計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課后習(xí)題答案

1、第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本概念1. 有一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可按功能分成 4 級(jí)，每級(jí)的指令互不相同，每一級(jí)的指令都比其下一級(jí)的指令在效能上強(qiáng)M倍，即第i級(jí)的一條指令能完成第i-1級(jí)的M條指令的計(jì)算量。 現(xiàn)若需第 i 級(jí)的 N 條指令解釋第 i+1 級(jí)的一條指令，而有一段第 1 級(jí)的程序需要運(yùn)行Ks ，問(wèn)在第 2 、 3 和 4 級(jí)上一段等效程序各需要運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間？答： 第 2 級(jí)上等效程序需運(yùn)行： (N/M)*Ks 。第 3 級(jí)上等效程序需運(yùn)行： (N/M)*(N/M)*Ks 。第 4 級(jí)上等效程序需運(yùn)行： (N/M)*(N/M)*(N/M)*Ks。note:由題意可知：第i級(jí)的一條指令能完成第i

2、-1級(jí)的M條指令的計(jì)算量。而現(xiàn)在第 i 級(jí)有 N 條指令解釋第 i+1 級(jí)的一條指令， 那么，我們就可以用 N/M 來(lái)表示 N/M 表示第i+1級(jí)需(N/M)條指令來(lái)完成第i級(jí)的計(jì)算量。所以，當(dāng)有一段第1級(jí)的程序需 要運(yùn)行 Ks 時(shí)，在第 2 級(jí)就需要 (N/M)Ks ，以此類推2. 硬件和軟件在什么意義上是等效的？在什么意義上又是不等效的？試舉例說(shuō)明。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。但是實(shí)現(xiàn)的性能價(jià)格比，實(shí)現(xiàn)的難易程序不同。在DOS操作系統(tǒng)時(shí)代，漢字系統(tǒng)是一個(gè)重要問(wèn)題，早期的漢字系統(tǒng)的字庫(kù)和處理程 序都固化在漢卡(硬

3、件)上，而隨著 CPU、硬盤、內(nèi)存技術(shù)的不斷發(fā)展，UCDOSm漢字 系統(tǒng)的所有組成部份做成一個(gè)軟件。3. 試以實(shí)例說(shuō)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)之間的相互關(guān)系與影響。答： 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)互不相同，但又相互影響。(1)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，但可采用不同的組成。如IBM370系列有115、125、135 、 158、 168 等由低檔到高檔的多種型號(hào)機(jī)器。從匯編語(yǔ)言、機(jī)器語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)者看 到的概念性結(jié)構(gòu)相同，均是由中央處理機(jī) /主存，通道、設(shè)備控制器，外設(shè) 4 級(jí)構(gòu)成。其 中，中央處理機(jī)都有相同的機(jī)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(jī) 上采用順序進(jìn)

4、行，在高檔機(jī)上采用重疊、流水或其它并行處理方式。(2)相同的組成可有多種不同的實(shí)現(xiàn)。如主存器件可用雙極型的，也可用MOS型的；可用 VLSI 單片，也可用多片小規(guī)模集成電路組搭。( 3)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，會(huì)使采用的組成技術(shù)不同，反之組成也會(huì)影響結(jié)構(gòu)。 如為實(shí)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)。要提高運(yùn)行速度，可讓相加與相乘并行，為此這兩種結(jié)構(gòu)在組成 上都要求設(shè)置獨(dú)立的加法器和乘法器。但對(duì)面向寄存器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還要求寄存器能同時(shí) 被訪問(wèn)，而對(duì)面向主存的三地址尋址方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并無(wú)此要求，倒是要求能同時(shí)形成 多個(gè)訪存操作數(shù)地址

5、和能同時(shí)訪存。又如微程序控制是組成影響結(jié)構(gòu)的典型。通過(guò)改變 控制存儲(chǔ)器中的微程序，就可改變系統(tǒng)的機(jī)器指令，改變結(jié)構(gòu)。如果沒(méi)有組成技術(shù)的進(jìn) 步，結(jié)構(gòu)的進(jìn)展是不可能的。綜上所述，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須結(jié)合應(yīng)用考慮，為軟件和算法的實(shí)現(xiàn)提供更多更好 的支持，同時(shí)要考慮可能采用和準(zhǔn)備采用的組成技術(shù)。應(yīng)避免過(guò)多地或不合理地限制各 種組成、實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采用和發(fā)展，盡量做到既能方便地在低檔機(jī)上用簡(jiǎn)單便宜的組成實(shí) 現(xiàn)，又能在高檔機(jī)上用復(fù)雜較貴的組成實(shí)現(xiàn)，這樣，結(jié)構(gòu)才有生命力；組成設(shè)計(jì)上面決 定于結(jié)構(gòu)，下面受限于實(shí)現(xiàn)技術(shù)。然而，它可與實(shí)現(xiàn)折衷權(quán)衡。例如，為達(dá)到速度要求， 可用簡(jiǎn)單的組成但卻是復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)技術(shù)， 也可用復(fù)雜

6、的組成但卻是一般速度的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。 前者要求高性能的器件，后者可能造成組成設(shè)計(jì)復(fù)雜化和更多地采用專用芯片。組成和實(shí)現(xiàn)的權(quán)衡取決于性能價(jià)格比等因素；結(jié)構(gòu)、組成和實(shí)現(xiàn)所包含的具體內(nèi)容 隨不同時(shí)期及不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)有差異。 軟件的硬化和硬件的軟件都反映了這一事實(shí)。 VLSI 的發(fā)展更使結(jié)構(gòu)組成和實(shí)現(xiàn)融為一體，難以分開(kāi)。4. 什么是透明性概念？對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，下列哪些是透明的？哪些是不透明的？存儲(chǔ)器的模m交叉存??；浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示；I/O系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍處理機(jī)方式； 數(shù)據(jù)總線寬度； 字符行運(yùn)算指令； 陣列運(yùn)算部件； 通道是采用結(jié)合型還是獨(dú)立型； PDP-11 系列的單總線結(jié)構(gòu)；訪問(wèn)方式保護(hù)；程

