計算機(jī)組成原理重點(diǎn)整理(白中英版)-考試必備

..浮點(diǎn)存儲：1．若浮點(diǎn)數(shù)x的754標(biāo)準(zhǔn)存儲格式為<41360000>16,求其浮點(diǎn)數(shù)的十進(jìn)制數(shù)值。解：將16進(jìn)制數(shù)展開后,可得二制數(shù)格式為01000001001101100000000000000000S階碼<8位>尾數(shù)<23位>指數(shù)e=階碼-127=10000010-01111111=00000011=<3>10包括隱藏位1的尾數(shù)1.M=1.01101100000000000000000=1.011011于是有x=<-1>S×1.M×2e=+<1.011011>×23=+1011.011=<11.375>102.將數(shù)<20.59375>10轉(zhuǎn)換成754標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制存儲格式。解:首先分別將整數(shù)和分?jǐn)?shù)部分轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)：20.59375=10100.10011然后移動小數(shù)點(diǎn),使其在第1,2位之間10100.10011=1.010010011×24e=4于是得到：S=0,E=4+127=131,M=010010011最后得到32位浮點(diǎn)數(shù)的二進(jìn)制存儲格式為：41A4C000>3.假設(shè)由S,E,M三個域組成的一個32位二進(jìn)制字所表示的非零規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)ｘ,真值表示為〔非IEEE754標(biāo)準(zhǔn)：ｘ＝<－1>s×<1.M>×2E－128問：它所表示的規(guī)格化的最大正數(shù)、最小正數(shù)、最大負(fù)數(shù)、最小負(fù)數(shù)是多少？<1>最大正數(shù)01111111111111111111111111111111ｘ＝[1＋<1－2-23>]×2127<2>最小正數(shù)00000000000000000000000000000000ｘ＝1.0×2－128<3>最小負(fù)數(shù)11111111111111111111111111111111ｘ＝－[1＋<1－2－23>]×2127<4>最大負(fù)數(shù)

