计算机组成与系统结构课后答案全(清华大学出版社_袁春风主编)
第3章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)
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10100 10101 +0 0 1 1 0 11010 10101 10101 01011 +00110 11011 01011 10110 10111 +00110 11100 10111 11001 01111 +00110 11111 01111 11110 11111 +00110 00100 11110 +00000 + 1 00100 11111 所以,[X/Y] 补=11111,余数为 00100。
商的数值部分为:00001。所以,[X/Y]原=00001 (最高位为符号位),余数为 0100。 (5) 将 10 和–6 分别表示成补码形式为:[10] 余数寄存器 R 余数/商寄存器 Q 00000 01010 +11010 11010 01010
补 补
先对被除数进行符号扩展,[10] 补=00000 01010,[6] 补 = 0 0110 说 明 开始 R0 = [X] R1=[X] +[Y] R1 与[Y]同号,则 q5 =1
6.设 A4A1 和 B4B1 分别是四位加法器的两组输入,C0 为低位来的进位。当加法器分别采用串行进位和先 行进位时,写出四个进位 C4 C1 的逻辑表达式。 参考答案: 串行进位: C1 = X1C0+Y1C0 + X1 Y1 C2 = X2C1+Y2C1 + X2 Y2 C3 = X3C2+Y3C2 + X3 Y3 C4 = X4C3+Y4C3 + X4 Y4 并行进位: C1 = X1Y1 + (X1+Y1)C0 C2 = X2Y2 + (X2 +Y2) X1Y1 + (X2+Y2) (X1+Y1)C0 C3 = X3Y3 + (X3 + Y3) X2Y2 + (X3 + Y3) (X2 + Y2) X1Y1 + (X3 + Y3) (X2 + Y2)(X1 + Y1)C0 C4=X4Y4+(X4+Y4)X3Y3+(X4+Y4)(X3+Y3)X2Y2+(X4+Y4)(X3+Y3)(X2+Y2)X1Y1+(X4+Y4)(X3+Y3) (X2+Y2)(X1+Y1)C0 7.用 SN74181 和 SN74182 器件设计一个 16 位先行进位补码加/减运算器,画出运算器的逻辑框图,并给出 零标志、进位标志、溢出标志、符号标志的生成电路。 参考答案(图略) :
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(4)(4E.C)16= (78.75)10= (0100 1110.11)2
4.假定机器数为8位(1位符号,7位数值),写出下列各二进制数的原码和补码表示。
+0.1001,–0.1001,+1.0,–1.0,+0.010100,–0.010100,+0,–0
参考答案:
原码补码
+0.1001:0.10010000.1001000
–0.1001:1.10010001.0111000
+1.0:溢出溢出
–1.0:溢出1.0000000
+0.010100:0.01010000.0101000
(1)无符号数加法指令
(2)带符号整数乘法指令
(3)单精度浮点数减法指令
参考答案:
R1=0000108BH= 0000 0000 0000 0000 0001 0000 1000 1011b
R2=8080108BH= 1000 0000 1000 0000 0001 0000 1000 1011b
(1)对于无符号数加法指令,R1和R2中是操作数的无符号数表示,因此,其真值分别为R1:108BH, R2:8080108BH。
(3)[x]补=0.1010010x = +0.101001B
(4)[x]补=11010011x =–101101B =–45
7.假定一台32位字长的机器中带符号整数用补码表示,浮点数用IEEE 754标准表示,寄存器R1和R2的内容分别为R1:0000108BH,R2:8080108BH。不同指令对寄存器进行不同的操作,因而,不同指令执行时寄存器内容对应的真值不同。假定执行下列运算指令时,操作数为寄存器R1和R2的内容,则R1和R2中操作数的真值分别为多少?
