【正文】 he，就只將數(shù)據(jù)寫入Cache，而暫時(shí)不寫入主存，只有當(dāng)變化了的Cache塊被替換時(shí)，才花一個(gè)主存周期，將其寫回主存相應(yīng)的位置上，使兩者的對應(yīng)內(nèi)容統(tǒng)一起來。 解決Cache的透明性所帶來的問題，和中央處理機(jī)寫Cache，使主存內(nèi)容跟不上Cache內(nèi)對應(yīng)內(nèi)容的變化造成的不一致的問題的關(guān)鍵是選擇好更新主存內(nèi)容的算法，一般有兩種寫直達(dá)法(存直達(dá)法)和寫回法(即抵觸修改法)兩種。第四章　存儲體系 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)設(shè)備要求字節(jié)多路通道或其子通道的實(shí)際最大流量，是該通道所接各設(shè)備的字節(jié)傳送速率之和。 剖析: 選擇通道C:500KB/s。數(shù)組多路通道B1:500KB/s。(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:。 (1)分別求出各通道應(yīng)具有多大設(shè)計(jì)流量才不會丟失信息； (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： 這并不說明流量設(shè)計(jì)的基本條件是不必要的，因?yàn)槿艋緱l件不滿足，無論設(shè)備優(yōu)先級如何確定總有設(shè)備的信息會丟失。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2造成數(shù)據(jù)丟失。(2)通道響應(yīng)和處理各設(shè)備請求的時(shí)間示意圖 當(dāng)6臺設(shè)備同時(shí)發(fā)出請求開始，畫出此通道在數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)響應(yīng)和處理各外設(shè)請求的時(shí)間示意圖。 ，某數(shù)據(jù)傳送速率分別如表中所列?！酁槭箶?shù)據(jù)不丟失，B、C、E、F可掛在該通道上。由表35可得出每臺設(shè)備發(fā)送1024字節(jié)的時(shí)間間隔分別為: 設(shè)備ABCDEF傳送時(shí)間(μs)256512∴+1024＝ 對于高速設(shè)備，由于一次傳送字節(jié)數(shù)不少于1024byte A、D不能。思路一：從傳送字節(jié)速率上入手。 剖析： 通道極限流量應(yīng)大于或等于設(shè)備對通道要求的流量fbyte。=1/(TS+TD)=fbyte 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： 剖析： 。選擇通道適合于連接象磁盤等優(yōu)先級高的高速設(shè)備，讓它獨(dú)占通道，只能執(zhí)行一道通道程序。 傳送完K個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，就重新選擇下個(gè)設(shè)備。這些設(shè)備的傳送速率很高，但傳送開始前的尋址輔助操作時(shí)間很長。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。這些設(shè)備傳送一個(gè)字符(字節(jié))的時(shí)間很短，但字符(字節(jié))間的等待時(shí)間很長。 ，數(shù)組多路和選擇通道的數(shù)據(jù)傳送方式。繼續(xù)響應(yīng)并處理第2級中斷處理請求，結(jié)束后返回用戶程序。 第2級中斷請求的處理請求被中斷，轉(zhuǎn)去響應(yīng)第1級中斷請求并進(jìn)行處理。 響應(yīng)4，中斷4運(yùn)行結(jié)束，回2。 4中斷同時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)行排隊(duì)器。(2)中斷過程示意圖：如圖 (1)中斷級屏蔽位設(shè)置如下圖： 中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級5級第1級11111第2級01100第3級00100第4級01111第5級01101 答： (1)設(shè)計(jì)各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位(令“1”對應(yīng)于開放，“0”對應(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?yàn)?→3→4→2。 答： (2)如果所有的中斷處理都各需3個(gè)單位時(shí)間，中斷響應(yīng)和中斷返回時(shí)間相對中斷處理時(shí)間少得多。(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? “1”對應(yīng)于開放，“0”對應(yīng)于屏蔽，各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位設(shè)置如下： 中斷處理程序級別中斷級屏蔽位1級2級3級4級第1級0000第2級1010第3級1000第4級1010(1)控制較為復(fù)雜。(2)能方便地隔離失效部件的請求。(4)可擴(kuò)充性差。(2)控制較為復(fù)雜。(2)可靠性高，不會因某個(gè)部件失效而影響其它部件使用總線。(4)受總線長度的限制，增減和移動(dòng)部件受限制。(2)靈活性差，如果高優(yōu)先級的部件頻繁要求使用總線，離總線控制器遠(yuǎn)的部件就難以獲得總線使用權(quán)。(3)可擴(kuò)充性好。 