計算機組成與結構試卷

1、計算機組成與結構試卷 一窗體頂端問答題1、把十進制數(shù)0.15表示成32位規(guī)格化浮點數(shù)形式，浮點數(shù)的格式如下：尾數(shù)符號1位階碼：8位，用整數(shù)、 移碼表示，基值為2尾數(shù)：23位(另外有1個隱藏位)，用小數(shù)、 原碼表示，基值為2尾數(shù)符號1位 階碼：8位，用整數(shù)、 移碼表示，基值為2 尾數(shù)：23位(另外有1個隱藏位)，用小數(shù)、 原碼表示，基值為2 (1)用16進制分別寫出這個規(guī)格化浮點數(shù)的階碼、尾數(shù)和完整的浮點數(shù)。 (2)如果采用恒置"1"舍入法，這個規(guī)格化浮點數(shù)的相對誤差是多少？ 2、在一臺采用指令取消技術的RISC處理機上執(zhí)行下面一段程序。每條指令的執(zhí)行過程都要經(jīng)過"

2、取指令"和"執(zhí)行"兩個周期，每個周期的延遲時間均為10ns。 MOVE R1，#50000 ；R1常數(shù)50000 LOOP:MOVE R2，A(R1) ；R2從內存中取一個數(shù)  ADD R0，R2 ；R0(R0)+(R2)DNE R1，LOOP ；R1(R1)-1，若(R1)0，則轉向LOOP (1)為了采用指令取消技術，改寫上面的程序。 (2)計算采用指令取消技術執(zhí)行上面的程序能夠節(jié)省多少時間？ 3、用16M字×8位的存儲芯片構成一個64M字×16位的主存儲器。要求既能夠擴大存儲器的容量，又能夠縮短存儲器的訪問周期。(1)計算需要多

3、少個存儲器芯片。 (2)存儲器芯片和主存儲器的地址長度各需要多少位？ (3)畫出用存儲器芯片構成主存儲器的邏輯示意圖。 (4)用16進制表示的地址，其體內地址和體號是多少？ 4、在頁式虛擬存儲器中，一個程序由P1P6共6個頁面組成，系統(tǒng)分配給這個程序的主存只有4個頁面。在程序開始執(zhí)行之前，P1至P4已經(jīng)裝入主存。程序執(zhí)行過程中依次訪問到的頁面如下：P1，P2，P3，P4，P5，P3，P6，P5，P2，P1，P5，P2，P4，P1。分別采用LRU和OPT頁面替換算法對這4頁主存進行調度。 (1)畫出主存頁面替換和命中的情況表。 (2)計算兩種頁面替換算法的頁命中率。 (3)假設每個數(shù)據(jù)平均被訪問

4、10次，采用LRU頁面替換算法，為了使頁面失效率小于10-5，計算頁面大小至少應該為多少？ 5、在一個采用組相聯(lián)映象方式的Cache系統(tǒng)中，主存和Cache均按字節(jié)編址，按字訪問，字長為64位。Cache的容量為256KB，主存的容量為64MB。Cache的每一組有8塊，每塊有8個字。要求采用按地址訪問方式構成相聯(lián)目錄表，實現(xiàn)主存地址到Cache地址的變換，并采用8個相等比較電路。 (1)給出主存和Cache的地址格式，并標出各字段的長度。(2)計算相聯(lián)目錄表的地址個數(shù)。 (3)設計相聯(lián)目錄表每個地址中所存內容的格式，并標出每一個字段的長度。 (4)計算每個比較電路的位數(shù)。(5)Cache地址

5、的哪些字段可從主存地址直接得到？哪些字段必須從相聯(lián)目錄表得到？ 6、在一臺單流水線處理機上執(zhí)行下面的程序。每條指令都要經(jīng)過"取指令"、"譯碼"、"執(zhí)行"和"寫結果"4個流水段，每個流水段的延遲時間都是5ns。執(zhí)行部件的輸出端有直接數(shù)據(jù)通路與它的輸入端相連接，執(zhí)行部件產生的條件碼也直接送入控制器。K1： MOVE R1, #4 ；R1向量長度4 K2：LOOP：MOVE R2, A(R1) ；R2A向量的一個元素 K3： ADD R0, R2 ；R0(R0)(R2) K4： DNE R1, LOOP ；R1(R1)1

