计算机系统结构期末重点题目及考点DOCWord下载.docx

计算机系统结构期末重点题目及考点DOCWord下载.docx

《计算机系统结构期末重点题目及考点DOCWord下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机系统结构期末重点题目及考点DOCWord下载.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

中断字寄存器。

见下表，“√”为透明性概念

指令地址寄存器，×

，

指令缓冲器，√，

时标发生器，√，

条件码寄存器，×

乘法器，√，

主存地址寄存器，√，

磁盘，×

先行进位链，√，

移位器，√，

通用寄存器，×

中断字寄存器，×

第2章：

2.2在尾数采用补码、小数表示且p=6，阶码采用移码、整数表示且q=6，尾数基rm为16，阶码基re为2的情况下：

（1）最大尾数为：

1－rm-p＝1－16-6，0.FFFFFF

（2）最小正尾数为：

1/rm＝1/16，0.100000（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：

req－1＝26－1＝63，7F，包括符号位共7个1（6）最小阶码为：

-req＝-26＝-64，00，包括符号位共7个0（7）最大正数为：

（1－16-6）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：

00000000（12）表数精度为：

16-5/2＝2-21《13）表数效率为：

15/16＝93.75％（14）能表示的规格化浮点数个数为：

2×

15×

165×

27+1

2.13一个处理机共有10条指令，各指令在程序中出现的概率如下表：

指令信号 

出现概率 

Huffman编砝码 

2/8扩展编砝码 

3/7扩展编砝码

I10.25010000

I20.20110101

I30.150********

I40.10101100111000

I50.080000101011001

.0810********

.0510********

I80.0400011110111100

I90.03000101111011101

.020*********

已知10条指令使用频度，求3种编码方法的平均码长与信息冗余量。

（1）此问中的“最优Huffman编码法”实际是指码长下限，即信源的平均信息量──熵，代公式得H=2.9566。

（2）Huffman编码性能如下表；

（3）2/8扩展编码是8/64/512法的变种，第一组2条指令，码长为2（1位扩展标志，1位编码）,第二组8条指令，码长为4（1位扩展标志，与第一组区别，加3位编码），编码性能如下表；

（4）3/7扩展编码是15/15/15法的变种，第一组3条指令，码长为2（共有4种组合，其中3种组合分别代表3条指令，留1种组合作为扩展前缀标志）,第二组7条指令，码长为5（2位固定的前缀扩展标志，与第一组区别，加3位编码，只用其中7种组合），编码性能如下表。

Huffman编码

2/8扩展编码

3/7扩展编码

平均码长L

2.99

3.1

3.2

信息冗余量R

1.10%

4.61%

7.59%

2.14

一台模型机共有7条指令，各指令的使用频率分别为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）要求操作码的平均长度最短，请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。

（2）设计8字长的寄存器-寄存器型指令3条，16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令4条，变址范围不小于±

