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第1章 1—2. 计算机系统的解释执行方式是用低一级机器级的一串指令或语句来解释其高一级机器级的一条指令或语句的功能。已知第1级的一条指令的执行时间是Kns，第2级的一条指令需要第1级的N条指令组成的指令序列来解释，那么，第2级的一条指令的执行时间为NKns。 同理，可得到第3级和第4级的一条指令的执行时间分别为N 2Kns和N 3Kns。 1—8. 提高计算机系统并行性的3种技术途径分别是：时间重叠、资源重复和资源共享。 时间重叠使多个处理过程在时间上相互错开，重叠轮流地使用同一套硬件设备的各个部分，提高硬件利用率，缩短执行时间，例如，指令流水线处理机。 资源重复通过重复设置硬件资源来提高性能，例如，阵列处理机。 资源共享利用软件方法计多个用户共享同一套资源，来提高系统资源利用率和系统性能，例如，多处理机系统、计算机网络和机群系统等。 1—9. （1）在多个部件同时改进的情况下，Amdahl定律应扩展为： 已知Se1＝30，Se2＝20，Se3＝10，Sn＝10，Fe1＝0.3，Fe2＝0.3，由 可得F3＝0.36，即部件3改进前的执行时间占系统执行时间的比例要达到36％以上，才能使3个部件都改进后的整个系统的加速比达到10以上。 （2）设整个系统改进前的执行时间为To，则3个部件改进前的执行时间为 (0.3＋0.3＋0.2) To＝0.8To，那么，其他部件的执行时间为 (1－0.8) To＝0.2To。 已知3个部件改进后的加速比分别为Se1＝30，Se2＝20，Se3＝10。因此，3个部件改进后的执行时间 其他部件没有改进，执行时间仍为0.2To，故而，改进后整个系统的执行时间为： 从而可得出改进后系统的加速比为： 未改进部件的执行时间在改进后的整个系统的执行时间中占的比例为： 1—10. 1—13.（1）由给出的各类指令的比例和CPI值，可计算出指令系统的指令平均周期数为： CPI＝0.44×1＋0.20×2＋0.12×2＋0.24×2＝1.56 （2）设程序使用原指令系统编程的指令条数为N。若新增R—M型算逻指令，则5种类型指令在程序使用新指令系统编程的指令条数如下所示： R—R型算逻指令的条数为：N×0.44×0.75＝0.33N R—M型算逻指令的条数为：N×0.44×0.25＝0.11N Load指令的条数为：N×0.20－0.11N＝0.09N Store指令的条数为：N×0.12＝0.12N 转移指令的条数为：N×0.24＝0.24N 需要说明的是，由于新增了R—M型算逻指令，并在程序中共使用了0.11N条R—M型算逻指令，因此，在程序中就可减少0.11N条Load指令为原算逻指令到存储器中取操作数。 程序使用新指令系统编程的指令条数为 0.33N＋0.11N＋0.09N＋0.12N＋0.24N＝0.89N 重新计算5类指令所占指令总数N的比例如表所示。 指令比例及指令的平均周期数 指令类型 比例 CPI R—R型算逻指令 0.33N/0.89 N＝0.370 1 R—M型算逻指令 0.11N/0.89 N＝0.124 2 Load指令 0.09 N/0.89 N＝0.101 2 Store指令 0.12 N/0.89 N＝0.135 2 转移指令 0.24 N/0.89 N＝0.270 2 由得出的各类指令的比例和给出的CPI值，可计算新指令系统的指令平均周期为： CPI＝0.370×1＋0.124×2＋0.101×2＋0.135×2＋0.270×2＝1.63 第2章 2—4. ROM下溢处理表16个单元的地址码0000～1111，它与其内容（即下溢处理后的3位结果值）的对照关系如表所示。 查表舍入法的ROM下溢处理表 地址 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 内容 000 001 001 010 010 011 011 100 100 101 101 110 110 111 111 111 2—10. （1）由给出的使用频度p1～p10，可计算出I1～I10的操作码编码的最短平均码长为： （2）n＝10的等长操作码表示的码长l＝（位），等长编码如表2.2中第3列所示。等长编码的信息冗余量为： R＝（l－H/l）×100％＝（l－2.96/4）×100％＝26.0％ （3）根据给出的使用频度，在应用哈夫曼算法构造哈夫曼树的过程中，选择2个频度最小的结点合并时，有2个以上的结点可供合并，因此，可生成结构不同的哈夫曼树。为加深领会哈夫曼树生成过程，我们给出2棵哈夫曼树，分别如下图所示