计算机标准体系结构课后答案.docx
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1、计算机体系结构课后答案【篇一:计算机体系结构习题(含答案)】1、尾数用补码、小数表示,阶码用移码、整数表示,尾数字长p=6(不包含符号位),阶码字长q=6(不包含符号位),为数基值rm=16,阶码基值re=2。对于规格化浮点数,用十进制表示式写出以下数据(对于前11项,还要写出16进值编码)。 (1)最大尾数(8)最小正数 (2)最小正尾数 (9)最大负数 (3)最小尾数(10)最小负数 (4)最大负尾数 (11)浮点零 (5)最大阶码(12)表数精度 (6)最小阶码(13)表数效率 (7)最大正数(14)能表示规格化浮点数个数 2一台计算机系统要求浮点数精度不低于10-7.2,表数范围正数大
2、于1038,且正、负数对称。尾数用原码、纯小数表示,阶码用移码、整数表示。 (1) 设计这种浮点数格式 (2) 计算(1)所设计浮点数格式实际上能够表示最大正数、最大负数、表数精度和表数效率。 3某处理机要求浮点数在正数区积累误差小于2-p-1 ,其中,p是浮点数尾数长度。 (1) 选择适宜舍入方法。 (2) 确定警戒位位数。 (3) 计算在正数区误差范围。 4假设有a和b两种不一样类型处理机,a处理机中数据不带标志符,其指令字长和数据字长均为32位。b处理机数据带有标志符,每个数据字长增加至36位,其中有4位是标志符,它指令数由最多256条降低到不到64条。假如每实施一条指令平均要访问两个操
3、作数,每个存放在存放器中操作数平均要被访问8次。对于一个由1000条指令组成程序,分别计算这个程序在a处理机和b处理机中所占用存放空间大小(包含指令和数据),从中得到什么启发? 5一台模型机共有7条指令,各指令使用频率分别为35%,25%,20%,10%,5%,3%和2%,有8个通用数据寄存器,2个变址寄存器。 (1) 要求操作码平均长度最短,请设计操作码编码,并计算所设计操作码平均长度。 6某处理机指令字长为16位,有双地址指令、单地址指令和零地址指令3类,并假设每个地址字段长度均为6位。 (1) 假如双地址指令有15条,单地址指令和零地址指令条数基础相同,问单地址指令和零地址指令各有多少条
4、?而且为这3类指令分配操作码。 (2) 假如要求3类指令百分比大致为1:9:9,问双地址指令、单地址指令和零地址指令各有多少条?而且为这3类指令分配操作码。 7别用变址寻址方法和间接寻址方法编写一个程序,求c=a+b,其中,a和b全部是由n个元素组成一维数组。比较两个程序,并回复下列问题: (1) 从程序复杂程度看,哪一个寻址方法愈加好? (2) 从硬件实现代价看,哪一个寻址方法比较轻易实现? (3) 从对向量运算支持看,哪一个寻址方法愈加好? 8假设x处理机数据不带标志符,其指令字长和数据字长均为32位。y处理机数据带有标志符,每个数据字长增加至35位,其中有3位是标志符,其指令字长由32位
5、降低至30位。并假设一条指令平均访问两个操作数,每个操作数平均被访问r次。现有一个程序,它指令条数为i,分别计算在这两种不一样类型处理机中程序所占用存放空间,并加以比较。 9一个浮点数表示方法精度不低于10-19,能表示最大正数大于104000,而且正负数对称。尾数用原码、小数表示,阶码用移码、整数表示,尾数和阶码基值全部是2。 (1)设计这种浮点数格式,给出各字段名称和长度。 (2)计算(1)所设计浮点数格式能够表示最大正数、最大负数和表示数精度。 (3)假如在运算器中没有设置硬件警戒位,则这种浮点数可能采取了哪一个舍入方法?给出这种舍入方法舍入规则,在正数区误差范围和积累误差。 10有研究
6、人员指出,假如在采取通用寄存器结构计算机里加入寄存器-存放器寻址方法可能提升计算机效率。做法是用: add r2, 0(rb) 替换指令序列 load r1, 0(rb) add r2, r2, r1 假定使用新指令能使时钟周期增加10%,而且假定只对时钟产生影响,而不影响cpi那么: (1) 采取新指令,要达成和原来一样性能需要去掉load操作所占百分比?(假定load指令占总指令22.8%) (2) 举出一个多指令序列,该序列不能使用上述寄存器-存放器寻址方法。即使得load r1后面紧接着实施对r1操作(该操作能够是任意某一操作码),但这一指令序列不能被一条指令(假定存在这条指令)替换。
