《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》及答案

《計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》練習(xí)題一一、單項選擇題頁式虛擬存儲器的地址變換對于——D一是透明的.A.操作系統(tǒng)設(shè)計者B.任何程序員C.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計者D.應(yīng)用程序員以下各類中斷中，屬于自愿中斷的是CA.外部中斷B.I/O中斷C.執(zhí)行“訪管”指令D.機(jī)器校驗中斷高速外部設(shè)備磁盤機(jī)適合連接于C頁式虛擬存儲器頁表的作用是AA.反映虛頁在主存的存儲情況B.僅反映虛頁是否調(diào)入主存C.反映主存實頁與Cache的對應(yīng)關(guān)系D.反映虛頁在輔存的存儲情況TOC\o"1-5"\h\z軟件和硬件的功能在邏輯上是C的.D.軟件優(yōu)于固件計算機(jī)中最優(yōu)化的操作碼編碼方法是D.碼碼C.擴(kuò)展操作碼D.哈夫曼編碼從計算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行程序的角度看，并行性等級由低到高分為四級A.A.指令內(nèi)部——指令之間——進(jìn)程之間——程序之間B.指令之間——指令內(nèi)部——進(jìn)程之間——程序之間C.進(jìn)程之間——指令之間——指令內(nèi)部——程序之間D?程序之間——進(jìn)程之間——指令之間——指令內(nèi)部計算機(jī)系統(tǒng)多級層次結(jié)構(gòu)中，操作系統(tǒng)機(jī)器級的直接上層是——D.A.傳統(tǒng)機(jī)器級B.高級語言機(jī)器C.應(yīng)用語言機(jī)器級D.匯編語言機(jī)器級全相聯(lián)地址映像是指A.A.任何虛頁都可裝入主存中任何實頁的位置B.一個虛頁只裝進(jìn)固定的主存實頁位置C.組之間是固定的，而組內(nèi)任何虛頁可以裝入任何實頁位置D.組間可任意裝入，組內(nèi)是固定裝入對于同一系列機(jī)，必須保證軟件能夠C.A.向前兼容，并向上兼容B.向前兼容，并向下兼容C.向后兼容，力爭向上兼容D.向后兼容，力爭向下兼容設(shè)有16個處理單元的并行處理機(jī)系統(tǒng)，采用共享主存的方式.若同時存取16個數(shù)據(jù)，為避免存儲器訪問沖突，共享主存的多體數(shù)量應(yīng)該為C才合理.A.15B.16C.17D.19軟件兼容的根本特征是C.A.向前兼容B.向后兼容C.向上兼容D.向下兼容在下列機(jī)器中，能夠?qū)崿F(xiàn)軟件兼容的機(jī)器是BA.完全不同種類的機(jī)型B.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的機(jī)器C.宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)D.虛擬機(jī)輸入輸出系統(tǒng)硬件的功能對C是透明的。A.操作系統(tǒng)程序員B.所有類別的程序員C.應(yīng)用程序員D.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計師在下列各項選擇中，對于機(jī)器（匯編）語言程序員透明的是—D一、單項選擇題在流水機(jī)器中，全局性相關(guān)是指B“先讀后寫”相關(guān)D.“先寫后讀”相關(guān)TOC\o"1-5"\h\z以下不屬于多處理機(jī)操作系統(tǒng)類型的是A.A.Windows操作系統(tǒng)B.主從型操作系C.浮動型操作系統(tǒng)D-各自獨(dú)立型操作系統(tǒng)下列不是數(shù)據(jù)流計算特點的是一D.A.設(shè)置狀態(tài)若輸入流水線的指令既無局部性相關(guān)，也不存在全局性相關(guān)，則B.消除“一次重疊”中的“指令相關(guān)”最好方法是——B.A.不準(zhǔn)修改指令B.設(shè)置相關(guān)專用通路C.推后分析下條指令D.推后執(zhí)行下條指令流水線的技術(shù)指標(biāo)不包括一A.A.數(shù)據(jù)寬度B.吞吐率C.加速比按照弗林對處理機(jī)并行性定義的分類原則，陣列機(jī)ILLIACIV屬于B.A.SISDB.SIMDC.MISDD.MIMD8?設(shè)8個處理器編號分別為0，1，2,…，7用Cube0互聯(lián)函數(shù)時，第7號處理機(jī)可以與第一D——號處理機(jī)相聯(lián).A.0B.2C.4D.6多端口存儲器適合于連接B.A.