计算机系统结构习题补充例题与练习【精选】

最短平均长度（信息源熵）：
n
H pi log2 pi i1
信息冗余量
（实际长度-H）/实际长度
每次选择两个最小值节点
n
L pi li i 1
非叶子结点值相加
5
习题2
扩展编码 等长、不等长 X-Y-Z、X/Y/Z 短编码不能是长编码的前缀 一定要用短编码表示频率高的指令
令的测试条件，不透明 • 乘法器、移位器：汇编语言不能控制的具体硬件，透明 • 主存地址寄存器：也称存储器地址寄存器MAR，透明 • 磁盘外设：I/O指令可直接对其操作（通过端口号），不透明 • 先行进位链：提高加法器运算速度的，组原和数字逻辑中学到，汇编
语言不能控制的具体硬件，透明 • 通用寄存器、中断字寄存器（中断响应、优先级、屏蔽等）：程序中
习题1
存在的问题
•大多数同学较认真，少数不太认真、有抄袭现象 •关于参考答案，要知其然，更要知其所以然
第5、7两题
•理解透明性的含义 •掌握计算机系统结构、组成、实现研究的范围，P4、5 •凡编写机器语言和汇编语言程序要用到的（数据表示、指令 系统、寄存器¨¨¨）对计算机系统结构都是不透明的 •凡是只影响系统速度和价格的逻辑实现（计算机组成）和物 理实现（计算机实现）对系统结构都是透明的
•从MIPS之比得出的结论：
1 43% 0.5 78.5
减少ALU指令的比例会使速度变慢
×
减少使用频率高的指令会使速度变慢 ×
减少速度快的指令的比例会使速度变慢 √
4
习题2
OP编码优化的目标
Huffman编码
平均长度短（冗余小）
平均长度最短的方案
编码规整（长度种类少） 编码不唯一，但长度确定
变址位移量 补码表示（-2n-1～2n-1-1）
指令类型 R-R：速度快，给频率高的指令使用 M-M
6
习题2
第3题（10条指令）
•第2问：要求OP平均长度最短，则一定是Huffman编码（画Huffman树时 要注意，确保每次选两个概率最小的），2.7 •第3问： OP平均长度最短的扩展编码（不一定是等长扩展），究竟哪种最 短，要一个一个去试，本题可以试一下2-5、2-4、3-4，结果2-5最短，2.9 •第4问： OP平均长度最短的等长扩展编码，只需考虑2-4（1-2不可能、36太长），2.92 第5题（三地址12条，单地址254条，总长16位，每个地址4位） •4-8-12等长扩展，12/X/254 •若不考虑单地址指令，则二地址最多4×16=64条 •考虑单地址指令，每预留一个二地址指令码点，则可以扩展16条单地址指 令，要使单地址指令达到254条，则应预留254/16=15.9个二地址指令码点 •因此，二地址最多可以设计64-16=48条
要用到，不透明
3
习题1
第8题
•掌握三个公式
n
I CPI

CPIi Ii
i1
N

n i 1
(CPIi

Ii IN
)
MIPS

TE
IN 106

fc CPI 106
TE

IN MIPS 106
第12题
•优化之后各类指令所占比例，ALU指令的减少也导致总指令数减少
优化后算术运算指令所占比例 43% 0.5 21.5 27.39%
7
习题2
第6题（9条指令，8位（R-R）、16位（R-M）两种 指令字长）
•第1问：OP平均长度最短的扩展编码，与第3题类似，2-4、 2-5比较后可知，2-5平均长度最短，2.9 •第2问：为提高速度，应将使用频率高的指令安排成R-R型， 为减少存储容量，应将使用频率高的指令安排成短OP（2 位），因此R编码占3位，可以表示8个通用寄存器 •第3、4问：通用寄存器做变址寄存器，则变址位移量只能是 5位（16位-5位OP-3位R-3位X），偏移范围-16～15（补码）
2
习题1
第7题：从机器（汇编）语言看哪些是透明的
• 指令地址寄存器：指的是程序计数器PC，80X86中为IP，相对转移指 令中用到，不透明
• 指令缓冲器：缓冲和排队技术属于计算机组成P5，透明 • 时标发生器：产生系统时钟，汇编语言不能控制的具体硬件，透明 • 条件码寄存器：存放转移条件，也叫程序状态字PSW，是条件转移指
8
补充习题
1、若某机要求有：ຫໍສະໝຸດ Baidu地址指令4条，单地址指令255条，0地址 指令16条。设指令字长为12位，每个地址码为3位。问能否用扩 展操作码为其编码？单地址指令为254条呢？请说明理由。
•3-9-12不等长扩展， 4/255/16； 4/254/16 •若不考虑0地址指令，则单地址最多4×26=256条 •考虑0地址指令，每预留一个单地址指令码点，则可以扩展8 条0地址指令，要使0地址指令达到16条，则应预留16/8=2个 单地址指令码点 •因此，单地址最多可以设计256-2=254条
•4/255/16 × •4/254/16 √
9
补充习题
2、某机指令字长为16位。设有单地址指令和双地址指令两类。 若每个地址字段均为6位，且双地址指令有x条。问单地址指令可 以有多少条？
•4-10扩展 •双地址指令剩余16-x个码点作扩展标志 •共可扩出单地址指令（16-x）×26条
10
补充习题
1
习题1
第5题：哪些对计算机系统结构是透明的
• 存储器的模m交叉存取：目的加快存储器速度，透明 • 浮点数据表示：硬件可直接识别的数据类型，不透明 • I/O是通道方式还是处理机方式：I/O方式选择属于系统结构，不透明 • 阵列运算部件（多个相同运算部件阵列排列）：加快运算速度，透明 • 数据总线宽度：只影响数据传输速度，不影响功能，透明 • 通道类型（结合、独立，P6）：功能相同、速度不同，透明 • 访问方式保护：属于系统结构，不透明 • 程序性中断：属于系统结构，不透明 • 控制方式（串行、流水等）：仅影响速度，透明 • 堆栈指令：指令系统属于系统结构，不透明 • 存储器最小编址单位：属于系统结构，不透明 • Cache存储器：为了提高存储系统速度，组原课中细讲的，透明
某处理机的指令字长为16位，有2地址指令、1地址指 令和0地址指令3类，每个地址字段的长度均为6位。