111000 111001 111010 111011 111100 111101 111110
0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01
35
第2章
指令系统
平均码长为 ∑Pi*Li = (0.15+0.15+0.14+0.13 + 0.12+0.11+0.04)×3 + (0.04+0.03+0.03+0.02 + 0.02+0.01+0.01)×6 =3.48
引入时间概念，让多个处理过程轮流使
用同一套硬件设备的各部分，基本上不 需要重复设置硬件设备
10
第1章
1-1
基础知识
第4级 N3/M3 *K秒 第3级 N2/M2 *K秒 （同理） N/M*K秒 (X/M * 第2级 N*1/X*K=N/M*K秒) K秒（设为X条，每条需要 第1级 1/X*K秒）
15
第1章
基础知识
(5)不可以。指令的操作码、字段 格式、寻址方式等都是计算机系统 结构的内容。如果将它们改变，就 会直接影响以前编写的程序不能正 确运行。 (6)可以。数据通路宽度是计算机 组成的内容。
16
第1章
基础知识
(7)可以。单总线改为多总线是计算机 组成的内容。 (8)不可以。通用寄存器的使用是属于 计算机系统结构的内容。0号通用寄存 器改为堆栈指示器，将使原先程序中0 号寄存器中的内容改变直接影响到堆 栈指针的位置发生变化，造成程序无 法正常工作。
11
第1章
1-6 透明的是： 指令缓冲器 时标发生器 乘法器 主存地址寄存器 先行进位链 移位器

基础知识
12
第1章
1-8
基础知识
（1）可以。因为它虽然是属于计算 机系统结构的内容。新增加的数据 类型和指令，不会影响到已有指令 所写的程序正确运行，只是现在用 新增加的指令来写程序，会使计算 机的性能和效率变得更好。
基础知识
本来存在的事物或属性，从某个角
度看却好象不存在
软件兼容
程序可以不加修改地运行在各档机
器上，区别仅在于运行时间不同 它分为向上兼容和向下兼容，以及 向前兼容和向后兼容
5
第1章
模拟
基础知识
用一种机器 (A) 的机器语言解释
实现另一种机器 (B) 的指令系统， 使 A 具有 B 的指令系统，从而实 现软件移植的方法。被模拟的机 器称为虚拟机，模拟用的机器称 为宿主机，解释程序称为模拟程 序
36
3-5位操作码编码如下：
编码 指令 使用 频度 编码 指令使用频度
000 001 010 011 100 101
0.15 0.15 0.14 0.13 0.12 0.11
11000 11001 11010 11011 11100 11101 11110 11111
0.04 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02 0.01 0.01
0
0.05
0.09 1 1 0.13 1 0.23 0 0
0.17
1 0 0.32 1 1 0.43 1 0 0 0.57 0
0
1.00
42
(2) 采用最小概率合并法 H’=∑Pi×Li =0.25×2+0.20×2+0.15×3+0.10×3+ 0.08×4+0.08×4+0.05×5+0.04×5+ 0.03×5+0.02×5 =2.99 信息冗余=1-2.96/2.99=1%
39
（1）计算这10条的操作码最短平均长度。 （2）采用Huffman编码法编写这10条指令的 操作码，并计算操作码的平均长度和信息冗 余量。 （3）采用2/8扩展编码法编写这10条指令的 操作码，并计算操作码的平均长度和信息冗 余量。 （4）采用3/7扩展编码法编写这10条指令的 操作码，并计算操作码的平均长度和信息冗 余量。
17
1-9 如果某一计算任务用向量方式求解比
用标量方式求解要快 20 倍，称可用向量
方式求解部分所花费时间占总的百分比
为可向量化百分比。请写出加速比与可
向量化比例两者的关系曲线。
解：
1 20 S (1 F ) F / 20 20 19 F
18
在习题1-9中，为达到加速比2，可向
31
第2章
0.43
指令系统
1.00 0.57
0.19
0.08 0.04
0.11 3
0.24
0.12 0.05
0.02 5 0.03 5
0.27
0.13 3 0.07 0.04 5 0.14 3
0.3
0.15 3 0.15 3
0.12 3
0.04 4 0.02 5 0.01 6
0.02
0.01 6
0.03 5
3
第1章
基础知识
计算机系统结构
程序员所看到的计算机的属性，即
程序员为编写出能在机器上正确运 行的程序所必须了解到的机器的概 念性结构和功能特性。从层次结构 出发，计算机系统结构指层次结构 中传统机器级的系统结构，研究的 是软、硬件之间的功能分配，以及 对传统机器级界面的定义
4
第1章
透明性
29
第2章

