自考計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)考前復(fù)習(xí)資料_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念     從處理數(shù)據(jù)的角度看,并行級(jí)別有位串字串,位并字串,位片串字并,全并行。位串字串和位并字串基本上構(gòu)成了SIMD。位片串字并的例子有:相聯(lián)處理機(jī)STARAN,MPP。全并行的例子有:陣列處理機(jī)ILLIAC IV。     從加工信息的角度看,并行級(jí)別有存儲(chǔ)器操作并行,處理器操作步驟并行,處理器操作并行,指令、任務(wù)、作業(yè)并行。     存儲(chǔ)器操作并行是指可以在一個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)并行讀出多個(gè)CPU字的,采用單體多字、多體單字或多體多字的交叉訪問主存

2、系統(tǒng),進(jìn)而采用按內(nèi)容訪問方式,位片串字并或全并行方式,在一個(gè)主存周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器中大量字的高速并行操作。例子有并行存儲(chǔ)器系統(tǒng),以相聯(lián)存儲(chǔ)器為核心構(gòu)成的相聯(lián)處理機(jī)。     處理器操作步驟并行是指在并行性概念中引入時(shí)間因素,讓多個(gè)處理過程在時(shí)間上錯(cuò)開,輪流重復(fù)地執(zhí)行使用同一套設(shè)備的各個(gè)部分,加快硬件周轉(zhuǎn)來贏得速度。例子有流水線處理機(jī)。     處理器操作并行是指一個(gè)指令部件同時(shí)控制多個(gè)處理單元,實(shí)現(xiàn)一條指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的操作。擅長(zhǎng)對(duì)向量、數(shù)組進(jìn)行處理。例子有陣列處理機(jī)。     

3、;指令、任務(wù)、作業(yè)并行是指多個(gè)獨(dú)立的處理機(jī)分別執(zhí)行各自的指令、任務(wù)、作業(yè)。例子有多處理機(jī),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),分布處理系統(tǒng)。     并行性的開發(fā)途徑有時(shí)間重疊(Time Interleaving),資源重復(fù)(Resource Replication),資源共享(Resource Sharing)。     時(shí)間重疊是指在并行性概念中引入時(shí)間因素,讓多個(gè)處理過程在時(shí)間上錯(cuò)開,輪流重復(fù)地執(zhí)行使用同一套設(shè)備的各個(gè)部分,加快硬件周轉(zhuǎn)來贏得速度。例子有流水線處理機(jī)。     資源重復(fù)是指一個(gè)

4、指令部件同時(shí)控制多個(gè)處理單元,實(shí)現(xiàn)一條指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的操作。例子有陣列處理機(jī),相聯(lián)處理機(jī)。     資源共享是指用軟件方法讓多個(gè)用戶按一定時(shí)間順序輪流使用同一套資源以提高資源的利用率,從而提高系統(tǒng)性能。例子有多處理機(jī),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),分布處理系統(tǒng)。   SISD:一個(gè)指令部件控制一個(gè)操作部件,實(shí)現(xiàn)一條指令對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)的操作。例子有傳統(tǒng)的單處理機(jī)     SIMD:一個(gè)指令部件同時(shí)控制多個(gè)處理單元,實(shí)現(xiàn)一條指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的操作。例子有陣列處理機(jī),相聯(lián)處理機(jī)。   MIMD:多個(gè)獨(dú)立的

5、處理機(jī)分別執(zhí)行各自的指令、任務(wù)、作業(yè),實(shí)現(xiàn)指令、任務(wù)、作業(yè)并行的多機(jī)系統(tǒng),是多個(gè)SISD的集合,也稱多倍SISD系統(tǒng)(MSISD)。例子有多處理機(jī),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),分布處理系統(tǒng)。 exercises: 1.有一臺(tái)經(jīng)解釋實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī),可以按功能劃分成4級(jí),每一級(jí)為了執(zhí)行一條指令,需要下一級(jí)的N條指令來解釋。如果執(zhí)行第1級(jí)的一條指令要Kns時(shí)間,那么執(zhí)行第2、第3和第4級(jí)的一條指令各需要用多少時(shí)間? 解答:  執(zhí)行第2、第3和第4級(jí)的一條指令各需要KNns、KN2ns、KN3ns的時(shí)間。1.有一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可按功能分成4級(jí),每級(jí)的指令互不相同,每一級(jí)的指令都比其下一級(jí)的指令在效能上

6、強(qiáng)M倍,即第i級(jí)的一條指令能完成第i-1級(jí)的M條指令的計(jì)算量?,F(xiàn)若需第i級(jí)的N條指令解釋第i+1級(jí)的一條指令,而有一段第1級(jí)的程序需要運(yùn)行Ks,問在第2、3和4級(jí)上一段等效程序各需要運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間? 答:  第2級(jí)上等效程序需運(yùn)行:(N/M)*Ks。第3級(jí)上等效程序需運(yùn)行:(N/M)*(N/M)*Ks。第4級(jí)上等效程序需運(yùn)行:(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。 note:     由題意可知:第i級(jí)的一條指令能完成第i-1級(jí)的M條指令的計(jì)算量。而現(xiàn)在第i級(jí)有N條指令解釋第i+1級(jí)的一條指令,那么,我們就可以用N/M來表示N/M 表示第i+

7、1級(jí)需(N/M)條指令來完成第i級(jí)的計(jì)算量。所以,當(dāng)有一段第1級(jí)的程序需要運(yùn)行Ks時(shí),在第2級(jí)就需要(N/M)Ks,以此類推 2.硬件和軟件在什么意義上是等效的?在什么意義上又是不等效的?試舉例說明。 答:軟件和硬件在邏輯功能上是等效的,原理上,軟件的功能可用硬件或固件完成,硬件的功能也可用軟件模擬完成。但是實(shí)現(xiàn)的性能價(jià)格比,實(shí)現(xiàn)的難易程序不同。     在DOS操作系統(tǒng)時(shí)代,漢字系統(tǒng)是一個(gè)重要問題,早期的漢字系統(tǒng)的字庫和處理程序都固化在漢卡(硬件)上,而隨著CPU、硬盤、內(nèi)存技術(shù)的不斷發(fā)展,UCDOS把漢字系統(tǒng)的所有組成部份做成一個(gè)軟件。 3.試以實(shí)例

8、說明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)之間的相互關(guān)系與影響。 答:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)互不相同,但又相互影響。     (1)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同,但可采用不同的組成。如IBM370系列有115、125、135、158、168等由低檔到高檔的多種型號(hào)機(jī)器。從匯編語言、機(jī)器語言程序設(shè)計(jì)者看到的概念性結(jié)構(gòu)相同,均是由中央處理機(jī)/主存,通道、設(shè)備控制器,外設(shè)4級(jí)構(gòu)成。其中,中央處理機(jī)都有相同的機(jī)器指令和匯編指令系統(tǒng),只是指令的分析、執(zhí)行在低檔機(jī)上采用順序進(jìn)行,在高檔機(jī)上采用重疊、流水或其它并行處理方式。    

