計算機組成原理---練習(xí)

1、1 1磁盤組有片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最磁盤組有片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。存儲區(qū)域內(nèi)直徑下兩個面不用。存儲區(qū)域內(nèi)直徑0cm0cm，外直，外直徑徑0cm0cm，道密度為道，道密度為道cmcm，內(nèi)層位密度，內(nèi)層位密度2 2位位cmcm，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速7 27 2轉(zhuǎn)分。問：轉(zhuǎn)分。問：（）共有多少柱面？（）共有多少柱面？（）組總存儲容量是多少？（）組總存儲容量是多少？（3 3）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（4 4）采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單）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？位是什么？尋址命令中如何表示磁盤地址？

2、（5 5）如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它）如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上？面上？1解：解： （1） 有效存儲區(qū)域有效存儲區(qū)域= 16.5 11 = 5.5（cm） 因為道密度因為道密度= 40道道/cm，所以，所以405.5 = 220道，即道，即220T圓柱面圓柱面（2） 內(nèi)層磁道周長為內(nèi)層磁道周長為2R = 23.1411 = 69.08（cm）每道信息量每道信息量 = 400位位/cm69.08cm = 27632位位 = 3454 B每面信息量每面信息量 = 3454B220 = 7

3、59880 B磁盤總?cè)萘看疟P總?cè)萘?= 759880B10 = 7598800 B（3） 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr = rN , N為每條磁道容量，為每條磁道容量，N=3454Br為磁盤轉(zhuǎn)速，為磁盤轉(zhuǎn)速，r=2400轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/60秒秒 = 40轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒秒 Dr = rN = 403454B = 13816 B/S（4） 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（一個采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊（一個扇區(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：中

4、，活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式：16 15 14 8 7 4 3 0 臺臺 號號 柱面（磁道）號柱面（磁道）號 盤面（磁頭）號盤面（磁頭）號 扇區(qū)號扇區(qū)號此地址格式表示有此地址格式表示有4臺磁盤，每臺有臺磁盤，每臺有16個記錄面，每面有個記錄面，每面有256個磁道，每個磁道，每道有道有16個扇區(qū)。個扇區(qū)。 （5）如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個柱面）如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個柱面上，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀上，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀/寫速度快。寫速度快。 一全相聯(lián)的一全相聯(lián)的cache有有16塊，每塊塊，每塊8個字，主存容量個字，主存容

5、量為為216個字，個字，cache開始為空。開始為空。cache存取時間為存取時間為40ns；主存與主存與cache間間傳送傳送8個字需個字需1us。（1）、計算）、計算 cache地址中標(biāo)記域和塊內(nèi)地址域的大地址中標(biāo)記域和塊內(nèi)地址域的大小。小。（2）、一程序首先訪問主存單元）、一程序首先訪問主存單元20，21，45，然后重復(fù)訪問主存單元然后重復(fù)訪問主存單元 28、29、45 四次。四次。（假設(shè)沒有命中（假設(shè)沒有命中 cache時，將主存對應(yīng)塊一次全時，將主存對應(yīng)塊一次全部讀入填入部讀入填入cache槽中）計算槽中）計算cache的命中率。的命中率。 （3）、計算上述程序總的存取時間。）、計算

6、上述程序總的存取時間。 （1） cache地址中標(biāo)記域為地址中標(biāo)記域為13位，塊內(nèi)位，塊內(nèi)地址域為地址域為3位。位。 （2） 程序訪存次數(shù)為：程序訪存次數(shù)為： (45-19)+(45-27)*4 = 198 , 訪問不命中的次數(shù)為：訪問不命中的次數(shù)為：4 (20, 24,32,40) cache的命中率為：的命中率為： （198-4）/198 = 98% （3）、計算上述程序總的存取時間。）、計算上述程序總的存取時間。 總的存取時間為：總的存取時間為： 40nS*198 + 4*1uS = 11920nSX補=0.100010 y補=0.110 -y補=1.010 （7/32）10=(0.00

7、111)2=1.01 2-3 指數(shù)指數(shù)e=-3于是于是x =(-1)s(1.m) 2e e=E-127符號位符號位S=0階碼階碼E=-3+127=124=（01111100）2尾數(shù)尾數(shù)M=110000000000000000000最后得到最后得到32位漂浮點數(shù)的二進制存儲格式為：位漂浮點數(shù)的二進制存儲格式為：0 01111100 1100000000000000000007.下圖所示為雙總線結(jié)構(gòu)機器的數(shù)據(jù)通路，下圖所示為雙總線結(jié)構(gòu)機器的數(shù)據(jù)通路，IR為指令寄存器，為指令寄存器，PC為程序計數(shù)器（具有自增功為程序計數(shù)器（具有自增功能），能），M為主存（受為主存（受R/W信號控制），信號控制），A

8、R為主為主存地址寄存器，存地址寄存器，DR為數(shù)據(jù)緩沖寄存器。為數(shù)據(jù)緩沖寄存器。ALU由由加減控制信號決定完成何種操作?？刂菩盘柤訙p控制信號決定完成何種操作?？刂菩盘朑控控制的是一個門電路。另外，線上標(biāo)注有控制信制的是一個門電路。另外，線上標(biāo)注有控制信號，例如號，例如Yi表示表示Y寄存器的輸入控制信號，寄存器的輸入控制信號，R10表示寄存器表示寄存器R1的輸出控制信號。未標(biāo)注的線為的輸出控制信號。未標(biāo)注的線為直通線，不受控制。直通線，不受控制。現(xiàn)有現(xiàn)有“ADD R2, R0”指令完成指令完成(R0) + (R2) R0的功能操作。請畫出該指的功能操作。請畫出該指令的指令周期流程圖，并列出相應(yīng)的微

9、程序控令的指令周期流程圖，并列出相應(yīng)的微程序控制信號序列。假設(shè)該指令的地址已放入制信號序列。假設(shè)該指令的地址已放入PC中。中。ARiIRiYiXiR0i7.解：解：ADD指令是加法指指令是加法指令，參與運算的二數(shù)放在令，參與運算的二數(shù)放在R0和和R2中，相加結(jié)果放中，相加結(jié)果放在在R0中。指令周期流程中。指令周期流程圖如圖包括取指令階段和圖如圖包括取指令階段和執(zhí)行指令階段兩部分。每執(zhí)行指令階段兩部分。每一方框表示一個一方框表示一個CPU周期。周期。其中框內(nèi)表示數(shù)據(jù)傳送路其中框內(nèi)表示數(shù)據(jù)傳送路徑，框外列出微操作控制徑，框外列出微操作控制信號。信號。2.用用1K*8位的位的DRAM芯片和芯片和1K

10、*4位的位的ROM芯芯片構(gòu)成片構(gòu)成4K*8位位的存儲器，要求低的存儲器，要求低1K地址是地址是只讀只讀，其余可，其余可讀寫讀寫3.某機采用微程序控制方式，微指令字長某機采用微程序控制方式，微指令字長24位，采用水平位，采用水平型編碼控制的微指令格式，采用地址指定方式，共有微型編碼控制的微指令格式，采用地址指定方式，共有微指令指令30條，構(gòu)成條，構(gòu)成4個互斥組，各包含個互斥組，各包含5個，個，8個個，14個和個和3個個微命令微命令，外部條件共，外部條件共3個，個，控制字段控制字段和和測試字段測試字段都用都用編碼表示法編碼表示法。問：。問：CM容量，微指令各部分位數(shù)。容量，微指令各部分位數(shù)。 57

11、2 2直接控制編碼（不譯碼法，直接表示法）直接控制編碼（不譯碼法，直接表示法）例例. . 某微指令某微指令微命令按位給出。微命令按位給出。不需譯碼，產(chǎn)生微命令的速度快；不需譯碼，產(chǎn)生微命令的速度快；信息的表示效率低。信息的表示效率低。 C C0 0 R W R W1 1 11 1 1C C0=0=0 0 進位初值為進位初值為0 01 1 進位初值為進位初值為1 1R R= =0 0 不讀不讀1 1 讀讀概念：概念：1.相斥性微命令相斥性微命令2.相溶性微命令相溶性微命令把把相斥性相斥性微命令組合在微命令組合在同一同一字段中，而把相溶性微命令組字段中，而把相溶性微命令組合在不同字段，每個字段合在

12、不同字段，每個字段獨立獨立編碼，每種編碼代表一個微編碼，每種編碼代表一個微命令，各字段編碼單獨定義，與其它字段無關(guān)。命令，各字段編碼單獨定義，與其它字段無關(guān)。2 2分段直接編譯法（編碼表示法）分段直接編譯法（編碼表示法）操作唯一；操作唯一；加法器加法器A A輸入端的控制命令放輸入端的控制命令放AIAI字段，字段，B B輸入端的控制命令輸入端的控制命令放放BIBI字段。字段。 加法器加法器 A BR、CD、ER、CD、F000 000 不發(fā)命令不發(fā)命令010 C A010 C A100 E A100 E A001 R A001 R A011 D A011 D ACDAI BIAI BI3 301