答： 控制方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)串行鏈接(1)選擇算法簡單。，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)。*2執(zhí)行到結(jié)束，回用戶程序。*3執(zhí)行到結(jié)束，回2； *4響應(yīng)，執(zhí)行到結(jié)束，回3； *2被中斷，3響應(yīng)，但其屏蔽字為1001，允許響應(yīng)4，所以； *剩下的2優(yōu)先級高，2響應(yīng)，但其屏蔽字為1011，允許響應(yīng)4，3的響應(yīng)優(yōu)先級高，所以； *1的屏蔽字為0000，所以1中斷執(zhí)行到結(jié)束，回用戶程序； *按中斷響應(yīng)優(yōu)先級，1最高，響應(yīng)； *1，2，3，4中斷同時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)行排隊(duì)器； 響應(yīng)級別為n的中斷處理程序的n級中斷級屏蔽位應(yīng)設(shè)為“0”。 第i級中斷處理程序級別的各級中斷級屏蔽位中應(yīng)有i1位設(shè)為“1”。 如果新的程序或進(jìn)程是一個(gè)中斷服務(wù)程序，在運(yùn)行結(jié)束，執(zhí)行到中斷返回指令時(shí)，就會從堆棧中彈出所保存的返回地址，再次交換程序狀態(tài)字，系統(tǒng)又重新返回到原被中斷的程序，恢復(fù)運(yùn)行。被中斷的程序的斷點(diǎn)地址(即程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容)，由硬件自動(dòng)壓入返回地址堆棧，予以保存。此信號經(jīng)中斷級服務(wù)程序入口地址形成硬件，生成出該級中斷服務(wù)程序的程序狀態(tài)字在內(nèi)存區(qū)中所存放的地址。盡管中斷請求是隨機(jī)發(fā)出的，為了便于精確保存中斷的斷點(diǎn)以及在中斷處理完后又能返回到原中斷處，中斷響應(yīng)排隊(duì)器總是在每條指令執(zhí)行到最后一個(gè)機(jī)器周期的最后一個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)，對目前到達(dá)中斷響應(yīng)排隊(duì)器入口的所有中斷請求排一次隊(duì)，擇優(yōu)進(jìn)行響應(yīng)。因此，程序或進(jìn)程的切換，只需要通過硬件啟動(dòng)的交換新舊程序狀態(tài)字的內(nèi)容即可快速完成。運(yùn)行一個(gè)程序或進(jìn)程時(shí)，就會將其程序狀態(tài)字從主存指定單元或區(qū)域取出送到分散于系統(tǒng)各部分的寄存器或計(jì)數(shù)器中，建立起運(yùn)行此程序或進(jìn)程的環(huán)境。程序狀態(tài)字是將散布于系統(tǒng)各部分，反映程序工作時(shí)某些關(guān)鍵性硬件的狀態(tài)，組合在一起所構(gòu)成的字，有的計(jì)算機(jī)也稱其為處理器狀態(tài)字或程序換道區(qū)。 為了領(lǐng)會中斷響應(yīng)排隊(duì)器對中斷響應(yīng)優(yōu)先次序是用硬件固定的，以及通過由操作系統(tǒng)給各中斷級服務(wù)程序現(xiàn)行程序狀態(tài)字中的中斷級屏蔽位設(shè)置不同的狀態(tài)，可以改變中斷處理(完)的次序這兩個(gè)要點(diǎn)，下圖給出了一個(gè)中斷響應(yīng)硬件部分的簡單邏輯原理示意圖。 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，取長補(bǔ)短方向發(fā)展。 (2)對浮點(diǎn)運(yùn)算和虛擬存儲支持不很強(qiáng)。 (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)。(3)難以優(yōu)化生成高效機(jī)器語言程序，編譯也太長，太復(fù)雜； (2)指令操作繁雜，執(zhí)行速度很低； (1)指令系統(tǒng)龐大，一般200條以上； CISC的問題： ，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。即盡力優(yōu)化寄存器分配，減少訪存次數(shù)。另外，將轉(zhuǎn)移指令與其前面的一條指令對換位置，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。即：為了減少訪存，減化尋址方式和指令格式，簡單有效地支持高級語言中的過程調(diào)用，在RISC機(jī)器中設(shè)有大量寄存囂，井讓各過程的寄存器窗口部分重疊。即大多數(shù)簡單指令用硬聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)，功能復(fù)雜的指令用微程序?qū)崿F(xiàn)。編碼規(guī)整，尋址方式種類減少到2種。(6)優(yōu)化編譯程序，簡單有效地支持高級語言實(shí)現(xiàn)。(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)； (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)； (3)讓所有指令在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成； (2)減少尋址方式種類，一般不超過兩種； (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)，高級語言及其它功能的指令； 一般原則： (4)兩種指令格式如下圖所示： 2位 3位 3位OP R1 R2操作碼 寄存器1 寄存器25位 3位 3位 5位OP R1 X d操作碼 寄存器1 變址寄存器 相對位移 主存邏輯地址 (5)訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對位移量為32個(gè)字節(jié)。 (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)。 (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。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。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。采用0、3等多種地址制。 采用Huffman編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。①操作碼的優(yōu)化 答：問單地址指令最多可以有多少條? 答：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 。②若單地址指令254條，可以用擴(kuò)展碼為其編碼。 ①不能用擴(kuò)展碼為其編碼。 答：設(shè)指令字長為12位．每個(gè)地址碼長為3位。只有兩種碼長的擴(kuò)展操作碼的平均碼長=。 解：等長操作碼的平均碼長=4位。 ，某機(jī)器14條指令的使用頻度分別為：,。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)。變址尋址是對數(shù)組等數(shù)據(jù)塊運(yùn)算的支持，以利于循環(huán)。ROM編碼表地址與內(nèi)容的對應(yīng)關(guān)系 地址0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111內(nèi)容000001001010010011011100100101101110110111111111？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)。 解：=1p=2,rm=4,m39。=2,重復(fù)以上計(jì)算。=1,按照使用的倍數(shù)來說，等價(jià)于m=4, 試計(jì)算在非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化情況下的最小尾數(shù)值、最大尾數(shù)值、最大階值、可表示的最小值和最大值及可表示數(shù)的個(gè)數(shù)。 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?？杀硎镜囊?guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)=階的個(gè)數(shù)*尾數(shù)的個(gè)數(shù)=2^p*rm^m39。 可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)=rm^m39。 可表示的最大值=rm^(最大階)*最大尾數(shù)值=rm^(2^p1)*(1rm^(m39。 ))12^(48)18^(16)，即(12^(48))116^(12)，即(12^(48))可表示的最小值1/21/81/16可表示的最大值2^63*(12^(48))8^63*(18^(16))16^63*(116^(12))階的個(gè)數(shù)(2^p)2^62^62^6可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)2^48*(21)/28^16*(81)/816^12*(161)/16可表示的規(guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)2^6*2^48*(21)/22^6*8^16*(81)/82^6*16^12*(161)/16note:=16)p=6,m=48,rm=16(m39。=m/log2(rm)，列下表： p=6,m=48,rm=2(m39。 、尾數(shù)48位，階符和數(shù)符不在其內(nèi)，當(dāng)尾數(shù)分別以16為基時(shí)，在非負(fù)階、正尾數(shù)、規(guī)格化數(shù)情況下，求出其最小階、最大階、階的個(gè)數(shù)、最小尾數(shù)值、最大尾數(shù)值、可表示的最小值和最大值及可表示的規(guī)格化數(shù)的總個(gè)數(shù)。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。 表現(xiàn)在：(1)堆棧操作的指令少，功能單一；(2)堆棧在存儲器內(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。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。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)。描述符是與數(shù)據(jù)分開存放，用于描述向量、數(shù)組等成塊數(shù)據(jù)的特征。（2）看引入這種數(shù)據(jù)表示后，其通用性和利用率是否高。 數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件、硬件的交界面。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過軟件映象變換成機(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。 (2) 由于有8個(gè)通用數(shù)據(jù)寄存器和2個(gè)變址寄存器，所以通用寄存器用3位表示，變址寄存器用1位表示,8