【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條指令時的吞吐率TP30=15/17△t。效率η3=25/46。 (3)通過對(1)、(2)兩小題的計算比較可得出什么結(jié)論？ 解答: 求(10)∑(i=1)Ai需要的最知時間是170ns。 答: 圖0504 時空圖： (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，畫出實現(xiàn)A*B*C*D的時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，每步的時間相應(yīng)為t取指、t分析、t執(zhí)行, (1)分別計算下列幾種情況下，執(zhí)行完100條指令所需時間的一般關(guān)系式： 。⑤將得到的x個第二個任務(wù)的沖突向量與初始沖突向量作“按位或”運(yùn)算，得出x個第三個任務(wù)的沖突向量。 你認(rèn)為哪種建議可??？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)*號的是候選替換塊的塊號，H：命中。 (3)對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中各塊隨時間的使用狀況。=nd+s=8+s。請設(shè)計此相聯(lián)目錄表，求出該表之行數(shù)、總位數(shù)及每個比較電路的位數(shù)。 (1)增大輔存容量，對命中率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，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，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（與主存中的實頁號寬度對應(yīng)） 但又有所簡化（原因是如果用用戶號和虛頁號與實頁號對應(yīng)，前者就有22位，現(xiàn)改進(jìn)后虛頁號只有14位了） (2)相聯(lián)寄存器組中每個寄存器的相聯(lián)比較位數(shù)為10（與虛地址中的用戶號寬度對應(yīng)） }，它應(yīng)可對應(yīng)1K個任務(wù)，但在一段較長時間內(nèi)，一般只有4個任務(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)；每個任務(wù)的程序空間最大可達(dá)4096頁，每頁為512個字節(jié)，實主存容量為2＾20位；設(shè)快表用按地址訪問存儲器構(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)虛地址中段號有2位，頁號有2位，也就是每個程序最多只能有2^2=4個段，每個段至多只能有2^2=4頁，所以該地址空間中共有4*4=16個虛頁。 (2) 虛地址虛頁號頁內(nèi)位移裝入位實頁號頁內(nèi)位移實地址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，即為頁面失效，再找出相對應(yīng)的虛頁號即可。 設(shè)主存每個分體的存取周期為2μs，寬度為4個字節(jié)。這樣的命中率很難達(dá)到。(3)3級(1)2^22個或4M個 (2)每個頁面可存放多少個頁表項？ 試問： (3)設(shè)計相聯(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個存儲體的低位交叉方式訪問，每個存儲體的字長為4個字節(jié)，總?cè)萘繛?56MB，Cache的容量為512KB,每一組內(nèi)有4塊?，F(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Cache進(jìn)行寫操作時，如果命中Cache，不僅將數(shù)據(jù)寫入Cache，而且寫入主存，使兩者的對應(yīng)內(nèi)容統(tǒng)一起來，這樣，當(dāng)Cache中的塊被替換時，就不必再花時間寫回主存了。(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)傳送請求間隔時間(500μs)的倒數(shù)，所以： 如果字節(jié)多路通道上所掛設(shè)備臺數(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)入排隊器。當(dāng)機(jī)器正在運(yùn)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(yùn)行過程示意圖。(3)控制線數(shù)多，需要2+log2N根。(1)對“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)字只需硬件啟動寫長字和讀長字兩次訪存即可完成。圖中略去了某些實現(xiàn)上的具體細(xì)節(jié)，因為這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)計編譯系統(tǒng)。 (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。 (3)8個。 (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。②對地址碼的優(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）。∵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。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。題中“按照使用的倍數(shù)來說，等價于m=4,” 這個m=4,因為2^3102^4,等價為實際要4個二進(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，讓一組計算機(jī)在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)全盤控制下，實現(xiàn)軟件和硬件各級上的相互作用，達(dá)到時間和空間上的異 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存儲器；指令緩沖寄存器； VLSI的發(fā)展更使結(jié)構(gòu)組成和實現(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)雜的實現(xiàn)技術(shù)，也可用復(fù)雜的組成但卻是一般速度的實現(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。 但是實現(xiàn)的性能價格比，實現(xiàn)的難易程序不同。 note: 如果執(zhí)行第1級的一條指令要Kns時間，那么執(zhí)行第第3和第4級的一條指令各需要用多少時間？ 解答：資源共享是指用軟件方法讓多個用戶按一定時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，并行級別有存儲器操作并行，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)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分布處理系統(tǒng)。SIMD:一個指令部件同時控制多個處理單元，實現(xiàn)一條指令對多個數(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)計復(fù)雜化和更多地采用專用芯片。 ？對計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下列哪些是透明的？哪些是不透明的？ 存儲器的模m交叉存取；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；存儲器最小編址單位；Cache存儲器。 （2）為增強(qiáng)中斷處理功能，將中斷分級由原來的4級增加到5級，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：計算機(jī)系統(tǒng)的3T性能目標(biāo)是 1TFLOPS計算能力,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個地址中的任意64個。設(shè)指令字長為12位．每個地址碼長為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)排隊器總是在每條指令執(zhí)行到最后一個機(jī)器周期的最后一個時鐘周期時，對目前到達(dá)中斷響應(yīng)排隊器入口的所有中斷請求排一次隊，擇優(yōu)進(jìn)行響應(yīng)。第i級中斷處理程序級別的各級中斷級屏蔽位中應(yīng)有i1位設(shè)為“1”。*1，2，3，4中斷同時出現(xiàn)，進(jìn)行排隊器； *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011014中斷同時出現(xiàn)，進(jìn)行排隊器。 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器構(gòu)成相聯(lián)目錄表，實現(xiàn)主存地址到Cache地址的變換，采用4個相等比較電路。(5分) 每對l行，對中選行需gpC2(l)個比較對觸發(fā)器。第四章　存儲體系 =107s、TA2=102s,為使存儲層次的訪問效率e達(dá)到最大值的80%以上，命中率H至少要求達(dá)到多少？實際上這樣高的命中率是很難達(dá)到的，那么從存儲層次上如何改進(jìn)？ 解： 為了降低對H的要求，可以選擇高命中率的算法，可以減少相鄰兩級的訪問速度差和容量差(這樣做不利于降低存儲器的平均每位價格)，可在主、輔存儲器間加一層電子磁盤，使存儲體系中相鄰兩級的訪問時間比不太大。采用模m多分體交叉存取。 頁內(nèi)位移量=虛地址－虛頁號*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)的實地址，但這樣要在頁表中建立新的虛實地