計算機組成原理復習

1、一、 名詞解釋軟件由二進制語言（指令）所構(gòu)成的能完成一定任務的程序。硬件計算機硬件是由有形的電子器件等構(gòu)成的，它包括運算器、存儲器、控制器、適配器、輸入輸出設備。（運算器和控制器稱為CPU）固件（軟、硬件接口）有硬件特征，有軟件的功能的器件。工藝制程電子經(jīng)過的線寬A 計算機語言通常是一個能完整、準確和規(guī)則地表達人們的意圖,并用以指揮或控制計算機工作的“符號系統(tǒng)”。機器語言由0和1代碼構(gòu)成的機器指令匯編語言用一些約定的文字、符號和數(shù)字按規(guī)定的格式來表示各種不用的指令，然后再用這些特殊的符號表示的指令來編寫程序。這就是所謂的“匯編語言”。高級語言是指按實際需要規(guī)定好的一套基本符號以及由這套符號構(gòu)成

2、程序的規(guī)則。解釋程序逐個解釋并立即執(zhí)行源程序的語句，它不是編出目的程序后再執(zhí)行，而是直接逐一解釋語句并得出計算結(jié)果。編譯程序把源程序翻譯成目的程序，然后機器執(zhí)行目的程序，得出計算結(jié)果。實時控制利用計算機及時搜集監(jiān)測數(shù)據(jù)，按最佳值對控制對象進行自動調(diào)節(jié)或自動控制。實時系統(tǒng)計算機實時控制系統(tǒng)主要由傳感器、計算機、執(zhí)行機構(gòu)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。實時系統(tǒng)對邏輯和時序的要求非常嚴格，如果邏輯和時序出現(xiàn)偏差將會引起嚴重后果。實時系統(tǒng)有兩種類型：軟實時系統(tǒng)和硬實時系統(tǒng)。軟實時系統(tǒng)僅要求事件響應是實時的，并不要求限定某一任務必須在多長時間內(nèi)完成；而在硬實時系統(tǒng)中，不僅要求任務響應要實時，而且要求在規(guī)定

3、的時間內(nèi)完成事件的處理。通常，大多數(shù)實時系統(tǒng)是兩者的結(jié)合。指令流（IR）取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流，它流向控制器。數(shù)據(jù)流（ALU或AC）執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運算器。兼容符合產(chǎn)品規(guī)范的某一特定要求，不同廠商的產(chǎn)品，如果能夠在同一環(huán)境下應用，我們通常說它們是兼容的。仿真計算機房正式應用電子計算機對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的人的思維和行為進行動態(tài)性比較逼真的模仿。模擬模擬就是通過設計與某個自然現(xiàn)象或過程相似的模型，來間接地研究原型的方法。它具有選擇性、形象性、求同性、生動性、逼真性等特點，是社會許多領域經(jīng)常采用的一種科學方法。 計算機模擬就是把一

4、定的認知操作理論編譯成計算機程序,讓計算機來模擬人的思維過程的一種方法。數(shù)據(jù)表示直接可以被硬件識別和處理的數(shù)據(jù)類型,即:可以直接被計算器指令運算和處理,如整數(shù),浮點數(shù),向量等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由軟件實現(xiàn)和處理的數(shù)據(jù)類型. 如結(jié)構(gòu),記錄,表,樹,圖等。機器數(shù)（機器碼）數(shù)在機器中的表示形式（相對于真值）。真值帶符號數(shù)本身的自然表示。定點數(shù)小數(shù)點的位置固定不變的數(shù)。浮點數(shù)小數(shù)點的位置是浮動的（把一個數(shù)的有效數(shù)字和數(shù)的范圍在一個計算機的一個存儲單元中分別予以表示）。位bit 二進制代碼位。字節(jié)byte（1 byte=8 bit）字節(jié)是一個承載信息的基本單元字字是計算機中處理數(shù)據(jù)或信息的基本單位。一個字由若干字節(jié)

