12系統(tǒng)結(jié)構(gòu)答案

1、1 1.模擬模擬 a.用軟件方法在一臺現(xiàn)有的計算機上實現(xiàn)另一臺計算機的用軟件方法在一臺現(xiàn)有的計算機上實現(xiàn)另一臺計算機的 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) b.指在一個廠家內(nèi)生產(chǎn)的具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但具有不指在一個廠家內(nèi)生產(chǎn)的具有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但具有不 同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的機器同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的機器 2.仿真仿真 a.用微程序直接解釋另一種機器指令系統(tǒng)的方法用微程序直接解釋另一種機器指令系統(tǒng)的方法 b.每條指令的平均時鐘周期數(shù)每條指令的平均時鐘周期數(shù) 3.MIPS a.它表示每秒百萬指令條數(shù)它表示每秒百萬指令條數(shù) b.每秒百萬次浮點操作次數(shù)每秒百萬次浮點操作次數(shù) 4.MFLOPS a.

2、每秒百萬次浮點操作次數(shù)每秒百萬次浮點操作次數(shù) b.計算機組成是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)計算機組成是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn) （請（請計算機四班計算機四班的同學(xué)，將本題答案寫在紙條上，下課后交的同學(xué)，將本題答案寫在紙條上，下課后交 到講臺上，并寫好班級、學(xué)號、姓名，）到講臺上，并寫好班級、學(xué)號、姓名，） 2005.4.25 課課 堂堂 作作 業(yè)（一）單選題業(yè)（一）單選題 2 1.想在系列機中發(fā)展一種新型號機器，你認(rèn)為將想在系列機中發(fā)展一種新型號機器，你認(rèn)為將 CPU與主存之間的數(shù)據(jù)通路寬度由與主存之間的數(shù)據(jù)通路寬度由16位擴到位擴到32 位，以加快主機內(nèi)部信息的傳送?？梢钥紤]的，位，以加快主機內(nèi)

3、部信息的傳送。可以考慮的， 還是不行的？為什么？還是不行的？為什么？ 可以。只是提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣??？梢?。只是提高了?shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?（請（請計算機六班計算機六班的同學(xué)，將本題答案寫在紙條上，下課的同學(xué)，將本題答案寫在紙條上，下課 后交到講臺上，并寫好班級、學(xué)號、姓名，）后交到講臺上，并寫好班級、學(xué)號、姓名，） 2005年4月10日 課課 堂堂 作作 業(yè)（二）業(yè)（二） 3 1.假定我們將某一執(zhí)行部件改進后速度提高 10倍。改進后被改進部件執(zhí)行時間占系統(tǒng) 總運行時間的50%。則改進后，獲得的加 速比Sp是多少？ （請（請計算機六班計算機六班的同學(xué)，將本題答案寫在紙條上，下課后交的同學(xué)，將本題答

4、案寫在紙條上，下課后交 到講臺上，并寫好班級、學(xué)號、姓名，）到講臺上，并寫好班級、學(xué)號、姓名，） 課課 堂堂 作作 業(yè)（三）業(yè)（三） 4 在尾數(shù)采用補碼、小數(shù)表示且在尾數(shù)采用補碼、小數(shù)表示且p=6，階碼采用移碼、整數(shù)表，階碼采用移碼、整數(shù)表 示且示且q=6，尾數(shù)基，尾數(shù)基rm為為16，階碼基，階碼基re為為2的情況下：的情況下： (1) 最大尾數(shù)為：最大尾數(shù)為：1rm-p116-6，0.FFFFFF (2) 最小正尾數(shù)為：最小正尾數(shù)為：1/rm1/16，0.100000 (3) 最小尾數(shù)為：最小尾數(shù)為： -1， 1.000000 (4) 最大負(fù)尾數(shù)為：最大負(fù)尾數(shù)為：-(rm-1 + rm-p)

