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2、据流，CPI，MIPS， Amdahl 定律。 12 存储程序计算机的主要特征是什么？存在的主要问题是什么？目前的计算机系统是如何 改进的？ 13 从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？ 指令地址寄存器，指令缓冲器，时标发生器，先行进位链，条件码寄存器，乘法器，主存 地址寄存器，移位寄存器，通用寄存器，中断字寄存器，磁盘外设。 14 如有一个经解释实现的计算机，可以按功能分成 4 级。每一级为了执行一条指令需要下 一级 N 条指令解释。若执行第一级的一条指令需 Kns 时间，那么执行第 2、3、4 级的一条 指令各需要用多少时间？ 15 假定你是一个计算机设计者，对高级语言结构的使用研
3、究表明，过程调用是最常用的操 作之一。你已设想了一个优化设计方案，它能减少过程调用和返回所需的取/存指令次数。 为了进行验证，对未加优化和已优化的方案进行实验测试，假定所使用的是相同的优化编 译器。实验测得的结果如下： （1） 未优化的时钟周期比优化的快 5%； （2） 未优化方案中的取/存指令数占总指令数的 30%； （3） 优化方案中的取/存指令数比未优化的少 1/3，对于其他指令，两种方案的动态执行 数没有变化； （4） 所有指令，包括取/存指令，均只需要 1 个时钟周期。 要求你定量地判断，哪一种设计方案的计算机工作速度更快。 1 6 假设在一台 40MHz 处理器上运行 200 00
4、0 条指令的目标代码， 程序主要由四种指令组成。 根据程序跟踪实验结果，已知指令混合比和每种指令所需的指令数如下： 指令类型 CPI 指令混合比 算术和逻辑 高速缓存命中的加载/存储 转移 高速缓存缺失的存储器访问 1 2 4 8 60% 18% 12% 10% （1） 计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均 CPI。 （2） 根据（1）所得 CPI，计算相应 MIPS 速率。 17 对于一台 40MHz 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： 指令类型 指令执行数量 平均时钟周期数 整数 数据传送 浮点 分支 45 000 75 000 8 000 1
5、 500 1 2 4 2 求该计算机的有效 CPI、MIPS 和程序执行时间。 w w w .k h d a w .c o m 课后答案网 2 18 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比如下： 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， 系统加速比才可以达到 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？ （3） 如果相对某个测试程序三个部件的可改进比例
6、分别为 20%，20%和 70%，要达到最好 改进效果，仅对一个部件改进时，要选择哪个部件？如果允许改进两个部件，又如何 选择？ 19 在某个程序中，简单指令占 80%，复杂指令占 20%，在 CISC 机中简单指令执行需 4 个机 器周期，复杂指令执行需 8 个机器周期。RISC 机中简单指令执行只需 1 个机器周期，而复 杂指令要通过一串指令来实现。假定复杂指令平均需要 14 条简单指令，即需要 14 个周期， 若该程序中需要执行的总指令数为 1 000 000，Tc 为 100ns，那么 （1） RISC 机需执行的指令数为多少？ （2） CISC 和 RISC 机的 CPU 时间分别为
7、多少？ （3） RISC 机对 CISC 的加速比为多少？ 110 假定利用增加向量处理模块来提高计算机的运算速度。计算机处理向量的速度比其通的 运算要快20倍。 将可用向量处理部分所花费的时间占总时间的百分比称为可向量化百分比。 （1） 求出加速比 S 和可向量化百分比 F 之间的关系式。 （2） 当要得到加速比为 2 时的可向量化百分比 F 为多少？ （3） 为了获得在向量模式所得到的最大加速比的一半，可向量化百分比 F 为多少？ 第二章 21 解释下列术语： 数据表示，寻址方式，有效地址，逻辑地址，物理地址，静态再定位，动态再定位，堆栈 型机器，累加器型机器，通用寄存器型机器，高级语言机
8、器，Huffman 编码概念，扩展操作 码，CISC，RISC。 22 考虑一个浮点数系统，所使用的阶基 rp=2，阶码位数 p=2,，尾数基值 rm=10 ，以 rm为基 的尾数位数 m=1，按照使用的位数来说，等价于 m=4，试计算在非负阶、正尾数、规格化 情况下的最小尾数值和最大尾数值、最大阶值、可表示的最小值和最大值及可表示的数个 数。 23 设某机阶码为 6 位，尾数 48 位，阶符和数符不在其内，当尾数分别以 2、8、16 为基时， 在非负阶、正尾数、规格化数的情况下，求出其最小阶、最大阶、阶的个数、最小尾数值、 最大尾数值、可表示的最大值和最小值及可表示的规格化数的总个数。 24
9、 变址寻址和基址寻址各适合于何种场合？设计一种只用 6 位地址码就可以指向一个大地 址空间中任意 64 个地址之一的寻址机构。 25 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 1 000 条指令组 成的程序，分别计算这个程序在 A 处理器和 B 处理器所占用的存储空间大小（包括指令和 数据） ，