7、 11试比较下面4种不一样类型指令结构存放效率: (1) 累加型:全部操作全部在单个寄存器和单个内存地址之间进行 (2) 存放器-存放器型:每个指令3个操作数全部在内存中进行 (3) 堆栈型:全部操作全部在栈顶进行。只有push和pop操作会访问内存,其它指令实施时全部会删除栈中操作数,然后写入实施结果。 (4) 通用寄存器型:全部操作全部在寄存器中进行。这些寄存器-寄存器指令中每个指令全部包含3个操作数。通用寄存器一共有16个,寄存器标志符占4位长。 为比较存放效率,我们对以上4种指令集作了以下约定: 操作码占一个字节(8位) 内存地址占2个字节(16位) 操作数占4字节(32位) 全部指令
8、长度全部以整数个字节计算 另外,还假定访问内存不使用其它优化方法,变量a、b、c和d初值全部已经放在内存中。 针对以上4种不一样指令系统,回复下列问题: (1) 分别用汇编指令写出下面3个赋值语句: a = b + c; b = a + c; d = a b; (2) 分别计算所实施指令字节数和转移内存数据字节数,并指出假如依据代码大小来计算话,哪种结构效率是最高?假如按需要总内存带宽(代码+数据)来计算,又是哪种结构效率最高? 12考虑为dlx结构计算机增加一个新寻址模式。即使得地址模式增加两个寄存器和一个11位长带符号偏移量来得到有效地址。这么,编译器就会用新寻址模式来替换 add r1,
9、 r1, r2 lw rd, 0(r1) (或是store指令) 假如已知在dlx结构计算机上对测得部分程序load和store指令分别平均占26%和9%,在此基础上,计算: (1) 假定10%load和store指令能够用新寻址模式替换,那么采取新寻址模式后指令计数和采取前之比为多少? (2) 假如新寻址模式使得时钟周期增加5%,那么采取了新寻址模式机器和未采取新寻址模式机器相比,哪种机器会愈加快部分,快多少? 1、解答: 在尾数采取补码、小数表示且p=6,阶码采取移码、整数表示且q=6,尾数基rm为16,阶码基re为2情况下: (1) 最大尾数为:1rm-p116-6,0.ffffff (
10、2) 最小正尾数为:1/rm1/16,0.100000 (3) 最小尾数为: -1, 1.000000 (4) 最大负尾数为:-(rm-1 + rm-p)(16-1 + 16-6),1.efffff (5) 最大阶码为:req126163,7f,包含符号位共7个1 (6) 最小阶码为:-req-26-64,00,包含符号位共7个0 (7) 最大正数为:(116-6)1663,7fffffff (8) 最小正数为:16-65,00100000 (9) 最大负数为:-(16-1 + 16-6) 16-64,80efffff (10) 最小负数为:-1663,ff000000 (11) 浮点零为:0
11、0000000 (12) 表数精度为:16-5/22-21 (13) 表数效率为:15/1693.75 2、解答: (1)取尾数和阶码基全部为2,即:rm=2 且 re=2 依据表示数精度要求: 于是能够取p=24; 依据表示数范围要求: 即所以能够取q7 数据格式能够表示以下(尾数采取隐藏位):24(2)能够表示最大正数:(12 能够表示最大负数:2 表示数精度:224129)2127, , , 表数效率:100%。 3、解答: (1) 舍入方法:下舍上入法、查表法 (2) 警戒位位数:2位 (3) 正数区误差范围:-2-p-1(1-2-g+1) 2-p-1 4、解答: 我们能够计算出数据大
12、致数量: 1000条指令访问数据总数为1000*2=个; 对于a处理机,所用存放空间大小为: 由此我们能够看出,因为数据平均访问次数要大于指令,所以,经过改善数据格式来降低指令长度,能够降低总存放空间大小。 5、解答: (1) 要使得到操作码长度最短,应采取huffman编码,结构huffman树以下: 由此能够得到7条指令编码分别以下:【篇二:计算机体系结构课后习题原版答案_张晨曦著】s=txt1.1 解释下列术语 计算机系统结构:传统机器程序员所看到计算机属性,即概念性结构和功效特征。 计算机组成:计算机系统结构逻辑实现,包含物理机器级中数据流和控制流组成和逻辑设计等。 计算机实现:计算机