5、(16-1 + 16-6)，1.EFFFFF (5) 最大階碼為：最大階碼為：req126163，7F，包括符號位共，包括符號位共7個個1 (6) 最小階碼為：最小階碼為：-req-26-64，00，包括符號位共，包括符號位共7個個0 (7) 最大正數(shù)為：最大正數(shù)為：(116-6)1663，7FFFFFFF (8) 最小正數(shù)為：最小正數(shù)為：16-65，00100000 (9) 最大負(fù)數(shù)為：最大負(fù)數(shù)為：-(16-1 + 16-6) 16-64，80EFFFFF (10) 最小負(fù)數(shù)為：最小負(fù)數(shù)為：-1663，F(xiàn)F000000 (11) 浮點零為：浮點零為：00000000 (12) 表數(shù)精度為：表

6、數(shù)精度為：16-5/22-21 (13) 表數(shù)效率為：表數(shù)效率為：15/1693.75 (14) 能表示的規(guī)格化浮點數(shù)個數(shù)為：能表示的規(guī)格化浮點數(shù)個數(shù)為：21516527+1 課課 堂堂 作作 業(yè)（四、五、六）業(yè)（四、五、六） 5 證明：在浮點數(shù)的字長和表數(shù)范圍一定時，尾數(shù)基值證明：在浮點數(shù)的字長和表數(shù)范圍一定時，尾數(shù)基值rm 取取2或或4具有最高的表精度。具有最高的表精度。(見教案見教案） 假設(shè)有兩種表示方式假設(shè)有兩種表示方式F1和和F2，它們二進制字長相同，尾，它們二進制字長相同，尾 數(shù)都用原碼或補碼、小數(shù)表示，階碼都移碼、整數(shù)表數(shù)都用原碼或補碼、小數(shù)表示，階碼都移碼、整數(shù)表 示，階碼的基

7、值均為示，階碼的基值均為2，尾數(shù)基值不同。，尾數(shù)基值不同。 浮點數(shù)表示方式浮點數(shù)表示方式F1：rm1=2,p1,q1, 二進制字長：二進制字長：L1= p1+q1+2 浮點數(shù)表示方式浮點數(shù)表示方式F2： rm1=2k ,p2,q2, 二進制字長：二進制字長：L2= kp2+q2+2 由于由于F1和和F2二進制字長相同，即二進制字長相同，即L1= L2，得，得 p1+q1 =kp2+q2 （1） F1的表數(shù)范圍是：的表數(shù)范圍是： F2的表數(shù)范圍是：的表數(shù)范圍是： 課課 堂堂 作作 業(yè)（六業(yè)（六*） 2 2| 1 max1 q N 2 )(| 1 2 max2 q k N 6 課課 堂堂 作作 業(yè)

8、（六業(yè)（六*） 兩邊取以兩邊取以2為底的對數(shù)得為底的對數(shù)得: q1 =q2 +log2k (2) (2.2)代入代入(2.1)得：得： p1+ q2 +log2k =kp2+q2 化簡得到：化簡得到：p1=kp2 -log2k (2.3) F1的表示數(shù)精度是：的表示數(shù)精度是： (2.4) 把把(2.3)代入代入(2.4)得到：得到： F2的表示數(shù)精度是：的表示數(shù)精度是： 取取F2與與F1表示數(shù)精度的比值：表示數(shù)精度的比值： (2.5) 只有只有k=1(rm=2)或或k=2(rm=4)時，比值時，比值T=1 結(jié)論結(jié)論1：在字長和表數(shù)范圍一定時，尾數(shù)基值：在字長和表數(shù)范圍一定時，尾數(shù)基值rm取取2

9、或或4， 浮點數(shù)具有最高的表精度。浮點數(shù)具有最高的表精度。 1log 1 2 2 kk T )21( 2 2 2 1 pk kkplog21 1 2 2 1 11 1 2 2 1 p 7 操作碼：00，01，10，110，1110，11110，11111 平均長度：H = 2.35 0.350.250.200.100.050.020.03 0.05 0.10 0.20 0.40 1.00 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0.60 課課 堂堂 作作 業(yè)（七）業(yè)（七） 8 寄存器-寄存器：每個R為3位，共8位 00 R R; 01 R R 10 R R 寄存器-存儲器: R為為3位

