体系结构介绍说明文本

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1、.1.6某台主频为400MHz的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：指令类型指令执行数量平均时钟周期数整数450001数据传送750002浮点80004分支15002求该计算机的有效CPI、MIPS和程序执行时间。解：（1）CPI＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)/129500＝1.776(或)（2）MIPS速率＝f/CPI＝400/1.776＝225.225MIPS(或MIPS)（3）程序执行时间=(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575ms1.7将计算机系统中某一功能的处

2、理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？解由题可知：可改进比例=40%=0.4部件加速比=10根据Amdahl定律可知：采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高到原来的1.5625倍。2.11某台处理机的各条指令使用频度如下表所示：指令使用频度指令使用频度指令使用频度ADD43%JOM6%CIL2%SUB13%STO5%CLA22%JMP7%SHR1%STP1%请分别设计这9条指令操作码的哈弗曼编码、3/3/3扩展编码和2/7扩展编码，并计算这3种编码的平均码长。解：根据给出的九条指令的使用频度

3、和哈弗曼生成算法的结构的不用构造了两种不同的哈夫曼树。.（左边为A，右边为B）各编码如下：指令IiPi哈弗曼A哈弗曼B3/3/32/7ADDI10.43000000CLAI20.22101000101SUBI30.13110101101000JMPI40.0711100110011001001JOMI50.0611101110111011010STOI60.0511110111011101011CILI70.02111110111101111001100SHRI80.0111111101111101111011101STPI90.01111111111111111111011

4、10       由表可知，三种编码的平均码长为：(公式：L=∑Pi*Li)哈弗曼编码：2.42位3/3/3编码：2.52位2/7编码：2.70位平均码长：2*43%+2*22%+4*（1-43%-22%）=2.72.12.某机指令字长16位。设有单地址指令和双地址指令两类。若每个地址字段为6位.且双地址指令有X条。问单地址指令最多可以有多少条?解：双地址指令结构为：（4位操作码）（6位地址码）（6位地址码）单地址指令结构为：（10位操作码）（6位地址码）因此，每少一条双地址指令，则多2^6条单地址指令，.双地址指令最多是2^(16-6-6)=2^4=16条，所以单地址指令最

5、多有（16-X）*2^6条。2.13.若某机要求：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?说明其理由。解：（1）不能用扩展码为其编码。指令字长12位，每个地址码占3位，三地址指令最多是2^(12-3-3-3)=8条，现三地址指令需4条,所以可有4条编码作为扩展码，而单地址指令最多为4×2^3×2^3=2^8=256条，现要求单地址指令255条，所以可有一条编码作扩展码因此零地址指令最多为1×2^3＝8条不满足题目要求，故不可能以扩展码为其编码。（2）若单地址指令2

6、54条，可以用扩展码为其编码。依据（1）中推导，单地址指令中可用2条编码作为扩展码，零地址指令为2×2^3＝16条，满足题目要求3.6有一指令流水线如下所示（1）求连续输入10条指令，该流水线的实际吞吐率和效率；（2）该流水线的“瓶颈”在哪一段？请采取两种不同的措施消除此“瓶颈”。对于你所给出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？解：（1）（2）瓶颈在3、4段。n变成八级流水线（细分）.n重复设置部件123-13-24-14-24-34-43.7有一个流水线由4段组成，其中每当流经第3段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第4段。如果每段经过一次

7、所需要的时间都是，问：（1）当在流水线的输入端连续地每时间输入任务时，该流水线会发生什么情况？（2）此流水线的最大吞吐率为多少？如果每输入一个任务，连续处理10个任务时的实际吞吐率和效率是多少？（3）当每段时间不变时，如何提高该流水线的吞吐率？仍连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？解：（1）会发生流水线阻塞情况。第1个任务S1S2S3S3S4第2个任务S1S2stallS3S3S4第3个任务S1stallS2stallS3S3S4.第4个任务S1stallS2stallS3S3S4（2）（3）重复设