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第一章计算机系统结构的基本概念1.有一个计算机系统可按功能分成4级，每级的指令互不相同，每一级的指令都比其下一级的指令在效能上强M倍，即第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
现若需第i级的N 条指令解释第i+1级的一条指令，而有一段第1级的程序需要运行Ks，问在第2、3和4级上一段等效程序各需要运行多长时间？答：第2级上等效程序需运行：(N/M)*Ks。
第3级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*Ks。
第4级上等效程序需运行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。
note: 由题意可知：第i级的一条指令能完成第i-1级的M条指令的计算量。
而现在第i 级有N条指令解释第i+1级的一条指令，那么，我们就可以用N/M来表示N/M 表示第i+1级需(N/M)条指令来完成第i级的计算量。
所以，当有一段第1级的程序需要运行Ks时，在第2级就需要(N/M)Ks，以此类推2.硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上又是不等效的？试举例说明。
答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，原理上，软件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用软件模拟完成。
但是实现的性能价格比，实现的难易程序不同。
在DOS操作系统时代，汉字系统是一个重要问题，早期的汉字系统的字库和处理程序都固化在汉卡（硬件）上，而随着CPU、硬盘、内存技术的不断发展，UCDOS把汉字系统的所有组成部份做成一个软件。
3.试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与影响。
答：计算机系统结构、计算机组成、计算机实现互不相同，但又相互影响。
（1）计算机的系统结构相同，但可采用不同的组成。
如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低档到高档的多种型号机器。
从汇编语言、机器语言程序设计者看到的概念性结构相同，均是由中央处理机/主存，通道、设备控制器，外设4级构成。
其中，中央处理机都有相同的机器指令和汇编指令系统，只是指令的分析、执行在低档机上采用顺序进行，在高档机上采用重叠、流水或其它并行处理方式。
计算机系统结构复习题和重点（附答案）一、单项选择题1．实现汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是由（）A．编译程序解释B．编译程序翻译C．汇编程序解释D．汇编程序翻译2．系列机软件必须保证（）A．向前兼容，并向上兼容B．向前兼容，并向下兼容C．向后兼容，力争向上兼容D．向后兼容，力争向下兼容3．浮点数尾数基值r m=8，尾数数值部分长6位，可表示规格化正尾数的个数是（）A．56个B．63个C．64个D．84个4．在IBM370系统中，支持操作系统实现多进程共用公用区管理最有效的指令是（）A．“执行”指令B．“程序调用”指令C．“比较与交换”指令D．“测试与置定”指令5．关于非专用总线三种控制方式中，下列叙述错误．．的是（）A．集中式定时查询，所有部件共用同一条“总线忙”线B．集中式定时查询，所有部件都用同一条“总线请求”线C．集中式独立请求，所有部件都用同一条“总线请求”线D．集中式串行链接，所有部件都用同一条“总线请求”线6．磁盘外部设备适合于连接到（）A．字节多路通道B．数组多路通道或选择通道C．选择通道或字节多路通道D．数组多路通道或字节多路通道7．在Cache存储器中常用的地址映象方式是（）A．全相联映象B．页表法映象C．组相联映象D．段页表映象8．在指令级高度并行的超级处理机中，下列叙述正确的是（）A．超标量处理机利用资源重复，要求高速时钟机制B．超流水线处理机利用资源重复，要求高速时钟机制C．超标量处理着重开发时间并行性，要求高速时钟机制D．超流水线处理机着重开发时间并行性，要求高速时钟机制9．间接二进制n方体网络是一种（）A．多级立方体网络B．多级全排列网络C．单级立方体网络D．多级混洗交换网络10．多端口存储器适合于连接A．紧耦合多处理机B．松耦合多处理机C．机数很多的处理机D．机数可变的多处理机二、填空题11．多处理机实现的是___________、___________间的并行。
