计算机系统结构前四章习题参考答案 - 图文

《计算机系统结构》前四章习题参考答案

第二章习题：教材pp91-93:第2、6、9、12、15、20题

第2题：

数据结构和数据表示是软件和硬件之间的交界面。数据表示是数据结构的组成元素，数据结构要通过软件映像变换成机器所具有的各种数据表示来实现。不同的数据表示可为数据结构的实现提供不同的支持，但在实现效率和方便性上有所不同。

确定和引入数据表示的基本原则是：

1）系统效率有无提高？包括实现的时间（主要看主存和处理机之间传送的信息量）和存储空间有无减少；

2）引入这种数据表示的通用性和利用率如何。 第6题：

阶码6位，即阶码部分除去阶符外剩下的阶码值部分p=6位；尾数48位，即尾数的二进制位位数m=48位。

当尾数基值为rm时，尾数每一个rm进制数位需用[log2rm]个二进位表示。尾数基值为rm的尾数位数m’=m/[log2rm]。对于rm为2、8、16时，m’分别为48、16、12位。

本题的计算结果如下表所示：

第9题：

变址寻址适合在标量计算机中，通过循环程序修改变址值来对向量或数组等数据结构中的元素进行访问和处理。基址寻址主要用于程序的逻辑地址空间到物理地址空间进行变换场合，以支持动态重定位技术的使用。

第二问中隐含着指令中为寻找该操作数的地址码只有六位，用来表示这64个地址中的某一个。

设计方法一：采用隐含寻址。程序执行过程中，每当要访问存储器时，可以经硬件加法器将隐含寄存器的基址值与指令中给出的6位相对位移量相加来形成其访问单元的物理地址。

设计方法二：基点地址采用程序计数器PC，通过无条件转移指令来修改PC的内容，实现在一个大的地址空间中的访问（PC自相对寻址）。即：通过将PC的内容和指令中所提供的6位相对位移量相加来形成主存单元的物理地址。 第12题：

分析：

等长操作码的意思是不管其指令的频度如何，都用同样长度的二进制码位数来对指令操作码编码。当指令条数为n时，等长操作码的二进制码位数应当是?log2n?

Huffman编码是用Huffman算法构造出Huffman树来得到的,它的平均码长可用?pi?li计算出来。

i?1n只有两种码长的扩展操作码编码，需要对指令使用频度进行大小分类。高频的指令放在同一类中，对其用短的操作码编码；低频指令放在另一类中，用长操作码编码。每一类都用等长操作码编码。另外，为了能唯一解码和立即解码，在短操作码中要使用某些码作为扩展成长操作码的扩展标志码。使平均码长尽可能短，来定好长，短码的码长组配关系。从而，再用?pi?li来

i?1n求得平均码长。

解答：

14条指令的等长操作码的平均码长是?log214?，即4位。

Huffman编码可先用Huffman算法构造出Huffman树。本题Huffman树如下图所示。

采用两种码长的扩展操作码，可根据14条指令所给的使用频度分成两类。使用频度较高的6种指令用3位操作码编码表示。如：用000～101分别表示使用频度为0.15,0.15,0.14,0.13,0.12,0.11的指令的操作码。留下110和111两个3位码作为长码的扩展标志，扩展出2位码。从而用5位码就可以各扩展出4条使用频度较低的指令。这样，共有8条使用频度较低的指令符合题目的要求。

第15题：

本题依据于扩展码中的短码不能是长码前缀的概念来答。 依题意，双地址指令格式为： 4位 操作码 6位 地址码1 6位 地址码2 16位

其操作码占了4位，这样，共有16种短操作码。现双地址指令有x条，

已占用了4位操作码中16种组合中的x个码点，所以剩下（16－x）个码点可用作扩展标志。

单地址指令的格式为： 10位 扩展操作码

因此，（16－x）个扩展标志中的每一个码均可扩展出6位操作码来，所以，单地址指令最多可以有（16－x）*26

第20题：

仅根据9条指令给出的使用频度，不考虑其他要求，设计全Huffman操作码，只需对此9条指令的频度，用Huffman算法，构造Huffman树，就可以得到Huffman操作码的编码。其平均码长可由公式求得。考虑题目的全部要求，设计优化实用的操作码和指令字格式，只要先将两种指令字的格式及其各字段的位数定下来，其他小题就可解答了。

依题意容易得出，短指令字只能是8位，长指令字只能是16位。 指令按双短指令为寄存

操作码 寄存器号 寄存器号 操作数格式编排，器—寄存器型，可

6位 地址码1 得到短指令格式为：

长指令为寄存器—主存型，主存地址应能变址寻址，就可得出长指令格式为：

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