系统结构第二章
(自考02325李学干版)计算机系统结构课后习题
第二章数据表示与指令系统1.数据构造和机器的数据表示之间是什么关系？确立和引入数据表示的基来源则是什么？答：数据表示是能由硬件直接辨别和引用的数据种类。
数据构造反应各样数据元素或信息单元之间的构造关系。
数据构造要经过软件映象变换成机器所拥有的各样数据表示实现，所以数据表示是数据构造的构成元素。
不一样的数据表示可为数据构造的实现提供不一样的支持，表此刻实现效率和方便性不一样。
数据表示和数据构造是软件、硬件的交界面。
除基本数据表示不可以少外，高级数据表示的引入依照以下原则：（1）看系统的效率有否提升，能否养活了实现时间和储存空间。
（2）看引入这类数据表示后，其通用性和利用率能否高。
2.标记符数据表示与描绘符数据表示有何差异？描绘符数据表示与向量数据表示对向量数据构造所供给的支拥有什么不一样？答：标记符数据表示与描绘符数据表示的差异是标记符与每个数据相连，合存于同一储存单元，描绘单个数据的种类特征 ; 描绘符是与数据分开寄存，用于描绘向量、数组等成块数据的特色。
描绘符数据表示为向量、数组的的实现供给了支持，有益于简化高级语言程序编译中的代码生成，能够比变址法更快地形成数据元素的地点。
但负阶，最小为 0)最大阶(2^p-1)最小尾数值(rm^(-1))最大尾数值(1-rm^(-m'))可表示的最小值可表示的最大值阶的个数(2^p)可表示的尾数的个数可表示的规格化数的个数note:2^6-12^6-12^6-11/21/81/161-2^(-48)1-8^(-16) ，即(1-2^(-48)) 1-16^(-12)，即(1-2^(-48))1/21/81/162^63*(1-2^(-48))8^63*(1-8^(-16))16^63*(1-16^(-12))2^62^62^62^48*(2-1)/28^16*(8-1)/816^12*(16-1)/16 2^6*2^48*(2-1)/22^6*8^16*(8-1)/82^6*16^12*(16-1)/16描绘符数据表示其实不支持向量、数组数据构造的高效实现。
计算机系统结构(中科院 胡伟武 2016)课后习题答案 第二章
1.解：A为10MIPS，B为20MIPS，C为40MIPS。
三台机器实际性能相同。
2.解：加速比y与向量化比例x之间的关系是：y=1/((1-x)+x/8)=1/(1-7x/8)……(A) (1)(2) 在式(A)中令y=2，可解得x=4/7≈57.14%。
此时向量模式运行时间占总时间比例是((4/7)/8)/(3/7+((4/7)/8))=1/7=14.29% (3) 硬件方法，整体加速比为1/(1-0.7*(1-1/16))=2.91软件方法，设相同加速比下向量化比例为x，即1/(1-7x/8)=2.91, x=0.75所以推荐软件方法。
3.解：(1) MIPS EMUL=(I+F×Y)/(W×106)；MIPS FPU=(I+F)/(B×106)(2) 120=(I+8×106×50)/(4×106) => I=80×106(3) 80=(80×106+8×106)/(B×106) => B=1.1(4) MFLOPS=F/((B-((W*I)/(I+F*Y))) ×106)≈18.46(5) 决策正确，因为执行时间缩短了，这才是关键标准。
4.解：(1) y=12.29386-0.18295x+0.0015x2(2) y=342.47443-6.36386x+0.02727x25.解：1.1V下静态功耗1.1*1.1/(1.05/0.5)=0.576W1.1V下1GHZ时动态功耗为1.1*2.5-0.576=2.174W1.1V下0.5GHZ功耗功耗为2.174*0.5/1=1.087W1.1V下0.5GHZ总功耗为1.087+0.576=1.663W6. 解：a) 先证明N=2k 时，正数1212()/N N N a a a N a a a +++≥。
对k 进行数学归纳法即可。
微机原理课件第二章 8086系统结构
但指令周期不一定都大于总线周期，如MOV AX，BX
操作都在CPU内部的寄存器，只要内部总线即可完成，不 需要通过系统总线访问存储器和I/O接口。
