計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課后習(xí)題解析

課后習(xí)題

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?，F(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)*KSo第3級(jí)上等效程序需運(yùn)行：

(N/M)*(N/M)*KSo第4級(jí)上等效程序需運(yùn)行：(N/M)*(N/M)*(N/M)*Kso

note：

由題意可知：第i級(jí)的一條指令能完成第i-l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(硬件)上，而隨著CPU、硬盤、內(nèi)存技術(shù)的不斷發(fā)展，UCDOS

把漢字系統(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。如工BM370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)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VLS工單片，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?。桓↑c(diǎn)數(shù)據(jù)表示；工/0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；工/。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

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。

note：

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)工/。”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？

（1）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：1,3,4,6,7o不可以考慮的有：2,5,8o

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1TFL0PS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)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)用哪些操作提供了支持？

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：（1）堆

棧操作的指令少，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?/p>

中彈出。

4.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=6m=48rm=2,8,16,m'=m/log2（rm）,列下表：

p=6,m=48,rm=2(m'=4p=6,m=48,rm=8(m-16p=6,m=48,rm=16(m-

8))12)

最小階(非負(fù)階，最

000

小為0)

最大階(24-1)2A6-12A6-12A6-1

最小尾數(shù)值

1/21/81/16

(rm人(-1))

最大尾數(shù)值1-8A(-16),即1-16人(-12),即

l-2A(-48)

(l-nnA(-m'))(l-2A(-48))(1-2人(-48))

可表示的最小值1/21/81/16

可表示的最大值2A63*(1-2A(-48))8人63*(1-8人(-16))16人63*(1-16人(-12))

階的個(gè)數(shù)(2Ap)2A62A62A6

可表示的尾數(shù)的個(gè)

2A48*(2-l)/28A16*(8-l)/816A12*(16-1)/16

數(shù)

可表示的規(guī)格化數(shù)

2人6*2人48*(2-1)/22A6*8A16*(8-1)/82人6*16人12*(16-1)/16

的個(gè)數(shù)

note：

可表示的最小值=rm人(最小階)*最小尾數(shù)值=rm-0*rm人(-1)=rmA(-1)；

可表示的最大值=「111人(最大階)*最大尾數(shù)值=rm人(2人p-l)*(1-rm^(-m'))；

可表示的尾數(shù)的個(gè)數(shù)=rm人m?*(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)=2人p*rm人m，*(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一=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

可表示數(shù)的個(gè)數(shù)。

(2)對(duì)于rp=2,p=2,rm=4,m1=2,重復(fù)以上計(jì)算。

解：依題意列下表：

p=2,rm=10,m'=lp=2,rm=4,m'=2

A

最小尾數(shù)值10-1=0.14人-1=0.25

最大尾數(shù)值l-10A-l=0.91-4A-2=15/16

最大階值2pA-l=33

可表示的最小值0.10.25

可表示的最大值10A3*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)?人3<10<2人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)ROM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

7.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：

0.01,0.15,0.12,0.03,0.02,0.04,0.02,0.04,0.01,0.13,0.15,0.14,

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：①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2人（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，

單地址指令最多為4X2人3X2人3=2人8=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IX2人3=8條

不滿足題目要求

...不可能以擴(kuò)展碼為其編碼。

②若單地址指令254條，可以用擴(kuò)展碼為其編碼。

???依據(jù)①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2X2人3=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,

有4*2人6=256條，但由于髭目要求要有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*2-3=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）*2人3=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：?jiǎn)蔚刂分噶钭疃酁椋?6-X）X2人6

P.S.雙地址指令最多是2人（16-6-6）=2-4=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，

單地址指令最多為（16-X）X2人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。

①操作碼的優(yōu)化

采用Huffman編碼和擴(kuò)展操作碼編碼。

②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）30%SUB（減）24%J0M（按負(fù)轉(zhuǎn)移）6%

ST0（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li使用頻度PiHuffman編碼擴(kuò)展操作碼編碼

1130%1000

1224%0001

1320%0110

147%110011000

157%110111001

166%111011010

173%1111011011

182%11111011100

191%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位

OPR1R2

操作碼寄存器1寄存器2

5位3位3位5位

OPR1Xd

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)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。

基本技術(shù)：

(1)按R工SC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R工SC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：C工SC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)器指令系統(tǒng)龐大復(fù)雜。

R工SC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R工SC和C工SC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：

控制萬(wàn)

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

式

■

■■

二

口（1）對(duì)“總線可用”線及其有關(guān)電路失效敏感?？?