6、,若(R1)0轉向LOOP K5： MOVE SUN，R0 ；SUN(R0)，保存結果 (1)列出指令之間的所有數(shù)據(jù)相關，包括讀寫、寫讀和寫寫數(shù)據(jù)相關。(2)采用預測轉移不成功的靜態(tài)分支預測技術，畫出指令流水線的時空圖(可用指令序號表示)，并計算流水線的吞吐率、加速比和效率。(3)采用預測轉移成功的靜態(tài)分支預測技術，計算指令流水線的吞吐率、加速比和效率。 7、一條3個功能段的非線性流水線的預約表如下：段周期123456S1XXXS2XXS3X(1)寫出禁止向量和初始沖突向量。 (2)畫出調度流水線的狀態(tài)圖。 (3)求最小啟動循環(huán)和最小平均啟動距離。(4)求啟動距離最小的恒定循環(huán)。 (5)畫出流

7、水線各功能段之間的連接圖。(6)通過插入非計算延遲使流水線達到最優(yōu)調度，計算該流水線的最佳啟動循環(huán)。(7)畫出插入非計算延遲使流水線達到最優(yōu)調度的流水線預約表。 8、在下列不同類型的處理機上做向量運算：D=(A+B)*C，向量長度均為4，每個周期的時間為10ns。分別計算所需的最短時間，寫出簡要計算過程。 (1)SISD單處理機，有一個通用運算部件，每3個周期做完一次加法，或每4個周期做完一次乘法。(2)流水線處理機，有一條兩功能靜態(tài)流水線，加法經(jīng)過其中的3段，乘法經(jīng)過其中的4段，每段的延遲時間均為一個周期。(3)向量處理機，有獨立的加法器和乘法器，加法器采用3段流水線，乘法器采用4段流水線，

8、每段的延遲時間均為一個周期，采用向量鏈接方式工作。(4)SIMD并行計算機，有4個PE，每個PE有一個通用運算部件，每3個周期做完一次加法，或每4個周期做完一次乘法。不計PE之間傳送數(shù)據(jù)所用的時間。 窗體底端問答題答案問答第1題解： 0.1510=0.00100110012 2分 (1)16進制規(guī)格化浮點數(shù)的階碼為7E 2分 尾數(shù)為999999 2分 完整的浮點數(shù)為3F199999 2分 (2)采用衡置"1"法，這個規(guī)格化浮點數(shù)的相對誤差是 -2-25-2-28-2-29-2-32 2分 或 -(0.6)×2-24 = 3.58×10-8問答第2題解：

9、(1)采用指令取消技術，程序如下： 4分 MOVE R1，#50000 ；R1常數(shù)50000 MOVE R2，A(R1) ；R2從內存中取一個數(shù) LOOP: ADD R0，R2 ；R0(R0)+(R2) DNE R1，LOOP ；R1(R1)-1，若(R1)0，則轉向LOOP MOVE R2，A(R1) ；R2從內存中取一個數(shù) (2)采用指令取消技術執(zhí)行上面的程序能夠節(jié)?。?0ns×(50000-1)=0.4999ms 2分 問答第3題解： (1)需要存儲器芯片： 2分 (2)存儲器芯片的地址長度為24位 2分 主存儲器的地址長度為26位 2分 (3)用存儲器芯片構成主存儲器的邏輯示

10、意圖如下： 4分 (4)用16進制表示的地址，其體內地址為：48D159，體號為3 2分問答第4題解： (1)主存頁面的替換和命中情況如下表： 2分2分 時間t1234567891011121314頁地址流P1P2P3P4P5P3P6P5P2P1P5P2P4P11111555555555522222266666644LRU算法3333333331111144444444222222命中命中命中命中替換命中替換命中替換替換命中命中替換命中1111111111111122222222222244OPT算法3333336666666644445555555555命中命中命中命中替換命中替換命中替換替