第6章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)
习题1.给出以下概念的解释说明。
指令周期(Instruction Cycle)机器周期(Machine Cycle)同步系统(Synchronous system)时序信号(Timing signal)控制单元(Control Unit, CU)执行部件(Execute Unit,EU)组合逻辑元件(Combinational logic element)或操作元件(Operate element)时序逻辑元件(Sequential logic circuit)或状态元件(State element)多路选择器(Multiplexor)扩展器(Extension unit)“零”扩展(0- extend)“符号”扩展(Sign extend)算术逻辑部件ALU(Arithmetic Logic Unit)加法器(Adder)CPU总线(CPU Bus)寄存器堆(Register file)定时方式(Clocking methodology)边沿触发(Edge-triggered)寄存器写信号(Register Write)指令存储器(Instruction Memory)数据存储器(Data Memory)程序计数器(Program Counter)指令寄存器(Instruction Register)指令译码器(Instruction Decoder)时钟周期(Clock Cycle)主频(CPU Clock Rate / Frequency 转移目标地址(Branch target address)控制信号(Control signal)微程序控制器(Microprogrammed control)硬布线控制器(Hardwared control)控制存储器(Control Storage,控存CS)微代码(Microcode)微指令(Microinstruction)微程序(Microprogram)固件(Firmware)中断过程(Interrupt Processing)异常(Exception)故障(fault)自陷(Trap) 终止(Abort)中断(Interrupt)中断服务程序(Interrupt Handler)中断允许位(Interrupt Enable Bit)关中断(Interrupt OFF)开中断(Interrupt ON)中断响应(Interrupt Response)向量中断(Vector Interrupt)中断向量(Interrupt vector)中断向量表(Interrupt vector table)向量地址(vector Address)中断类型号(Interrupt number)2. 简单回答下列问题。
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第 1 章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5×1.2G/(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高,也即,“执行时间×价格”的值越小,则性价比越高。
因为10×5000 > 5×8000,所以,M2的性价比高。
第7章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)
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7. 假定以下 MIPS 指 令序列在图 7.18 所示 的流 水线数据通路中 执行:
addu $s3, $s1, $s0
subu $t2, $s0, $s3
流水线深度( Pipeline Depth) 流 水 线 冒 险 ( Hazar d) 控制冒险(Control hazard) 流水线阻塞( Pipeline stall) 空 操 作 ( nop) 分支预测(Branch predict) 动态分支预测(Dynamic predict) 分支 延迟槽(Delayed branch slot) 旁 路 ( Bypassing) IPC(Instructions Per Cycle) 动态多发射(Dynamic multiple issue) 超长指令字 VLIW 动态流水线(Dynamic pipelining) 指令分发(Instruction dispatch) 无序发射( out-of-order issue) 重排序缓冲(Reorder buffer) 乱序执行( out-of-order execution) 无序完成( out-of-order completion)
(1)插入 一个流水段寄 存器,得到 一个两级 流水线 (2)插 入两个流水段 寄存器,得 到一个三 级流水线 (3)插入 三个流水段寄 存器,得到 一个四级 流水线 (4)吞 吐量最大的流 水线 参考答案:
(1)两级流水线的平衡点在 C 和 D 之间,其前面一个流水段的组合逻辑延时为 80+30+60=170ps,后 面一 个流水 段的 组合逻 辑延时 为 50+70+10=130ps。这 样每个 流水段 都 以 最 长 延 时 调 整 为 170+20=190ps , 故 时 钟 周 期 为 190ps , 指 令 吞 吐 率 为 1/190ps=5.26GOPS,每条 指令的执行时 间为 2x190=380ps。
计算机系统基础袁春风第二版课后答案
计算机系统基础袁春风第二版课后答案
计算机系统基础袁春风第二版答案:
(一) 计算机系统的概念:
1、什么是计算机系统?
计算机系统是一种完备的由协同工作的硬件和软件组成的应用体系,它能够提供有效的计算服务。
它包括处理器、内存单元、输入/输出设备以及控制单元等硬件组件,以及操作系统、应用软件、编程语言等软件组件。
它可以提供不同类型的计算服务,例如字处理、电子表格计算、数据库管理以及联网通信等。
2、计算机系统的组成元素有哪些?
计算机系统由硬件设备和软件组件组成。
硬件设备包括处理器、内存单元、硬盘驱动器、输入/输出设备以及控制单元等;软件组件由操作系统、应用软件、编程语言和其他常用程序组成。
(二) 操作系统的特性:
1、操作系统的功能是什么?
