1确定哪些数据类型用数据表示来实现.doc

1.确定哪些数据类型用数据表示来实现，下面几项中不重要的是：A 能够缩短程序运行的时间B 数据表示能够有良好的通用性和利用率C 最可能多的用硬件实现，提高性能D 减少CPU和主存储器之间的通讯量【答案】C2.早期的计算机系统只有定点数据表示，因此硬件结构可以很简单。但是这样的系统有明显的缺点，下面哪一个不是它的缺点：A.数据表示范围小B.单个需要的计算时钟周期多C.编程困难D.存储单元的利用率很低【答案】B3. 简述采用标志符数据表示方法的主要优缺点。【答案】优点有： （1）简化了指令系统（2）由硬件自动实现一致性检查和数据类型的转换。（3）简化程序设计（4）简化编译器（5）方便软件调试（6）支持数据库系统缺点有：（1） 数据和指令的长度不能一致（2） 指令的执行速度降低（3） 硬件的复杂性增加4有效的缩短地址码的长度，主要采用的有哪些方法？【答案】（1）用间址寻址方式缩短地址码长度（2）用变址寻址方式缩短地址码长度（3）用寄存器间接寻址方式缩短地址码长度是最有效的方法5随着计算机技术的不断发展和对指令系统的合理性的研究，精简的指令系统(RISC)出现并且逐步取代CISC的重要位置。下面所述不是CISC的主要缺点的是：A. 20%与80%规律B. VLSI技术的不断发展引起的一系列问题C. 软硬件功能分配的问题D. 由于指令众多带来的编码困难【答案】D6. 某台计算机只有Load/Store 指令能对存储器进行读/写操作，其它指令只对寄存器进行操作。根据程序跟踪实验结果，已知每种指令所占的比例及CPI数如下： 指令类型 指令所占比例 CPI 算逻指令 43 1 Load指令 21 2 Store指令 12 2 转移指令 24 2 (1)求上述情况下的平均CPI。(2)假设程序由M条指令组成。算逻运算中25%的指令的两个操作数中的一个已在寄存器中，另一个必须在算逻指令执行前用Load指令从存储器取到寄存器。因此有人建议增加另一种算逻指令，其特点是一个操作数取自寄存器，另一个操作数取自存储器，即寄存器存储器类型，假设这种指令的CPI等于2。同时，转移指令的CPI变为3。求新指令系统的平均CPI。【答案】（1） CPI旧(0.4310.2120.122+0.242)=1.57（2） 原算逻指令中的25变成了寄存器存储器型指令，所以算逻指令(寄存器寄存器型)少了(0.250.43)M 条，Load指令少了(0.250.43)M 条，而(0.250.43)M 条的新指令为寄存器存储器型指令。指令总数少了(0.2543%)M条。设执行算逻指令(寄存器寄存器型) 、 Load指令、算逻指令(寄存器存储器型) 、 Store指令和转移指令的周期总数分别为C1，C2，C3，C4，C5，所以:C1=(0.43-(0.250.43)M1=0.3225M C2=(0.21-(0.250.43)M2=0.205M C3=(0.250.43)M2=0.215M C4=0.12M2=0.24M C5=0.243M=0.72M 新指令总数N=（1-(0.250.43)）M=0.8925M CPI新=（C1+C2+C3+C4+C5）/ N=1.7025M/0.8925M=1.908 7.假定我们正在考虑两种条件转移指令的设计方法，这两种方法如下：CPU A：先通过一条比较指令设置条件码A，再用一条分支指令检测条件码。CPU B：比较操作包含在分支指令中。在两种CPU中，条件转移指令都需要两个时钟周期，所有的其它指令都需要一个时钟周期。在CPU A中，全部指令的20是条件转移指令，因为每次条件转移都需要一次比较，所以比较指令约占所有指令的20。因为CPU A不需要在转移中包含分支，所以它的时钟频率是CPU B的1.25倍。哪一种CPU更快？如果CPU A的时钟频率只是CPU B的1.1倍，结果又如何？【答案】注：20的分支指令需要两个时钟周期，其它指令需要一个时钟周期。因为A的时钟频率是B的1.25倍，所以B的时钟周期是A 的1.25倍。因为在B中不需要进行比较操作，所以分支指令占B指令总数的20/8025，B中除分支指令需两个时钟周期外，所有其它指令都需要一个时钟周期。所有B的CPI为：因为B不 执行比较操作，所以B的指令数是A的80，这样CPU B的性能为：在上述假定下，时钟周期较短的CPU A指令总数较少的CPU B快。如果CPU A的时钟频率只是CPU B的1.10倍，那么B的时钟周期是A的1.10倍，那么CPU B的性能为：经过这一改进，指令总数较少的CPU B比CPU A快了。8. 某工作站采用时钟频率f为15MHZ，处理速率为10MIPS的处理机来执行一个已知混合程序。假定每次存储器存取为1周期延迟，试问此计算机的有效CPI是多少A.1B.1.5C.2D.2.5【答案】B说明：CPIold = fold /（MIPS * 106）= 15106 / （10 * 106 ） = 1.59. 某工作站采用时钟频率f为15MHZ，处理速率为10MIPS的处理机来执行一个已知混合程序。假定每次存储器存取为1周期延迟。如果假定将处理机的时钟频率f提高到30MHZ，但存储器子系统速率不变。这样，每次存储器存取需要两个时钟周期，如果30%指令每条只需要一次存储存取，而另外5%每条需要两次存储存取，还假定已知混合程序的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处理机性能。【答案】(a) 如题所述，30的指令需要一次存储存取，则这些指令在处理器提高时钟频率之后需要增加一个时钟周期；同样，另外5的指令需要增加两个时钟周期。