【正文】 ，其間的傳送延時(shí)不計(jì)，指令和源操作數(shù)均能連續(xù)提供。(4)在這種結(jié)構(gòu)的處理器上求點(diǎn)積A*B的時(shí)空?qǐng)D如圖0513所示： 按此流水高度方案輸入6個(gè)任務(wù)，求實(shí)際吞吐率。求沖突向量，寫一個(gè)8位兩進(jìn)制數(shù)，根據(jù)禁止表倒著寫。 （3）采用鏈接技術(shù)。 (1)(2)(3)(4)V0←存儲(chǔ)器V1←V2+V3V4←V5*V6V2←V0*V1V3←存儲(chǔ)器V4←V2+V3V0←存儲(chǔ)器V2←V0*V1V3←V2+V0V5←V3+V4V0←存儲(chǔ)器V1←1/V0V3←V1*V2V5←V3+V4解：(1)3條向量指令之間既沒有發(fā)生源Vi沖突，也沒有Vi的先寫后讀相關(guān)，又不存在功能部件的使用沖突，所以這3條向量指令可以同時(shí)并行流水。只要讓第1條向量指令較第2條向量指令提前1拍啟動(dòng)，則第1,2兩條向量指令的第1個(gè)結(jié)果元素就可以被同時(shí)鏈接到第3條向量指令中。第3條向量指令與第4條向量指令之間有加法功能部件的使用沖突，它們之間也只能串行。 、分析、執(zhí)行三個(gè)子部件組成。 答PE0(PU0)經(jīng)一步可將信息傳送至PUPUPU1PU15。(2)5號(hào)處理器 (4)11號(hào)處理器 (B,1) (1011,0001) (7,D) (0111,1101) (E,4) (1110,0100) (9,3) (1001,0011) 不難得出其一般規(guī)律是：二進(jìn)制編號(hào)為P3P2P1P0的處理器與(￣P3)P2(￣P1)P0的處理器配對(duì)交換數(shù)據(jù)。多級(jí)網(wǎng)絡(luò)各級(jí)的級(jí)號(hào)由入端到出端依次為0、(P3...Pi...P0)=P3...(￣Pi)...P0函數(shù)。在經(jīng)過2級(jí)交換開關(guān)后，連向第4個(gè)處理器。 ~7號(hào)共8個(gè)處理器的三級(jí)混洗交換網(wǎng)絡(luò)，在該圖上實(shí)現(xiàn)將6號(hào)處理器數(shù)據(jù)播送給0~4號(hào)，同時(shí)將3號(hào)處理器數(shù)據(jù)播送給其余3個(gè)處理器時(shí)的各有關(guān)交換開關(guān)的控制狀態(tài)。 =2^n個(gè)輸入端的Omega網(wǎng)絡(luò)，采用單元控制。(2)該Omega網(wǎng)絡(luò)通過一次可以實(shí)現(xiàn)的置換可有2^((N/2)log2(N))=N^(N/2)種是不同的。說明為什么不會(huì)發(fā)生阻塞。在一到的映射時(shí)，交換開關(guān)的狀。8個(gè)輸入總共可實(shí)現(xiàn)的不重復(fù)排列有8!=40320種。8*8矩陣中任一元素aij，它在存儲(chǔ)器中所占的位置是i*8+j(即i*2^3+j)。N=16的多級(jí)立方體網(wǎng)絡(luò)，由n=log2(16)=4組成。 (4)4條向量指令均依次有Vi的先寫后讀相關(guān)，但無源Vi沖突，也無功能部件的使用沖突，所以，這4條向量指令可以全部鏈接在一直，進(jìn)行流水。(3)第1條向量指令與第2條向量指令之間有V0的先寫后讀相關(guān)，兩者可以鏈接。從存儲(chǔ)器讀數(shù)6拍，打入寄存器及啟動(dòng)功能部件各1拍。 =A*(B+C)，各向量元素均為N，參照CRAY－1方式分解為3條向量指令： 1：V3＜存儲(chǔ)器｛訪存取A送入V3寄存器組｝ 2：V2＜V0＋V1｛B＋C＞K｝ 3：V4＜V2＋V3｛K＊A＞D｝ 當(dāng)采用下列3種方式工作時(shí)需多少拍才能得到全部結(jié)果？ （1）串行執(zhí)行。圖0515 畫出流水線狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。 剖析：完成全部運(yùn)算最少需要45拍。(2)在這種結(jié)構(gòu)的處理器上求點(diǎn)積A*B的時(shí)空?qǐng)D如圖0511所示： 因此，應(yīng)將算法調(diào)整成先作一連串的乘，然后再切換成一連串的加。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。為了避免先寫后讀相關(guān)，使流水線性能盡可能高，需將(10)∑(i=1)Ai調(diào)整成((((A1+A2)+(A3+A4))+(A9+A10))+((A5+A6)+(A7+A8)))。 ，每段經(jīng)過時(shí)間10ns,輸出可直接返回輸入或?qū)⒔Y(jié)果暫存于相應(yīng)緩沖器中，問最少需經(jīng)多少時(shí)間能求(10)∑(i=1)Ai，并畫出時(shí)空?qǐng)D。 ，每個(gè)功能部件的延遲時(shí)間為△t，當(dāng)輸入10個(gè)數(shù)據(jù)后間歇5△t又輸入10個(gè)數(shù)據(jù)，如此周期性地工作，求此時(shí)流水線的吞吐率，并畫出時(shí)空?qǐng)D。 解：你認(rèn)為哪種建議可??？你如何做決定？為什么？ 解答：Cache本身的速度與容量都會(huì)影響Cache存儲(chǔ)器的等效訪問速度。(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。 (5)提高Cache本身器件的訪問速度。(5)Cache的塊命中率Hc=3/15=。 (4)對(duì)于(3),指出塊失效又發(fā)生塊爭(zhēng)用的時(shí)刻。 設(shè)Cache地址中的組內(nèi)塊號(hào)為s，相聯(lián)目錄表的行數(shù)=Cache地址內(nèi)的組數(shù)Q=Cache容量/(每組塊數(shù)*每塊大小)=1KB/(S*4*32)=2^13/(2^s*2^7)=2^(6s)。 剖析： (2)增大主存容量(頁數(shù))。按FIFO算法得出替換過程為：0（調(diào)入），0（命中），1（調(diào)入），1（命中），0（命中），3（替換0，0比1先入隊(duì)，所以被替換，下同），1（命中），2（替換1），2（命中），4（替換3），4（命中），3（替換2），所以總共命中6次。(1)主存容量400字，頁面大小200字，所以主存實(shí)頁數(shù)為2； (5)每個(gè)相等比較器的位數(shù)=ID+用戶虛頁號(hào)nv39。(3)相聯(lián)寄存器組中每個(gè)寄存器的總數(shù)為12（用戶號(hào)寬度+ID寬度） 但又有所簡(jiǎn)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） for (i=0,i0) E[i]=0。在宏觀上是并行的，就是說，每個(gè)程序在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)并不能運(yùn)行完。 EQ 一個(gè)段頁式虛擬存儲(chǔ)器。 (1)列出會(huì)發(fā)生頁面失效的全部虛頁號(hào)； (2)按以下虛地址計(jì)算主存實(shí)地址：0，3728，1023，1024，2055，7800，4096，6800。采用模m多分體交叉存取。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。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。 (1)分別求出各通道應(yīng)具有多大設(shè)計(jì)流量才不會(huì)丟失信息； (2)設(shè)I/O系統(tǒng)流量占主存流量的1/2時(shí)才算流量平衡，則主存流量應(yīng)達(dá)到多少? 