10、，位，X為為1位，位，A變址變址 量為量為8(127)，共，共16位。位。 1100 R X A（變址寄存器兩個只要1位） 1101 R X A（變址量127需要8位） 1110 R X A 1111 R X A 課課 堂堂 作作 業(yè)（八）業(yè)（八） 9 1、請回答下列問題:在許多早期處理機中,為什么采用 微程序設(shè)計方法?為什么現(xiàn)代處理機較少采用該方 法? 答:早期主要是微程序設(shè)計方法允許少量硬件實現(xiàn)較 復(fù)雜指令。現(xiàn)代可用硬件增多，CISC指令減少，這 樣在硬件中直接實現(xiàn)指令。 2、按Cache地址映像的塊沖突概率從高到低的順序是 ( ). A、全相聯(lián)映像 、直接映像、組相聯(lián)映像 B、組相聯(lián)映像

11、、直接映像、全相聯(lián)映像 C、直接映像、組相聯(lián)映像、全相聯(lián)映像(OK) D、全相聯(lián)映像、組相聯(lián)映像、直接映像 課課 堂堂 作作 業(yè)（十）業(yè)（十） 10 一、對于一個采用組相聯(lián)映象方式和一、對于一個采用組相聯(lián)映象方式和FIFO替換算法的替換算法的Cache， 發(fā)現(xiàn)它的等效訪問時間太長；為此，提出如下改進建議：發(fā)現(xiàn)它的等效訪問時間太長；為此，提出如下改進建議： (1)增大主存的容量。增大主存的容量。 基本無關(guān)基本無關(guān) (2)提高主存的速度。提高主存的速度。 能夠減小等效訪問時間，能夠減小等效訪問時間，T = TC H+TM (1-H)，通過減，通過減 小小TM能夠減小能夠減小T。 (3)增大增大Ca

12、che的容量。的容量。 當(dāng)當(dāng)Cache比較小時，增大比較小時，增大Cache對減小等效訪問時間對減小等效訪問時間 效果明顯；當(dāng)效果明顯；當(dāng)Cache容量達(dá)到一定程度時，效果逐漸不明容量達(dá)到一定程度時，效果逐漸不明 顯。顯。 (4) Cache的總?cè)萘亢蛪K大小不變，增大組的大小。的總?cè)萘亢蛪K大小不變，增大組的大小。 有一個極大值，在這個極大值點，等效訪問時間最小。有一個極大值，在這個極大值點，等效訪問時間最小。 課課 堂堂 作作 業(yè)（十一）業(yè)（十一） 11 1、不屬于堆棧算法的是( ) A、FIFO算法 B、LFU 算法 C、OPT算法 D、LRU算法 2、與虛擬存儲器的等效訪問速度無關(guān)的是（

13、） A、訪存頁地址流 B、頁面替換算法 C、主存的容量 D、輔存的容量 答案答案:1、A；2、D （請（請計算機四班計算機四班的同學(xué)，將本題答案寫在紙條上，下課后交的同學(xué)，將本題答案寫在紙條上，下課后交 到講臺上，并寫好班級、學(xué)號、姓名，）到講臺上，并寫好班級、學(xué)號、姓名，） 2005.4.15 課課 堂堂 作作 業(yè)（十二）業(yè)（十二） 12 一、對于一個采用組相聯(lián)映象方式和一、對于一個采用組相聯(lián)映象方式和FIFO替換算法的替換算法的Cache， 發(fā)現(xiàn)它的等效訪問時間太長；為此，提出如下改進建議：發(fā)現(xiàn)它的等效訪問時間太長；為此，提出如下改進建議： (1)Cache的總?cè)萘亢徒M大小不變，增大塊的大

14、小。的總?cè)萘亢徒M大小不變，增大塊的大小。 有一個極大值，在這個極大值點，等效訪問時間最小。有一個極大值，在這個極大值點，等效訪問時間最小。 (2)提高提高Cache的速度。的速度。 能夠減小等效訪問時間，能夠減小等效訪問時間，T = TC H+TM (1-H)，效果明，效果明 (3)Cache的總?cè)萘亢蛪K大小不變，增加組數(shù)。的總?cè)萘亢蛪K大小不變，增加組數(shù)。 當(dāng)組數(shù)不是很多時，等效訪問時間的變化不大，當(dāng)組當(dāng)組數(shù)不是很多時，等效訪問時間的變化不大，當(dāng)組 數(shù)超過某一值時，等效訪問時間將明顯增加。數(shù)超過某一值時，等效訪問時間將明顯增加。 (4)替換算法由替換算法由FIFO改為改為LFU。 能夠提高命中