7、序性中斷；串行、重疊還是流水控制方式；堆棧 指令；存儲(chǔ)器最小編址單位； Cache 存儲(chǔ)器。答： 透明指的是客觀存在的事物或?qū)傩詮哪硞€(gè)角度看不到。透明的有：存儲(chǔ)器的模 m交叉存?。粩?shù)據(jù)總線寬度；陣列運(yùn)算部件；通道是采用結(jié) 合型還是獨(dú)立型； PDP-11 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(chǔ)器。不透明的有：浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示； I/O 系統(tǒng)是采用通道方式還是外圍處理機(jī)方式；字符 行運(yùn)算指令；訪問(wèn)方式保護(hù)；程序性中斷； ；堆棧指令；存儲(chǔ)器最小編址單位。5. 從機(jī)器（匯編）語(yǔ)言程序員看，以下哪些是透明的？ 指令地址寄存器；指令緩沖器；時(shí)標(biāo)發(fā)生器；條件寄存器；乘法器；主存地址寄存

8、器； 磁盤外設(shè)；先行進(jìn)位鏈；移位器；通用寄存器；中斷字寄存器。答： 透明的有：指令緩沖器、時(shí)標(biāo)發(fā)生器、乘法器、先進(jìn)先出鏈、移位器、主存地址寄 存器。6. 下列哪些對(duì)系統(tǒng)程序員是透明的？哪些對(duì)應(yīng)用程序員是透明的？ 系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度； 虛擬存儲(chǔ)器； Cache 存儲(chǔ)器；程序狀態(tài)字； “啟動(dòng) I/O ” 指令； “執(zhí)行 ”指令；指令緩沖寄存器。答： 對(duì)系統(tǒng)程序員透明的有：系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度； Cache 存儲(chǔ)器；指令 緩沖寄存器；對(duì)應(yīng)用程序員透明的有： 系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度； Cache 存儲(chǔ)器； 指令緩 沖寄存器；虛擬存儲(chǔ)器；程序狀態(tài)字； “啟動(dòng) I/O ”指令。no

9、te:系列機(jī)各檔不同的數(shù)據(jù)通路寬度、 Cache 存貯器、指令緩沖寄存器屬于計(jì)算機(jī)組成，對(duì)系統(tǒng)和程序員和應(yīng)用程序員都是透明的。虛擬存貯器、程序狀態(tài)字、 啟動(dòng)I/O ”指令，對(duì)系統(tǒng)程序員是不透明的，而對(duì)應(yīng)用 程序員卻是透明的。“執(zhí)行”指令則對(duì)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是不透明的。7. 想在系列機(jī)中發(fā)展一種新型號(hào)機(jī)器，你認(rèn)為下列哪些設(shè)想是可以考慮的，哪些則不行 的？為什么？ 新增加字符數(shù)據(jù)類型和若干條字符處理指令，以支持事務(wù)處理程序的編譯。（ 2）為增強(qiáng)中斷處理功能，將中斷分級(jí)由原來(lái)的4 級(jí)增加到 5 級(jí)，并重新調(diào)整中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序。（ 3）在 CPU 和主存之間增設(shè) Cache 存儲(chǔ)器，以克服因

10、主存訪問(wèn)速率過(guò)低而造成的系統(tǒng) 性能瓶頸。（ 4）為解決計(jì)算誤差較大，將機(jī)器中浮點(diǎn)數(shù)的下溢處理方法由原來(lái)的恒置“1”法，改為用ROM存取下溢處理結(jié)果的查表舍入法。（ 5）為增加尋址靈活性和減少平均指令字長(zhǎng)， 將原等長(zhǎng)操作碼指令改為有 3 類不同碼長(zhǎng) 的擴(kuò)展操作碼；將源操作數(shù)尋址方式由操作碼指明改成如 VAX-11 那種設(shè)尋址方式位字 段指明。（6）將CPU與主存間的數(shù)據(jù)通路寬度由16位擴(kuò)展成32位，以加快主機(jī)內(nèi)部信息的傳 送。（ 7）為減少公用總路線的使用沖突，將單總線改為雙總線。（ 8）把原 0 號(hào)通用寄存器改作堆棧指示器。答：可以考慮的有： 1,3,4,6,7 。不可以考慮的有： 2,5,8

11、 。原則是看改進(jìn)后能否保持軟件的可移植性。P.S. 為了能使軟件長(zhǎng)期穩(wěn)定，就要在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)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(shí)要非常慎重。其中最主要是確定好系列機(jī)的指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示及 概念性結(jié)構(gòu)。既要考慮滿足應(yīng)用的各種需要和發(fā)展，又要考慮能方便地采用從低速到高 速的各種組成的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，即使用復(fù)雜、昂貴的組成實(shí)現(xiàn)時(shí)，也還能充分發(fā)揮該實(shí)現(xiàn)方 法所帶來(lái)的好處。8. 并行處理計(jì)算機(jī)除分布處理、MPP和機(jī)群系統(tǒng)外，有哪4種基本結(jié)構(gòu)？列舉它們各自 要解決的主要問(wèn)題。答：除了分布處理，MPP和機(jī)群系統(tǒng)外，并行處理計(jì)算機(jī)按其基本結(jié)構(gòu)特征可分為流水 線計(jì)算機(jī)，陣列處理機(jī)，多處理機(jī)和數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)四種

12、不同的結(jié)構(gòu)。流水線計(jì)算機(jī)主要通過(guò)時(shí)間重疊， 讓多個(gè)部件在時(shí)間上交劃重疊地并行招待運(yùn)算和 處理，以實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的并行。它主要應(yīng)解決：擁塞控制，沖突防止，流水線調(diào)度等問(wèn)題。陣列處理機(jī)主要通過(guò)資源重復(fù)實(shí)現(xiàn)空間上的并行。它主要應(yīng)解決：處理單元靈活、 規(guī)律的互連模式和互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的分布算法等問(wèn)題。多處理機(jī)主要通過(guò)資源共享，讓一組計(jì)算機(jī)在統(tǒng)一的操作系統(tǒng)全盤控制下，實(shí)現(xiàn)軟 件和硬件各級(jí)上的相互作用，達(dá)到時(shí)間和空間上的異 步并行。它主要應(yīng)解決：處理機(jī)間 互連等硬件結(jié)構(gòu)，進(jìn)程間的同上步和通訊，多處理機(jī)調(diào)度等問(wèn)題。數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)設(shè)有共享變量的概念，指令執(zhí)行順序只受指令中數(shù)據(jù)的相關(guān)性制約。 數(shù)據(jù)是以表示