10000000000000000000000000000000ｘ＝－1.0×2－1284.用源碼陣列乘法器、補(bǔ)碼陣列乘法器分別計算xXy?！?x=11000y=11111<2>x=-01011y=11001〔1原碼陣列x=0.11011,y=-0.11111符號位:x0⊕y0=0⊕1=1[x]原=11011,[y]原=111111101111011*1111111011110111101111011110111101000101[x*y]原=1,1101000101 帶求補(bǔ)器的補(bǔ)碼陣列[x]補(bǔ)=011011,[y]補(bǔ)=100001乘積符號位單獨(dú)運(yùn)算0⊕1＝111011*111111101111011110111101111011*1111111011110111101111011110111101000101X×Y＝-0.1101000101<2>原碼陣列x=-0.11111,y=-0.11011符號位:x0⊕y0=1⊕1=0[x]補(bǔ)=11111,[y]補(bǔ)=110111111111111*1101111111111110000011111111111101000101[x*y]補(bǔ)=0,11010,00101帶求補(bǔ)器的補(bǔ)碼陣列[x]補(bǔ)=100001,[y]補(bǔ)=100101乘積符號位單獨(dú)運(yùn)算1⊕1＝0尾數(shù)部分算前求補(bǔ)輸出│X│＝11111,│y│＝110111111111111*1101111111111110000011111111111101000101X×Y＝0.11010001015.計算浮點(diǎn)數(shù)x+y、x-yx=2-101*<-0.010110>,y=2-100*0.010110[x]浮=11011,-0.010110[y]浮=11100,0.010110Ex-Ey=11011+00100=11111[x]浮=11100,1.110101<0>x+y11.110101x+y11.110101+00.01011000.001011規(guī)格化處理:0.101100階碼11010x+y=0.101100*2-6x-y11.110101x-y11.110101+11.10101011.011111規(guī)格化處理:1.011111階碼11100x-y=-0.100001*2-46.設(shè)過程段Si所需的時間為τi,緩沖寄存器的延時為τl,線性流水線的時鐘周期定義為τ＝max{τi}＋τl＝τm＋τl流水線處理的頻率為f＝1/τ。一個具有k級過程段的流水線處理n個任務(wù)需要的時鐘周期數(shù)為Tk＝k＋<n－1>,所需要的時間為：T＝Tk×τ而同時,順序完成的時間為：T＝n×k×τk級線性流水線的加速比：*Ck=TL＝n·kTkk＋<n－1>內(nèi)部存儲器*閃存：高性能、低功耗、高可靠性以及移動性編程操作：實(shí)際上是寫操作。所有存儲元的原始狀態(tài)均處"1"狀態(tài),這是因?yàn)椴脸僮鲿r控制柵不加正電壓。編程操作的目的是為存儲元的浮空柵補(bǔ)充電子,從而使存儲元改寫成"0"狀態(tài)。如果某存儲元仍保持"1"狀態(tài),則控制柵就不加正電壓。如圖<a>表示編程操作時存儲元寫0、寫1的情況。實(shí)際上編程時只寫0,不寫1,因?yàn)榇鎯υ脸笤紶顟B(tài)全為1。要寫0,就是要在控制柵C上加正電壓。一旦存儲元被編程,存儲的數(shù)據(jù)可保持100年之久而無需外電源。讀取操作：控制柵加上正電壓。浮空柵上的負(fù)電荷量將決定是否可以開啟MOS晶體管。如果存儲元原存1,可認(rèn)為浮空柵不帶負(fù)電,控制柵上的正電壓足以開啟晶體管。如果存儲元原存0,可認(rèn)為浮空柵帶負(fù)電,控制柵上的正電壓不足以克服浮動?xùn)派系呢?fù)電量,晶體管不能開啟導(dǎo)通。當(dāng)MOS晶體管開啟導(dǎo)通時,電源VD提供從漏極D到源極S的電流。讀出電路檢測到有電流,表示存儲元中存1,若讀出電路檢測到無電流,表示存儲元中存0,如圖<b>所示。擦除操作：所有的存儲元中浮空柵上的負(fù)電荷要全部洩放出去。為此晶體管源極S加上正電壓,這與編程操作正好相反,見圖<c>所示。源極S上的正電壓吸收浮空柵中的電子,從而使全部存儲元變成1狀態(tài)。*cache：設(shè)存儲器容量為32字,字長64位,模塊數(shù)m=4,分別用順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲周期T=200ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位,總線傳送周期=50ns。若連續(xù)讀出4個字,問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少?解：順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出m=4個字的信息總量都是： q=64b×4=256b順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出4個字所需的時間分別是：t2=mT=4×200ns=800ns=8×10-7st1=T+<m-1>=200ns+350ns=350ns=35×10-7s順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別是：W2=q/t2=256b÷<8×10-7>s=320Mb/sW1=q/t1=256b÷<35×10-7>s=730Mb/s*CPU執(zhí)行一段程序時,cache完成存取的次數(shù)為1900次,主存完成存取的次數(shù)為100次,已知cache存取周期為50ns,主存存取周期為250ns,求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。解：h=Nc/〔Nc+Nm=1900/<1900+100>=0.95r=tm/tc=250ns/50ns=5e=1/<r+<1-r>h>=1/<5+<1-5>×0.95=83.3%ta=tc/e=50ns/0.833=60ns*存儲器：已知某64位機(jī)主存采用半導(dǎo)體存儲器,其地址碼為26位,若使用256K×16位的DRAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間,并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式,問：

〔1每個模塊板為1024K×64位,共需幾個模塊板？

〔2個模塊板內(nèi)共有多少DRAM芯片?

〔3主存共需多少DRAM芯片?CPU如何選擇各模塊板？<1><2>每個模塊要16個DRAM芯片<3>64*16=1024塊由高位地址選模塊*用16K×8位的DRAM芯片組成64K×32位存儲器,要求：

<1>畫出該存儲器的組成邏輯框圖。

<2>設(shè)存儲器讀/寫周期為0.5μS,CPU在1μS內(nèi)至少要訪問一次。試問采用哪種刷新方式比較合理？兩次刷新的最大時間間隔是多少？對全部存儲單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時間是多少？