11、換命中命中替換命中(2)LRU頁面替換算法的頁命中率為9/14， 2分 OPT頁面替換算法的頁命中率為11/14 2分 (3) ，把HP=9/14代入，解得頁面大小至少為P > 3571字 2分 問答第5題解： (1)主存地址的格式： 2分8位9位3位6位區(qū)號E區(qū)內組號G組內塊號B塊內地址WCache地址格式： 2分9位3位6位組號g組內塊號b塊內地址w(2)相聯(lián)目錄表的地址個數(shù)是512 2分 (3)相聯(lián)目錄表每個地址的格式：共8組，每組3個字段 2分 113111311131E, BbeE, BbeE, Bbe(4)每個比較電路的位數(shù)是11位。 2分 (5)Cache地址組號g字段和塊

12、內地址w可從主存地址直接得到 組內塊號字段必須從相聯(lián)目錄表得到 2分問答第6題解: 3分(每個0.5分) (1)指令K1與指令K2之間關于R1的寫讀數(shù)據(jù)相關（第1次循環(huán)） 指令K1與指令K4之間關于R1的寫讀數(shù)據(jù)相關（第1次循環(huán)） 指令K1與指令K4之間關于R1的寫寫數(shù)據(jù)相關（第1次循環(huán)） 指令K2與指令K3之間關于R2的寫讀數(shù)據(jù)相關（每次循環(huán)內） 指令K2與指令K4之間關于R1的讀寫數(shù)據(jù)相關（第次循環(huán)內） 指令K3與指令K5之間關于R0的寫讀數(shù)據(jù)相關（最后一次循環(huán)） 另外，相鄰循環(huán)體之間的數(shù)據(jù)相關還有： 以下共計1分 指令K4與下一循環(huán)的指令K2之間關于R1的寫讀數(shù)據(jù)相關 指令K3與下一循環(huán)

13、的指令K2之間關于R2的讀寫數(shù)據(jù)相關 指令K2與下一循環(huán)的指令K2之間關于R2的寫寫數(shù)據(jù)相關 指令K3與下一循環(huán)的指令K3之間關于R0的寫讀數(shù)據(jù)相關 指令K3與下一循環(huán)的指令K3之間關于R0的讀寫數(shù)據(jù)相關 指令K3與下一循環(huán)的指令K3之間關于R0的寫寫數(shù)據(jù)相關 指令K4與下一循環(huán)的指令K4之間關于R1的寫讀數(shù)據(jù)相關 指令K4與下一循環(huán)的指令K4之間關于R1的讀寫數(shù)據(jù)相關 指令K4與下一循環(huán)的指令K4之間關于R1的寫寫數(shù)據(jù)相關 (2)采用預測轉移不成功的靜態(tài)分支預測技術 2分 3分(每個1分)(3)采用預測轉移成功的靜態(tài)分支預測技術 3分(每個1分)問答第7題解： (1)禁止向量為：（2，3，5

14、） 2分 初始沖突向量為：10110 (2)調度流水線的狀態(tài)圖 2分 簡單循環(huán)平均啟動距離（1，6）3.5（4，6）5（4）4（6）6(3)流水線的最小啟動循環(huán)為（1，6） 2分 最小平均啟動距離為3.5 (4)啟動距離最小的恒定循環(huán)為4 2分 (5)畫出流水線各功能段之間的連接圖。 2分(6)插入非計算延遲后，流水線的最佳啟動循環(huán)（3） 2分 (7)插入非計算延遲后的流水線預約表如下： 2分 12345678S1XXXS2XXS3XD1XD2X問答第8題解： (1)10ns×4×（34） 280ns，4次加法和4次乘法串行執(zhí)行 2分 (2)10ns×（67） 1

15、30ns，流水線執(zhí)行4次加法需要6個周期，流水線執(zhí)行4次乘法需要7個周期 2分 (3)10ns×（73） 100ns，得到第1個結果需要7個周期，另外3個結果需要3個周期 2分 (4)10ns×（34） 70ns，每個PE同時執(zhí)行1次加法和1次乘法 2分 計算機組成與結構試卷 二 窗體頂端問答題1、（14分）一種16位短浮點數(shù)的格式如下。已知二進制數(shù)A=0.0101，十進制數(shù)B=0.2。 尾數(shù)符號1位階碼：6位，用整數(shù)、移碼表示，基值為2尾數(shù)：9位(另外有1個隱藏位)，用小數(shù)、 原碼表示，基值為2(1)寫出這種浮點數(shù)能表示的最大規(guī)格化正數(shù)、最大規(guī)格化負數(shù)、表示數(shù)的精度和效率