13、某一操作數(shù)或參數(shù)已準(zhǔn)備就緒的數(shù)據(jù)令牌直接在指令之間傳遞。它主要應(yīng) 解決：研究合適的硬件組織和結(jié)構(gòu)，高效執(zhí)行的數(shù)據(jù)流語(yǔ)言等問(wèn)題。9. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 3T 性能目標(biāo)是什么？答：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 3T 性能目標(biāo)是 1TFLOPS 計(jì)算能力， 1TBYTE 主存容量和 1TBYTES的 I/O 帶寬第二章 數(shù)據(jù)表示與指令系統(tǒng)1. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機(jī)器的數(shù)據(jù)表示之間是什么關(guān)系？確定和引入數(shù)據(jù)表示的基本原則是什么？答： 數(shù)據(jù)表示是能由硬件直接識(shí)別和引用的數(shù)據(jù)類型。 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)反映各種數(shù)據(jù)元素或信 息單元之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要通過(guò)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。不同

14、的數(shù)據(jù)表示可為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)提供不同的支持，表現(xiàn)在實(shí) 現(xiàn)效率和方便性不同。數(shù)據(jù)表示和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是軟件、硬件的交界面。除基本數(shù)據(jù)表示不可少外，高級(jí)數(shù)據(jù)表示的引入遵循以下原則：（ 1 ）看系統(tǒng)的效率有否提高，是否養(yǎng)活了實(shí)現(xiàn)時(shí)間和存儲(chǔ)空間。（2）看引入這種數(shù)據(jù)表示后，其通用性和利用率是否高。2. 標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示有何區(qū)別？描述符數(shù)據(jù)表示與向量數(shù)據(jù)表示對(duì)向量 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所提供的支持有什么不同？答： 標(biāo)志符數(shù)據(jù)表示與描述符數(shù)據(jù)表示的差別是標(biāo)志符與每個(gè)數(shù)據(jù)相連，合存于同一存 儲(chǔ)單元，描述單個(gè)數(shù)據(jù)的類型特性 ; 描述符是與數(shù)據(jù)分開(kāi)存放，用于描述向量、數(shù)組等成 塊數(shù)據(jù)的特征。描述符數(shù)據(jù)表示為向量、數(shù)

15、組的的實(shí)現(xiàn)提供了支持，有利于簡(jiǎn)化高級(jí)語(yǔ)言程序編譯 中的代碼生成，可以比變址法更快地形成數(shù)據(jù)元素的地址。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)。而在有向量、數(shù)組數(shù)據(jù)表示的向量處理機(jī)上，硬件上 設(shè)置有豐富的賂量或陣列運(yùn)算指令，配有流水或陣列方式處理的高速運(yùn)算器，不僅能快 速形成向量、數(shù)組的元素地址，更重要的是便于實(shí)現(xiàn)把向量各元素成塊預(yù)取到中央處理 機(jī)，用一條向量、數(shù)組指令流水或同時(shí)對(duì)整個(gè)向量、數(shù)組高速處理如讓硬件越界判斷 與元素運(yùn)算并行。這些比起用與向量、陣列無(wú)關(guān)的機(jī)器語(yǔ)言和數(shù)據(jù)表示串行實(shí)現(xiàn)要高效 的多。3. 堆棧型機(jī)器與通用寄存器型機(jī)器的主要區(qū)別是什么？堆棧型機(jī)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為程序調(diào)

16、用 的哪些操作提供了支持？(1)堆棧操作答：通用寄存器型機(jī)器對(duì)堆棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的支持是較差的。表現(xiàn)在: 的指令少，功能單一；(2)堆棧在存儲(chǔ)器內(nèi)，訪問(wèn)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。而堆棧型機(jī)器則不同，表現(xiàn)在：(1)有高速寄存器組成的硬件堆棧，并與主存中堆棧區(qū)在邏輯上組成整體，使堆棧的訪問(wèn)速度是寄存器的，容量是主存的；(2)豐富的堆棧指令可對(duì)堆棧中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算和處理；(3)有力地支持高級(jí)語(yǔ)言的編譯；(4)有力地支持子程序的嵌套和遞歸調(diào)用。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。在程序調(diào)用時(shí)將返回地址、條件碼、關(guān)鍵寄

17、存器的內(nèi)容等全部壓入堆棧，待子程序返回時(shí)，再?gòu)亩褩Ｖ袕棾觥?. 設(shè)某機(jī)階值6位、尾數(shù)48位，階符和數(shù)符不在其內(nèi)，當(dāng)尾數(shù)分別以2、8、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)。解：依題意知：p=6 m=48 rm=2, 8, 16， m'=m/log2(rm)，列下表:p=6,m=48,rm=2(m'=48)p=6,m=48,rm=8(m'=16)p=6,m=48,rm=16(m'=12)最小階(非負(fù)階，最小為0)000最大階(2Ap-1)2A6-12A6

18、-12A6-1最小尾數(shù)值(rmA(-1)1/21/81/16最大尾數(shù)值(1-rmA(-m')1-2A(-48)1-8A(-16)，即(1-2A(-48)1-16A(-12)，即(1-2A(-48)口表示的最小值1/21/81/16口表示的最大值2A63*(1-2A(-48)8A63*(1-8A(-16)16A63*(1-16A(-12)階的個(gè)數(shù)(2Ap)2A62A62A6可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)2A48*(2-1)/28A16*(8-1)/816A12*(16-1)/16可表示的規(guī)格化數(shù)的2八6*2八48*(2-1)/22A6*8A16*(8-1)/82A6*16A12*(16-1)/16個(gè)

19、數(shù)note:可表示的最小值=rmA(最小階)*最小尾數(shù)值=口八0*口八(-1)=口八(-1);可表示的最大值=rmA(最大階)*最大尾數(shù)值=rmA(2Ap-1)*(1-rmA(-m');可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)=rmAm'*(rm-1)/rm;可表示的規(guī)格化數(shù)的個(gè)數(shù)=階的個(gè)數(shù)*尾數(shù)的個(gè)數(shù)=2Ap*rmAm'*(rm-1)/rm 。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)m”=1,按照使用的倍數(shù)來(lái)說(shuō)，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

20、示數(shù)的 個(gè)數(shù)。(2) 對(duì)于rp=2,p=2,rm=4,m'=2,重復(fù)以上計(jì)算。解依題意列下表：p=2,rm=10,m'=1p=2,rm=4,m'=2最小尾數(shù)值10A-1=0.14A-1=0.25最大尾數(shù)值1-10A-1=0.91-4A_2=15/16最大階值2pA-仁33口表示的最小值0.10.25口表示的最大值10八3*0.9=9004A3*15/16=60可表示數(shù)的個(gè)數(shù)3648題中 按照使用的倍數(shù)來(lái)說(shuō)，等價(jià)于 m=4” 這個(gè)m=4,因?yàn)?八3<10<2八4,等價(jià)為 實(shí)際要4個(gè)二進(jìn)制位，表示RM=10為基的一位6. 由4位數(shù)(其中最低位為下溢附加位)經(jīng) R