一：名词解释1：虚拟机：由软件实现的机器。
2：CPI：是衡量CPU执行指令效率的重要标志，指执行每条指令所需的平均时钟周期数。
3：摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
4：并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生的并行性。
5：程序局部性原理：是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，整个程序的执行仅限于程序中的某一部分。
相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。
局部性原理又表现为：时间局部性和空间局部性。
6：CISC/RISC：CISC：即复杂指令系统计算机，指在系统中增加更多和复杂的指令，来提高操作系统效率的计算机。
RISC：即精简指令系统计算机，指在系统中选取使用一些频率最高的、长度固定的、格式种类少的简单指令的计算机。
7：计算机系统结构：指对机器语言计算机的软、硬件功能的分配和对界面的定义。
8：系列机：指先设计好一种系统结构，而后就按这种系统结构设计它的系统软件，按器件状况和硬件技术研究这种结构的各种实现方法，并按照速度、价格等不同要求，分别提供不同速度、不同配置的各档机器。
9：模拟：用机器语言程序解释实现程序移植的方法。
10：仿真：用微程序直接解释另一种机器的指令系统。
11：寻址方式：寻找操作数或指令的有效地址的方式。
12：替换算法：在存储体系中，当出现页面失效时或者主存的所有页面已经全部被占用而又出现页面失效时，按照某种算法来替换主存中某页。
[由于主存中的块比Cache中的块多，所以当要从主存中调一个块到Cache中时，会出现该块所映象到的一组（或一个）Cache块已全部被占用的情况。
这时，需要被迫腾出其中的某一块，以接纳新调入的块。
]二：选择题1，直接执行微指令的是（C）A 汇编程序B 编译程序C 硬件D微指令程序2，对汇编语言程序员不透明的是（C）A 程序计数器B主存地址寄存器C条件码寄存器D指令寄存器3，最早的冯·诺依曼型计算机是以（B）为中心的A运算器B控制器C存储器 D I/O设备4，计算机系统结构的角度的结构来看，机器语言程序员看到的机器属性是（C ）A 计算机软件所要完成的功能B 计算机硬件的全部组成C 编程要用到的硬件组织D计算机各部分硬件的实现5，不同系列计算机之间实现可移植性的途径，不包括（B ）A 采用统一的高级语言B采用统一的汇编语言C 模拟D仿真6，利用时间重叠原理，实现并行处理的是（A）A流水处理机B多处理机 C 阵列处理机D集群系统7，多处理机实现的并行主要是（B）A指令级并行 B 任务级并行C 操作级并行D操作步骤的级并行8计算机系统结构不包括（B）A信息保护B存储速度C数据表示D机器工作状态9，不需要编址的数据存储空间（D ）A CPU通用寄存器B 主存储器C I/O寄存器D堆栈10，RISC执行程序的速度比CISC 快的原因是（C）A RISC指令系统中条数较少B 程序在RISC编译生成的目标程序较短C RISC指令平均执行周期数较少D RISC中只允许LOAD和STORE指令存储11，程序员在编写程序时，使用的访存地址是（B）A主存地址B逻辑地址C物理地址D有效地址12，虚拟存储器主要是为了（A）A扩大存储器系统容量B提高存储器系统速度C扩大存储器系统容量和提高存储器系统速度D便于程序的访存操作13，与全相联映像相比，组相联映像的优点是（B）A目录表小B块冲突概率低C命中率高D主存利用率高14，输入输出数据不经过CPU内部寄存器的输入输出方式是（C ）A程序控制方式B中断 C DMA方式D上述三种方式15，在配置了通道的计算机系统中，用户程序需要输入输出时引起的中断是（A）A访管中断 B I/O中断C程序性中断D外部中断16，当计算机系统通过执行通道程序，完成输入输出工作时，执行通道程序的是（B）A CPUB 通道C CPU和通道D指定的外设三：填空1，常见的计算机系统结构的分类法有两种：Flynn分类法，冯氏分类法冯氏分类法是根据系统的最大并行度对计算机系统结构进行分类，大多数的位并行的单处理机属于字串位并的处理机方式2，由软件实现的机器称为：虚拟机3，在一个计算机系统中，低层机器的属性往往对高层机器的程序员是透明的。