通道號(hào)所接設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率(KB/s)字節(jié)多路通道子通道A150 35 20 20 50 35 20 20子通道A250 35 20 20 50 35 20 20數(shù)組多路通道B1500 400 350 250數(shù)組多路通道B2500 400 350 250選擇通道C500 400 350 250解： (1)要不丟失信息，各通道需要達(dá)到的流量：字節(jié)多路通道子通道A1:。 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。 m=1/((TS+TD)*f)=500/(+)=50(臺(tái)) 1/(TS+TD)=m*fi 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)： 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。 響應(yīng)4，中斷4運(yùn)行結(jié)束，回2。 (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)。(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)能方便地隔離失效部件的請(qǐng)求。(4)受總線長(zhǎng)度的限制，增減和移動(dòng)部件受限制。 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)。(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(zhǎng)度，加大指令信息流量。 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。(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。 (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)。 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(zhǎng)度。采用Huffman編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。 ∴可有(16X)條編碼作為擴(kuò)展碼， 單地址指令最多為(16X)2^6 ①不能用擴(kuò)展碼為其編碼。等長(zhǎng)操作碼的平均碼長(zhǎng)=4位。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)。39。*(rm1)/rm。=48)p=6,m=48,rm=8(m39。 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。 答： （8）把原0號(hào)通用寄存器改作堆棧指示器?！皥?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。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； 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。 （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)。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。 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。 答： （7）為減少公用總路線的使用沖突，將單總線改為雙總線。原則是看改進(jìn)后能否保持軟件的可移植性。 、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。它主要應(yīng)解決：擁塞控制，沖突防止，流水線調(diào)度等問題。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。=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。=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。 解： ∴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(zhǎng)最短。 (5)指出訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對(duì)位移量為多少個(gè)字節(jié)？ 解： (3)8個(gè)。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)。CISC的問題： (2)指令操作繁雜，執(zhí)行速度很低； (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(jià)格比，增加設(shè)計(jì)人員負(fù)擔(dān)。由于RISC和CISC各有優(yōu)缺點(diǎn),在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)向著兩者結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短方向發(fā)展。(3)“總線可用”信號(hào)順序脈動(dòng)地通過各個(gè)部件，總線的分配速度慢。獨(dú)立請(qǐng)求(1)靈活性強(qiáng)，部件的優(yōu)先次序由程序控制。(2) ,中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?→2→3→4→5,現(xiàn)要求其實(shí)際的中斷處理次求序1→4→5→2→3。 響應(yīng)第5級(jí)中斷請(qǐng)求并進(jìn)行處理。字節(jié)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。傳送完K個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，就重新選擇下個(gè)設(shè)備。 。 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： 通道極限流量應(yīng)大于或等于設(shè)備對(duì)通道要求的流量fbyte。A、D不能。 ，某數(shù)據(jù)傳送速率分別如表中所列。(2)通道響應(yīng)和處理各設(shè)備請(qǐng)求的時(shí)間示意圖 (2)由各設(shè)備的傳送字節(jié)速率可解其連續(xù)發(fā)出傳送請(qǐng)求的時(shí)間間隔分別為： 設(shè)備123456發(fā)申請(qǐng)間隔(μs)2067(約)10402550(其中包括兩個(gè)子通道Al和A2)，兩個(gè)數(shù)組多路通道B1和B2及一個(gè)選擇通道C構(gòu)成，各通道所接設(shè)備和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率如表所示。這樣的命中率很難達(dá)到。 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)。 虛頁號(hào)01234567實(shí)頁號(hào)312