【正文】 間中任意64個地址之一的尋址機構(gòu)。 答：基址尋址是對邏輯地址空間到物理地址空間變換的支持，以利于實現(xiàn)程序的動態(tài)再定位。變址尋址是對數(shù)組等數(shù)據(jù)塊運算的支持，以利于循環(huán)。將大地址空間64個地址分塊，用基址寄存器指出程序所在塊號，用指令中6位地址碼表示該塊內(nèi)64 個地址之一，這樣基址和變址相結(jié)合可訪問大地址任意64個地址之一。比如地址空間很大，為01023，只用6位地址碼就可以指向這1024個地址中的任意64個。 剖析：比如地址空間很大，1024，就是分成16個塊，塊號放在寄存器中，塊內(nèi)地址放在地址位中，寄存器內(nèi)容和地址位結(jié)合，就能達到要求了。 ，某機器14條指令的使用頻度分別為：,,,,。分別求出用等長碼、Huffman碼、只有兩種碼長的擴展操作碼3種編碼方式的操作碼平均碼長。 解： 等長操作碼的平均碼長=4位。Huffman編碼的平均碼長=。只有兩種碼長的擴展操作碼的平均碼長=。 ：三地址指令4條，單地址指令255條，零地址指令16條。設(shè)指令字長為12位．每個地址碼長為3位。問能否以擴展操作碼為其編碼?如果其中單地址指令為254條呢?說明其理由。 答： ①不能用擴展碼為其編碼。 ∵指令字長12位，每個地址碼占3位； ∴三地址指令最多是2^(12333)=8條， 現(xiàn)三地址指令需4條, ∴可有4條編碼作為擴展碼， ∴單地址指令最多為42^32^3=2^8=256條， 現(xiàn)要求單地址指令255條，∴可有一條編碼作擴展碼 ∴零地址指令最多為12^3＝8條 不滿足題目要求 ∴不可能以擴展碼為其編碼。 ②若單地址指令254條，可以用擴展碼為其編碼。 ∵依據(jù)①中推導(dǎo)，單地址指令中可用2條編碼作為擴展碼 ∴零地址指令為22^3＝16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 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*2^6=256條，但由于韙目要求要有255條，所以剩下一個編碼，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*2^3=8 (這是12位編碼中最后三位的）若只要求254種，則可以有（256254）*2^3=16條 。設(shè)有單地址指令和雙地址指令兩類。問單地址指令最多可以有多少條? 答： 單地址指令最多為(16X)2^6 ^(1666)=2^4=16條， 現(xiàn)雙地址指令有X條, ∴可有(16X)條編碼作為擴展碼， ∴單地址指令最多為(16X)2^6=256條 ?簡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最短。 ①操作碼的優(yōu)化 采用Huffman編碼和擴展操作碼編碼。 ②對地址碼的優(yōu)化： 采用多種尋址方式。 采用0、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器內(nèi)按整數(shù)邊界存儲的前提下，使用多種不同的指令字長度。 ： ADD(加) 30% SUB(減) 24% JOM(按負轉(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) 1%要求有兩種指令字長，都按雙操作數(shù)指令格式編排，采用擴展操作碼，并限制只能有兩種操作碼碼長。設(shè)該機有若干通用寄存器，主存為16位寬，按字節(jié)編址，采用按整數(shù)邊界存儲。任何指令都在一個主存周期中取得，短指令為寄存器寄存器型，長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)計出全Huffman操作碼，計算其平均碼長。 (2)考慮題目全部要求，設(shè)計優(yōu)化實用的操作形式，并計算其操作碼的平均碼長。 (3)該機允許使用多少可編址的通用寄存器？ (4)畫出該機兩種指令字格式，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位移量為多少個字節(jié)？ 解： 第(1)和(2)中Huffman和擴展操作碼的編碼及平均碼長如下表： 指令I(lǐng)i使用頻度PiHuffman編碼擴展操作碼編碼I1I2I3I4I5I6I7I8I930%24%20%7%7%6%3%2%1%10000111001101111011110111110111111000110110001100111010110111110011101西個馬pili(3)8個。 (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 相對位移 主存邏輯地址(5)訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對位移量為32個字節(jié)。 ? 答： 一般原則： (1)確定指令系統(tǒng)時，只選擇使用頻度很高的指令及少量有效支持操作系統(tǒng)，高級語言及其它功能的指令； (2)減少尋址方式種類，一般不超過兩種； (3)讓所有指令在一個機器周期內(nèi)完成； (4)擴大通用寄存器個數(shù)，一般不少于32個，盡量減少訪存次數(shù)； (5)大多數(shù)指令用硬聯(lián)實現(xiàn)，少數(shù)用微程序?qū)崿F(xiàn)； (6)優(yōu)化編譯程序，簡單有效地支持高級語言實現(xiàn)。 基本技術(shù)： (1)按RISC一般原則設(shè)計，即確定指令系統(tǒng)時，選最常用基本指令，附以少數(shù)對操作系統(tǒng)等支持最有用的指令，使指令精簡。編碼規(guī)整，尋址方式種類減少到2種。 (2)邏輯實現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。即大多數(shù)簡單指令用硬聯(lián)方式實現(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，簡單有效地支持高級語言中的過程調(diào)用，在RISC機器中設(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)移實現(xiàn)指令，即可讓本條指令執(zhí)行與下條指令預(yù)取在時間上重疊。另外，將轉(zhuǎn)移指令與其前面的一條指令對換位置，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)省一個機器周期。 (5)優(yōu)化設(shè)計編譯系統(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，以盡量減少機器周期等。 ，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：機器指令系統(tǒng)龐大復(fù)雜。 