CPInew= （改进前执行混合程序的所需时钟周期数 + 30%1指令数 + 5%2指令数) / 指令数 = 改进前有效CPI + 30%1 + 5%2= 1.5 + 0.3 + 0.1= 1.9处理速率MIPS= fnew / (CPInew106) = 30106/(1.9106) = 15.79 MIPS假设混合程序的指令数为IC, 则有可见, 改进后工作站性能提高了.10. 用一台40MHZ处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：指令类型指令数时钟周期数整数运算450001数据传送320002浮点150002控制传送80002求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。【答案】CPI= (45000*1 + 32000*2+15000*2+8000*2)/(45000+32000+15000+8000) =1.55MIPS程序执行时间 11.假设在一台40MHZ处理机上运行200,000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160%高速缓存命中的加载/存储218%转移412%高速存储缺失的存储器访问810%(a) 计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均CPI。(b)根据(a)所得的CPI,计算相应的MIPS速率。【答案】（a） 平均=2.24(b)12有关标量RISC或超标量RISC处理机设计的问题：什么是大型寄存器堆和大型D高速缓存之间的折衷设计方案？为什么在超标量处理机中需要有保存站或排序缓冲器？【答案】折衷方案可以采用同时使用一个大寄存器堆和分开的I和D高速缓存，这样有利于内部数据定向，而且可以省去多余的中间结果的不必要的存储。保存站和重排序缓冲器可用于建立指令窗口，目的是为了支持指令先行和内部数据定向，这对于调度多条指令同时通过多条流水线是必须的。13试解释指令系统的、编译器技术、CPU实现和控制、高速缓存和存储器层次结构如何影响CPU性能，并根据程序长度、时钟速率和有效CPI来说明其影响。【答案】CPU的性能取决于三个方面：时钟频率、每条指令所化花的时钟周期数和指令的条数。CPU时间=（IC*CPI）/时钟频率指令系统越丰富则经过对相同的程序，产生的指令数就越少，即减少IC的总数，从而减少CPU时间，提高CPU的性能。同样编译技术越先进，可减少产生多余的指令，减少指令的条数，从而提高CPU的性能 。时钟速度高即时钟的频率高，由上式显然提高CPU的性能。CPU实现和控制，高速缓存和存储器的层次结构都能影响CPI的值。从而影响CPU的性能。14.用一台40MHz处理机执行标准测试程序。它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：指令类型指令数时钟周期整数运算数据传送浮点控制传送450003200015000 80001222求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。【答案】40MHz处理机每个时钟周期为25nsIc=45000+32000+15000+8000=100000有效CPI=1*45000+2*32000+15000*2+8000*2/（45000+32000+15000）=1.55时钟周期MIPS=时钟频率/（CPI*106）=40*106/(1.55*106)=25.8MIPS执行时间=1/25.8MIPS=3.87ns15. 数据类型、数据表示和数据结构之间的关系是什么？在设计一个计算机系统时，确定数据表示的原则主要有哪几个？【答案】数据的类型有多种多样，如文件、图、表、树、阵列、队列、链表、栈、向量、串、实数、整数、布尔数、字符等。数据表示研究的是计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型。数据结构研究的是面向系统软件，面向应用领域所需要处理的各种数据类型，研究这些数据类型的逻辑结构和物理结构之间的关系，并给出相应的算法。确定哪些数据类型用数据表示来实现的原则主要有三个，一是缩短程序的运行时间，二是减少CPU与主存储器之间的通信量，三是这种数据表示的通用性和利用率。16. 设有两个浮点数，,将x，y的尾数转换为二进制补码形式。【答案】设S1为x的尾数，S2为y的尾数，则补=1.001，补=0.10117. 设有两个浮点数，,设尾数3位，符号位1位，阶码2位，阶符1位，通过补码运算求出z=x-y的二进制浮点规格化结果。A.0011011B.1101101C.1011001D.1011011【答案】D18. 一台模型机共有7条指令，各指令的使用频率分别为45%，30%，15%，5%，3%，1%和1%，要求操作码的平均长度最短（操作码的位数为整数）。（1）请设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。（2）如果采用3位固定编码，与你设计的编码相比，信息冗余量为多少？【答案】（1）1.97（2）34%19. 分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？【答案】（1）变址寻址方式（2）间接寻址方式（3）变址寻址方式20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，每个数据字长增加至35位，其中有三位是标志符。