【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。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(wèn)題。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。數(shù)據(jù)是以表示某一操作數(shù)或參數(shù)已準(zhǔn)備就緒的數(shù)據(jù)令牌直接在指令之間傳遞。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(yǔ)言等問(wèn)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？確定和引入數(shù)據(jù)表示的基本原則是什么？ 答：數(shù)據(jù)表示是能由硬件直接識(shí)別和引用的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映各種數(shù)據(jù)元素或信息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過(guò)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。不同的數(shù)據(jù)表示可為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供不同的支持，表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)效率和方便性不同。數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件、硬件的交界面。除基本數(shù)據(jù)表示不可少外，高級(jí)數(shù)據(jù)表示的引入遵循以下原則：（1）看系統(tǒng)的效率有否提高，是否養(yǎng)活了實(shí)現(xiàn)時(shí)間和存儲(chǔ)空間。（2）看引入這種數(shù)據(jù)表示后，其通用性和利用率是否高。 ??？描述符數(shù)據(jù)表示與向量數(shù)據(jù)表示對(duì)向量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所提供的支持有什么不同？ 　　答：標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示的差別是標(biāo)志符與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，合存于同一存儲(chǔ)單元，描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類型特性。描述符是與數(shù)據(jù)分開存放，用于描述向量、數(shù)組的的實(shí)現(xiàn)提供了支持，有利于簡(jiǎn)化高級(jí)語(yǔ)言程序編譯中的代碼生成，可以比變址法更快地形成數(shù)據(jù)元素的地址。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)。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(duì)整個(gè)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。這些比起用與向量、陣列無(wú)關(guān)的機(jī)器語(yǔ)言和數(shù)據(jù)表示串行實(shí)現(xiàn)要高效的多。 　　？堆棧型機(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(duì)堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的支持是較差的。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(wèn)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。而堆棧型機(jī)器則不同，表現(xiàn)在：(1)有高速寄存器組成的硬件堆棧，并與主存中堆棧區(qū)在邏輯上組成整體，使堆棧的訪問(wèn)速度是寄存器的，容量是主存的；(2)豐富的堆棧指令可對(duì)堆棧中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算和處理；(3)有力地支持高級(jí)語(yǔ)言的編譯；(4)有力地支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用。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。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?gòu)亩褩Ｖ袕棾觥?？設(shè)計(jì)一種只用6位地址碼就可指向一個(gè)大地址空間中任意64個(gè)地址之一的尋址機(jī)構(gòu)答：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。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)。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(wèn)大地址任意64個(gè)地址之一。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)。 　　剖析：比如地址空間很大，1024，就是分成16個(gè)塊，塊號(hào)放在寄存器中，塊內(nèi)地址放在地址位中，寄存器內(nèi)容和地址位結(jié)合，就能達(dá)到要求了。 ，某機(jī)器14條指令的使用頻度分別為：,,,,。分別求出用等長(zhǎng)碼、Huffman碼、只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼3種編碼方式的操作碼平均碼長(zhǎng)。解：等長(zhǎng)操作碼的平均碼長(zhǎng)=4位。Huffman編碼的平均碼長(zhǎng)=。只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼的平均碼長(zhǎng)=。 ：三地址指令4條，單地址指令255條，零地址指令16條。設(shè)指令字長(zhǎng)為12位．每個(gè)地址碼長(zhǎng)為3位。問(wèn)能否以擴(kuò)展操作碼為其編碼?如果其中單地址指令為254條呢?說(shuō)明其理由。答：①不能用擴(kuò)展碼為其編碼。 ∵指令字長(zhǎng)12位，每個(gè)地址碼占3位∴三地址指令最多是2^(12333)=8條， 現(xiàn)三地址指令需4條, ∴可有4條編碼作為擴(kuò)展碼，∴單地址指令最多為42^32^3=2^8=256條，現(xiàn)要求單地址指令255條，∴可有一條編碼作擴(kuò)展碼 ∴零地址指令最多為12^3＝8條 不滿足題目要求 ∴不可能以擴(kuò)展碼為其編碼。