【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。為提高流水線效率可采用瓶頸希再細(xì)分和瓶頸段并聯(lián)兩種主要途徑來克服速度瓶頸。 (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。時(shí)空?qǐng)D如下： 答: (a)組織的流水線時(shí)，TP=3/13△t。圖0504 實(shí)現(xiàn)A*B*C*D的時(shí)空?qǐng)D如圖0504所示： 時(shí)空?qǐng)D： (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?qǐng)D以及輸入端的變化，并求出該流水線的吞吐率和效率。TP=10/14△t=5/7△t 解： *(t取指+t分析+t執(zhí)行)。(1)執(zhí)行完100條指令所需時(shí)間： 解： 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。 如果后面的任務(wù)在前一任務(wù)開始之后延遲延遲禁止表F中的時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)開始，就會(huì)發(fā)生流水線功能段的使用沖突。如果該任務(wù)第n拍用到流水線的第k段，就在相應(yīng)的第n列和第k行的交叉點(diǎn)畫√。不論指令i在流水線的哪一段發(fā)生中斷，中斷處理程序的現(xiàn)場(chǎng)都是對(duì)應(yīng)于指令i的。這樣斷點(diǎn)就不一定是指令i，而可能是指令i+1,i+2,...即斷點(diǎn)是不精確的。設(shè)在執(zhí)行指令i時(shí)有中斷，斷點(diǎn)本應(yīng)是在指令i執(zhí)行結(jié)束，指令i+1尚未開始執(zhí)行的地方，但由于流水機(jī)器是同時(shí)解釋多條指令，后續(xù)指令i+1,i+2,...可能已進(jìn)入流水線并被解釋。 多功能靜態(tài)流水線，在同一時(shí)間段內(nèi)該流水線的各功能段之間只能按一種功能進(jìn)行聯(lián)接，只有等流水線全部流空后，才能切換成按另一種功能進(jìn)行聯(lián)接。 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。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。 (5)提高Cache本身器件的訪問速度。 ，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。(4)發(fā)生塊失效又發(fā)生塊爭(zhēng)用的時(shí)刻有11115。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(qǐng)列出Cache中各塊隨時(shí)間的使用狀況。 。=nd+s=8+s。為了加速調(diào)塊，一般讓每塊的大小等于在一個(gè)主存周期內(nèi)主存能訪問到的字?jǐn)?shù)，即16Bytes。請(qǐng)?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)。(5)FIFO改為L(zhǎng)RU，并增大頁(yè)面大小，如果原來頁(yè)面很小，則會(huì)使命中率顯著上升，如果原來頁(yè)面很大，則會(huì)使命中率下降。 (1)增大輔存容量，對(duì)命中率H無影響。 解答： (3)FIFO改為L(zhǎng)RU。(4)由以上結(jié)論可得，F(xiàn)IFO算法的條件下，當(dāng)頁(yè)面大小發(fā)生變化時(shí)，其命中率變化是：一開始隨頁(yè)面大小增大命中率（第一步與第二步比較），但當(dāng)頁(yè)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）。(3)H=50% (2)方法同（1）H=25% 故命中率H=6/12=50% (5)每個(gè)相等比較器的位數(shù)=ID+用戶虛頁(yè)號(hào)nv39。(4)散列變換硬件的輸入位數(shù)為14位（虛頁(yè)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(yè)號(hào)寬度對(duì)應(yīng)） (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(yè)號(hào)與實(shí)頁(yè)號(hào)對(duì)應(yīng)，前者就有22位，現(xiàn)改進(jìn)后虛頁(yè)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(zhǎng)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(yè)，每頁(yè)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。 int C[]={3,0,1}。分時(shí)運(yùn)行在微觀上是串行的，就是說，分時(shí)運(yùn)行時(shí)把時(shí)間劃分為若干時(shí)間片，每個(gè)程序輪流占用時(shí)間片。 note: 設(shè)程序X中的數(shù)組A,B,C,D,E分別存放于程序空間的第1,2,3,4,5頁(yè)，則程序的頁(yè)地址流為：1，3，2，2，5， 1，3，2，2，3，1，4，4，5， 1，3，2，2，5。 而程序Y在運(yùn)行過程中，其數(shù)組將依次用到程序空間的第3,5,4,2,5,3,1,3,2,5,1,3,1,5,2頁(yè)。LE(1)虛地址中段號(hào)有2位，頁(yè)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(yè)，所以該地址空間中共有4*4=16個(gè)虛頁(yè)。(2)程序中遇到上表中各情況時(shí)，是否會(huì)發(fā)生段失效、頁(yè)失效或保護(hù)失效及相應(yīng)的主存實(shí)地址的情況如下表所示： 方式段頁(yè)頁(yè)內(nèi)位移段失效頁(yè)失效實(shí)頁(yè)號(hào)實(shí)地址保護(hù)失效取數(shù)取數(shù)取數(shù)存數(shù)存數(shù)存數(shù)轉(zhuǎn)移至此取數(shù)取數(shù)轉(zhuǎn)移至此013021102311311032001102047421410050560無無無無有無無無有無無無有無/有無有/無30無3無無8無無14614510無6184無無16484無無28732無無/有//無//有剖析： 每段可有訪問方式保護(hù)，其頁(yè)表和保護(hù)位如下表所示。(2) 虛地址虛頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)位移裝入位實(shí)頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)位移實(shí)地址0001303072327836560頁(yè)面失效頁(yè)面失效無102301023131023409510241011010242055270頁(yè)面失效頁(yè)面失效無780076320頁(yè)面失效頁(yè)面失效無40964012020486800665610656656剖析：(1)根據(jù)頁(yè)表法列出表2，當(dāng)裝入位為0時(shí)，即為頁(yè)面失效，再找出相對(duì)應(yīng)的虛頁(yè)號(hào)即可。 映象表的內(nèi)容如下表所示。 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)(2)1024/4=256個(gè) (1)2^22個(gè)或4M個(gè) (3)需要幾級(jí)頁(yè)表構(gòu)成表層次？ 解答： (2)每個(gè)頁(yè)面可存放多少個(gè)頁(yè)表項(xiàng)？ (1)共需要多少個(gè)頁(yè)表項(xiàng)？ 試問： 每群p對(duì)，群中選對(duì)需gC2(p)個(gè)比較對(duì)觸發(fā)器。 (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。(5分) 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(zhǎng)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?，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(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:。 (3)在2中各設(shè)兩個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)即可。 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。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。m=1/((TS+TD)*f)=500/(+)=50(臺(tái)) fi也就是設(shè)備發(fā)出字節(jié)傳送請(qǐng)求間隔時(shí)間(500μs)的倒數(shù)，所以： 1/(TS+TD)=m*fi 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： 通道“數(shù)據(jù)寬度”為可變長(zhǎng)塊，一次將N個(gè)字節(jié)全部傳送完，在數(shù)據(jù)傳送期只選擇一次設(shè)備。通道“數(shù)據(jù)寬度”為定長(zhǎng)塊，多臺(tái)設(shè)備以成組交叉方式工作，以充分利用并盡可能重疊各臺(tái)高速設(shè)備的輔助操作時(shí)間。通道“數(shù)據(jù)寬度”為單字節(jié)，以字節(jié)交叉方式輪流為多臺(tái)設(shè)備服務(wù)，使效率提高。最后處理第3級(jí)中斷請(qǐng)求。 5進(jìn)入排隊(duì)器。 (2)若在運(yùn)行用戶程序時(shí)，同時(shí)出現(xiàn)第4，2級(jí)中斷請(qǐng)求，而在處理第2級(jí)中斷未完成時(shí)，又同時(shí)出現(xiàn)第1，3，5級(jí)中斷請(qǐng)求，請(qǐng)畫出此程序運(yùn)行過程示意圖。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(qǐng)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(qǐng)求，試畫出程序運(yùn)行過程示意圖。(3)總線的分配速度快。(3)控制線數(shù)多，需要2+log2N根。定時(shí)查詢(1)靈活性強(qiáng)，部件的優(yōu)先次序由程序控制。(1)對(duì)“總線可用”線及其有關(guān)電路失效敏感。同時(shí)分析硬件產(chǎn)生故障時(shí)通訊的可靠性。設(shè)第i2級(jí)中斷處理程序級(jí)別的中斷處理級(jí)別高于第i1級(jí)中斷處理程序級(jí)別，根據(jù)中斷嵌套的原則，第i1級(jí)中斷處理程序級(jí)別的第i2級(jí)中斷級(jí)屏蔽位應(yīng)設(shè)為“1”,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)第i2級(jí)中斷處理程序級(jí)別的開放。 設(shè)中斷級(jí)屏蔽位“1”對(duì)應(yīng)于開放，“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽。 ？ 同時(shí)，經(jīng)中斷響應(yīng)控制信號(hào)啟動(dòng)，進(jìn)行新舊程序狀態(tài)字的交換，完成程序的切換。例如，在IBM370系列機(jī)上，程序狀態(tài)字為64位，等于它的長(zhǎng)字，交換程序狀態(tài)字只需硬件啟動(dòng)寫長(zhǎng)字和讀長(zhǎng)字兩次訪存即可完成。每類程序均在主存中指定一個(gè)區(qū)域來放置其程序狀態(tài)字。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(jiǎn)單，規(guī)模小，復(fù)雜度低。 (5)優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。 (3)用重疊寄存器窗口。 (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)?；炯夹g(shù)： (3)8個(gè)。第(1)和(2)中Huffman和擴(kuò)展操作碼的編碼及平均碼長(zhǎng)如下表： 指令I(lǐng)i使用頻度PiHuffman編碼擴(kuò)展操作碼編碼I1I2I3I4I5I6I7I8I930%24%20%7%7%6%3%2%1%10000111001101111011110111110111111000110110001100111010110111110011101西個(gè)馬pili (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)。 ： 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)。采用多種尋址方式。②對(duì)地址碼的優(yōu)化： ∴單地址指令最多為(16X)2^6=256條 ?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。∴可有(16X)條編碼作為擴(kuò)展碼， ^(1666)=2^4=16條， 現(xiàn)雙地址指令有X條, 單地址指令最多為(16X)2^6 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）?！嗔愕刂分噶顬?2^3＝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∵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。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)。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)