解：<1>根據(jù)題意,存儲總?cè)萘繛?4KB,故地址總線需16位?，F(xiàn)使用16K*8位DRAM芯片,共需16片。芯片本身地址線占14位,所以采用位并聯(lián)與地址串聯(lián)相結(jié)合的方法來組成整個存儲器,其組成邏輯圖如圖所示,其中使用一片2：4譯碼器。<2>根據(jù)已知條件,CPU在1us內(nèi)至少訪存一次,而整個存儲器的平均讀/寫周期為0.5us,如果采用集中刷新,有64us的死時間,肯定不行如果采用分散刷新,則每1us只能訪存一次,也不行所以采用異步式刷新方式。假定16K*1位的DRAM芯片用128*128矩陣存儲元構(gòu)成,刷新時只對128行進(jìn)行異步方式刷新,則刷新間隔為2ms/128=15.6us,可取刷新信號周期15us。刷新一遍所用時間＝15us×128＝1.92ms指令系統(tǒng)*某計算機(jī)字長16位,主存容量為64K字,采用單字長單地址指令,共有40條指令,試采用直接、立即、變址、相對四種尋址方式設(shè)計指令格式。解：40條指令需占用操作碼字段〔OP6位,這樣指令余下長度為10位。為了覆蓋主存640K字的地址空間,設(shè)尋址模式〔X2位,形式地址〔D8位,其指令格式如下：尋址模式定義如下：X=00直接尋址有效地址E=D〔直接尋址為256個存儲單元X=01立即尋址D字段為操作數(shù)X=10變址尋址有效地址E=<RX>＋D〔可尋址64K個存儲單元X=11相對尋址有效地址E=〔PC＋D〔可尋址64K個存儲單元其中RX為變址寄存器〔16位,PC為程序計數(shù)器〔16位,在變址和相對尋址時,位移量D可正可負(fù)。四、CPU*微指令：直接表示法特點(diǎn)：這種方法結(jié)構(gòu)簡單,并行性強(qiáng),操作速度快,但是微指令字太長,若微命令的總數(shù)為N個,則微指令字的操作控制字段就要有N位。另外,在N個微命令中,有許多是互斥的,不允許并行操作,將它們安排在一條微指令中是毫無意義的,只會使信息的利用率下降。*編碼表示法特點(diǎn)：可以避免互斥,使指令字大大縮短,但增加了譯碼電路,使微程序的執(zhí)行速度減慢*編碼注意幾點(diǎn)：字段編碼法中操作控制字段并非是任意的,必須要遵循如下的原則：①把互斥性的微命令分在同一段內(nèi),兼容性的微命令分在不同段內(nèi)。這樣不僅有助于提高信息的利用率,縮短微指令字長,而且有助于充分利用硬件所具有的并行性,加快執(zhí)行的速度。②應(yīng)與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。③每個小段中包含的信息位不能太多,否則將增加譯碼線路的復(fù)雜性和譯碼時間。④一般每個小段還要留出一個狀態(tài),表示本字段不發(fā)出任何微命令。因此當(dāng)某字段的長度為三位時,最多只能表示七個互斥的微命令,通常用000表示不操作。*水平型微指令和垂直型微指令的比較<1>水平型微指令并行操作能力強(qiáng),效率高,靈活性強(qiáng),垂直型微指令則較差。<2>水平型微指令執(zhí)行一條指令的時間短,垂直型微指令執(zhí)行時間長。<3>由水平型微指令解釋指令的微程序,有微指令字較長而微程序短的特點(diǎn)。垂直型微指令則相反。<4>水平型微指令用戶難以掌握,而垂直型微指令與指令比較相似,相對來說,比較容易掌握。*微地址寄存器有6位<μA5-μA0>,當(dāng)需要修改其內(nèi)容時,可通過某一位觸發(fā)器的強(qiáng)置端S將其置"1”?，F(xiàn)有三種情況：<1>執(zhí)行"取指"微指令后,微程序按IR的OP字段<IR3-IR0>進(jìn)行16路分支；<2>執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令微程序時,按進(jìn)位標(biāo)志C的狀態(tài)進(jìn)行2路分支；<3>執(zhí)行控制臺指令微程序時,按IR4,IR5的狀態(tài)進(jìn)行4路分支。請按多路轉(zhuǎn)移方法設(shè)計微地址轉(zhuǎn)移邏輯。答：按所給設(shè)計條件,微程序有三種判別測試,分別為P1,P2,P3。由于修改μA5-μA0內(nèi)容具有很大靈活性,現(xiàn)分配如下：<1>用P1和IR3-IR0修改μA3-μA0；<2>用P2和C修改μA0；<3>用P3和IR5,IR4修改μA5,μA4。另外還要考慮時間因素T4<假設(shè)CPU周期最后一個節(jié)拍脈沖>,故轉(zhuǎn)移邏輯表達(dá)式如下：μA5=P3·IR5·T4μA4=P3·IR4·T4μA3=P1·IR3·T4μA2=P1·IR2·T4μA1=P1·IR1·T4μA0=P1·IR0·T4+P2·C·T4由于從觸發(fā)器強(qiáng)置端修改,故前5個表達(dá)式可用"與非"門實(shí)現(xiàn),最后一個用"與或非"門實(shí)現(xiàn)。*某機(jī)有8條微指令I(lǐng)1-I8,每條微指令所包含的微命令控制信號如下表所示。

a-j分別對應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號。假設(shè)一條微指令的控制字段為8位,請安排微指令的控制字段格式。

