计算机系统结构_第二章练习题 答案

第二章练习题（1）
一、单项选择题
在下面各题的4个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把正确答案的标号（A~D ）填入题后面的括号中。

1．数据表示的含义是（ B ）。

A ． 表示数据所采用的数制和码制
B ． 硬件能够直接识别的数据类型
C ． 数据类型
D ． 浮点数的表示方式
2．浮点数表示的尾数的基r m =8，尾数长度p=2，可以表示的规格化最小正尾数的值是（ C ）。

A ．0.5
B ．0.25
C ．0.125
D ．0.015625
3．浮点数表示的尾数的基r m =16，尾数长度p=2，可以表示的规格化最大正尾数的值是（ D ）。

A ．2
1 2 B ．1615 C ．2561 D ．256
255 4.多维数组的自定义数据表示通常采用（ B ）。

A ． 浮点数表示
B ． 带数据描述符的数据表示
C ． 带标志符的数据表示
D ． 带标志符和数据描述符的数据表示
5.不需要编址的数据存储空间是（ C ）。

A ． CPU 中通用寄存器
B ． 主存储器
C ． 堆栈
D ． I/O 接口中的寄存器
6.平均码长最短的编码是（ D ）。

A ． 定长码
B ． 扩展码
C ． 需要根据编码使用的频度计算平均码长后确定
D ． Huffman 编码
7.下述4种编码中，不是2-4扩展编码的是（ D ）。

A ． 1/12
B ． 2/8
C ． 3/4
D ． 4/8
8. 2-4扩展编码最多可以得到的码点数是（ D ）。

A ． 6
B ． 9
C ． 10
D ． 13 00，01*4，10*4，11*4
9.RISC 执行程序的速度比CIRC 要快的原因是（ C ）。

A ． RISC 的指令系统的指令数比较少
B ． 程序在RIS
C 上编译生成的目标程序比较短
C ． R ISC 的指令平均周期数比较少
D ． RISC 只允许Load 指令和Store 指令访问存储器
10. RISC 采用交叉寄存器窗口技术，从而大大减少了（ B ）。

A ． 绝大多数指令的执行时间
B ． 程序调用引起的访问存储器的次数
C ． 目标程序的指令条数
D ． CPU 访问存储器的访问周期
二、填空题
1． 设计一种浮点数据表示方式需要确定的6个参数分别是：（尾数的基r m 的值），
（尾数的值m 的数制和码制）， （尾数长度p ），（阶码的基r e 的值），（阶码的值e 的数制和码制）, （阶码长度q ）。

2．浮点数的表数范围是指（用有限的q 位阶码和 p 位尾数能够表示的浮点数的数值大小的范围）。

3． 可表示浮点数的正数区间：
规格化浮点数的最大正数值由尾数的（最大正数值）与阶码（最大正数值）组合而成； 规格化浮点数的最小正数值由尾数的（最小正数值）与阶码（最小负数值）组合而成。

规格化浮点数的最大负数值由尾数的（最大负数值）与阶码（最小负数值）组合而成； 规格化浮点数的最小负数值由尾数的（最小负数值）与阶码（最大正数值）组合而成。

4．若浮点数尾数的长度为p 位，尾数的基为r m ，那么，尾数的r m 进制数的位数是（m
r p 2log ）。

5．若浮点数尾数的长度为p 位，尾数的基为r m ，那么，可以表示的规格化浮点数的表数精度是（ )1(2
1--p m r ）。

三、判断题
判断下列各题的叙述是否正确，正确的叙述在括号内打“√”；错误的叙述在括号内打“⨯”；并简述错误的理由。

1．指令系统和数据表示都是计算机系统的主要软件硬件分界面。

（ √ ）
2．浮点数表示可以表示实数范围内的所有实数。

（ x ）
浮点数表示的实数在实数轴上是不连续的，因此它只能表示有限的实数
3．带标志符的数据表示增大了数据字的字长，从而会增大目标程序在这种机器上运行时占用的存储空间。

（ X ）
数据的总存储量虽然加大了，但由于简化了指令系统，指令只需指出操作种类，不需指出数据类型等，每条指令的字长可以缩短。

只要设计合理，整个程序（包括指令和数据）的总存储量反而有可能减少，即使增加也不会增加得太多。

机器采用带标志符的数据表示使数据字增长，但是会使指令字缩短。

一般程序中的指令字要多于访问的数据字，因此，目标程序运行时占用的存储空间会减少。

4．带标志符的数据表示简化了指令系统，加快了指令的执行速度。

（X）带标志符的数据表示简化了指令系统，但降低了指令的执行速度。

P69
指令执行时需要对数据字2逐个进行识别，判断是否与指令规定的操作相容，因此，指令执行更费时了
5．在引入带标志符的数据表示的机器中，数据的“标志符”对高级语言程序员是透明的。

（√）
P66
6．因为寄存器的位数大于主存储器单元的位数，所以，在把存储空间组织为2个地址空间的组织方式中，把CPU通用寄存器和I/O接口寄存器“编址”为1个地址空间，主存单独编址为另一个存储空间。

