0104指令系统的优化例题

1、1.4 指令系统的优化1一、单顶选择题1堆栈型机器比通用寄存器型机器优越的是( )。 A)支持先进先出类解题算法的求解 B)能更好地支持向量的运算 C)能支持由逆波兰表达式将高级语言多元赋值语句直接编译生成堆栈指令程序 D)能优化存储器的空间利用率C2 2程序员编写程序时使用的地址是( )。 A)有效地址 B)逻辑地址 C)辅存实地址 D)主存地址B3 3变址寻址主要的作用是( )。 A)支持程序的动态再定位 B)支持访存地址的越界检查 C)支持向量、数组的运算寻址 D)支持操作系统中的进程调度C4 4. 计算机中优化使用的操作码编码方法是( )。 A) 哈夫曼编码 B) ASCII码 C)

2、BCD码 D) 扩展操作码D55 .面向寄存器寻址方式主要访问( )，少量访问( )。 A主存 B.寄存器 C.堆栈 D.寄存器和主存BA6 6.面向主存寻址方式主要访问( )，少量访问( )。 A.主存 B寄存器 C.堆栈 D寄存器和主存AB7 7面向堆栈寻址方式主要访问( )，少量访问( )。 A主存 B寄存器 C.堆栈 D寄存器和主存CD8 8.在CISC方向主要做的工作是( )，RISC方向主要做的工作是( )。 A软件功能硬化 B简化指令功能 C降低指令功能 D硬件功能软化 AB9 9.面向目标程序优化的思想是( )。 A通过使用频度分析和改进指令系统 B. 增设强功能复合指令替代原

3、来的软件实现 CA和 B D. 面向编译，优化代码生成 C10 1什么是堆栈机器?与通用寄存器型的机器相比，堆栈机器有哪些优点? 答: 具有堆栈数据表示的计算机是堆栈机器。这种机器比通用寄存器型机器能更好地支持高级语言和编译程序设计；更好地支持子程序的嵌套和递归调用；堆栈访问和操作的功能很强、速度很高；程序总位数少；程序执行所用的存储用量少。11 2在满足寻址范围的前提下，列举缩短指令字中地址码长度的方法(至少列出5种)。 答: 使用各种寻址方式。如，加基址；加变址；相对寻址；访存地址空间分成段，指令中只给出段号或段内位移字段之一；寄存器寻址；寄存器间接寻址等等。12 3操作系统的哪些功能适合

4、于硬化或固化?哪些功能不适合于硬化或固化? 答:适合于硬化或固化的是过热的高频使用的“机构型”功能，即通用的、不变的基本操作。如，进程切换、程序状态的保护和恢复等。 不适合于硬化或固化的是频度低的，或“策略型”功能，即可变的，可根据情况设定的功能。如，排队策略、优先级确定、费用计算等。 134简单比较寻址方式在指令中的两种指明方式。 答：寻址方式在指令中的两种指明方式是：(1)用操作码中的某些位来指明； (2)在地址码部分专门设置寻址方式字段。 第一种方法的缺点是：操作码长，寻址不灵活，优点是：指令的总长度较短。 第二种方法的缺点是：指令的总长度较长，优点是：操作码短，寻址较灵活。 145.何

5、谓指令格式的优化?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。15答：指令格式的优化指如何用最短位数表示指令的操作信息和地址信息，像程序中指令的平均字长最短。16 Huffman压缩的基本思想是，当各种事件发生概率不均等时，采用优化技术对发生概率最高的事件用最短的位数(时间)来表示(处理)，而对出现概率较低的事件，允许采用较长位数(时间)来表示(处理)，会导致表示(处理)的平均位数(时间)的缩短。17 用此思想可对操作码进行优化。 对地址码的优化：18 答：一般原则：(1)确定指令系统时，只选择使用频度很高的指令及少量有效支持操作系统，高级语言及其它功能的指令.(2)

6、减少寻址方式种类，一般不超过两种；(3)让所有指令在一个机器周期内完成；(4)扩大通用寄存器个数，一般不少于32个，尽量减少访存次数；(5)大多数指令用硬联实现，少数用微程序实现；(6)优化编译程序，简单有效地支持高级语言实现。 6设计RISC机器的一般原则及可采用的基本技术有那些? 19基本技术：(1)按RISC一般原则设计，即确定指令系统时，选最常用基本指令，附以少数对操作系统等支持最有用的指令，使指令精简。编码规整，寻址方式种类减少到1、2种。(2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。即大多数简单指令用硬联方式实现，功能复杂的指令用微程序实现。20(3)用重叠寄存器窗口。即：为了减少访存，减化