操作系统是一种软件体系结构,它提供了处理器和其他计算机硬件设备之间的接口,是实现计算机资源共享和有效使用的基础。
它的主要功能包括:提供资源的管理、提供对不同应用软件的支持、把应用程序编译成机器语言执行等等。
2、操作系统的特点有哪些?
操作系统的特点主要有以下几点:首先,操作系统具有独立性,它是在支持其他软件开发的基础上实现的;其次,操作系统能够自动进行内存管理、进程调度,搞好辅助软件以实现复杂运算任务;另外,操作系统具有能力、稳定性以及易用性等优点。
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第 1 章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元,下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5×1.2G/(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高,也即,“执行时间×价格”的值越小,则性价比越高。
计算机系统基础袁春风第二版课后答案
计算机系统基础袁春风第二版课后答案计算机系统基础是计算机科学与技术专业中非常重要的一门课程。
它主要介绍了计算机系统的基本原理、结构和运行机制等内容。
为了帮助同学们更好地理解和掌握这门课程,袁春风老师编写了《计算机系统基础》第二版,并在课后附上了一系列的习题与答案。
本文将就该书第二版的课后答案进行论述和解答。
第一章:计算机系统概述本章主要介绍了计算机系统的概念、发展历程以及计算机硬件和软件的基本组成部分等。
通过学习本章,同学们可以了解到计算机系统的总体结构,为后续章节的学习打下坚实的基础。
第二章:数字逻辑与数字系统本章主要介绍了数字逻辑与数字系统的基本概念和基本形式,如布尔代数、逻辑函数、逻辑门电路等。
同时,还涉及到数字系统的组合逻辑和时序逻辑设计等内容。
通过学习本章,同学们可以更好地理解和掌握数字逻辑与数字系统的相关知识,为后续章节的学习打下坚实的基础。
第三章:存储系统本章主要介绍了计算机存储系统的基本概念、结构和存储器的层次结构等。
同时,还涉及到存储系统的性能指标和存储器的组成原理。
通过学习本章,同学们可以更好地理解和掌握计算机存储系统的相关知识,为后续章节的学习打下坚实的基础。
第四章:指令系统本章主要介绍了计算机的指令系统和指令的执行方式等。
同时,还涉及到指令的寻址方式和指令的编码方式等内容。
通过学习本章,同学们可以更好地理解和掌握计算机的指令系统,为后续章节的学习打下坚实的基础。
第五章:中央处理器本章主要介绍了计算机的中央处理器(CPU)的基本组成和工作原理等。
同时,还涉及到CPU的指令执行过程和数据传输方式等内容。
通过学习本章,同学们可以更好地理解和掌握计算机的中央处理器的相关知识,为后续章节的学习打下坚实的基础。
第六章:总线与I/O系统本章主要介绍了计算机系统中的总线和I/O系统的基本概念和工作原理等。
同时,还涉及到总线的分类和总线的组织方式等内容。
通过学习本章,同学们可以更好地理解和掌握计算机系统中总线和I/O系统的相关知识,为后续章节的学习打下坚实的基础。
计算机组成习题答案(清华大学出版社)
第1 章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元,下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。
请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5×1.2G/(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高,也即,“执行时间×价格”的值越小,则性价比越高。
第9章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)
3. 假定一个政府机构同时监控100路移动电话的通话消息,通话消息被分时复用到一个带宽为4MBps的网络上,复用使得每传送1KB的通话消息需额外开销150µs,若通话消息的采样频率为4KHz,每个样本的量化值占16位,要求计算每个通话消息的传输时间,并判断该网络带宽能否支持同时监控100路通话消息?参考答案:每路移动电话1秒钟所要传输的数据量:4000HZ x(16/8)B=8000B=7.8125KB该网络传输1KB数据所需要的时间为:150µs+(1KB / 4MB)=394µs所以实际传输100路移动电话所需时间为:394µs/KB x7.8125KB x 100=0.31s因为0.31s小于1秒钟,故该网络带宽支持同时监控100路通话消息。
4.假定一个程序重复完成将磁盘上一个4KB的数据块读出,进行相应处理后,写回到磁盘的另外一个数据区。
各数据块内信息在磁盘上连续存放,并随机地位于磁盘的一个磁道上。
磁盘转速为7200RPM,平均寻道时间为10ms,磁盘最大数据传输率为40MBps,磁盘控制器的开销为2ms,没有其他程序使用磁盘和处理器,并且磁盘读写操作和磁盘数据的处理时间不重叠。
