《2022年2022年计算机系统结构第二章 3.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年2022年计算机系统结构第二章 3.pdf（7页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1. 数据类型、数据表示和数据结构之间是什么关系？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：略2. 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位，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位，每个数据的字长增加至36位，其中有4位是标志符，它的指令条数由最多256条减少至不到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1000条指令组成的程序，分别计算这个程序在A处理机和B处理机中所占用的存储空间大小（包括指令和数据），从中得到什么启发？答：我们可以计算出数据的总数量：?程序有1000条指令
2、组成，且每条指令平均要访问两个操作数?程序访问的数据总数为：1000 x 2 = 2000个?每个数据平均访问8次?程序访问的不同数据个数为：2000-8 = 250对于A处理机，所用的存储空间的大小为：Mem A=Mem 咲渝n Mem data 0032 - 250 32 =40000 bit 对于B处理机，指令字长由32位变为了30位（条数由256减少到64），这样，所用的存储空间的大小为：Mem B - Mem instructio n Mem data =1000 30 250 36 = 39000 bit 由此我们可以看出，由于数据的平均访问次数要大于指令，所以，采用带标志符的数据
3、表示不会增加总的存储空间大小。3. 对于一个字长为64位的存储器，访问这个存储器的地址按字节编址。假设存放在这个存储器中的数据中有20 % 是独立的字节数据（指与这个字节数据相邻的不是一个字节数据），有30% 是独立的16位数据，有20% 是独立的32位数据，另外30% 是独立的64位数据；并且规定只能从一个存储字名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 的起始位置开始存放数据。 计算这种存储器的存储空间利用率。 给出提高
4、存储空间利用率的方法，画出新方法的逻辑框图，并计算这种方法的存储空间利用率。答：由于全是独立数据，有20%浪费56位（7/8）; 30%浪费48位（6/8）; 20% 浪费32位（4/8）; 30%浪费0位（0/8）。总共浪费：0.2X 7/8 + 0.3X 6/8 + 0.2X 4/8+ 0.3X 0/8= 0.5 即：存储器的存储空间利用率为50%，浪费率为50%。方案为：数据从地址整数倍位置开始存储，即，双字地址000结尾，单字地址00结尾，半字地址0结尾，字节地址结尾任意可能出现的各种情况如下：组合存储空间分配利用率1-2-1-2字节半字字节半字0.2*3/8*2/7*3/8*6B/8
5、B0.0061-2-1-4字节半字字节0.2*3/8*2/7*2/8*4B/8B0.0028单字1-2-1-8字节半字字节0.2*3/8*2/7*3/8*4B/8B0.004双字1-2-4字节半字单字0.2*3/8*2/7*7B/8B0.018751-2-8字节半字0.2*3/8*3/7*3B/8B0.1205双字1-4字节单字0.2*2/8*5B/8B0.031251-8字节0.2*3/8*1B/8B0.009375双字2-1-2-1半字字节半字字节0.3*2/7*3/8*2/7*6B/8B0.00692-1-2-4半字字节半字0.3*2/7*3/8*2/7*5B/8B0.0057单字2-1
6、-2-8半字字节半字0.3*2/7*3/8*3/7*5B/8B0.0086双字2-1-4半字字节单字0.3*2/7*2/8*7B/8B0.018752-1-8半字字节0.3*2/7*3/8*3B/8B0.0121双字名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2-4半字单字0.3*2/7*6B/8B0.06432-8半字0.3*3/7*2B/8B0.0321双字4-1-2单字字节半字0.2*2/8*3/8*7B/8B0.01
7、644-1-4单字字节0.2*2/8*2/8*5B/8B0.0078单字4-1-8单字字节0.2*2/8*3/8*5B/8B0.0117双字4-2-1单字半字字节0.2*3/8*2/7*7B/8B0.018754-2-4单字半字0.2*3/8*2/7*6B/8B0.0161单字4-2-8单字半字0.2*3/8*3/7*6B/8B0.0241双字4-8单字0.2*3/8*4B/8B0.05625双字8双字0.3*8B/8B0.3合计0.79224. 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: 指令序号出现的槪率Hufhrnn 魯2/8 扩展编眄法3/7 扩取编码也h0,25h0J