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• 8086CPU的典型总线时序，充分体现了总 线是严格地按分时复用的原则进行工作的。 即：在一个总线周期内，首先利用总线传 送地址信息，然后再利用同一总线传送数 据信息。这样减少了CPU芯片的引脚和外 部总线的数目。
• 执行部件（EU）
• 功能：负责译码和执行指令。
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• 联系BIU和EU的纽带为流水指令队列
• 队列是一种数据结构，工作方式为先进先出。写入的指令 只能存放在队列尾，读出的指令是队列头存放的指令。
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•BIU和EU的动作协调原则 BIU和EU按以下流水线技术原则协调工作，共同完成所 要求的任务： ①每当8086的指令队列中有空字节，BIU就会自动把下 一条指令取到指令队列中。 ②每当EU准备执行一条指令时，它会从BIU部件的指令 队列前部取出指令的代码，然后译码、执行指令。在执 行指令的过程中，如果必须访问存储器或者I／O端口， 那么EU就会请求BIU，完成访问内存或者I／O端口的操 作； ③当指令队列已满，且EU又没有总线访问请求时，BIU 便进入空闲状态。（BIU等待，总线空操作） ④开机或重启时，指令队列被清空；或在执行转移指令、 调用指令和返回指令时，由于待执行指令的顺序发生了 变化，则指令队列中已经装入的字节被自动消除，BIU会 接着往指令队列装入转向的另一程序段中的指令代码。 （EU等待）
•CF（Carry Flag）—进位标志位，做加法时最高位出现进位或 做减法时最高位出现借位，该位置1，反之为0。
第二章 8086系统结构
执行下面两个数相加：
1010 0011 0100 1101
+ 0011 0010 0001 1001
1101 0101 0110 0110 分析其结果对下列标志位有何影响： （SF）= 1 1 （ZF）=
（PF）=
（CF）=
0 （AF）= 0 （OF）=
1 0
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习题 CH2 8086系统结构
数据线和地址线是以 分时复用 方式轮流使用的。
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习题 CH2 8086系统结构
8086的ALE引脚的作用是
锁存地址
。
8086/8088CPU构成的微机中，每个主存单元对应
两种地址： 逻辑地址 和 物理地址 。 CPU访问存储器时，在地址总线上送出的地址我们 物理 地址。 8086CPU的最小工作模式是 称为
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习题 CH2 8086系统结构
当M/IO#=0，RD#=0，WR#=1时，CPU完成的
B 。 A． 存储器读 C．存储器写
操作是
B． I/O读
D．I/O写
8088/8086CPU的复位信号至少维持 D 个时钟
周期的高电平有效。 A．1 B．2 C．3 D．4
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习题 CH2 8086系统结构
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习题 CH2 8086系统结构
8086系统中，存储器分为奇、偶两个存储体，
其中，奇地址存储体的数据信号线固定与数据总 线的 相连，偶地址存储体数据 高八位 总线的 低八位 相连。 8086CPU从偶地址读出两个字节时，需要 1 个 总线周期；从奇地址读两个字节时，需要 2 个 总线周期。 8086/8088CPU上电复位后，执行第一条指令的 地址是 FFFF0 H。
8086对存储器的管理为什么采用分段的办法？
第2章 计算机系统结构练习题
第二章计算机系统结构练习题(一)单项选择题1．在现代计算机系统层次结构中，最内层是硬件,最外层是使用计算机的人，人与硬件之间是( )。
A．软件系统B．操作系统C．支援软件D．应用软件2．财务管理软件是一种专用程序,它属于( ) A．系统软件B．应用软件C接口软件D．支援软件3．当计算机被启动时，首先会立即执行( )。
