計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復習資料-全文預覽

　　

【正文】 ，一般可使命中率有較大提高。 試分析上述各建議對命中率的影響情況。 (2)增大主存容量(頁數(shù))。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，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。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?。?，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 (1)主存容量400字，頁面大小200字，所以主存實頁數(shù)為2； (1)若頁面大小為200字，主存容量為400字，采用FIFO替換算法，請按訪存的各個時刻，寫出其虛頁地址流，計算主存的命中率； (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？ 解： 快表的作用：相當于頁表，即虛頁號對實頁號的對應關(guān)系。 }。我不了解FORTRAN，找朋友把上面的源代碼轉(zhuǎn)成C了： main(){ int A[]={4,2,0}。 但實存只有8頁位置可供存放數(shù)組之用，所以，分別分配給程序X和Y的數(shù)組4個實頁。 根據(jù)題意，程序X依次調(diào)用數(shù)組A,C,B,B,E, A,C,B,B,C,A,D,D,E, A,C,B,B,E中的數(shù)據(jù)。 0)GOTO 5040　E(I)=050　CONTINUEData: A=(4,+2,0)　　　C=(3,0,+1)每個數(shù)組分別放在不同的頁面中。其中，程序X為 DO 50 I=1,3　　B(I)=A(I)C(I)　　IF(B(I) 解答: 1)該地址空間中共有16個虛頁。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。(1)會發(fā)生頁面失效的全部虛頁號為：2,3,5,7。 解: ，每頁1024個字，實際主存為4096個字，采用頁表法進行地址映象。m=4 剖析： 解： 可得出，在λ=，m=32的平均訪問字數(shù)大于m=16時的平均訪問字數(shù)。同理，m=16時 ,B=44*(3/4)^16 由λ=,m=32 求得：B=44*(3/4)^32 當模數(shù)為16呢？由此你可得到什么結(jié)論？ 解：B=[ 1(1λ)^m] /λ 解： e=TA1/TA=TA1/(H*TA1+(1H)*TA2)≥80%，H≥(10^55/4)/(10^51)。，虛地址空間為4G字節(jié)，頁大小為1K字節(jié)，頁表項的大小為4字節(jié)。每組g群，組中選群需C2(g)個比較對觸發(fā)器。 (2)設計Cache的地址格式，并標出各字段的長度。(5分) 一個采用位選擇組相聯(lián)映象方式的Cache，要求Cache的每一塊在主存周期內(nèi)取得。我不知道是不是可以這么理解，遇到過一道題，其中存在這種關(guān)系，不知道是不是巧合？ =組內(nèi)塊數(shù)？ 不命中時預取進算法是指訪問到主存第i塊的信息時，只有當其不在Cache中時，才將主存第i+1塊預取進Cache。按需取進算法是指在Cache塊失效時才將要訪問的字所在的塊取進Cache。 解決Cache的透明性所帶來的問題，和中央處理機寫Cache，使主存內(nèi)容跟不上Cache內(nèi)對應內(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，一般有兩種寫直達法(存直達法)和寫回法(即抵觸修改法)兩種。第四章　存儲體系 選擇通道C:500KB/s。(1)要不丟失信息，各通道需要達到的流量：字節(jié)多路通道子通道A1:。 (1)分別求出各通道應具有多大設計流量才不會丟失信息； (2)設I/O系統(tǒng)流量占主存流量的1/2時才算流量平衡，則主存流量應達到多少? 通道號所接設備的數(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： 由此發(fā)現(xiàn)由于高速設備的響應優(yōu)先級高，使低速設備2造成數(shù)據(jù)丟失。(2)通道響應和處理各設備請求的時間示意圖 ，某數(shù)據(jù)傳送速率分別如表中所列。A、D不能。通道極限流量應大于或等于設備對通道要求的流量fbyte。=1/(TS+TD)=fbyte 根據(jù)題意可知：低速設備應掛接在字節(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)先級高的高速設備，讓它獨占通道，只能執(zhí)行一道通道程序。 這些設備的傳送速率很高，但傳送開始前的尋址輔助操作時間很長。這些設備傳送一個字符(字節(jié))的時間很短，但字符(字節(jié))間的等待時間很長。繼續(xù)響應并處理第2級中斷處理請求，結(jié)束后返回用戶程序。 響應4，中斷4運行結(jié)束，回2。 (1)設計各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位(令“1”對應于開放，“0”對應于屏蔽)。(2)如果所有的中斷處理都各需3個單位時間，中斷響應和中斷返回時間相對中斷處理時間少得多。(1)當中斷響應優(yōu)先次序為1→2→3→4時，其中斷處理次序是什么? “1”對應于開放，“0”對應于屏蔽，各級中斷處理程序的中斷級屏蔽位設置如下： 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(2)能方便地隔離失效部件的請求。(2)控制較為復雜。(4)受總線長度的限制，增減和移動部件受限制。(3)可擴充性好。，定時查詢和獨立請求3種總線控制方式的優(yōu)缺點。響應級別為n的中斷處理程序的n級中斷級屏蔽位應設為“0”。 如果新的程序或進程是一個中斷服務程序，在運行結(jié)束，執(zhí)行到中斷返回指令時，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，恢復運行。此信號經(jīng)中斷級服務程序入口地址形成硬件，生成出該級中斷服務程序的程序狀態(tài)字在內(nèi)存區(qū)中所存放的地址。因此，程序或進程的切換，只需要通過硬件啟動的交換新舊程序狀態(tài)字的內(nèi)容即可快速完成。程序狀態(tài)字是將散布于系統(tǒng)各部分，反映程序工作時某些關(guān)鍵性硬件的狀態(tài)，組合在一起所構(gòu)成的字，有的計算機也稱其為處理器狀態(tài)字或程序換道區(qū)。為了領(lǐng)會中斷響應排隊器對中斷響應優(yōu)先次序是用硬件固定的，以及通過由操作系統(tǒng)給各中斷級服務程序現(xiàn)行程序狀態(tài)字中的中斷級屏蔽位設置不同的狀態(tài)，可以改變中斷處理(完)的次序這兩個要點，下圖給出了一個中斷響應硬件部分的簡單邏輯原理示意圖。 (2)對浮點運算和虛擬存儲支持不很強。 ，它們分別存在哪些不足和問題?為什么說今后的發(fā)展應是CISC和RISC的結(jié)合? 答： CISC結(jié)構(gòu)特點：機器指令系統(tǒng)龐大復雜。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，使預取指令不作廢，節(jié)省一個機器周期。即大多數(shù)簡單指令用硬聯(lián)方式實現(xiàn)，功能復雜的指令用微程序?qū)崿F(xiàn)。(6)優(yōu)化編譯程序，簡單有效地支持高級語言實現(xiàn)。(5)大多數(shù)指令用硬聯(lián)實現(xiàn)，少數(shù)用微程序?qū)崿F(xiàn)； (4)擴大通用寄存器個數(shù)，一般不少于32個，盡量減少訪存次數(shù)； (3)讓所有指令在一個機器周期內(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，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： (1)僅根據(jù)使用頻率，不考慮其它要求，設計出全Huffman操作碼，計算其平均碼長。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Huffman編碼和擴展操作碼編碼。①操作碼的優(yōu)化 問單地址指令最多可以有多少條? 答：②若單地址指令254條，可以用擴展碼為其編碼。 答：只有兩種碼長的擴展操作碼的平均碼長=。 ，某機器14條指令的使用頻度分別為：,。變址尋址是對數(shù)組等數(shù)據(jù)塊運算的支持，以利于循環(huán)。=1p=2,rm=4,m39。=1,按照使用的倍數(shù)來說，等價于m=4, 試計算在非負階、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)的個數(shù)?？杀硎镜囊?guī)格化數(shù)的個數(shù)=階的個數(shù)*尾數(shù)的個數(shù)=2^p*rm^m39。 可表示的最大值=rm^(最大階)*最大尾數(shù)值=rm^(2^p1)*(1rm^(m39。 =16)p=6,m=48,rm=16(m39。 、尾數(shù)48位，階符和數(shù)符不在其內(nèi)，當尾數(shù)分別以16為基時，在非負階、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)的總個數(shù)。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)用時的返回地址，少量用堆棧實現(xiàn)程序間的參數(shù)傳遞。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)的高效實現(xiàn)。（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)結(jié)構(gòu)要通過軟件映象變換成機器所具有的各種數(shù)據(jù)表示實現(xiàn)，所以數(shù)據(jù)表示是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組成元素。 