計算機原理與設(shè)計習題課

,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,計算機原理與設(shè)計習題,2,簡述,RISC,和,CISC,的主要差別。,CISC,（,Complex Instruction Set Computer,）是對那些具有復(fù)雜指令系統(tǒng)的,CPU,的總稱，,CISC,指令系統(tǒng)往往提供豐富的尋址方式，每條指令長短不一，常用的指令較短，不常用的指令較長，設(shè)計,CPU,時往往采用微程序的方法來實現(xiàn)這些指令，,CISC,的優(yōu)點是代碼緊湊，使用較少的存儲器，缺點是實現(xiàn)復(fù)雜的指令需要較多的芯片面積而且不利于流水線操作。,RISC,（,Reduced Instruction Set Computer,）是對那些具有簡單指令系統(tǒng)的,CPU,的總稱，,RISC,指令系統(tǒng)的特點有兩個，一是指令長度固定，這有利于流水線,CPU,的設(shè)計，二是所謂的,Load/Store,結(jié)構(gòu)。,3,假設(shè)我們有兩臺計算機,M1,和,M2,。,M1,的主頻是,1GHz,，,M2,的主頻是,2GHz,。每臺計算機的指令都有,4,類，它們的,CPI,分別為,1,、,2,、,3,和,4,。當同樣一個用高級語言編寫的程序在兩臺機器上分別編譯執(zhí)行時,，,我們得到下表所列的結(jié)果。,其中的百分比是執(zhí)行時每類指令出現(xiàn)的頻率,。,試分別計算該程序在兩臺機器上的執(zhí)行時間,。,如果單從執(zhí)行時間上考慮,，,哪一臺機器的性能更好,？,4,解題思路：,解：,5,試計算上題中兩臺計算機的,MIPS,（,Million Instructions Per Second,），即每秒能執(zhí)行多少百萬條指令。,解題思路：,解：,6,如果使用,1000000,個,CPU,構(gòu)建一個并行系統(tǒng)并想得到單,CPU,系統(tǒng),500000,倍的性能，那么程序中允許出現(xiàn)的串行執(zhí)行的代碼的比例應(yīng)該不超過多少才行？,解題思路：,解：,7,試用多個,32,位二選一多路器,mux2x32,設(shè)計一個,32,位的八選一多路器,mux8x32,。,解題思路：,解：,y,S,2,s,10,s,11,s,00,a,0,a,1,s,01,a,2,a,3,s,02,a,4,a,5,s,03,a,6,a,7,8,試分別用結(jié)構(gòu)描述、數(shù)據(jù)流描述和功能描述三種風格寫出帶有使能端的,3-8,譯碼器的,Verilog HDL,代碼。提示：功能描述風格的語句可用,e=ena234,，中斷處理優(yōu)先次序為,3124,，要求：,（,1,）給出每級中斷的中斷屏蔽碼（假設(shè),“,1,”,表示允許，,“,0,”,表示禁止）,（,2,）假設(shè)在執(zhí)行主程序時，,1,、,2,、,3,、,4,級中斷同時有請求，請畫出,CPU,執(zhí)行程序的軌跡。,27,中斷屏蔽位表,中斷,級別,中斷級屏蔽位,1,級,2,級,3,級,4,級,目態(tài),1,1,1,1,第級,0,0,1,0,第級,1,0,1,0,第級,0,0,0,0,第級,1,1,1,0,28,用戶,程序,中斷,請求,中斷處理程序,1 2 3 4,中斷,請求處理圖,29,1,、,什么是存儲器的帶寬？若存儲器的數(shù)據(jù)總線寬度為16位，存儲周期為100ns，則存儲器的帶寬是多少？,答：存儲器的帶寬是指單位時間內(nèi)存儲器所能存取的最大信息量，通常以bps或Bps作為度量單位。數(shù)據(jù)總線寬度為16位，存儲周期為100ns的存儲器的帶寬為：,16b/(100ns)=16b/(100*10-9s)=160Mbps,2,、,一個字長為32位的計算機，其存儲容量為128KB，按字節(jié)編址和按字編址的尋址范圍各是多少？,答：128KB=2,17B，如果按字節(jié)編址，需要2,17個地址，則需要17位地址線，尋址范圍為02,17-1；若按字編址，則每個字占一個地址，128KB是32K（2,15）個字，需要15根地址線，尋址范圍為02,15-1。,30,3,、,一個64K32位的存儲器，按字節(jié)尋址，其地址線和數(shù)據(jù)線各是多少位？,答：32位說明數(shù)據(jù)線為32位；64K=2,16，按照字節(jié)尋址，需要16+2=18位地址線。