A．接口程序B．中断服务程序C．用户程序D．引导程序4．当硬件的中断装置发现有事件发生，就会中断正在占用CPU的程序执行，让操作系统的( )占用CPU。
A．系统调用程序B．中断处理服务程序C．作业管理程序D文件管理程序5．操作系统支援软件和应用软件只有( )时才能履行自己的职责。
A．分配到主存空间B．占有了必要的外设C．占用中央处理器执行D．找到了所需的文件6．操作系统在中断处理服务程序完成之后，将( )。
A．选择刚被中断的程序执行B．选择正在排队的作业执行C．等待下—个事件的发生D．按预定策略选择程序执行7．在多道程序设计技术的计算机系统中，中央处理器( )。
A．只能被一个程序占用B．可以被多个程序同时占用C．可以被多个程序交替占用D．可以被操作系统和另一个程序同时占用8．外围设备通过相应的设备控制器和通道连接到公共系统总线上，这种结构( )。
A．有利于硬件保护B．允许中央处理器与外设并行工作C．可不用中断机制D．外设的启动速度快9．( )不是一种永久性的存储设备，当电源被切断时，其中的信息就会消失。
A．硬盘B．磁带C．软盘D．主存储器10．中央处理器可以直接存取( )中的信息。
A．光盘B．软盘C．主存储器D．硬盘11．中央处理器存取寄存器中信息的速度与使用主存储器和辅存储器信息相比( )。
A．比较快B．最快C．差不多D．最慢12．存放在( )信息只能顺序存取，无法随机访问。
A．硬盘B．软盘C．光盘D．磁带13．当操作系统退出执行，让用户执行时，系统会( ) A．继续保持管态B．继续保持目态C．从管态变为目态D．从目态变为管态14．硬件设置了( )以实现存储保护。
计算机系统结构第2章
计算机系统结构第2章第⼆章指令系统第⼀节指令系统设计概述⼀、指令系统概述1、指令系统的设计、应⽤及实现(1)指令系统的设计*机器指令：计算机硬件实现的运算或操作的命令；第i 种格式：OP i A 1A 2编码⽰例：00110 000~111 000~111功能⽰例：A 1←(A 1)+(A 2)第j 种格式：OP j A 编码⽰例：10110 000~111功能⽰例：A←(A)+1*指令系统设计：定义所有机器指令的格式(含编码)。
*指令系统：所有机器指令的集合；第1种：第2种：…第n 种：OP 1A 1A 2OP 2A OP n A 1A 2…(2)指令系统的应⽤第i种指令应⽤⽰例a：00110 000 001 功能AH←(AH)+(AL)⽰例b：00110 011 000 功能BL←(BL)+(AH)应⽤程序⽰例：从主存地址为2000H开始的100个元素累加求和机器指令格式机器指令程序汇编程序1011wreg data 1011001001100100 CX←1001011100100000000 00100000LP：BX←2000H1011000000000000 AL←0 0000000w mod reg r/m 0000000100000111AL←AL+[BX] 01000reg 01000001 BX←BX+1 11100010 disp 11100010 11111000 LOOP LP*指令系统应⽤：按指令格式要求，根据应⽤需要、编写程序中的指令(即指令格式的实例)。
(3)指令系统的实现指令功能实现步骤—ID 对IR 的OP 译码，⽤输出信号控制某⼀部件⼯作；ID 对IR 的A 译码，⽤输出信号控制相关REG 的读/写；信号有效时间由时序部件及该指令功能实现步骤决定。
指令操作或运算—部件功能实现及数据传递等的组合。
*指令系统实现：按指令格式要求，⽤硬件实现指令功能。
*设计/应⽤实现三者关系：类似C 语⾔设计、⽤C 语⾔编程、C 语⾔编译及执⾏平台！☆指令系统的实质—软件与硬件之间的界⾯(“约定”)！指令译码器ID I OP A 内部总线CPU ID D 功能部件1功能部件n …寄存器1寄存器m…指令寄存器IR ：……存储总线MAR/MDR2、指令系统涉及内容(1)指令格式包含信息分析第i种指令格式：OP i A1A2②数据：(A1)=OP i⽀持类型的地址为A1的数据①操作：A1←(A1) OP i(A2) 或A 2←(A2) OP i(A1)硬件⽀持的数据类型(含数据长度)可存放数据部件类型、部件的编址⽅式部件中同⼀数据地址的表⽰⽅式(2)涉及内容*指令集结构：指令集总体框架，如存放部件、寄存器数量;*指令集功能：⽀持操作的类型；*数据表⽰：操作⽀持的数据类型、数据存储格式等。