21、OM查表舍入法，下溢處理成3位結(jié)果，設(shè) 計(jì)使下溢處理平均誤差接近于零的 ROM表，列出ROM編碼表地址與內(nèi)容的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 解：ROM編碼表地址與內(nèi)容的對(duì)應(yīng)關(guān)系地址 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111內(nèi)容0000010010100100110111001001011011101101111111117. 變址尋址和基址尋址各適用于何種場(chǎng)合？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)。答：基址尋址是對(duì)邏輯地址空間到物理地址空間變換的支持，以利于

22、實(shí)現(xiàn)程序的動(dòng)態(tài)再定位。變址尋址是對(duì)數(shù)組等數(shù)據(jù)塊運(yùn)算的支持，以利于循環(huán)。將大地址空間64個(gè)地址分塊，用基址寄存器指出程序所在塊號(hào)，用指令中6位地址碼表示該塊內(nèi)64個(gè)地址之一， 這樣基址和變址相結(jié)合可訪問(wèn)大地址任意64個(gè)地址之一。比如地址空間很大，為0-1023，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)。剖析：比如地址空間很大，1024，就是分成16個(gè)塊，塊號(hào)放在寄存器中，塊內(nèi)地址放 在地址位中，寄存器內(nèi)容和地址位結(jié)合，就能達(dá)到要求了。8. 經(jīng)統(tǒng)計(jì)，某機(jī)器14條指令的使用頻度分別為：0.01,0.15,0.12,0.03,0.02,0.04,0.02,0.04,0.01,0.13,0

23、.15,0.14,0.11,0.03 。分別求出用等長(zhǎng)碼、Huffman碼、只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼 3種編碼方式 的操作碼平均碼長(zhǎng)。解：等長(zhǎng)操作碼的平均碼長(zhǎng)=4位;Huffman 編碼的平均碼長(zhǎng)=3.38位；只有兩種碼長(zhǎng)的擴(kuò)展操作碼的平均碼長(zhǎng)=3.4位。9. 若某機(jī)要求：三地址指令4條，單地址指令255條，零地址指令16條。設(shè)指令字長(zhǎng) 為12位每個(gè)地址碼長(zhǎng)為3位。問(wèn)能否以擴(kuò)展操作碼為其編碼？如果其中單地址指令為 254條呢？說(shuō)明其理由。答：不能用擴(kuò)展碼為其編碼。指令字長(zhǎng)12位，每個(gè)地址碼占3位；三地址指令最多是2A(12-3-3-3)=8 條，現(xiàn)三地址指令需4條， 可有4條編碼作為擴(kuò)展碼,單

24、地址指令最多為 4X 2A3X 2A3=2A8=256 條,現(xiàn)要求單地址指令255條，.可有一條編碼作擴(kuò)展碼零地址指令最多為1X 2A3 = 8條 不滿足題目要求不可能以擴(kuò)展碼為其編碼。若單地址指令 254 條，可以用擴(kuò)展碼為其編碼。依據(jù)中推導(dǎo)，單地址指令中可用2條編碼作為擴(kuò)展碼零地址指令為2X2A3 = 16條，滿足題目要求note:三地址指令格式：操作碼地址碼 地址碼地址碼3位3 位 3 位3 位單地址指令格式：操作碼地址碼9位3 位所以前面 9位由于三地址指令用了最前面 3位，還有中間 6位可作為編碼(也就是 總共可以有 9位作為單地址指令的指令操作碼的編碼)。減去 3地址指令的 4條，

25、有 4*2A6=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*2A3=8 (這是 12 位編碼中最后三位的)若只要求 254 種，則可以有( 256-254 )*2A3=16 條10. 某機(jī)指令字長(zhǎng) 16 位。設(shè)有單地址指令和雙地址指令兩類。若每個(gè)地址字段為6 位 .且雙地址指令有 X 條。問(wèn)單地址指令最多可以有多少條 ?答： 單地址指令最多為 (16-X)X2A6P.S.雙地址指令最多是2八(16-6-6)=2八4=16 條，現(xiàn)雙地址指令有X條,可有(16-X)條編碼作為擴(kuò)展碼，單地址

26、指令最多為(16-X) X 2八6=256 條11. 何謂指令格式的優(yōu)化 ?簡(jiǎn)要列舉包括操作碼和地址碼兩部分的指令格式優(yōu)化可采用 的各種途徑和思路。答： 指令格式的優(yōu)化指如何用最短位數(shù)表示指令的操作信息和地址信息， 使程序中指 令的平均字長(zhǎng)最短。操作碼的優(yōu)化采用 Huffman 編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。對(duì)地址碼的優(yōu)化：采用多種尋址方式 ;采用 0 、1、2、3 等多種地址制 ;在同種地址制內(nèi)再采用多種地址形式，如寄存器 - 寄存器型、寄存器 - 主存型、主存- 主存型等 ; 在維持指令字在存儲(chǔ)器內(nèi)按整數(shù)邊界存儲(chǔ)的前提下，使用多種不同的指令字長(zhǎng)度。12. 某模型機(jī) 9 條指令使用頻率為：ADD加）

27、30% SUB（減）24% JOM（按負(fù)轉(zhuǎn)移）6%STO存）7% JMP（轉(zhuǎn)移）7% SHR（右移）2%CIL（循環(huán)）3% CLA（清加）20% STP（停機(jī)）1%要求有兩種指令字長(zhǎng)，都按雙操作數(shù)指令格式編排，采用擴(kuò)展操作碼，并限制只能有兩 種操作碼碼長(zhǎng)。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(chǔ)。任何指令都在一個(gè)主存周期中取得，短指令為寄存器 - 寄存器型，長(zhǎng)指令為寄存 器 - 主存型，主存地址應(yīng)能變址尋址。（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(zhǎng) ;（2）考慮題目全部要求，設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)用的操作形式，并計(jì)算其操作碼

