【正文】 如有的計算機的指令中的地址數(shù)可少至 0個，多至6個。固定使用某個寄存器存放第二操作數(shù)和操作結(jié)果。（5）在結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，由于各條指令的功能不均衡性，不利于采用先進的計算：指令格式一般有Pentium指令系統(tǒng)（教科書上的），一般包括5種①三地址指令：一般地址域中AA2分別確定第一、第二操作數(shù)地址，A3確定結(jié)果地址。從目前的計算機技術(shù)觀點來看，CISC結(jié)構(gòu)存在以下幾個缺點：（1）在CISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，各種指令的使用頻率相差懸殊。：操作數(shù)的類型主要有：整數(shù)（定點）、浮點、十進制、字符、字符串、向量、堆棧等。（1）請寫出該C語言源程序的DLX實現(xiàn)代碼。要求使用以下幾種尋址方式：（1）寄存器間接尋址（2）寄存器相對尋址（3）基址變址尋址 什么是指令周期？什么是CPU 周期？它們之間有什么關(guān)系？ 指令集應(yīng)滿足那幾個基本要求？ 根據(jù)CPU性能公式，簡述RISC和CISC的性能特點。 簡述CISC指令集結(jié)構(gòu)功能設(shè)計的主要目標。（2）當基值不同時，對數(shù)的表示范圍和精度都有影響。 （2）基值不同對浮點數(shù)什么有影響？ x=，y= 求x + y=？ = 0010， = 1100，求 =？ =1 010 1001， =0 011 0101， =1 100 1011，求 =？有無溢出？，令X=1000，Y=1001,求 。 狀態(tài)圖（5）文字說明從狀態(tài)圖可看出，這是一個模3計數(shù)器。x1x2y1y2 00 01 10 1100 11 10 10 1101 11 ○01○011111 ○1101 10 ○11
10 11 ○10○1011（3）根據(jù)輸入輸入x1和x2的波形，可畫出t0～t6時刻的時間圖和總態(tài)圖。由圖可見，由于反饋環(huán)節(jié)延時Δt的存在，Y與y不一致時為不穩(wěn)定總態(tài)，Y與y相同時為穩(wěn)定總態(tài)。 波形圖 答：（1）（b），其激勵函數(shù)和輸出函數(shù)為： （2）由于這里激勵函數(shù)就是Y矩陣，故由激勵函數(shù)和輸出函數(shù)可以直接列出YZ矩陣，即得二進制流程表，如下圖所示。但是這個觸發(fā)器需要60ps的保持時間，意味著X’必須在時鐘上升沿到來之后的60ps內(nèi)保持穩(wěn)定，X’觸發(fā)器才能可靠地對它的值進行采樣。Y’必須在下一個時鐘上升沿到來之前建立。輸入A到D被寄存，所以它們只在CLK上升后立刻改變。（d）（e）是同步時序邏輯電路；它們是有限狀態(tài)機的兩種形式，（f）既不是組合電路也不是時序電路，因為它有一個從組合電路的輸出端電路反饋到同一邏輯電路輸入端的回路，但是在回路上沒有寄存器。在其他時間，Q保持原來的狀態(tài)不變。當CLK = 1，每一次D的改變都會導致Q的改變。箭頭表示導致輸出改變的原因。一個D鎖存器由一個SR鎖存器、2個與門和一個非門組成，即22個晶體管。： ： ，電路略：構(gòu)成一個與非門或者一個或非門需要4個晶體管。 異步時序電路（1）寫出激勵函數(shù)及輸出函數(shù)（2）列出流程表（3）畫出時間圖。幫助Ben確定最大的時鐘周期，是否能滿足保持時間約束。 Q（鎖存器） Q（觸發(fā)器） ？ 。，并列出它們的質(zhì)蘊涵項和必要質(zhì)蘊涵項：（1） （2） 、或非門設(shè)計如下邏輯電路：（1）三變量的非一致電路；（2）三變量的偶數(shù)電路；（3）全減器。 課后習題（A，B，C，…）取哪些值時，F(xiàn)的值為1。（2）1000 0110 1011 0101。 