2019计算机系统3期中考试试题-答案1

【知识点详解】 1. **程序性能优化**：题目中提到的程序性能提升是通过改进乘法操作的速度，从80秒降低到16秒，从而提高了整体程序运行速度的五倍。这体现了一个重要的设计思想——**加速大概率事件**（C选项），即通过优化程序中最耗时的部分来提升整体效率。 2. **芯片功耗与电压**：提高芯片工作电压会导致其功耗**提高**（A选项），因为功耗通常与电压、电流和时间的乘积成正比，电压增加会导致电流或电流密度增加，进而增加功耗。 3. **MIPS指令**：MIPS是一种精简指令集架构，题目中的图表代表了MIPS指令格式。根据给出的数字，可以判断它是**D**选项，即`sub $t2, $t0, $t1`，表示从$t0`寄存器中减去$t1`寄存器的值，并将结果存储在$t2`寄存器中。 4. **溢出判断**：在计算机系统中，溢出通常发生在算术运算中，当结果超出了数据类型能表示的范围。题目给出了三种情况：两个正数相加溢出，两个负数相加溢出，以及一正一负相加不溢出。减法可以通过将其转化为加法的负数形式来判断溢出。根据这些规则，我们可以判断： - (1) $s0=0x70000000, 执行 add $s0,$s0,$s1$ 不会溢出（B选项），因为两个正数相加不会溢出。 - (2) $s0=0x80000000, 执行 sub $s0,$s0,$s1$ 不会溢出（B选项），因为两个负数相加不会溢出。 - (3) $s0=0x7FFFFFFF, 执行 sub $s0,$s0,$s1$ 会溢出（A选项），因为这相当于一个正数加上一个负数，可能会导致结果超出范围。 5. **位操作**：题目中提到了几种MIPS的位操作指令，如`sll`(左移)，`or`(按位或)，`andi`(按位与)，`srl`(右移)。根据给定的值，计算最终$t2`寄存器的结果： - (1) `sll $t2, $t0, 4 or $t2, $t2, $t1` 后$t2$为0xFEFF FEDE。 - (2) `sll $t2, $t0, 4 andi $t2, $t2, -1` 后$t2$为0xEED0。 - (3) `srl $t2, $t0, 3 andi $t2, $t2, 0xFFEF` 后$t2$为0xBFCD。 6. **多精度乘法**：在MIPS中，完整的64位乘法结果需要使用`mfhi`和`mflo`指令，分别获取高32位和低32位。 7. **函数调用与返回**：在MIPS中，调用函数使用`jal`指令，函数返回则使用`jr $ra`指令，其中$ra寄存器保存了调用函数前的PC值。 8. **分支指令**：`beq $t0,$t1, 32`指令在0x1000地址，若$t0$等于$t1$，则会跳转到0x1000+32=0x1032。若$t0$和$t1$都等于16，则分支条件满足，下一条指令位于0x1032。 9. **C到MIPS转换**： - (1) `B[8]=A[i]+A[j];` 在MIPS中可以表示为： ``` sll $t1, $s3, 2 # 将索引i左移两位 sll $t2, $s4, 2 # 将索引j左移两位 add $t1, $t1, $s6 # B的基地址加上i add $t2, $t2, $s7 # A的基地址加上j lw $t1, 0($t1) # 加载B[i] lw $t2, 0($t2) # 加载A[j] add $t1, $t1, $t2 # 相加 sw $t1, 32($s7) # 存储到B[8] ``` - (2) `f=g-A[B[4]];` 在MIPS中可以表示为： ``` lw $t1, 16($s7) # 加载g sll $t1, $t1, 2 # g左移两位 add $t1, $t1, $s6 # 加上A的基地址 lw $t1, 0($t1) # 加载A[B[4]] sub $s0, $s1, $t1 # f=g-A[B[4]] ``` 10. **循环转换**： - (a) `for (i=0; i<10; i++) a += b;` 可以转换为： ``` addi $t0, $zero, 0 # 初始化i Loop: slti $t2, $t0, 10 # 检查i是否小于10 beq $t2, $zero, Exit # 如果i不小于10，跳出循环 add $s0, $s0, $s1 # a += b addi $t0, $t0, 1 # i++ j Loop # 跳回循环开始 Exit: ... ``` - (b) `while (a<10) { D[a] = b + a; a += 1; }` 可以转换为： ``` Loop: slt $t2, $s0, $t1 # 检查a是否小于10 beq $t2, $zero, Exit # 如果a不小于10，跳出循环 sll $t1, $s0, 2 # a左移两位 add $t1, $t1, $s2 # 加上D的基地址 add $t1, $t1, $s1 # 加上b sw $t1, 0($t1) # 存储到D[a] addi $s0, $s0, 1 # a++ j Loop # 跳回循环开始 Exit: ... ``` 以上是对给定考试试题中涉及的计算机系统、性能优化、MIPS指令、溢出判断、位操作、函数调用、分支指令、C到MIPS代码转换以及循环控制的详细解析。这些知识点涵盖了计算机体系结构、编程语言、计算机组成原理等多个方面的内容。