28、的平均碼長(zhǎng) ;（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)(5) 指出訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對(duì)位移量為多少個(gè)字節(jié)？解：第(1)和(2)中Huffman和擴(kuò)展操作碼的編碼及平均碼長(zhǎng)如下表:指令I(lǐng)i使用頻度PiHuffma n 編碼擴(kuò)展操作碼編碼I130%1000I224%0001I320%0110I47%110011000I57%110111001I66%111011010I73%1111011011I82%11111011100I91%11111111101西個(gè)馬pili2.612.78(3)8 個(gè)(4) 兩種指令格式如下圖所示：2位 3 位 3

29、 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(duì)位移主存邏輯地址(5) 訪存操作數(shù)地址尋址的最大相對(duì)位移量為32個(gè)字節(jié)。13. 設(shè)計(jì)RISC機(jī)器的一般原則及可采用的基本技術(shù)有那些 ？答：一般原則：(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(jí)語(yǔ)言及其它功能的指令；(2) 減少尋址方式種類，一般不超過(guò)兩種;(3) 讓所有指令在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成；(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)；(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)；(6) 優(yōu)化編譯程序，簡(jiǎn)單有效地支持高級(jí)

30、語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)?；炯夹g(shù)：(1) 按 RISC 一般原則設(shè)計(jì)，即確定指令系統(tǒng)時(shí)，選最常用基本指令，附以少數(shù)對(duì) 操作系統(tǒng)等支持最有用的指令，使指令精簡(jiǎn)。編碼規(guī)整，尋址方式種類減少到1 、2 種(2) 邏輯實(shí)現(xiàn)用硬聯(lián)和微程序相結(jié)合。即大多數(shù)簡(jiǎn)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)。(3) 用重疊寄存器窗口。即：為了減少訪存，減化尋址方式和指令格式，簡(jiǎn)單有效 地支持高級(jí)語(yǔ)言中的過(guò)程調(diào)用，在 RISC 機(jī)器中設(shè)有大量寄存囂，井讓各過(guò)程的寄存器 窗口部分重疊。(4) 用流水和延遲轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)指令，即可讓本條指令執(zhí)行與下條指令預(yù)取在時(shí)間上重 疊。另外，將轉(zhuǎn)移指令與其前面的一條指令對(duì)換位置，讓成功轉(zhuǎn)移總是

31、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。(5) 優(yōu)化設(shè)計(jì)編譯系統(tǒng)。即盡力優(yōu)化寄存器分配，減少訪存次數(shù)。不僅要利用常規(guī) 手段優(yōu)化編譯，還可調(diào)整指令執(zhí)行順序，以盡量減少機(jī)器周期等。14. 簡(jiǎn)要比較 CISC 機(jī)器和 RISC 機(jī)器各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它們分別存在哪些不足和問(wèn)題 為什么說(shuō)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。RISC 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)簡(jiǎn)單，規(guī)模小，復(fù)雜度低。CISC 的問(wèn)題：(1) 指令系統(tǒng)龐大，一般 200 條以上；(2) 指令操作繁雜，執(zhí)行速度很低；(3) 難以優(yōu)化生成高效機(jī)器語(yǔ)言程序，編譯也太

32、長(zhǎng)，太復(fù)雜；(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)。RISC 的問(wèn)題；(1) 由于指令少，在原 CISC 上一條指令完成的功能現(xiàn)在需多條 RISC 指令才能完 成，加重匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，增加了機(jī)器語(yǔ)言程序長(zhǎng)度，加大指令信息流量。(2) 對(duì)浮點(diǎn)運(yùn)算和虛擬存儲(chǔ)支持不很強(qiáng)。(3) RISC 編譯程序比 CISC 難寫。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(zhǎng)補(bǔ)短方向發(fā)展。第三章總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng)1. 簡(jiǎn)要舉出集中式串行鏈接，定時(shí)查詢和獨(dú)立請(qǐng)求3種總線控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)分析硬件產(chǎn)生故障時(shí)通訊的可靠性。答：控制方式優(yōu)點(diǎn)缺

33、點(diǎn)串行鏈接(1) 選擇算法簡(jiǎn)單。(2) 控制線數(shù)少，只需要3根， 且不取決于部件數(shù)量。(3) 可擴(kuò)充性好。(1) 對(duì)“總線可用”線及其有關(guān)電路失效敏感。(2) 靈活性差，如果高優(yōu)先級(jí)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) “總線可用”信號(hào)順序脈動(dòng)地通過(guò)各個(gè)部件，總 線的分配速度慢。受總線長(zhǎng)度的限制，增減和移動(dòng)部件受限制。定時(shí)查詢(1) 靈活性強(qiáng)，部件的優(yōu)先次序 由程序控制。(2) 可靠性高，不會(huì)因某個(gè)部件 失效而影響其它部件使用總線?？偩€的分配速度不能很高。(2)控制較為復(fù)雜?？刂凭€數(shù)多，需要2+log2N根。(4)可擴(kuò)充性差。獨(dú)立請(qǐng)求(1) 靈活性強(qiáng)，部件

34、的優(yōu)先次序 由程序控制。(2) 能方便地隔離失效部件的請(qǐng) 求。總線的分配速度快。(1) 控制較為復(fù)雜。(2) 控制線數(shù)多，要控制N個(gè)設(shè)備，需要有2N+1根 控制線。2. 設(shè)中斷級(jí)屏蔽位“ 1”寸應(yīng)于開(kāi)放，“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽，各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位設(shè)置如下：中斷處理程序中斷級(jí)屏蔽位級(jí)別1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)0000第2級(jí)1010第3級(jí)1000第4級(jí)1010(1) 當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?-2- 3-4寸，其中斷處理次序是什么？(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(duì)中斷處理時(shí)間少得多。當(dāng)機(jī)器正在運(yùn)行用戶程序時(shí)，同時(shí)發(fā)生第2，3級(jí)中斷請(qǐng)求，過(guò)兩個(gè)單位時(shí)間，又同時(shí)

35、發(fā)生第1, 4級(jí)中斷請(qǐng)求，試畫出程序運(yùn)行過(guò)程示意圖。答： (1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?2 34寸，其中斷處理次序?yàn)?34。磔船中斷處理程序中斷處理程序?yàn)橛?>42的例子3. 若機(jī)器共有5級(jí)中斷，中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?2 3 4 5現(xiàn)要求其實(shí)際的中斷處理次求序 14 5 23(1) 設(shè)計(jì)各級(jí)中斷處理程序的中斷級(jí)屏蔽位(令“ 1”對(duì)應(yīng)于開(kāi)放，“0”對(duì)應(yīng)于屏蔽);(2) 若在運(yùn)行用戶程序時(shí)，同時(shí)出現(xiàn)第4,2級(jí)中斷請(qǐng)求，而在處理第2級(jí)中斷未完成時(shí),又同時(shí)出現(xiàn)第1，3，5級(jí)中斷請(qǐng)求，請(qǐng)畫出此程序運(yùn)行過(guò)程示意圖。答:(1)中斷級(jí)屏蔽位設(shè)置如下圖:中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)第1級(jí)1