②若單地址指令254條，可以用擴(kuò)展碼為其編碼。∵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 ∴零地址指令為22^3＝16條，滿足題目要求 　　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　　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）。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 。設(shè)有單地址指令和雙地址指令兩類。問(wèn)單地址指令最多可以有多少條? 答：?jiǎn)蔚刂分噶钭疃酁?16X)2^6 　　^(1666)=2^4=16條， 現(xiàn)雙地址指令有X條, ∴可有(16X)條編碼作為擴(kuò)展碼，∴單地址指令最多為(16X)2^6=256條 58何謂指令格式的優(yōu)化?簡(jiǎn)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?！〈穑褐噶罡袷降膬?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。①操作碼的優(yōu)化 采用Huffman編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。②對(duì)地址碼的優(yōu)化：采用多種尋址方式。 采用0、3等多種地址制。 在同種地址制內(nèi)再采用多種地址形式，如寄存器寄存器型、寄存器主存型、主存主存型等。 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。 　?。?　　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(zhǎng)，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(zhǎng)。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)。任何指令都在一個(gè)主存周期中取得，短指令為寄存器寄存器型，長(zhǎng)指令為寄存器主存型，主存地址應(yīng)能變址尋址。(1)僅根據(jù)使用頻率，不考慮其它要求，設(shè)計(jì)出全Huffman操作碼，計(jì)算其平均碼長(zhǎng)。 (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(zhǎng)。 (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)。 (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)？　　　? 　　答：一般原則：(1)確定指令系統(tǒng)時(shí)，只選擇使用頻度很高的指令及少量有效支持操作系統(tǒng)，高級(jí)語(yǔ)言及其它功能的指令；(2)減少尋址方式種類，一般不超過(guò)兩種；(3)讓所有指令在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成(4)擴(kuò)大通用寄存器個(gè)數(shù)，一般不少于32個(gè)，盡量減少訪存次數(shù)； (5)大多數(shù)指令用硬聯(lián)實(shí)現(xiàn)，少數(shù)用微程序?qū)崿F(xiàn)；(6)優(yōu)化編譯程序，簡(jiǎn)單有效地支持高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。基本技術(shù)：(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(jiǎn)。編碼規(guī)整，尋址方式種類減少到2種。(2)邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。即大多數(shù)簡(jiǎn)單指令用硬聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)，功能復(fù)雜的指令用微程序?qū)崿F(xiàn)。(3)用重疊寄存器窗口。即：為了減少訪存，減化尋址方式和指令格式，簡(jiǎn)單有效地支持高級(jí)語(yǔ)言中的過(guò)程調(diào)用，在RISC機(jī)器中設(shè)有大量寄存囂，井讓各過(guò)程的寄存器窗口部分重疊。(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。另外，將轉(zhuǎn)移指令與其前面的一條指令對(duì)換位置，讓成功轉(zhuǎn)移總是在緊跟的指令執(zhí)行之后發(fā)生，使預(yù)取指令不作廢，節(jié)省一個(gè)機(jī)器周期(5)優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。即盡力優(yōu)化寄存器分配，減少訪存次數(shù)。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。 ，它們分別存在哪些不足和問(wèn)題?為什么說(shuō)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。RISC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，規(guī)模小，復(fù)雜度低。CISC的問(wèn)題：1)指令系統(tǒng)龐大，一般200條以上(2)指令操作繁雜，執(zhí)行速度很低；(3)難以優(yōu)化生成高效機(jī)器語(yǔ)言程序，編譯也太長(zhǎng)，太復(fù)雜；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)。RISC的問(wèn)題；(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(yǔ)言程序設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，增加了機(jī)器語(yǔ)言程序長(zhǎng)度，加大指令信息流量。(2)對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算和虛擬存儲(chǔ)支持不很強(qiáng)。 (3)RISC編譯程序比CISC難寫。 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。第3章 總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng)?答:輸入輸出系統(tǒng)有三種基本方式。它們分別是:（1）由CPU直接執(zhí)行I/O程序的程序控制輸入輸出方式(其中又有全軟件方式的、查詢方式的和中斷驅(qū)動(dòng)方式的三種）； (2)全部由“DMA控制器”硬件執(zhí)行的直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(DMA)方式。 (3)由專門設(shè)計(jì)的I/O處理機(jī)來(lái)執(zhí)行I/O程序，、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。答:只連接一時(shí)物理部件或只用于一種功能的總線稱專用總線。專用總線的優(yōu)點(diǎn)是:（1)多個(gè)部件可同時(shí)收發(fā)信息，不會(huì)爭(zhēng)用總線，系統(tǒng)流量高。（2)通訊時(shí)不用指明“源”和“目的”，控制簡(jiǎn)單。（3）總線失效不會(huì)使系統(tǒng)癱疾，可靠性高。專用總線的缺點(diǎn)是:(1)總線的線數(shù)多，成本高。（2)總線的時(shí)間利用率低。(3)不利于系統(tǒng)的模塊化，可擴(kuò)充性差。、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。答:可以被多種功能或多個(gè)部件分時(shí)共享的總線稱非專用總線。非專用總線的優(yōu)點(diǎn)是:（1)總線線數(shù)少。(2)成本低。(3)總線接口標(biāo)準(zhǔn)，模塊性好。(4)可擴(kuò)充性好。(5)易于用多重總線來(lái)提高總線的帶寬和可幸性非專用總線的缺點(diǎn)是: (1)。 (2)總線失效，易使系統(tǒng)癱瘓，可靠性差?各需要增加幾根用于總線控制的控制線?總線控側(cè)優(yōu)先級(jí)可否用程序改變?答:總線控制方式有串行鏈接、定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求三種。串行健接禽增加3根控制線，優(yōu)先級(jí)連線固定，無(wú)靈活性，總線技創(chuàng)優(yōu)先級(jí)不能用程序改變。定時(shí)查詢索增加2+[log2N],。獨(dú)立請(qǐng)求常增加2N+1根控制線，優(yōu)先級(jí)可用程序改史，靈活.?這樣分類的目的是什么?IBM370機(jī)把中斷分為哪幾類?答:中斷分類是把中斷源按性質(zhì)相近、中斷處理過(guò)程類似的歸為同一類。分類的的是為了減少中斷處理程序的入口，每一類給一個(gè)中斷服務(wù)程序總?cè)肟?，可以減少中斷暇務(wù)程序入口地址形成的硬件數(shù)量。IBM370計(jì)算機(jī)將中斷類分為機(jī)器校驗(yàn)、訪管、程序性、外部、精入/翰出、重新啟動(dòng)六類。?如何分級(jí)?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(qǐng)求當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU只能先響應(yīng)和處理其中相對(duì)優(yōu)先級(jí)高的中斷請(qǐng)求，因此需要對(duì)中斷源的響應(yīng)和處理安排一個(gè)優(yōu)先序。中斷分成類后，同一類內(nèi)部各中斷請(qǐng)求的優(yōu)先序一般由軟件或通道來(lái)管理。這里，主要是對(duì)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(jí)，以使cpu可以有序時(shí)這些中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)和處理。IBM370系統(tǒng)的中斷響應(yīng)優(yōu)先序由高到低依次為:緊急的機(jī)器校臉、管理程序調(diào)用和程序性、可抑制的機(jī)器校臉、外部、輸入輸出、重新啟動(dòng)。，.扣斷系統(tǒng)的軟硬件功能慫怎樣分配的?為什么要這樣分配?答:中斷響應(yīng)的速度、。中斷的處理過(guò)程比較多樣化。但可以增加某些硬件支持。(只保存最重要、最基本通用的硬件狀態(tài)).以保證有較快的中斷響應(yīng)速度。另一部分現(xiàn)場(chǎng)，需要根據(jù)中斷處理要求保存的內(nèi)容及中斷的具體處理等軟件實(shí)現(xiàn)，以提高靈活性?各適合連接什么類型的設(shè)備?滿負(fù)荷時(shí)，設(shè)備對(duì)通道要求的實(shí)際流量與所連的設(shè)備有什么關(guān)系?答:通道分字節(jié)多路、數(shù)組多路、選擇三類通道。字節(jié)多路通道適合于連接大量低速的字符設(shè)備。滿負(fù)荷時(shí)，設(shè)備對(duì)通道要求的實(shí)際流童應(yīng)是所連各設(shè)備的流量之和。數(shù)組多路通道適合于連接高速的設(shè)備，滿負(fù)荷時(shí)，設(shè)備對(duì)通道要求的實(shí)際流量應(yīng)是所連各設(shè)備中。流量最大的那個(gè)。選擇通道適合于連接中、高速的高優(yōu)先級(jí)的設(shè)備。滿負(fù)荷時(shí)，設(shè)備對(duì)通道要求的實(shí)際流量應(yīng)是所連各設(shè)備中，流量最大的那個(gè)。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。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(lái)不及處理的信息，或是采用可動(dòng)態(tài)提高低速設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)的措施來(lái)解決。10．簡(jiǎn)要舉出集中式串行鏈接，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)。同時(shí)分析硬件產(chǎn)生故障時(shí)通訊的可靠性。 答：集中式串行鏈連接方式。其過(guò)程為：①所有部件都經(jīng)公共的“總線請(qǐng)求”線向總線控制器發(fā)使用總線申請(qǐng).②當(dāng)“總線忙”信號(hào)未建立時(shí)，“總線請(qǐng)求”才被總線控制器響應(yīng)，送出“總線可用”信號(hào)，它串行地通過(guò)每個(gè)部件。③如果某部件未發(fā)過(guò)“總線請(qǐng)求”，則它將“總線可用”信號(hào)往下一部件轉(zhuǎn)，如果某部件發(fā)過(guò)“總線請(qǐng)求”，則停止“總線可用”信號(hào)的傳送。④該部件建立“總線忙”，并除去“總線請(qǐng)求”，此時(shí)該部件獲得總線使用權(quán)，準(zhǔn)備傳送數(shù)據(jù)。⑤數(shù)據(jù)傳送期間，“總線忙”維持“總線可用”的建立。⑥傳送完成后，該部件去除“總線忙”信號(hào)和“總線可用”信號(hào)?！　、弋?dāng)“總線請(qǐng)求”再次建立時(shí)，就開始新的總線分配過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：①選擇算法簡(jiǎn)單；②控制總線數(shù)少；③