其指令字长由32位减少到30位，并且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。现在有一个程序，他的指令条数为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且加以比较。【答案】X处理机程序占用空间总和为B(X)=32I+64I/RY处理机程序占用空间总和为B(Y)=30I+70I/RY处理机与X处理机的程序占用的存储空间比值是B(Y):B(X)=(15R+35):(16R+32)21. ，,设尾数3位，符号位1位，阶码2位，阶符1位，通过补码运算求出z=x-y的二进制浮点规格化结果是A. 1011011B. 0111011C. 1001011D. 以上都不是【答案】 A22.指令优化编码方法，就编码的效率来讲，那种方法最好？A. 固定长度编码B. 扩展编码法C. huffman编码法D. 以上编码都不是【答案】C23.下面那些项是RISC的关键技术A. 延时转移技术B. 重叠寄存器窗口技术C. 指令流调整技术D. 指令取消技术【答案】ABCD24.RISC思想主要是基于什么样的目的？A.减少指令的平均执行周期数B.减少指令的复杂程度C.减少硬件的复杂程度D.便于编译器编写【答案】A25. 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，每个数据字长增加至35位，其中有三位是标志符。其指令字长由32位减少到30位，并且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。R恰好在什么样的范围的时候，Y处理机的程序所占用的存储空间要小？A.R2B.R3C.R4D.R3【答案】B26.下列那种存储设备不需要编址？A. 通用寄存器B. 主存储器C. 输入输出设备D. 堆栈【答案】 D27.一台模型机有7条指令，各指令的使用频率如下0.35,0.25,0.2,0.1,0.05,0.03,0.02，计算平均长度。A.2.35B.2.4C.2.3D.2.45【答案】A35%0025%0120%1010%1105%11103%111102%1111128.设计8位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四条，变址范围+-127之间。设计指令格式，给出各字段的长度和操作码。【答案】寄存器寄存器型指令3条，格式如下：| 操作码2位| 源寄存器3位| 目的寄存器3位|操作码分别为：00.01.10寄存器存储器型变址寻址方式指令四条,格式如下：| 操作码4位| 通用寄存器3位| 变址寄存器1位|偏移地址8位|操作码分别为：1100.1101.1110.111129.一种浮点数表示方式的精度不低于,能表示的最大的正数不小于,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，尾数和阶码的德基值都是2。设计这种浮点数的格式。【答案】 1位 1 位 14位 64位 符号 阶符 阶码 尾数30按照下面的方式设计浮点数格式，尾数用原码小数表示，阶码用移码整数表示，尾数和阶码的德基值都是2，正负数对称，求出该浮点数格式所能够表示的最大的正数，最大的负数和表示数的精度。【答案】最大的正数最大的负数表示数的精度31.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，其数据字长均为36位，其中有4位是标志符，他的指令数由最多的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被访问8次，对于一个1000条指令组成的程序，他们在A,B处理机中分别占多少存储空间？A.40000 38000B.38000 40000C.40000 39000D.39000 40000【答案】C32.一台模型机共有7条指令，各指令的使用的频率分别为45%,30%,15%,5%,3%,1%,1%。要求操作码的平均长度最短，那么该值应该是：A. 2B. 1.87C.2.1D.1.97【答案】 D33.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机器周期，复杂指令需要8个机器周期。在RISC机简单指令执行需要1个周期，而复杂指令需要通过一串指令来实现。假定每条复杂指令平均需要14条简单指令，若该程序中需要执行的总的指令数为1 000 000, 一个机器周期时间是100ns,那么：（1）RISC机需执行的指令数多少？（2）CISC和RISC机的CPU时间分别是多少？（3）RISC机对CISC机的加速比为多少？【答案】（1）3600000（2）0.48s 0.36s（3）1.3334.一台模型机共有7条指令，各指令的使用的频率分别为45%,30%,15%,5%,3%,1%,1%。采用Huffman编码和3位固定编码，信息的冗余量是多少？A.33.3%B.34%C.36%D.40%【答案】 B35下面说法那种正确？A.采用Huffman编码一定不会比其他编码方法效率低B.采用RISC一定比CISC的效率高C.在任何情况下，增加标志符一定减少程序所占用的存储空间D.以上的说法都不正确【答案】A36.有研究人员指出，如果在采用通用寄存器指令集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，做法就是用指令ADD R2,0(Rb)代替指令序列LOAD R1,0(Rb)ADD R2,R2,R1假定使用新的指令能使时钟周期增加10%,并且假定只对时钟产生影响，而不影响CPI那么采用新