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1、第一章 ：1.2.如有一个经解释实现的计算机，可以按功能划分成4级。每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释，若执行第一级的一条指令需kns，那执行第2级、第3级、第4级的指令需要多少时间？第1级 1条1级指令 k ns第2级 1条2级指令 N条1级指令 1Nk ns = Nk ns第3级 1条3级指令 N条2级指令 1NNk ns = N2k ns第4级 1条4级指令 N条3级指令 1NNNk ns = N3k ns1.8.从机器（汇编）语言程序员看，以下哪些是透明的？n 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；磁盘外设；先行进位链；移位器；通用寄
2、存器；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，第二章 ：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：1rm-p116-6，0.FFFFFF(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
3、，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：(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：00000000(12) 表数精度为：16-5/22-2113) 表数效率为：15/1693.75(14) 能表示的规格化浮点数个数为：21516527+12.13 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
4、编砝码 2/8扩展编砝码 3/7扩展编砝码I1 0.25 01 00 00I2 0.20 11 01 01I3 0.15 001 1000 10I4 0.10 101 1001 11000I5 0.08 0000 1010 11001I6 0.08 1001 1011 11010I7 0.05 1000 1100 11011I8 0.04 00011 1101 11100I9 0.03 000101 1110 11101I10 0.02 000100 1111 111100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，
5、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L2.993.13
6、.2信息冗余量R1.10%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
7、码的平均长度为：H = 2(0.35+0.25+0.20) + 30.10 + 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1100，1101，1110，11112.15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
8、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？并且为这三类指令分配操作码。解：(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
9、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：00001110；单地址指令26-1=63条，操作码：1111 0000001111 111110；零地址指令64条，操作码：1111 111111 0000001111 111111 111111。 (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：00001101；单地址指令26 x 2-2 = 126条，1110 0000001110 111110，1111 0000001111 111110；零地址指令128条1110 111111 0000001110 111111 111111,1111 1
10、11111 0000001111 111111 111111(2)B双地址指令同上,14条，操作码：00001101；单地址指令64 + 62 = 126条，64 条单地址指令操作码1110 0000001110 111111，62 条单地址指令操作码1111 0000001111 111101；零地址指令128条1111 111110 0000001110 111110 111111,1111 111111 0000001111 111111 111111第三章 ：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
11、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？答：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？答：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
12、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？答：用户号：6426，虚页号：1024210，页内地址：4K212，主存页数：8M/4K211（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112位。3.143.14在页式虚拟存储器中，一个程序由P
13、1P5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：解：三种替换算法的替换过程：页地址流 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2FIFO 2 2 2 2 5 5 5 5 3 3 3 3命中3次 3 3 3 3 2 2 2 2 2 5 51 1 1 4 4 4 4 4 2调 调 命 调 替 替 替
14、命 替 命 替 替进 进 中 进 换 换 换 中 换 中 换 换2 2 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2LRU 3 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5命中5次 3 2 1 5 2 4 5 3 3调 调 命 调 替 命 替 命 替 替 命 命进 进 中 进 换 中 换 中 换 换 中 中OPT 2 2 2 2 2 2 4 4 4 2 2 2命中6次 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 31 5 5 5 5 5 5 5 5 5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?