,4,、,用2K4位的存儲芯片構(gòu)成一個具有14根地址線、8根數(shù)據(jù)線的存儲器，試問：,（1）該存儲器的存儲容量是多少KB？,（2）需要幾片上述存儲芯片？,答：（1）數(shù)據(jù)線為8根，即按字節(jié)尋址；地址線為14根，即尋址空間大小為2,14,，故存儲容量為16KB。,（2）需要2K4位的芯片數(shù)目為,：,（16K/2K）（8/4）=82=16。,31,5、假定某計算機的cache共16行，開始為空，塊大小為1個字，采用直接映射方式。CPU執(zhí)行某程序時，依次訪問以下地址序列：2,3,11,16,21,13,64,48,19,11,3,22,4,27,6和11。,要求：,（1）說明每次訪問是命中或缺失，試計算訪問上述地址序列的命中率。,（2）若cache數(shù)據(jù)區(qū)容量不變，而塊大小改為4個字，則上述地址序列的命中率又如何？,32,（1）訪問缺失的情況有兩種：一是Cache塊內(nèi)未填充有效數(shù)據(jù)而引發(fā)的缺失；二是Cache塊內(nèi)存在有效數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)不是需要的數(shù)據(jù)，即因采用直接映射方式，其它地址的數(shù)據(jù)映射到并占用此塊，發(fā)生沖突，從而引發(fā)缺失。,將訪存地址序列2,3,11,16,21,13,64,48,19,11,3,22,4,27,6,11對16進行求余，可得到各地址映射對應(yīng)的Cache塊號；,該序列的訪問命中情況命中如下：,2，3，11，16，21，13，64，48，19，11，3，22，4，27，6，11,33,cache,采用直接映射方式，其數(shù)據(jù)區(qū)容量為,16,行,1,字,/,行,=16,字；主存被劃分成,1,字,/,塊，所以，主存塊號,=,字號。因此，映射公式為：,cache,行號,=,主存塊號,mod 16=,字號,mod 16,。,開始,cache,為空，所以第一次都是,miss,，以下是映射關(guān)系（字號,-cache,行號）和命中情況。,2-2:miss,，,3-3:miss,，,11-11:miss,，,16-0:miss,21-5:miss,，,13-13:miss,，,64-0:miss,、,replace,，,48-0:miss,、,replace,，,19-3:miss,、,replace,，,11-11:hit,3-3:miss,、,replace,，,22-6:miss,，,4-4:miss,，,27-11:miss,、,replace,，,6-6:miss,、,replace,，,11-11:miss,、,replace,。,只有一次命中！,因而，命中率為1/16。,34,（2）若數(shù)據(jù)區(qū)容量不變，當塊大小為4個字時，cache僅有4個cache行，其地址映射方案變?yōu)椋?塊0：03，1619，,塊1：47，2023，,塊2：811，2427，,塊3：1215，2831，,該序列的訪問命中情況命中如下：,2，3，11，16，21，13，64，48，19，11，3，22，4，27，6，11,共命中4次，命中率為4/16，即1/4。,35,cache,采用直接映射方式，數(shù)據(jù)區(qū)容量不變，為,16,個字，每塊大小為,4,個字，所以，,cache,共有,4,行；主存被劃分為,4,個字,/,塊，所以，主存塊號,=,字號,/4,。因此，,映射公式為：,cache,行號,=,主存塊號,mod 4=,字號,/4 mod 4,。以下是映射關(guān)系（字號,-,主存塊號,-cache,行號）和命中情況。,2-0-0:miss,，,3-0-0:hit,，,11-2-2:miss,，,16-4-0:miss,、,replace,，,21-5-1,、,13-3-3:miss,，,64-16-0,、,48-12-0,、,19-4-0:miss,replace,，,11-2-2:hit,，,3-0-0:miss,、,replace,，,22-5-1:hit,，,4-1-1:miss,、,replace,，,27-6-2:miss,、,replace,，,6-1-1:hit,，,11-2-2:miss,、,replace,。,命中,4,次。,因此命中率為4/16，即1/4。,謝謝！,