解：經(jīng)分析,〔d,i,j和〔e,f,h可分別組成兩個小組或兩個字段,然后進(jìn)行譯碼,可得六個微命令信號,剩下的a,b,c,g四個微命令信號可進(jìn)行直接控制,其整個控制字段組成如下：*流水線〔IFInstructionFetch取指IDInstructionDecode指令譯碼EXExecution執(zhí)行WB結(jié)果寫回*今有4級流水線分別完成取值、指令譯碼并取數(shù)、運(yùn)算、送結(jié)果四步操作,

今假設(shè)完成各步操作的時間依次為100ns,100ns,80ns,50ns。

請問：〔1流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計為多少？

〔2若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān),而且在硬件上不采取措施,那么第二條指令要推遲多少時間進(jìn)行。

〔3如果在硬件設(shè)計上加以改進(jìn),至少需推遲多少時間？解：<1>流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時間來考慮,即流水線時鐘周期性<2>遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時,就停頓第2條指令的執(zhí)行,直到前面指令的結(jié)果已經(jīng)產(chǎn)生,因此至少需要延遲2個時鐘周期。<3>如果在硬件設(shè)計上加以改進(jìn),如采用專用通路技術(shù),就可使流水線不發(fā)生停頓。五、總線總線定義：總線是構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)機(jī)構(gòu),是多個系統(tǒng)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助于總線連接,計算機(jī)在各系統(tǒng)功能部件之間實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換,并在爭用資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作?？偩€分類：內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部連接各寄存器及運(yùn)算器部件之間的總線。系統(tǒng)總線：CPU和計算機(jī)系統(tǒng)中其他高速功能部件相互連接的總線。I/O總線：CPU和中低速I/O設(shè)備相互連接的總線?？偩€特性：物理特性：總線的物理連接方式〔根數(shù)、插頭、插座形狀、引腳排列方式等。功能特性：每根線的功能。電氣特性：每根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍。時間特性：規(guī)定了每根總線在什么時間有效?？偩€帶寬：總線帶寬定義為總線本身所能達(dá)到的最高傳輸速率,它是衡量總線性能的重要指標(biāo)。cpu北橋pci南橋isa之間相互連通通過橋CPU總線、系統(tǒng)總線和高速總線彼此相連。橋?qū)嵸|(zhì)上是一種具有緩沖、轉(zhuǎn)換、控制功能的邏輯電路。多總線結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了高速、中速、低速設(shè)備連接到不同的總線上同時進(jìn)行工作,以提高總線的效率和吞吐量,而且處理器結(jié)構(gòu)的變化不影響高速總線。整個總線分為：數(shù)據(jù)傳送總線：由地址線、數(shù)據(jù)線、控制線組成。其結(jié)構(gòu)與簡單總線相似,但一般是32條地址線,32或64條數(shù)據(jù)線。