若程序对磁盘数据的处理需要20000个时钟周期,处理器时钟频率为500MHz,则该程序完成一次数据块“读出-处理-写回”操作所需的时间为多少?每秒钟可以完成多少次这样的数据块操作?参考答案:平均旋转等待时间:(1s / (7200/60)) / 2 ≈8.33/2 ≈4.17ms因为块内信息连续存放,所以数据传输时间:4KB / 40MBps ≈0.1ms平均存取时间T :寻道时间+ 旋转等待时间+ 数据传输时间= 10ms + 4.17ms + 0.1ms = 14.27ms读出时间(写回时间):14.27ms+2ms = 16.27ms数据块的处理时间:20000 / 500MHz ≈0.04ms因为数据块随机存放在某个磁道上,所以,每个数据块的“读出-处理-写回”操作时间都是相同的,所以完成一次操作时间:16.27ms x 2+0.04ms = 32.58ms每秒中可以完成这样的数据块操作次数:1s / 32.58ms ≈30次5. 假定主存和磁盘存储器之间连接的同步总线具有以下特性:支持4字块和16字块两种长度(字长32位)的突发传送,总线时钟频率为200MHz ,总线宽度为64位,每个64位数据的传送需1个时钟周期,向主存发送一个地址需要1个时钟周期,每个总线事务之间有2个空闲时钟周期。
计算机组成与系统结构课后答案全清华大学出版社袁春风主编定稿版
计算机组成与系统结构课后答案全清华大学出版社袁春风主编HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】第1章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元,下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。
请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5×1.2G/(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
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第1章习题答案5 .若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS ?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么, 该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2 ?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2 ?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1 的速度为:200M/10=20MIPS ;P2 为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1 的速度为:150M/5=30MIPS ;P2 为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10疋00M/(200X106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5X1.2G/(150沁06)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间x价格)R越大说明性价比越高,也即,执行时间X格”的值越小,则性价比越高。
因为10X5000 > 5 X000,所以,M2的性价比高。
应选择M2。
(5)P1和P2需要同等考虑,性能有多种方式:执行时间总和、算术平均、几何平均。
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第1章习题答案5 .若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MlPS ?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHZ和1.2GHZ,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1 ,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么, 该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2 ?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2 ?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1 的速度为:200M∕10=20MIPS ;P2 为300k∕0.003=100MIPS。
对于M2,P1 的速度为:150M∕5=30MIPS ;P2 为420k∕0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10疋00M∕(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5X1.2G/(150 ×06)=40°(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1∕(执行时间×介格)R越大说明性价比越高,也即,执行时间×介格”的值越小,则性价比越高。
因为10×5000 > 5 ×000,所以,M2的性价比高。
整理计算机组成与系统结构课后答案免费版全(清华大学出版社-袁春风主编)
《计算JUNE 2021机组成与系统结构》教学大整理人尼克知识改变命运《计算机组成与系统结构》教学大纲教学大纲说明1.本课程的地位、作用和任务《计算机组成与系统结构》是计算机专业本科生的一门指定性必修课程。