16、。(2)把A表示成規(guī)格化浮點數(shù)形式(最終結果用16進制表示)。 (3)把B表示成規(guī)格化浮點數(shù)形式(最終結果用16進制表示)。(4)按照浮點數(shù)加法規(guī)則計算A-B。保留1個警戒位，寫出主要計算過程。 2、（12分）某RISC處理機的工作主頻為500MHz，有一個Cache和一個主存儲器，Cache的存取周期為2ns，主存儲器的存取周期為20ns，Cache的命中率為99%，有20%的LOAD/STORE指令，并假設處理機速度的瓶頸完全在存儲系統(tǒng)。 (1)求理想情況(Cache的命中率為100%)下的CPI。(2)計算該RISC處理機的實際MIPS速率。 (3)如果處理機的工作主頻提高到1GHz，計

17、算實際CPI和MIPS速率。 3、（14分）在一個Cache存儲系統(tǒng)中，Cache的訪問周期、存儲容量和價格分別為5ns、256KB和50元/MB，主存儲器的訪問周期、存儲容量和價格分別為30ns、128MB和5元/MB，當塊的大小為1個字時，存儲系統(tǒng)的命中率為0.8。當把塊大小增加到4個字時，存儲系統(tǒng)的訪問效率達到0.95。 (1)計算這個Cache存儲系統(tǒng)的等效存儲容量和單位容量的等效價格。 (2)當塊的大小為1個字時，計算這個存儲系統(tǒng)的等效訪問周期和訪問效率。(3)當存儲系統(tǒng)的訪問效率達到0.95時，命中率和等效訪問周期提高到多少？(4)為了使存儲系統(tǒng)的訪問效率達到0.95，Cache中

18、每個字的平均訪問次數(shù)至少為幾次？ 4、（12分）一個虛擬存儲系統(tǒng)最多運行64個用戶程序，每個用戶程序最大不超過4096頁，每頁16KB，主存儲器的容量為128MB。為了加快地址變換過程，采用快慢表結構，快表的容量為32個存儲字，快表地址經(jīng)散列函數(shù)變換得到。為檢測散列沖突，采用一個相等比較器。(1)寫出虛擬地址的格式，標出各字段的名稱和長度。(2)寫出主存地址的格式，標出各字段的名稱和長度。 (3)相等比較器的位數(shù)是多少？(4)寫出快表每個字的格式，標出各字段的名稱和長度。 5、（12分）一個磁盤存儲器的存儲容量為16GB（1GB=230Byte），有8個盤片（16個數(shù)據(jù)面），每條磁道有512個

19、扇區(qū)，每個扇區(qū)512個字節(jié)，每分鐘8000轉，定位時間（尋道時間）為4.25ms。 (1)計算這個磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率。 (2)這個磁盤存儲器有多少個柱面（磁道）？(3)這個磁盤存儲器的尋址時間（包括定位時間和等待時間）是多少？ 6、（12分）某處理機共有4個中斷源，這4個中斷源D1、D2、D3、D4的中斷優(yōu)先級從高到低分別是1級、2級、3級和4級。當4個中斷源同時申請中斷服務時，請針對下列各題的要求為4個中斷源設置中斷屏蔽碼。"1"表示對應的中斷源被屏蔽，"0"表示開放；如果與對應的中斷源無關，務必用""表示。 (1)處理機響應中

20、斷服務請求和實際為各中斷源服務的先后次序均為D1、D2、D3、D4。 (2)處理機響應中斷服務請求的次序為D1、D2、D3、D4，而處理機實際為各中斷源服務的先后次序為D4、D3、D2、D1。(3)處理機響應中斷服務請求的次序為D1、D3、D2、D4，而處理機實際為各中斷源服務的先后次序為D2、D4、D3、D1。 7、（12分）在一臺單發(fā)射流水線處理機中，指令ADD經(jīng)過IF、ID、ADD和WR共4個流水段，指令MUL經(jīng)過IF、ID、MUL1、MUL2、MUL3和WR共6個流水段，兩條指令均在ID流水段讀源操作數(shù)，在WR流水段寫結果。采用順序發(fā)射亂序完成調度方式。(1)采用三地址R-R-R型指令