（X ）
由于寄存器的存储容量比主存储器要小得多，所以，寄存器所要求的地址长度更短。

在把存储空间组织为2个地址空间的组织方式中，把主存储器与输入输出设备统一编址为1个地址空间，而把通用寄存器独立编址为另一个存储空间。

在2个地址空间的组织方式中，CPU通用寄存器“单独编址”为1个地址空间，主存和I/O接口寄存器“统一编址”为另一个地址空间。

7．对给定的频度分布{p i}，由哈夫曼算法生成的哈夫曼树的结构是唯一的，因此，得出哈夫曼编码的“平均码长”是唯一的。

（X）
对给定的频度分布{p i}，哈夫曼树的结构并不是唯一的，但平均码长是唯一的。

由哈夫曼算法生成的哈夫曼树时，如果当前的频度集合有2个以上的结点可供选择，则不同的选择会生成结构不同的哈夫曼树，由此得出的哈夫曼编码也不同，但“平均码长”是相同的。

8．扩展编码要求所有的“短码”都不能是“长码”的前缀，否则会产生解码不唯一的问题。

（√）
9．2-4扩展编码和2/4扩展编码是同一种扩展编码的2种表示。

（X）2－4扩展编码要求短码为两位长度，长码为四位长度，不限定短码和长码分别有多少种。

2/4扩展编码只是要求短码有两种，长码有四种，但并不限定短码和长码的长度。

2-4扩展编码是“码长”的表示方式，2/4扩展编码是“码点”的表示方式，它们一般表示的“扩展码”不相同。

10．由于RISC简化了指令系统，因此，RISC上的目标程序比CISC上的目标程序短一些，程序运行的时间就会少一些。

（X ）
CISC通过使用硬件加快使用频度高的指令的执行，并用一条新的指令代替那些使用频度高的指令串，简化了目标程序的代码。

因此CISC上的目标程序比RISC上的目标程序短一些。

RISC简化了指令系统，通过一系列技术使得程序运行时间比CISC的少一些。

RISC上的目标程序一般会比CISC上的目标程序长一些，但是，RISC的指令平均周期数
CPI比CISC的CPI要小得多，因此，RISC上的目标程序运行的时间会少一些。

四、应用题
1．一个处理机有I1~I10共10条指令，经过统计，各指令在程序中的使用频度分别为：p1=0.25，p2=0.20，p3=0.15，p4=0.10，p5=0.08，p6=0.08，p7=0.05，p8=0.04，p9=0.03，p10=0.02。

（1）计算这10条指令的操作码编码的最短“平均码长”。

（2）写出这10条指令的操作码的哈夫曼编码，并计算编码的“平均码长”和信息冗余量。

（3）采用3/7扩展编码和2/8扩展编码写这10条指令的操作码，并分别计算“平均码长”和信息冗余量。

问哪一种扩展编码比较好？并说明其理由。

解：（1）平均码长最短的编码是Huffman编码：P92
最短平均码长为：H＝
0.25*2+0.2*2.32+0.15*2.73+0.1*3.32+0.08*3.64+0.08*3.64+0.05*4.32+0.04*4.64+0.03*5.05+0 .02*5.64＝2.96
（2））根据给出的使用频度，在应用哈夫曼算法构造哈夫曼树的过程中，选择2个频度最小的结点合并时，有2个以上的结点可供合并，因此，可生成结构不同的哈夫曼树。

给出2棵哈夫曼树，分别如图A和图B所示：
可见，哈夫曼编码不是唯一的。

计算2种哈夫曼编码的“平均码长”分别为：
()()（位）
（位）99.2602.0603.0504.0405.0408.04
08.0310.0315.0220.0225.099.2502.0503.0504.0505.0408.04
08.0310.0315.0220.0225.010
110
1=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯===⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑∑==i bi i b i ai i a L p L L p L
可见，尽管哈夫曼编码不是唯一的，但平均码长却是唯一的。

2种哈夫曼编码的信息冗余量分别为：
%0.1%10099.296.21%1001%0.1%10099.296.21%1001=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-==⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=b b a a L H R L H R 显然，应当有：R a =R b 。

（3）采用3/7扩展编码和2/8扩展编码写这10条指令的操作码，并分别计算“平均码长”和信息冗余量。

采用在2－5不等长扩展：
3/7扩展编码：
00
01
10
11000
11001。

11110
平均码长：（0.25+0.20+0.15）*2+（0.1+0.08+0.08+0.05+0.04+0.03+0.02）*5＝3.2 信息冗余量：1-2.96/3.2＝7.5%
2/8扩展编码：
00
01
1000
1000。

10111
平均码长：（0.25+0.20）*2+（0.15+0.1+0.08+0.08+0.05+0.04+0.03+0.02）*4＝3.1 信息冗余量：1-2.96/3.1＝4.5%
通过比较2/8扩展码比较好，因为它的信息冗余量比3/7的小。