9、; (2)相同的組成可有多種不同的實(shí)現(xiàn)。如主存器件可用雙極型的,也可用MOS型的;可用VLSI單片,也可用多片小規(guī)模集成電路組搭。     (3)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同,會(huì)使采用的組成技術(shù)不同,反之組成也會(huì)影響結(jié)構(gòu)。如為實(shí)現(xiàn)A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),也可采用面向主存的三地址尋址方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。要提高運(yùn)行速度,可讓相加與相乘并行,為此這兩種結(jié)構(gòu)在組成上都要求設(shè)置獨(dú)立的加法器和乘法器。但對(duì)面向寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還要求寄存器能同時(shí)被訪問,而對(duì)面向主存的三地址尋址方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并無此要求,倒是要求能同時(shí)形成多個(gè)訪存操作數(shù)地址和能

10、同時(shí)訪存。又如微程序控制是組成影響結(jié)構(gòu)的典型。通過改變控制存儲(chǔ)器中的微程序,就可改變系統(tǒng)的機(jī)器指令,改變結(jié)構(gòu)。如果沒有組成技術(shù)的進(jìn)步,結(jié)構(gòu)的進(jìn)展是不可能的。     綜上所述,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須結(jié)合應(yīng)用考慮,為軟件和算法的實(shí)現(xiàn)提供更多更好的支持,同時(shí)要考慮可能采用和準(zhǔn)備采用的組成技術(shù)。應(yīng)避免過多地或不合理地限制各種組成、實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采用和發(fā)展,盡量做到既能方便地在低檔機(jī)上用簡(jiǎn)單便宜的組成實(shí)現(xiàn),又能在高檔機(jī)上用復(fù)雜較貴的組成實(shí)現(xiàn),這樣,結(jié)構(gòu)才有生命力;組成設(shè)計(jì)上面決定于結(jié)構(gòu),下面受限于實(shí)現(xiàn)技術(shù)。然而,它可與實(shí)現(xiàn)折衷權(quán)衡。例如,為達(dá)到速度要求,可用簡(jiǎn)單的組成但

11、卻是復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)技術(shù),也可用復(fù)雜的組成但卻是一般速度的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。前者要求高性能的器件,后者可能造成組成設(shè)計(jì)復(fù)雜化和更多地采用專用芯片。     組成和實(shí)現(xiàn)的權(quán)衡取決于性能價(jià)格比等因素;結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)所包含的具體內(nèi)容隨不同時(shí)期及不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)有差異。軟件的硬化和硬件的軟件都反映了這一事實(shí)。VLSI的發(fā)展更使結(jié)構(gòu)組成和實(shí)現(xiàn)融為一體,難以分開。 4.什么是透明性概念?對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),下列哪些是透明的?哪些是不透明的? 存儲(chǔ)器的模m交叉存??;浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示;I/O系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍處理機(jī)方式;數(shù)據(jù)總線寬度;字符行運(yùn)算指令;陣列運(yùn)算部件;通道是采用結(jié)合

12、型還是獨(dú)立型;PDP-11系列的單總線結(jié)構(gòu);訪問方式保護(hù);程序性中斷;串行、重疊還是流水控制方式;堆棧指令;存儲(chǔ)器最小編址單位;Cache存儲(chǔ)器。 答:透明指的是客觀存在的事物或?qū)傩詮哪硞€(gè)角度看不到。     透明的有:存儲(chǔ)器的模m交叉存??;數(shù)據(jù)總線寬度;陣列運(yùn)算部件;通道是采用結(jié)合型還是獨(dú)立型;PDP-11系列的單總線結(jié)構(gòu)串行、重疊還是流水控制方式;Cache存儲(chǔ)器。     不透明的有:浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示;I/O系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍處理機(jī)方式;字符行運(yùn)算指令;訪問方式保護(hù);程序性中斷;堆棧指令;存儲(chǔ)器最小編址單

13、位。 5.從機(jī)器(匯編)語言程序員看,以下哪些是透明的? 指令地址寄存器;指令緩沖器;時(shí)標(biāo)發(fā)生器;條件寄存器;乘法器;主存地址寄存器;磁盤外設(shè);先行進(jìn)位鏈;移位器;通用寄存器;中斷字寄存器。 答:透明的有:指令緩沖器、時(shí)標(biāo)發(fā)生器、乘法器、先進(jìn)先出鏈、移位器、主存地址寄存器。 6.下列哪些對(duì)系統(tǒng)程序員是透明的?哪些對(duì)應(yīng)用程序員是透明的? 系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度;虛擬存儲(chǔ)器;Cache存儲(chǔ)器;程序狀態(tài)字;“啟動(dòng)I/O”指令;“執(zhí)行”指令;指令緩沖寄存器。 答:對(duì)系統(tǒng)程序員透明的有:系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度;Cache存儲(chǔ)器;指令緩沖寄存器;     

14、;對(duì)應(yīng)用程序員透明的有:系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度;Cache存儲(chǔ)器;指令緩沖寄存器;虛擬存儲(chǔ)器;程序狀態(tài)字;“啟動(dòng)I/O”指令。 note:系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度、Cache存貯器、指令緩沖寄存器屬于計(jì)算機(jī)組成,對(duì)系統(tǒng)和程序員和應(yīng)用程序員都是透明的。     虛擬存貯器、程序狀態(tài)字、“啟動(dòng)I/O”指令,對(duì)系統(tǒng)程序員是不透明的,而對(duì)應(yīng)用程序員卻是透明的。    “執(zhí)行”指令則對(duì)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是不透明的。 7.想在系列機(jī)中發(fā)展一種新型號(hào)機(jī)器,你認(rèn)為下列哪些設(shè)想是可以考慮的,哪些則不行的?為什么? 新

15、增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令,以支持事務(wù)處理程序的編譯。 (2)為增強(qiáng)中斷處理功能,將中斷分級(jí)由原來的4級(jí)增加到5級(jí),并重新調(diào)整中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序。 (3)在CPU和主存之間增設(shè)Cache存儲(chǔ)器,以克服因主存訪問速率過低而造成的系統(tǒng)性能瓶頸。 (4)為解決計(jì)算誤差較大,將機(jī)器中浮點(diǎn)數(shù)的下溢處理方法由原來的恒置“1”法,改為用ROM存取下溢處理結(jié)果的查表舍入法。 (5)為增加尋址靈活性和減少平均指令字長(zhǎng),將原等長(zhǎng)操作碼指令改為有3類不同碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼;將源操作數(shù)尋址方式由操作碼指明改成如VAX-11那種設(shè)尋址方式位字段指明。 (6)將CPU與主存間的數(shù)據(jù)通路寬度由16位擴(kuò)展成32位,以