松耦合多處理機(jī)B.緊耦合多處理機(jī)C.機(jī)數(shù)很多的多處理機(jī)D.機(jī)數(shù)可變的多處理機(jī)以下不屬于堆棧型替換算法的是A.A.先進(jìn)先出法B.近期最久未用過法C.近期最少使用法D.頁面失效頻率法解決主存空間數(shù)相關(guān)的辦法是CA.基址值一次相關(guān)直接通路法B.基址值二次相關(guān)直接通路法C.通用寄存器組相關(guān)專用通路相關(guān)法D.推后讀法一般來說，以下替換算法中，效果最優(yōu)的替換算法是——C.A.LRU替換算法B.FIFO替換算法C.OPT替換算法D.RAND替換算法低速外部設(shè)備適合連接于B通道流量是在某個時期里單位時間內(nèi)傳送的字節(jié)數(shù)，這個時期是一C.A.通道開始選擇設(shè)備期B.通道數(shù)據(jù)傳送結(jié)束期B.通道數(shù)據(jù)傳送期D.CPU執(zhí)行訪管指令進(jìn)入管態(tài)，運(yùn)行I/O管理程序的期間

ILLIACIV屬于BA.多處理機(jī)推后讀解決數(shù)據(jù)相關(guān)的最適于CD.主存空間數(shù)相關(guān)D.RAND替換算法D.共享I/O通道D.主存空間數(shù)相關(guān)D.優(yōu)化替換算法D.RAND替換算法A.基址值一次相關(guān)B.基址值二次相關(guān)D.主存空間數(shù)相關(guān)D.RAND替換算法D.共享I/O通道D.主存空間數(shù)相關(guān)D.優(yōu)化替換算法D.RAND替換算法A.LRU替換算法B,FIFO替換算法C.OPT替換算法實現(xiàn)緊耦合多處理機(jī)機(jī)間通信的是CA.共享總線B.消息傳送系統(tǒng)C.共享主存解決數(shù)據(jù)相關(guān)的推后讀方法最適合于CA.基址值一次相關(guān)B.基址值二次相關(guān)C.通用寄存器組相關(guān)以下頁式管理替換算法中,不屬于堆棧型替換算法的是DA.近期最少使用法B.近期最久未用法C.隨機(jī)替換算法一般來說，在以下替換算法中，最好的替換算法的是C.A.LRU替換算法B,FIFO替換算法C.OPT替換算法二、填空題并行性指并發(fā)性和兩重含義.通道程序是由管理程序根據(jù)生成的.通道程序由指令構(gòu)成.機(jī)器硬件能夠直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型叫做.程序局部性指程序在空間上的局部性和在上的局部性.自定義數(shù)據(jù)表示包括帶標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示和——數(shù)據(jù)表示兩類.流水線按處理級別可分為級、指令級和處理機(jī)級三種.數(shù)據(jù)寬度是I/O設(shè)備取得后所傳數(shù)據(jù)的總量.主存空間數(shù)據(jù)相關(guān)是指之間出現(xiàn)對主存同一單元要求的關(guān)聯(lián).陣列處理機(jī)主要通過一重復(fù)實現(xiàn)空間上的并行.開發(fā)計算機(jī)系統(tǒng)的并行性，一般采用資源重復(fù)、和資源共享這三種方法.自定義數(shù)據(jù)的表示形式有兩種，它們是和數(shù)據(jù)描述符.就其本質(zhì)而言，并行性包含著——和—的二重含義。.程序局部性包括上的局部性和在上的局部性.程序局部性是指程序在上的局部性和在上的局部性.計算機(jī)仿真用微程序解釋，計算機(jī)模擬用解釋.流水線按處理級別可分為操作部件級、指令級和級三種.局部相關(guān)是由于機(jī)器要同時解釋的多條指令之間出現(xiàn)了對同一或寄存器要求“先寫后讀”.計算機(jī)仿真用解釋，計算機(jī)模擬用解釋.程序局部性是指程序在空間上的局部性和在上的局部性.在存儲體系中，Cache存儲器對應(yīng)用程序員是的，對系統(tǒng)程序員是的（本題要選擇“透明”或“不透明”）實現(xiàn)程序移植的主要途徑有統(tǒng)一高級語言模擬與仿真.開發(fā)計算機(jī)系統(tǒng)的并行性，一般采用資源重復(fù)、時間重疊和這三種方法.同時性2.廣義指令中提供的參數(shù)3.廣義4.數(shù)據(jù)表示5?時間6.數(shù)據(jù)描述符7.部件8.I/O總線9.相鄰兩條指令先寫后讀10.PE11.時間重疊12.標(biāo)識符數(shù)據(jù)表示13.并發(fā)性同時性14.空間時間15.空間時間16.機(jī)器語言程序17.系統(tǒng)18.主存單元19.