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计算机系统结构 第二章(习题解答)
1. 数据类型、数据表示和数据结构之间是什么关系?在设计一个计算机系统时,确定数据表示的原则主要有哪几个?
答:
略
2. 假设有A和B两种不同类型的处理机,A处理机中的数据不带标志位,其指令字长和数据字长均为32位。B处理机的数据带有标志位,每个数据的字长增加至36位,其中有4位是标志符,它的指令条数由最多256条减少至不到64条。如果每执行一条指令平均要访问两个操作数,每个存放在存储器中的操作数平均要被访问8次。对于一个由1000条指令组成的程序,分别计算这个程序在A处理机和B处理机中所占用的存储空间大小(包括指令和数据),从中得到什么启发?
答:
我们可以计算出数据的总数量:
∵ 程序有1000条指令组成,且每条指令平均要访问两个操作数
∴ 程序访问的数据总数为:1000×2=2000个
∵ 每个数据平均访问8次
∴ 程序访问的不同数据个数为:2000÷8=250
对于A处理机,所用的存储空间的大小为:
对于B处理机,指令字长由32位变为了30位(条数由256减少到64),这样,所用的存储空间的大小为:
由此我们可以看出,由于数据的平均访问次数要大于指令,所以,采用带标志符的数据表示不会增加总的存储空间大小。
3. 对于一个字长为64位的存储器,访问这个存储器的地址按字节编址。假设存放在这个存储器中的数据中有20%是独立的字节数据(指与这个字节数据相邻的不是一个字节数据),有30%是独立的16位数据,有20%是独立的32位数据,另外30%是独立的64位数据;并且规定只能从一个存储字的起始位置开始存放数据。
⑴ 计算这种存储器的存储空间利用率。
⑵ 给出提高存储空间利用率的方法,画出新方法的逻辑框图,并计算这种方法的存储空间利用率。
答:
⑴
由于全是独立数据,有20%浪费56位(7/8);30%浪费48位(6/8);20%浪费32位(4/8);30%浪费0位(0/8)。
总共浪费:0.2×7/8+0.3×6/8+0.2×4/8+0.3×0/8=0.5
即:存储器的存储空间利用率为50%,浪费率为50%。
⑵
方案为:数据从地址整数倍位置开始存储,即,双字地址000结尾,单字地址00结尾,半字地址0结尾,字节地址结尾任意。
可能出现的各种情况如下:
组合 存储空间分配 利用率 1-2-1-2 字节 半字 字节 半字 0.2*3/8*2/7*3/8*6B/8B 0.006 1-2-1-4 字节 半字 字节 0.2*3/8*2/7*2/8*4B/8B 0.0028 单字 1-2-1-8 字节 半字 字节 0.2*3/8*2/7*3/8*4B/8B 0.004 双字 1-2-4 字节 半字 单字 0.2*3/8*2/7*7B/8B 0.01875 1-2-8 字节 半字 0.2*3/8*3/7*3B/8B 0.1205 双字 1-4 字节 单字 0.2*2/8*5B/8B 0.03125 1-8 字节 0.2*3/8*1B/8B 0.009375 双字 2-1-2-1 半字 字节 半字 字节 0.3*2/7*3/8*2/7*6B/8B 0.0069 2-1-2-4 半字 字节 半字 0.3*2/7*3/8*2/7*5B/8B 0.0057 单字 2-1-2-8 半字 字节 半字 0.3*2/7*3/8*3/7*5B/8B 0.0086 双字 2-1-4 半字 字节 单字 0.3*2/7*2/8*7B/8B 0.01875 2-1-8 半字 字节 0.3*2/7*3/8*3B/8B 0.0121 双字 2-4 半字 单字 0.3*2/7*6B/8B 0.0643 2-8 半字 0.3*3/7*2B/8B 0.0321 双字 4-1-2 单字 字节 半字 0.2*2/8*3/8*7B/8B 0.0164 4-1-4 单字 字节 0.2*2/8*2/8*5B/8B 0.0078 单字 4-1-8 单字 字节 0.2*2/8*3/8*5B/8B 0.0117 双字 4-2-1 单字 半字 字节 0.2*3/8*2/7*7B/8B 0.01875 4-2-4 单字 半字 0.2*3/8*2/7*6B/8B 0.0161 单字 4-2-8 单字 半字 0.2*3/8*3/7*6B/8B 0.0241 双字 4-8 单字 0.2*3/8*4B/8B 0.05625 双字 8 双字 0.3*8B/8B
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