16、加快主機(jī)內(nèi)部信息的傳送。 (7)為減少公用總路線的使用沖突,將單總線改為雙總線。 (8)把原0號(hào)通用寄存器改作堆棧指示器。 答:可以考慮的有:1,3,4,6,7。不可以考慮的有:2,5,8。     原則是看改進(jìn)后能否保持軟件的可移植性。     P.S.為了能使軟件長(zhǎng)期穩(wěn)定,就要在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不變,因此在確定系列結(jié)構(gòu)時(shí)要非常慎重。其中最主要是確定好系列機(jī)的指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示及概念性結(jié)構(gòu)。既要考慮滿足應(yīng)用的各種需要和發(fā)展,又要考慮能方便地采用從低速到高速的各種組成的實(shí)現(xiàn)技術(shù),即使用復(fù)雜、昂貴的組成

17、實(shí)現(xiàn)時(shí),也還能充分發(fā)揮該實(shí)現(xiàn)方法所帶來的好處。 8.并行處理計(jì)算機(jī)除分布處理、MPP和機(jī)群系統(tǒng)外,有哪4種基本結(jié)構(gòu)?列舉它們各自要解決的主要問題。 答:除了分布處理,MPP和機(jī)群系統(tǒng)外,并行處理計(jì)算機(jī)按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為流水線計(jì)算機(jī),陣列處理機(jī),多處理機(jī)和數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)四種不同的結(jié)構(gòu)。     流水線計(jì)算機(jī)主要通過時(shí)間重疊,讓多個(gè)部件在時(shí)間上交劃重疊地并行招待運(yùn)算和處理,以實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的并行。它主要應(yīng)解決:擁塞控制,沖突防止,流水線調(diào)度等問題。     陣列處理機(jī)主要通過資源重復(fù)實(shí)現(xiàn)空間上的并行。它主要應(yīng)解決:處理單

18、元靈活、規(guī)律的互連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的分布算法等問題。     多處理機(jī)主要通過資源共享,讓一組計(jì)算機(jī)在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)全盤控制下,實(shí)現(xiàn)軟件和硬件各級(jí)上的相互作用,達(dá)到時(shí)間和空間上的異 步并行。它主要應(yīng)解決:處理機(jī)間互連等硬件結(jié)構(gòu),進(jìn)程間的同上步和通訊,多處理機(jī)調(diào)度等問題。     數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)設(shè)有共享變量的概念,指令執(zhí)行順序只受指令中數(shù)據(jù)的相關(guān)性制約。數(shù)據(jù)是以表示某一操作數(shù)或參數(shù)已準(zhǔn)備就緒的數(shù)據(jù)令牌直接在指令之間傳遞。它主要應(yīng)解決:研究合適的硬件組織和結(jié)構(gòu),高效執(zhí)行的數(shù)據(jù)流語言等問題。 9.計(jì)算機(jī)系

19、統(tǒng)的3T性能目標(biāo)是什么? 答:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)是 1TFLOPS計(jì)算能力,1TBYTE主存容量 和 1TBYTES的I/O帶寬第二章數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng) 1.尾數(shù)的rm進(jìn)制數(shù)位m'和尾數(shù)的二進(jìn)制數(shù)位m的關(guān)系     存在m'=m/log2(rm)這種關(guān)系是因?yàn)椋跈C(jī)器中,一個(gè)rm進(jìn)制的數(shù)位是用log2(rm)個(gè)機(jī)器數(shù)位來表示的。     假設(shè)rm=8,尾數(shù)為20,則m'=2,八進(jìn)制數(shù)20轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為10000,其二進(jìn)制數(shù)位,即機(jī)器數(shù)位m=5。2=5/log2(8)。  &

20、#160;  note:這里的等號(hào)并不表示純粹數(shù)學(xué)意義上的“等于”。 2.可表示的尾數(shù)個(gè)數(shù)公式     rmm'(rm-1)/rm。     對(duì)于rm進(jìn)制的數(shù)來說,每個(gè)數(shù)位均可以有0到rm-1,即rm個(gè)碼。 m'個(gè)rm進(jìn)制數(shù)位共有rmm'種編碼。但課本中討論的是規(guī)格化數(shù),即尾數(shù)的小數(shù)點(diǎn)后第一個(gè)數(shù)位不為零的數(shù),所以,應(yīng)該去掉小數(shù)點(diǎn)后第一個(gè)數(shù)位是0的那些非規(guī)格化的數(shù)。顯然,非規(guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)占了全部尾數(shù)編碼總數(shù)的1/rm的比例,所以可表示的浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化的尾數(shù)個(gè)數(shù)應(yīng)該是:rmm'(

21、1-1/rm)。 exercises: 1.某模型時(shí)機(jī)共有7種指令,各指令使用頻率分別為0.35,0.25,0.20,0.10,0.05,0.03,0.02,有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器和2個(gè)變址寄存器。 (1) 要求操作碼的平均長(zhǎng)最短,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)操作碼的編碼,并計(jì)算所設(shè)計(jì)操作碼的平均長(zhǎng)。(4分) (2) 設(shè)計(jì)8位長(zhǎng)度的寄存器寄存器型指令3種,16位長(zhǎng)度的寄存器存儲(chǔ)器變址尋址方式指令4條,變址范圍不小于正、負(fù)127。請(qǐng)寫出指令格式,并給出各字段的長(zhǎng)度和操作碼編碼。(6分) 解答:  (1)全Huffman編碼的平均碼長(zhǎng)是可用的二進(jìn)制位編碼中平均碼長(zhǎng)最短的編碼。 全Huffman編碼的平均碼長(zhǎng)=2

22、*(0.35+0.25+0.20)+3*0.10+4*0.05+5*(0.02+0.03)=2.35     (2) 由于有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器和2個(gè)變址寄存器,所以通用寄存器用3位表示,變址寄存器用1位表示,8位的寄存器-寄存器型指令,3個(gè)操作碼編碼為00、01、10,16位的寄存器-存儲(chǔ)器變址尋址方式指令, 4個(gè)操作碼編碼為1100、1101、1110、1111,2位 3位 3位OP R1 R2操作碼 寄存器1 寄存器24位 3位 1位 8位OP R1 X d操作碼 寄存器1 變址寄存器 相對(duì)位移 主存邏輯地址1.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機(jī)器的數(shù)據(jù)表示之間是什么關(guān)系?確定和引

23、入數(shù)據(jù)表示的基本原則是什么? 答:數(shù)據(jù)表示是能由硬件直接識(shí)別和引用的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映各種數(shù)據(jù)元素或信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。     數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過軟件映象變換成機(jī)器所具有的各種數(shù)據(jù)表示實(shí)現(xiàn),所以數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組成元素。不同的數(shù)據(jù)表示可為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供不同的支持,表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)效率和方便性不同。數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件、硬件的交界面。     除基本數(shù)據(jù)表示不可少外,高級(jí)數(shù)據(jù)表示的引入遵循以下原則:     (1)看系統(tǒng)的效率有否提高,是否養(yǎng)活了實(shí)現(xiàn)時(shí)間和存儲(chǔ)空間。

