令和零地址指令各有多少條并且為這三類(lèi)指令分配操作碼。雙地址指令格式為:466操作碼地址碼1地址碼2單地址指令格式為:操作碼地址碼106零地址指令格式為:16操作碼雙地址指令15條，需要4位操作碼來(lái)區(qū)分；單地址指令可以使用10-4=6位操作碼來(lái)區(qū)分；零地址指令可以使用16-10=6位操作碼來(lái)區(qū)分
11、。這樣，各類(lèi)型指令的條數(shù)為：雙地址指令15條，操作碼為：00001110;單地址指令26-1=63條，操作碼為：11110000001111111110零地址指令26=64條，操作碼為：11111111110000001111111111111111假設(shè)雙地址指令x條，則單地址、零地址分別為9x條：(24x)269x269x解之即得：x=14雙地址指令14條，操作碼為：00001101;留出兩個(gè)編碼用于擴(kuò)展。單地址指令(26-1)X2=126條，操作碼為：11100000001110111110,11110000001111111110零地址指令126條，操作碼為：11101111110000001110111111111110,11111111110000001111111111111110
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二章(習(xí)題解答)