36、1111第2級(jí)011 1|0 I【。第3級(jí)001 100第4級(jí)01111第5級(jí)01101(2)中斷過(guò)程示意圖：如圖2、4中斷同時(shí)出現(xiàn)，進(jìn)行排隊(duì)器。首先響應(yīng)第2級(jí)中斷請(qǐng)求，屏蔽字為01100，表明其對(duì)第4級(jí)中斷請(qǐng)求開(kāi)放，所以轉(zhuǎn)去響應(yīng)第4級(jí)中斷請(qǐng)求并進(jìn)行處理。響應(yīng)4，中斷4運(yùn)行結(jié)束，回2。1、3、5進(jìn)入排隊(duì)器。第2級(jí)中斷請(qǐng)求的處理請(qǐng)求被中斷，轉(zhuǎn)去響應(yīng)第1級(jí)中斷請(qǐng)求并進(jìn)行處理。響應(yīng)第5級(jí)中斷請(qǐng)求并進(jìn)行處理。繼續(xù)響應(yīng)并處理第2級(jí)中斷處理請(qǐng)求，結(jié)束后返回用戶程序。最后處理第3級(jí)中斷請(qǐng)求。4. 簡(jiǎn)述字節(jié)多路，數(shù)組多路和選擇通道的數(shù)據(jù)傳送方式。答：字節(jié)多路通道適用于連接大量的像光電機(jī)等字符類低速設(shè)備。這些設(shè)

37、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(zhǎng)。通道 數(shù)據(jù)寬度”為單字節(jié)，以 字節(jié)交叉方式輪流為多臺(tái)設(shè)備服務(wù)，使效率提高。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。數(shù)組多路通道適合于連接多臺(tái)象磁盤等高速設(shè)備。這些設(shè)備的傳送速率很高，但傳送開(kāi)始前的尋址輔助操作時(shí)間很長(zhǎng)。通道數(shù)據(jù)寬度”為定長(zhǎng)塊，多臺(tái)設(shè)備以成組交叉方式工作，以充分利用并盡可能重疊各臺(tái)高速設(shè)備的輔助操作時(shí)間。傳送完K個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，就重新選擇下個(gè)設(shè)備。數(shù)組多路通道可有多個(gè)子通道，同時(shí)執(zhí)行多個(gè)通道程序。選擇通道適合于連接象磁盤等優(yōu)先級(jí)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。通道數(shù)據(jù)寬度”為可變長(zhǎng)塊，一

38、次將N個(gè)字節(jié)全部傳送完，在數(shù)據(jù)傳送期只 選擇一次設(shè)備。5. 如果通道在數(shù)據(jù)傳送期中，選擇設(shè)備需9.8 us，傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)需0.2 ys。某低速 設(shè)備每隔500 ys發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求，問(wèn)至多可接幾臺(tái)這種低速設(shè)備？對(duì)于如下AF6種高速設(shè)備，一次通訊傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個(gè)字節(jié)，問(wèn)哪些設(shè)備可以掛在此通道上？哪些則不能？其中AF設(shè)備每發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求的時(shí)間間隔分別為（單位為卩s）:表3-5設(shè)備ABCDEF發(fā)申請(qǐng)間隔（卩S）0.20.250.50.190.40.21答：（1） 至多可連接50臺(tái)低速的外設(shè)。剖析：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

39、 量為：fmax.byte=1/（TS+TD）=fbyte通道極限流量應(yīng)大于或等于設(shè)備對(duì)通道要求的流量fbyte 。如果字節(jié)多路通道上所掛設(shè)備臺(tái)數(shù)為m,設(shè)備的速率為fi，為了不丟失信息，應(yīng)滿足：1/(TS+TD)>=m*fifi也就是設(shè)備發(fā)出字節(jié)傳送請(qǐng)求間隔時(shí)間(500卩s)的倒數(shù)，所以:mv=1/(TS+TD)*f)=500/(9.8+0.2)=50(臺(tái))(2) 設(shè)備B,C,E,F 可以掛在此通道上，設(shè)備 A,D則不能。剖析：思路一：從傳送字節(jié)速率上入手。AF 是高速設(shè)備，應(yīng)掛接在選擇通道上，選擇通道的極限流量為：fmax.select=N/(TS+N*TD)=1/(TS/N)+TD)

40、=1/(9.8/1024)+0.2)=1/ 0.21(約)通道上所掛設(shè)備的最大速率fi.max應(yīng)小于或等于通道的極限流量。由表3-5可得出設(shè)備ABCDEF傳送速率(B/ 卩 s)1/0.21/0.251/0.51/0.191/0.41/0.21所以，B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能。思路二：從傳送字節(jié)時(shí)間上入手。對(duì)于高速設(shè)備，由于一次傳送字節(jié)數(shù)不少于1024byte該通道一次傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間為 9.8卩S+1024X 0.2 ys = 214.6卩s由表3-5可得出每臺(tái)設(shè)備發(fā)送1024字節(jié)的時(shí)間間隔分別為：設(shè)備ABCDE傳送時(shí)間(卩s)204.8256512194.56409.6215.

41、04為使數(shù)據(jù)不丟失，B、C、E、F可掛在該通道上。A、D不能6. 某字節(jié)多路通道連接6臺(tái)外設(shè)，某數(shù)據(jù)傳送速率分別如表中所列。設(shè)備123456傳送速率(KB/s)5015100254020(1) 計(jì)算所有設(shè)備都工作時(shí)的通道實(shí)際最大流量：(2) 如果設(shè)計(jì)的通道工作周期使通道極限流量恰好與通道最大流量相等，以滿足流量設(shè)計(jì)的基本要求，同時(shí)讓速率越高的設(shè)備被響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)越高。當(dāng)6臺(tái)設(shè)備同時(shí)發(fā)出請(qǐng)求開(kāi)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(qǐng)求的時(shí)間示意圖。由此你發(fā)現(xiàn)了 什么問(wèn)題？(3) 在(2)的基礎(chǔ)上，在哪臺(tái)設(shè)備內(nèi)設(shè)置多少個(gè)字節(jié)的緩沖器就可以避免設(shè)備信息丟失那么，這是否說(shuō)書中關(guān)于流量設(shè)計(jì)的基本要求

