第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分布處理系統(tǒng)。每一級(jí)為了執(zhí)行一條指令，須

基本概念并行性的開(kāi)發(fā)途徑有時(shí)間要下一級(jí)的N條指令來(lái)說(shuō)明。

從處理數(shù)據(jù)的角度看，并重疊(Time假如執(zhí)行第1級(jí)的一條指令要

行級(jí)別有位串字串，位并字串，Interleaving),資源重復(fù)Kns時(shí)間，那么執(zhí)行第2、第

位片串字并，全并行。位串字(Resource3和第4級(jí)的一條指令各須要

串和位并字串基本上構(gòu)成了Replication),資源共享用多少時(shí)間？

SIMDo位片串字并的例子有：(ResourceSharing)o解答：執(zhí)行第2、第3和第

相聯(lián)處理機(jī)STARAN,MPPo時(shí)間重疊是指在并行性概4級(jí)的一條指令冬須要KNns、

全并行的例子有：陣列處理機(jī)念中引入時(shí)間因素，讓多個(gè)處KNA2ns、KN八3ns的時(shí)間。

ILLIACIVo理過(guò)程在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)，兜番重1.有一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可按功

從加工信息的角度看，并復(fù)地執(zhí)行運(yùn)用同一套設(shè)備的各能分成4級(jí)，每級(jí)的指令互不

行級(jí)別有存儲(chǔ)器操作并行，處個(gè)部分，加快硬件周轉(zhuǎn)來(lái)贏得相同，每一級(jí)的指令都比其下

理器操作步驟并行，處理器操速度。例子有流水線處理機(jī)。一級(jí)的指令在效能上強(qiáng)M倍，

作并行，指令、任務(wù)、作業(yè)并資源重復(fù)是指一個(gè)指令部即第i級(jí)的一條指令能完成第

行。件同時(shí)限制多個(gè)處理單元，實(shí)i-1級(jí)的M條指令的計(jì)算量。

存儲(chǔ)器操作并行是指可以現(xiàn)一條指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的操現(xiàn)若需第i級(jí)的N條指令說(shuō)明

在一個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)并行讀出多作。例子有陣列處理機(jī)，相聯(lián)第i+1級(jí)的一條指令，而有一

個(gè)CPU字的，采納單體多字、處理機(jī)。段第1級(jí)的程序須要運(yùn)行Ks,

多體單字或多體多字的交叉訪資源共享是指用軟件方法問(wèn)在第2、3和4級(jí)上一段等

問(wèn)主存系統(tǒng)，進(jìn)而采納按內(nèi)容讓多個(gè)用戶(hù)按肯定時(shí)間依次輪效程序各須要運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間？

訪問(wèn)方式，位片串字并或全并番運(yùn)用同一套資源以提高資源答：第2級(jí)上等效程序需運(yùn)

行方式，在一個(gè)主存周期內(nèi)實(shí)的利用率,從而提高系統(tǒng)性能。行：(N/M)*Ks。第3級(jí)上等

現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器中大量字的高速并例子有多處理機(jī),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，效程序需運(yùn)行：

行操作。例子有并行存儲(chǔ)器系分布處理系統(tǒng)。(N/M)*(N/M)*Ks。第4級(jí)上

統(tǒng)，以相聯(lián)存儲(chǔ)器為核心構(gòu)成S工SD:一個(gè)指令部件限制一等效程序需運(yùn)行：

的相聯(lián)處理機(jī)。個(gè)操作部件，實(shí)現(xiàn)一條指令對(duì)(N/M)*(N/M)*(N/M)*KSo

處理器操作步驟并行是指一個(gè)數(shù)據(jù)的操作。例子有傳統(tǒng)note:由題意可知：第

在并行性概念中引入時(shí)間因的單處理機(jī)S工MD:一個(gè)i級(jí)的一條指令能完成第i-1

素，讓多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上指令部件同時(shí)限制多個(gè)處理單級(jí)的M條指令的計(jì)算量。而現(xiàn)

錯(cuò)開(kāi)，輪番重復(fù)地執(zhí)行運(yùn)用同元，實(shí)現(xiàn)一條指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)在第i級(jí)有N條指令說(shuō)明第

一套設(shè)備的各個(gè)部分，加快硬的操作。例子有陣列處理機(jī)，i+1級(jí)的一條指令，那么，我

件周轉(zhuǎn)來(lái)贏得速度。例子有流相聯(lián)處理機(jī)。M工MD:多個(gè)們就可以用N/M來(lái)表示N/M

水線處理機(jī)。獨(dú)立的處理機(jī)分別執(zhí)行各自的表示第i+1級(jí)需(N/M)條指

處理器操作并行是指一個(gè)指令、任務(wù)、作業(yè)，實(shí)現(xiàn)指令、令來(lái)完成第i級(jí)的計(jì)算量。所

指令部件同時(shí)限制多個(gè)處理單任務(wù)、作業(yè)并行的多機(jī)系統(tǒng)，以，當(dāng)有一段第1級(jí)的程序須

元，實(shí)現(xiàn)一條指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)是多個(gè)SISD的集合，也稱(chēng)多要運(yùn)行Ks時(shí)，在第2級(jí)就須