5、組成字長計算機一次能處理的二進制數(shù)的位數(shù)存儲器由多個存儲單元組成的器件存儲體存儲單元的集合主存計算機的主要存儲器，用來存放計算機運算期間的大量程序和數(shù)據(jù)，CPU能直接訪問。輔存外存，用來存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫，CPU不能直接訪問?？卮婵卮娴刂分鞔娴刂犯呶粌?yōu)先最低地址存放高位字節(jié)，可稱為高位優(yōu)先。低位優(yōu)先最低地址存放低位字節(jié)，可稱為低位優(yōu)先。高位交叉把地址的碼的前一位數(shù)分配給兩個存儲體，第一個為0，第二個為1(如果有四個存儲體的話，就要分給前面的兩位數(shù)，依次類推)第一個存儲體里面的單元就是以這個碼開始的編碼：000，001，010，011 (看到第一位數(shù)都是0了嗎)；第二個存儲體的存

6、儲單元的四個地址是：100，101，110，111。這樣，當訪問兩個地址相鄰存儲單元的數(shù)據(jù)時，比如110和111兩個單元的數(shù)據(jù)，都放在第二個存儲體中，只能在這個體中存取，而第一個存儲體就閑著沒人訪問了。而一般在存放數(shù)據(jù)時，多是將數(shù)據(jù)存放在地址連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域中的?，F(xiàn)在可以知道了，為什么高位交叉編址的存儲器適合于多機系統(tǒng)，就是說，因為各處理機通常訪問各自所需的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)放在不同的存儲體中時，兩個存儲器可以同時工作，也就加快了速度。 低位不變，高位地址連續(xù)讀數(shù)。低位交叉地址碼的最后一位就是分配給存儲體的地址碼，第一個存儲器里的存儲單元就是000，010，100，110(最后一位總是0)， 第二個

7、存儲器里的存儲單元就是001，011，101，111，這種方法使得相鄰地址的存儲單元分布在不同的存儲體中，所以在訪問相鄰單元的數(shù)據(jù)時，多個并行存儲體可以同時工作進行存取，因此比較適于單處理機內(nèi)的高速數(shù)據(jù)存取。 高位不變，低位地址連續(xù)讀數(shù)。存儲系統(tǒng)存儲體系在存儲器層次結(jié)構(gòu)中各種存儲器在邏輯上構(gòu)成的一個整體。相聯(lián)存儲器相聯(lián)存儲器是指以其中某一存儲項內(nèi)容作為地址來存取的存儲器。虛擬存儲器虛擬存儲器只是一個容量非常大的存儲器的邏輯模型，不是任何實際的物理存儲器。它借助于磁盤等輔助存儲器來擴大主存容量，使之為更大或更多的程序所使用。直接映射直接映象就是將主存地址映象到Cache中的一個指定地址。任何時候

8、，主存中存儲單元的數(shù)據(jù)只能調(diào)入到Cache中的一個位置，這是固定的，若這個位置已有數(shù)據(jù)，則產(chǎn)生沖突，原來的塊將無條件地被替換出去。全相聯(lián)映射全相聯(lián)映象就是任何主存地址可映象到任何Cache地址的方式。在這種方式下，主存中存儲單元的數(shù)據(jù)可調(diào)入到Cache中的任意位置。只有在Cache中的塊全部裝滿后才會出現(xiàn)塊沖突。組相聯(lián)映射組相聯(lián)映象指的是將存儲空間的頁面分成若干組，各組之間是直接映象，而組內(nèi)各塊之間則是全相聯(lián)映象。地址映射為了把主存塊放到cache中，必須應用某種方法把主存地址定位到cache中，稱做地址映射。（直接映射、全相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射）地址變換內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換成cache地址。透明程序員

