【正文】 提高。 連續(xù)輸入3條指令時(shí)的吞吐率TP3=3/7△t。 效率η3=5/11。 (2)按兩種途徑之一改進(jìn)，畫出你的流水線結(jié)構(gòu)示意圖，同時(shí)計(jì)算連續(xù)輸入3條指令和30條指令時(shí)的吞吐率。求(10)∑(i=1)Ai需要的最知時(shí)間是170ns。時(shí)空圖如下： η=3/11。(b)形式實(shí)現(xiàn)同一計(jì)算時(shí)，求該流水線的效率及吞吐率。+100*t分析+99*max(t取指+t執(zhí)行)+t執(zhí)行。 “執(zhí)行k”、“分析k+1”、“取指k+2”重疊。如果差得較遠(yuǎn)，說明Cache的命中率低，應(yīng)從提高Cache命中率著手，包括調(diào)整組的大小、塊的大小、替換算法以及增大Cache容量等。 ，于是申請到一批有限的經(jīng)費(fèi)，為能發(fā)揮其最大經(jīng)濟(jì)效益，有人建議你再買一些同樣速度的Cache片子以擴(kuò)充其容量。(2)增大Cache的塊數(shù)(塊的大小不變)一般將使Cache的命中率Hc上升，從而使ta下降，從而提高Cache的等效訪問速度。 (3)增大組相聯(lián)組的大小(塊的大小不變)。由于主存塊、Cache塊之間存在上述的映象對應(yīng)關(guān)系，主存的第0、5塊只能映象裝入或替換物理Cache的第0、1塊。L：失效。 解答： (2)畫出主存、Cache空間塊的映象對應(yīng)關(guān)系示意圖。若認(rèn)為相等比較電路的個(gè)數(shù)=組內(nèi)塊數(shù)，則相聯(lián)目錄表的行數(shù)=2^4，每個(gè)比較電路的位數(shù)=10，相聯(lián)目錄表的總位數(shù)=12*2^6。 note： 每個(gè)比較電路的位數(shù)=nd+s39。要求Cache的每一塊在一個(gè)主存周期內(nèi)能從主存取得，所以，Cache中每塊的塊內(nèi)字?jǐn)?shù)不能大于16Bytes。 解答： ，Cache為1KB，要求Cache的每一塊在一個(gè)主存周期內(nèi)能從主存取得。(2)增大主存容量(頁數(shù))，可普遍提高命中率。 (4)FIFO改為LRU，并增大主存容量(頁數(shù))。(5)命中率為58%，結(jié)論是如果分配給主存容量增加時(shí)可以搞高命中率。 (6)快表的總?cè)萘浚?2行*（14(輸入位數(shù))+8（輸出位數(shù)））*2=32*22*2 ，其訪問虛存的地址流為20，22，208，214，146，618，370，490，492，868，916，728。 相聯(lián)寄存器的作用：把10位的用戶號(hào)轉(zhuǎn)換為2位的ID（因?yàn)橐话阒挥?個(gè)任務(wù)在使用），并把ID與虛地址的虛頁號(hào)合并到快表中查實(shí)頁號(hào)。實(shí)地址為20位，其中實(shí)頁號(hào)8位，頁內(nèi)位移12位（與虛頁頁內(nèi)位移對應(yīng)） 虛地址為34位，其中用戶號(hào)為10位（對應(yīng)1K的任務(wù)）、虛頁號(hào)12位（每個(gè)任務(wù)4096頁）、頁內(nèi)位移12位（每頁512字節(jié)，512字節(jié)=512*8=1024*4=2^12） (1)依題意得知： }。我不了解FORTRAN，找朋友把上面的源代碼轉(zhuǎn)成C了： main(){ int A[]={4,2,0}。 但實(shí)存只有8頁位置可供存放數(shù)組之用，所以，分別分配給程序X和Y的數(shù)組4個(gè)實(shí)頁。 根據(jù)題意，程序X依次調(diào)用數(shù)組A,C,B,B,E, A,C,B,B,C,A,D,D,E, A,C,B,B,E中的數(shù)據(jù)。 而程序Y在運(yùn)行過程中，其數(shù)組將依次用到程序空間的第3,5,4,2,5,3,1,3,2,5,1,3,1,5,2頁。LE(1)虛地址中段號(hào)有2位，頁號(hào)有2位，也就是每個(gè)程序最多只能有2^2=4個(gè)段，每個(gè)段至多只能有2^2=4頁，所以該地址空間中共有4*4=16個(gè)虛頁。(2)程序中遇到上表中各情況時(shí)，是否會(huì)發(fā)生段失效、頁失效或保護(hù)失效及相應(yīng)的主存實(shí)地址的情況如下表所示： 方式段頁頁內(nèi)位移段失效頁失效實(shí)頁號(hào)實(shí)地址保護(hù)失效取數(shù)取數(shù)取數(shù)存數(shù)存數(shù)存數(shù)轉(zhuǎn)移至此取數(shù)取數(shù)轉(zhuǎn)移至此013021102311311032001102047421410050560無無無無有無無無有無無無有無/有無有/無30無3無無8無無14614510無6184無無16484無無28732無無/有//無//有剖析： 每段可有訪問方式保護(hù)，其頁表和保護(hù)位如下表所示。(2) 虛地址虛頁號(hào)頁內(nèi)位移裝入位實(shí)頁號(hào)頁內(nèi)位移實(shí)地址0001303072327836560頁面失效頁面失效無102301023131023409510241011010242055270頁面失效頁面失效無780076320頁面失效頁面失效無40964012020486800665610656656剖析：(1)根據(jù)頁表法列出表2，當(dāng)裝入位為0時(shí)，即為頁面失效，再找出相對應(yīng)的虛頁號(hào)即可。 映象表的內(nèi)容如下表所示。 解： 可得出，在λ=，m=32的平均訪問字?jǐn)?shù)大于m=16時(shí)的平均訪問字?jǐn)?shù)。同理，m=16時(shí) ,B=44*(3/4)^16 由λ=,m=32 求得：B=44*(3/4)^32 當(dāng)模數(shù)為16呢？由此你可得到什么結(jié)論？ 解：B=[ 1(1λ)^m] /λ 解： e=TA1/TA=TA1/(H*TA1+(1H)*TA2)≥80%，H≥(10^55/4)/(10^51)。 第四章　存儲(chǔ)體系=107s、TA2=102s,為使存儲(chǔ)層次的訪問效率e達(dá)到最大值的80%以上，命中率H至少要求達(dá)到多少？實(shí)際上這樣高的命中率是很難達(dá)到的，那么從存儲(chǔ)層次上如何改進(jìn)？ 解： 剖析: 數(shù)組多路通道B1:500KB/s。 剖析： 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)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+20＝250KB/S。A、D不能。所以，B、C、E、F可掛在該通道上。由表35可得出 設(shè)備ABCDEF傳送速率(B/μs)1/1/1/1/1/1/ =N/(TS+N*TD)=1/((TS/N)+TD)=1/(()+)=1/(約) A~F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： (1)至多可連接50臺(tái)低速的外設(shè)。通道“數(shù)據(jù)寬度”為可變長塊，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。通道“數(shù)據(jù)寬度”為定長塊，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。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。 ，數(shù)組多路和選擇通道的數(shù)據(jù)傳送方式。第2級(jí)中斷請求的處理請求被中斷，轉(zhuǎn)去響應(yīng)第1級(jí)中斷請求并進(jìn)行處理。 