為了減少布線,64位數(shù)據(jù)的低32位數(shù)據(jù)線常常和地址線采用多路復(fù)用方式。仲裁總線：包括總線請求線和總線授權(quán)線。中斷和同步總線：用于處理帶優(yōu)先級的中斷操作,包括中斷請求線和中斷認(rèn)可線。公用線：包括時鐘信號線、電源線、地線、系統(tǒng)復(fù)位線以及加電或斷電的時序信號線等。接口的典型功能：控制、緩沖、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、整理、程序中斷?？偩€的傳輸過程：串行傳送：使用一條傳輸線,采用脈沖傳送。主要優(yōu)點(diǎn)是只需要一條傳輸線,這一點(diǎn)對長距離傳輸顯得特別重要,不管傳送的數(shù)據(jù)量有多少,只需要一條傳輸線,成本比較低廉。缺點(diǎn)就是速度慢。并行傳送：每一數(shù)據(jù)位需要一條傳輸線,一般采用電位傳送。分時傳送：總線復(fù)用或是共享總線的部件分時使用總線。*總線的信息傳送過程：請求總線、總線仲裁、尋址、信息傳送、狀態(tài)返回?？偩€數(shù)據(jù)傳送模式：讀、寫操作：讀操作是由從方到主方的數(shù)據(jù)傳送；寫操作是由主方到從方的數(shù)據(jù)傳送。塊傳送操作：只需給出塊的起始地址,然后對固定塊長度的數(shù)據(jù)一個接一個地讀出或?qū)懭搿τ贑PU〔主方存儲器〔從方而言的塊傳送,常稱為猝發(fā)式傳送,其塊長一般固定為數(shù)據(jù)線寬度〔存儲器字長的4倍。寫后讀、讀修改寫操作：這是兩種組合操作。只給出地址一次〔表示同一地址,或進(jìn)行先寫后讀操作,或進(jìn)行先讀后寫操作。廣播、廣集操作：一般而言,數(shù)據(jù)傳送只在一個主方和一個從方之間進(jìn)行。但有的總線允許一個主方對多個從方進(jìn)行寫操作,這種操作稱為廣播。與廣播相反的操作稱為廣集,它將選定的多個從方數(shù)據(jù)在總線上完成AND或OR操作,用以檢測多個中斷源。菊花鏈方式優(yōu)先級判決邏輯電路圖獨(dú)立請求方式優(yōu)先級判別邏輯電路圖*橋：在PCI總線體系結(jié)構(gòu)中有三種橋。其中HOST橋又是PCI總線控制器,含有中央仲裁器。橋起著重要的作用,它連接兩條總線,使彼此間相互通信。橋又是一個總線轉(zhuǎn)換部件,可以把一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間上,從而使系統(tǒng)中任意一個總線主設(shè)備都能看到同樣的一份地址表。橋本身的結(jié)構(gòu)可以十分簡單,如只有信號緩沖能力和信號電平轉(zhuǎn)換邏輯,也可以相當(dāng)復(fù)雜,如有規(guī)程轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)快存、裝拆數(shù)據(jù)等。*〔1某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數(shù)據(jù),假設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘周期,總線時鐘頻率為33MHz,總線帶寬是多少?〔2如果一個總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù),總線時鐘頻率升為66MHz,總線帶寬是多少?解：〔1設(shè)總線帶寬用Dr表示,總線時鐘周期用T=1/f表示,一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示,根據(jù)定義可得 Dr=D/T=D×〔1/T=D×f=4B×33×106/s=132MB/s〔264位=8B Dr=D×f=8B×66×106/s=528MB/s*總線的一次信息傳送過程大致分哪幾個階段？若采用同步定時協(xié)議,請畫出