通过本课程的学习让学生掌握计算机组成与系统结构的基本概念、基本原理、基本算法、基本结构和分析方法。
二、本课程的教学基本要求熟练掌握计算机的基本组成部件、部件分类及实现方法、基本算法,理解流水线的基本原理,了解超标量处理机、超级流水线处理机和超字长处理机、向量处理机、阵列处理机,最后达到对计算机的工作过程的原理非常清楚,能够分析计算机的性能。
教学内容一、课程的理论教学内容第一章计算机系统结构的基本概念教学内容:1.计算机系统层次结构2.系统结构、组成与实现的定义3.系统结构、组成与实现的三者关系4.计算机系统结构的分类5.计算机系统设计的定量原理6.计算机系统结构的评价标准6.高性能技术教学要求:1.熟练掌握内容:计算机系统层次结构,系统结构定义,计算机组成定义,计算机实现定义,系统结构、组成与实现的三者关系,透明性,Amdahl定律,CPU性能公式,局部性原理,MIPS定义,MFLOPS 定义。
2.掌握内容:系统结构分类,冯·诺依曼计算机特征。
3.了解内容:计算机系统结构的发展,价格、应用、VLSI和算法对系统结构的影响。
第二章计算机的逻辑部件教学内容:1.逻辑操作及基本公式2.化简3.逻辑门实现4.组合时序电路5.阵列逻辑电路教学要求:复习学生已学过的内容,介绍阵列逻辑,熟练掌握加法器原理,可编程阵列逻辑。
第三章运算方法与运算部件教学内容:1、数据的表示表示方法2、触发器的结构与原理3、加法器与乘法器的实现4、原码、反码、补码等各种编码方法。
教学要求:1.熟练掌握内容数据的表示表示方法,原码、反码、补码等各种编码方法。
2、掌握内容:触发器的结构与原理,加法器与乘法器的实现。
第四章存储系统教学内容:1 存储系统原理2 交叉访问存储器3 Cache 存储器4 虚拟存储器教学要求:1.熟练掌握内容:存储系统的定义,存储系统的性能参数, 地址映象与变换方法, 替换算法, Cache 存储器工作原理,虚拟存储器工作原理。
计算机组成与系统结构课后答案全清华大学出版社袁春风主编
第1章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元,下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。
请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5×1.2G/(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高,也即,“执行时间×价格”的值越小,则性价比越高。
计算机组成原理和系统结构课后答案
1.1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代?各代的基本特征是什么?略。
1.2 你学习计算机知识后,准备做哪方面的应用?略。
1.3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。
略。
1.4 计算机通常有哪些分类方法?你比较了解的有哪些类型的计算机?略。
1.5 计算机硬件系统的主要指标有哪些?答:机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。
答:计算机硬件系统的主要指标有:机器字长、存储容量、运算速度等。
1.6 什么是机器字长?它对计算机性能有哪些影响?答:指CPU一次能处理的数据位数。
它影响着计算机的运算速度,硬件成本、指令系统功能,数据处理精度等。
1.7 什么是存储容量?什么是主存?什么是辅存?答:存储容量指的是存储器可以存放数据的数量(如字节数)。
它包括主存容量和辅存容量。
主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。
如内存等。
辅存指的是CPU不能直接访问,必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器,如硬盘,u盘等。
1.8 根据下列题目的描述,找出最匹配的词或短语,每个词或短语只能使用一次。
(1)为个人使用而设计的计算机,通常有图形显示器、键盘和鼠标。
(2)计算机中的核心部件,它执行程序中的指令。
它具有加法、测试和控制其他部件的功能。
(3)计算机的一个组成部分,运行态的程序和相关数据置于其中。
(4)处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。
(5)嵌入在其他设备中的计算机,运行设计好的应用程序实现相应功能。
(6)在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。
(7)管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。
(8)将高级语言翻译成机器语言的程序。
(9)将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。
(10)计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。
供选择的词或短语:1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器(CPU)4、编译器5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机9、主存储器10、VLSI答:(1)8,(2)3,(3)9,(4)6,(5)2,(6)10,(7)5,(8)4,(9)1,(10)7计算机系统有哪些部分组成?硬件由哪些构成?答:计算机系统硬件系统和软件系统组成。