9、看不到，無需理會內(nèi)部內(nèi)容。屬性程序員可看得到，對程序員不透明。命中率在一個程序執(zhí)行期間，設Nc表示cache完成存取的總次數(shù)，Nm表示主存完成存取的總次數(shù)，h定義為命中率h = Nc / (Nc + Nm)局部性程序中對于存儲空間90%的訪問局限于存儲空間的10%的區(qū)域中，而另外10%的訪問則分布在存儲空間的其余90%的區(qū)域中。這就是通常說的局部性原理。存取時間（訪問時間）是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。存儲周期（訪問周期）是指連續(xù)啟動兩次讀操作所需間隔的最小時間。存儲（器）帶寬單位時間里存儲器所存取的信息量，通常以位/秒或字節(jié)/秒做度量單位。指令計算機執(zhí)行某種操作的命令。程

10、序計算機的程序是由一系列的機器指令組成的。微程序一條機器指令的功能是用許多條微指令組成的序列來實現(xiàn)的，這個微指令序列通常叫做微程序。（機器指令=微程序）微命令控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令。微操作執(zhí)行部件接受微命令后所進行的操作。專用寄存器（IR、AR、PC、SP、DR.）通用寄存器（AC、AX、DX、BX.）程序員可以訪問的寄存器。數(shù)據(jù)相關(guān)在一個程序中，如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后一條指令，那么兩條指令就是數(shù)據(jù)相關(guān)的。WAR讀后寫相關(guān)WAW寫后寫相關(guān)RAW寫后讀相關(guān)時鐘周期通常稱為節(jié)拍脈沖或T周期，它是處理操作的最基本單位。機器周期（CPU周期、FSB周期、存儲

11、周期）內(nèi)存中讀取一個指令字的最短時間。指令周期CPU從存儲器取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時間和成為指令周期。標量只有一條流水線，每時鐘周期內(nèi)只可以完成一條指令。超標量超標量（superscalar）是指在CPU中有一條以上的流水線，并且每時 鐘周期內(nèi)可以完成一條以上的指令。MIPS（Million Instructions Per Second）百萬條指令每秒。串行傳送（位）當信息以串行方式傳送時，只有一條傳輸線，且采用脈沖傳送。在串行傳送時，按順序來傳送表示一個數(shù)碼的所有二進制位的脈沖信號，每次一位。并行傳送（字節(jié)、字、雙字.）用并行方式傳送二進制信息時，對每個數(shù)據(jù)位都需要單獨一條傳輸線。信

12、息有多少二進制位組成，就需要多少條傳輸線，從而使得二進制數(shù)“0”或“1”在不同的線上同時進行傳送。接口廣義地講，接口是指CPU主存、外圍設備之間通過總線進行連接的邏輯部件。像素“像素”（Pixel） 是由 Picture 和 Element這兩個字母所組成的，是用來計算數(shù)碼影像的一種單位，如同攝影的相片一樣，數(shù)碼影像也具有連續(xù)性的濃淡階調(diào)，我們?nèi)舭延跋穹糯髷?shù)倍，會發(fā)現(xiàn)這些連續(xù)色調(diào)其實是由許多色彩相近的小方點所組成，這些小方點就是構(gòu)成影像的最小單位“像素”（Pixel）。分辨率分辨率是指顯示器所能表示的像素個數(shù)。色深指一個設備能顯示的顏色數(shù)。VRAM為了不斷提供爽心圖像的信號，必須把一幀圖像信息

13、存儲在刷新存儲器，也叫做視頻存儲器。存儲密度（道密度、位密度）道密度是沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。位密度是磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數(shù)，單位為位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘積，單位 位/平方英寸。存儲容量一個磁盤存儲器所能存儲的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤存儲器的存儲容量。平均存取時間存取時間是指從發(fā)出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r間這段時間由兩個數(shù)值所決定：一個是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時間，成為定位時間或找道時間；另一個是找道完成后至磁道上需要訪問的信息到達磁頭下的時間，成為等待時間，這兩個時間都