讀數(shù)據(jù)的同步時序圖?？偩€的一次信息傳送過程,大致可分為：請求總線,總線仲裁,尋址,信息傳送,狀態(tài)返回。20.70*8=560MHz/s*總線仲裁：按照總線仲裁電路的位置不同,仲裁方式分為集中式和分布式兩種。集中式仲裁有三種：鏈?zhǔn)讲樵兎绞剑弘x中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先權(quán),離總線控制器越遠(yuǎn),優(yōu)先權(quán)越低。優(yōu)點(diǎn)：只用很少幾根線就能按一定優(yōu)先次序?qū)崿F(xiàn)總線控制,并且這種鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)很容易擴(kuò)充設(shè)備。缺點(diǎn)：是對詢問鏈的電路故障很敏感,優(yōu)先級固定。計數(shù)器定時查詢方式：總線上的任一設(shè)備要求使用總線時,通過BR線發(fā)出總線請求。中央仲裁器接到請求信號以后,在BS線為"0"的情況下讓計數(shù)器開始計數(shù),計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路,當(dāng)?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設(shè)備地址相一致時,該設(shè)備置"1"BS線,獲得了總線使用權(quán),此時中止計數(shù)查詢。每次計數(shù)可以從"0"開始,也可以從中止點(diǎn)開發(fā)始。如果從"0"開始,各設(shè)備的優(yōu)先次序與鏈?zhǔn)讲樵兎ㄏ嗤?優(yōu)先級的順序是固定的。如果從中止點(diǎn)開始,則每個設(shè)備使用總線的優(yōu)級相等?？煞奖愕母淖儍?yōu)先級。獨(dú)立請求方式：每一個共享總線的設(shè)備均有一對總線請求線BRi和總線授權(quán)線BGi。當(dāng)設(shè)備要求使用總線時,便發(fā)出該設(shè)備的請求信號?？偩€仲裁器中有一個排隊電路,它根據(jù)一定的優(yōu)先次序決定首先響應(yīng)哪個設(shè)備的請求,給設(shè)備以授權(quán)信號BGi。獨(dú)立請求方式的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時間快,即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時間少,用不著一個設(shè)備接一個設(shè)備地查詢。其次,對優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活。它可以預(yù)先固定,例如BR0優(yōu)先級最高,BR1次之…BRn最低；也可以通過程序來改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽〔禁止某個請求的辦法,不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請求。因此當(dāng)代總線標(biāo)準(zhǔn)普遍采用獨(dú)立請求方式。優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時間快,即確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費(fèi)的時間少。對優(yōu)先次序的控制也是相當(dāng)靈活的。分布式仲裁：不需要中央仲裁器,而是多個仲裁器競爭使用總線。當(dāng)它們有總線請求時,把它們唯一的仲裁號發(fā)送到共享的仲裁總線上,每個仲裁器將仲裁總線上得到的號與自己的號進(jìn)行比較。如果仲裁總線上的號大,則它的總線請求不予響應(yīng),并撤消它的仲裁號。最后,獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。顯然,分布式仲裁是以優(yōu)先級仲裁策略為基礎(chǔ)。*總線仲裁某CPU采用集中式仲裁方式,使用獨(dú)立請求與菊花鏈查詢相結(jié)合的二維總線控制結(jié)構(gòu)。每一對請求線BRi和授權(quán)線BGi組成一對菊花鏈查詢電路。每一根請求線可以被若干個傳輸速率接近的設(shè)備共享。當(dāng)這些設(shè)備要求傳送時通過BRi線向仲裁器發(fā)出請求,對應(yīng)的BGi線則串行查詢每個設(shè)備,從而確定哪個設(shè)備享有總線控制權(quán)。請分析說明圖6.14所示的總線仲裁時序圖。解：從時序圖看出,該總線采用異步定時協(xié)議。當(dāng)某個設(shè)備請求使用總線時,在該設(shè)備所屬的請求線上發(fā)出申請信號BRi〔1。CPU按優(yōu)先原則同意后給出授權(quán)信號BGi作為回答〔2。BGi鏈?zhǔn)讲樵兏髟O(shè)備,并上升從設(shè)備回答SACK信號證實(shí)已收到BGi信號〔3。CPU接到SACK信號后下降BG作為回答〔4。在總線"忙"標(biāo)志BBSY為"0"情況該設(shè)備上升BBSY,表示該設(shè)備獲得了總線控制權(quán),成為控制總線的主設(shè)備〔5。在設(shè)備用完總線后,下降BBSY和SACK〔6釋放總線。在上述選擇主設(shè)備過程中,可能現(xiàn)行的主從設(shè)備正在進(jìn)行傳送。此時需等待現(xiàn)行傳送結(jié)束,即現(xiàn)行主設(shè)備下降BBSY信號后〔7,新的主設(shè)備才能上升BBSY,獲得總線控制權(quán)。*分布式仲裁示意圖〔1所有參與本次競爭的各主設(shè)備將設(shè)備競爭號CN取反后打到仲裁總線AB上,以實(shí)現(xiàn)"線或"邏輯。AB線低電平時表示至少有一個主設(shè)備的CNi為1,AB線高電平時表示所有主設(shè)備的CNi為0?！?競爭時CN與AB逐位比較,從最高位〔b7至最低位〔b0以一維菊花鏈方式進(jìn)行,只有上一位競爭得勝者Wi+1位為1。