21、，指令ADD和MUL之間的哪幾種數(shù)據(jù)相關可能造成流水線停頓？寫出典型指令序列。(2)采用兩地址R-R型指令，指令ADD和MUL之間的哪幾種數(shù)據(jù)相關可能造成流水線停頓？寫出典型指令序列。(3)對于造成流水線停頓的數(shù)據(jù)相關，給出解決的方法。 8、（12分）分別在下列幾種不同類型的處理機上計算表達式 ，求最短執(zhí)行時間。取指令、取操作數(shù)、譯碼和寫結果等時間均忽略不計。(1)向量處理機，有獨立的加法器和乘法器，加法器的延遲時間為5ns，乘法器采用4段流水線，每段的延遲時間均為5ns。(2)向量處理機，有獨立的加法器和乘法器，加法器采用3段流水線，乘法器采用4段流水線，每段的延遲時間均為5ns。 (3)S

22、IMD并行處理機，每個PE內有一個ALU，完成一次加法需要10ns，或完成一次乘法需要20ns。8個PE連接成單向環(huán)結構，在相鄰PE之間傳送一個數(shù)據(jù)需要5ns。操作數(shù)Ai和Bi最初始存放在PEi mod 8中，其中i=0，1，19。 (4)分布存儲器的MIMD多處理機，每個CPU內有一個ALU，完成一次加法需要10ns,或完成一次乘法需要20ns。8個CPU連接成超立方體網(wǎng)，在相鄰CPU之間傳送一個數(shù)據(jù)需要5ns，操作數(shù)Ai和Bi最初存放在PEi mod 8中，其中i=0，1，19。 窗體底端問答題答案問答第1題解答： (1) 4分1+1+1+1 能表示的最大規(guī)格化正數(shù)為：0.11111111

23、11x231或(1-2-10)x 231 能表示的最大規(guī)格化負數(shù)為：-0.5x2-32 表示數(shù)的精度：2-10 表示數(shù)的效率：100 (2) 3分 符號0，階碼011111（即-1），尾數(shù)010000000（已經(jīng)去掉隱藏位）用16進制表示的規(guī)格化浮點數(shù)A為：3E80 (3) 3分 0.210=0.001100112 符號0，階碼011110（即-2），尾數(shù)100110011（已經(jīng)去掉隱藏位）用16進制表示的規(guī)格化浮點數(shù)B為：3D33 (4) 4分1+1+1+1對階：B的尾數(shù)右移1位，階碼加1，并恢復隱藏位； 0 011111 0110011001 1 最后1位為警戒位 尾數(shù)加： A的尾數(shù)：0

24、1010000000 恢復隱藏位 B的補碼：1 1001100110 1 A-B的尾數(shù)：0 0011100110 1 規(guī)格化：尾數(shù)左移2位，階碼減2，去掉隱藏位0 011101 110011010 表示成16進制規(guī)格化浮點數(shù)：3B9B 問答第2題解答：(1) 3分 CPI=2nsx(2nsx20%)x500MHz=1.2 (2) 3分 MIPS=1/(2nsx99%+20nsx1%+2nsx20%x99%+20nsx20%x1%) =1/2.616ns=382.3 (3) 6分33CPI=(2nsx99%+20nsx1%+2nsx20%x99%+20nsx20%x1%)x1GHz =2.616

25、nsx1GHz=2.616 MIPS=1/2.616ns=382.3 問答第3題解答： (1) 4分 等效存儲容量：S128MB 單位容量的等效價格： C（Cc Sc Cm Sm）/（Sc Sm） （50×0.255×128）/（0.25128） 5.088(元/MB) (2) 4分 等效訪問周期： TTc H Tm（1H） 5ns×0.8 30ns×（10.8） 10ns 訪問效率： eTc/T 5/10 0.5 (3)4分 命中率： 解得：H0.9895等效訪問周期為：(4) 2分 Cache中每個字的平均訪問次數(shù)至少為：問答第4題解答： (1)虛擬

