【正文】 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。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。 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。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）?！嗔愕刂分噶顬?2^3＝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∵依據(jù)①中推導(dǎo)，單地址指令中可用2條編碼作為擴(kuò)展碼 ：三地址指令4條，單地址指令255條，零地址指令16條。 解： 剖析：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。題中“按照使用的倍數(shù)來說，等價(jià)于m=4,” 這個(gè)m=4,因?yàn)?^3102^4,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 （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。=2最小尾數(shù)值10^1=4^1=最大尾數(shù)值110^1=14^2=15/16最大階值2p^1=33可表示的最小值可表示的最大值10^3*=9004^3*15/16=60可表示數(shù)的個(gè)數(shù)3648=2,重復(fù)以上計(jì)算。 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)m39?？杀硎镜奈矓?shù)的個(gè)數(shù)=rm^m39。 ))12^(48)18^(16)，即(12^(48))116^(12)，即(12^(48))可表示的最小值1/21/81/16可表示的最大值2^63*(12^(48))8^63*(18^(16))16^63*(116^(12))階的個(gè)數(shù)(2^p)2^62^62^6可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)2^48*(21)/28^16*(81)/816^12*(161)/16可表示的規(guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)2^6*2^48*(21)/22^6*8^16*(81)/82^6*16^12*(161)/16note: =m/log2(rm)，列下表： p=6,m=48,rm=2(m39。 、尾數(shù)48位，階符和數(shù)符不在其內(nèi)，當(dāng)尾數(shù)分別以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)。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。 ？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。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。 ？ 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)？確定和引入數(shù)據(jù)表示的基本原則是什么？ 答：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。它主要應(yīng)解決：擁塞控制，沖突防止，流水線調(diào)度等問題。 、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。原則是看改進(jìn)后能否保持軟件的可移植性。 （7）為減少公用總路線的使用沖突，將單總線改為雙總線。 （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。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。 答： （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。 ？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)合型還是獨(dú)立型；PDP11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。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。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)。 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)地址和能同時(shí)訪存。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。如IBM370系列有11121315168等由低檔到高檔的多種型號(hào)機(jī)器。 、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：第4級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。 范文范例參考第一章　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念，每級(jí)的指令互不相同，每一級(jí)的指令都比其下一級(jí)的指令在效能上強(qiáng)M倍，即第i級(jí)的一條指令能完成第i1級(jí)的M條指令的計(jì)算量。 note: 由題意可知：第i級(jí)的一條指令能完成第i1級(jí)的M條指令的計(jì)算量。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。 答： 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。 （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)。又如微程序控制是組成影響結(jié)構(gòu)的典型。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)。 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。 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。 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； 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。 “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。 （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。 （8）把原0號(hào)通用寄存器改作堆棧指示器。 就要在相當(dāng)長的時(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。 答： 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。 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)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)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件、硬件的交界面。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。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。 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。 解： =48)p=6,m=48,rm=8(m39?？杀硎镜淖钚≈?rm^(最小階)*最小尾數(shù)值=rm^0*rm^(1)=rm^(1)。*(rm1)/rm。39。 解 解：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)。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，寄存器內(nèi)容和地址位結(jié)合，就能達(dá)到要求了。等長操作碼的平均碼長=4位。設(shè)指令字長為12位．每個(gè)地址碼長為3位。①不能用擴(kuò)展碼為其編碼。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(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*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 。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(kuò)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。 ①操作碼的優(yōu)化 采用Huffman編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。 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度。 (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。 (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)。 (2)邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。 (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)行與下條指令預(yù)取在時(shí)間上重疊。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。 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(jì)負(fù)擔(dān)，增加了機(jī)器語言程序長度，加大指令信息流量。 第三章　總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng)，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)。(3)可擴(kuò)充性好。(4)受總線長度的限制，增減和移動(dòng)部件受限制。(2)控制較為復(fù)雜。(2)能方便地隔離失效部件的請(qǐng)求?！?”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)?→2→3→4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，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。 (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)。 響應(yīng)4，中斷4運(yùn)行結(jié)束，回2。 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。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。 數(shù)組多路通道適合于連接多臺(tái)象磁盤等高速設(shè)備。數(shù)組多路通道可有多個(gè)子通道，同時(shí)執(zhí)行多個(gè)通道程序。某低速設(shè)備每隔500μs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(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A—F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μs)： 表35 設(shè)備ABCDEF發(fā)申請(qǐng)間隔(μs)答: 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(500μs)的倒數(shù)，所以： m=1/((TS+TD)*f)=500/(+)=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。 思路二：從傳送字節(jié)時(shí)間上入手。 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。 (3)在2中各設(shè)兩個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)即可。 (1)分別求出各通道應(yīng)具有多大