微程序機(jī)器語言程序20.時間21.透明不透明22.采用系列機(jī)23資源共享二、填空題RISC的漢語含義是.Cache的作用是為了提高CPU執(zhí)行程序的在ILLIACIV中，任意2個處理單元的最短通信路徑不會超過.中斷級屏蔽位的作用是管理程序可以根據(jù)“訪管指令”生成程序.通道指令可以構(gòu)成程序.Cache的作用是為了縮小CPU與的速度差異.在ILLIACV中，共包含個處理單元.中斷優(yōu)先權(quán)可以通過的方法改變.松密耦合多處理機(jī)是通過來實現(xiàn)處理機(jī)之間通信的.數(shù)據(jù)表示是指能夠直接識別和引用的數(shù)據(jù)類型.并行處理機(jī)是靠資源提高運(yùn)算速度的.在流水機(jī)器中，全局性相關(guān)是指由所引起的相關(guān).對于采取堆棧型替換算法的頁式管理虛擬存儲器，就某一道程序而言，其命中率是隨著程序所獲得的頁面數(shù)的增加而.陣列處理機(jī)是通過來實現(xiàn)處理機(jī)之間通信的.具有同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機(jī)叫做.指令的解釋可以分為順序解釋、流水解釋三種.主存空間數(shù)相關(guān)是指__^^__之間出現(xiàn)對主存同一單元要求—―的關(guān)聯(lián).I/O設(shè)備取得系統(tǒng)總線后，所傳送的數(shù)據(jù)總量，稱為_.機(jī)器硬件能夠直接識別和引用的叫做數(shù)據(jù)表示.數(shù)據(jù)流機(jī)是基于的計算機(jī)模型.廠精簡指令系統(tǒng)計算機(jī)2.和內(nèi)存速度差異3.7n-14.改變中斷處理次序5.動態(tài)重定6.通道7.通道8.內(nèi)存9.6410.設(shè)置中斷端屏蔽位11.靜態(tài)重定位12.共享主存或高速通信網(wǎng)絡(luò)通信13.由機(jī)器硬件直接14.重復(fù)15.轉(zhuǎn)移指令和后續(xù)指令16.提高17.處理單18.系列機(jī)19.重疊解釋20.相鄰兩條指令先讀后寫21.數(shù)據(jù)寬度22.數(shù)據(jù)類型23.數(shù)據(jù)驅(qū)動三、簡答題對于多處理機(jī)系統(tǒng)，運(yùn)用什么運(yùn)算規(guī)律可以降低減少運(yùn)算的級數(shù)（降低樹高），這樣做的目的是什么？指令格式優(yōu)化的主要目標(biāo)是什么？指令格式優(yōu)化主要包括哪兩個方面？簡要說明數(shù)據(jù)描述符的作用.為解決不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)器之間的軟件移植，通常采用哪兩種途徑?并簡述其過程.何謂數(shù)據(jù)驅(qū)動，該類計算機(jī)叫什么機(jī)器,它們與傳統(tǒng)機(jī)器相比有什么好處？解決計算機(jī)軟件移植的途徑有哪幾種途徑？答：利用交換律，結(jié)合律和分配律可以降低樹高，這樣做的好處是提高運(yùn)行速度，降低多處理機(jī)運(yùn)算的級數(shù)。答：盡量可以用最短的位數(shù)來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最短。答：指令操作碼的優(yōu)化和指令字格式的優(yōu)化答：數(shù)據(jù)描述符和數(shù)據(jù)是分開存放的，可描述所要訪問的數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，可以減少存儲空間。答：模擬和仿真：在一種機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)另一種機(jī)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用機(jī)器語言程序解釋實現(xiàn)軟件移植的方法是模擬，用微程序直接解釋另一種機(jī)器指令系統(tǒng)的方法叫做仿真。統(tǒng)一高級語言：設(shè)計出一種完全通用的高級語言，為所有程序員所用。答：只要一條或一組指令所要求的操作數(shù)全部準(zhǔn)備就緒，就可立即激發(fā)相應(yīng)的指令或指令組執(zhí)行，這類機(jī)器叫做非諾依曼型計算機(jī)，和傳統(tǒng)機(jī)器的好處是只要數(shù)據(jù)不相關(guān)和資源可利用，就可以并行，因而最有利于計算并行性的開發(fā)。答：采用系列機(jī)、模擬和仿真、統(tǒng)一高級語言三、簡答題在靜態(tài)再定位方式下，主存物理地址是什么時候形成的，這樣做有什么不足？