26、地址的格式，各字段的名稱和長度 3分 6位12位14位用戶程序號虛頁號頁內地址 (2)主存地址的格式，各字段的名稱和長度 3分 13位14位主存實頁號頁內地址 (3)相等比較器的位數(shù)：61218(位) 3分 (4)快表每個存儲字的格式，標出各字段的名稱和長度 3分 6位12位13位用戶程序號虛頁號主存實頁號 問答第5題解答： (1) 4分 這個磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率為： 512B x 512x 8000/6033.3MB/S 或：512B x 512x 8000/6035MB/S(2) 4分 這個磁盤存儲器的柱面數(shù)為： N 16MB/（512Bx 16x 512） 4096 (3) 4分 這個

27、磁盤存儲器的尋址時間為：等待時間為：60/8000/23.75ms 尋址時間為：定位時間等待時間4.25ms3.75ms8ms 問答第6題解答：(1) 4分0.25x16 (2) 4分0.25x16 (3) 4分0.25x16 中斷源中斷優(yōu)先級中斷源被屏蔽(1)D1 D2 D3 D4中斷源被屏蔽(2)D1 D2 D3 D4中斷源被屏蔽(3)D1 D2 D3 D4D11級(最高)x 1 1 1x 0 x xx 1 0 xD22級x x 1 1x x 0 xx x x 1D33級x x x 1x x x 0x 0 x 0D44級(最低)x x x xx x x xx x x x問答第7題解答: (

28、1) 4分22 由于采用順序發(fā)射調度方式，因此，讀寫數(shù)據(jù)相關不會造成流水線停頓。 可能造成流水線停頓的有寫讀數(shù)據(jù)相關和寫寫數(shù)據(jù)相關，指令序列如下：(2) 4分22 由于采用順序發(fā)射調度方式，因此，讀寫數(shù)據(jù)相關不會造成流水線停頓。 由于寫寫數(shù)據(jù)相關必然伴隨有寫讀數(shù)據(jù)相關，只要滿足了寫讀數(shù)據(jù)，寫寫數(shù)據(jù)相關也就不存在了。 因此，可能造成流水線停頓的只要考慮寫讀數(shù)據(jù)相關，指令序列如下： 指令MUL的流水段ID由于寫讀數(shù)據(jù)相關要延遲2個周期，寫寫數(shù)據(jù)相關不會造成流水線停頓。 寫數(shù)據(jù)相關必然伴隨有寫讀數(shù)據(jù)相關，由于寫讀數(shù)據(jù)相關，指令ADD的流水段ID要延遲4個周期，因此，寫數(shù)據(jù)相關就不會造成流水線停頓。

29、(3) 4分211 方法1：增加專用數(shù)據(jù)通路。 對于"寫讀數(shù)據(jù)相關指令序列1"，在流水段ADD的輸出端增加一條專用數(shù)據(jù)通路到MUL1，這個寫讀數(shù)據(jù)相關就不會造成流水線停頓。 對于"寫讀數(shù)據(jù)相關指令序列2"，在流水段MUL3的輸出端增加一條專用數(shù)據(jù)通路到ADD，可以使ADD操作少延遲2個流水段，但仍然有兩個流水段的停頓。 方法2：發(fā)生數(shù)據(jù)相關的指令推后執(zhí)行（需要退后的2個周期或4個周期）。 方法3：通過編譯器在發(fā)生數(shù)據(jù)相關的兩條指令之間插入不發(fā)生數(shù)據(jù)相關的其他指令（需要插入2條或4條指令）。問答第8題 (1) 3分20個乘法和20個加法，流水線鏈接裝入時間

30、5個流水段，以后每個流水段輸出一個加法結果。 T5ns（1419）120ns 或20個乘法和19個加法，完成開始兩個乘法用5個流水段，輸出第一個加法結果用6個流水段，以后每個流水段輸出一個加法結果。T5ns（618）120ns (2) 3分 由于20個乘法之間沒有數(shù)據(jù)相關，因此，從第4個流水段開始，每個流水段輸出一個乘法結果。共有20個加數(shù)需要求和，從第5個流水段開始進行加法，加法的時空圖如下 T5nsx31165ns (3) 3分PE0PE3做3次乘法、2次加法，PE4PE7做2次乘法、1次加法，共用80ns；PE7PE6、PE5PE4、PE3PE2、PE1PE0，并做加法，共用15ns；P