第1章计算机系统结构的基本概念1.1 解释下列术语层次机构: 按照计算机语言从低级到高级的次序, 把计算机系统按功能划分成多级层次结构, 每一层以一种不同的语言为特征。
这些层次依次为: 微程序机器级, 传统机器语言机器级, 汇编语言机器级, 高级语言机器级, 应用语言机器级等。
虚拟机: 用软件实现的机器。
翻译: 先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序, 然后再在这低一级机器上运行, 实现程序的功能。
解释: 对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令, 都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。
执行完后, 再去高一级机器取下一条语句或指令, 再进行解释执行, 如此反复, 直到解释执行完整个程序。
计算机系统结构: 传统机器程序员所看到的计算机属性, 即概念性结构与功能特性。
在计算机技术中, 把这种本来存在的事物或属性, 但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。
计算机组成: 计算机系统结构的逻辑实现, 包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现: 计算机组成的物理实现, 包括处理机、主存等部件的物理结构, 器件的集成度和速度, 模块、插件、底板的划分与连接, 信号传输, 电源、冷却及整机装配技术等。
系统加速比: 对系统中某部分进行改进时, 改进后系统性能提高的倍数。
Amdahl定律: 当对一个系统中的某个部件进行改进后, 所能获得的整个系统性能的提高, 受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。
程序的局部性原理: 程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的, 而是相对地簇聚。
包括时间局部性和空间局部性。
CPI: 每条指令执行的平均时钟周期数。
测试程序套件: 由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序, 用来测试计算机在各个方面的处理性能。
存储程序计算机: 冯·诺依曼结构计算机。
其基本点是指令驱动。
程序预先存放在计算机存储器中, 机器一旦启动, 就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序, 自动完成由程序所描述的处理工作。
一、（5分）计算机系统设计中经常使用的4个定量原理是什么？请简要说明它们的含义。
答：（1）以经常性事件为重点。
在计算机系统的设计中，对经常发生的情况，赋予它优先的处理权和资源使用权，以得到更多的总体上的改进。
（2）Amdahl 定律。
加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。
（3）CPU 性能公式。
执行一个程序所需的CPU 时间 = IC ×CPI ×T 。
（4）程序的局部性原理。
程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。
二、（15分）假设某应用程序中有4类操作，通过改进各类操作的功能部件，可（2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？ （3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少？ 答：根据Amdahl 定律aff S n +-=)1(1，其中f 是可改进部分在总运行时间中所占比例，a 是可改进部分的加速比，可得4类操作均改进后，整个程序的加速比：11.77(1)n ii iS FF S =≈-+∑∑三、（5分）请简述指令之间数据冲突的类型。
答：指令之间的数据冲突有3种类型：真相关、反相关、输出相关。
真相关（数据依赖，有时候也称为数据相关）：考虑两条指令i 和j ，i 在j 的前面，指令k 在指令i 和指令j 之间。
如果下述条件之一成立，则称指令j 与指令i 真相关：（1）指令j 使用指令i 产生的结果（写后读）；（2）指令j 与指令k 真相关，而指令k 又与指令i 真相关。
（真相关的传递性） 反相关：考虑两条指令i 和j ，i 在j 的前面，如果指令j 所写的名与指令i 所读的寄存器名或存储地址相同，则称指令i 和j 发生了反相关。
（读后写）输出相关：考虑两条指令i 和j ，i 在j 的前面，如果指令j 和指令i 所写的寄存器名或存储地址相同，则称指令i 和j 发生了输出相关。
（写后写） 其中反相关和输出相关又合称名相关。
★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】C★2.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】B★3. 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】D★★★6. 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。
计算机系统结构习题解答第一章习题一1.2一台经解释实现的计算机，可以按照功能划分成4级。
每一级为了执行一条指令需要下一级的N条指令解释。
若执行第1级的一条指令需K纳秒时间，那么执行第2、3、4级的一条指令个需要多少时间？解：①分析：计算机按功能分级时，最底层的为第1级。
向上一次是第2 、3、4级。
解释执行是在低级机器级上，用它的一串指令或语句来解释执行高一级上的一条指令的功能。
是逐条解释的。
②解答：执行第2、3、4级的一条指令各需KNns,KN2ns,KN3ns的时间。
1.3操作系统机器级的某些指令就用传统机器级的指令，这些指令可以用微程序直接实现，而不由操作系统自己来实现。
根据你对习题1.2的回答，你认为这样做有哪两个好处？答：可以加快操作系统操作命令解释的速度。
同时也节省了存放解释操作命令这部分解释程序所占用的空间。
简化了操作系统机器级的设计。
也有利于减少传统机器级的指令条数。
1.5硬件和软件在什么意义上是等效的？在什么意义上是不等效的？试举例说明。
答：硬件和软件在逻辑意义上是等效的。
在物理意义上是不等效的。
①在原理上，用硬件或固件实现的功能完全可以用软件来完成。
用软件实现的功能也可以用硬件或固件来完成。
功能一样。
②只是反映在速度、价格、实现的难易程度上，这两者是不同的。
性能不同。
③例如，浮点运算在80386以前一直是用软件实现的。
到了80486，将浮点运算器集成到了CPU中，可以直接通过浮点运算指令用硬件实现。
但速度却高的多。
1.9下列哪些对系统程序员是透明的？哪些对应用程序员是透明的？系列机各档不同的数据通路宽度；虚拟存储器；Cache存储器；程序状态字；“启动I/O”指令；“执行”指令；指令缓冲器。
答：①对系统程序员和应用程序员均透明的：是全用硬件实现的计算机组成所包含的方面。
有：数据通路宽度、Cache存储器、指令缓冲器。
②仅对应用程序员透明的：是一些软硬件结合实现的功能。
有：虚拟存储器、程序状态字、“启动I/O”指令。
可编辑修改精选全文完整版《计算机系统结构》练习题一一、单项选择题1．页式虚拟存储器的地址变换对于 D 是透明的.A. 操作系统设计者B. 任何程序员C. 系统结构设计者D. 应用程序员2．以下各类中断中，属于自愿中断的是 C .A. 外部中断B. I/O中断C. 执行“访管”指令D. 机器校验中断3. 高速外部设备磁盘机适合连接于 C .4. 页式虚拟存储器页表的作用是 A .A. 反映虚页在主存的存储情况B. 仅反映虚页是否调入主存C. 反映主存实页与Cache的对应关系D. 反映虚页在辅存的存储情况5．软件和硬件的功能在逻辑上是 C 的.D.软件优于固件6. 计算机中最优化的操作码编码方法是 D .码码C.扩展操作码 D.哈夫曼编码7. 从计算机系统执行程序的角度看，并行性等级由低到高分为四级 A .A．指令内部——指令之间——进程之间——程序之间B．指令之间——指令内部——进程之间——程序之间C．进程之间——指令之间——指令内部——程序之间D．程序之间——进程之间——指令之间——指令内部8. 计算机系统多级层次结构中，操作系统机器级的直接上层是 D .A．传统机器级B．高级语言机器C．应用语言机器级D．汇编语言机器级9.全相联地址映像是指 A .A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置B.一个虚页只装进固定的主存实页位置C.组之间是固定的，而组内任何虚页可以装入任何实页位置D.组间可任意装入，组内是固定装入10．对于同一系列机，必须保证软件能够 C .A．向前兼容，并向上兼容B．向前兼容，并向下兼容C．向后兼容，力争向上兼容D．向后兼容，力争向下兼容11．设有16个处理单元的并行处理机系统, 采用共享主存的方式. 若同时存取16个数据, 为避免存储器访问冲突, 共享主存的多体数量应该为 C 才合理.A. 15B. 16C. 17D. 1912. 软件兼容的根本特征是 C .A. 向前兼容B. 向后兼容C. 向上兼容D. 向下兼容13.在下列机器中，能够实现软件兼容的机器是 B .A. 完全不同种类的机型B. 系统结构相同的机器C. 宿主机和目标机D. 虚拟机14．输入输出系统硬件的功能对 C 是透明的。
计算机系统结构基本习题和答案填空题1、从（使用语言的）角度可以将系统看成是按（功能）划分的多个机器级组成的层次结构。
2、计算机系统结构的层次结构由高到低分别为（应用语言机器级，高级语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级）。
3、应用程序语言经（应用程序包）的（翻译）成高级语言程序。
4、高级语言程序经（编译程序）的（翻译）成汇编语言程序。
5、汇编语言程序经（汇编程序）的（翻译）成机器语言程序。
6、在操作系统机器级，一般用机器语言程序（解释）作业控制语句。
7、传统机器语言机器级，是用（微指令程序）来（解释）机器指令。
8、微指令由（硬件）直接执行。
9、在计算机系统结构的层次结构中，机器被定义为（能存储和执行相应语言程序的算法和数据结构）的集合体。
10、目前M0由（硬件）实现，M1用（微程序（固件））实现，M2到M5大多用（软件）实现。
以（软件）为主实现的机器成为虚拟机。
（虚拟机）不一定全用软件实现，有些操作也可用（固件或硬件）实现。
11、透明指的是（客观存在的事物或属性从某个角度看不到），它带来的好处是（简化某级的设计），带来的不利是（无法控制）。
12、计算机系统结构也称（计算机体系结构），指的是（传统机器级的系统结构）。
它是（软件和硬件/固件）的交界面，是机器语言汇编语言程序设计者或编译程序设计者看到的（机器物理系统）的抽象。
13、计算机组成指的是（计算机系统结构的逻辑实现），包括（机器级内的数据流和控制流）的组成及逻辑设计等。
计算机实现指的是（计算机组成的物理实现），它着眼于（器件）技术和（微组装）技术。
14、确定指令系统中是否要设乘法指令属于（计算机系统结构），乘法指令是用专门的高速乘法器实现还是用加法器实现属于（计算机组成），乘法器和加法-移位器的物理实现属于（计算机实现）。
15、主存容量与编址方式的确定属于（计算机系统结构），主存是否采用多体交叉属于（计算机组成），主存器件的选定属于（计算机实现）。
课堂作业（一）单选题1.模拟a.用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统b.指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器2.仿真a.用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法b.每条指令的平均时钟周期数3.MIPSa.它表示每秒百万指令条数b.每秒百万次浮点操作次数4.MFLOPSa.每秒百万次浮点操作次数b.计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现1.想在系列机中发展一种新型号机器，你认为将CPU与主存之间的数据通路宽度由16位扩到32位，以加快主机内部信息的传送。
可以考虑的，还是不行的？为什么？可以。
只是提高了数据传输的速度。
1.假定我们将某一执行部件改进后速度提高10倍。
改进后被改进部件执行时间占系统总运行时间的50%。
则改进后，获得的加速比S是多少？p解：Se=10，Fe=0.5S=1/[（1-0.5）+0.5/10]=1.82p是1.82。
答：获得的加速比Sp1.假定我们将某一执行部件改进后速度提高10倍。
改进后被改进部件执行时间占系统总运行时间的50%。
则改进后，获得的加速比Sp是多少？解：改进后被改进部件执行时间为t1,则改进后不能被改进部件执行时间为t2=t1/(50%)-t1=t1.T0=t1+10t1=11t1Tn=t1+t1=2t1Sp=T0/T n=11t1/2t1=5.5答：获得的加速比Sp是5.5。
在尾数采用补码、小数表示且p=6，阶码采用移码、整数表示且q=6，尾数基r m 为16，阶码基re 为2的情况下：(1) 最大尾数为：1－r m -p ＝1－16-6，0.FFFFFF(2) 最小正尾数为：1/r m ＝1/16，0.100000(3) 最小尾数为：-1，1.000000(4) 最大负尾数为：-(r m -1+ r m -p )＝(16-1+ 16-6)，1.EFFFFF(5) 最大阶码为：r e q －1＝26－1＝63，7F ，包括符号位共7个1(6) 最小阶码为：-r e q ＝-26＝-64，00，包括符号位共7个0(7) 最大正数为：(1－16-6)1663，7FFFFFFF(8) 最小正数为：16-65，00100000(9) 最大负数为：-(16-1+ 16-6) 16-64，80EFFFFF(10) 最小负数为：-1663，FF000000(11) 浮点零为：00000000(12) 表数精度为：16-5/2＝2-21(13) 表数效率为：15/16＝93.75％(14) 能表示的规格化浮点数个数为：2×15×165×27+1课堂作业（四、五、六）证明：在浮点数的字长和表数范围一定时，尾数基值r m 取2或4具有最高的表精度。
(见教案）假设有两种表示方式F 1和F 2，它们二进制字长相同，尾数都用原码或补码、小数表示，阶码都移码、整数表示，阶码的基值均为2，尾数基值不同。
浮点数表示方式F 1：r m1=2,p 1,q 1,二进制字长：L 1= p 1+q 1+2浮点数表示方式F2：r m1=2k ,p 2,q 2,二进制字长：L 2= kp 2+q 2+2由于F 1和F 2二进制字长相同，即L 1= L 2，得p 1+q 1 =kp 2+q 2（1）F1的表数范围是：F2的表数范围是：课堂作业（六*）22||1max 1q N =2)(||12max 2q k N =课堂作业（六*）两边取以2为底的对数得: q 1=q 2+log 2k (2)(2.2)代入(2.1)得：p 1+ q 2 +log 2k =kp 2+q 2 化简得到：p1=kp 2-log 2k (2.3)F1的表示数精度是：(2.4)把(2.3)代入(2.4)得到：F2的表示数精度是：取F 2与F 1表示数精度的比值：(2.5)只有k=1(r m =2)或k=2(r m =4)时，比值T=1结论1：在字长和表数范围一定时，尾数基值r m 取2或4，浮点数具有最高的表精度。
1log 122--==k k T δδ)21(2221p k -⋅⨯=δkkp log 211221+-⨯=δ111221p -⨯=δ操作码：00，01，10，110，1110，11110，11111平均长度：H = 2.350.350.250.200.100.050.020.030.050.100.200.401.0000001111110.60寄存器-寄存器：每个R为3位，共8位00 R R;01 R R10 R R寄存器-存储器: R为3位，X为1位，A变址量为8(±127)，共16位。
1100 R X A（变址寄存器两个只要1位）1101 R X A（变址量±127需要8位）1110 R X A1111 R X A课堂作业（十）1 、2-4-6扩展编码方法的最短码长是（ 2 ）位，最长码长是（ 6 ）位。
最多可编码的码点数为（46 ）个。
同学们的答案有：276 、10、84、82 （5人）、32、21、62、66、40、41、44、63 （6人）、60、16、81、36、22、、64（8人）、61、46（3人）2008年10月4日课堂作业（十）Pentium5 CPU主频为3G，假设满负荷情况下，输出输入设备需要输入输出1GW/s，一条指令平均需要两个数据，内存频率为1333MHz，请你计算CPU与存储器提供数据和指令速度平衡吗？相差多少倍？解：CPU主频为3G，即每秒需要3*5=15GW 指令，那么数据需要15G*2=30GW，输入输出数据1GW，三项和为46GW。
相差倍数=46*1000/1333=34倍。
CPU与存储器提供数据和指令速度是不平衡的。
课堂作业（十）1、请回答下列问题:在许多早期处理机中,为什么采用微程序设计方法?为什么现代处理机较少采用该方法?答:早期主要是微程序设计方法允许少量硬件实现较复杂指令。
现代可用硬件增多，CISC指令减少，这样在硬件中直接实现指令。
2、按Cache地址映像的块冲突概率从高到低的顺序是( ).A、全相联映像、直接映像、组相联映像B、组相联映像、直接映像、全相联映像C、直接映像、组相联映像、全相联映像(OK)D、全相联映像、组相联映像、直接映像一、对于一个采用组相联映象方式和FIFO替换算法的Cache，发现它的等效访问时间太长；为此，提出如下改进建议：(1)增大主存的容量。
基本无关(2)提高主存的速度。
