【正文】 加按124連接，乘按134連接，流水線輸出設(shè)有數(shù)據(jù)緩沖器，也可將數(shù)據(jù)直接返回輸入。連續(xù)輸入30條指令時(shí)的吞吐率TP30=15/17△t。效率η3=25/46。 (3)通過對(duì)(1)、(2)兩小題的計(jì)算比較可得出什么結(jié)論？ 解答: 求(10)∑(i=1)Ai需要的最知時(shí)間是170ns。 答: 圖0504 時(shí)空圖： (a)所示，其乘積可直接返回輸入端或暫存于相應(yīng)緩沖寄存器中，畫出實(shí)現(xiàn)A*B*C*D的時(shí)空圖以及輸入端的變化，并求出該流水線的吞吐率和效率。 解： (1)執(zhí)行完100條指令所需時(shí)間： 第五章　重疊、流水和向量處理機(jī) 、分析與執(zhí)行3步，每步的時(shí)間相應(yīng)為t取指、t分析、t執(zhí)行, (1)分別計(jì)算下列幾種情況下，執(zhí)行完100條指令所需時(shí)間的一般關(guān)系式： 。⑤將得到的x個(gè)第二個(gè)任務(wù)的沖突向量與初始沖突向量作“按位或”運(yùn)算，得出x個(gè)第三個(gè)任務(wù)的沖突向量。 你認(rèn)為哪種建議可取？你如何做決定？為什么？ 解答： (4)增大塊的大小(組的大小和Cache總?cè)萘坎蛔?一般將使ta下降，從而提高Cache的等效訪問速度。 ，LRU替換算法的Cache存儲(chǔ)器，發(fā)現(xiàn)等效訪問速度不高，為此建議： (1)增大主存容量。圖中標(biāo)*號(hào)的是候選替換塊的塊號(hào)，H：命中。 (3)對(duì)于如下主存塊地址流：1,2,4,1,3,7,0,1,2,5,4,6,4,7,2,如主存中內(nèi)容一開始未裝入Cache中，請列出Cache中各塊隨時(shí)間的使用狀況。=nd+s=8+s。請?jiān)O(shè)計(jì)此相聯(lián)目錄表，求出該表之行數(shù)、總位數(shù)及每個(gè)比較電路的位數(shù)。 (1)增大輔存容量，對(duì)命中率H無影響。 (3)FIFO改為LRU。(4)由以上結(jié)論可得，F(xiàn)IFO算法的條件下，當(dāng)頁面大小發(fā)生變化時(shí)，其命中率變化是：一開始隨頁面大小增大命中率（第一步與第二步比較），但當(dāng)頁面大小增到一定時(shí)，命中率不再增加（第一步與第三步比較）。(2)方法同（1）H=25% (4)散列變換硬件的輸入位數(shù)為14位（虛頁號(hào)寬度+相聯(lián)寄存器中ID的寬度），輸出位數(shù)為8位（與主存中的實(shí)頁號(hào)寬度對(duì)應(yīng)） 但又有所簡化（原因是如果用用戶號(hào)和虛頁號(hào)與實(shí)頁號(hào)對(duì)應(yīng)，前者就有22位，現(xiàn)改進(jìn)后虛頁號(hào)只有14位了） (2)相聯(lián)寄存器組中每個(gè)寄存器的相聯(lián)比較位數(shù)為10（與虛地址中的用戶號(hào)寬度對(duì)應(yīng)） }，它應(yīng)可對(duì)應(yīng)1K個(gè)任務(wù)，但在一段較長時(shí)間內(nèi)，一般只有4個(gè)任務(wù)在使用，故用容量為4行的相聯(lián)寄存器組硬件來縮短被變換的虛地址中的用戶位位數(shù)；每個(gè)任務(wù)的程序空間最大可達(dá)4096頁，每頁為512個(gè)字節(jié)，實(shí)主存容量為2＾20位；設(shè)快表用按地址訪問存儲(chǔ)器構(gòu)成，行數(shù)為32，快表的地址是經(jīng)散列形成；為減少散列沖突，配有兩套獨(dú)立相等比較電路。 note: 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) 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(duì)應(yīng)的虛頁號(hào)即可。 設(shè)主存每個(gè)分體的存取周期為2μs，寬度為4個(gè)字節(jié)。這樣的命中率很難達(dá)到。(3)3級(jí)(1)2^22個(gè)或4M個(gè) (2)每個(gè)頁面可存放多少個(gè)頁表項(xiàng)？ 試問： (3)設(shè)計(jì)相聯(lián)目錄表結(jié)構(gòu)，并求出該表的行數(shù)及每一行的格式。主存采用4個(gè)存儲(chǔ)體的低位交叉方式訪問，每個(gè)存儲(chǔ)體的字長為4個(gè)字節(jié)，總?cè)萘繛?56MB，Cache的容量為512KB,每一組內(nèi)有4塊。現(xiàn)在從內(nèi)存中讀數(shù)據(jù)都是按字節(jié)為單位。預(yù)取進(jìn)算法是指在用到某Cache塊之前就將該塊預(yù)取進(jìn)Cache。寫直達(dá)法，又稱存直達(dá)法，是指在CPU對(duì)Cache進(jìn)行寫操作時(shí)，如果命中Cache，不僅將數(shù)據(jù)寫入Cache，而且寫入主存，使兩者的對(duì)應(yīng)內(nèi)容統(tǒng)一起來，這樣，當(dāng)Cache中的塊被替換時(shí)，就不必再花時(shí)間寫回主存了。