42、是沒(méi)有必要的了呢？為什么？解: (1)實(shí)際最大流量=50+15+100+25+40+20= 250KB/S。(2)通道響應(yīng)和處理各設(shè)備請(qǐng)求的時(shí)間示意圖f表示設(shè)備売出申請(qǐng)的葉劉表示迢道型嬋宅設(shè)備宙請(qǐng)的田剣200由此發(fā)現(xiàn)由于高速設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高，使低速設(shè)備2造成數(shù)據(jù)丟失(3)在2中各設(shè)兩個(gè)字節(jié)的緩沖區(qū)即可。這并不說(shuō)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(wú)論設(shè)備優(yōu)先級(jí)如何確定總有設(shè)備的信息會(huì)丟失。剖析：(2)由各設(shè)備的傳送字節(jié)速率可解其連續(xù)發(fā)出傳送請(qǐng)求的時(shí)間間隔分別為：設(shè)備123456發(fā)申請(qǐng)間隔(卩S)2067（約）104025507. 通道型I/O系統(tǒng)由一個(gè)字節(jié)多路通道 A(其

43、中包括兩個(gè)子通道 Al和A2)，兩個(gè)數(shù)組多 路通道B1和B2及一個(gè)選擇通道C構(gòu)成，各通道所接設(shè)備和設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送速率如表所 示。(1)分別求出各通道應(yīng)具有多大設(shè)計(jì)流量才不會(huì)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(hào)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：(1)要不丟失信息，各通道需要達(dá)到的流量

44、：字節(jié)多路通道子通道A1:0.25KB/S;字節(jié)多路通道子通道A2:0.25KB/S; 數(shù)組多路通道 B1:500KB/s;數(shù)組多路通道B2:500KB/s;選擇通道 C:500KB/s 。(2)主存流量應(yīng)達(dá)到4MB/S。剖析：(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。(2)I/O 系統(tǒng)中，各種通道和子通道可以并行工作，因此， I/O 系統(tǒng)的最大流量應(yīng) 等于各通道最大流量之和。第四章 存儲(chǔ)體系1. 設(shè)二級(jí)虛擬存儲(chǔ)器的 TA1=10-7s 、TA2=10-2

45、s, 為使存儲(chǔ)層次的訪問(wèn)效率 e 達(dá)到最大值的80%以上，命中率H至少要求達(dá)到多少？實(shí)際上這樣高的命中率是很難達(dá)到的， 那么從存儲(chǔ)層次上如何改進(jìn)？解：e=TA1/TA=TA1/(H*TA1+(1-H)*TA2) > 80%,H> (10A5 -5/4)/(10A5-1)。這樣的命中率很難達(dá)到。為了降低對(duì) H的要求，可以選擇高命中率的算法，可以減 少相鄰兩級(jí)的訪問(wèn)速度差和容量差 ( 這樣做不利于降低存儲(chǔ)器的平均每位價(jià)格 ) ，可在主、 輔存儲(chǔ)器間加一層電子磁盤，使存儲(chǔ)體系中相鄰兩級(jí)的訪問(wèn)時(shí)間比不太大。2、 程序存放在模32單字交叉存儲(chǔ)器中，設(shè)訪存申請(qǐng)隊(duì)的轉(zhuǎn)移概率入為25%,求每個(gè)存儲(chǔ)

46、周期能訪問(wèn)到的平均字?jǐn)?shù)。當(dāng)模數(shù)為16 呢？由此你可得到什么結(jié)論？解：B= 1-(1-入)Am / 入解：由入=0.25,m=32 求得：B=4-4*(3/4F32同理，m=16 時(shí),B=4-4*(3/4)A16可得出，在 入=0.2 5時(shí)，m=32的平均訪問(wèn)字?jǐn)?shù)大于 m=16時(shí)的平均訪問(wèn)字?jǐn)?shù)。3、設(shè)主存每個(gè)分體的存取周期為 2s，寬度為4個(gè)字節(jié)。采用模m多分體交叉存取，但實(shí)際頻寬只能達(dá)到最大頻寬的 0.6 倍?，F(xiàn)要求主存實(shí)際頻寬為 4MB/S, 問(wèn)主存模數(shù) m 應(yīng)取多少方能使兩者速度基本適配？其中m取2的幕。解： m=4剖析：根據(jù)題意，模 m多分體交叉的最大頻寬為：分體數(shù)*單體頻寬=m*分體的

47、寬度/分體的存取周期=m*4B/2ys，所以有0.6*m*4/2>=4。4、某虛擬存儲(chǔ)器共 8 個(gè)頁(yè)面，每頁(yè) 1024 個(gè)字，實(shí)際主存為 4096 個(gè)字，采用頁(yè)表法進(jìn) 行地址映象。映象表的內(nèi)容如下表所示。虛頁(yè)號(hào)0123456r 7實(shí)頁(yè)號(hào)31232100裝入位11001010注：我把虛頁(yè)號(hào)加上了。(1) 列出會(huì)發(fā)生頁(yè)面失效的全部虛頁(yè)號(hào)；(2) 按以下虛地址計(jì)算主存實(shí)地址：0, 3728，1023，1024，2055，7800，4096，6800。解：(1) 會(huì)發(fā)生頁(yè)面失效的全部虛頁(yè)號(hào)為：2,3,5,7。虛地址虛頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)位移裝入位實(shí)頁(yè)號(hào)頁(yè)內(nèi)位移實(shí)地址0001303072327836560頁(yè)面

48、失效頁(yè)面失效無(wú)102301023131023409510241011010242055270頁(yè)面失效頁(yè)面失效無(wú)780076320頁(yè)面失效頁(yè)面失效無(wú)40964012020486800665610656656剖析：(1)根據(jù)頁(yè)表法列出表2，當(dāng)裝入位為0時(shí)，即為頁(yè)面失效，再找出相對(duì)應(yīng)的虛頁(yè) 號(hào)即可。(2) 虛頁(yè)號(hào)=虛地址/頁(yè)面大小頁(yè)內(nèi)位移量=虛地址-虛頁(yè)號(hào)*頁(yè)面大小 實(shí)地址=實(shí)頁(yè)號(hào)*頁(yè)面大小+頁(yè)內(nèi)位移量由于可以用替換算法解決頁(yè)面失效的問(wèn)題，所以，發(fā)生頁(yè)面失效的虛頁(yè)2,3,5,7仍然可以有相應(yīng)的實(shí)地址，但這樣要在頁(yè)表中建立新的虛實(shí)地址對(duì)應(yīng)關(guān)系，新的虛實(shí)地 址對(duì)應(yīng)關(guān)系和原來(lái)的對(duì)應(yīng)關(guān)系相同的可能性就很小了