14、是隨機變化的，因此往往是用平均值來表示。平均存取時間等于平均找到時間與平均等待時間之和。數(shù)據(jù)傳輸率磁盤存儲器在單位時間內(nèi)向主機傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率。同步定時方式在同不定時協(xié)議中，事件出現(xiàn)在總線上的時刻由總線時鐘信號來確定。異步定時方式在異步定時協(xié)議中，后一事件出現(xiàn)在總線上的時間取決于前一事件的出現(xiàn)。DMA直接內(nèi)存訪問（Direct Memory Access），是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器從CPU完全接管對總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設備之間進行。中斷中斷是外圍設備用來“主動”通知CPU，準備送出輸入數(shù)據(jù)或接收輸出數(shù)據(jù)

15、的一種方法。周期挪用當I/O設備沒有DMA請求時，CPU按程序要求訪問內(nèi)存；一旦I/O設備有DMA請求，則由I/O設備挪用一個或幾個內(nèi)存周期。選擇通道選擇通道又稱高速通道，在物理上它可以連接多個設備，但是這些設備不能同時工作，在某一段時間內(nèi)通道只能選擇一個設備進行工作。字節(jié)多路通道利用通道在傳送兩個字節(jié)之間的空閑時間為其他設備服務。數(shù)組多路通道當某設備進行數(shù)據(jù)傳送時，通道只為該設備服務；當設備在執(zhí)行尋址等控制行動作時，通道暫時斷開與這個設備的連接，掛起該設備的通道程序，去為其他設備服務，既執(zhí)行其他設備的通道程序。二、 簡答題1. 何謂Moore定律？制約其延續(xù)的主要因素是什么？有哪些理論依據(jù)？

16、集成于處理器裸片內(nèi)的晶體管數(shù)量每18個月翻一番，制約Moore定律延續(xù)的主要因素是工藝制程（電子經(jīng)過的線寬），其原理是這樣的：電子通道至少需要3個電子寬度（=3*10nm=30nm），當小于它時，就需用量子理論描述，而不能用牛頓力學來解釋電子的運動及它的導電機理。（量子計算機就不屬于馮諾依曼結(jié)構(gòu)）2. 評價計算機系統(tǒng)性能的主要指標有哪幾個？并簡述它們的內(nèi)涵？A. 支持CPU的類型和頻率范圍B. 對內(nèi)存的支持C. 對顯卡的支持D. 對硬盤和光驅(qū)的支持E. 擴展性能和外設F. BIOS技術(shù)3. 馮、諾依曼型計算機的主要設計思想？它包括哪些主要組成部分？答：馮諾依曼型計算機的主要設計思想是存儲程序并

17、按地址順序執(zhí)行，它包括運算器、控制器、存儲器、輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)。4. 簡述計算機系統(tǒng)的工作原理（如以IA32微機系統(tǒng)為例）5. “計算機應用”與“應用計算機”在概念上等價嗎？用學科角度和計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來說明你的觀點。答：不等價的。“應用計算機”以人為主導因素，在層次結(jié)構(gòu)上可以表達為某一級的平臺，每一級的平臺使用計算機，開發(fā)軟件?！坝嬎銠C應用”強調(diào)計算為主導因素，在哪一個領域的應用，指計算機可在哪些領域中得到應用。6. 何謂計算機的“實時系統(tǒng)”？用你所學習過的專業(yè)知識（如操作系統(tǒng)、組成原理等知識）闡述。答：計算機實時控制系統(tǒng)主要由傳感器、計算機、執(zhí)行機構(gòu)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。實時

18、系統(tǒng)對邏輯和時序的要求非常嚴格，如果邏輯和時序出現(xiàn)偏差將會引起嚴重后果。實時系統(tǒng)有兩種類型：軟實時系統(tǒng)和硬實時系統(tǒng)。軟實時系統(tǒng)僅要求事件響應是實時的，并不要求限定某一任務必須在多長時間內(nèi)完成；而在硬實時系統(tǒng)中，不僅要求任務響應要實時，而且要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成事件的處理。通常，大多數(shù)實時系統(tǒng)是兩者的結(jié)合。7. 何謂先行進位發(fā)生（加法）器？導出其進位產(chǎn)生方式。（提示：根據(jù)全加器的真值表）答： 先行進位加法器就是并行加法器?；舅枷耄涸O全加器的行輸入Xi（加數(shù)），Yi（加數(shù)），Ci（進位）先行進位加法器把進位的實現(xiàn)分成兩部分產(chǎn)生Gi=Xi Yi當Xi=Yi=1時，即加法器有進位出現(xiàn)傳送部分Pi，P