计算机组成与系统结构课后答案全
第 1 章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5×1.2G/(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高,也即,“执行时间×价格”的值越小,则性价比越高。
因为10×5000 > 5×8000,所以,M2的性价比高。
计算机组成与系统结构课后答案免费版全(清华大学出版社-袁春风主编)之欧阳法创编
第 1 章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元,下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。
请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI 为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI 为:5×1.2G/(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高,也即,“执行时间×价格”的值越小,则性价比越高。
计算机组成原理和系统结构课后答案
1.1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代?各代的基本特征是什么?略。
1.2 你学习计算机知识后,准备做哪方面的应用?略。
1.3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。
略。
1.4 计算机通常有哪些分类方法?你比较了解的有哪些类型的计算机?略。
1.5 计算机硬件系统的主要指标有哪些?答:机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。
答:计算机硬件系统的主要指标有:机器字长、存储容量、运算速度等。
1.6 什么是机器字长?它对计算机性能有哪些影响?答:指CPU一次能处理的数据位数。
它影响着计算机的运算速度,硬件成本、指令系统功能,数据处理精度等。
1.7 什么是存储容量?什么是主存?什么是辅存?答:存储容量指的是存储器可以存放数据的数量(如字节数)。
它包括主存容量和辅存容量。
主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。
如内存等。
辅存指的是CPU不能直接访问,必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器,如硬盘,u盘等。
1.8 根据下列题目的描述,找出最匹配的词或短语,每个词或短语只能使用一次。
(1)为个人使用而设计的计算机,通常有图形显示器、键盘和鼠标。
(2)计算机中的核心部件,它执行程序中的指令。
它具有加法、测试和控制其他部件的功能。
(3)计算机的一个组成部分,运行态的程序和相关数据置于其中。
(4)处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。
(5)嵌入在其他设备中的计算机,运行设计好的应用程序实现相应功能。
(6)在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。
(7)管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。
(8)将高级语言翻译成机器语言的程序。
(9)将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。
(10)计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。
供选择的词或短语:1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器(CPU)4、编译器5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机9、主存储器10、VLSI答:(1)8,(2)3,(3)9,(4)6,(5)2,(6)10,(7)5,(8)4,(9)1,(10)7计算机系统有哪些部分组成?硬件由哪些构成?答:计算机系统硬件系统和软件系统组成。
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(2)[x]补=10000000 (4)[x]补=11010011 x = –0.0011001B x = –10000000B = –128 x = +0.101001B x = – 101101B = – 45