计算机系统结构练习题（第二章）
★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。
计算机系统结构课后答案chap2-answer
第二章计算机指令集结构设计2.1 名词解释1.堆栈型机器——CPU中存储操作数的单元是堆栈的机器。
2.累加型机器——CPU中存储操作数的单元是累加器的机器。
3.通用寄存器型机器——CPU中存储操作数的单元是通用寄存器的机器。
4.CISC——复杂指令集计算机。
5.RISC——精简指令集计算机。
2.2堆栈型机器、累加器型机器和通用寄存器型机器各有什么优缺点？2.3常见的三种通用寄存器型机器的优缺点各有哪些？2.4 指令集结构设计所涉及的内容有哪些？(1)指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向；(2)寻址方式的设计：设置寻址方式可以通过对基准程序进行测试统计，察看各种寻址方式的使用频度，根据适用频度设置相应必要的寻址方式；(3)操作数表示和操作数类型：主要的操作数类型和操作数表示的选择有，浮点数据类型（可以采用IEEE 754标准）、整型数据类型（8位、16位、32位的表示方法）、字符型（8位）、十进制数据类型（压缩十进制和非压缩十进制数据表示）等等。
(4)寻址方式的表示：可以将寻址方式编码与操作码中，也可将寻址方式作为一个单独的域来表示。
(5)指令集格式的设计：有固定长度编码方式、可变长编码方式和混合编码方式三种选择。
2.5 简述CISC计算机结构指令集功能设计的主要目标。
从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？CISC结构追求的目标是强化指令功能，减少程序的指令条数，以达到提高性能的目的。
从目前的计算机技术观点来看，CISC结构存在以下几个缺点：(1)在CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。
(2)CISC结构的指令系统的复杂性带来了计算机体系结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。
(3)CISC结构的指令系统的复杂性给VLSI设计带来了很大负担，不利于单片集成。
(4)CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。
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• 2．浮点数表示的尾数的基rm=16，尾数长度p=8，可表示 的规格化最大正尾数的值是（D ）
• A．1／256
B．1／2
• C．15／16
D．255／256
• 3．下列数据存储空间为隐含寻址方式的是（ D）
• A．CPU中的通用寄存器 B．主存储器
• C．I／O接口中的寄存器D．堆栈
• 13.寻址方式指的是指令按什么方式寻找(或访问)到所需的操作数或信 息的，具有分别面向__主存____、_寄存器_____和堆栈的寻址方式。 【40页】
• 12．指令的操作码优化编码方法有（哈夫 曼编码）和（扩展编码）。
• 13．在可表示浮点数的负数区间，规格化 浮点数的最大负数值由尾数的（最大负数 值）与阶码的（最小负数值）组合而成。
• 12.引入数据表示的原则，一是看系统实现 软件移植的效率是否提高，即是否减少了 实现时间和存储空间，其次是看其通用性 和利用率是否高。
• 题中“按照使用的倍数来说，等价 于m=4,” 这个m=4,因为2^3<10<2^4, 等价为实际要4个二进制位，表示 RM=10为基的一位
• (2)有丰富的堆栈操作指令且功能很强，直接可 对堆栈中的数据进行各种运算和处理。 (3)有力的支持高级语言程序的编译。
• (4)有力的支持子程序的嵌套和递归调用。
• 25．简述在高级数据表示中，标志符数据 表示的主要优点。
• 26．简述设计RISC结构的原则。
• 22．简述设计RISC结构采用的基本技术。
•
（2）对浮点运算执行和虚拟存储器的支持虽有很大
加强，但仍显得不足。
•
（3）RISC机器的编译程序比CISC的难写。