的操作。擅長(zhǎng)對(duì)向量、數(shù)組進(jìn)倍SISD系統(tǒng)(MSISD)。例子要(N/M)Ks,以此類(lèi)推

行處理。例子有陣列處理機(jī)。有多處理機(jī)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分2.硬件和軟件在什么意義上

指令、任務(wù)、作業(yè)并行是布處理系統(tǒng)。是等效的？在什么意義上又是

指多個(gè)獨(dú)立的處理機(jī)分別執(zhí)行exercises:不等效的？試舉例說(shuō)明。

各自的指令、任務(wù)、作業(yè)。例1.有一臺(tái)經(jīng)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)的計(jì)算答：軟件和硬件在邏輯功能上

子有多處理機(jī)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)，可以按功能劃分成4級(jí)，是等效的，原理上，軟件的功

能可用硬件或固件完成，硬件采納面對(duì)寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不同時(shí)期及不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

的功能也可用軟件模擬完成。也可采納面對(duì)主存的三地址尋會(huì)有差異。軟件的硬化和硬件

但是實(shí)現(xiàn)的性能價(jià)格比，實(shí)現(xiàn)址方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。要提高運(yùn)的軟件都反映了這一事實(shí)。

的難易程序不同。行速度，可讓相加與相乘并行,VLSI的發(fā)展更使結(jié)構(gòu)組成和

在DOS操作系統(tǒng)時(shí)代，漢為此這兩種結(jié)構(gòu)在組成上都要實(shí)現(xiàn)融為一體，難以分開(kāi)。

字系統(tǒng)是一個(gè)重要問(wèn)題，早期求設(shè)置獨(dú)立的加法器和乘法4.什么是透亮性概念？對(duì)計(jì)

的漢字系統(tǒng)的字庫(kù)和處理程序器。但對(duì)面對(duì)寄存器的系統(tǒng)結(jié)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下列哪些是透

都固化在漢卡（硬件）上，而構(gòu)還要求寄存器能同時(shí)被訪亮的？哪些是不透亮的？

隨著CPU、硬盤(pán)、內(nèi)存技術(shù)的問(wèn)，而對(duì)面對(duì)主存的三地址尋存儲(chǔ)器的模m交叉存?。桓↑c(diǎn)

不斷發(fā)展，UCDOS把漢字系統(tǒng)址方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并無(wú)此要數(shù)據(jù)表示；工/0系統(tǒng)是采納通

的全部組成部份做成一個(gè)軟求，倒是要求能同時(shí)形成多個(gè)道方式還是外圍處理機(jī)方式；

件。訪存操作數(shù)地址和能同時(shí)訪數(shù)據(jù)總線寬度；字符行運(yùn)算指

3.試以實(shí)例說(shuō)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存。又如微程序限制是組成影令；陣列運(yùn)算部件；通道是采

結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)響結(jié)構(gòu)的典型。通過(guò)變更限制納結(jié)合型還是獨(dú)立型；

現(xiàn)之間的相互關(guān)系與影響。存儲(chǔ)器中的微程序，就可變更PDP-11系列的單總線結(jié)構(gòu)；

答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的機(jī)器指令，變更結(jié)構(gòu)。訪問(wèn)方式愛(ài)護(hù)；程序性中斷；

組成、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)互不相同，假如沒(méi)有組成技術(shù)的進(jìn)步，結(jié)串行、重疊還是流水限制方式;

但又相互影響。構(gòu)的進(jìn)展是不行能的。堆棧指令；存儲(chǔ)器最小編址單

（1）計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜上所述，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)位；Cache存儲(chǔ)器。

相同，但可采納不同的組成。計(jì)必需結(jié)合應(yīng)用考慮，為軟件答：透亮指的是客觀存在的事

如IBM370系歹I」有115、125、和算法的實(shí)現(xiàn)供應(yīng)更多更好的物或?qū)傩詮哪硞€(gè)角度看不到。

135、158、168等由低檔到支持，同時(shí)要考慮可能采納和透亮的有：存儲(chǔ)器的模m

高檔的多種型號(hào)機(jī)器。從匯編打算采納的組成技術(shù)。應(yīng)避開(kāi)交叉存取；數(shù)據(jù)總線寬度；陣

語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)者看過(guò)多地或不合理地限制各種組列運(yùn)算部件；通道是采納結(jié)合

