《计算机系统结构》作业解答.doc

1.2 解：这儿要注意的是第一级是最低的级别，而不是最高的级别。 第二级：NKns 第三级：N2Kns 第四级：N3Kns1.4 解：第二级：N/M ks 第三级：(N/M)2 ks 第四级：(N/M)3 ks1.6 解：计算机系统结构：是从系统结构设计者的角度看到的系统特性及功能视图，它对计算机组成提出了明确的功能需求和设计目标。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现。 计算机实现：计算机组成的物理实现。例：对于同样系统结构的IBM系列机，人们为了提高性能，加入了通道、外围处理机、先行控制、流水线等。而对于组成相仿的两类计算机，器件的集成度、布局等物理实现又可能不同。1.8 解：对汇编语言程序员而言透明的有： 指令缓冲器、时标发生器、乘法器、先行进位链、移位器。1.11 解：系列机是指由同一厂家生产并具有相同系统结构的计算机，但具有不同的计算机组成与实现。 可行：(1) (3) (4) (6) (7) 不可行：(2) (5) (8)1.17 解：Sn = 1/(1 Fe) + Fe/Se) = 1/(1 0.9) + 0.9/5) = 3.571.19 解：CPICPIiIi/Ic45000/105（320002）/105（150002）/105（80002）/1051.55 MIPS (40 106)/(1.55 106) 25.8MIPS Te 105/(25.8 106) 3.88ms1.24 解：CPI 1，则有：T未 IC CPI T（1 5) 0.95 ICTT优ICCPIT（1 30）ICCPIT30（11/3）0.9 ICT由于T优/T未 0.9/0.95 0.947所以，优化后的方案使计算机工作速度更快。2.1 解： 1) 数据表示 硬件直接识别和引用的数据类型 2）数据结构反映数据元素之间的结构关系,研究数据类型的逻辑结构和物理结构之间的关系，一般用软件实现。3) 数据类型：指一组数据值的集合以及可作用于这个集合上的操作集。4) 数据表示与数据结构关系 * 数据结构是通过软件映像成数据表示实现的 * 数据表示是数据结构的组成元素 * 数据表示为数据结构提供不同程度的支持，反映在效率和方便程度的不同2.2 解： 1) 最大尾数：116 - 6 2) 最小正尾数：16-1 3) 最小尾数： 1 (116 - 6) 4) 最大负尾数：（16 1+16-6） 规格化 5) 最大阶码：261 6) 最小阶码: 2 6 7) 最大正数： (116-6)* 16 63 8) 最小正数：16-1 * 16-64 9) 最大负数：-16-1*16-64 10) 最小负数：(116 - 6)*1663 11) 浮点零：0 12) 表数精度：1/216-(6-1) P442.7 13) 表数效率：15/16 P452.10 14) 能表示的规格化浮点数个数：215165226+1 P46 2.14 解：1. 一台模型计算机共有7条指令，各指令的使用频率分别为35%、25%、10%、5%和2%，有8个通用寄存器，2个变址寄存器。（1） 设计操作码编码，要求操作码平均长度最短并计算其平均长度。（2） 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4条，变址范围为127之间。请设计指令格式并给出各字段的长度和操作码的编码。解答：指令使用频率编码合并频率编码编码编码编码编码I10.35000.35000.35000.35000.410.60I20.25010.25010.25010.25010.35000.41I30.20100.20100.20100.20100.2501I40.101100.101100.101100.2011I50.0511100.0511100.10111I60.03111100.051111I70.0211111操作码平均长度=2*（0.35+0.25+0.20）+3*0.10+4*0.05+5*(0.03+0.02)=2.35寄存器寄存器型指令格式：233操作码OP源寄存器R1目的寄存器R2 操作码可分别是：00、01、10寄存器存储器型指令格式： 4 31 8操作码OP通用寄存器变址寄存器偏移地址 操作码可分别是：1100、1101、1110、1111注：以上编码答案不唯一，但编码长度唯一。3.1题：（1） 当S2S1时，平均价格接近C2。（2） ta = h*t1+(1-h)*t2（3） e=1/h+(1-h)r（4）（5） 当r = 100时，h0.99947（6） P134公式，H = (H+n-1)/n计算得：n15.05，取n=163.3题：（1） t = ht1 + (1 h)t2, 当cache为64k时， t = 0.7*20ns + (1-0.7)*200ns = 74ns；当cache=128k 时， t=38ns；当cache=256k时， t=23.6ns（2） 按照公式： cache=64k, c=0.2585美元/k字节； cache=128k, c=0.3152美元/k字节；cache=256k，c=0.4235美元/k字节（3） 按等效访问时间由小到大排序，容量分别为：256k，128k，64k按每字节平均价格由小到大排序，分别为：64k, 128k, 256k（4） 19.129 ns.美元/k字节 ；11.9776 ns.美元/k字节； 9.9946 ns.美元/k字节；选256k的cache最优3.9题：（1） 两级页表（2） 一级页表：1个；二级页表：1024个；（3） 一级页表在主存当中，二级页表只有部分在主存，大部分在辅存当中；3.12题：解：用户号：6位，虚页号：10位，页内偏移地址：12位实页号：11位，页内偏移地址：12位；快表字长：27位；其中，多用户虚页号：16位，实页号：11位慢表容量：64k个存储字，每个字长：装入位1位实页号11位123.19 解：(1) 主存地址格式：区号E区内组号G组内块号B块内地址W1114(2) Cache地址格式：组号组内块号块内地址114(3) 主存与Cache中各个块的映象对应关系：(4) Cache的块地址流情况：B6 B2 B4 B1 B4 B6 B3 B0 B4 B5 B7 B3C2 C3 C0 C1 C0 C2 C3 C1 C0 C1 C2 C3(5) FIFO中Cache的块命中率：3/1225%(6) LFU中Cache的块命中率：4/1233.3%(7) 改为全相联映象后：FIFO中块命中率： 4/1233.3%LFU中块命中率： 3/1225%(8) 这时Cache的命中率：18/(1612)95.8%4.3 解：见p222注意：进入中断进行后，影响中断优先次序的关键点：撤销当前中断请求，改变中断屏蔽码，执行中断服务程序，恢复中断屏蔽码。(1) 正常中断屏蔽码：响应：D1 D2 D3 D4 D5处理：D1 D2 D3 D4 D5(2) 修改后：响应：D1 D2 D3 D4 D5处理：D4 D5 D3 D2 D1(3) 处理示意图：中断请求：D1 D2 D3 D4 D5(4) 处理示意图：中断请求：D3 D4 D5 D1 D25.3 解：（1）顺序执行：（2）“取指令”和“执行”重叠：（3）“取指令”、“分析”和“执行”重叠：（4）先行控制：5.8解：123456789123456789123456789123456789123456789123456789101112131415161718192121吞吐率：加速比：S=9*5/2