• 22.简述寻址方式在指令中的两种指明方式， 并说明它们的优缺点。
• 23.简述RISC的优缺点。
• 22.简述堆栈机器(堆栈数据表示)的特点。
• 答: (1)有高速寄存器组成的硬件堆栈，并附加控 制电路让它与主存中的堆栈区在逻辑上构成整， 使堆栈的访问速度是寄存器的，容量是主存的。
和面向主存寻址。
• 13.在可表示浮点数的正数区间，规格化浮点数的最小正数值由尾数 的最小整数值与阶码的（最大正数）组合而成。
• 4.在多数机器中，浮点数的阶码采用的进制是( A ) • A.二进制 B.八进制 • C.十进制 D.十六进制 • 4．浮点数尾数基值rm=8，以rm为基的尾数位数m′=2，则可表示的规
• 27.浮点数系统使用的阶基rp=2，阶值位数p=3， 尾数基值rm=8，以rm为基的尾数位数m′=2，计算 在非负阶、正尾数、规格化情况下的最小尾数值、 最大尾数值、最大阶值、可表示数的最小值和最 大值及可表示的数的个数。
• 答:最小尾数值:1/8 • 最大尾数值:63/64 • 最大阶值:7 • 可表示数的最小值:1/8 • 可表示数最大值:504 • 可表示的数的个数:448
• 简述RISC的优缺点。
• 优点：（1）简化了指令系统的设计，适合VLSI的实现。
•
（2）提高了机器的执行速了系统的可靠性。
•
（4）可直接支持高级语言的实现，简化了编译程序
的设计。
• 缺点：（1）由于指令少，使原在CISI上的单一指令完 成的某些复杂功能现在要用多条RISC指令才能完成，加 重了 汇编语言程序的设计。
• A.1／64 B.0.125
• C.0.25
D.0.5
• 3.RISC采用重叠寄存器窗口技术，可以减少( C ) • A.绝大多数指令的执行时间 B.目标程序的指令条数 • C.程序调用引起的访存次数 D.CPU访存的访问周期 • 12.寻址方式的三种面向分别是面向寄存器寻址、面向（堆栈寻址）
• 5.（1）浮点数系统使用的阶基rp=2, 阶值位数p=2,尾数基值rm=10，以 rm为基的尾数位数m''=1,按照使用 的倍数来说，等价于m=4, 试计算在 非负阶、正尾数、规格化情况下的 最小尾数值、最大尾数值、最大阶 值、可表示的最小值和最大值及可 表示数的个数。 （2）对于rp=2,p=2,rm=4,m'=2,重 复以上计算。 解 依题意列下表：
第二章
• 3.程序员编写程序时使用的地址是( C )41页 A.主存物理地址 B.有效地址 C.逻辑地址 D.基址 4.堆栈机器(堆栈数据表示)的特点不包括( D )32页 A.有力地支持子程序的嵌套和递归调用 B.有丰富的堆栈操作指令且功能强大 C.有力地支持高级语言程序的编译 D.访问堆栈的速度低 5.四种浮点数尾数下溢处理方法中，实现最简单的方法是 ( A )38页 A.截断法 B.舍入法 C.恒置“1”法 D.查表舍入法 2.当浮点数尾数的基rm=8，尾数长度m=6时，可表示的规格化最小正 尾数的值是( B )
• 13.逻辑地址是程序员编程用的地址，主存 物理地址是程序在主存中的实际地址。
• 14.指令格式优化指的是如何用最短的位数 来表示指令的操作信息和地址信息，使程 序中指令的平均字长最短。
• 24.简述设计RISC结构可采用的基本技术。 • 1.按RISC一般原则设计。 • 2.逻辑实现用硬联与微程序结合 • 3.用重叠寄存器窗口。 • 4.指令用流水和延迟转移。 • 5优化设计编译系统。 • 【55~58页】
• 11.自定义数据表示包括_标志符数据表示_和_数据描述符_两类。 【28页】
• 4.下列四种浮点数尾数下溢处理方法中，平均误差可以调节的是( B )
• A.截断法 B.舍入法
• C.恒置“1”法
D.查表舍入法
• 12.引入数据表示的原则，一看系统的效率是否提高，即是否减少了 实现时间和（存储空间），其次看其（通用性）和利用率是否高。
格化最大尾数值为( ) • A．1/64 B1/8．C．7/8 D．63/64
• 11．数据表示指的是能由机器硬件直接识别和引用的 __________。
• 12．根据操作数或信息存放的位置，多数计算机分别具有
面向__________、寄存器和__________的寻址方式。
• 13．信息在存储器中按整数边界存储的目的是提高 __________，但是它会造成存储空间的浪费。