15、率，因此，能夠減小等效訪問時間。能夠提高命中率，因此，能夠減小等效訪問時間。 課課 堂堂 作作 業(yè)（十三）業(yè)（十三） 13 課課 堂堂 作作 業(yè)（十六）業(yè)（十六） 解：禁止表解：禁止表F=3、 沖突向量沖突向量C=（100） 狀態(tài)圖如右圖所示：狀態(tài)圖如右圖所示： 簡單循環(huán)：簡單循環(huán)：(4), (2), (2,4), (1,4), (1,1,4); 迫切循環(huán)：迫切循環(huán)：(1,1,4), (2); 最佳恒定等待時間循環(huán)最佳恒定等待時間循環(huán): (2); 最小平均等待延遲最小平均等待延遲 MAL=2; 因為因為MAL=2，所以該流水線的吞吐率，所以該流水線的吞吐率 14 課課 堂堂 作作 業(yè)（十七）業(yè)

16、（十七） 乘法操作用到的流水段有：乘法操作用到的流水段有：S1、S4、S5、S6；加法操作用到的；加法操作用到的 流水段有：流水段有：S1、S2、S3、S6。以最快的方式處理的流水線時空。以最快的方式處理的流水線時空 圖如圖所示：圖如圖所示： (2) A部分所處理的是 B部分所處理的是 C部分所處理的是 5 1i iii zAB 5 1i iii yxA 5 1i i Bf 15 整個處理過程共需22個時鐘周期。而進行了 14次不同的運算，所以其實際吞吐率為： 這些運算串行處理所需要的時鐘周期為56個 時鐘周期，所以其加速比和效率分別為： sMTP/73.12 105022 14 9 課課 堂

17、堂 作作 業(yè)（十七續(xù)）業(yè)（十七續(xù)） 55. 2 22 56 S%4 .42 622 56 16 試以實例說明計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成與計算機實 現(xiàn)之間的相互關(guān)系。 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為一門學(xué)科，主要是研究軟件， 硬件功能分配和對軟件、硬件界面的確定，即 哪些功能由軟件完成，哪些功能由硬件完成。 計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計算機組成和計算機實現(xiàn)是 三個不同的概念。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是計算機系 統(tǒng)的軟硬件的界面；計算機組成是計算機系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)；計算機實現(xiàn)是計算機組成的 物理實現(xiàn)。 17 課課 堂堂 作作 業(yè)（四）業(yè)（四） 一臺模型機共有7條指令，有8個通用數(shù) 據(jù)寄存器，2個變址寄存器。設(shè)計8位字長 的寄

18、存器-寄存器型指令3條，16位字長的寄 存器-存儲器型變址尋址方式指令4條，變址 范圍不小于正、負(fù)127。請設(shè)計指令格式， 并給出各字段的長度和操作碼的編碼。 (請請計算機計算機1班班的同學(xué)，將本題答案寫在紙的同學(xué)，將本題答案寫在紙 條上，下課后交到講臺上，并寫好班級、條上，下課后交到講臺上，并寫好班級、 學(xué)號、姓名）學(xué)號、姓名） 2007.4.4 用幾bit來表示? 用幾bit來表示? 用幾bit來表示? 要符合擴展編碼規(guī)則 18 有有5個中斷源，其中斷優(yōu)先級、正常情況下的中斷屏蔽碼和個中斷源，其中斷優(yōu)先級、正常情況下的中斷屏蔽碼和 改變后的中斷屏蔽碼如下表所示，每個中斷源的有改變后的中斷屏

19、蔽碼如下表所示，每個中斷源的有5位中斷屏位中斷屏 蔽碼，其中蔽碼，其中“1” 表示該中斷源被屏蔽，表示該中斷源被屏蔽，“0”表示該中斷源開表示該中斷源開 放。放。 (1) 5個中斷源同時申請，個中斷源同時申請，分別寫出使用正常的中斷屏蔽碼和分別寫出使用正常的中斷屏蔽碼和 改變后中斷屏蔽碼時，處理機響應(yīng)各中斷源的中斷服務(wù)請求改變后中斷屏蔽碼時，處理機響應(yīng)各中斷源的中斷服務(wù)請求 的先后次序和的先后次序和實際中斷次序?qū)嶋H中斷次序。 (2)假設(shè)處理機從響應(yīng)中斷源的中斷服務(wù)請求開始，到運行中假設(shè)處理機從響應(yīng)中斷源的中斷服務(wù)請求開始，到運行中 斷服務(wù)程序中第一次開中斷所用時間為斷服務(wù)程序中第一次開中斷所用