到的概念性結(jié)構(gòu)相同，均是由成、實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采納和發(fā)展，型還是獨(dú)立型；PDP-11系列

中心處理機(jī)/主存，通道、設(shè)盡量做到既能便利地在低檔機(jī)的單總線結(jié)構(gòu)串行、重疊還是

備限制器，外設(shè)4級(jí)構(gòu)成。其上用簡(jiǎn)潔便宜的組成實(shí)現(xiàn)，又流水限制方式；Cache存儲(chǔ)

中，中心處理機(jī)都有相同的機(jī)能在高檔機(jī)上用困難較貴的組器。

器指令和匯編指令系統(tǒng)，只是成實(shí)現(xiàn)，這樣，結(jié)構(gòu)才有生命不透亮的有:浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表

指令的分析、執(zhí)行在低檔機(jī)上力;組成設(shè)計(jì)上面確定于結(jié)構(gòu),示；工/0系統(tǒng)是采納通道方式

采納依次進(jìn)行，在高檔機(jī)上采下面受限于實(shí)現(xiàn)技術(shù)。然而，還是外圍處理機(jī)方式；字符行

納重疊、流水或其它并行處理它可與實(shí)現(xiàn)折衷權(quán)衡。例如，運(yùn)算指令；訪問(wèn)方式愛(ài)護(hù)；程

方式。為達(dá)到速度要求，可用簡(jiǎn)潔的序性中斷；；堆棧指令；存儲(chǔ)器

（2）相同的組成可有多組成但卻是困難的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，最小編址單位。

種不同的實(shí)現(xiàn)。如主存器件可也可用困難的組成但卻是一般5.從機(jī)器（匯編）語(yǔ)言程序員

用雙極型的，也可用MOS型速度的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。前者要求高看，以下哪些是透亮的？

的；可用VLS工單片，也可用性能的器件，后者可能造成組指令地址寄存器;指令緩沖器;

多片小規(guī)模集成電路組搭。成設(shè)計(jì)困難化和更多地采納專(zhuān)時(shí)標(biāo)發(fā)生器；條件寄存器；乘

（3）計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用芯片。法器；主存地址寄存器；磁盤(pán)

不同，會(huì)使采納的組成技術(shù)不組成和實(shí)現(xiàn)的權(quán)衡取決于外設(shè)；先行進(jìn)位鏈；移位器；

同，反之組成也會(huì)影響結(jié)構(gòu)。性能價(jià)格比等因素；結(jié)構(gòu)、組通用寄存器；中斷字寄存器。

如為實(shí)現(xiàn)A:=B+CD:=E*F9成和實(shí)現(xiàn)所包含的詳細(xì)內(nèi)容隨答：透亮的有：指令緩沖器、

時(shí)標(biāo)發(fā)生器、乘法器、先進(jìn)先（3）在CPU和主存之間增設(shè)8.并行處理計(jì)算機(jī)除分布處

出鏈、移位器、主存地址寄存Cache存儲(chǔ)器，以克服因主存理、MPP和機(jī)群系統(tǒng)外，有哪

器。訪問(wèn)速率過(guò)低而造成的系統(tǒng)性4種基本結(jié)構(gòu)？列舉它們各自

6.下列哪些對(duì)系統(tǒng)程序員是能瓶頸。要解決的主要問(wèn)題。

透亮的？哪些對(duì)應(yīng)用程序員是（4）為解決計(jì)算誤差較大，答：除了分布處理，MPP和機(jī)

透亮的？將機(jī)器中浮點(diǎn)數(shù)的下溢處理方群系統(tǒng)外，并行處理計(jì)算機(jī)按

系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬法由原來(lái)的恒置''1〃法，改為其基本結(jié)構(gòu)特征可分為流水線

度;虛擬存儲(chǔ)器;Cache存儲(chǔ)用ROM存取下溢處理結(jié)果的計(jì)算機(jī)，陣列處理機(jī)，多處理

器；程序狀態(tài)字；''啟動(dòng)工/?！ú楸砩崛敕?。機(jī)和數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)四種不同的

指令；'、執(zhí)行〃指令；指令緩沖（5）為增加尋址敏捷性和削結(jié)構(gòu)。

寄存器。減平均指令字長(zhǎng)，將原等長(zhǎng)操流水線計(jì)算機(jī)主要通過(guò)時(shí)

答：對(duì)系統(tǒng)程序員透亮的有：作碼指令改為有3類(lèi)不同碼長(zhǎng)間重疊，讓多個(gè)部件在時(shí)間上

系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬的擴(kuò)展操作碼；將源操作數(shù)尋交劃重疊地并行款待運(yùn)算和處