24、     (2)看引入這種數(shù)據(jù)表示后,其通用性和利用率是否高。 2.標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示有何區(qū)別?描述符數(shù)據(jù)表示與向量數(shù)據(jù)表示對(duì)向量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所提供的支持有什么不同? 答:標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示的差別是標(biāo)志符與每個(gè)數(shù)據(jù)相連,合存于同一存儲(chǔ)單元,描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類型特性;描述符是與數(shù)據(jù)分開存放,用于描述向量、數(shù)組等成塊數(shù)據(jù)的特征。     描述符數(shù)據(jù)表示為向量、數(shù)組的的實(shí)現(xiàn)提供了支持,有利于簡(jiǎn)化高級(jí)語言程序編譯中的代碼生成,可以比變址法更快地形成數(shù)據(jù)元素的地址。但描述符數(shù)據(jù)表示并不支持向量、數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

25、的高效實(shí)現(xiàn)。而在有向量、數(shù)組數(shù)據(jù)表示的向量處理機(jī)上,硬件上設(shè)置有豐富的賂量或陣列運(yùn)算指令,配有流水或陣列方式處理的高速運(yùn)算器,不僅能快速形成向量、數(shù)組的元素地址,更重要的是便于實(shí)現(xiàn)把向量各元素成塊預(yù)取到中央處理機(jī),用一條向量、數(shù)組指令流水或同時(shí)對(duì)整個(gè)向量、數(shù)組高速處理如讓硬件越界判斷與元素運(yùn)算并行。這些比起用與向量、陣列無關(guān)的機(jī)器語言和數(shù)據(jù)表示串行實(shí)現(xiàn)要高效的多。 3.堆棧型機(jī)器與通用寄存器型機(jī)器的主要區(qū)別是什么?堆棧型機(jī)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為程序調(diào)用的哪些操作提供了支持? 答:通用寄存器型機(jī)器對(duì)堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的支持是較差的。表現(xiàn)在:(1)堆棧操作的指令少,功能單一;(2)堆棧在存儲(chǔ)器內(nèi),訪問堆棧速度

26、低;(3)堆棧通常只用于保存于程序調(diào)用時(shí)的返回地址,少量用堆棧實(shí)現(xiàn)程序間的參數(shù)傳遞。     而堆棧型機(jī)器則不同,表現(xiàn)在:(1)有高速寄存器組成的硬件堆棧,并與主存中堆棧區(qū)在邏輯上組成整體,使堆棧的訪問速度是寄存器的,容量是主存的;(2)豐富的堆棧指令可對(duì)堆棧中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算和處理;(3)有力地支持高級(jí)語言的編譯;(4)有力地支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用。     堆棧型機(jī)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有力地支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用。在程序調(diào)用時(shí)將返回地址、條件碼、關(guān)鍵寄存器的內(nèi)容等全部壓入堆棧,待子程序返回時(shí),再?gòu)亩褩V袕棾觥?

27、4.設(shè)某機(jī)階值6位、尾數(shù)48位,階符和數(shù)符不在其內(nèi),當(dāng)尾數(shù)分別以2、8、16為基時(shí),在非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化數(shù)情況下,求出其最小階、最大階、階的個(gè)數(shù)、最小尾數(shù)值、最大尾數(shù)值、可表示的最小值和最大值及可表示的規(guī)格化數(shù)的總個(gè)數(shù)。 解:    依題意知:p=6 m=48 rm=2, 8, 16,m'=m/log2(rm),列下表: p=6,m=48,rm=2(m'=48)p=6,m=48,rm=8(m'=16)p=6,m=48,rm=16(m'=12)最小階(非負(fù)階,最小為0)000最大階(2p-1)26-126-126-1最小

28、尾數(shù)值(rm(-1)1/21/81/16最大尾數(shù)值(1-rm(-m')1-2(-48)1-8(-16),即(1-2(-48)1-16(-12),即(1-2(-48)可表示的最小值1/21/81/16可表示的最大值263*(1-2(-48)863*(1-8(-16)1663*(1-16(-12)階的個(gè)數(shù)(2p)262626可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)248*(2-1)/2816*(8-1)/81612*(16-1)/16可表示的規(guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)26*248*(2-1)/226*816*(8-1)/826*1612*(16-1)/16note: 可表示的最小值=rm(最小階)*最小尾數(shù)值=r

29、m0*rm(-1)=rm(-1);      可表示的最大值=rm(最大階)*最大尾數(shù)值=rm(2p-1)*(1-rm(-m');      可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)=rmm'*(rm-1)/rm;      可表示的規(guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)=階的個(gè)數(shù)*尾數(shù)的個(gè)數(shù)=2p*rmm'*(rm-1)/rm。 5.(1)浮點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)使用的階基rp=2,階值位數(shù)p=2,尾數(shù)基值rm=10,以rm為基的尾數(shù)位數(shù)m''=1,按照使用的倍數(shù)來說,等價(jià)于m=4, 試計(jì)算在

30、非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化情況下的最小尾數(shù)值、最大尾數(shù)值、最大階值、可表示的最小值和最大值及可表示數(shù)的個(gè)數(shù)。 (2)對(duì)于rp=2,p=2,rm=4,m'=2,重復(fù)以上計(jì)算。 解:    依題意列下表: p=2,rm=10,m'=1p=2,rm=4,m'=2最小尾數(shù)值10-1=0.14-1=0.25最大尾數(shù)值1-10-1=0.91-4-2=15/16最大階值2p-1=33可表示的最小值0.10.25可表示的最大值103*0.9=90043*15/16=60可表示數(shù)的個(gè)數(shù)3648    題中“按照使

31、用的倍數(shù)來說,等價(jià)于m=4,” 這個(gè)m=4,因?yàn)?3<10<24,等價(jià)為實(shí)際要4個(gè)二進(jìn)制位,表示RM=10為基的一位 6.由4位數(shù)(其中最低位為下溢附加位)經(jīng)ROM查表舍入法,下溢處理成3位結(jié)果,設(shè)計(jì)使下溢處理平均誤差接近于零的ROM表,列出ROM編碼表地址與內(nèi)容的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 解:    ROM編碼表地址與內(nèi)容的對(duì)應(yīng)關(guān)系 地址0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111內(nèi)容00000100101001001101110010010110111011011111

32、11117.變址尋址和基址尋址各適用于何種場(chǎng)合?設(shè)計(jì)一種只用6位地址碼就可指向一個(gè)大地址空間中任意64個(gè)地址之一的尋址機(jī)構(gòu)。 答:基址尋址是對(duì)邏輯地址空間到物理地址空間變換的支持,以利于實(shí)現(xiàn)程序的動(dòng)態(tài)再定位。變址尋址是對(duì)數(shù)組等數(shù)據(jù)塊運(yùn)算的支持,以利于循環(huán)。將大地址空間64個(gè)地址分塊,用基址寄存器指出程序所在塊號(hào),用指令中6位地址碼表示該塊內(nèi)64 個(gè)地址之一,這樣基址和變址相結(jié)合可訪問大地址任意64個(gè)地址之一。比如地址空間很大,為0-1023,只用6位地址碼就可以指向這1024個(gè)地址中的任意64個(gè)。 剖析:比如地址空間很大,1024,就是分成16個(gè)塊,塊號(hào)放在寄存器中,塊內(nèi)地址放在地址位中,寄存