將下列二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為八進制和十六進制（1）10011100 （2）11101001 將下列二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為三十二進制（1）1111010101 （2）1110111111 將下列十進制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制小數(shù)（1） （2） 以下列形式表示（5382）10（1）8421 碼；　　　　?。?）余3 碼；（3）2421 碼；　　　　?。?）二進制數(shù)。 已知：a=+2，b=－2，根據(jù)定義求a和b的補碼 、 。 課后習題 已知：a=+2，b=－2，根據(jù)定義求a和b的反碼 、 。存儲容量——存儲器中可存二進制代碼的總量；（通常主、輔助存儲容量分開描述）。MIPS——Million Instruction Per Second，每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計算機運算速度指標的一種計量單位。MAR——Memory Address Register，存儲器地址寄存器，內(nèi)存中用來存放想要訪問存儲單元地址的寄存器。CU——Control Unit，控制單元（部件），控制器中產(chǎn)生微操作命令序列的部件，為控制器的核心部件。：全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、中文解釋三部分。但是在數(shù)據(jù)處理時，往往要求查找在內(nèi)容上具有某種特點的信息。⑥數(shù)據(jù)以二進制編碼表示，采用二進制方式運算。②采用存儲程序原理。這一級的機器語言就是各種高級語言。從操作系統(tǒng)的基本功能來看，一方面它要直接管理傳統(tǒng)機器中的軟、硬件資源，另一方面它又是傳統(tǒng)機器的引申。 第1級是微程序機器級，其機器語言是微指令集，工作于該級的程序員實際上是計算機系統(tǒng)的設(shè)計人員，他們使用微程序解釋機器指令系統(tǒng)、實際上是實現(xiàn)計算機指令集中每一條指令的功能。 ALU (Arithmetic Logic Unit)叫做算術(shù)邏輯運算單元(簡稱算術(shù)邏輯部件)，用來完成算術(shù)邏輯運算。?指令在存儲器內(nèi)按順序存放。 馮?諾依曼計算機的特點是：?計算機由運算器、存儲器、控制器和輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成。進一步發(fā)展，實現(xiàn)了將成百上千這樣的門電路全部制作在一塊極小(如幾個平方毫米)的硅片上，并引出與外部連接的引線，這樣，一次便能制作成成百上千相同的門電路，又一次大大地縮小了計算機的體積，大幅度下降了耗電量，極大地提高了機器的可靠性。 解釋下列英文縮寫的含義：CPU、PC、 CU、 ALU、 ACC、 MQ、 MAR、 MDR、 I/O、ISA、 MIPS、CPI、 FLOPS 什么是CPU？什么是存儲容量？什么是機器字長？ 指令和數(shù)據(jù)均存放內(nèi)存中，CPU如何從時間和空間區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？課后習題答案 （1）第一代電子管計算機采用十進制運算，電路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，體積龐大，占了相當大的空間，耗電量也很大。目錄協(xié)議分為三類：全映射目錄、有限目錄、鏈式目錄。通道處理機執(zhí)行通道程序是與CPU執(zhí)行用戶程序并行的。（6）在數(shù)據(jù)傳輸過程中完成必需的格式變換。