7.假定一台 32 位字长的机器中带符号整数用补码表示,浮点数用 IEEE 754 标准表示,寄存器 R1 和 R2 的内容分别为 R1:0000108BH,R2:8080108BH。不同指令对寄存器进行不同的操作,因而,不同 指令执行时寄存器内容对应的真值不同。假定执行下列运算指令时,操作数为寄存器 R1 和 R2 的内 容,则 R1 和 R2 中操作数的真值分别为多少? (1) 无符号数加法指令 (2) 带符号整数乘法指令 (3) 单精度浮点数减法指令 参考答案: R1 = 0000108BH = 0000 0000 0000 0000 0001 0000 1000 1011b R2 = 8080108BH = 1000 0000 1000 0000 0001 0000 1000 1011b (1) 对于无符号数加法指令, R1 和 R2 中是操作数的无符号数表示, 因此, 其真值分别为 R1: 108BH, R2:8080108BH。 (2)对于带符号整数乘法指令,R1 和 R2 中是操作数的带符号整数补码表示,由最高位可知, R1 为正数, R2 为负数。R1 的真值为+108BH, R2 的真值为–(0111 1111 0111 1111 1110 1111 0111 0100b + 1b) = –7F7FEF75H。 (3)对于单精度浮点数减法指令,R1 和 R2 中是操作数的 IEEE754 单精度浮点数表示。在 IEEE 754 标准中,单精度浮点数的位数为 32 位,其中包含 1 位符号位,8 位阶码,23 位尾数。 由 R1 中的内容可知, 其符号位为 0, 表示其为正数, 阶码为 0000 0000, 尾数部分为 000 0000 0001 0000 1000 1011,故其为非规格化浮点数,指数为–126,尾数中没有隐藏的 1,用十六进制表示 尾数为+0.002116H,故 R1 表示的真值为+0.002116H × 10-126。 由 R2 中的内容可知, 其符号位为 1, 表示其为负数, 阶码为 0000 0001,尾数部分为 000 0000 0001 0000 1000 1011,故其为规格化浮点数,指数为 1–127 = –126,尾数中有隐藏的 1,用十六进制 表示尾数为–1.002116H,故 R2 表示的真值为–1.002116H × 10-126
第 二 章
3.实现下列各数的转换。
习
题 答 案
(1) (25.8125)10= (?)2= (?) 8= (?) 16 (2) (101101.011)2 = (?)10= (?) 8= (?) 16= (?) 8421 (3) (0101 1001 0110.0011)8421 = (?)10= (?) 2= (?) 16 (4) (4E.C)16 = (?)10= (?) 2 参考答案: (1) (25.8125)10 = (1 1001.1101)2 = (31.64) 8 = (19.D) 16 (2)(101101.011)2 = (45.375)10 = (55.3) 8 = (2D.6) 16 = (0100 0101.0011 0111 0101) 8421 (3)(0101 1001 0110.0011)8421 = (596.3)10 = (1001010100.01001100110011…) 2 = (254.4CCC…) 16 (4)(4E.C)16 = (78.75)10 = (0100 1110.11) 2 4. 假定机器数为 8 位(1 位符号,7 位数值) ,写出下列各二进制数的原码和补码表示。 +0.1001,–0.1001,+1.0,–1.0,+0.010100,–0.010100,+0,–0 参考答案: 原码 补码 +0.1001: 0.1001000 0.1001000 –0.1001: 1.1001000 1.0111000 +1.0: 溢出 溢出 –1.0: 溢出 1.0000000 +0.010100: 0.0101000 0.0101000 –0.010100: 1.0101000 1.1011000 +0: 0.0000000 0.0000000 –0: 1.0000000 0.0000000 5. 假定机器数为 8 位(1 位符号,7 位数值) ,写出下列各二进制数的补码和移码表示。
第 1 章
习
题 答 案
5. 若有两个基准测试程序 P1 和 P2 在机器 M1 和 M2 上运行, 假定 M1 和 M2 的价格分别是 5000 元和 8000 元,下表给出了 P1 和 P2 在 M1 和 M2 上所花的时间和指令条数。 程序 P1 P2 M1 指令条数 200×10 300×10
+1001,–1001,+1,–1,+10100,–10100,+0,–0 参考答案: 移码 补码 +1001: 10001001 00001001 –1001: 01110111 11110111 +1: 10000001 00000001 –1: 011111111 11111111 +10100: 10010100 00010100 –10100: 01101100 11101100 +0: 10000000 00000000 –0: 10000000 00000000 6. 已知 [x]补,求 x (1)[x]补=1.1100111 (3)[x]补=0.1010010 参考答案: (1)[x]补=1.1100111 (2)[x]补=10000000 (3)[x]补=0.1010010 (4)[x]补=11010011
6 3
M2 指令条数 150×10 420×10
6 3
执行时间(ms) 10000 3
执行时间(ms) 5000 6