8、0h0.15k0,10h0.0Sh0.08h0Qh0.04h0.03002操作码的平均长度操作码的佰息冗余星采用最优Huffman编码法 (信息熵 ) 计算这10条指令的操作码最短平均长度。(2) 采用Huffman编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度, 计算与最优Huffman编码法 ( 信息熵 )相比的操作码信息冗余量。将得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。(3) 采用2/8扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度, 计算与最优Huffman编码法相比的操作码信息冗余量。把得到的操作码编名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
9、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 码和计算的结果填入上面的表中(4) 采用3/7扩展编码法编写这10条指令的操作码，并计算操作码的平均长度, 计算与最优Huffman编码法相比的操作码信息冗余量。把得到的操作码编码和计算的结果填入上面的表中。答：采用最优Huffman编码法 ( 信息熵 ) 的操作码最短平均长度为：n p i H 二八Pi log : 2.957 i丄指令序号1出现的概率Huffman编码法2/8扩展编码法”3/7扩展编码法丨10.25000000I 20.
10、20100101I 30.15010100010I40.101101001 亍11000 I 50.080110101011001I 60.081110101111010j I7 I0.051111110011011 :I 80.0401110110111100I 90.03011110111011101I 100.02011111111111110 操作码的平均长度2.993.13.2操作码的信息冗余量1.1%4.6%7.6%名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，
11、共 7 页 - - - - - - - - - 5. 一台模型机共有7条指令，各指令的使用频度分别是35% 、25% 、20% 、10% 、5% 、3% 、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，变址范围不小于正、负127。请设计指令格式 , 并给出各字段的长度和操作码的编码。答：要使得到的操作码长度最短，应采用Huffman编码, 由此可以得到7条指令的编码分别如下: 指令号出现的频率编码135%00
12、225%01320%10410%11055%111063%1111072%11111这样，Huffman编码法得到的操作码的平均长度为：I = 2 (0.35+0.25+0.20) + 3 0.1CX+ 4 0.05 + 5 ?03 + 0.02) Huffman树构造如下 :0.6 0.030.020 /尹0.050.25 0.2 0.1 0.05 0.35 0.1 0 0.4 1.0 0 1 0.2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - -
13、- - - - - - =1.6+0.3+0.2+0.25 = 2.35 设计8位字长的寄存器-寄存器型指令如下：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：2 3 3 操作码OP源寄存器R1目的寄存器R2三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：4 3 18 操作码OP通用寄存器变址寄存器偏移地址四条指令的操作码分别为1100 1101、1110、1111 6. 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条，单地址指令和
14、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。答：双地址指令格式为 : 466操作码地址码1地址码2单地址指令格式为：106操作码地址码零地址指令格式为 : 16 操作码名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 双地址指令15条，需要4位操作码来区分；单地址
15、指令可以使用10-4=6位 操作码来区分；零地址指令可以使用16-10=6位操作码来区分。这样，各类型指令的条数为：双地址指令15条，操作码为：00001110 单地址指令26-1=63条，操作码为：1111000000-1111111110 零地址指令26=64条，操作码为：1111 111111000000-1111 111111111111 假设双地址指令x条，则单地址、零地址分别为9x条：4 6 6 (2 x p- 2 9x 2 9x 解之即得：x =14 ?双地址指令14条，操作码为：0000-1101; 留出两个编码用于扩展。单地址指令(26-1) X 2 = 126条，操作码为：1110000000-1110 11111Q 1111000000-1111 111110 零地址指令126条，操作码为：1110 111111000000-1110 11111111111Q 1111 11111000000-1111 111111111110 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -