1、1,1.模擬a.用軟件方法在一臺現(xiàn)有的計算機上實現(xiàn)另一臺計算機的指令系統(tǒng)b.指在一個廠家內生產的具有相同的系統(tǒng)結構，但具有不同組成和實現(xiàn)的一系列不同型號的機器 2.仿真a.用微程序直接解釋另一種機器指令系統(tǒng)的方法b.每條指令的平均時鐘周期數(shù) 3.MIPSa.它表示每秒百萬指令條數(shù)b.每秒百萬次浮點操作次數(shù) 4.MFLOPSa.每秒百萬次浮點操作次數(shù)b.計算機組成是計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現(xiàn) （請計算機四班的同學，將本題答案寫在紙條上，下課后交到講臺上，并寫好班級、學號、姓名，） 2005.4.25,課 堂 作 業(yè)（一）單選題,2,1.想在系列機中發(fā)展一種新型號機器，你認為將CPU與主存之間的數(shù)據(jù)

2、通路寬度由16位擴到32位，以加快主機內部信息的傳送。可以考慮的，還是不行的？為什么？ 可以。只是提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?（請計算機六班的同學，將本題答案寫在紙條上，下課后交到講臺上，并寫好班級、學號、姓名，） 2005年4月10日,課 堂 作 業(yè)（二）,3,1.假定我們將某一執(zhí)行部件改進后速度提高10倍。改進后被改進部件執(zhí)行時間占系統(tǒng)總運行時間的50%。則改進后，獲得的加速比Sp是多少？ （請計算機六班的同學，將本題答案寫在紙條上，下課后交到講臺上，并寫好班級、學號、姓名，）,課 堂 作 業(yè)（三）,4,在尾數(shù)采用補碼、小數(shù)表示且p=6，階碼采用移碼、整數(shù)表示且q=6，尾數(shù)基rm為16，階碼基

3、re為2的情況下：(1) 最大尾數(shù)為：1rm-p116-6，0.FFFFFF(2) 最小正尾數(shù)為：1/rm1/16，0.100000(3) 最小尾數(shù)為： -1， 1.000000(4) 最大負尾數(shù)為：-(rm-1 + rm-p)(16-1 + 16-6)，1.EFFFFF(5) 最大階碼為：req126163，7F，包括符號位共7個1(6) 最小階碼為：-req-26-64，00，包括符號位共7個0(7) 最大正數(shù)為：(116-6)1663，7FFFFFFF(8) 最小正數(shù)為：16-65，00100000(9) 最大負數(shù)為：-(16-1 + 16-6) 16-64，80EFFFFF(10) 最

4、小負數(shù)為：-1663，F(xiàn)F000000(11) 浮點零為：00000000(12) 表數(shù)精度為：16-5/22-21(13) 表數(shù)效率為：15/1693.75(14) 能表示的規(guī)格化浮點數(shù)個數(shù)為：21516527+1,課 堂 作 業(yè)（四、五、六）,5,證明：在浮點數(shù)的字長和表數(shù)范圍一定時，尾數(shù)基值rm 取2或4具有最高的表精度。(見教案） 假設有兩種表示方式F1和F2，它們二進制字長相同，尾數(shù)都用原碼或補碼、小數(shù)表示，階碼都移碼、整數(shù)表示，階碼的基值均為2，尾數(shù)基值不同。 浮點數(shù)表示方式F1：rm1=2,p1,q1, 二進制字長：L1= p1+q1+2 浮點數(shù)表示方式F2： rm1=2k ,p

5、2,q2, 二進制字長：L2= kp2+q2+2 由于F1和F2二進制字長相同，即L1= L2，得 p1+q1 =kp2+q2 （1） F1的表數(shù)范圍是： F2的表數(shù)范圍是：,課 堂 作 業(yè)（六*）,6,課 堂 作 業(yè)（六*）,兩邊取以2為底的對數(shù)得: q1 =q2 +log2k (2) (2.2)代入(2.1)得： p1+ q2 +log2k =kp2+q2 化簡得到：p1=kp2 -log2k (2.3) F1的表示數(shù)精度是： (2.4) 把(2.3)代入(2.4)得到： F2的表示數(shù)精度是： 取F2與F1表示數(shù)精度的比值： (2.5) 只有k=1(rm=2)或k=2(rm=4)時，比值T

