【正文】 (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(shí)間的使用狀況。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)及每個比較電路的位數(shù)。 故命中率H=6/12=50% (2)方法同（1）H=25% (3)H=50% (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）。 參考：上面的FORTRAN源代碼轉(zhuǎn)成C后main(){int A[]={4,2,0}。解：虛頁號=│_虛地址/頁面大小_│ 實(shí)地址＝(實(shí)頁號*頁面大小)＋(虛地址－虛頁號*頁面大小) 虛地址 0 3728 1023 1024 2055 7800 4096 6800 虛頁號 0 3 0 1 2 7 4 6 實(shí)頁號 3 3 3 1 2 0 2 0 裝入位 1 0 1 1 0 0 1 1實(shí)地址 3072 3728 4095 1024 2055 632 2048 656 2一個段頁式虛擬存儲器。1設(shè)二級虛擬存儲器的TA1=10^(7)s、TA2=10^(2)s,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(shí)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)？ P100 自考通解：∵e=1/[H+(1H)r] 且 r=TA2/TA1 ∴%這樣的命中率很難達(dá)到，可在二級存儲器間加一層電子磁盤，降低r，從而降低對H的要求。使頁面失效完全可能發(fā)生在取指令、指令分析或指令執(zhí)行的任何一個過程中。程序頁面不能被多個程序所共享。典型的存儲系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)是Cache一主存一輔存構(gòu)成的系統(tǒng)。 (3)在任一時(shí)刻，每個虛擬地址都對應(yīng)一個實(shí)際地址。(P118) 答:(I)回寫法:CPU只寫入Cache，不寫入主存，僅當(dāng)Cache塊替換時(shí)，才先寫回主存后再勢換。為簡化計(jì)算，可視1024為1000。P73 自考通 答： 1）五個級別的中斷屏蔽位分別為（1開放；0屏蔽）：1：00000 2：10011 3：11011 4：10000 5：100102）中斷過程示意圖：如圖a. 4中斷同時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)行排隊(duì)器；b. 按中斷響應(yīng)優(yōu)先次序，2響應(yīng)；c. 此時(shí)屏蔽字為10011，所以；d. 響應(yīng)4，中斷4運(yùn)行結(jié)束，回2；e. 5進(jìn)入排隊(duì)器，此時(shí)屏蔽字為10011，且1優(yōu)先級最高，所以；f. 響應(yīng)1，1運(yùn)行結(jié)束，回2，根據(jù)屏蔽字，所以；g. 5響應(yīng)，5運(yùn)行結(jié)束，回2；h. 根據(jù)屏蔽字，不響應(yīng)3，所以2運(yùn)行結(jié)束；回用戶程序；i. 3還在排隊(duì)器，響應(yīng)3，運(yùn)行直到結(jié)束，回用戶程序13．簡述字節(jié)多路，數(shù)組多路和選擇通道的數(shù)據(jù)傳送方式。④“總線忙”維持到數(shù)據(jù)傳送完畢。為使微觀上也不丟失設(shè)備的信息，還應(yīng)在設(shè)備或設(shè)備控制器中設(shè)置一定容量的緩沖器以緩沖一時(shí)來不及處理的信息，或是采用可動態(tài)提高低速設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級的措施來解決。中斷分成類后，同一類內(nèi)部各中斷請求的優(yōu)先序一般由軟件或通道來管理。（2)總線的時(shí)間利用率低。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。 　　： 　　ADD(加) 30% SUB(減) 24% JOM(按負(fù)轉(zhuǎn)移) 6%　　STO(存) 7% JMP(轉(zhuǎn)移) 7% SHR(右移) 2%　　CIL(循環(huán)) 3% CLA(清加) 20% STP(停機(jī)) 1%要求有兩種指令字長，都按雙操作數(shù)指令格式編排，采用擴(kuò)展操作碼，并限制只能有兩種操作碼碼長。 ：三地址指令4條，單地址指令255條，零地址指令16條。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。