体系结构课后习题答案.doc

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1、3.某模型机有10条指令I1～I10，它们的使用频度分别为0.3，0.24，0.16，0.12，0.07，0.04，0.03，0.02，0.01，0.01。(1)计算采用等长操作码表示时的信息冗余量。(2)要求操作码的平均长度最短，试设计操作码的编码，并计算所设计操作码的平均长度。(3)只有二种码长，试设计平均码长最短的扩展操作码编码并计算平均码长。(4)只有二种码长，试设计平均码长最短的等长扩展码编码并计算平均码长。3.(1)采用等长操作码表示时的信息冗余量为33.5%。(2)操作码的Huffman编

2、码法如表2.2所示，此种编码的平均码长为2.7位。               表2.2操作码的Huffman编码法、2-5扩展码和2-4等长扩展码编码法指令指令使用频度piHuffman编码操作码长度li2-5扩展码操作码长度li2-4等长扩展码操作码长度liI10.3002002002I20.24102012012I30.16010310210004I40.12011311000510014I50.07110311001510104I60.0411100511010510114I70.0311101

3、511011511004I80.0211110511100511014I90.01111110611101511104I100.01111111611110511114(3)操作码的2-5扩展码编码法如表2.2所示，此种编码的平均码长为2.9位。(4)操作码的2-4等长扩展码编码法如表2.2所示，此种编码的平均码长为2.92位。5.若某机设计有如下格式的指令：三地址指令12种，一地址指令254种，设指令字的长度为16位，每个地址码字段的位数均为4位。若操作码的编码采用扩展操作码，问二地址指令最多可以设计

4、多少种？5.二地址指令最多可以设计48种。6.一台模型机共有9条指令I1～I9，各指令的使用频度分别为30%，20%，20%，10%，8%，6%，3%，2%，1%。该模型机有8位和16位两种指令字长。8位字长指令为寄存器-寄存器（R-R）二地址类型，16位字长指令为寄存器-存储器（R-M）二地址变址寻址类型。(1)试设计有二种码长的扩展操作码，使其平均码长最短，并计算此种编码的平均码长。(2)在(1)的基础上，该机允许使用多少个可编址的通用寄存器？(3)若采用通用寄存器作为变址寄存器，试设计该机的两种指

5、令格式，并标出各字段的位数。(4)计算变址寻址的偏移地址范围。6.(1)操作码的2-5扩展码编码法如表2.3所示，此种编码的平均码长为2.9位。                          表2.3操作码的Huffman编码法和2-4等长扩展码编码法指令指令使用频度pi2-5扩展码操作码长度liI10.3002I20.2012I30.2102I40.1110005I50.08110015I60.06110105I70.03110115I80.02111005I90.01111015(2)在(1)的

6、基础上，该机允许使用8个可编址的通用寄存器。(3)该机的两种指令格式及各字段的位数如下：(4)变址寻址的偏移地址范围为-16～+15。3.假设高速缓存Cache工作速度为主存的5倍，且Cache被访问命中的概率为0.9，则采用Cache后，能使整个存储系统获得的加速比是多少？　3.3.574.某机是由Cache和主存组成的二级存储系统，Cache的存取时间tc=20ns，主存的存取时间tm=80ns。Cache分为指令Cache和数据Cache，指令Cache的命中率为0.98，数据Cache的命中率为

7、0.96。假设在所有的访存操作中有20%是访问指令体，求系统等效的存取时间。　　　4.22.16ns5.如图3.41所示的三级存储系统，若M1、M2、M3的访问时间分别为20ns、80ns和2000ns。M1、M2的命中率分别为0.96和0.98，则存储器系统的等效访问时间为多少？图3.41三级存储系统5.23.936ns6.完成一个两级存储系统的容量规划。第一层M1是高速缓存，其容量可为64KB、128KB和256KB。第二层M2是容量为4MB的主存。设c1和c2分别是M1和M2的每字节成本，而t1和

8、t2分别是CPU访问M1和M2时的存取时间。假设c1=20c2，t2=10t1，而高速缓存在上述3种容量时的命中率分别为0.7、0.9和0.98。(1)假设t1=20ns，当高速缓存的容量分别为上述3种假设时的平均存取时间ta是多少？(2)当c2=$0.2/KB时，分别求整个存储器系统的平均成本。(3)比较这3种存储层次结构，并对平均成本和平均存取时间分别进行排序，根据平均成本和平均存取时间的乘积值，选择最优设计。6.(1)当M1的容量为6