度；Cache存儲(chǔ)器;指令緩沖址方式由操作碼指明改成如理，以實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的并行。它

寄存器；VAX-11那種設(shè)尋址方式位字主要應(yīng)解決：擁塞限制，沖突

對(duì)應(yīng)用程序員透亮的有：段指明。防止，流水線調(diào)度等問(wèn)題。

系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬（6）將CPU與主存間的數(shù)據(jù)陣列處理機(jī)主要通過(guò)資源

度;Cache存儲(chǔ)器；指令緩沖通路寬度由16位擴(kuò)展成32重復(fù)實(shí)現(xiàn)空間上的并行。它主

寄存器；虛擬存儲(chǔ)器；程序狀位，以加快主機(jī)內(nèi)部信息的傳要應(yīng)解決：處理單元敏捷、規(guī)

態(tài)字；''啟動(dòng)工/0〃指令。送。律的互連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)

note:系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)（7）為削減公用總路途的運(yùn)計(jì)，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的分布算

通路寬度、Cach一存貯器、指用沖突，將單總線改為雙總線。法等問(wèn)題。

令緩沖寄存器屬于計(jì)算機(jī)組（8）把原0號(hào)通用寄存器改多處理機(jī)主要通過(guò)資源共

成，對(duì)系統(tǒng)和程序員和應(yīng)用程作堆棧指示器。享，讓一組計(jì)算機(jī)在統(tǒng)一的操

序員都是透亮的。答：可以考慮的有：作系統(tǒng)全盤(pán)限制下，實(shí)現(xiàn)軟件

虛擬存貯器、程序狀態(tài)字、1,3,4,6,7。不行以考慮的和硬件各級(jí)上的相互作用，達(dá)

''啟動(dòng)工/0〃指令，對(duì)系統(tǒng)程序有:2,5,8o到時(shí)間和空間上的異步并行。

員是不透亮的，而對(duì)應(yīng)用程序原則是看改進(jìn)后能否保持它主要應(yīng)解決：處理機(jī)間互連

員卻是透亮的。''執(zhí)行〃軟件的可移植性。等硬件結(jié)構(gòu)，進(jìn)程間的同上步

指令則對(duì)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程P.S.為了能使軟件長(zhǎng)期和通訊，多處理機(jī)調(diào)度等問(wèn)題。

序員都是不透亮的。穩(wěn)定，就要在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)設(shè)有共享變

7.想在系列機(jī)中發(fā)展一種新保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不變，因此量的概念，指令執(zhí)行依次只受

型號(hào)機(jī)器，你認(rèn)為下列哪些設(shè)在確定系列結(jié)構(gòu)時(shí)要特別慎指令中數(shù)據(jù)的相關(guān)性制約。數(shù)

想是可以考慮的，哪些則不行重。其中最主要是確定好系列據(jù)是以表示某一操作數(shù)或參數(shù)

的？為什么？機(jī)的指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示及概己打算就緒的數(shù)據(jù)令牌干脆在

新增加字符數(shù)據(jù)類(lèi)型和若干條念性結(jié)構(gòu)。既要考慮滿(mǎn)意應(yīng)用指令之間傳遞。它主要應(yīng)解決:

字符處理指令，以支持事務(wù)處的各種須要和發(fā)展，又要考慮探討合適的硬件組織和結(jié)構(gòu)，

理程序的編譯。能便利地采納從低速到高速的高效執(zhí)行的數(shù)據(jù)流語(yǔ)言等問(wèn)

（2）為增加中斷處理功能，各種組成的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，即運(yùn)用題。

將中斷分級(jí)由原來(lái)的4級(jí)增加困難、昂貴的組成實(shí)現(xiàn)時(shí)，也9.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)

到5級(jí)，并重新調(diào)整中斷響應(yīng)還能充分發(fā)揮該實(shí)現(xiàn)方法所帶是什么？

的優(yōu)先次序。來(lái)的好處。答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目

標(biāo)是1TFL0PS計(jì)算實(shí)計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)。結(jié)構(gòu)反映各種數(shù)據(jù)元素或信息

力,1TBYTE主存容量和(4分)單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

1TBYTES的工/0帶寬(2)設(shè)計(jì)8位長(zhǎng)度的寄存器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過(guò)軟件映象

其次章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)一寄存器型指令3種，16位變換成機(jī)器所具有的各種數(shù)據(jù)

1.尾數(shù)的rm進(jìn)制數(shù)位m，和尾長(zhǎng)度的寄存器一存儲(chǔ)器變址尋表示實(shí)現(xiàn)，所以數(shù)據(jù)表示是數(shù)

數(shù)的二進(jìn)制數(shù)位m的關(guān)系址方式指令4條，變址范圍不據(jù)結(jié)構(gòu)的組成元素。不同的數(shù)

存在=m/log2(rm)這小于正、負(fù)1270請(qǐng)寫(xiě)出指令據(jù)表示可為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)供

種關(guān)系是因?yàn)?，在機(jī)器中，一格式，并給出各字段的長(zhǎng)度和應(yīng)不同的支持，表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)效

個(gè)rm進(jìn)制的數(shù)位是用操作碼編碼。(6分)率和便利性不同。數(shù)據(jù)表示和

log2(rm)個(gè)機(jī)器數(shù)位來(lái)表示解答：(1)全Huffman編數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件、硬件的交界

的。碼的平均碼長(zhǎng)是可用的二進(jìn)制面。

假設(shè)rm=8,尾數(shù)為20,位編碼中平均碼長(zhǎng)最短的編除基本數(shù)據(jù)表示不行少

則m』2,八進(jìn)制數(shù)20轉(zhuǎn)換成碼。外，高級(jí)數(shù)據(jù)表示的引入遵循

二進(jìn)制數(shù)為10000,其二進(jìn)制全Huffman編碼的平均碼長(zhǎng)以下原則：

數(shù)位，即機(jī)器數(shù)位m=5。=2*(0.35+0.25+0.20)+3(1)看系統(tǒng)的效率有否

2=5/log2(8)。*0.10+4*0.05+5*(0.02+提高，是否養(yǎng)活了實(shí)現(xiàn)時(shí)間和

note:這里的等號(hào)并不表0.03)=2.35存儲(chǔ)空間。

示純粹數(shù)學(xué)意義上的''等于〃。(2)由于有8個(gè)通用數(shù)(2)看引入這種數(shù)據(jù)表

2.可表示的尾數(shù)個(gè)數(shù)公據(jù)寄存器和2個(gè)變址寄存器，示后，其通用性和利用率是否

A

式rmm*(rm-1)/rmo所以通用寄存器用3位表示，rWjo

對(duì)于rm進(jìn)制的數(shù)來(lái)說(shuō)，變址寄存器用1位表示，8位2.標(biāo)記符數(shù)據(jù)表示與描述符

每個(gè)數(shù)位均可以有。到rm-1,的寄存器-寄存器型指令，3數(shù)據(jù)表示有何區(qū)分？描述符數(shù)

即rm個(gè)碼。個(gè)rm進(jìn)制數(shù)個(gè)操作碼編碼為00、01、10,據(jù)表示與向量數(shù)據(jù)表示對(duì)向量

位共有rm人m，種編碼。但課本16位的寄存器-存儲(chǔ)器變址尋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所供應(yīng)的支持有什么

中探討的是規(guī)格化數(shù)，即尾數(shù)址方式指令，4個(gè)操作碼編碼不同？

的小數(shù)點(diǎn)后第一個(gè)數(shù)位不為零為1100>1101^1110>1111,答：標(biāo)記符數(shù)據(jù)表示與描述符

的數(shù)，所以，應(yīng)當(dāng)去掉小數(shù)點(diǎn)2位3位3位數(shù)據(jù)表示的差別是標(biāo)記符與每

后第一個(gè)數(shù)位是0的那些非規(guī)OPRIR2個(gè)數(shù)據(jù)相連，合存于同一存儲(chǔ)

格化的數(shù)。明顯，非規(guī)格化數(shù)操作碼寄存器1寄存器2單元，描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類(lèi)型特

的個(gè)數(shù)占了全部尾數(shù)編碼總數(shù)4位3位1位性；描述符是與數(shù)據(jù)分開(kāi)存

的1/rm的比例，所以可表示8位放，用于描述向量、數(shù)組等成

的浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化的尾數(shù)個(gè)數(shù)應(yīng)OPRIX塊數(shù)據(jù)的特征。

當(dāng)是：rm^m*(1-1/rm)od描述符數(shù)據(jù)表示為向量、

exercises:操作碼寄存器1變址寄存器數(shù)組的的實(shí)現(xiàn)供應(yīng)了支持，有

1.某模型時(shí)機(jī)共有7種指令，相對(duì)位移利于簡(jiǎn)化高級(jí)語(yǔ)言程序編譯中

各指令運(yùn)用頻率分別為主存邏輯地址的代碼生成，可以比變址法更

0.35,0.25,0.20,0.10,1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機(jī)器的數(shù)據(jù)表快地形成數(shù)據(jù)元素的地址。但

0.05,0.03,0.02,有8個(gè)示之間是什么關(guān)系？確定和引描述符數(shù)據(jù)表示并不支持向

通用數(shù)據(jù)寄存器和2個(gè)變址寄入數(shù)據(jù)表示的基本原則是什量、數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的高效實(shí)現(xiàn)。

存器。么？而在有向量、數(shù)組數(shù)據(jù)表示的

(1)要求操作碼的平均長(zhǎng)最答：數(shù)據(jù)表示是能由硬件干脆向量處理機(jī)上，硬件上設(shè)置有

短，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼，并識(shí)別和引用的數(shù)據(jù)類(lèi)型。數(shù)據(jù)豐富的賂量或陣列運(yùn)算指令，

配有流水或陣列方式處理的高尾數(shù)分別以2、8、16為基時(shí),示的-27-48-87-161-167-

速運(yùn)算器，不僅能快速形成向在非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化數(shù)最大))))12))

量、數(shù)組的元素地址，更重要狀況下，求出其最小階、最大值

的是便于實(shí)現(xiàn)把向量各元素成階、階的個(gè)數(shù)、最小尾數(shù)值、階的

塊預(yù)取到中心處理機(jī)，用一條最大尾數(shù)值、可表示的最小值個(gè)數(shù)

2-62-62-6

向量、數(shù)組指令流水或同時(shí)對(duì)和最大值及可表示的規(guī)格化數(shù)⑵p

整個(gè)向量、數(shù)組高速處理.如的總個(gè)數(shù)。)

讓硬件越界推斷與元素運(yùn)算并解：依題意知：p=6:n=48可表

行。這些比起用與向量、陣列rm=2,8,16,示的1612*(

2c48*(28^16*(8

無(wú)關(guān)的機(jī)器語(yǔ)言和數(shù)據(jù)表示串m'=m/log2(rm),歹ll下表：尾數(shù)16-D/1

-1)/2-1)/8

行實(shí)現(xiàn)要高效的多。p=6,m=4p=6,m=4p=6,m=4的個(gè)6

3.堆棧型機(jī)器與通用寄存器8,rm=2(8,rm=8(8,rm=16數(shù)

型機(jī)器的主要區(qū)分是什么？堆m'=48)m*=16)(nf=12)可表

棧型機(jī)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為程序調(diào)用最小示的

2八6*2-42%*812*6*16*

的哪些操作供應(yīng)了支持？階規(guī)格

8*(2-1)6*(8-1)12*(16-

答：通用寄存器型機(jī)器對(duì)堆棧俳化數(shù)

/2/81)/16

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的支持是較差負(fù)000的個(gè)

的。表現(xiàn)在：(1)堆棧操作的階，數(shù)

指令少，功能單一；(2)堆棧最小note:可表示的最小值

在存儲(chǔ)器內(nèi)，訪問(wèn)堆棧速度低;為0)=rm入(最小階)*最小尾數(shù)值

(3)堆棧通常只用于保存于程最大=rmA0*rmA(-l)=rmA(-1);

序調(diào)用時(shí)的返回地址，少量用階可表示的最大值

2^6-12^6-12^6-1

堆棧實(shí)現(xiàn)程序間的參數(shù)傳遞。(26=rm八(最大階)*最大尾數(shù)值

而堆棧型機(jī)器則不同，表-1)=rmA(2Ap-l)*?l-rmA(-m

現(xiàn)在：(1)有高速寄存器組成最小

的硬件堆棧，并與主存中堆棧尾數(shù)可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)

區(qū)在邏輯上組成整體，使堆棧值=rmAm'*(rm-1)/rm;

1/21/81/16

的訪問(wèn)速度是寄存器的，容量(rnf可表示的規(guī)格化數(shù)的

是主存的；(2)豐富的堆棧指(-1)個(gè)數(shù)=階的個(gè)數(shù)*尾數(shù)的個(gè)數(shù)

令可對(duì)■堆棧中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種

)=2Ap*rmAm'*(rm-1)/rm。

運(yùn)算和處理；(3)有力地支持最大5.(1)浮點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)運(yùn)用的階

高級(jí)語(yǔ)言的編譯；(4)有力地尾數(shù)1-8^(-11-167-基rp=2,階值位數(shù)p=2,尾數(shù)

支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)值1-27-46),即12),即基值rm=10,以rm為基的尾

用。(1-r8)(1-27-(1-27-數(shù)位數(shù)依據(jù)運(yùn)用的倍

堆棧型機(jī)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有力mX-48))48))數(shù)來(lái)說(shuō)，等價(jià)于m=4,試計(jì)算

地支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)nf))在非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化狀

用o在程序調(diào)用時(shí)將返回地址、可表況下的最小尾數(shù)值、最大尾數(shù)

條件碼、關(guān)鍵寄存器的內(nèi)容等

示的值、最大階值、可表示的最小

1/21/81/16

全部壓入堆棧，待子程序返回最小值和最大值及可表示數(shù)的個(gè)

時(shí)，再?gòu)亩褩Ｖ袕棾?。值?shù)。

4.設(shè)某機(jī)階值6位、尾數(shù)48

可表2飛3*(18-63*(116-63*((2)對(duì)于

位，階符和數(shù)符不在其內(nèi)，當(dāng)rp=2,p=2,rm=4,m1=2,重

復(fù)以二計(jì)算。際要4個(gè)二進(jìn)制位，表示.02,0.04,0.02,0.04,0.