(2)主存流量應(yīng)達(dá)到4MB/S。字節(jié)多路通道子通道A2:。思路二：從傳送字節(jié)時(shí)間上入手。(2)設(shè)備B,C,E,F可以掛在此通道上，設(shè)備A,D則不能。fi也就是設(shè)備發(fā)出字節(jié)傳送請求間隔時(shí)間(500μs)的倒數(shù)，所以： 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： 5進(jìn)入排隊(duì)器。當(dāng)機(jī)器正在運(yùn)行用戶程序時(shí)，同時(shí)發(fā)生第2，3級(jí)中斷請求，過兩個(gè)單位時(shí)間，又同時(shí)發(fā)生第1，4級(jí)中斷請求，試畫出程序運(yùn)行過程示意圖。(3)控制線數(shù)多，需要2+log2N根。(1)對(duì)“總線可用”線及其有關(guān)電路失效敏感。 ？ 例如，在IBM370系列機(jī)上，程序狀態(tài)字為64位，等于它的長字，交換程序狀態(tài)字只需硬件啟動(dòng)寫長字和讀長字兩次訪存即可完成。圖中略去了某些實(shí)現(xiàn)上的具體細(xì)節(jié)，因?yàn)檫@些已不是本課程要討論的內(nèi)容。(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)。 (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(duì)操作系統(tǒng)等支持最有用的指令，使指令精簡。 (3)8個(gè)。 (2)考慮題目全部要求，設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)用的操作形式，并計(jì)算其操作碼的平均碼長。②對(duì)地址碼的優(yōu)化： ∴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。 ^(1666)=2^4=16條， 現(xiàn)雙地址指令有X條, 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）?！咭罁?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。將大地址空間64個(gè)地址分塊，用基址寄存器指出程序所在塊號(hào)，用指令中6位地址碼表示該塊內(nèi)64 個(gè)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(gè)地址之一。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。*(rm1)/rm。 依題意知：p=6 m=48 rm=2, 8, 16，m39。 （6分） 解答：種編碼。rm^m39。 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。 答：可以考慮的有：1,3,4,6,7。 ，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，以支持事務(wù)處理程序的編譯。 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； 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。 但是實(shí)現(xiàn)的性能價(jià)格比，實(shí)現(xiàn)的難易程序不同。 note: 如果執(zhí)行第1級(jí)的一條指令要Kns時(shí)間，那么執(zhí)行第第3和第4級(jí)的一條指令各需要用多少時(shí)間？ 解答：資源共享是指用軟件方法讓多個(gè)用戶按一定時(shí)間順序輪流使用同一套資源以提高資源的利用率，從而提高系統(tǒng)性能。 從處理數(shù)據(jù)的角度看，并行級(jí)別有位串字串，位并字串，位片串字并，全并行。從加工信息的角度看，并行級(jí)別有存儲(chǔ)器操作并行，處理器操作步驟并行，處理器操作并行，指令、任務(wù)、作業(yè)并行。指令、任務(wù)、作業(yè)并行是指多個(gè)獨(dú)立的處理機(jī)分別執(zhí)行各自的指令、任務(wù)、作業(yè)。例子有多處理機(jī)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分布處理系統(tǒng)。SIMD:一個(gè)指令部件同時(shí)控制多個(gè)處理單元，實(shí)現(xiàn)一條指令對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)的操作。 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。 ？