（2）執(zhí)行CPU為通道組織的通道程序，從主存中取出通道指令，對通道指令進行譯碼，并根據(jù)需要向被選中的設(shè)備控制器發(fā)出各種操作命令。分離事務(wù)總線：在有多個設(shè)備時，可用通過打包技術(shù)來提高總線帶寬，這樣每次I/O操作就不必在整個傳輸過程中都占有總線，其基本思想時將總線事務(wù)分成請求和應(yīng)答兩部分，這樣總線就可以在某個總線事務(wù)的請求和應(yīng)答間的空閑時間間隔內(nèi)被其它總線事務(wù)使用?？煽啃院饬繕藴视茫浩骄鶡o故障時間。磁盤的數(shù)據(jù)傳輸率分為外部傳輸率和內(nèi)部傳輸率。（2） 與主存的通訊量，寫回法少于寫直達法。如果在任何時刻t，主存頁面數(shù)集合Bt都滿足關(guān)系：Bt(m)≤Bt(n)則這類算法成為堆棧型替換算法。加速內(nèi)部地址變換方法：（1）目錄表：用一個小容量高速存儲器存放頁表；（2）快慢表：快表、慢表構(gòu)成一個兩級存儲系統(tǒng)；（3）散列函數(shù)：把相聯(lián)訪問變成接地址訪問。（2）虛擬存儲系統(tǒng)：由主存儲器和硬盤構(gòu)成，目的是擴大存儲器容量。在開發(fā)循環(huán)級并行的各種技術(shù)中，最基本的技術(shù)有：指令調(diào)度技術(shù)、循環(huán)展開技術(shù)和換名技術(shù)。1沖突向量：C = (Cm?Cm1?…?C2?C1)其中m時禁止向量中的最大值數(shù)據(jù)相關(guān)：在執(zhí)行本條指令的過程中，如果用到的指令、操作數(shù)、變量等是前面指令的執(zhí)行結(jié)果，這種相關(guān)稱為數(shù)據(jù)相關(guān)。1非線性流水線：某些流水段之間有反饋回路或前饋回路。TP = n / Tk實際吞吐率小于最大吞吐率 Tk = (k+n1)△t加速比：是指流水線的速度與等功能非流水線的速度之比（s）；效率：是指流水線的設(shè)備利用率（E）。流水線分類：（1）按功能的多少來分：單功能流水線、多功能流水線；（2）按同一時間內(nèi)各段之間的連接方式來分：靜態(tài)流水線、動態(tài)流水線（3）按流水線的級別來分：部件級流水線（運算操作流水線）、處理機級流水線（指令流水線）、處理機間流水線（宏流水線）（4）按各個流水段之間是否有反饋回路來分：線性流水線、非線性流水線（5）按數(shù)據(jù)表示分：標量流水處理機、向量流水處理機先行控制器處理機結(jié)構(gòu)：包括三個獨立的控制器和四個緩沖棧。操作數(shù)類型：整數(shù)（定點）、浮點、十進制、字符、字符串、向量、堆棧等。（2） 每條指令的功能盡可能簡單，并在一個機器周期內(nèi)完成。（4） 在CISC指令集結(jié)構(gòu)中，許多復(fù)雜指令需要很復(fù)雜的操作，因而運行速度慢。（5）浮點 浮點加、減等操作（6）十進制 十進制加、十進制乘、十進制到字符的轉(zhuǎn)換（7）字符串 字符串移動、比較（8）圖形 像素操作，壓縮操作復(fù)雜指令機（CISC）：是指強化指令功能，實現(xiàn)軟件功能向硬件功能轉(zhuǎn)移，基于這種指令集結(jié)構(gòu)而設(shè)計實現(xiàn)的計算機系統(tǒng)。并行性：是指在同一時刻或是同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同工作。系統(tǒng)加速比 =總執(zhí)行時間（改進前）/總執(zhí)行時間（改進后）= ……1Amdahl定律推論：如果僅僅對計算機中的一部分做性能改進，則改進越多，系統(tǒng)獲得的效果越小。（c）假定兩臺計算機 x、y；x比 y快意思為：對于給定任務(wù)，x的響應(yīng)時間比y少。1當今計算機領(lǐng)域市場可劃分為：服務(wù)器、桌面系統(tǒng)、嵌入式計算 三大領(lǐng)域。系列機：是指具有相同的體系結(jié)構(gòu)但具有不同組織和實現(xiàn)的一系列不同型號的機器。