解：依題意列下表:RM=10為基的一位01,0.13,0.15,0.14,0.1

p=2,rm=10,m，p=2,rm=4,m'=6.由4位數(shù)(其中最低位為下lz0.03o分別求出用等長(zhǎng)碼、

=12溢附加位)經(jīng)ROM查表舍入Huffman碼、只有兩種碼長(zhǎng)的

最法，下溢處理成3位結(jié)果，設(shè)擴(kuò)展操作碼3種編碼方式的操

小計(jì)使下溢處理平均誤差接近于作碼平均碼長(zhǎng)。

10^-l=0.1二0.25零的ROM表,列出ROM編碼解：等長(zhǎng)操作碼的平均碼長(zhǎng)=4

數(shù)表地址與內(nèi)容的對(duì)應(yīng)關(guān)系。位；Huffman編碼的平均碼長(zhǎng)

俏解：ROM編碼表地址與內(nèi)=3.38位；只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)

最容的對(duì)應(yīng)關(guān)系展操作碼的平均碼長(zhǎng)=3?4

人地

00000001001000110100101：

Xl-10'-l=0.91-4^-2=15/16址奧桃幽內(nèi)均能』物Wio

數(shù)條，單地址指令255條，緣地

內(nèi)

侑000001001010010批指冬山6條00設(shè)指杳%艇為101110

容12也每次地址碼長(zhǎng)為3E

址

7.變址尋址和基址尋址各適

人問(wèn)能否以擴(kuò)展操作碼為其編碼？

2p、1=33用于何種場(chǎng)合？設(shè)^一和只用

階假如其中單地址指令為254

6位地址碼就可指向一個(gè)大地

俏條呢？說(shuō)明其理由。

址空間中隨意64個(gè)地址之一答：①不能用擴(kuò)展碼為其編

"J

的尋址機(jī)構(gòu)。

上碼。

答：基址尋址是對(duì)邏輯地址空?,?指令字長(zhǎng)12位，每個(gè)

小

間到物理地址空間變換的支

的0.10.25地址碼占3位；

持，以利于實(shí)現(xiàn)程序的動(dòng)態(tài)再

最???三地址指令最多是

定位。變址尋址是對(duì)數(shù)組等數(shù)A

小2(12-3-3-3)=8條，現(xiàn)三

據(jù)塊運(yùn)算的支持，以利于循環(huán)。

伯地址指令需4條，

將大地址空間64個(gè)地址分塊,???可有條編碼作為擴(kuò)展

"]■4

用基址寄存器指出程序所在塊碼,

號(hào)，用指令中6位地址碼表示???單地址指令最多為

小

該塊內(nèi)64個(gè)地址之一，這樣A

的10*3*0.9=9004^3*15/16=604x2人3x23=2人8=256條，

基址和變址相結(jié)合可訪問(wèn)大地

址現(xiàn)要求單地址指令255

址隨意64個(gè)地址之一。比如條，.??可有一條編碼作擴(kuò)展碼

人

地址空間很大,為0-1023,

值???零地址指令最多為

只用6位地址碼就可以指向這1x27=8條

"J

1024個(gè)地址中的隨意64個(gè)。不滿(mǎn)意題目要求

改

剖析：比如地址空間很大，???不行能以擴(kuò)展碼為其編

小

1024,就是分成16個(gè)塊，塊碼。

數(shù)3648

號(hào)放在寄存器中，塊內(nèi)地址放②若單地址指令條,

的254

在地址位中，寄存器內(nèi)容和地可以用擴(kuò)展碼為其編碼。

個(gè)

址位結(jié)合，就能達(dá)到要求了。??,依據(jù)①中推導(dǎo)，單地址

數(shù)

8.經(jīng)統(tǒng)計(jì)，某機(jī)器14條指令指令中可用2條編碼作為擴(kuò)展

題中''依據(jù)運(yùn)用的倍數(shù)來(lái)

的運(yùn)用頻度分別為：碼

說(shuō)，等價(jià)于m=4,〃這個(gè)m=4,

0.01,0.15,0.12,0.03,0???零地址指令為2x2人3

因?yàn)?人3<10<2人4,等價(jià)為實(shí)