7、寻址方式和指令格式，简单有效地支持高级语言中的过程调用，在RISC机器中设有大量寄存器，并让各过程妁寄存器窗口部分重叠。(4)用流水和延迟转移实现指令，即可让本条指令执行与下条指令预取在时间上重叠。另外，将转移指令与其前面的一条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发生，使预取指令不作废，节省一个机器周期。(5)优化设计编译系统。即尽力优化寄存器分配，减少访存次数。不仅要利用常规手段优化编译： 还可调整指令执行顺序，以尽量减少机器周期等。 21 7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应是CISC和RISC的结合? 22答：C

8、ISC结构特点：机器指令系统庞大复杂。 CISC的问题： (1)指令系统庞大，一般200条以上； (2)指令操作繁杂，执行速度很徭； (3)难以优化生成高效机器语言程序，编译也大长，太复杂； (4)由于指令系统庞大，指令的使用频度不高，降低系统性能价格比，增加设计人员负担。23 RISC结构特点：机器指令系统墒单，规模小，复杂度低。 RISC的问题：(1)由于指令少，在原CISC上一条指令完成的功 能现在需多条RISC指令才能完成，加重汇编语言程序设计负担，增加了机器语言程序长度，加大指令信息流量；(2)对浮点运算和虚拟存储支持不很强。(3)RISC编译程序比CISC难写。24答：CISC结构

9、特点：机器指令系统庞大复杂。 RISC结构特点：机器指令系统墒单，规模小，复杂度低。 CISC的问题：(1)指令系统庞大，一般200条以上； (2)指令操作繁杂，执行速度很徭； (3)难以优化生成高效机器语言程序，编译也大长，太复杂； (4)由于指令系统庞大，指令的使用频度不高，降低系统性能价 格比，增加设计人员负担。 RISC的问题：(1)由于指令少，在原CISC上一条指令完成的功 能现在需多条RISC指令才能完成，加重汇编语言程序设计负担，增 加了机器语言程序长度，加大指令信息流量；(2)对浮点运算和虚拟 存储支持不很强。(3)RISC编译程序比CISC难写。 由于RISC和C1SC各有优

10、缺点：(1)在设计时，应向着两者结 合，取长补短方向发展. 25 由于RISC和C1SC各有优缺点：(1)在设计时，应向着两者结合，取长补短方向发展。 26 1二进制表示较之二一十进制表示数据信息，其存储空间利用率低，运算速度要快。( ) 2基址寻址支持程序的循环，变址寻址支持程序的动态再定位。( )3对概率不等的事件用Huffman编码，其具体编码不唯一，但平均码长肯定是唯一的， 且是为最短的。( )判断题27应用题1某机有10条指令，使用频度分别为001，015，012，007，008，013，015，003，017，009， (1) 用等长操作码编码的平均码长； (2) 构造Huffma

11、n树； (3) 写出Huffman的一种编码，并计算其平均码长； (4) 只有两种码长，求平均码长最短的扩展操作码编码及其平均码长。285（1）4位。 （2）HAFFMAN树略。29(3) 使用频度 扩展码(不唯一) 001 00000 003 00001 007 0001 008 010 009 011 012 001 013 100 015 101 015 110 017 111 平均码长=PILI = 315位。30(4)使用频度 扩展码(不唯一) 001 0000 003 0001 007 0010 008 0011 009 010 012 011 013 100 015 101 01

12、5 110 017 111 平均码长=PILI = 319位。 注意，若取3位一5位编码，平均码长将成了322位，显然是不好的。 312(1) 采用Huffman或扩展操作码编码时，要求短码与长码要符合什么样的原则，否则解(译)码不唯一? (2) 某机指令字长16位，共有单地址指令和双地址指令两类，若每个地址字段均为5位，且双地址指令已用了X条，问单地址指令最多可以有多少条?32答: (1) 要求短码不能是长码的前缀； (2) 双地址操作码长为16-2X5=6位， 单地址指令最多可有：(26X)25条。33用于文字处理的某专用机，每个文字符用4位十进制数字(0-9)编码表示，空格则用|_|表示

13、，在对传送的文字符和空格进行统计后，得出它们的出现频度分别为： |_|： 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编码，试设计二进制信息位平均长度最短的编码 34(1)这可以采用霍夫曼编码法实现。(2)若传送106个文字符号(每个文字符后均跟一个空格)，按最短的编码，共需传送多少个二进制位？ (2) 把106个文字符号换算成几个数字编码(就是每个文字4位十进制数共424个数字)外加106个空格码总共530个码。这个数字再乘以平均码长(上面算得的霍夫曼码平均码长)就可得到二进制的位数了。(3)若十进制数字和空格均用4位二进制码表示，共需多少个二进制位？ (3) 1064 4 + 1064 =2120 bit35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16条。 设指令字长为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？说明理由。36答(1)不能用扩展码为其编码。 因为指令字长12位，每个地址码占3位； 三地址