127。

请设计指令格式，并给出各字段的长度和操作码的编码。

解：

（1）要使得到的操作码长度最短，应采用Huffman编码，构造Huffman树如下：

由此可以得到7条指令的编码分别如下：

这样，采用Huffman编码法得到的操作码的平均长度为：

H=2×

（0.35+0.25+0.20）+3×

0.10+4×

0.05

+5×

（0.03+0.02）

=1.6+0.3+0.2+0.25

=2.35

（2）

设计8位字长的寄存器-寄存器型变址寻址方式指令如下，因为只有8个通用寄存器，所以寄存器地址需3位，操作码只有两位，设计格式如下：

三条指令的操作码分别为00，01，10

设计16位字长的寄存器-存储器型变址寻址方式指令如下：

四条指令的操作码分别为1100，1101，1110，1111

2.15

某处理机的指令字长为16位，有双地址指令、单地址指令和零地址指令三类，并假设每个地址字段的长度均为6位。

（1）如果双地址指令有15条，单地址指令和零地址指令的条数基本相同，问单地址指令和零地址指令各有多少条？

并且为这三类指令分配操作码。

（2）如果要求三类指令的比例大致为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？

（1）15条/63条/64条

（2）14条/126条/128条

（1）根据指令地址的数量来决定各种指令在指令空间上的分布：

如果我们按照从小到大的顺序分配操作码，这样，按照指令数值从小到大的顺序，分别为双地址指令、单地址指令和零地址指令。

其次可以根据指令的条数来大致的估计操作码的长度：

双指令15条，需要4位操作码来区分，剩下的12位操作码平均分给单地址和零地址指令，每种指令可以用6位操作码来区分，这样，各指令的条数为：

双地址指令15条，操作码：

0000~1110；

单地址指令2^6-1=63条，操作码：

1111000000~1111111110；

零地址指令64条，操作码：

1111111111000000~111111*********1。

（2）与上面的分析相同，可以得出答案：

双地址指令14条，操作码：

0000~1101；

单地址指令2^6x2-2=126条，

1110000000~1110111110，

零地址指令128条

1110111111000000~1110111111111111,

1111111111000000~111111*********1

（2）B

双地址指令同上,14条，操作码：

单地址指令64+62=126条，

64条单地址指令操作码1110000000~1110111111，

62条单地址指令操作码1111000000~1111111101；

1111111110000000~1110111110111111,

第3章：

3.9：

一个页式虚拟存储器的虚存空间大小为4Gb，页面大小为4KB，每个页表存储子要占用4个字节。

（1）计算这个页式虚拟存储器需要采用几级页表？

答：

Log2（4G/4K）/Log2（4K/4）=2.0.取整得2，所以需要2级页表

（2）如果要求页表所占用的总主存页面数最小，请分配每一级页表的实际存储容量各为多少字节？

第一季页表为一个页面大小，为4kb，第二级页表被占用1k个页面，为4mb

（3）页表的哪些部分必须存放在主存中？

哪些可以放在辅存中？

第一级页表必须放在主存中，二级页表只需将正在运行的程序的相关页表放在主存中，其他都可以放在辅存中。

3.12一个有快表和慢表的页式虚拟存储器，最多有64个用户，每个用户最多要用1024个页面，每页4K字节，主存容量8M字节。

（1）写出多用户虚地址的格式，并标出各字段的长度。

（2）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度。

（3）快表的字长为多少位？

分几个字段？

各字段的长度为多少位？

（4）慢表的容量是多少个存储字？

每个存储字的长度为多少位？

用户号：

64＝26，虚页号：

1024＝210，页内地址：

4K＝212，主存页数：

8M/4K＝211 

（1）多用户虚地址：

用户号（6位）＋虚页号（10位）＋页内地址（12位） 

共28位 

（2）主存地址：

主存实页号（11位）＋页内地址（12位） 

共23位 

（3）快表字长27位；

分3个字段：

用户号6位，虚页号10位，实页号11位 

（4）（4）慢表容量为2（6+10），每个存储字长为：

主存页号＋1＝12位。

3.143.14

在页式虚拟存储器中，一个程序由P1~P5共5个虚页组成。

在程序执行过程中依次访问到的页面如下：

P2，P3，P2，P1，P5，P2，P4，P5，P3，P2，P5，P2

假设系统分配给这个程序的主存有3个页面，分别采用FIFO、LRU和OPT三种替换算法对这三页主存进行调度。

（1）画出主存页面调入、替换和命中的情况表。

（2）统计三种页面替换算法的页命中率。

答案：

三种替换算法的替换过程：

页地址流232152453252

FIFO222255553333

命中3次33332222255

111444442

调调命调替替替命替命替替

进进中进换换换中换中换换

222152453252

LRU33215245325

命中5次321524533

调调命调替命替命替替命命

进进中进换中换中换换中中

OPT222222444222

命中6次33333333333

1555555555

调调命调替命替命命替命命

进进中进换中换中中换中中

3.15.一个程序由五个虚页组成，采用lfu替换算法，在程序中依次访问的页地址流如下：

P4，P5，P3，P2，P5，P1，P3，P2，P3，P5，P1，P3

（1）可能的最高页命中率是多少？

（2）至少要分配给该程序多少个主存页面才能获得最高的命中率?

（3）如果在程序中每访问一个页面，平均要对该页面内的存储单元访问1024次，求访问单元的命中率？

（1）在分配的主存页面数目大于等于5的情况下，这时，除了第一次调入不命中，以后的访问均命中，可以达到最高的页面命中率：

实际命中的次数为7次，所以可能达到的最高页面命中率为：

（2）由于在页面数大于等于5的情况下，肯定可以达到最高命中率，所以我们来看页面数小于5时能否达到该命中率：

分配的主存页面数等于4时，调度过程如下：

此时也可以达到最高命中率；

分配的主存页面等于3时，调度过程如下：

此时不能达到最高命中率。

所以至少应该分配4个主存页面。

（3）我们假设程序每次只访问一个存储单元，这样，对每一个特定页面的访问过程可以描述如下：

因为第一次总是不命中的，而平均起来，随后的1023次总是命中的，然后再次被调出主存，并再次重复先前的过程。

所以访问存储单元的命中率为：

欲知可能的最高命中率及所需的最少主存页数，较好的办法是通过“堆栈模拟法”，求得命中次数随主存页数变化的函数关系。

下图就是“堆栈模拟图”，其中“√”表示命中。

P=

4

5

3

2

1

命中次数