19、i=XiYi當Xi，Yi僅有一個為1，則Pi=1，而Pi，Ci的值即為另一種有進位的情況。所以，像高位產(chǎn)生進位（Ci+1）的邏輯表達式為：Ci+1 = Gi + Pi Ci8. 什么是數(shù)據(jù)表示？什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？兩者有何關(guān)系？為什么要學習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？答：數(shù)據(jù)表示：直接可以被硬件識別和處理的數(shù)據(jù)類型,即:可以直接被計算器指令運算和處理,如整數(shù),浮點數(shù),向量等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是由軟件實現(xiàn)和處理的數(shù)據(jù)類型. 如結(jié)構(gòu),記錄,表,樹,圖等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)表示的擴充。學習數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是為了增強計算機的數(shù)據(jù)處理的能力。9. 寄存器與三態(tài)緩沖器在數(shù)據(jù)總線中有何不同的作用？答： 三態(tài)緩沖器允許多個器件掛在一條總線上，它控制

20、器件對總線是否占用。寄存器保存輸入到數(shù)據(jù)總線的信號。10. 人們對存儲器有哪些要求？如何才能滿足這些要求？答： 人們對存儲器的基本要求：快，大，便宜。可是目前沒有任何一種存儲滿足三個指標。解決方法：存儲器層次結(jié)構(gòu)構(gòu)成存儲體系。11. 扼要說明存儲器系統(tǒng)和存儲器體系有何異同之處。答： 存儲器系統(tǒng)和存儲器體系都是由多種存儲器構(gòu)成的一個整體。存儲器系統(tǒng)在邏輯上不是一個整體，對程序員不透明，存儲器體系多種存儲器在邏輯上構(gòu)成一個整體。12. cache主存分支和主存外存分支相同之處和不同之處。答： 兩者都是為了解決上下兩層存儲器速度不匹配而引入的存儲器分支，不同點在于cache是為解決cpu速度與主存速

21、度不匹配而引入的，主存是為解決cache與外存速度不匹配而引入的。13. U盤與主存有何異同之處？答： 兩者都是半導體存儲器，U盤獨處數(shù)據(jù)快，擦除也快。U盤不能進行字節(jié)快的刪除，主存可以。14. 什么是RISC、CISC、EPIC？它們各有何優(yōu)缺點？答： RISC的指令少，控制單元簡單，但是編譯程序需要更多的指令。CISC的指令多，結(jié)構(gòu)復雜，頻繁使用的指令少。但是這些復雜性不需要增加開發(fā)的成本。15. 何謂I/O獨立編址、I/O統(tǒng)一編址？各有何優(yōu)缺點？答： 1.獨立編址（專用的I/O端口編址）存儲器和I/O端口在兩個獨立的地址空間中。（1）優(yōu)點：I/O端口的地址碼較短，譯碼電路簡單，存儲器同I

22、/O端口的操作指令不同，程序比較清晰；存儲器和I/O端口的控制結(jié)構(gòu)相互獨立，可以分別設計。（2）缺點：需要有專用的I/O指令，程序設計的靈活性較差。2.統(tǒng)一編址（存儲器映像編址）存儲器和I/O端口共用統(tǒng)一的地址空間，當一個地址空間分配給I/O端口以后，存儲器就不能再占有這一部分的地址空間。（1）優(yōu)點：不需要專用的I/O指令，任何對存儲器數(shù)據(jù)進行操作的指令都可用于I/O端口的數(shù)據(jù)操作，程序設計比較靈活；由于I/O端口的地址空間是內(nèi)存空間的一部分，這樣，I/O端口的地址空間可大可小，從而使外設的數(shù)量幾乎不受限制。（2）缺點：I/O端口占用了內(nèi)存空間的一部分，影響了系統(tǒng)的內(nèi)存容量；訪問I/O端口也要