簡述模擬和仿真的作用和區(qū)別.數(shù)據(jù)流機(jī)與傳統(tǒng)計算機(jī)的最主要區(qū)別在哪里，該類機(jī)器的并行性如何體現(xiàn)？按照弗林（Flynn）分類，陣列處理機(jī)屬于哪一種，為什么？軟件兼容有哪幾種，哪一種兼容是必需的，為什么？在動態(tài)再定位方式下，主存物理地址是什么時候形成的，這樣做有什么好處？自愿中斷是什么引起的？舉例說明自愿中斷的情況.根據(jù)你所掌握的知識，哪一種替換算法命中率最高，為什么？全局性相關(guān)是如何產(chǎn)生的，給出至少三種處理全局性相關(guān)的方法.自愿中斷是什么引起的？舉例說明自愿中斷的情況.說明中斷級屏蔽字的作用，按照計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的觀點，它的實質(zhì)是什么？按照弗林分類方法，ILLIACIV屬于哪類計算機(jī)，它靠什么獲得高速度？軟件兼容通常有哪幾種，其中哪一種最為重要？答：主存物理地址是在在目的程序裝入主存時，有裝入程序用軟件方法把目的程序的邏輯地址變換成物理地址，程序執(zhí)行時物理地址不再改變，這樣做的不足是作業(yè)一旦被裝入內(nèi)存，就不允許再移動。在多道程序設(shè)計環(huán)境下，也不可能事先決定把一個程序固定在內(nèi)存的指定地方。答：模擬的作用是使虛擬機(jī)的應(yīng)用軟件可以在宿主機(jī)上運(yùn)行，仿真的作用是用微程序直接解釋另一種機(jī)器指令系統(tǒng)。仿真是用微程序解釋，其解釋程序存在于控制存儲器，模擬使用機(jī)器語言程序解釋，其解釋程序存在于主存中。答：區(qū)別在于數(shù)據(jù)流機(jī)采用的是數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)流方式，傳統(tǒng)的計算機(jī)則采用控制驅(qū)動的控制方式，體現(xiàn)在只要數(shù)據(jù)不相關(guān)和資源可利用，就可以并行，因而最有利于計算并行性的開發(fā)。答：陣列處理機(jī)屬于多單指令流多數(shù)據(jù)流。陣列處理機(jī)是用簡單規(guī)整的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來確定處理單元的鏈接，采用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將各個處理單元高速靈活聯(lián)系在一起。盡可能多的pe可以無沖突的訪問主存模塊。答：從速度和性能上有向上兼容和向下兼容，向上（下）兼容是只按某檔機(jī)器編制的軟件，不加修改就可運(yùn)行于比他高（低）檔的機(jī)器上。同歸系列內(nèi)的軟件一般應(yīng)做到向上兼容。同時也會有向前兼容和向后兼容，讓現(xiàn)在編制的程序以后都能用，向后兼容是必須的，即按某個時期投入市場的該型號的機(jī)器上編制的軟件，不加修改就可以應(yīng)用于他之后投入市場的機(jī)器上。答：在執(zhí)行每條指令時才形成主存物理地址，這樣做的好處是靈活，允許將程序分配在內(nèi)存的任何地方，且允許程序在內(nèi)存中移動。答：當(dāng)目態(tài)程序執(zhí)行到要求輸入/輸出的訪管指令后，就會產(chǎn)生自愿中斷。答：優(yōu)化替換算法命中率最高，因為可根據(jù)未來實際使用情況將未來的近期不用的頁面替換出去，預(yù)估未來的頁面是用狀況。答：全局相關(guān)巳進(jìn)入流水線的轉(zhuǎn)移指令和其后續(xù)指令之間的相關(guān)，使之不能同時解釋。猜測法、加快和提前形成條件碼、采用延遲轉(zhuǎn)移、加快短循環(huán)程序的處理答：當(dāng)目態(tài)程序執(zhí)行到要求輸入/輸出的訪管指令后，就會產(chǎn)生自愿中斷。答：程序狀態(tài)字中包含有中斷級屏蔽位字段，只要操作系統(tǒng)對每一類中斷處理程序的現(xiàn)行程序狀態(tài)字中的中斷級屏蔽位字段，就可以實現(xiàn)所希望的中斷處理次序。操作系統(tǒng)可以用軟的方法改變中斷處理程序中的中斷屏蔽位，即倒處理采用軟的方法提高靈活性。答：是SIMD類型的計算機(jī)，采用閉合螺線陣列，任何兩個處理單元之間的短距離不超過t'n-1答：從速度和性能上有向上兼容和向下兼容，向上（下）兼容是只按某檔機(jī)器編制的軟件，不加修改就可運(yùn)行于比他高（低）檔的機(jī)器上。同歸系列內(nèi)的軟件一般應(yīng)做到向上兼容。同時也會有向前兼容和向后兼容，讓現(xiàn)在編制的程序以后都能用，向后兼容是必須的，即按某個時期投入市場的該型號的機(jī)器上編制的軟件，不加修改就可以應(yīng)用于他之后投入市場的機(jī)器上。