口C3

匚

二（2）靈活性差，如果高優(yōu)先級(jí)的部件頻繁要求：

二

E（i）選擇算法簡(jiǎn)單。使用總線，離總線控制器遠(yuǎn)的部件就難以獲三

E9!S

E串行鏈（2）控制線數(shù)少，只需要3得總線使用權(quán)。E

E3<3

E3=3

：接根，且不取決于部件數(shù)量。（3）“總線可用”信號(hào)順序脈動(dòng)地通過(guò)各個(gè)部:

：（3）可擴(kuò)充性好。件，總線的分配速度慢。：

E（4）受總線長(zhǎng)度的限制，增減和移動(dòng)部件受限;

E3a

E3C3

三制。三

E3E1

■■

:（1）靈活性強(qiáng)，部件的優(yōu)先:

三（1）總線的分配速度不能很高。三

:次序由程序控制。:

晨定時(shí)查（2）控制較為復(fù)雜。二

E（2）可靠性高，不會(huì)因某個(gè)E

二詢（3）控制線數(shù)多，需要2+log2N根。二

：部件失效而影響其它部件：

三（4）可擴(kuò)充性差。：

：使用總線。二

E（1）靈活性強(qiáng)，部件的優(yōu)先E

：（1）控制較為復(fù)雜。：

=獨(dú)立請(qǐng)次序由程序控制。二

三（2）控制線數(shù)多，要控制N個(gè)設(shè)備，需要有三

!求（2）能方便地隔離失效部件三

:2N+1根控制線。二

：的請(qǐng)求。：

(3)總線的分配速度快。

2.設(shè)中斷級(jí)屏蔽位“1”對(duì)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：

中斷級(jí)屏蔽位

中斷處理程

1?34

序級(jí)別

級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)

第1級(jí)0000

第2級(jí)1010

第3級(jí)1000

4級(jí)1010

(1)當(dāng)中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)?-2-3-4時(shí)、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)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)镮f2f3f4時(shí);其中斷處理次序?yàn)镮f3f4f2。

(2)

寺返回

內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)

2

32

32

2

2

2

中斷處理程序?yàn)?->3->4-2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)镮f2f3f4-5,要求其實(shí)際的中斷處

理次求序If4f5-*2f3。

(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:

中斷級(jí)屏蔽位

中斷處理程

12345

序級(jí)別

級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)

第1級(jí)11111

第2級(jí)01100

第3級(jí)00100

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)

中斷處理次序?yàn)?->5->2->3的例子

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)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9.8US,傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)需0.2US。

某低速設(shè)備每隔500US發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求，問(wèn)至多可接兒臺(tái)這種低速設(shè)備?

對(duì)于如下A?F6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A-F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US）：

表3-5

設(shè)備ABCDEF

發(fā)申請(qǐng)間隔

0.20.250.50.190.40.21

（閭

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

流量為：

fmax.byte=l/（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fbyteo

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*fi

fi也就是設(shè)備發(fā)出字節(jié)傳送請(qǐng)求間隔時(shí)間（500Ms）的倒數(shù)，所以：

m<=l/((TS+TD)*f)=500/(9.8+0.2)=50(臺(tái))

(2)設(shè)備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。

A~F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)=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

1/0.21/0.251/0.51/0.191/0.41/0.21

(B/網(wǎng)

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9.8Us+1024X0.2Us=214.6US

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ABCDEF

傳送時(shí)間(閭204.8256512194.56409.6215.04

.??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

5015100254020

(KB/s)

(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(shū)中關(guān)于流量設(shè)計(jì)的基本要求是沒(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=25OKB/S。

(2)通道響應(yīng)和處理各設(shè)備請(qǐng)求的時(shí)間示意圖

左廄的這六申諦丟失

2

0150200t(us)

T表示設(shè)備提出申請(qǐng)的時(shí)刻

?表示通道處理完設(shè)備申請(qǐng)的時(shí)刻

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

2067(約)10402550

(閭

7.通道型I/O系統(tǒng)由一個(gè)字節(jié)多路通道A(其中包括兩個(gè)子通道A1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)

子通道A15035202050352020

字節(jié)多路通道

子通道A25035202050352020

數(shù)組多路通道Bl500400350250

數(shù)組多路通道B2500400350250

選擇通道C500400350250

解：(1)要不丟失信息，各通道需要達(dá)到的流量：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/So

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)工/0系統(tǒng)中，各種通道和子通道可以并行工作，因此，工/。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TAl=10-7s>TA2=10-2s,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=TAl/TA=TAl/(H*TA1+(1-H)*TA2)N80%,H2

(10*5-5/4)/(10*5-1)o

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)移概率人為25%,求每

個(gè)存儲(chǔ)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)-m]/人

解：由人=0.25,m=32求得：B=4-4*(3/4)人32

同理，m=16時(shí)，B=4-4*(3/4)人16

可得出，在人=0.25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2RS,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的嘉。

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=0*分體的寬度/

分體的存取周期=m*4B/2Js,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)01234567

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)按以下虛土也址計(jì)算主存實(shí)土也址：0,3728,1023,1024,2055,7800,4096,

6800o

解：

(1)會(huì)發(fā)生頁(yè)面失效的全部虛頁(yè)號(hào)為：2,3,5,70

(2)

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

0001303072

327836560頁(yè)面失效頁(yè)面失效無(wú)

1023010231310234095

1024101101024

2055270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)

4096401202048

6800665610656656

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=虛地址一虛頁(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。

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

訪問(wèn)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)

I方式段頁(yè)頁(yè)內(nèi)位移

I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：

1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)816