33、器內(nèi)容和地址位結(jié)合,就能達(dá)到要求了。 8.經(jīng)統(tǒng)計(jì),某機(jī)器14條指令的使用頻度分別為:0.01,0.15,0.12,0.03,0.02,0.04,0.02,0.04,0.01,0.13,0.15,0.14,0.11,0.03。分別求出用等長(zhǎng)碼、Huffman碼、只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼3種編碼方式的操作碼平均碼長(zhǎng)。 解:等長(zhǎng)操作碼的平均碼長(zhǎng)=4位;Huffman編碼的平均碼長(zhǎng)=3.38位;只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼的平均碼長(zhǎng)=3.4位。 9.若某機(jī)要求:三地址指令4條,單地址指令255條,零地址指令16條。設(shè)指令字長(zhǎng)為12位每個(gè)地址碼長(zhǎng)為3位。問能否以擴(kuò)展操作碼為其編碼?如果其中單地址指令為254

34、條呢?說明其理由。 答:  不能用擴(kuò)展碼為其編碼。     指令字長(zhǎng)12位,每個(gè)地址碼占3位;     三地址指令最多是2(12-3-3-3)=8條, 現(xiàn)三地址指令需4條,     可有4條編碼作為擴(kuò)展碼,     單地址指令最多為4×23×23=28=256條,     現(xiàn)要求單地址指令255條,可有一條編碼作擴(kuò)展碼    &

35、#160;零地址指令最多為1×238條     不滿足題目要求     不可能以擴(kuò)展碼為其編碼。     若單地址指令254條,可以用擴(kuò)展碼為其編碼。     依據(jù)中推導(dǎo),單地址指令中可用2條編碼作為擴(kuò)展碼     零地址指令為2×2316條,滿足題目要求 note: 三地址指令格式: 操作碼 地址碼 地址碼 地址碼 3位 3位 3位 3位單地址指令格式: 操作碼 地址碼 9位

36、 3位    所以前面9位由于三地址指令用了最前面3位,還有中間6位可作為編碼(也就是總共可以有9位作為單地址指令的指令操作碼的編碼)。減去3地址指令的4條,有4*26=256條,但由于韙目要求要有255條,所以剩下一個(gè)編碼,已經(jīng)用了9位的全部編碼,最后零地址指令(全部12位都可作為操作碼的編碼)還有1*23=8 (這是12位編碼中最后三位的)若只要求254種,則可以有(256-254)*23=16條 10.某機(jī)指令字長(zhǎng)16位。設(shè)有單地址指令和雙地址指令兩類。若每個(gè)地址字段為6位.且雙地址指令有X條。問單地址指令最多可以有多少條? 答: 單地址

37、指令最多為(16-X)×26      P.S.雙地址指令最多是2(16-6-6)=24=16條, 現(xiàn)雙地址指令有X條,     可有(16-X)條編碼作為擴(kuò)展碼,     單地址指令最多為(16-X)×26=256條 11.何謂指令格式的優(yōu)化?簡(jiǎn)要列舉包括操作碼和地址碼兩部分的指令格式優(yōu)化可采用的各種途徑和思路。 答: 指令格式的優(yōu)化指如何用最短位數(shù)表示指令的操作信息和地址信息,使程序中指令的平均字長(zhǎng)最短。    

38、 操作碼的優(yōu)化     采用Huffman編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。     對(duì)地址碼的優(yōu)化:     采用多種尋址方式;     采用0、1、2、3等多種地址制;     在同種地址制內(nèi)再采用多種地址形式,如寄存器-寄存器型、寄存器-主存型、主存-主存型等;    在維持指令字在存儲(chǔ)器內(nèi)按整數(shù)邊界存儲(chǔ)的前提下,使用多種不同的指令字長(zhǎng)度。 12.某模型

39、機(jī)9條指令使用頻率為: ADD(加) 30% SUB(減) 24% JOM(按負(fù)轉(zhuǎn)移) 6%STO(存) 7% JMP(轉(zhuǎn)移) 7% SHR(右移) 2%CIL(循環(huán)) 3% CLA(清加) 20% STP(停機(jī)) 1%要求有兩種指令字長(zhǎng),都按雙操作數(shù)指令格式編排,采用擴(kuò)展操作碼,并限制只能有兩種操作碼碼長(zhǎng)。設(shè)該機(jī)有若干通用寄存器,主存為16位寬,按字節(jié)編址,采用按整數(shù)邊界存儲(chǔ)。任何指令都在一個(gè)主存周期中取得,短指令為寄存器-寄存器型,長(zhǎng)指令為寄存器-主存型,主存地址應(yīng)能變址尋址。 (1)僅根據(jù)使用頻率,不考慮其它要求,設(shè)計(jì)出全Huffman操作碼,計(jì)算其平均碼長(zhǎng); (2)考慮題目全部要求,設(shè)

40、計(jì)優(yōu)化實(shí)用的操作形式,并計(jì)算其操作碼的平均碼長(zhǎng); (3)該機(jī)允許使用多少可編址的通用寄存器? (4)畫出該機(jī)兩種指令字格式,標(biāo)出各字段之位數(shù); (5)指出訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對(duì)位移量為多少個(gè)字節(jié)? 解:  第(1)和(2)中Huffman和擴(kuò)展操作碼的編碼及平均碼長(zhǎng)如下表: 指令I(lǐng)i使用頻度PiHuffman編碼擴(kuò)展操作碼編碼I1I2I3I4I5I6I7I8I930%24%20%7%7%6%3%2%1%10000111001101111011110111110111111000110110001100111010110111110011101西個(gè)馬pili2.612.

41、78    (3)8個(gè)。     (4)兩種指令格式如下圖所示: 2位 3位 3位OP R1 R2操作碼 寄存器1 寄存器25位 3位 3位 5位OP R1 X d操作碼 寄存器1 變址寄存器 相對(duì)位移 主存邏輯地址 (5)訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對(duì)位移量為32個(gè)字節(jié)。 13.設(shè)計(jì)RISC機(jī)器的一般原則及可采用的基本技術(shù)有那些? 答: 一般原則:     (1)確定指令系統(tǒng)時(shí),只選擇使用頻度很高的指令及少量有效支持操作系統(tǒng),高級(jí)語言及其它功能的指令;  

42、   (2)減少尋址方式種類,一般不超過兩種;     (3)讓所有指令在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成;     (4)擴(kuò)大通用寄存器個(gè)數(shù),一般不少于32個(gè),盡量減少訪存次數(shù);     (5)大多數(shù)指令用硬聯(lián)實(shí)現(xiàn),少數(shù)用微程序?qū)崿F(xiàn);     (6)優(yōu)化編譯程序,簡(jiǎn)單有效地支持高級(jí)語言實(shí)現(xiàn)。     基本技術(shù):     (1)按RISC一般