四、方法題設(shè)16個處理單元編號分別為0,1,2,???，15,采用單級互連網(wǎng)絡(luò)互連.當(dāng)互連函數(shù)分別為Cube2ShufflePM2+1時，第10號處理單元分別與哪一個處理單元相連？要求分別寫出函數(shù)的計算過程和結(jié)果.因為N=16，所以n=log216=4；Cube0(10)=Cube0(1010)=1011=11號Shuffle(Shuffle(1010))=Shuffle(0101)=1010=10號PM2+2(10)=(10+2*2)mod16=14號所以第十號處理單元分別與11號，10號，14號處理單元相連。設(shè)16個處理單元編號分別為0,1,2,???，15,采用單級互連網(wǎng)絡(luò)互連.當(dāng)互連函數(shù)分別為Cube2ShufflePM2-2時，第8號處理單元分別與哪一個處理單元相連？要求分別寫出函數(shù)的計算過程和結(jié)果.Cube2(8)=Cube2(1000)=1100=12號Shuffle(8)=Shuffle(1000)=0001=1號PM2-2(8)=(8-2*2)mod16=4號所以8號處理單元和12號，1號，4號處理單元相連。四、方法題巳知某機(jī)器包含12條指令，使用頻度分別為：0.15,0.13,0.12,0.16,0.05,0.06,0.06,0.05,0.03,0.07,0.4,0.8.給出只有兩種碼長的擴(kuò)展操作碼形式，并分別求出用等長碼和你所設(shè)計的編碼的操作碼平均長度。設(shè)16個處理單元編號分別為0,1,2,???，15,采用單級互連網(wǎng)絡(luò)互連.當(dāng)互連函數(shù)分別為Cube2ShufflePM2+1時，第13號處理單元分別與哪一個處理單元相連？要求分別寫出函數(shù)的計算過程和結(jié)果.設(shè)16個處理單元編號分別為0,1,2,???，15,采用單級互連網(wǎng)絡(luò)互連.當(dāng)互連函數(shù)分別為Cube0Shuffle(Shuffle)PM2+2時，第10號處理單元分別與哪一個處理單元相連？要求分別寫出函數(shù)的計算過程和結(jié)果.注意：該題有點問題，0.8和0.4應(yīng)該換成0.08和0.04.只有兩種碼長的擴(kuò)展操作碼形成，根據(jù)頻度可分成兩組：即TOC\o"1-5"\h\z編碼如下0.160000.150010.130100.120110.0810000.0710010.0610100.0610110.0511000.0511010.0411100.031111所以pi*li=3*(0.16+0.15+0.13+0.12)+4*(0.08+0.07+0.06+0.06+0.05+0.05+0.04+0.03)等長碼的平均長度是「log2N]=「log212]=4位2.因為N=16，所以n=log216=4；Cube2(13)=Cube(1101)=1001=9號Shuffle(13)=shuffle(1101)=1011=11號PM2+1(13)=(13+2*1)mod16=15號所以第13號處理單元分別與9號，11號，15號處理單元相連。3.因為N=16，所以n=log216=4；Cube0(10)=Cube(1011)=1011=11號Shuffle(shuffle(10))=shuffle(0101)=1010=10號PM2+2(10)=(10+2*2)mod16=14號所以第13號處理單元分別與11號，10號，14號處理單元相連

五、綜合題某一線性流水線有4個子部件構(gòu)成加法器，每個部件延時均為3.現(xiàn)有向量A=(a0,al,…，a6),B=(b0,bl,…，b6),欲求出其向量的加法，即ci=ai+bi,i=0,1,6.試畫出此流水線完成上述計算的時-空圖，并標(biāo)明流水線輸入和輸出數(shù)據(jù)的變化情況；(2)求出流水線的實際吞吐率和效率.室中吞吐率=7/(10At)效率=7/10某一線性靜態(tài)多功能流水線有5個子部件，即每個部件延時均為△，其中1、2、3、5組成加法器，1、4、5組成乘法器；流水線輸出可直接返回輸入或存于鎖存器中.現(xiàn)有向量A=(a0,a1,…，a4),B=(b0,b1,…，b4),欲求出其向量C=Eai*bi,i=0,1,4.試畫出此流水線完成該計算的時-空圖，并標(biāo)明流水線輸入和輸出數(shù)據(jù)的變化情況；求出流水線的實際吞吐率和效率.由于1,2,3,5組成加法器；1,4,5組成乘法器。輔存1.輔存虛頁號頁內(nèi)位移主存***10位輔存1.