49、。5、一個(gè)段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器。虛地址有2位段號(hào)、2位頁(yè)號(hào)、11位頁(yè)內(nèi)位移(按字編址)，主存容量為32K字。每段可有訪問(wèn)方式保護(hù)，其頁(yè)表和保護(hù)位如下表所示段號(hào)0123訪冋方式只讀可讀/執(zhí)行可讀/寫/執(zhí)行可讀/寫虛頁(yè)0所在位置實(shí)頁(yè)9在輔存上頁(yè)表不在主存內(nèi)實(shí)頁(yè)14虛頁(yè)1所在位置實(shí)頁(yè)3實(shí)頁(yè)0頁(yè)表不在主存內(nèi)實(shí)頁(yè)1虛頁(yè)2所在位置在輔存上實(shí)頁(yè)15頁(yè)表不在主存內(nèi)實(shí)頁(yè)6虛頁(yè)3所在位置實(shí)頁(yè)12實(shí)頁(yè)8頁(yè)表不在主存內(nèi)在輔存上(1) 此地址空間中共有多少個(gè)虛頁(yè)?(2) 當(dāng)程序中遇到下列情況時(shí)方式段頁(yè)頁(yè)內(nèi)位移取數(shù)011取數(shù)1110取數(shù)332047存數(shù)014存數(shù)212存數(shù)1014轉(zhuǎn)移至此13100取數(shù)0250取數(shù)205轉(zhuǎn)移至

50、此3060寫出由虛地址計(jì)算出實(shí)地址。說(shuō)明哪個(gè)會(huì)發(fā)生段失效、頁(yè)面或保護(hù)失效失效 解答：(1)該地址空間中共有16個(gè)虛頁(yè)。(2) 程序中遇到上表中各情況時(shí)，是否會(huì)發(fā)生段失效、頁(yè)失效或保護(hù)失效及相應(yīng)的主存實(shí)地址的情況如下表所示:方式段頁(yè)頁(yè)內(nèi)位移段失效頁(yè)失效實(shí)頁(yè)號(hào)實(shí)地址保護(hù)失效取數(shù)011無(wú)無(wú)36145無(wú)取數(shù)1110無(wú)無(wú)010無(wú)取數(shù)332047無(wú)有無(wú)無(wú)/存數(shù)014無(wú)無(wú)36184有存數(shù)212有/無(wú)無(wú)/存數(shù)1014無(wú)有無(wú)無(wú)/轉(zhuǎn)移至此13100無(wú)無(wú)816484無(wú)取數(shù)0250無(wú)有無(wú)無(wú)/取數(shù)205有/無(wú)無(wú)/轉(zhuǎn)移至此3060無(wú)無(wú)1428732有剖析：(1) 虛地址中段號(hào)有2位，頁(yè)號(hào)有2位，也就是每個(gè)程序最多只能有2

51、八2=4個(gè)段，每個(gè)段至多只能有2A2=4頁(yè)，所以該地址空間中共有 4*4=16個(gè)虛頁(yè)。(2)先從題意得知：實(shí)地址：15位，其中實(shí)頁(yè)號(hào)4位，頁(yè)內(nèi)位移11位頁(yè)大小為2K字(由頁(yè)內(nèi)位移得知)6. 設(shè)某程序包含5個(gè)虛頁(yè)，其頁(yè)地址為4， 5，3，2，5，1，3，2，2，5，1，3。當(dāng)使用LRU算法替換時(shí)，為獲得最高命中率，至少應(yīng)分配給該程序幾個(gè)實(shí)頁(yè)？其可能的最高命中率為多少？R地址硫S(1)S(2)3S(3)S(H)S(5)S(6)n=1n=2n=3n>=5使用L RU畀法對(duì)貞地址範(fàn)進(jìn)行堆棧處理227. 采用頁(yè)式管理的虛擬存儲(chǔ)器，分時(shí)運(yùn)行兩道程序。其中，程序X為DO 50 1=1,3B(I)=A(

52、I)-C(I)IF(B(I) LE 0)GOTO 40D(I)=2*C(I)-A(I)IF(D(I) EQ- 0)GOTO 5040 E(I)=050 CONTINUEData: A=(-4,+2,0)C=(-3,0,+1)每個(gè)數(shù)組分別放在不同的頁(yè)面中；而程序Y在運(yùn)行過(guò)程中，其數(shù)組將依次用到程序空間的第3,5,4,2,531,3,2,5,1,3,1,5,2頁(yè)。如果采用LRU算法，實(shí)存卻只有8頁(yè)位置可供存放數(shù)組之用。試問(wèn)為這兩首程序的數(shù)組分別分配多少個(gè)實(shí)頁(yè)最為合適？為什么？ 解答： 分別分配給程序X和丫的數(shù)組4個(gè)實(shí)頁(yè)最為合適根據(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

53、,D,D,E,A,C,B,B,E 中的數(shù)據(jù)。設(shè)程序 X 中的數(shù)組 A,B,C,D,E 分別存放于程序空間的第 1,2,3,4,5 頁(yè)，則程序 的頁(yè)地址流為： 1， 3， 2， 2， 5 ， 1 ， 3， 2， 2， 3， 1， 4， 4 ， 5， 1 ， 3 ， 2 ， 2， 5。分析使用LRU算法對(duì)程序X的頁(yè)地址流進(jìn)行堆棧處理的過(guò)程可知，分配給程序X的數(shù)組5個(gè)實(shí)頁(yè)最為合適；分析使用LRU算法對(duì)程序Y的頁(yè)地址流進(jìn)行堆棧處理的過(guò)程 可知，分配給程序 Y 的數(shù)組 4 個(gè)實(shí)頁(yè)最為合適。但實(shí)存只有8頁(yè)位置可供存放數(shù)組之用，所以，分別分配給程序X和丫的數(shù)組4個(gè)實(shí)頁(yè)。note:分時(shí)運(yùn)行在微觀上是串行的，就是說(shuō)，分時(shí)運(yùn)行時(shí)把時(shí)間劃分為若干時(shí)間片，每個(gè) 程序輪流占用時(shí)間片 ； 在宏觀上是并行的