43、原則設(shè)計(jì),即確定指令系統(tǒng)時(shí),選最常用基本指令,附以少數(shù)對(duì)操作系統(tǒng)等支持最有用的指令,使指令精簡(jiǎn)。編碼規(guī)整,尋址方式種類減少到1、2種。     (2)邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。即大多數(shù)簡(jiǎn)單指令用硬聯(lián)方式實(shí)現(xiàn),功能復(fù)雜的指令用微程序?qū)崿F(xiàn)。     (3)用重疊寄存器窗口。即:為了減少訪存,減化尋址方式和指令格式,簡(jiǎn)單有效地支持高級(jí)語言中的過程調(diào)用,在RISC機(jī)器中設(shè)有大量寄存囂,井讓各過程的寄存器窗口部分重疊。     (4)用流水和延遲轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)指令,即可讓本條指令執(zhí)行與下

44、條指令預(yù)取在時(shí)間上重疊。另外,將轉(zhuǎn)移指令與其前面的一條指令對(duì)換位置,讓成功轉(zhuǎn)移總是在緊跟的指令執(zhí)行之后發(fā)生,使預(yù)取指令不作廢,節(jié)省一個(gè)機(jī)器周期。     (5)優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。即盡力優(yōu)化寄存器分配,減少訪存次數(shù)。不僅要利用常規(guī)手段優(yōu)化編譯,還可調(diào)整指令執(zhí)行順序,以盡量減少機(jī)器周期等。 14.簡(jiǎn)要比較CISC機(jī)器和RISC機(jī)器各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),它們分別存在哪些不足和問題?為什么說今后的發(fā)展應(yīng)是CISC和RISC的結(jié)合? 答: CISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn):機(jī)器指令系統(tǒng)龐大復(fù)雜。     RISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn):機(jī)器指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單,規(guī)模小

45、,復(fù)雜度低。     CISC的問題:     (1)指令系統(tǒng)龐大,一般200條以上;     (2)指令操作繁雜,執(zhí)行速度很低;     (3)難以優(yōu)化生成高效機(jī)器語言程序,編譯也太長(zhǎng),太復(fù)雜;     (4)由于指令系統(tǒng)龐大,指令的使用頻度不高,降低系統(tǒng)性能價(jià)格比,增加設(shè)計(jì)人員負(fù)擔(dān)。     RISC的問題;    

46、0;(1)由于指令少,在原CISC上一條指令完成的功能現(xiàn)在需多條RISC指令才能完成,加重匯編語言程序設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān),增加了機(jī)器語言程序長(zhǎng)度,加大指令信息流量。     (2)對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算和虛擬存儲(chǔ)支持不很強(qiáng)。     (3)RISC編譯程序比CISC難寫。     由于RISC和CISC各有優(yōu)缺點(diǎn),在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)向著兩者結(jié)合,取長(zhǎng)補(bǔ)短方向發(fā)展。第三章總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng)     中斷嵌套的原則:在處理某級(jí)中斷請(qǐng)求時(shí),只能比它的中斷處理級(jí)別高

47、的中斷請(qǐng)求才能中斷其處理,等呼應(yīng)和處理完后再繼續(xù)處理原先的那個(gè)中斷請(qǐng)求。     為了領(lǐng)會(huì)中斷響應(yīng)排隊(duì)器對(duì)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序是用硬件固定的,以及通過由操作系統(tǒng)給各中斷級(jí)服務(wù)程序現(xiàn)行程序狀態(tài)字中的中斷級(jí)屏蔽位設(shè)置不同的狀態(tài),可以改變中斷處理(完)的次序這兩個(gè)要點(diǎn),下圖給出了一個(gè)中斷響應(yīng)硬件部分的簡(jiǎn)單邏輯原理示意圖。圖中略去了某些實(shí)現(xiàn)上的具體細(xì)節(jié),因?yàn)檫@些已不是本課程要討論的內(nèi)容。  中斷級(jí)屏蔽位是程序狀態(tài)字中的一個(gè)組成部分。程序狀態(tài)字是將散布于系統(tǒng)各部分,反映程序工作時(shí)某些關(guān)鍵性硬件的狀態(tài),組合在一起所構(gòu)成的字,有的計(jì)算機(jī)也稱其為處理器狀態(tài)字或程序

48、換道區(qū)。每類程序均在主存中指定一個(gè)區(qū)域來放置其程序狀態(tài)字。運(yùn)行一個(gè)程序或進(jìn)程時(shí),就會(huì)將其程序狀態(tài)字從主存指定單元或區(qū)域取出送到分散于系統(tǒng)各部分的寄存器或計(jì)數(shù)器中,建立起運(yùn)行此程序或進(jìn)程的環(huán)境。一個(gè)程序或進(jìn)程在退出運(yùn)行時(shí),也會(huì)將反映該程序狀態(tài)的這些寄存器或計(jì)數(shù)器內(nèi)容組拼成程序狀態(tài)字,存回該程序或進(jìn)程在主存中的指定單元或區(qū)域里。因此,程序或進(jìn)程的切換,只需要通過硬件啟動(dòng)的交換新舊程序狀態(tài)字的內(nèi)容即可快速完成。例如,在IBM370系列機(jī)上,程序狀態(tài)字為64位,等于它的長(zhǎng)字,交換程序狀態(tài)字只需硬件啟動(dòng)寫長(zhǎng)字和讀長(zhǎng)字兩次訪存即可完成。盡管中斷請(qǐng)求是隨機(jī)發(fā)出的,為了便于精確保存中斷的斷點(diǎn)以及在中斷處理完后

49、又能返回到原中斷處,中斷響應(yīng)排隊(duì)器總是在每條指令執(zhí)行到最后一個(gè)機(jī)器周期的最后一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí),對(duì)目前到達(dá)中斷響應(yīng)排隊(duì)器入口的所有中斷請(qǐng)求排一次隊(duì),擇優(yōu)進(jìn)行響應(yīng)。在中斷響應(yīng)排隊(duì)器相應(yīng)的輸出端產(chǎn)生出響應(yīng)信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)中斷級(jí)服務(wù)程序入口地址形成硬件,生成出該級(jí)中斷服務(wù)程序的程序狀態(tài)字在內(nèi)存區(qū)中所存放的地址。同時(shí),經(jīng)中斷響應(yīng)控制信號(hào)啟動(dòng),進(jìn)行新舊程序狀態(tài)字的交換,完成程序的切換。被中斷的程序的斷點(diǎn)地址(即程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容),由硬件自動(dòng)壓入返回地址堆棧,予以保存。系統(tǒng)切換到新的程序或進(jìn)程后,繼續(xù)運(yùn)行下去。如果新的程序或進(jìn)程是一個(gè)中斷服務(wù)程序,在運(yùn)行結(jié)束,執(zhí)行到中斷返回指令時(shí),就會(huì)從堆棧中彈出所保存的返回地