6、=1 結論1：在字長和表數(shù)范圍一定時，尾數(shù)基值rm取2或4，浮點數(shù)具有最高的表精度。,7,操作碼：00，01，10，110，1110，11110，11111平均長度：H = 2.35,0.35,0.25,0.20,0.10,0.05,0.02,0.03,0.05,0.10,0.20,0.40,1.00,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,0.60,課 堂 作 業(yè)（七）,8,寄存器-寄存器：每個R為3位，共8位 00 R R; 01 R R10 R R寄存器-存儲器: R為3位，X為1位，A變址量為8(127)，共16位。 1100 R X A（變址寄存器兩個只要1位） 1101 R

7、 X A（變址量127需要8位） 1110 R X A 1111 R X A,課 堂 作 業(yè)（八）,9,1、請回答下列問題:在許多早期處理機中,為什么采用微程序設計方法?為什么現(xiàn)代處理機較少采用該方法? 答:早期主要是微程序設計方法允許少量硬件實現(xiàn)較復雜指令?，F(xiàn)代可用硬件增多，CISC指令減少，這樣在硬件中直接實現(xiàn)指令。 2、按Cache地址映像的塊沖突概率從高到低的順序是( ). A、全相聯(lián)映像 、直接映像、組相聯(lián)映像 B、組相聯(lián)映像、直接映像、全相聯(lián)映像 C、直接映像、組相聯(lián)映像、全相聯(lián)映像(OK) D、全相聯(lián)映像、組相聯(lián)映像、直接映像,課 堂 作 業(yè)（十）,10,一、對于一個采用組相聯(lián)映

8、象方式和FIFO替換算法的Cache，發(fā)現(xiàn)它的等效訪問時間太長；為此，提出如下改進建議： (1)增大主存的容量。 基本無關 (2)提高主存的速度。 能夠減小等效訪問時間，T = TC H+TM (1-H)，通過減小TM能夠減小T。 (3)增大Cache的容量。 當Cache比較小時，增大Cache對減小等效訪問時間效果明顯；當Cache容量達到一定程度時，效果逐漸不明顯。 (4) Cache的總容量和塊大小不變，增大組的大小。 有一個極大值，在這個極大值點，等效訪問時間最小。,課 堂 作 業(yè)（十一）,11,1、不屬于堆棧算法的是( ) A、FIFO算法 B、LFU 算法 C、OPT算法 D、L

9、RU算法 2、與虛擬存儲器的等效訪問速度無關的是（ ） A、訪存頁地址流 B、頁面替換算法 C、主存的容量 D、輔存的容量 答案:1、A；2、D （請計算機四班的同學，將本題答案寫在紙條上，下課后交到講臺上，并寫好班級、學號、姓名，） 2005.4.15,課 堂 作 業(yè)（十二）,12,一、對于一個采用組相聯(lián)映象方式和FIFO替換算法的Cache，發(fā)現(xiàn)它的等效訪問時間太長；為此，提出如下改進建議： (1)Cache的總容量和組大小不變，增大塊的大小。 有一個極大值，在這個極大值點，等效訪問時間最小。 (2)提高Cache的速度。 能夠減小等效訪問時間，T = TC H+TM (1-H)，效果明

10、(3)Cache的總容量和塊大小不變，增加組數(shù)。 當組數(shù)不是很多時，等效訪問時間的變化不大，當組數(shù)超過某一值時，等效訪問時間將明顯增加。 (4)替換算法由FIFO改為LFU。 能夠提高命中率，因此，能夠減小等效訪問時間。,課 堂 作 業(yè)（十三）,13,課 堂 作 業(yè)（十六）,解：禁止表F=3、沖突向量C=（100） 狀態(tài)圖如右圖所示： 簡單循環(huán)：(4), (2), (2,4), (1,4), (1,1,4);迫切循環(huán)：(1,1,4), (2);最佳恒定等待時間循環(huán): (2);最小平均等待延遲 MAL=2;因為MAL=2，所以該流水線的吞吐率,14,課 堂 作 業(yè)（十七）,乘法操作用到的流水段有

11、：S1、S4、S5、S6；加法操作用到的流水段有：S1、S2、S3、S6。以最快的方式處理的流水線時空圖如圖所示： (2) A部分所處理的是 B部分所處理的是 C部分所處理的是,15,整個處理過程共需22個時鐘周期。而進行了14次不同的運算，所以其實際吞吐率為： 這些運算串行處理所需要的時鐘周期為56個時鐘周期，所以其加速比和效率分別為：,課 堂 作 業(yè)（十七續(xù)）,16,試以實例說明計算機系統(tǒng)結構、計算機組成與計算機實現(xiàn)之間的相互關系。 計算機系統(tǒng)結構作為一門學科，主要是研究軟件，硬件功能分配和對軟件、硬件界面的確定，即哪些功能由軟件完成，哪些功能由硬件完成。計算機系統(tǒng)結構，計算機組成和計算機