23、同訪問內(nèi)存一樣，由于內(nèi)存地址較長，導致執(zhí)行時間增加。16. 簡述在并行處理技術(shù)中，并行性的兩種含義。答： 一是同時性，指兩個以上食物在同一時刻發(fā)生；二是并發(fā)行，是指兩個以上時間在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。17. 扼要說明媒體和多媒體技術(shù)的物理意義。答： 多媒體CPU是帶有MMX技術(shù)的處理器。MMX是一種多媒體擴展結(jié)構(gòu)技術(shù)，特別適合于圖像數(shù)據(jù)處理，極大地提高了計算機在多媒體和通信應用方面的功能。18. 請分別指出在磁盤存儲器的技術(shù)指標中，存儲密度、存儲容量、平均存取時間、數(shù)據(jù)傳輸率的物理意義。答： 存儲密度表示磁盤存儲器單位面積存放數(shù)據(jù)的多少。存儲容量表示磁盤存儲器存儲數(shù)據(jù)的能力。平均存取時間表示磁盤

24、存儲器讀寫數(shù)據(jù)的快慢。數(shù)據(jù)傳輸率表示磁盤存儲器向主機傳送數(shù)據(jù)的快慢。19. 扼要說明CDROM光盤的存儲機理。答： 光盤上的信息以坑點形式分布，有坑點表示為“1”，無坑點表示為“0”，一系列的坑點（存儲元）形成信息記錄道，讀出時，當激光束聚焦點照射在凹坑上時將發(fā)生衍射，反射率低；而聚焦點照射在凸面上時大部分光將返回。根據(jù)反射光的光強變化并進行光-電轉(zhuǎn)換，即可讀出記錄信息。20. 闡述CPU與輸入輸出系統(tǒng)信息交換的幾種方式。答：程序查詢方式：很少使用。數(shù)據(jù)傳送完全靠計算機程序控制。 程序中斷方式：外圍設備“主動”通知CPU，準備送出輸入數(shù)據(jù)或接收輸出數(shù)據(jù)的一種方法。 直接內(nèi)存訪問方式：DMA控制

25、器從CPU完全接管對總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設備之間進行。 通道方式：通道實現(xiàn)對外圍設備的統(tǒng)一管理和外圍設備與主存之間的數(shù)據(jù)傳送。 外圍處理機方式：外圍處理機基本上獨立于主機工作，承擔I/O控制、通信、維護診斷等任務。三、 計算題l 機器數(shù)的運算（補碼的加、減、乘、除）X補 + Y 補 = X + Y補X - Y補 = X補 - Y 補 = X補 + - Y 補（其中 - Y 補 = Y 補 + 2-n）l 浮點數(shù)的運算馮諾依曼浮點數(shù)EsE1 E2. EmMsM1 M2 .Mn32位的IEEE754標準浮點數(shù)31 30 23 22 0SE（階碼E= e + 127

26、）Ml 數(shù)的轉(zhuǎn)換( 浮點數(shù) )x = ( -1 )s * ( 1.M ) * 2E-127l 流水線的加速比、吞吐率、時空圖加速比：SP = kn / ( k + n - 1)吞吐率：TP = n / ( k + n - 1) * t 其中k為流水線的級數(shù)，n為指令的條數(shù)，t為CPU時鐘周期指令流水線有取指（IF），譯碼（ID），執(zhí)行（EX），訪存（MEM），寫回寄存器堆（WB）五個過程段，共有20條指令連續(xù)輸入流水線。（1） 畫出流水處理的時空圖，假設時鐘周期為100ns（2） 求流水線的實際吞吐率（單位時間里執(zhí)行完畢的指令數(shù)）（3） 求流水線的加速比。用時空圖法證明流水計算機比非流水計算機