當(dāng)CNi=1,或CNi=0且ABi為高電平時,才使Wi位為1。若Wi=0時,將一直向下傳遞,使其競爭號后面的低位不能送上AB線?！?競爭不到的設(shè)備自動撤除其競爭號。在競爭期間,由于W位輸入的作用,各設(shè)備在其內(nèi)部的CN線上保留其競爭號并不破壞AB線上的信息?！?由于參加競爭的各設(shè)備速度不一致,這個比較過程反復(fù)〔自動進(jìn)行,才有最后穩(wěn)定的結(jié)果。競爭期的時間要足夠,保證最慢的設(shè)備也能參與競爭。*總線周期類型PCI總線周期由當(dāng)前被授權(quán)的主設(shè)備發(fā)起。PCI支持任何主設(shè)備和從設(shè)備之間點(diǎn)到點(diǎn)的對等訪問,也支持某些主設(shè)備的廣播讀寫。存儲器讀/寫總線周期存儲器寫和使無效周期特殊周期配置讀/寫周期*PCI總線周期的操作過程有如下特點(diǎn)：〔1采用同步時序協(xié)議?？偩€時鐘周期以上跳沿開始,半個周期高電平,半個周期低電平?？偩€上所有事件,即信號電平轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在時鐘信號的下跳沿時刻,而對信號的采樣出現(xiàn)在時鐘信號的上跳沿時刻?！?總線周期由被授權(quán)的主方啟動,以幀F(xiàn)RAME#信號變?yōu)橛行碇甘疽粋€總線周期的開始?！?一個總線周期由一個地址期和一個或多個數(shù)據(jù)期組成。在地址期內(nèi)除給出目標(biāo)地址外,還在C/BE#線上給出總線命令以指明總線周期類型?！?地址期為一個總線時鐘周期,一個數(shù)據(jù)期在沒有等待狀態(tài)下也是一個時鐘周期。一次數(shù)據(jù)傳送是在掛鉤信號IRDY#和TRDY#都有效情況下完成,任一信號無效〔在時鐘上跳沿被對方采樣到,都將加入等待狀態(tài)。〔5總線周期長度由主方確定。在總線周期期間FRAME#持續(xù)有效,但在最后一個數(shù)據(jù)期開始前撤除。即以FRAME#無效后,IRDY#也變?yōu)闊o效的時刻表明一個總線周期結(jié)束。由此可見,PCI的數(shù)據(jù)傳送以猝發(fā)式傳送為基本機(jī)制,單一數(shù)據(jù)傳送反而成為猝發(fā)式傳送的一個特例。并且PCI具有無限制的猝發(fā)能力,猝發(fā)長度由主方確定,沒有對猝發(fā)長度加以固定限制?！?主方啟動一個總線周期時要求目標(biāo)方確認(rèn)。即在FRAME#變?yōu)橛行Ш湍繕?biāo)地址送上AD線后,目標(biāo)方在延遲一個時鐘周期后必須以DEVSEL#信號有效予以響應(yīng)。否則,主設(shè)備中止總線周期。〔7主方結(jié)束一個總線周期時不要求目標(biāo)方確認(rèn)。目標(biāo)方采樣到FRAME#信號已變?yōu)闊o效時,即知道下一數(shù)據(jù)傳送是最后一個數(shù)據(jù)期。目標(biāo)方傳輸速度跟不上主方速度,可用TRDY#無效通知主方加入等待狀態(tài)時鐘周期。當(dāng)目標(biāo)方出現(xiàn)故障不能進(jìn)行傳輸時,以STOP#信號有效通知主方中止總線周期。六、外圍設(shè)備*磁盤組有6片磁盤,每片有兩個記錄面,最上最下兩個面不用。存儲區(qū)域內(nèi)徑22cm,外徑33cm,道密度為40道/cm,內(nèi)層位密度400位/cm,轉(zhuǎn)速6000轉(zhuǎn)/分。問：<1>共有多少柱面?<2>盤組總存儲容量是多少?<3>數(shù)據(jù)傳輸率多少?<4>采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式,直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址?<5>如果某文件長度超過一個磁道的容量,應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上,還是記錄在同一個柱面上?解：<1>有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5<cm>因?yàn)榈烂芏?40道/cm,所以40×55=220道,即220個圓柱面。<2>內(nèi)層磁道周長為2πR=2×3.14×11=69.08<cm>每道信息量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B每面信息量=3454B×220=759880B盤組總?cè)萘?759880B×10=7598800B<3>磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rNN為每條磁道容量,N=3454Br為磁盤轉(zhuǎn)速,r=6000轉(zhuǎn)/60秒=100轉(zhuǎn)/秒Dr=rN=100×3454B=345400B/s<4>采用定長數(shù)據(jù)塊格式,直接尋址的最小單位是一個記錄塊<一個扇區(qū)>,每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息,在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中,活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式：此地址格式表示有4臺磁盤〔2位,每臺有16個記錄面/盤面〔4位,每面有256個磁道〔8位,每道有16個扇區(qū)〔4位。<5>如果某文件長度超過一個磁道的容量,應(yīng)將它記錄在同一個柱面上,因?yàn)椴恍枰匦抡业?數(shù)據(jù)讀/寫速度快。*某磁盤存貯器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分,共有4個記錄面,每毫米5道,每道記錄信息為12288字節(jié),最小磁道直徑為230mm,共有275道。問：