輔存虛頁號頁內(nèi)位移主存***10位13位**10位實頁號頁內(nèi)位移2位12位主存六、綜合題有一個主存-輔存存儲層次.主存共有4個頁面，輔存共有8個頁面，每頁由1024個字構(gòu)成.采用全相聯(lián)映像方式，替換算法為近期最少使用法(LRU).畫出主存實地址、輔存虛地址的對應(yīng)關(guān)系，并標(biāo)明具體位數(shù)；指出頁表的行數(shù)和每行的最少需要多少位，并說明原因；對于如下虛頁地址流：1，2,1，3,7,3,5,4,6,3,5,3,試畫出隨時間變化的主存中各實頁的使用情況(假定開始時主存各頁為空)求出命中率.CRAY-1向量流水處理機(jī)的流水部件延時分別為：相加或訪存6拍，相乘7拍，存入寄存器、啟動訪存或啟動流水線功能部件各需要1拍.現(xiàn)有下列3條指令組成的指令串，每個向量長度均為64.除V2夕卜，其它源向量均巳存放在相應(yīng)寄存器組中.V2-存儲器V1—V2+V0V4—V1*V3判斷這3條指令間的并行、鏈接或串行關(guān)系，并說明理由.計算完成全部指令所需要的時間(拍數(shù)).CRAY-1向量流水處理機(jī)的流水部件延時分別為：相加或訪存6拍，相乘7拍，存入寄存器、啟動訪存或啟動流水線功能部件各需要1拍.現(xiàn)有下列3條指令組成的指令串，每個向量長度均為64.除V2夕卜，其它源向量均巳存放在相應(yīng)寄存器組中.V2-存儲器V1—V0+V3V4—V1*V2(1)判斷這3條指令間的并行、鏈接或串行關(guān)系，并說明理由.計算完成全部指令所需要的時間(拍數(shù)).CRAY-1向量流水處理機(jī)的流水部件延時分別為：相加或訪存6拍，相乘7拍，存入寄存器、啟動訪存或啟動流水線功能部件各需要1拍.現(xiàn)有下列4條指令組成的指令串，每個向量長度均為64.除V2夕卜，其它源向量均巳存放在相應(yīng)寄存器組中.V2-存儲器V1—V3+V0V4—V1*V2V5—V6+V2(1)說明這4條指令間的并行、鏈接或串行關(guān)系.計算完成全部指令所需要的時間(拍數(shù)).設(shè)有4級中斷，中斷級屏蔽位為“1”時對應(yīng)于“開放”；為“0”時對應(yīng)于“屏蔽”。中斷響應(yīng)次序為1一2—3—4,實際中斷處理完順序為1一3—4一2,回答下列各問：填寫如下表所示中斷級屏蔽位.若在執(zhí)行用戶持續(xù)時，同時出現(xiàn)了第3、4級中斷請求，在處理第3級請求未完成時又產(chǎn)生了第1、2級中斷請求，試畫出中斷處理過程的示意圖.中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級第1級第2級第3級第4級六、綜合題.主存有4個頁面，實頁號占2位，每頁有1024個字，每頁有10位，輔存有8頁，虛頁碼為3,頁表的行數(shù)為8行。每行的最少位為2+1+10=13，其中實頁號占2位，裝入位占1位1,頁內(nèi)偏移占10位。TOC\o"1-5"\h\z.時間t123456789101112地址流121373546353111111144444

2222255555533333333377776666中所以命中率=5/12中中中中2.(1)和(2)鏈接，與(3)鏈接1+6+1+1+6+1+63+1+7+1=88拍3.(1)和(2)并行，與(3)鏈接1+6+1+63+1+7+1=80拍4.(1)和(2)并行，與(3)鏈接再與5.因為的處理順序是1-3-4-2(4)串行1+6+1+1+7+1+63+1+6+1+63=151拍中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級第1級0000第2級1011第3級1000第4級1010中斷請求用戶程序中斷處理程序1234③④|①②__r五、綜合題有一個主存-輔存存儲層次.主存共有4個頁面，輔存共有8個頁面，每頁由1024個字構(gòu)成.采用全相聯(lián)映像方式，替換算法為近期最少使用法(LRU).畫出主存實地址、輔存虛地址的對應(yīng)關(guān)系，并標(biāo)明具體位數(shù)；指出頁表的行數(shù)和每行的最少需要多少位，并說明原因；對于如下虛頁地址流：1，2,1，2,7,3,5,4,6,4,5,6,試畫出隨時間變化的主存中各實頁的使用情況(假定開始時主存各頁為空)求出命中率.某一線性流水線有5個子部件構(gòu)成加法器，每個部件延時均為At，.現(xiàn)有向量A=(a0,a1,…，a6),B=(b0,b1,…，b6),欲求出其向量的加法，即ci=ai*bi,i=0,1,6.試畫出此流水線完成上述計算的時-空圖，并標(biāo)明流水線輸入和輸出數(shù)據(jù)的變化情況；求出流水線的實際吞吐率和效率.