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计算机体系结构雨课堂第二章作业
计算机体系结构雨课堂第二章作业
1. 操作码优化的主要目的是（）。
- A. 缩短指令字长
- B. 减少程序总位数
- C. 增加指令字表示的信息
- D. A、B和C
正确答案：D
解析： 操作码优化（如哈夫曼编码）的主要目标是减少指令集中操作码的平均长度。这可以直接缩短指令字长（如果是变长指令），或者在定长指令中留出更多位给操作数。最终结果是减少了程序总位数（总代码体积）。因此A、B、C均为其可能目的或效果。
2. 平均码长最短的编码是
- A. 定长编码
- B. 哈夫曼编码
- C. 扩展编码
- D. 需要根据编码使用的频度计算平均码长后确定
正确答案：B
解析： 哈夫曼编码（Huffman Coding）是一种变长编码方法，根据字符出现的概率构建最短的前缀码。在所有基于符号概率的无损编码方法中，它能保证平均码长最短（逼近信息熵）。
3. 信息按整数边界存储的主要优点（)
- A. 防存速度快
- B. 节约主存单元
- C. 指令字的规整化
- D. 指令优化
正确答案：A
解析： 存储器通常按字或双字进行组织。如果数据按边界对齐（如32位字存储在4的倍数地址），CPU只需一次访存即可读出完整数据。如果未对齐（跨越边界），可能需要两次访存取数据并进行移位、拼接操作，这会显著降低访存速度。因此主要优点是访存速度快。
4. 下列不属于MIPS的数据表示（）
- A. 十进制数
- B. 半字整数
- C. 双字整数
- D. 双精度浮点数
正确答案：A
解析： MIPS架构数据类型包括8位字节、16位半字、32位字、64位双字（在MIPS64或浮点单元中）以及IEEE 754单/双精度浮点数。它不支持十进制数（如BCD码）作为原生数据类型，这通常是早期CISC架构（如IA-32特定指令）才支持的。
5. 在下面的指令中，不属于MPIS（RISC）处理的指令是
- A. ADD R1, [0101]
- B. LD R3,(R2)
- C. SUB R1, R3
- D. SD 4 (R3), R2
正确答案：A
解析： MIPS是典型的RISC架构，采用Load-Store结构。其特点是ALU运算指令（如ADD, SUB）的操作数必须全部在寄存器中，不能直接访问存储器。对存储器的访问只能通过Load（如LD）和Store（如SD）指令进行。选项A
ADD R1, [0101]试图让ADD指令直接操作内存地址[0101]，这是不符合MIPS规范的。
6. （）在寄存器之间进行。
- A. CISC
- B. RISC
- C. RISC和CISC
- D. 复杂指令集计算机
正确答案：B
解析： 见上题。RISC（精简指令集计算机）设计原则之一就是运算操作主要在寄存器之间进行（Register-to-Register），以简化硬件设计并利于流水线实现。
7. MIPS指令中字的地址必须满足（）
- A. 4的倍数
- B. 2的倍数
- C. 8的倍数
- D. 其他
正确答案：A
解析： MIPS体系结构中，内存按字节编址，但指令和字数据（32位）要求边界对齐。因为一个字是4字节，所以字的起始地址必须是4的倍数（二进制地址最后两位为00）。
8. 在J类跳转指令中，例如格式
000010 (6位) | Address (26位)
在计算目标地址时，首先将26位偏移量进行如下操作（）
- A. 偏移量左移两位
- B. 直接与PC值相加
- C. 不做任何操作
- D. 26偏移量左移4位
正确答案：A
解析： MIPS指令长度固定为32位（4字节），因此所有指令地址都是4的倍数，地址最低两位永远是00。J指令中的26位目标字段省略了这最低两位，因此在还原目标实际地址时，首先要将这26位左移2位（x4），恢复为28位的相对地址部分，再与PC的高4位拼接。
9. 课后题某台计算机的各条指令使用频度如表所示
要求：分别设计这9条指令操作码的哈夫曼编码、3/3/3扩展编码和2/7扩展编码，并计算这3种编码的平均码长。
解析：
- 哈夫曼编码：依据图中给出的各指令频度（概率）从低到高构建哈夫曼树。频度越高，分配的码字越短。平均码长 。
- 3/3/3 扩展编码：这是一类定长扩展编码。将操作码每3位作为一段。前 种组合（000-110）可用于表示高频指令，预留一种（如111）作为扩展标志，指向下一级3位编码。适用于频度递减明显的系统。
- 2/7 扩展编码：类似3/3/3，第一级用2位（00-11），其中前3种（00, 01, 10）表示最高频的3条指令，11作为扩展标志，指向后面7位长的编码。
- 注：具体数值计算需读取图片中的频率数据进行。