27、具有更高的吞吐率。（下面有）用定量描述法證明流水計算機比非流水計算機具有更高的吞吐率。（下面有）l 帶寬計算存儲器設存儲器容量為32字，字長64位，模塊m=4，分別用順序方式和交叉方式進行組織。存儲周期T=200ns，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期t=50ns，未能順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少？解：順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出m=4 個字的信息總量都是64 * 4 = 256(位)順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出4個字所需要的時間分別是：t2 = mT = 4 * 200ns = 8 * 10-7 st1 = T + (m-1)t = 200ns + 3 * 50ns = 3.5

28、* 10-7s順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別是W2 = 256 / t2 = 32 * 10-7( 位/ s )W2 = 256 / t1 = 73 * 10-7( 位/ s )并行AGP、PCI某總線在一個總線周期中并行傳送4個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為33MHz，總線帶寬是多少？如果一個總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時鐘頻率升為66MHz，總線帶寬是多少？Dr = D / T = D* f = 4B * 33 * 106/s = 132MB/sDr = D * f = 64/8 B * 66 * 106/s = 528 MB/s串行Moden帶寬

29、利用串行方式傳送字符，每秒鐘傳送的比特（bit）位數(shù)常稱為波特。假設數(shù)據(jù)傳送速率是120個字符/秒，每一個字符格式規(guī)定包含10個比特位（起始位，停止位，8個數(shù)據(jù)位），問傳送的波特率是多少？每個比特位占用的時間是多少？解：波特率為：位波特每個比特位占用的時間是波特率的倒數(shù)：秒VRAM與分辨率、色深、存儲器帶寬刷存的重要性能指標是他的帶寬，實際工作時顯示適配器的幾個功能部分要爭用刷存的帶寬。假定總貸款的用于刷新屏幕，保留帶寬用于其他非刷新功能。若顯示工作方式采用分辨率為，顏色深度為，幀頻（刷新速率）為，計算刷存總帶寬應為多少？為達到這樣高的刷存帶寬，應采取何種技術(shù)措施？解：刷新所需帶寬分辨率每個像

30、素點顏色深度刷新速率刷存總帶寬為：（）為達到這樣高的刷存帶寬，可采取如下技術(shù)措施：使用高速的芯片組成刷存；刷存采用多體交叉結(jié)構(gòu)；刷存至顯示控制器的內(nèi)部總線寬度由位提高到位，甚至位；刷存采用雙端口存儲器結(jié)構(gòu)，將其刷新端口與更新端口分開。l Cache的命中率、效率、平均訪問時間的計算命中率：= Nc / (Nc + Nm) (Nc:訪問次數(shù)，訪問內(nèi)存次數(shù))主存系統(tǒng)平均訪問時間：（）訪問效率：（）（）（）執(zhí)行一段程序時，完成存取的次數(shù)為次，主存完成存取的次數(shù)為次，已知存取周期為，主存存取周期為，求主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。解：（）（）（）（）（）l 根據(jù)寄存器堆棧、存儲器堆棧的算法計算執(zhí)行入（

31、PUSH）、出（POP）棧指令后的指針位置。進棧操作：（），（）出棧操作：（），（）l 硬盤、CDROM的存儲機理和容量的計算磁盤組有片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用，存儲區(qū)域內(nèi)徑，外徑，道密度為道，內(nèi)層位密度位，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)分，問：（） 共有多少柱面？（） 盤組總存儲容量是多少？（） 數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（） 采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么？尋址命令中如何表示磁盤地址？（） 如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在一個存儲面上，還是記錄在一個柱面上？解：（）有效存儲區(qū)域（）因為道密度道，所以道，即個柱面（）內(nèi)層磁道周長為（）每道信息量位位每面信息量盤組信息量（）（