20、時間為1個單位時間，運行中個單位時間，運行中 斷服務(wù)程序的其它部分所使用的時間為斷服務(wù)程序的其它部分所使用的時間為4個單位時間，那么在個單位時間，那么在 執(zhí)行主程序時，有執(zhí)行主程序時，有D3、D4和和D5同時發(fā)出中斷服務(wù)請求，過了同時發(fā)出中斷服務(wù)請求，過了 3個單位時間，又有中斷源個單位時間，又有中斷源D1和和D2同時發(fā)出中斷服務(wù)請求，如同時發(fā)出中斷服務(wù)請求，如 果使用改變后中斷屏蔽碼，請畫出處理機響應(yīng)中斷源的中斷果使用改變后中斷屏蔽碼，請畫出處理機響應(yīng)中斷源的中斷 服務(wù)請求和實際運行中斷服務(wù)程序過程示意圖。服務(wù)請求和實際運行中斷服務(wù)程序過程示意圖。 課課 堂堂 作作 業(yè)（二十一）業(yè)（二十一）

21、 19 （1）D1D2D3D4D5 D5D4D3D2D1 用戶程序 1 2 3 4 5 12345 題目中沒有說明是題目中沒有說明是1 級最高，還是級最高，還是5級最級最 高，有的同學(xué)認(rèn)為高，有的同學(xué)認(rèn)為 中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級D5最高！最高！ 對嗎？對嗎？ 我們可以從正常中斷我們可以從正常中斷 屏蔽碼得到結(jié)論：應(yīng)屏蔽碼得到結(jié)論：應(yīng) 該是該是1級最高，如果級最高，如果 是是5級最高就沒有意級最高就沒有意 義，因為響應(yīng)義，因為響應(yīng)D5 中中 斷，其他中斷源無法斷，其他中斷源無法 中斷中斷D5執(zhí)行執(zhí)行 。 20 用戶程序 1 2 3 4 5 12345 （2）D1D2D3D4D5 D1D2D3D5D

22、4 此時此時D1、 D2、D3 執(zhí)行完，還有執(zhí)行完，還有D4、 D5沒有執(zhí)行，那么沒有執(zhí)行，那么 選擇選擇D4執(zhí)行，執(zhí)行，這時這時 屏蔽碼對屏蔽碼對D5是開放是開放 的，所以的，所以D5中斷中斷D4 執(zhí)行，執(zhí)行執(zhí)行，執(zhí)行D5，執(zhí)，執(zhí) 行行D5完畢就執(zhí)行完畢就執(zhí)行D4 ， 然后返回主程序。然后返回主程序。 21 12 345 用戶程序 1 2 3 4 5 錯錯! 錯的原因：錯的原因：執(zhí)行執(zhí)行D3 后要返回到用戶程后要返回到用戶程 序！序！ 開始開始345中斷源同中斷源同 時然后過時然后過3單位時單位時 間間,又有又有D1、D2申申 請中斷。請中斷。 22 12 345 用戶程序用戶程序 1 2 3 4 5 OK! 345中斷源同時申請中斷源同時申請, 選擇最高的選擇最高的D3執(zhí)行執(zhí)行, 由于一個中斷程序由于一個中斷程序 執(zhí)行需要執(zhí)行需要5個單位時個單位時 間間,其中一個關(guān)門時其中一個關(guān)門時 間間.當(dāng)中斷當(dāng)中斷D3執(zhí)行執(zhí)行3 單位時間單位時間,又有又有D1、 D2申請中斷。申請中斷。 這時屏蔽碼對這時屏蔽碼對D1是開放的，所是開放的，所 以執(zhí)行以執(zhí)行D1級中斷！然后返回執(zhí)級中斷！然后返回執(zhí) 行行D3完！再完！再返回用戶程序，返回用