某機(jī)器要求：二地址指令5條，零地址指令64條.設(shè)指令字長為9位，每個地址碼長為3位，要求采用擴(kuò)展操作碼編碼方法，試確定在此情況下單地址指令最多可以有多少條？并說明理由或?qū)懗鼍幋a形式.五、綜合題1.(1)輔存主存虛頁號頁內(nèi)位移***10位實頁號頁內(nèi)位移**10位13位輔存主存虛頁號頁內(nèi)位移***10位實頁號頁內(nèi)位移**10位13位12位輔存主存I60123(2).主存有4個頁面，實頁號占2位，每頁有1024個字，每頁有10位，輔存有8頁，虛頁碼為3,頁表的行數(shù)為8行。每中(4)命中率中(4)命中率=5/12J9S斗a裝入位占1位1，頁內(nèi)偏移占10裝入位占1位1，頁內(nèi)偏移占10位。(3).時間t123456789101112地址流12127354645611111155555522222244444777766663333333中中中中實際吞吐率=7/(5At+6At)=7/11At效率=(5*7At)/5*11At=7/113.二地址指令操作碼地址碼地址碼5條3位3位3位000******001******010******011******100******101******零地址是2*2*2*2*2*2=26=64條這樣對于單地址指令可有110和111這兩個碼作為擴(kuò)展標(biāo)志，因此每個擴(kuò)展標(biāo)志又可以擴(kuò)展出3位，則一共有單地址指令2*2*2*2=16條六、綜合題1..設(shè)有4級中斷，中斷級屏蔽位為“1”時對應(yīng)于“開放”為“0”時對應(yīng)于“屏蔽”。中斷響應(yīng)次序為1一2—3—4,實際中斷處理完順序為1一4一3—2，回答下列各問：（1）填寫如下表所示中斷級屏蔽位.（2）若在執(zhí)行用戶持續(xù)時，同時出現(xiàn)了第3、4級中斷請求，在處理第3級請求未完成時又產(chǎn)生了第1、2級中斷請求，試畫出中斷處理過程的示意圖.中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級第1級第2級第3級第4級CRAY-1向量流水處理機(jī)的流水部件延時分別為：相加或訪存6拍，相乘7拍，存入寄存器、啟動訪存或啟動流水線功能部件各需要1拍.現(xiàn)有下列4條指令組成的指令串，每個向量長度均為64.除V2夕卜，其它源向量均巳存放在相應(yīng)寄存器組中.V2-存儲器V1—V3+V0V4—V1*V2V5—V6*V7（1）說明這4條指令間的并行、鏈接或串行關(guān)系.（5）計算完成全部指令所需要的時間（拍數(shù)）.某機(jī)器要求：二地址指令6條，零地址指令64條.設(shè)指令字長為9位，每個地址碼長為3位，要求采用擴(kuò)展操作碼編碼方法，試確定在此情況下單地址指令最多可以有多少條？并說明理由或?qū)懗鼍幋a形式.中斷處理順序是1—4—3—2中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級第1級0000第2級1011第3級1001第4級1000中斷請求用戶程序中斷處理程序1「1234③④*②①！因為①V2—存儲器V1—V3+V0V4JV1XV2V5—V6+V7所以（1）、（2）、（4）可并行，再和（3）鏈接1+7+1+63+1+1+1=81拍3.地址指令6條，零地址指令64條，2缶64操作碼地址碼地址碼3位3位3位三地址指令為6條，即：000******001******010******011******100******101******即滿足三地址指令為6條110******可以滿足零地址指令為64條對于單地址指令的6位操作碼中前三位只能為111,后三位可以隨意，可以有2*2*2=8種情況，也就是最多可以有單指令地址8條。計算機(jī)組成原理A形考作業(yè)一（參考答案）一、選擇題：機(jī)器數(shù)中，零的表示形式是唯一的。A.原碼B.補(bǔ)碼C.移碼D.反碼答案：B,C某計算機(jī)字長16位，采用補(bǔ)碼定點小數(shù)表示，符號位為1位，數(shù)值位為15位，則可表示的最大正小數(shù)為，最小負(fù)小數(shù)為。十（雅-1）-（1-2一口）A.'B.十僅'T），一。一次）C.D."D,W答案：C加法器采用并行進(jìn)位的目的。A.提高加法器的速度B.快速傳遞進(jìn)位信號C.優(yōu)化加法器結(jié)構(gòu)D.增強(qiáng)加法器功能答案：B組成一個運(yùn)算器需要多個部件，但下面所列不是組成運(yùn)算器的部件。A?狀態(tài)寄存器B.數(shù)據(jù)總線C.ALUD.地址寄存器答案：D二、判斷題：判斷下列說法是否正確，并說明理由。