32、）數(shù)據(jù)傳輸率為每道容量為磁盤轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)秒秒（）采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊（扇區(qū)），每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式：17 16 15 873 0臺號柱面（磁道）號盤面（磁頭）號扇區(qū)號此地址格式表示有臺磁盤，每臺有個記錄面，每面有個磁道，每道有個扇區(qū)。（） 如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個柱面上，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀寫快。光盤的恒定線速度是每秒鐘讀出個扇區(qū)光盤的外緣有寬的范圍因記錄數(shù)據(jù)困難，一般不使用，故標準的播放時間為分鐘。計算模式和模式情況下光盤存儲容量是多少？解：扇區(qū)總數(shù)分鐘秒扇區(qū)秒（扇

33、區(qū)）模式存放計算機程序和數(shù)據(jù)，其存儲容量為四、 分析題l 分析主存與cache的三種地址映射算法及示意圖。并能分析地址變換原理。全相聯(lián)方式：將主存中一個快的地址（塊號）與字的內(nèi)容（字）一起存于cache的行中，其中塊地址存于cache行的標記部分中。CPU訪存指令指定了一個內(nèi)存地址（包括主存和cache），為了快速檢索，指令中的塊號與cache中所有行的標記同時在比較器中進行比較。如果塊號命中，則按字地址從cache中讀取一個字；如果塊號未命中，則按內(nèi)存地址從主存中讀取這個字。直接映射方式：一個內(nèi)存塊只能拷貝到cache的一個特定行位置上去。Cache的行號i和主存的塊號j有如下函數(shù)關(guān)系：i=

34、j mod m（其中m為cache的行數(shù)）cache將s位的塊地址分成兩部分：r位作為cache的行地址，s r位作為標記（tag）與塊數(shù)據(jù)一起保存在該行。當CPU以一個給定的內(nèi)存地址訪問cache時，首先用r位行號找到cache中的此一行，然后用地址中的s - r位標記部分與此行的標記在比較器中作比較。若相符，則命中，在cache中找到了所要求的塊，爾后用地址中最低的W為讀取所需求的字。若不符，則未命中，有主存讀取所要求的字。組相聯(lián)方式：將cache分成u組，每組v行。主存塊存放到哪個組是固定的，至于存到該組哪一行是靈活的，有如下函數(shù)關(guān)系：m = u * v組號q = j mod u當CPU

35、給定一個內(nèi)存地址訪問cache時，首先用塊號域的低d位找到cache的相應組，然后將塊號域的高s d位與該組v行中的所有標記同時進行比較。哪行的標記與之相符，哪行即命中。l Cache的一致性、替換策略、寫入策略要注意cache與CPU、cache與主存之間的關(guān)系。一致性主要是考慮數(shù)據(jù)的一致性，要我們分析的也就是分析當數(shù)據(jù)修改時cache與主存之間數(shù)據(jù)的一致性。替換策略：（） 最不經(jīng)常使用算法（LFU）：將一段時間內(nèi)被訪問次數(shù)最少的哪行數(shù)據(jù)換出。（） 近期最少使用算法（LRU）：將近期內(nèi)長久未被訪問過的行換出。（） 隨機替換：從特定的行位置中隨機地選取一行換出。寫入策略：（） 寫回法：當CPU

36、寫cache命中時，只修改cache的內(nèi)容，而不立即寫入主存；只有當此行被換出時才寫回主存。（） 全寫法：當寫cache命中時，cache與主存同時發(fā)生些修改。（） 寫一次法：只是第一次寫命中時要同時寫入主存。l 分析存儲器的正確R/W時序圖如圖示SRAM的寫入時序圖。其中R/W是讀/寫命令控制線，當R/W線為低電平時，存儲器按給定地址把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫入存儲器。請指出圖中寫入時序中的錯誤，并畫出正確的寫入時序圖。 解：寫入存儲器的時序信號必須同步。通常，當R/W線加負脈沖時，地址線和數(shù)據(jù)線的電平必須是穩(wěn)定的。當R/W線達到低電平時，數(shù)據(jù)立即被存儲。因此，當R/W線處于低電平時，如果數(shù)據(jù)線改變了數(shù)值，那么存儲器將存儲新的數(shù)據(jù)。同樣，當R/W線處于低電平時地址線如果發(fā)生了變化，那么同樣數(shù)