计算机体系结构课后答案.docx
《计算机体系结构课后答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机体系结构课后答案.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
计算机体系结构课后答案
计算机体系结构课后答案
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（不包括符号位），阶码字长q=6（不包括符号位），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如下数据（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）能表示的规格化浮点数个数
2．一台计算机系统要求浮点数的精度不低于10-7.2，表数范围正数不小于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）设计这种浮点数的格式
（2）计算
（1）所设计浮点数格式实际上能够表示的最大正数、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的积累误差不大于2-p-1，其中，p是浮点数的尾数长度。
（1）选择合适的舍入方法。
（2）确定警戒位位数。
（3）计算在正数区的误差范围。
4．假设有a和b两种不同类型的处理机，a处理机中的数据不带标志符，其指令字长和数据字长均为32位。
b处理机的数据带有标志符，每个数据的字长增加至36位，其中有4位是标志符，它的指令数由最多256条减少到不到64条。
如果每执行一条指令平均要访问两个操作数，每个存放在存储器中的操作数平均要被访问8次。
对于一个由1000条指令组成的程序，分别计算这个程序在a处理机和b处理机中所占用的存储空间大小（包括指令和数据），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。
6．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3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？
而且为这3类指令分配操作码。
（2）如果要求3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？
而且为这3类指令分配操作码。
7．别用变址寻址方式和间接寻址方式编写一个程序，求c=a+b，其中，a与b都是由n个元素组成的一维数组。
比较两个程序，并回答下列问题：
（1）从程序的复杂程度看，哪一种寻址方式更好？
（2）从硬件实现的代价看，哪一种寻址方式比较容易实现？
（3）从对向量运算的支持看，哪一种寻址方式更好？
8．假设x处理机的数据不带标志符，其指令字长和数据字长均为32位。
y处理机的数据带有标志符，每个数据的字长增加至35位，其中有3位是标志符，其指令字长由32位减少至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，它的指令条数为i，分别计算在这两种不同类型的处理机中程序所占用的存储空间，并加以比较。
9．一种浮点数表示方式的精度不低于10-19，能表示的最大正数不小于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，尾数和阶码的基值都是2。
（1）设计这种浮点数的格式，给出各字段的名称和长度。
（2）计算
（1）所设计的浮点数格式能够表示的最大正数、最大负数和表示数的精度。
（3）如果在运算器中没有设置硬件警戒位，则这种浮点数可能采用了哪一种舍入方法？
给出这种舍入方法的舍入规则，在正数区的误差范围和积累误差。
10．有研究人员指出，如果在采用通用寄存器结构的计算机里加入寄存器-存储器寻址方式可能提高计算机效率。
做法是用：
addr2,0（rb）
代替指令序列
loadr1,0（rb）
addr2,r2,r1
假定使用新的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）采用新的指令，要达到与原来同样的性能需要去掉的load操作所占的百分比？
（假定load指令占总指令的22.8%）
（2）举出一种多指令序列，该序列不能使用上述的寄存器-存储器寻址方式。
即使得loadr1后面紧接着执行对r1的操作（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）代替。
11．试比较下面4种不同类型的指令结构的存储效率：
（1）累加型：
所有的操作都在单个寄存器和单个内存地址之间进行
（2）存储器-存储器型：
每个指令的3个操作数都在内存中进行
（3）堆栈型：
所有的操作都在栈顶进行。
只有push和pop操作会访问内存，其它的指令执行时都会删除栈中的操作数，然后写入执行结果。
（4）通用寄存器型：
所有的操作都在寄存器中进行。
这些寄存器-寄存器指令中的每个指令都包含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。
为比较存储效率，我们对以上4种指令集作了如下约定：
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）
所有指令的长度都以整数个字节计算
另外，还假定访问内存不使用其它的优化措施，变量a、b、c和d的初值都已经放在内存中。
针对以上4种不同的指令系统，回答下列问题：
（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）分别计算所执行指令的字节数和转移内存数据的字节数，并指出如果根据代码的大小来计算的话，哪种结构的效率是最高的？
如果按需要的总内存带宽（代码+数据）来计算，又是哪种结构的效率最高？
12．考虑为dlx结构的计算机增加一个新的寻址模式。
即使得地址模式增加两个寄存器和一个11位长的带符号的偏移量来得到有效地址。
这样，编译器就会用新的寻址模式来代替
addr1,r1,r2
lwrd,0（r1）（或是store指令）
如果已知在dlx结构的计算机上对测得一些程序的load和store指令分别平均占26%和9%，在此基础上，计算：
（1）假定10%的load和store指令能够用新的寻址模式代替，那么采用新的寻址模式后的指令计数与采用前之比为多少？
（2）如果新的寻址模式使得时钟周期增长5%，那么采用了新的寻址模式的机器和未采用新的寻址模式的机器相比，哪种机器会更快一些，快多少？
1、解答：
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％
2、解答:
（1）取尾数和阶码的基都为2，即：
rm=2且re=2
根据表示数精度的要求：
于是能够取p=24；
根据表示数范围的要求：
即
因此能够取q＝7
数据格式能够表示如下（尾数采用隐藏位）：
－24
（2）能够表示的最大正数：
（1－2
能够表示的最大负数：
－2
表示数的精度：
2－24－129）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）正数区的误差范围：
-2-p-1（1-2-g+1）~2-p-1
4、解答:
我们能够计算出数据的大致数量：
1000条指令访问的数据总数为1000*2=个；
对于a处理机，所用的存储空间的大小为：
由此我们能够看出，由于数据的平均访问次数要大于指令，因此，经过改进数据的格式来减少指令的长度，能够减少总的存储空间大小。
5、解答:
（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：
由此能够得到7条指令的编码分别如下：
【篇二：
计算机体系结构课后习题原版答案_张晨曦著】
s=txt>1.1解释下列术语
计算机系统结构：
传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。
计算机组成：
计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现：
计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，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进时，改进后系统性能提高的倍数。
amdahl定律：
当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
并行性：
计算机系统在同一时刻或者同一时间间隔内进行多种运算或操作。
只要在时间上相互重叠，就存在并行性。
它包括同时性与并发性两种含义。
1.2试用实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。
答：
如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式、寻址范围等属于计算机系统结构。
确定主存周期、逻辑上是否采用并行主存、逻辑设计等属于计算机组成。
选择存储芯片类型、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的逻辑实现。
计算机实现是计算机组成的物理实现。
一种体系结构能够有多种组成。
一种组成能够有多种实现。
1.6某台主频为400mhz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：
1.7将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？
解由题可知：
可改进比例=40%=0.4部件加速比=10根据amdahl定律可知：
1
系统加速比?
?
1.5625
0.4
?
1?
0.4?
?
10
采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高到原来的1.5625倍。
1.8计算机系统中有三个部件能够改进，这三个部件的部件加速比为：
部件加速比1=30；部件加速比2=20；部件加速比3=10
（1）如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才能够达到10？
（2）如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？
解：
（1）在多个部件可改进情况下，amdahl定理的扩展：
sn?
（1?
1
?
fi）?
?
fi
si
已知s1＝30，s2＝20，s3＝10，sn＝10，f1＝0.3，f2＝0.3
升级会员 