13、组成物理实现,包含处理机、主存等部件物理结构,器件集成度和速度,模块、插件、底板划分和连接,信号传输,电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比:对系统中某部分进行改善时,改善后系统性能提升倍数。 amdahl定律:当对一个系统中某个部件进行改善后,所能取得整个系统性能提升,受限于该部件实施时间占总实施时间百分比。 并行性:计算机系统在同一时刻或同一时间间隔内进行多个运算或操作。只要在时间上相互重合,就存在并行性。它包含同时性和并发性两种含义。 1.2 试用实例说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现之间相互关系。 答:如在设计主存系统时,确定主存容量、编址方法、寻址范围等属于计算机系统结构。
14、确定主存周期、逻辑上是否采取并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。选择存放芯片类型、微组装技术、线路设计等属于计算机实现。 计算机组成是计算机系统结构逻辑实现。计算机实现是计算机组成物理实现。一个体系结构能够有多个组成。一个组成能够有多个实现。 1.6 某台主频为400mhz计算机实施标准测试程序,程序中指令类型、实施数量和平均时钟周期数以下:1.7 将计算机系统中某一功效处理速度加紧10倍,但该功效处理时间仅为整个系统运行时间40%,则采取此增强功效方法后,能使整个系统性能提升多少? 解 由题可知:可改善百分比 = 40% = 0.4部件加速比 = 10 依据amdahl定律可知: 1 系统加
15、速比?1.5625 0.4 ?1?0.4? 10 采取此增强功效方法后,能使整个系统性能提升到原来1.5625倍。 1.8 计算机系统中有三个部件能够改善,这三个部件部件加速比为: 部件加速比1=30;部件加速比2=20; 部件加速比3=10 (1) 假如部件1和部件2可改善百分比均为30%,那么当部件3可改善百分比为多少时,系统加速比才能够达成10? (2) 假如三个部件可改善百分比分别为30%、30%和20%,三个部件同时改善,那么系统中不可加速部分实施时间在总实施时间中占百分比是多少? 解:(1)在多个部件可改善情况下,amdahl定理扩展: sn? (1? 1 ?fi)? fi si
16、已知s130,s220,s310,sn10,f10.3,f20.3,得: 10? 1 1(-0.3?0.3?f3)?(0.3/30?0.3/20?f3/10) 得f30.36,即部件3可改善百分比为36%。 (2)设系统改善前实施时间为t,则3个部件改善前实施时间为:(0.3+0.3+0.2)t = 0.8t,不可改善部分实施时间为0.2t。 已知3个部件改善后加速比分别为s130,s220,s310,所以3个部件改善后实施时间为: tn? 0.3t0.3t0.2t ?0.045t 30 改善后整个系统实施时间为:tn = 0.045t+0.2t = 0.245t 那么系统中不可改善部分实施时
17、间在总实施时间中占百分比是: 0.2t ?0.82 0.245t 1.9 假设某应用程序中有4类操作,经过改善,各操作取得不一样性能提升。具体数据以下表所表示:(2)各类操作单独改善后,程序取得加速比分别是多少? (3)4类操作均改善后,整个程序加速比是多少?解:依据amdahl定律sn?1fe (1?fe)? se 可得 4类操作均改善后,整个程序加速比: 1 sn?2.16 fi (1?fi)?si 第2章 指令集结构分类 2.1 解释下列术语 堆栈型机器:cpu 中存放操作数单元是堆栈机器。 累加器型机器:cpu 中存放操作数单元是累加器机器。 通用寄存器型机器:cpu 中存放操作数单元
18、是通用寄存器机器。 2.2 区分不一样指令集结构关键原因是什么?依据这个关键原因可将指令集结构分为哪3类? 答:区分不一样指令集结构关键原因是cpu中用来存放操作数存放单元。据此可将指令系统结构分为堆栈结构、累加器结构和通用寄存器结构。 2.4指令集应满足哪多个基础要求? 答:对指令集基础要求是:完整性、规整性、高效率和兼容性。 完整性是指在一个有限可用存放空间内,对于任何可解问题,编制计算程序时,指令集所提供指令足够使用。 规整性关键包含对称性和均匀性。对称性是指全部和指令集相关存放单元使用、操作码设置等全部是对称。均匀性是指对于多种不一样操作数类型、字长、操作种类和数据存放单元,指令设置全
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