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)軟件和硬件各級上的相互作用，達(dá)到時(shí)間和空間上的異步并行。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。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。如IBM370系列有11121315168等由低檔到高檔的多種型號機(jī)器。 　　位并字串：一個字的所有位并行，如簡單并行的單處理機(jī)?！?2為什么說器件的發(fā)展是推動結(jié)構(gòu)和組成前進(jìn)的關(guān)鍵因素？　　器件集成度提高，促使機(jī)器主頻、速度提高；可靠性提高，促使采用流水技術(shù)； 　　高速、廉價(jià)的半導(dǎo)體促使CACHE和虛擬內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)；現(xiàn)場型PMOS促使微程序技術(shù)的應(yīng)用； 　　性價(jià)比提高使新的組成下移到中小型機(jī)上　33除了分布處理,MPP和機(jī)群系統(tǒng)以外,并行處理計(jì)算機(jī)按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為那幾種不同的結(jié)構(gòu)？例舉他們要解決的主要問題　　流水線處理機(jī)：多個部件時(shí)間上并行執(zhí)行。 26問什么要進(jìn)行軟件移植？　　軟件的相對成本越來越高，應(yīng)重新分配軟、硬件功能。2試以實(shí)例簡要說明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)組成,與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的相互關(guān)系與影響.　　結(jié)構(gòu)相同，可用不同的組成。對高頻的指令串可增設(shè)功能更強(qiáng)的新指令或復(fù)合指令來取代。若浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)基值取小，則精度可以提高，但運(yùn)算中的精度損失可能增大，即對賈老有對后者不利。在同一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，應(yīng)選一種面向的尋址為主，輔以其它面向的尋址，互相取長補(bǔ)短。答:采用RISC技術(shù)的超級標(biāo)量機(jī)的主要特點(diǎn)是:(1)配里多個性能不同的處理邵件。，面向操作系統(tǒng)的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)來改進(jìn)指令系統(tǒng)有哪些思路?答::(1)通過對操作系統(tǒng)中常用指令和指令串的使用頻度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來改進(jìn)。(向下)兼容和向后(向前)兼容?答:系列機(jī)軟件的向上(向下)兼容指的是按某檔機(jī)器編制的軟件，不加修改就能運(yùn)行于比它高(低)檔的機(jī)器上。，進(jìn)行軟硬件取舍的三條基本原則。適用場合:移植運(yùn)行時(shí)間短，使用次數(shù)少，在時(shí)間關(guān)系上沒有約束和限制的軟件。答:（1)軟硬件設(shè)計(jì)分離和脫節(jié)是“由上往下”和“由下往上”設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)，由此提出“由中間開始”設(shè)計(jì)?！爸虚g”提的是層次結(jié)構(gòu)中的軟硬交界面，目前多數(shù)是在傳統(tǒng)機(jī)器級與操作系統(tǒng)機(jī)器級之間。好處:靈活，可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間軟件移植。答:(1)應(yīng)考慮在現(xiàn)有硬器件條件下，系統(tǒng)要有高的性能價(jià)格比。向前(后)兼容指的是在按某個時(shí)期投入市場的該型號機(jī)器上編制的軟件，不加修改就能運(yùn)行于在它之前(后)投入市場的機(jī)器上。 (2)如何增設(shè)專用操作系統(tǒng)的新指令。采用多條流水線并行處理。例如，在堆棧型機(jī)器中，可增設(shè)面向寄存器的尋址方式。答:向量組數(shù)據(jù)表示的計(jì)算機(jī)為向量組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)算提供了很多的硬件支持。 (2)將常用的宏指令和子程序的功能改成為強(qiáng)功能復(fù)合指令，由微程序來解釋實(shí)現(xiàn)。