13、0 C A010 C A000 000 不發(fā)命令不發(fā)命令010 C B010 C B100 F B100 F B001 R B001 R B011 D B011 D B011 D B011 D BAIAI：BIBI： 一條一條微指令微指令能同時能同時提供若干提供若干微命令微命令，便于組織各種操作。，便于組織各種操作。 編碼較簡單；編碼較簡單；3 3分段間接編譯法（混合表示法）分段間接編譯法（混合表示法）例例. . 微命令由本字段微命令由本字段編碼編碼和其他字段和其他字段解釋解釋共同給共同給出。出。C C = C A C A 1) 1) 設(shè)置解釋位或解釋字段設(shè)置解釋位或解釋字段解釋位解釋位1 1

14、 A A為某類命令為某類命令0 0 A A為常數(shù)為常數(shù)2) 2) 分類編譯分類編譯按功能類型將微指令分類，分別安排各類微按功能類型將微指令分類，分別安排各類微指令格式和字段編碼，并設(shè)置指令格式和字段編碼，并設(shè)置區(qū)分標(biāo)志區(qū)分標(biāo)志。 3.水平型微指令格式：水平型微指令格式：控制字段控制字段：30條，構(gòu)成條，構(gòu)成4個個互斥組互斥組，各包含，各包含5個，個，8個個，14個和個和3個個微命令，微命令，各組長度為：各組長度為：3，4，4，2位，位，外部條件有外部條件有3個，所以個，所以判別測試字段需要2位。下址字段：剩下9位，故CM=29=512*24位=12288 bit格式為：控制字段 判別測試字段下

15、址字段3bit4bit4bit2bit2bit9bit控制字段控制字段測試字段測試字段 下址字段下址字段 43.某計算機的某計算機的CPU主頻為主頻為500MHz，CPI為為5（即執(zhí)（即執(zhí)行每條指令平均需行每條指令平均需5個時鐘周期）。假定某外設(shè)的個時鐘周期）。假定某外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸率為數(shù)據(jù)傳輸率為0.5MB/s，采用中斷方式與主機進行，采用中斷方式與主機進行數(shù)據(jù)傳送，以數(shù)據(jù)傳送，以32位位為傳輸單位，對應(yīng)的中斷服務(wù)程為傳輸單位，對應(yīng)的中斷服務(wù)程序包含序包含18條指令，中斷服務(wù)的其他開銷相當(dāng)于條指令，中斷服務(wù)的其他開銷相當(dāng)于2條條指令的執(zhí)行時間。請回答下列問題，要求給出計算指令的執(zhí)行時間。請回答

16、下列問題，要求給出計算過程。過程。 1） 在中斷方式下，在中斷方式下，CPU用于該外設(shè)用于該外設(shè)I/O的時間占整的時間占整個個CPU時間的百分比是多少？時間的百分比是多少？ 2） 當(dāng)該外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸率達到當(dāng)該外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸率達到5MB/s時，改用時，改用DMA方式傳送數(shù)據(jù)。假定每次方式傳送數(shù)據(jù)。假定每次DMA傳送塊大小為傳送塊大小為 5000B，且，且DMA預(yù)處理和后處理的預(yù)處理和后處理的總開銷總開銷為為500個個時鐘周期，則時鐘周期，則CPU用于該外設(shè)用于該外設(shè)I/O的時間占整個的時間占整個CPU時間的百分比是多少？（假設(shè)時間的百分比是多少？（假設(shè)DMA與與CPU之之間沒有訪存沖突）間沒有訪存沖突） (1) 按題意，外設(shè)每秒傳送按題意，外設(shè)每秒傳送0.5MB，中斷時每次傳，中斷時每次傳送送4B。中斷方式下，。中斷方式下，CPU每次用于數(shù)據(jù)傳送的時鐘每次用于數(shù)據(jù)傳送的時鐘周期為：周期為：5*18+5*2=100. 為達到外設(shè)為達到外設(shè)0.5MB/s的數(shù)據(jù)傳輸率，外設(shè)每秒申請的數(shù)據(jù)傳輸率，外設(shè)每秒申請的中斷的中斷次數(shù)次數(shù)為：為：0.5MB/4B=125 000。 1秒鐘內(nèi)秒鐘內(nèi)用于中斷的用于中斷的開銷開銷：100*125 000=12 500 000=12.5M個時鐘周期。個時鐘周期。 CPU用于外設(shè)用于外設(shè)I/O的時間占整個的時間占整個