10、从中得到什么启发？ 26 设计如 IBM370 那样有基地址寄存器的机器的另一种办法是，每条指令不用现在的基地址 寄存器地址（4 位）加位移量（12 位）共 16 位作为地址码，而是让每条指令都有一个 24 位的直接地址。针对这两种情况评价一下这个方法的优缺点： w w w .k h d a w .c o m 课后答案网 3 （1） 数据集中于有限几块，但这些分布在整个存储空间： （2） 数据均匀地分布在整个地址空间中。 你认为 IBM370 的设计者在实际应用中考虑着两种情况的哪一种可能性大？为什么？ 27 若某机要求有如下形式的指令： 三地址指令 4 条，单地址指令 255 条，零地址指令
11、 16 条。 设指令地址字长为 12 位，每个地址码长为 3 位，问能否以扩展操作码为其编码？如果其中 单地址指令为 254 条呢？说明其理由。 28 何谓指令优化？简要列举包括操作码和地址码两部分的指令格式优化可采用的各种途径 和思路。 29 某模型机有 9 条指令，其使用频率为 ADD（加） 30% SUB（减） 24% JOM（按负转移） 6% STO（存） 7% JMP（转移） 7% SHR（右移） 2% CIL（循环左移） 3% CLA（清加） 20% STP（停机） 1% 要求有两种指令字长，都按双操作数指令格式编排，采用扩展操作码，并限制只能有两种 操作码码长。设该机有若干个通用
12、寄存器，主存有 16 位宽按字节编址，采用整数边界存储， 任何指令都在一个主存周期中取得，短指令为寄存器寄存器型，长指令为寄存器主存 型，主存地址应能变址寻址。 （1） 仅根据使用频度，不考虑其他因素，设计出全 Huffman 操作码，并计算出该操作码 方式的平均码长； （2） 考虑题目其他全部要求， 设计优化的实用指令操作码形式， 并计算操作码的平均码 长； （3） 该机允许使用多少可编址的通用寄存器？ （4） 画出该机两种指令字格式，标出各字段之位数； （5） 指出访存操作数地址寻找的最大相对位移量为多少个字节？ 210 用于文字处理的某专用机，每个字符用 4 位十进制数字（09）编码表示
13、，空格则用 表示，在对传送的文字符和空格进行统计后，得出它们的出现频率分别为： 20% 0：17% 1：6% 2：8% 3：11% 4：8% 5：5% 6：8% 7：13% 8：3% 9：1% （1） 若上述数字和空格均用二进制码编码， ，试设计二进制信息位平均长度最短的编码； （2） 若传送 106个文字符号（每个文字浮后均跟一个空格） ，按最短的编码，共需传送多 少个二进制位？ （3） 若十进制数字和空格均用 4 位二进制编码，共需传送多少个二进制位？ 2 11 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 个地址的长度均为 6 位。 （1） 如果双
14、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，问单地址和零 地址指令各有多少条？并且为这 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？并且为这 3 类指令分配操作码。 2 12 什么叫高级语言机器？一般有哪两种方式实现？高级语言难以发展的主要原因是什么？ 213 简要比较 CISC 机器和 RISC 机器各自的结构特点，它们分别存在哪些不足和问题？为 什么说今后的发展方向应是 CISC 和 RISC 的结合？ 214 为某城市设计一火车订票系统，在城市各点设置了若干售票处，全部车票信息以文件形 式
15、集中存放在系统之主存中，为各售票处终端微机所共享，请设计一种办法保证各售票处 不会卖出重票（即同一车票） ，简述这种办法的具体要求和可能出现的问题。 w w w .k h d a w .c o m 课后答案网 4 第三章 31 解释下列术语： 存储层次（体系） ，虚拟存储器，Cache 存储器，多体交叉存储器，页式管理，段式管理， 段页式管理，程序局部性，存储器频宽，平均访问时间，LRU 算法，优化算法，堆栈型替 换算法，地址映像，地址变换，全相连映像，直接映像，组相连映像，写回法，写直达法， 不命中预取法，恒预取法，按写分配法，命中率，热启动失效率， 。 32 由三个访问速度、存储容量和每位
16、价格都不相同的存储器构成一个存储体系。其中， M1靠近 CPU，回答下列问题： (1) 写出这个三级存储体系的等效访问时间 T，等效存储容量 S 和等效每位价格 C 的表达 式。 (2) 在什么条件下，整个存储体系的每位价格接近于 C3？ 33 简述“Cache主存”层次与“主存辅存”层次的区别。 34 要求主存实际频宽为 4MB/s，现设主存每个分体的存储周期为 2us,宽度为 4 个字节，采 用模 m 多体交叉存取，但实际频宽只能达到最大频宽的 0.6 倍，问主存模数 m 应取多少方 能使两者的速度基本匹配？其中 m 取 2 的幂。 35 采用页式管理的虚拟存储器中，什么叫“页面失效”？什么叫“页面争用”？什么时候， 这两者不同时发生？什么时候，这两者又同时发生？ 36 某虚拟存储器共 8 个页面，每页为 1024 个字，实际主存为 4096 个字，采用页表法进行