如系列機(jī)中不同型號的機(jī)器結(jié)構(gòu)相同，但高檔機(jī)往往采用重疊流水等技術(shù)。但： 成熟軟件不能放棄；已有軟件修改困難；重新設(shè)計(jì)軟件經(jīng)濟(jì)上不劃算。擁塞控制，沖突防止，流水線調(diào)度。 　　位片串字并：多個字的同一位并行，如相連處理機(jī)。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級構(gòu)成。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)會有差異。（3）在CPU和主存之間增設(shè)Cache存儲器，以克服因主存訪問速率過低而造成的系統(tǒng)性能瓶頸。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。 　?。慷褩Ｐ蜋C(jī)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為程序調(diào)用的哪些操作提供了支持？ 　　答：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。設(shè)指令字長為12位．每個地址碼長為3位。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。 ，它們分別存在哪些不足和問題?為什么說今后的發(fā)展應(yīng)是CISC和RISC的結(jié)合? 答：CISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)龐大復(fù)雜。(3)不利于系統(tǒng)的模塊化，可擴(kuò)充性差。這里，主要是對不同類的中斷就要根據(jù)中斷的性質(zhì)、緊迫性、重要性及軟件處理的方便性分成若干優(yōu)先級，以使cpu可以有序時(shí)這些中斷請求進(jìn)行響應(yīng)和處理。10．簡要舉出集中式串行鏈接，定時(shí)查詢和獨(dú)立請求3種總線控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。⑤數(shù)據(jù)傳送完，去除“總線忙”。 答：字節(jié)多路通道適用于連接大量的字符類低速設(shè)備。由此發(fā)現(xiàn)由于高速設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級高，使低速設(shè)備6和設(shè)備2造成數(shù)據(jù)丟失。這種方法要求對每個Cache塊增加一個修改位的資源開銷。 4)這個實(shí)際地址可能在主存中，也可能在外存中。頁面是機(jī)械地分割。如果頁面失效仍按一般的中斷來對待，安排在本條指令執(zhí)行完，下條指令準(zhǔn)備取的時(shí)刻來響應(yīng)和調(diào)頁，那么，因?yàn)轫撁媸Р豢赡艿玫巾憫?yīng)，就會死機(jī)。 1程序存放在模32單字交叉存儲器中，設(shè)訪存申請隊(duì)的轉(zhuǎn)移概率λ為25%,求每個存儲周期能訪問到的平均字?jǐn)?shù)。虛地址有2位段號、2位頁號、11位頁內(nèi)位移（按字編址），主存容量為32K字。int C[]={3,0,1}。 (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。 P108自考通解答： 設(shè)Cache地址中的組內(nèi)塊號為s，相聯(lián)目錄表的行數(shù)是2^(13s)，總位數(shù)是(8+2s)*2^(15s)，每個比較電路的位數(shù)為8+s。 (4)對于(3),指出塊失效又發(fā)生塊爭用的時(shí)刻。 (2)畫出主存、Cache空間塊的映象對應(yīng)關(guān)系示意圖。用按地址訪問存儲器構(gòu)成相聯(lián)目錄表實(shí)現(xiàn)主存地址到Cache地址的變換，并約定用4個外相等比較電路。 (1)若頁面大小為200字，主存容量為400字，采用FIFO替換算法，請按訪存的各個時(shí)刻，寫出其虛頁地址流，計(jì)算主存的命中率； (2)若頁面大小為100字，再做一遍； (3)若頁面大小為400字，再做一遍； (4)由(1)、(2)、(3)的結(jié)果可得出什么結(jié)論？ (5)若把主存容量增加到800字，按第(1)小題再做一遍，又可得出什么結(jié)論？ P106自考通解： (1)主存容量400字，頁面大小200字，所以主存實(shí)頁數(shù)為2； 把地址流轉(zhuǎn)換為頁地址流，以第一個虛地址流轉(zhuǎn)換為頁地址流為例說明：求模公式為：INT（地址/頁面大小），就是把地址整除于頁面大小，得INT（20/200）=0，下同，所以頁地址流為：0,0,1,1,0,3,1,2,2,4,4,3 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?？