31、E6PE4、PE2PE0，并做加法，共用20ns； PE4PE0，并做加法，共用30ns。 T20nsx310nsx2（5ns10ns）（10ns10ns）（20ns10ns） 145ns (4) 3分 CPU4CPU7做2次乘法、1次加法，用50ns，CPU7CPU6、CPU5CPU4，并做加法，用15ns，CPU6CPU4，并做加法，用15ns；共用80ns。同時，CPU0CPU3做3次乘法、2次加法，也用80ns。這時，共有5個結果分布于CPU0CPU4中，共用時80ns。 CPU1CPU0、CPU2CPU3，并做加法，同時CPU4CPU0，用15ns。 CPU0做加法，同時CPU3CP

32、U0，用10ns。 CPU0做加法，用10ns。 T80ns15ns10ns10ns 115ns 計算機組成與結構試卷 三窗體頂端問答題1、一種短浮點數(shù)的字長共16位（二進制），從高位到低位分別是：符號1位，階碼7位（包括符號位），尾數(shù)8位。尾數(shù)用原碼、小數(shù)表示，階碼用移碼、整數(shù)表示。尾數(shù)和階碼的基值都是2。有如下兩個浮點數(shù)：A1.0001x22和B-0.11001x2-1。 (1)把這兩個數(shù)分別表示成規(guī)格化浮點數(shù)形式。(2)按照浮點數(shù)加法運算規(guī)則，計算這兩個浮點數(shù)的和。 2、一臺實驗計算機共有5種指令、8個通用數(shù)據(jù)寄存器，這5種指令的使用頻度分別為35、25、20、10、10。(1)要求操作

33、碼的平均長度最短，請設計操作碼編碼，并計算所設計操作碼的實際平均長度。(2)要求設計8位字長的兩地址寄存器-寄存器型指令3種，16位字長的寄存器-存儲器型指令兩種，其中，存儲器地址采用直接尋址方式。請設計指令格式，給出5種指令的操作碼編碼、各個字段的長度和名稱。 3、在一個Cache存儲系統(tǒng)中，主存儲器的訪問周期、存儲容量和單位價格分別為60ns、64MB和10元/MB，Cache的訪問周期、存儲容量和單位價格分別為10ns、512KB和100元/MB，Cache的命中率為0.98。 (1)計算這個Cache存儲系統(tǒng)的等效訪問周期、存儲容量和單位價格。 (2)計算這個Cache存儲系統(tǒng)的訪問效

34、率。 4、一個虛擬存儲系統(tǒng)最多有64個用戶，每個用戶程序最大不超過8192頁，每頁4KB，主存儲器的容量為64MB。為了加快地址變換過程，采用快慢表結構，快表的容量為64個存儲字，快表地址經(jīng)散列函數(shù)變換得到。為避免散列沖突，采用一個相等比較器。 (1)寫出虛擬地址的格式，標出各字段的名稱和長度。(2)寫出主存地址的格式，標出各字段的名稱和長度。 (3)相等比較器的位數(shù)是多少？ (4)寫出快表每個存儲字的格式，標出各字段的名稱和長度。 5、有4個中斷源D1、D2、D3、D4，它們的中斷優(yōu)先級和中斷屏蔽碼見下表，表中，"1"表示該中斷源被屏蔽，"0"表示該中

35、斷源開放。假設從處理機響應中斷源的中斷服務請求到運行中斷服務程序中第一次開中斷所用的時間為1微秒，其它中斷服務時間為10微秒。 中斷源中斷優(yōu)先級中斷屏蔽碼D1 D2 D3 D4D11（最高）1 1 0 0D22（第二）0 1 0 1D33（第三）1 0 1 0D44（最低）1 0 1 1(1)當4個中斷源同時申請中斷服務時，寫出處理機響應各中斷源的中斷請求的先后順序和處理機實際為各中斷源服務的先后順序。 (2)處理機在0時刻開始響應中斷請求，這時4個中斷源都已經(jīng)申請中斷服務，寫出處理機開始響應各中斷源的中斷請求和處理機為各中斷源完成中斷服務的時間。(3)處理機在0時刻開始響應中斷請求，這時中斷