〔1磁盤存貯器的容量是多少？

〔2最高位密度與最低位密度是多少？

〔3磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？

〔4平均等待時間是多少？

〔5給出一個磁盤地址格式方案。解：

〔1每道記錄信息容量=12288字節(jié)

每個記錄面信息容量=275×12288字節(jié)

共有4個記錄面,所以磁盤存儲器總?cè)萘繛椋?/p>

4×275×12288字節(jié)=13516800字節(jié)

〔2最高位密度D1按最小磁道半徑R1計算〔R1=115mm：

D1=12288字節(jié)/2πR1=17字節(jié)/mm

最低位密度D2按最大磁道半徑R2計算：

R2=R1+〔275÷5=115+55=170mm

D2=12288字節(jié)/2πR2=11.5字節(jié)/mm

〔3磁盤傳輸率C=r·N

r=3000/60=50周/秒

N=12288字節(jié)〔信道信息容量

C=r·N=50×12288=614400字節(jié)/秒

〔4平均等待時間=1/2r=1/<2×50>=10毫秒

<5>此地址格式表示有4臺磁盤,每臺有4個記錄面,每個記錄面最多可容納512個磁道,每道有16個扇區(qū)。*有一臺磁盤機(jī),其平均尋道時間為了30ms,平均旋轉(zhuǎn)等待時間為120ms,數(shù)據(jù)傳輸速率為500B/ms,磁盤機(jī)上存放著1000件每件3000B的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)欲把一件數(shù)據(jù)取走,更新后在放回原地,假設(shè)一次取出或?qū)懭胨钑r間為：

平均尋道時間+平均等待時間+數(shù)據(jù)傳送時間

另外,使用CPU更新信息所需時間為4ms,并且更新時間同輸入輸出操作不相重疊。

試問：

〔1盤上全部數(shù)據(jù)需要多少時間？

〔2若磁盤及旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)據(jù)傳輸率都提高一倍,更新全部數(shù)據(jù)需要多少間？

解：〔1磁盤上總數(shù)據(jù)量=1000×3000B=3000000B

讀出全部數(shù)據(jù)所需時間為3000000B÷500B/ms=6000ms

重新寫入全部數(shù)據(jù)所需時間=6000ms

所以,更新磁盤上全部數(shù)據(jù)所需的時間為：

2×〔平均找道時間+平均等待時間+數(shù)據(jù)傳送時間+CPU更新時間

=2〔30+120+6000ms+4ms=12304ms

<2>磁盤機(jī)旋轉(zhuǎn)速度提高一倍后,平均等待時間為60ms；

數(shù)據(jù)傳輸率提高一倍后,數(shù)據(jù)傳送時間變?yōu)椋?/p>

3000000B÷1000B/ms=3000ms

更新全部數(shù)據(jù)所需時間為：

2×〔30+60+3000ms+4ms=6184ms*刷新：電子束打在熒光粉上引起的發(fā)光只能維持幾十毫秒的時間。因此必須讓電子束反復(fù)不斷地掃描整個屏幕,該過程稱為刷新。刷新頻率越高,顯示越?jīng)]有閃爍。50Hz〔至少刷新存儲器〔視頻存儲器、顯存：為刷新提供信號的存儲器。容量取決于分辨率和灰度級。M=r·C*刷存的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。實(shí)際工作時顯示適配器的幾個功能部分要爭用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%用于刷新屏幕,保留50%帶寬用于其他非刷新功能。<1>若顯示工作方式采用分辨率為1024×768,顏色深度為3B,幀頻<刷新速率>為72Hz,計算刷存總帶寬應(yīng)為多少?<2>為達(dá)到這樣高的刷存帶寬,應(yīng)采取何種技術(shù)措施?解：<1>∵刷新所需帶寬=分辨率×每個像素點(diǎn)顏色深度×刷新速率∴1024×768×3B×72/s=165888KB/s=162MB/s刷存總帶寬應(yīng)為162MB/s×100/50=324MB/s<2>為達(dá)到這樣高的刷存帶寬,可采用如下技術(shù)措施：①使用高速的DRAM芯片組成刷存；②刷存采用多體交叉結(jié)構(gòu)；③刷存至顯示控制器的內(nèi)部總線寬度由32位