ASCII編碼是一種漢字字符編碼；X答：ASCII編碼是西文字符集，共能表示128個字符。一般采用補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制減法器，來實現(xiàn)定點二進(jìn)制數(shù)加減法的運(yùn)算；X答：補(bǔ)碼表示適合于進(jìn)行加減法運(yùn)算，對符號位與數(shù)值位同等處理，只要結(jié)果不超出機(jī)器所能表示的范圍，將直接得到正確的運(yùn)算結(jié)果，并且可以用實現(xiàn)加法運(yùn)算的電路完成減法運(yùn)算。在浮點數(shù)表示法中，階碼的位數(shù)越多，能表達(dá)的數(shù)值精度越高；X答：在浮點數(shù)表示法中，階碼的位數(shù)越多，能表達(dá)的數(shù)值越大；尾數(shù)的位數(shù)越多，能表達(dá)的數(shù)值精度越高。只有定點數(shù)運(yùn)算才可能溢出，浮點數(shù)運(yùn)算不會產(chǎn)生溢出。X答：不僅定點數(shù)運(yùn)算可能溢出，浮點數(shù)運(yùn)算也會產(chǎn)生溢出。三、簡答題：簡述奇偶校驗碼和海明校驗碼的實現(xiàn)原理。

答：奇偶校驗碼是一種最簡單的數(shù)據(jù)校驗碼，可以檢測出一位錯誤（或奇數(shù)個位錯誤），但不能確定出錯的位置，也不能檢測出偶數(shù)個位出錯。通常是在有效的數(shù)據(jù)位之外再增加一個二進(jìn)制位，稱為校驗位，通過異或門線路判斷數(shù)據(jù)位中取值為1的位數(shù)是奇數(shù)和偶數(shù)，來決定校驗位的值為1或0，使新得到的碼字中取值為1的位數(shù)湊成為奇數(shù)或偶數(shù)，這項操作被稱為編碼過程，湊成奇數(shù)的方案稱為奇校驗，湊成偶數(shù)的方案稱為偶校驗。海明校驗碼原理：海明碼是對多個數(shù)據(jù)位使用多個校驗位的一種檢錯糾錯編碼方案。是在k個數(shù)據(jù)位之外加上r個校驗位，從而形成一個k+r位的新的碼字，使新的碼字的碼距比較均勻地拉大。把數(shù)據(jù)的每一個二進(jìn)制位分配在幾個不同的偶校驗位的組合中，當(dāng)某一位出現(xiàn)錯誤，就會引起相關(guān)的幾個校驗位的值發(fā)生變化，這不但可以發(fā)現(xiàn)錯誤，還可以指出哪一位出錯，并能恢復(fù)該出錯位的正確值。簡述教材中給出的MIPS計算機(jī)的運(yùn)算器部件的功能和組成。答：MIPS計算機(jī)是上個世紀(jì)八十年代中期推出的典型RISC結(jié)構(gòu)、非常成功的系統(tǒng)，國內(nèi)外許多教材都把MIPS的指令系統(tǒng)和實現(xiàn)技術(shù)選為教學(xué)內(nèi)容。UALU-fiinTiriTTHil■1與.弟下圖是MIPS計算機(jī)的運(yùn)算器部件的內(nèi)部組成。由圖可見，它主要包括兩個重要部分，一個是由128個寄存器組成的寄存器堆，另一個是執(zhí)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的ALU。這個運(yùn)算器被用于多周期CPU系統(tǒng)（對不同類型的指令選用不同的周期數(shù)）時，ALU既用于計算數(shù)據(jù)，又用于計算數(shù)據(jù)和指令在存儲器中的地址，故還需要向UALU-fiinTiriTTHil■1與.弟1T1言Q1存riidiftIhDRE(J5IWriidDI寄存器堆REGs由4組各32個寄存器組成，有3個控制端口（5位）提供寄存器編號，其中的2個（rs、rt）用于讀，讀出的數(shù)據(jù)將保存到寄存器A和B。1個（rd）用于寫，寫入的數(shù)據(jù)由DI引腳提供，可以是寄存器C或從內(nèi)存讀出的內(nèi)容，寄存器B的內(nèi)容可以寫到內(nèi)存。算邏運(yùn)算單元ALU能完成加、減、與、或、異或等運(yùn)算，用ALU-func信號選擇，一路運(yùn)算數(shù)據(jù)包括寄存器A和程序計數(shù)器PC2個來源，用A-sel選擇，另一路包括寄存器B、常數(shù)4、兩個立即數(shù)Immed-1和Immed-2（兩個立即數(shù)來自指令寄存器IR并經(jīng)過擴(kuò)展得到）4個來源，用B-sel選擇，產(chǎn)生運(yùn)算結(jié)果R（送到PC）或保存到結(jié)果寄存器C，還產(chǎn)生結(jié)果為0的標(biāo)志位信息Z。ALU完成數(shù)據(jù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)、指令在內(nèi)存中的地址計算這三種