36、源D3和D4已經(jīng)申請中斷服務，在6微秒時中斷源D1和D2同時申請中斷服務，寫出處理機開始響應各中斷源的中斷請求和處理機為各中斷源完成中斷服務的時間。 6、一個磁盤存儲器共有6個盤片（12個存儲面），每面有4096條磁道，每條磁道有256個扇區(qū)，每個扇區(qū)512個字節(jié)，每分鐘7200轉，定位時間（尋道時間）為8ms。 (1)計算這個磁盤存儲器的存儲容量。 (2)磁盤存儲器的尋址時間（包括定位時間和等待時間）是多少？(3)在尋址完成之后，磁盤存儲器的數(shù)據(jù)傳輸率是多少？ 7、一條浮點加法流水線由對階、尾數(shù)加和規(guī)格化三個流水段組成，每個流水段的時間均為2ns。流水線的輸出端有直接數(shù)據(jù)通路與輸入端相連，并

37、且設置有緩沖寄存器用以保存中間運算結果。用這條流水線計算8個浮點數(shù)的和：SA1A2A3A4A5A6A7A8。畫出流水線的時空圖，并計算流水線的吞吐率、加速比和效率。8、在一臺每個時鐘周期發(fā)射兩條指令的超標量處理機上運行下面一段程序，所有指令都要經(jīng)過"取指令"、"譯碼"、"執(zhí)行"和"寫結果"4個階段，其中，"取指令"、"譯碼"和"寫結果"三個階段各為一個流水段，其延遲時間都為2ns。在"執(zhí)行"階段，LOAD操作和AND操作各延遲2ns，A

38、DD操作延遲4ns，MUL操作延遲6ns，4種操作部件各設置一個。ADD部件和MUL部件都采用流水線結構，每一級流水線的延遲時間都為2ns。(1)列出這個程序中所有的數(shù)據(jù)相關，包括寫讀數(shù)據(jù)相關、讀寫數(shù)據(jù)相關和寫寫數(shù)據(jù)相關。(2)如果所有運算型指令都在"譯碼"流水段讀寄存器，在"寫結果"流水段寫寄存器，采用順序發(fā)射順序完成調度方法，畫出流水線的時空圖，并計算執(zhí)行這個程序所用的時間。 (3)如果所有運算型指令都在"譯碼"流水段讀寄存器，在"寫結果"流水段寫寄存器，采用順序發(fā)射亂序完成調度方法，畫出流水線的時空圖和各條指

39、令完成的時間圖，并計算執(zhí)行這個程序所用的時間。 (4)如果每個操作部件的輸出端都有直接數(shù)據(jù)通路與輸入端相連，采用順序發(fā)射亂序完成調度方法，畫出流水線的時空圖和各條指令完成的時間圖，并計算執(zhí)行這個程序所用的時間。 窗體底端問答題答案問答第1題(1)浮點數(shù)A的規(guī)格化形式：0 1000 浮點數(shù)B的規(guī)格化形式：1 0111111 11001000 (2)對階，浮點數(shù)B的尾數(shù)右移4位，階碼加4，最右邊一位是警戒位： 1 1000 1 尾數(shù)加：規(guī)格化，尾數(shù)左移1位，階碼減1，兩個浮點數(shù)之和的規(guī)格化形式為：0 1000 問答第2題(1)采用Huffma編碼法 操作碼平均長度： H(0.350.250.20)

40、×2(0.100.10)×32.20 指令序號指令使用頻度操作碼編碼10.350020.250130.201040.1011050.10111(2) 5種指令的格式、操作碼編碼、各字段的長度和名稱 操作碼（2位）目的寄存器（3位）源寄存器（3位）R-R型指令100RdRsR-R型指令201RdRs R-R型指令310RdRs操作碼（3位）寄存器（3位）主存地址（10位）R-M型指令1110 RAR-M型指令1111 RA問答第3題(1)這個Cache存儲系統(tǒng)的等效訪問周期： TTc H Tm（1H）  10ns×0.98 60ns×（10.98）   11ns 等效存儲容量：S64MB等效單位價格：C（Cc Sc Cm Sm）/（Sc Sm）  （10