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。 （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。不可以考慮的有：2,5,8。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。 ？ 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) 39。(rm1)/rm。但課本中討論的是規(guī)格化數(shù)，即尾數(shù)的小數(shù)點(diǎn)后第一個(gè)數(shù)位不為零的數(shù)，所以，應(yīng)該去掉小數(shù)點(diǎn)后第一個(gè)數(shù)位是0的那些非規(guī)格化的數(shù)。 (1)全Huffman編碼的平均碼長是可用的二進(jìn)制位編碼中平均碼長最短的編碼。堆棧型機(jī)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有力地支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用。=m/log2(rm)，列下表： p=6,m=48,rm=2(m39?？杀硎镜奈矓?shù)的個(gè)數(shù)=rm^m39。 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。 解：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)。設(shè)指令字長為12位．每個(gè)地址碼長為3位。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 。 答：采用0、3等多種地址制。 (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)。 編碼規(guī)整，尋址方式種類減少到2種。即盡力優(yōu)化寄存器分配，減少訪存次數(shù)。 (1)指令系統(tǒng)龐大，一般200條以上； (3)難以優(yōu)化生成高效機(jī)器語言程序，編譯也太長，太復(fù)雜； 盡管中斷請求是隨機(jī)發(fā)出的，為了便于精確保存中斷的斷點(diǎn)以及在中斷處理完后又能返回到原中斷處，中斷響應(yīng)排隊(duì)器總是在每條指令執(zhí)行到最后一個(gè)機(jī)器周期的最后一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)，對(duì)目前到達(dá)中斷響應(yīng)排隊(duì)器入口的所有中斷請求排一次隊(duì)，擇優(yōu)進(jìn)行響應(yīng)。第i級(jí)中斷處理程序級(jí)別的各級(jí)中斷級(jí)屏蔽位中應(yīng)有i1位設(shè)為“1”。*1，2，3，4中斷同時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)行排隊(duì)器； *1的屏蔽字為0000，所以1中斷執(zhí)行到結(jié)束，回用戶程序； *2被中斷，3響應(yīng)，但其屏蔽字為1001，允許響應(yīng)4，所以； *3執(zhí)行到結(jié)束，回2； (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)。(4)可擴(kuò)充性差。 答： (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)011014中斷同時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)行排隊(duì)器。 剖析： ∴+1024＝ ∴為使數(shù)據(jù)不丟失，B、C、E、F可掛在該通道上。數(shù)組多路通道B1:500KB/s。 剖析: 設(shè)備要求數(shù)組多路通道或選擇通道的實(shí)際最大流量，是該通道所接各設(shè)備的字節(jié)傳送速率中的最大者。 采用按地址訪問存儲(chǔ)器構(gòu)成相聯(lián)目錄表，實(shí)現(xiàn)主存地址到Cache地址的變換，采用4個(gè)相等比較電路。(5分) 每對(duì)l行，對(duì)中選行需gpC2(l)個(gè)比較對(duì)觸發(fā)器。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： 為了降低對(duì)H的要求，可以選擇高命中率的算法，可以減少相鄰兩級(jí)的訪問速度差和容量差(這樣做不利于降低存儲(chǔ)器的平均每位價(jià)格)，可在主、輔存儲(chǔ)器間加一層電子磁盤，使存儲(chǔ)體系中相鄰兩級(jí)的訪問時(shí)間比不太大。采用模m多分體交叉存取。 頁內(nèi)位移量=虛地址－虛頁號(hào)*頁面大小 由于可以用替換算法解決頁面失效的問題，所以，發(fā)生頁面失效的虛頁2,3,5,7仍然可以有相應(yīng)的實(shí)地址，但這樣要在頁表中建立新的虛實(shí)地