指令系统


数据结构是通过软件映像成机器所具 有的各种数据表示实现的 数据表示是数据结构的组成元素 数据表示为数据结构提供不同程度的 支持，反映在效率和方便程度的不同 因此，数据结构与数据表示是软、硬 交界面
30
第2章
指令系统
习题2-4 1、等长二进制编码 平均码长为 [log214] + 1 = 4 2、Huffman编码 首先构造Huffman树
13
第1章
基础知识
（2）不可以。中断的分级和中断的 响应次序等中断机构都属于计算机 系统结构的内容。中断分级由原来 的4级增加到5级应当还是允许的， 关键是重新调整了中断响应的优先 次序，这就使原有程序的中断响应 次序发生了改变，会影响原有程序 工作的正确性。
14
第1章
基础知识
(3)可以。Cache存储器属于计算机组 成，它不会改变原有的系统程序和应 用程序，不会影响到它们的正确性。 只是有了它之后，系统的性能会显著 的提高。 (4)可以。浮点数尾数的下溢处理不属 于计算机系统结构，而是计算机组成 设计所需要考虑的内容。
动态再定位
动态再定位采用基址寻址方法。当把程
序装入主存时，对程序不做任何修改 （变换），直接装入主存，同时将程序 在主存中的起始地址a存入对应该道程序 的基址寄存器。在执行指令时，通过地 址加法器将逻辑地址加上基址寄存器的 内容(程序基点地址)，形成物理地址， 然后访存
25
第2章

指令系统
功能型指令
6
第1章
仿真
基础知识
用一种机器 (A) 的微程序直接解
释实现另一种机器 (B) 的指令系 统，从而实现软件移植的方法 被仿真的机器称为目标机，进行 仿真的机器称为宿主机，解释微 程序机器称为仿真微程序
7
第1章
并行性
基础知识
指可以同时进行运算或操作的特
性，它有两重含义：
同时性：同一时刻发生 并发性：同一时间间隔内发生
37
第2章
指令系统
平均码长为 ∑Pi*Li = (0.15+0.15+0.14+0.13 + 0.12+0.11)×3 + (0.04+0.04 +0.03+0.03+0.02 + 0.02+0.01+0.01)×5 =3.40
38
2-5 一个处理机共有10条指令，各指令在程序中出 现的概率如下： 指令 概率 Huffman 2/8扩展 3/7扩展 I1 0.25 I2 0.20 I3 0.15 I4 0.10 I5 0.08 I6 0.08 I7 0.05 I8 0.04 I9 0.03 I10 0.02
20
[解答] CPI=
n
i) ( CPI * i IC i 1 ＝(45000*1+32000*2+15000*2+8000*2)/
I
(45000+32000+15000+8000) = 1.55周期/指令
6 6 6
速率MIPS f /(CPI *10 ) 40 *10 /(1.55*10 ) 25.81
32
第2章
指令系统
平均码长为 ∑Pi*Li = (0.01+0.01)×6 + (0.02+0.02+0.03+0.03+0.04)×5 + 0.04×4 + (0.11 + 0.12 + 0.13 + 0.14 + 0.15+0.15)×3 =3.38
33
第2章
指令系统
3 、只有两种码长的扩展操作码编
40
第2章
（1）最优Huffman H=- ∑Pi×log2Pi
=0.25×2+0.20×2.322+0.15×2.737+ …… =2.96
41
I10 0.02 1
I9 0.03
I8.08
I4 0.10
I3 0.15
I2 0.20
I1 0.25
27
第2章
RISC
指令系统
减少指令总数，简化指令功能，以
降低硬件设计的复杂度，提高指令 的执行速度。按这种途径和方向发 展，会使机器的指令系统精炼简单， 因此称采用这种途径设计而成的 CPU的计算机为精简指令集计算机 RISC