能够减小等效访问时间，T = TC H+TM(1-H)，通过减小TM能够减小T。
(3)增大Cache的容量。
当Cache比较小时，增大Cache对减小等效访问时间效果明显；当Cache容量达到一定程度时，效果逐渐不明显。
(4) Cache的总容量和块大小不变，增大组的大小。
有一个极大值，在这个极大值点，等效访问时间最小。
1、不属于堆栈算法的是( )A、FIFO算法B、LFU 算法C、OPT算法D、LRU算法2、与虚拟存储器的等效访问速度无关的是（）A、访存页地址流B、页面替换算法C、主存的容量D、辅存的容量答案:1、A；2、D（请计算机四班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名，）2005.4.15一、对于一个采用组相联映象方式和FIFO替换算法的Cache，发现它的等效访问时间太长；为此，提出如下改进建议：(1)Cache的总容量和组大小不变，增大块的大小。
有一个极大值，在这个极大值点，等效访问时间最小。
(2)提高Cache的速度。
能够减小等效访问时间，T = TC H+TM(1-H)，效果明(3)Cache的总容量和块大小不变，增加组数。
当组数不是很多时，等效访问时间的变化不大，当组数超过某一值时，等效访问时间将明显增加。
(4)替换算法由FIFO改为LFU。
能够提高命中率，因此，能够减小等效访问时间。
课堂作业（十六）解：禁止表F={3}、冲突向量C=（100）状态图如右图所示：简单循环：(4), (2), (2,4), (1,4),(1,1,4);迫切循环：(1,1,4), (2);最佳恒定等待时间循环: (2);最小平均等待延迟MAL=2;因为MAL=2，所以该流水线的吞吐率课堂作业（十七）(1)乘法操作用到的流水段有：S1、S4、S5、S6；加法操作用到的流水段有：S1、S2、S3、S6。
以最快的方式处理的流水线时空图如图所示：(2) A 部分所处理的是B 部分所处理的是C 部分所处理的是∏==51i ii i z A B ∏==51i i i i y x A ∑==51i iB f整个处理过程共需22个时钟周期。
而进行了14次不同的运算，所以其实际吞吐率为：这些运算串行处理所需要的时钟周期为56个时钟周期，所以其加速比和效率分别为：s M TP /73.12105022149=⨯⨯=-课堂作业（十七续）55.22256==S %4.4262256=⨯=η试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系。
计算机系统结构作为一门学科，主要是研究软件，硬件功能分配和对软件、硬件界面的确定，即哪些功能由软件完成，哪些功能由硬件完成。
计算机系统结构，计算机组成和计算机实现是三个不同的概念。
计算机系统结构是计算机系统的软硬件的界面；计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。
课堂作业（四）一台模型机共有7条指令，有8个通用数据寄存器，2个变址寄存器。
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。
(请计算机1班的同学，将本题答案写在纸条上，下课后交到讲台上，并写好班级、学号、姓名）2007.4.4用几bit 来表示?用几bit 来表示?用几bit 来表示?要符合扩展编码规则（2）D1D2D3D4D5 D1D2D3D5D4用户程序1234512345课堂作业21第1问答案D1、D2 、D3 、D4 、D5同时申请，响应最高D1，正常屏蔽码全部开放，过第1次开门时间，响应没有响应中断最高级D2，以后类推。
D5执行完，返回原来中断程序D4并执行完，以后类推。
用户程序1234512345课堂作业21第1问答案D1、D2 、D3 、D4 、D5同时申请，响应最高D1，改变后屏蔽码D1开放，其余屏蔽，没有新的D1，将D1执行完。
D2、D3以后类推。
只有D4、D5没有响应，响应最高中断D4，屏蔽码5开放，过第一次开门时间，响应D5用户程序12345345错!12响应最高中断D312345用户程序12345D3过3个单位时间, D1、D2同时申请，屏蔽码1、3开放，响应D1中断D1执行, 屏蔽码1开放，没有新D1中断，将D1执行完D3执行完,返回执行主程序，还有D2、D4、D5没有执行，选择最高D2响应，屏蔽码4、5是禁止，将D2执行完D1执行完，返回执行D3，屏蔽码1、3开放，没有新D1 、D3中断将D3执行完。