Amdahl提出的體系結(jié)構(gòu)是指機器語言級程序員所看見的計算機屬性。層次結(jié)構(gòu)：計算機系統(tǒng)可以按語言的功能劃分為多級層次結(jié)構(gòu)，每一層以不同的語言為特征。 ——選擇： B CAChe 存貯器的地址變換和塊替換算法是用軟件實現(xiàn)的， 因此CAChe 存貯器對應(yīng)用程序員是透明的， 而且 CAChe 對處理機和主存間的信息交往也是透明的。 ——選擇： A ， 并行性包含著并發(fā)性和同時性的二重含義。 ——選擇： A 二、 判斷題（共 10 道試題， 共 40 分。 ——選擇： C ()。 ——選擇： A （）。 ， 與計算機體系結(jié)構(gòu)無關(guān) ——選擇： B （）。 其他題一、 單選題（共 15 道試題， 共 60 分。由圖可見，它在18個△t時間中，給出了7個結(jié)果?，F(xiàn)在該流水線上計算，畫出時空圖，并計算其吞吐率、加速比和效率。（2）未緩沖：所有處理器的 Cache 都沒有此塊的副本。（6）等分寬度：當某一網(wǎng)絡(luò)被切成相等的兩半時，沿切 口的邊數(shù)（通道數(shù)）的最小值稱為通道等分寬度。（3）距離：對于網(wǎng)絡(luò)中的任意兩個結(jié)點， 從一個結(jié)點出發(fā)到另一個結(jié)點終止所需要跨越的邊數(shù)的最小值。 存在的問題，及其解決方法。 （2）數(shù)組多路通道。 。 失效開銷的方法，并簡述其基本思想。 （8） “犧牲”Cache。 （5） 硬件預(yù)取技術(shù)。如果命中，則從相應(yīng)的塊中取出所訪問的數(shù)據(jù)，送給 CPU，訪 問結(jié)束。 （2） 增加Cache 的容量。 設(shè)三級Cache 的命中率分別為H L H l H L3， 失效率分別為M l M l M L3，第三 級 Cache 的失效開銷為P L3。但等到塊大小較大時， 第二種作用超過第一種作用，使失效率上升。 導致上述失效率先下降后上升的原因，在于增加塊大小會產(chǎn)生雙重作用。 存 儲 層次 比較項目 “Cache—主存”層次 “主存—輔存”層次 目的 為了彌補主存速度的不 足 為了彌補主存容量的不足 存儲管理的實現(xiàn) 全部由專用硬件實現(xiàn) 主要由軟件實現(xiàn) 訪問速度的比值 （第一級比第二級） 幾比一 幾萬比一 典型的塊（頁）大小 幾十個字節(jié) 幾百到幾千個字節(jié) CPU 對第二級的訪問 方式 可直接訪問 均通過第一級 不命中時CPU是否切 換 不切換 切換到其它進程 失效的關(guān)系分析增加塊大小對Cache 性能的影響。 （3）把保留站置為忙。但如果分支轉(zhuǎn)移成 功，必須保證被調(diào)度的指令對程序的執(zhí)行沒有影響。 ？它們各有什么優(yōu)缺點。 。 基本思想：只要操作數(shù)有效，就將其取到保留站，避免指令流出時才到寄存器中取數(shù)據(jù)， 這就使得即將執(zhí)行的指令從相應(yīng)的保留站中取得操作數(shù)，而不是從寄存器中?？稍O(shè)長度為n 的向量寄存器，使每組向量運算的源/目向 量都在向量寄存器中，流水線的運算部件輸入、輸出端與向量寄存器相聯(lián)，構(gòu)成RR 型運算 流水線。 DLX 流水線中存在不能依靠定向技術(shù)解決的數(shù)據(jù)相關(guān)及其解決方 法。 。 采用先行控制方式的處理機內(nèi)部設(shè)置多個緩沖站，用于平滑主存、指令分析部件、運算 器三者之間的工作。 ？解決數(shù)據(jù)相關(guān)有哪些主要方法？ 。 ？簡述三種相關(guān)的基本思想。 答：表示尋址方式有兩種常用的方法：（1）將尋址方式編于操作碼中，由操作碼在描述 指令的同時也描述了相應(yīng)的尋址方式。 (4) 尋 址方式的表示：可以將尋址方式編碼于操作碼中，也可以將尋址方式作為一個單