請寫出指令格式，并給出各字段的長度和操作碼編碼。（11/rm)。個rm進制數(shù)位共有rm^m39。note:這里的等號并不表示純粹數(shù)學意義上的“等于”。 =m/log2(rm)這種關(guān)系是因為，在機器中，一個rm進制的數(shù)位是用log2(rm)個機器數(shù)位來表示的。數(shù)據(jù)是以表示某一操作數(shù)或參數(shù)已準備就緒的數(shù)據(jù)令牌直接在指令之間傳遞。它主要應解決：處理單元靈活、規(guī)律的互連模式和互連網(wǎng)絡設計，數(shù)據(jù)在存儲器中的分布算法等問題。 答：除了分布處理，MPP和機群系統(tǒng)外，并行處理計算機按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為流水線計算機，陣列處理機，多處理機和數(shù)據(jù)流計算機四種不同的結(jié)構(gòu)。就要在相當長的時期里保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不變，因此在確定系列結(jié)構(gòu)時要非常慎重。 （8）把原0號通用寄存器改作堆棧指示器。 （4）為解決計算誤差較大，將機器中浮點數(shù)的下溢處理方法由原來的恒置“1”法，改為用ROM存取下溢處理結(jié)果的查表舍入法?！皥?zhí)行”指令則對系統(tǒng)程序員和應用程序員都是不透明的。 ？哪些對應用程序員是透明的？ 系列機各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度；虛擬存儲器；Cache存儲器；程序狀態(tài)字；“啟動I/O”指令；“執(zhí)行”指令；指令緩沖寄存器。透明的有：存儲器的模m交叉存?。粩?shù)據(jù)總線寬度；陣列運算部件；通道是采用結(jié)合型還是獨立型；PDP11系列的單總線結(jié)構(gòu)串行、重疊還是流水控制方式；Cache存儲器。 軟件的硬化和硬件的軟件都反映了這一事實。然而，它可與實現(xiàn)折衷權(quán)衡。通過改變控制存儲器中的微程序，就可改變系統(tǒng)的機器指令，改變結(jié)構(gòu)。如為實現(xiàn)A:=B+CD:=E*F,可采用面向寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也可采用面向主存的三地址尋址方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中，中央處理機都有相同的機器指令和匯編指令系統(tǒng)，只是指令的分析、執(zhí)行在低檔機上采用順序進行，在高檔機上采用重疊、流水或其它并行處理方式。 答：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成、計算機實現(xiàn)互不相同，但又相互影響。 答：軟件和硬件在邏輯功能上是等效的，原理上，軟件的功能可用硬件或固件完成，硬件的功能也可用軟件模擬完成。第4級上等效程序需運行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。，每級的指令互不相同，每一級的指令都比其下一級的指令在效能上強M倍，即第i級的一條指令能完成第i1級的M條指令的計算量。 exercises: ，可以按功能劃分成4級，每一級為了執(zhí)行一條指令，需要下一級的N條指令來解釋。 例子有陣列處理機，相聯(lián)處理機。并行性的開發(fā)途徑有時間重疊(Time Interleaving)，資源重復(Resource Replication)，資源共享(Resource Sharing)。 擅長對向量、數(shù)組進行處理。例子有并行存儲器系統(tǒng)，以相聯(lián)存儲器為核心構(gòu)成的相聯(lián)處理機。位片串字并的例子有：相聯(lián)處理機STARAN，MPP。位串字串和位并字串基本上構(gòu)成了SIMD。 存儲器操作并行是指可以在一個存儲周期內(nèi)并行讀出多個CPU字的，采用單體多字、多體單字或多體多字的交叉訪問主存系統(tǒng)，進而采用按內(nèi)容訪問方式，位片串字并或全并行方式，在一個主存周期內(nèi)實現(xiàn)對存儲器中大量字的高速并行操作。 處理器操作并行是指一個指令部件同時控制多個處理單元，實現(xiàn)一條指令對多個數(shù)據(jù)的操作。例子有多處理機，計算機網(wǎng)絡，分布處理系統(tǒng)。 資源重復是指一個指令部件同時控制多個處理單元，實現(xiàn)一條指令對多個數(shù)據(jù)的操作。 例子有陣列處理機，相聯(lián)處理機。例子有多處理機，計算機網(wǎng)絡，分布處理系統(tǒng)。執(zhí)行第第3和第4級的一條指令各需要KNns、KN^2ns、KN^3ns的時間。第3級上等效程序需運行：(N/M)*(N/M)*Ks。所以，當有一段第1級的程序需要運行Ks時，在第2級就需要(N/M)Ks，以此類推 ？在什么意義上又是不等效的？試舉例說明。 、計算機組成與計算機實現(xiàn)之間的相互關(guān)系與影響。從匯編語言、