50、址,再次交換程序狀態(tài)字,系統(tǒng)又重新返回到原被中斷的程序,恢復(fù)運(yùn)行。 1.如何設(shè)置中斷級(jí)屏蔽位寄存器中的中斷屏蔽碼?     設(shè)中斷級(jí)屏蔽位“1”對(duì)應(yīng)于開放,“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽。     第i級(jí)中斷處理程序級(jí)別的各級(jí)中斷級(jí)屏蔽位中應(yīng)有i-1位設(shè)為“1”。舉例來說,第1級(jí)中斷處理程序級(jí)別的各級(jí)中斷級(jí)屏蔽位均應(yīng)設(shè)為“0”。     響應(yīng)級(jí)別為n的中斷處理程序的n級(jí)中斷級(jí)屏蔽位應(yīng)設(shè)為“0”。     設(shè)第i2級(jí)中斷處理程序級(jí)別的中斷處理級(jí)別高于第

51、i1級(jí)中斷處理程序級(jí)別,根據(jù)中斷嵌套的原則,第i1級(jí)中斷處理程序級(jí)別的第i2級(jí)中斷級(jí)屏蔽位應(yīng)設(shè)為“1”,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第i2級(jí)中斷處理程序級(jí)別的開放。 2.對(duì)3.3.1中中斷級(jí)屏蔽位舉例1的解釋     *1,2,3,4中斷同時(shí)出現(xiàn),進(jìn)行排隊(duì)器;     *按中斷響應(yīng)優(yōu)先級(jí),1最高,響應(yīng);     *1的屏蔽字為0000,所以1中斷執(zhí)行到結(jié)束,回用戶程序;     *剩下的2優(yōu)先級(jí)高,2響應(yīng),但其屏蔽字為1011,允許響應(yīng)1、3、4,3的響

52、應(yīng)優(yōu)先級(jí)高,所以;     *2被中斷,3響應(yīng),但其屏蔽字為1001,允許響應(yīng)1、4,所以;     *4響應(yīng),執(zhí)行到結(jié)束,回3;     *3執(zhí)行到結(jié)束,回2;     *2執(zhí)行到結(jié)束,回用戶程序。 3.怎樣題目中沒有說明的通道屬于哪一類型?     有的題目中沒有說明談及的通道的類型,這種情況下,一般是指字節(jié)多路通道。1.簡(jiǎn)要舉出集中式串行鏈接,定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求3種總線控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)

53、分析硬件產(chǎn)生故障時(shí)通訊的可靠性。 答: 控制方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)串行鏈接(1)選擇算法簡(jiǎn)單。(2)控制線數(shù)少,只需要3根,且不取決于部件數(shù)量。(3)可擴(kuò)充性好。(1)對(duì)“總線可用”線及其有關(guān)電路失效敏感。(2)靈活性差,如果高優(yōu)先級(jí)的部件頻繁要求使用總線,離總線控制器遠(yuǎn)的部件就難以獲得總線使用權(quán)。(3)“總線可用”信號(hào)順序脈動(dòng)地通過各個(gè)部件,總線的分配速度慢。(4)受總線長(zhǎng)度的限制,增減和移動(dòng)部件受限制。定時(shí)查詢(1)靈活性強(qiáng),部件的優(yōu)先次序由程序控制。(2)可靠性高,不會(huì)因某個(gè)部件失效而影響其它部件使用總線。(1)總線的分配速度不能很高。(2)控制較為復(fù)雜。(3)控制線數(shù)多,需要2+log2N根。(

54、4)可擴(kuò)充性差。獨(dú)立請(qǐng)求(1)靈活性強(qiáng),部件的優(yōu)先次序由程序控制。(2)能方便地隔離失效部件的請(qǐng)求。(3)總線的分配速度快。(1)控制較為復(fù)雜。(2)控制線數(shù)多,要控制N個(gè)設(shè)備,需要有2N+1根控制線。2.設(shè)中斷級(jí)屏蔽位“1”對(duì)應(yīng)于開放,“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽,各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位設(shè)置如下: 中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)0000第2級(jí)1010第3級(jí)1000第4級(jí)1010    (1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?234時(shí),其中斷處理次序是什么?     (2)如果所有的中斷處理都各需3個(gè)單位時(shí)間,

55、中斷響應(yīng)和中斷返回時(shí)間相對(duì)中斷處理時(shí)間少得多。當(dāng)機(jī)器正在運(yùn)行用戶程序時(shí),同時(shí)發(fā)生第2,3級(jí)中斷請(qǐng)求,過兩個(gè)單位時(shí)間,又同時(shí)發(fā)生第1,4級(jí)中斷請(qǐng)求,試畫出程序運(yùn)行過程示意圖。 答:     (1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?234時(shí),其中斷處理次序?yàn)?342。     (2) 3.若機(jī)器共有5級(jí)中斷,中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?2345,現(xiàn)要求其實(shí)際的中斷處理次求序14523。 (1)設(shè)計(jì)各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位(令“1”對(duì)應(yīng)于開放,“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽); (2)若在運(yùn)行用戶程序時(shí),同時(shí)出現(xiàn)第4,2級(jí)中斷請(qǐng)求,而在處理第2級(jí)中

56、斷未完成時(shí),又同時(shí)出現(xiàn)第1,3,5級(jí)中斷請(qǐng)求,請(qǐng)畫出此程序運(yùn)行過程示意圖。 答:     (1)中斷級(jí)屏蔽位設(shè)置如下圖: 中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)第1級(jí)11111第2級(jí)01100第3級(jí)00100第4級(jí)01111第5級(jí)01101    (2)中斷過程示意圖:如圖     2、4中斷同時(shí)出現(xiàn),進(jìn)行排隊(duì)器。     首先響應(yīng)第2級(jí)中斷請(qǐng)求,屏蔽字為01100,表明其對(duì)第4級(jí)中斷請(qǐng)求開放,所以轉(zhuǎn)去響應(yīng)第4級(jí)中斷請(qǐng)求并進(jìn)行

57、處理。     響應(yīng)4,中斷4運(yùn)行結(jié)束,回2。     1、3、5進(jìn)入排隊(duì)器。     第2級(jí)中斷請(qǐng)求的處理請(qǐng)求被中斷,轉(zhuǎn)去響應(yīng)第1級(jí)中斷請(qǐng)求并進(jìn)行處理。     響應(yīng)第5級(jí)中斷請(qǐng)求并進(jìn)行處理。     繼續(xù)響應(yīng)并處理第2級(jí)中斷處理請(qǐng)求,結(jié)束后返回用戶程序。     最后處理第3級(jí)中斷請(qǐng)求。 4.簡(jiǎn)述字節(jié)多路,數(shù)組多路和選擇通道的數(shù)據(jù)傳送方式。 答: 