=16條，滿(mǎn)意題目要求各種途徑和思路。并計(jì)算其操作碼的平均碼長(zhǎng)；

notA:答：指令格式的優(yōu)化指如何（3）該機(jī)允許運(yùn)用多少可編址

三地址指令格式：操作碼地用最短位數(shù)表示指令的操作信的通用寄存器？

址碼地址碼地址碼息和地址信息，使程序中指令（4）畫(huà)出該機(jī)兩種指令字格

3位的平均字長(zhǎng)最短。式，標(biāo)出各字段之位數(shù)；

3位3位3位①操作碼的優(yōu)化（5）指出訪存操作數(shù)地址尋址

單地址指令格式：操作碼地采納Huffman編碼和擴(kuò)的最大相對(duì)位移量為多少個(gè)字

址碼展操作碼編碼。節(jié)？

9位②對(duì)地址碼的優(yōu)化：解：第（1）和⑵中

3位采納多種尋址方式；Huffman和力'展操作碼的編

所以前面9位由于三地采納0、1、2、3等多種

址指令用了最前面3位，還有地址制；

中間6位可作為編碼（也就是在同種地址制內(nèi)再采納多

總共可以有9位作為單地址指種地址形式，如寄存器-寄存

令的指令操作碼的編碼）。減器型、寄存器-主存型、主存-

去3地址指令的4條，有主存型等；在維持指令字

4*2人6=256條,但由于鞋目在存儲(chǔ)器內(nèi)按整數(shù)邊界存儲(chǔ)的

要求要有255條，所以剩下一前提下，運(yùn)用多種不同的指令

個(gè)編碼，已經(jīng)用了9位的全部字長(zhǎng)度。

編碼，最終零地址指令（全部12.某模型機(jī)9條指令運(yùn)用頻

12位都可作為操作碼的編碼）率為：

還有1*2人3=8（這是12位編ADD（加）30與SUB（減）

碼中最終三位的）若只要求24%J0M（按負(fù)轉(zhuǎn)移）6%

254種，則可以有（256-254）ST0（存）7%JMP（轉(zhuǎn)移）（4）兩種指令格式如下圖

*2A3=16條7%SHR（右移）2%所示：

10.某機(jī)指令字長(zhǎng)16位。設(shè)有CIL（循環(huán)）3%CLA（清加）20%2位3位3位

單地址指令和雙地址指令兩STP（停機(jī)）1%OPRIR2

類(lèi)。若每個(gè)地址字段為6位.要求有兩種指令字長(zhǎng)，都按雙操作碼寄存器1寄存器2

且雙地址指令有X條。問(wèn)單地操作數(shù)指令格式編排，采納擴(kuò)5位3位3位

址指令最多可以有多少條？展操作碼，并限制只能有兩種5位

答：?jiǎn)蔚刂分噶钭疃酁椴僮鞔a碼長(zhǎng)。設(shè)該機(jī)有若干通OPRIXd

A

（16-X）x26用寄存器，主存為16位寬，操作碼寄存器1變址寄存器

P.S.雙地址指令最多是按字節(jié)編址，采納按整數(shù)邊界相對(duì)位移

2A（16-6-6）=2^4=16條，存儲(chǔ)。任何指令都在一個(gè)主存主存邏輯

現(xiàn)雙地址指令有X條，周期中取得，短指令為寄存器地址

???可有（16-X）條編碼作-寄存器型，長(zhǎng)指令為寄存器-（5）訪存操作數(shù)地址尋

為擴(kuò)展碼，主存型，主存地址應(yīng)能變址尋址的最大相對(duì)位移量為32個(gè)

???單地址指令最多為址。（1）僅依據(jù)運(yùn)用頻率，不字節(jié)。

（16-X）X2A6=256條考慮其它要求，設(shè)計(jì)出全13.設(shè)計(jì)RISC機(jī)器的一般原

11.何謂指令格式的優(yōu)化？簡(jiǎn)Huffman操作碼，計(jì)算其平均則及可采納的基本技術(shù)有那些？

要列舉包括操作碼和地址碼兩碼長(zhǎng)；（2）考慮題目全部要答：一般原則：

部分的指令格式優(yōu)化可采納的求,設(shè)計(jì)優(yōu)化好用的操作形式，（1）確定指令系統(tǒng)時(shí)，只

選擇運(yùn)用頻度很高的指令及少訪存次數(shù)。不僅要利用常規(guī)手出系統(tǒng)

量有效支持操作系統(tǒng)，高級(jí)語(yǔ)段優(yōu)化編譯，還可調(diào)整指令執(zhí)中斷嵌套的原則：在處理

言及其它功能的指令；