RISC結(jié)構(gòu)特點：機器指令系統(tǒng)簡單，規(guī)模小，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)化生成高效機器語言程序，編譯也太長，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)性能價格比，增加設(shè)計人員負擔(dān)。 RISC的問題； (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)計負擔(dān)，增加了機器語言程序長度，加大指令信息流量。 (2)對浮點運算和虛擬存儲支持不很強。 (3)RISC編譯程序比CISC難寫。 由于RISC和CISC各有優(yōu)缺點,在設(shè)計時，應(yīng)向著兩者結(jié)合，取長補短方向發(fā)展。 第三章　總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng)，定時查詢和獨立請求3種總線控制方式的優(yōu)缺點。同時分析硬件產(chǎn)生故障時通訊的可靠性。 答： 控制方式優(yōu)點缺點串行鏈接(1)選擇算法簡單。(2)控制線數(shù)少，只需要3根，且不取決于部件數(shù)量。(3)可擴充性好。(1)對“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)先級的部件頻繁要求使用總線，離總線控制器遠的部件就難以獲得總線使用權(quán)。(3)“總線可用”信號順序脈動地通過各個部件，總線的分配速度慢。(4)受總線長度的限制，增減和移動部件受限制。定時查詢(1)靈活性強，部件的優(yōu)先次序由程序控制。(2)可靠性高，不會因某個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。(4)可擴充性差。獨立請求(1)靈活性強，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個設(shè)備，需要有2N+1根控制線?！?”對應(yīng)于開放，“0”對應(yīng)于屏蔽，各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位設(shè)置如下： 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1010第3級1000第4級1010(1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為1→2→3→4時，其中斷處理次序是什么? (2)如果所有的中斷處理都各需3個單位時間，中斷響應(yīng)和中斷返回時間相對中斷處理時間少得多。當(dāng)機器正在運行用戶程序時，同時發(fā)生第2，3級中斷請求，過兩個單位時間，又同時發(fā)生第1，4級中斷請求，試畫出程序運行過程示意圖。 答： (1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為1→2→3→4時，其中斷處理次序為1→3→4→2。 (2) ,中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為1→2→3→4→5,現(xiàn)要求其實際的中斷處理次求序1→4→5→2→3。 (1)設(shè)計各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位(令“1”對應(yīng)于開放，“0”對應(yīng)于屏蔽)。 (2)若在運行用戶程序時，同時出現(xiàn)第4，2級中斷請求，而在處理第2級中斷未完成時，又同時出現(xiàn)第1，3，5級中斷請求，請畫出此程序運行過程示意圖。 答： (1)中斷級屏蔽位設(shè)置如下圖： 中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級5級第1級11111第2級01100第3級00100第4級01111第5級01101(2)中斷過程示意圖：如圖 4中斷同時出現(xiàn)，進行排隊器。 首先響應(yīng)第2級中斷請求，屏蔽字為01100，表明其對第4級中斷請求開放，所以轉(zhuǎn)去響應(yīng)第4級中斷請求并進行處理。 響應(yīng)4，中斷4運行結(jié)束，回2。 5進入排隊器。 第2級中斷請求的處理請求被中斷，轉(zhuǎn)去響應(yīng)第1級中斷請求并進行處理。 響應(yīng)第5級中斷請求并進行處理。 繼續(xù)響應(yīng)并處理第2級中斷處理請求，結(jié)束后返回用戶程序。 最后處理第3級中斷請求。 ，數(shù)組多路和選擇通道的數(shù)據(jù)傳送方式。 答: 字節(jié)多路通道適用于連接大量的像光電機等字符類低速設(shè)備。這些設(shè)備傳送一個字符(字節(jié))的時間很短，但字符(字節(jié))間的等待時間很長。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設(shè)備服務(wù)，使效率提高。字節(jié)多路通道可有多個子通道，同時執(zhí)行多個通道程序。 數(shù)組多路通道適合于連接多臺象磁盤等高速設(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間很長。通道“數(shù)據(jù)寬度”為定長塊，多臺設(shè)備以成組交叉方式工作，以充分利用并盡可能重疊各臺高速設(shè)備的輔助操作時間。傳送完K個字節(jié)數(shù)據(jù)，就重新選擇下個設(shè)備。數(shù)組多路通道可有多個子通道，同時執(zhí)行多個通道程序。 選擇通道適合于連接象磁盤等優(yōu)先級高的高速設(shè)備，讓它獨占通道，只能執(zhí)行一道通道程序。通道“數(shù)據(jù)寬度”為可變長塊，一次將N個字節(jié)全部傳送完，在數(shù)據(jù)傳送期只選擇一次設(shè)備。 。某低速設(shè)備每隔500μs發(fā)出一個字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請求，問至多可接幾臺這種低速設(shè)備?對于如下A～F6種高速設(shè)備，一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個字節(jié)，問哪些設(shè)備可以掛在此通道上?哪些則不能?其中A—F設(shè)備每發(fā)出一個字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請求的時間間隔分別為(單位為μs)： 表35 設(shè)備ABCDEF發(fā)申請間隔(μs)答: (1)至多可連接50臺低速的外設(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： =1/(TS+TD)=fbyte 通道極限流量應(yīng)大于或等于設(shè)備對通道要求的流量fbyte。 如果字節(jié)多路通道上所掛