偟膩砜?，是同時(shí)運(yùn)行的，所以兩個程序分配的實(shí)頁和不能大于8。會發(fā)生頁面失效的全部虛頁號為：2,3,5,7 (2)按以下虛地址計(jì)算主存實(shí)地址：0，3728，1023，1024，2055，7800，4096，6800。知果原Hc已較高時(shí)，因Hc上升不明顯而使其ta不會有明顯縮短。這樣劃分，使按字節(jié)編址的多字節(jié)數(shù)據(jù)和指令可能跨在兩個不同的頁面上。程序修改不利。并通過軟硬件的管理將其組成統(tǒng)一的整體，使所存儲的程序和數(shù)據(jù)按層次分布在各種存儲器件中。 (2)各虛擬頁可裝入主存中不同的實(shí)際頁面位置。2. CPU寫Cache時(shí)，會發(fā)生Cache與主存的對應(yīng)內(nèi)容不一致的現(xiàn)象，簡述解決這個問題的兩種方法及各需要增加什么開銷。由此你發(fā)現(xiàn)了什么問題?答：由表可解各設(shè)備連續(xù)發(fā)送兩個字節(jié)的時(shí)間間隔分別為：1 2 3 4 5 6 20μs 67μs 10μs 40μs 25μs 50μs KB=1024B,s=10^6μs ,設(shè)備1的時(shí)間間隔為10^6/(50*1024)≈20μs ，其他如同1。(2)若在運(yùn)行用戶程序時(shí)，同時(shí)出現(xiàn)第4，2級中斷請求，而在處理第2級中斷未完成時(shí)，又同時(shí)出現(xiàn)1，3，5級中斷請求，請畫出此程序運(yùn)行過程示意圖。除去“總線請求”，該部件獲得總線使用權(quán)。答:宏觀上不丟失設(shè)備信息的基本條件應(yīng)當(dāng)讓通道所設(shè)計(jì)的極限流量應(yīng)大于等于設(shè)備時(shí)通道要求的最大流量。?如何分級?IHM}7O的中斷響應(yīng)優(yōu)先序是什么?答:各中斷源是相互獨(dú)立而隨機(jī)地發(fā)出中斷請求當(dāng)多個中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請求時(shí)，CPU只能先響應(yīng)和處理其中相對優(yōu)先級高的中斷請求，因此需要對中斷源的響應(yīng)和處理安排一個優(yōu)先序。專用總線的缺點(diǎn)是:(1)總線的線數(shù)多，成本高。即盡力優(yōu)化寄存器分配，減少訪存次數(shù)。 在維持指令字在存儲器內(nèi)按整數(shù)邊界存儲的前提下，使用多種不同的指令字長度。只有兩種碼長的擴(kuò)展操作碼的平均碼長=。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)對整個向量、數(shù)組高速處理．如讓硬件越界判斷與元素運(yùn)算并行。它主要應(yīng)解決：處理單元靈活、規(guī)律的互連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)在存儲器中的分布算法等問題。，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。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)。答計(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（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。 　37并行處理數(shù)據(jù)的四個等級，給出簡單解釋，各舉一例 　　位串字串：無并行性，如位串行計(jì)算機(jī)?！?1器件的發(fā)展如何改變邏輯設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法？　　一是由邏輯化簡轉(zhuǎn)為采用組成技術(shù)規(guī)模生產(chǎn)，規(guī)模集成，并盡量采用通用器件 　　二是由全硬設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為微匯編、微高級語言、CAD等軟硬結(jié)合和自動設(shè)計(jì)。 　　優(yōu)點(diǎn)：并行設(shè)計(jì)，縮短周期。2就目前的通用機(jī)來說計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的屬性主要包括那些？　　數(shù)據(jù)表示、尋址方式、寄存器組織、指令系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)組織、中斷系統(tǒng)、管態(tài)目態(tài)定義與轉(zhuǎn)換 IO結(jié)構(gòu)、保護(hù)方式和機(jī)構(gòu)。對頻度很低的指令可將其功能合并到某些高