12、實現(xiàn)是三個不同的概念。計算機系統(tǒng)結構是計算機系統(tǒng)的軟硬件的界面；計算機組成是計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現(xiàn)；計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)。,17,課 堂 作 業(yè)（四）,一臺模型機共有7條指令，有8個通用數(shù)據(jù)寄存器，2個變址寄存器。設計8位字長的寄存器-寄存器型指令3條，16位字長的寄存器-存儲器型變址尋址方式指令4條，變址范圍不小于正、負127。請設計指令格式，并給出各字段的長度和操作碼的編碼。 (請計算機1班的同學，將本題答案寫在紙條上，下課后交到講臺上，并寫好班級、學號、姓名） 2007.4.4,用幾bit來表示?,用幾bit來表示?,用幾bit來表示?,要符合擴展編碼規(guī)則,18,有5個中斷

13、源，其中斷優(yōu)先級、正常情況下的中斷屏蔽碼和 改變后的中斷屏蔽碼如下表所示，每個中斷源的有5位中斷屏蔽碼，其中“1” 表示該中斷源被屏蔽，“0”表示該中斷源開放。 (1) 5個中斷源同時申請，分別寫出使用正常的中斷屏蔽碼和改變后中斷屏蔽碼時，處理機響應各中斷源的中斷服務請求的先后次序和實際中斷次序。 (2)假設處理機從響應中斷源的中斷服務請求開始，到運行中斷服務程序中第一次開中斷所用時間為1個單位時間，運行中斷服務程序的其它部分所使用的時間為4個單位時間，那么在執(zhí)行主程序時，有D3、D4和D5同時發(fā)出中斷服務請求，過了3個單位時間，又有中斷源D1和D2同時發(fā)出中斷服務請求，如果使用改變后中斷屏蔽

14、碼，請畫出處理機響應中斷源的中斷服務請求和實際運行中斷服務程序過程示意圖。,課 堂 作 業(yè)（二十一）,19,（1）D1D2D3D4D5 D5D4D3D2D1,題目中沒有說明是1級最高，還是5級最高，有的同學認為中斷優(yōu)先級D5最高！對嗎？,我們可以從正常中斷屏蔽碼得到結論：應該是1級最高，如果是5級最高就沒有意義，因為響應D5 中斷，其他中斷源無法中斷D5執(zhí)行 。,20,用戶程序 1 2 3 4 5,12345,（2）D1D2D3D4D5 D1D2D3D5D4,此時D1、 D2、D3執(zhí)行完，還有D4、 D5沒有執(zhí)行，那么選擇D4執(zhí)行，這時屏蔽碼對D5是開放的，所以D5中斷D4執(zhí)行，執(zhí)行D5，執(zhí)行

15、D5完畢就執(zhí)行D4 ，然后返回主程序。,21,12,345,用戶程序 1 2 3 4 5,錯!,錯的原因：執(zhí)行D3 后要返回到用戶程序！,開始345中斷源同時然后過3單位時間,又有D1、D2申請中斷。,22,12,345,用戶程序 1 2 3 4 5,OK!,345中斷源同時申請,選擇最高的D3執(zhí)行,由于一個中斷程序執(zhí)行需要5個單位時間,其中一個關門時間.當中斷D3執(zhí)行3單位時間,又有D1、D2申請中斷。,這時屏蔽碼對D1是開放的，所以執(zhí)行D1級中斷！然后返回執(zhí)行D3完！再返回用戶程序，此時D1、 D3執(zhí)行完，那么在D2D4D5中選擇D2級別高，且這時屏蔽碼對本身是開放的，執(zhí)行完，返回用戶程序

16、，此時D1、 D2、D3執(zhí)行完，還有D4、 D5沒有執(zhí)行，那么選擇D4執(zhí)行，這時屏蔽碼對D5是開放的，所以D5中斷D4執(zhí)行，執(zhí)行D5，執(zhí)行D5完畢就執(zhí)行D4 ，然后返回主程序。,23,解：t=10ns=10-8秒 (1)F=1，2，5，C=(10011) (2)狀態(tài)轉移圖如下圖所示。100113，4，*6 (3)最小啟動循環(huán)=（3）,最小平均啟動距離=3t。 (4)插入2個延遲，最小啟動循環(huán)=（2）,最小平均啟動距離=2t。,24,計算峰值,1、10臺NF190D服務器理論值：10（節(jié)點個數(shù)）*2（2個CPU/服務器）*2（雙核/CPU）*2（一個時鐘周期2個浮點運算）*1.6（主頻）=128Gflops 2、2臺SP2200服務