4中斷同時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)行排隊(duì)器。(2)中斷過程示意圖：如圖 (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 答： (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?yàn)?→3→4→2。 答： (1)控制較為復(fù)雜。(4)可擴(kuò)充性差。(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。(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)。 答： 控制方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)串行鏈接(1)選擇算法簡單。(3)RISC編譯程序比CISC難寫。 RISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)簡單，規(guī)模小，復(fù)雜度低。 (5)優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。 (3)用重疊寄存器窗口。 (1)按RISC一般原則設(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)對操作系統(tǒng)等支持最有用的指令，使指令精簡?；炯夹g(shù)： (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)。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)。采用0、3等多種地址制。 問單地址指令最多可以有多少條? 答： ②若單地址指令254條，可以用擴(kuò)展碼為其編碼。 答： 只有兩種碼長的擴(kuò)展操作碼的平均碼長=。分別求出用等長碼、Huffman碼、只有兩種碼長的擴(kuò)展操作碼3種編碼方式的操作碼平均碼長。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(gè)地址中的任意64個(gè)。 答：=1p=2,rm=4,m39。 （2）對于rp=2,p=2,rm=4,m39。*(rm1)/rm。))。=12)最小階(非負(fù)階，最小為0)000最大階(2^p1)2^612^612^61最小尾數(shù)值(rm^(1))1/21/81/16最大尾數(shù)值(1rm^(m39。依題意知：p=6 m=48 rm=2, 8, 16，m39。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)，再從堆棧中彈出。通用寄存器型機(jī)器對堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的支持是較差的。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)的高效實(shí)現(xiàn)。（2）看引入這種數(shù)據(jù)表示后，其通用性和利用率是否高。 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。 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。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。 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。 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。不可以考慮的有：2,5,8。 （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，以加快主機(jī)內(nèi)部信息的傳送。 （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。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，對系統(tǒng)和程序員和應(yīng)用程序員都是透明的。 ？哪些對應(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。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)器最小編址單位。 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。例如，為達(dá)到速度要求，可用簡單的組成但卻是復(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)。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。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。（2）相同的組成可有多種不同的實(shí)現(xiàn)。 （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。 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。 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 ？在什么意義上又是不等效的？試舉例說明。第3級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*(N/M)*Ks?，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3和4級(jí)上一段等效程序各需要運(yùn)行多長時(shí)間？ 答： 第2級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*Ks。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+1級(jí)需(N/M)條指令來完成第i級(jí)的計(jì)算量。但是實(shí)現(xiàn)的性能價(jià)格比，實(shí)現(xiàn)的難易程序不同。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。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。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)。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)。然而，它可與實(shí)現(xiàn)折衷權(quán)衡。軟件的硬化和硬件的軟件都反映了這一事實(shí)。 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；PDP11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。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。 note: ，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？ 新增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令，