请回答下列问题: (1) 对于 P1,哪台机器的速度快?快多少?对于 P2 呢? (2) 在 M1 上执行 P1 和 P2 的速度分别是多少 MIPS?在 M2 上的执行速度又各是多少?从执行速度 来看,对于 P2,哪台机器的速度快?快多少? (3) 假定 M1 和 M2 的时钟频率各是 800MHz 和 1.2GHz, 则在 M1 和 M2 上执行 P1 时的平均时钟周 期数 CPI 各是多少? (4) 如果某个用户需要大量使用程序 P1, 并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率, 那么, 该用户需要大批购进机器时,应该选择 M1 还是 M2?为什么?(提示:从性价比上考虑) (5) 如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用 P1 和 P2 一样多,主要关心的也是响应时 间,那么,应该选择 M1 还是 M2?为什么? 参考答案: (1) 对于 P1,M2 比 M1 快一倍;对于 P2,M1 比 M2 快一倍。 (2) 对于 M1,P1 的速度为:200M/10=20MIPS;P2 为 300k/0.003=100MIPS。 对于 M2,P1 的速度为:150M/5=30MIPS;P2 为 420k/0.006=70MIPS。 从执行速度来看,对于 P2,因为 100/70=1.43 倍,所以 M1 比 M2 快 0.43 倍。 (3) 在 M1 上执行 P1 时的平均时钟周期数 CPI 为:10× 800M/(200× 106)=40。 在 M2 上执行 P1 时的平均时钟周期数 CPI 为:5× 1.2G/(150× 106)=40。 (4) 考虑运行 P1 时 M1 和 M2 的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性 能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。故性价比 R 为: R=1/(执行时间× 价格) R 越大说明性价比越高,也即,“执行时间× 价格”的值越小,则性价比越高。 因为 10× 5000 > 5× 8000,所以,M2 的性价比高。应选择 M2。 (5) P1 和 P2 需要同等考虑,性能有多种方式:执行时间总和、算术平均、几何平均。 若用算术平均方式,则:因为 (10+0.003)/2× 5000 > (5+0.006)/2× 8000,所以 M2 的性价比高,应 选择 M2。 若用几何平均方式,则:因为 sqrt(10× 0.003) × 5000 < sqrt(5× 0.006) × 8000,所以 M1 的性价比高, 应选择 M1。 6.若机器 M1 和 M2 具有相同的指令集,其时钟频率分别为 1GHz 和 1.5GHz。在指令集中有五种不同类 型的指令 A~E。下表给出了在 M1 和 M2 上每类指令的平均时钟周期数 CPI。 机器 M1 A 1 B 2 C 2 D 3 E 4
M2(1)M1 和 M2 的峰值 MIPS 各是多少? (2)假定某程序 P 的指令序列中,五类指令具有完全相同的指令条数,则程序 P 在 M1 和 M2 上运 行时,哪台机器更快?快多少?在 M1 和 M2 上执行程序 P 时的平均时钟周期数 CPI 各是多少? 参考答案: (1)M1 上可以选择一段都是 A 类指令组成的程序,其峰值 MIPS 为 1000MIPS。 M2 上可以选择一段 A 和 B 类指令组成的程序,其峰值 MIPS 为 1500/2=750MIPS。 (2)5 类指令具有完全相同的指令条数,所以各占 20%。 在 M1 和 M2 上执行程序 P 时的平均时钟周期数 CPI 分别为: M1:20%× (1+2+2+3+4)= 0.2× 12 = 2.4 M2:20%× (2+2+4+5+6)= 0.2× 19 = 3.8 假设程序 P 的指令条数为 N,则在 M1 和 M2 上的执行时间分别为: M1:2.4×N× 1/1G = 2.4N (ns) M2:3.8× N× 1/1.5G = 2.53 N (ns) M1 执行 P 的速度更快,每条指令平均快 0.13ns,也即 M1 比 M2 快 0.13/2.53× 100%≈5%。 (思考:如果说程序 P 在 M1 上执行比 M2 上快 (3.8–2.4)/3.8× 100%= 36.8%,那么,这个结论显然是 错误的。请问错在什么地方?) 7.假设同一套指令集用不同的方法设计了两种机器 M1 和 M2。机器 M1 的时钟周期为 0.8ns,机器 M2 的时钟周期为 1.2ns。某个程序 P 在机器 M1 上运行时的 CPI 为 4,在 M2 上的 CPI 为 2。对于程序 P 来说,哪台机器的执行速度更快?快多少? 参考答案: 假设程序 P 的指令条数为 N,则在 M1 和 M2 上的执行时间分别为: M1:4 N× 0.8 = 3.2N (ns) M2:2 N× 1.2 = 2.4 N (ns) 所以,M2 执行 P 的速度更快,每条指令平均快 0.8ns,比 M1 快 0.8/3.2× 100%=25%。 8.假设某机器 M 的时钟频率为 4GHz,用户程序 P 在 M 上的指令条数为 8×109,其 CPI 为 1.25,则 P 在 M 上的执行时间是多少?若在机器 M 上从程序 P 开始启动到执行结束所需的时间是 4 秒,则 P 占用 的 CPU 时间的百分比是多少? 参考答案: 程序 P 在 M 上的执行时间为:1.25× 8× 109× 1/4G = 2.5 s,从启动 P 执行开始到执行结束的总时间为 4 秒,其中 2.5 秒是 P 在 CPU 上真正的执行时间,其他时间可能执行操作系统程序或其他用户程序。 程序 P 占用的 CPU 时间的百分比为:2.5/4 = 62.5%。 9.假定某编译器对某段高级语言程序编译生成两种不同的指令序列 S1 和 S2,在时钟频率为 500MHz 的 机器 M 上运行,目标指令序列中用到的指令类型有 A、B、C 和 D 四类。四类指令在 M 上的 CPI 和 两个指令序列所用的各类指令条数如下表所示。 A 各指令的 CPI S1 的指令条数 S2 的指令条数 1 5 1 B 2 2 1 C 3 2 1 D 4 1 5