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习题解答
第1章计算机系统概述
教材中图1.1所示模型机（采用教材图1.2所示指令格式）的指令系统中，除了有mov（op=0000）、add（op=0001）、load（op=1110）和store（op=1111）指令外，R型指令还有减（sub，op=0010）和乘（mul，op=0011）等指令，请仿照教材图1.3给出求解表达式“z=(x-y)*y;”所对应的指令序列（包括机器代码和对应的汇编指令）以及在主存中的存放内容，并仿照教材图1.5给出每条指令的执行过程以及所包含的微操作。
参考答案：
实现z=(x-y)*y的程序在主存部分单元中的初始内容如下。
主存地址
主存单元内容
内容说明（Ii表示第i条指令）
指令的符号表示
0
11100111
I1：R[0]←M[7]；op=1110：取数操作
loadr0,7#
1
00000100
I2：R[1]←R[0]；op=0000：传送操作
movr1,r0
2
11100110
I3：R[0]←M[6]；op=1110：取数操作
loadr0,6#
3
00100001
I4：R[0]←R[0]-R[1]；op=0010：减操作
subr0,r1
4
00110001
I5：R[0]←R[0]*R[1]；op=0011：乘操作
mulr0,r1
5
11111000
I6：M[8]←R[0]；op=1111：存数操作
store8#,r0
6
00010001
操作数x，值为17
7
00000001
操作数y，值为1
8
00000000
结果z，初始值为0
实现z=(x-y)*y的程序中每条指令的执行过程如下。
指令阶段
I1：11100111
I2：00000100
I3：11100110
I4：00100001
I5：00110001
I6：11111000
取指令
IR←M[0000]
IR←M[0001]
IR←M[0010]
IR←M[0011]
IR←M[0100]
IR←M[0101]
指令译码
op=1110，取数
op=0000，传送
op=1110，取数
op=0010，减
op=0011，加
op=1111，存数
修改PC
PC←0000+1
PC←0001+1
PC←0010+1
PC←0011+1
PC←0100+1
PC←0101+1
取数执行
MDR←M[0111]
A←R[0]、mov
MDR←M[0110]
A←R[0]、B←R[1]、sub
A←R[0]、B←R[1]、mul
MDR←R[0]
送结果
R[0]←MDR
R[1]←F
R[0]←MDR
R[0]←F
R[0]←F
M[1000]←MDR
执行结果
R[0]=1
R[1]=1
R[0]=17
R[0]=17-1=16
R[0]=16*1=16
M[8]=16
2.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行，假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元，下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。
程序
M1
M2
指令条数
执行时间
指令条数
执行时间
P1
200×106
1000ms
150×106
500ms
P2
300×103
3ms
420×103
6ms
请回答下列问题：
对于P1，哪台机器的速度快？快多少？对于P2呢？
在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS？在M2上的执行速度又各是多少？从执行速度来看，对于P2，哪台机器的速度快？快多少？
假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz，则在M1和M2上执行P1时的CPI各是多少？
如果某用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率，那么，该用户需要大批购进机器时，该选择M1还是M2？为什么？（提示：从性价比上考虑）
如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2？为什么？
参考答案：
如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2？为什么？（1）对于程序P1，M1上执行时间是M2的2倍，故M2比M1快1倍；对于程序P2，M2上的执行时间是M1的2倍，故M1比M2快1倍。
在M1上P1的速度为200M/1s=200MIPS，P2的速度为0.3M/0.003s=100MIPS；在M2上P1的速度为150M/0.5s=300MIPS，P2的速度为0.42M/0.006s=70MIPS。从执行速度来看，对于P2，因为100/70=1.43，所以M1比M2快0.43
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