58、60;   字節(jié)多路通道適用于連接大量的像光電機(jī)等字符類低速設(shè)備。這些設(shè)備傳送一個(gè)字符(字節(jié))的時(shí)間很短,但字符(字節(jié))間的等待時(shí)間很長(zhǎng)。通道“數(shù)據(jù)寬度”為單字節(jié),以字節(jié)交叉方式輪流為多臺(tái)設(shè)備服務(wù),使效率提高。字節(jié)多路通道可有多個(gè)子通道,同時(shí)執(zhí)行多個(gè)通道程序。     數(shù)組多路通道適合于連接多臺(tái)象磁盤等高速設(shè)備。這些設(shè)備的傳送速率很高,但傳送開始前的尋址輔助操作時(shí)間很長(zhǎng)。通道“數(shù)據(jù)寬度”為定長(zhǎng)塊,多臺(tái)設(shè)備以成組交叉方式工作,以充分利用并盡可能重疊各臺(tái)高速設(shè)備的輔助操作時(shí)間。傳送完K個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù),就重新選擇下個(gè)設(shè)備。數(shù)組多路通道

59、可有多個(gè)子通道,同時(shí)執(zhí)行多個(gè)通道程序。     選擇通道適合于連接象磁盤等優(yōu)先級(jí)高的高速設(shè)備,讓它獨(dú)占通道,只能執(zhí)行一道通道程序。通道“數(shù)據(jù)寬度”為可變長(zhǎng)塊,一次將N個(gè)字節(jié)全部傳送完,在數(shù)據(jù)傳送期只選擇一次設(shè)備。 5.如果通道在數(shù)據(jù)傳送期中,選擇設(shè)備需9.8s,傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)需0.2s。某低速設(shè)備每隔500s發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求,問至多可接幾臺(tái)這種低速設(shè)備?對(duì)于如下AF6種高速設(shè)備,一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個(gè)字節(jié),問哪些設(shè)備可以掛在此通道上?哪些則不能?其中AF設(shè)備每發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求的時(shí)間間隔分別為(單位為s):  &#

60、160;  表3-5 設(shè)備ABCDEF發(fā)申請(qǐng)間隔(s)0.20.250.50.190.40.21答:     (1)至多可連接50臺(tái)低速的外設(shè)。 剖析:     根據(jù)題意可知:低速設(shè)備應(yīng)掛接在字節(jié)多路通道上,字節(jié)多路通道的通道極限流量為:     fmax.byte=1/(TS+TD)>=fbyte     通道極限流量應(yīng)大于或等于設(shè)備對(duì)通道要求的流量fbyte。     

61、;如果字節(jié)多路通道上所掛設(shè)備臺(tái)數(shù)為m,設(shè)備的速率為fi,為了不丟失信息,應(yīng)滿足:     1/(TS+TD)>=m*fi     fi也就是設(shè)備發(fā)出字節(jié)傳送請(qǐng)求間隔時(shí)間(500s)的倒數(shù),所以:     m<=1/(TS+TD)*f)=500/(9.8+0.2)=50(臺(tái))     (2)設(shè)備B,C,E,F可以掛在此通道上,設(shè)備A,D則不能。 剖析:     思路一:從傳送字節(jié)速率上入

62、手。     AF是高速設(shè)備,應(yīng)掛接在選擇通道上,選擇通道的極限流量為:     fmax.select=N/(TS+N*TD)=1/(TS/N)+TD)=1/(9.8/1024)+0.2)=1/0.21(約)     通道上所掛設(shè)備的最大速率fi.max應(yīng)小于或等于通道的極限流量。     由表3-5可得出 設(shè)備ABCDEF傳送速率(B/s)1/0.21/0.251/0.51/0.191/0.41/0.21  &#

63、160; 所以,B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能。     思路二:從傳送字節(jié)時(shí)間上入手。     對(duì)于高速設(shè)備,由于一次傳送字節(jié)數(shù)不少于1024byte     該通道一次傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間為9.8s+1024×0.2s214.6s     由表3-5可得出每臺(tái)設(shè)備發(fā)送1024字節(jié)的時(shí)間間隔分別為: 設(shè)備ABCDEF傳送時(shí)間(s)204.8256512194.56409.6215.04  &

64、#160; 為使數(shù)據(jù)不丟失,B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能。 6.某字節(jié)多路通道連接6臺(tái)外設(shè),某數(shù)據(jù)傳送速率分別如表中所列。 設(shè)備123456傳送速率(KB/s)5015100254020(1)計(jì)算所有設(shè)備都工作時(shí)的通道實(shí)際最大流量: (2)如果設(shè)計(jì)的通道工作周期使通道極限流量恰好與通道最大流量相等,以滿足流量設(shè)計(jì)的基本要求,同時(shí)讓速率越高的設(shè)備被響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)越高。當(dāng)6臺(tái)設(shè)備同時(shí)發(fā)出請(qǐng)求開始,畫出此通道在數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)響應(yīng)和處理各外設(shè)請(qǐng)求的時(shí)間示意圖。由此你發(fā)現(xiàn)了什么問題? (3)在(2)的基礎(chǔ)上,在哪臺(tái)設(shè)備內(nèi)設(shè)置多少個(gè)字節(jié)的緩沖器就可以避免設(shè)備信息丟失?那么,這是否說書中關(guān)

65、于流量設(shè)計(jì)的基本要求是沒有必要的了呢?為什么? 解:     (1)實(shí)際最大流量50+15+l00+25+40+20250KB/S。     (2)通道響應(yīng)和處理各設(shè)備請(qǐng)求的時(shí)間示意圖     由此發(fā)現(xiàn)由于高速設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高,使低速設(shè)備2造成數(shù)據(jù)丟失。 (3)在2中各設(shè)兩個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)即可。這并不說明流量設(shè)計(jì)的基本條件是不必要的,因?yàn)槿艋緱l件不滿足,無論設(shè)備優(yōu)先級(jí)如何確定總有設(shè)備的信息會(huì)丟失。 剖析:     (2)由各設(shè)備的傳送

66、字節(jié)速率可解其連續(xù)發(fā)出傳送請(qǐng)求的時(shí)間間隔分別為: 設(shè)備123456發(fā)申請(qǐng)間隔(s)2067(約)104025507.通道型I/O系統(tǒng)由一個(gè)字節(jié)多路通道A(其中包括兩個(gè)子通道Al和A2),兩個(gè)數(shù)組多路通道B1和B2及一個(gè)選擇通道C構(gòu)成,各通道所接設(shè)備和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率如表所示。 (1)分別求出各通道應(yīng)具有多大設(shè)計(jì)流量才不會(huì)丟失信息; (2)設(shè)I/O系統(tǒng)流量占主存流量的1/2時(shí)才算流量平衡,則主存流量應(yīng)達(dá)到多少? 通道號(hào)所接設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率(KB/s)字節(jié)多路通道子通道A150 35 20 20 50 35 20 20子通道A250 35 20 20 50 35 20 20數(shù)組多路通道B1500 400 350 250數(shù)組多路通道B2500 400 350 250選擇通道C500 400 350 250解:     (1)要不丟失信息,各通道需要達(dá)到的流量:字節(jié)多路通道子通道A1:0.25KB/S;字節(jié)多路通道子通道A2:0.25KB/S;數(shù)組多路通道B1:500KB/s;數(shù)組多路通道B2:500KB/s;選擇通道C:500KB/s。    

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