计算机体系结构章习题答案.ppt

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1、44通道（通道（CHCH）一、CH的基本工作原理 CH执行CH程序的过程 CH的任务二、CH流量计算和时空图绘制 CH的类型 CH流量计算 字节多路CH响应处理时空图的绘制1 1）计算每个子）计算每个子CHCH提供一个字节时间（提供一个字节时间（1/f1/f）2 2）画出一个完整申请周期时空图）画出一个完整申请周期时空图3 3）计算字节多路）计算字节多路CHCH对每个字节响应的最长用时对每个字节响应的最长用时第一章参考答案：第一章参考答案：1应用语言级 高级语言级 汇编语言级 操作系统级 机器语言级 微程序语言级。2 从上而下 从下到上 专用机 通用机3 软、硬件交界面 计算机系统的性能/价格

2、比4 1 TFLOPS的 计 算 能 力 1 TByte的 主 存 容 量 1 TBytes 的IO带宽5 虚拟机 实际机器6 统一高级语言 模拟 仿真 系列机7 控制流 数据流 SISD SIMD MISD MIMD8 汇编语言程序员9 任务单一化 操作重叠化 吞吐匹配化 程序多道化10.D 11.C 12.D 13.A 14.B 15.A 16.B 17.L0（微程序）级 L5（应用语言）级18.非用户片（通用片）现场片 用户片（全用户片）19.答：1)在现有器件的条件下，系统要有较高的性能价格比；2)不要不合理地限制各种组成、实现技术的采用；3)硬件的设计要考虑如何为软件提供更好的支持。

3、20.答：软件和硬件在逻辑功能上是等效的，但是，在性能、价格、实现的难易程度上却是各不相同的，硬件执行速度快，软件灵活性好。即软件和硬件在物理意义上是不等效的。第二章参考答案：第二章参考答案：1标志符 描述符2基地址 向量长度 位移量 起始地址 有效向量长度3数的个数 数的范围 精度 稀密度4A 5.B 6.D7指尾数右移过程中丢掉的溢出位8查表舍入法、舍入法 恒置1法 截断法 9指令使用频度不同时 采用不等长编码10D 11.D12寄存器 堆栈 主存13程序员编程用的地址 物理14逻辑 物理 动态再定位152FFF16A 17.D 18.D 19.A 20.C1.解：1）两级描述符：或：2）

4、三级描述符2.2.解：解：1 1）规格化浮点数表：）规格化浮点数表：r rm m=2=2时，时，P=3 P=3，m=3 m=3 正尾数、规格化、非负阶时正尾数、规格化、非负阶时共有共有3232个规格化浮点数个规格化浮点数m p0000010100111001011101111004/84/44/2481632641015/85/45/25102040801106/86/46/26122448961117/87/47/27142856112rm=8时，共有时，共有56个规格化浮点数个规格化浮点数mp0000010100111001011101110011/8181*821*831*841*851

5、*860102/82162*822*832*842*852*860113/83243*823*833*843*853*861004/84324*824*834*844*854*861015/85405*825*835*845*855*861106/86486*826*836*846*856*861117/87567*827*837*847*857*862 2）规格化浮点数表：）规格化浮点数表：r rm m=2=2时，规格化浮点数共有时，规格化浮点数共有4*8=324*8=32个个r rm m=8=8时时，规规格格化化浮浮点点数数共共有有7*8=567*8=56个个，在在0.50.5，11211

6、2中中，有数有数1919个（上表中红的数字表示）。个（上表中红的数字表示）。rm规格化浮点数个数规格化浮点数个数数的表示范围数的表示范围e2320.511218560.12518350080.63题:（A+B）*（C-D）+（E/F）-（G+H)*I解：1）数学表达式的树结构2）逆波兰表达式AB+CD-*EF/+GH+I*-4题解：1）画HuffmanA方案的树结构2 2）分别写出等长法、）分别写出等长法、H-AH-A、扩展法编码、扩展法编码 方案：方案：IiPi等长法等长法H-A扩展法扩展法OPliOPliOPliI1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12I13I140.150.

7、150.140.130.120.110.040.040.030.030.020.020.010.01000000010010001101000101011001111000100110101011110011014010110111011110111110111111011111110111111110111111111011111111110111111111110111111111111011111111111111234567891011121313000001010011100101110001100111010110111110011101111101111135信息等效信息等效平均

8、码长平均码长44.543.4L3）扩展码时扩展码时L最小，即最小，即L扩展扩展=3.444.54选用扩展法选用扩展法0.150.150.140.130.120.110.040.040.030.030.020.020.010.011101111011000110010000000101001010100100001011101011000101111L=.8*3+.08*4+.08*5+.02*6+.02*7=2.4+.72+.26=3.385.解：解：1）4444三地址指令三地址指令12条条两地址指令两地址指令62条条单地址指令单地址指令31条条零地址指令零地址指令32条条(24-12）24-

9、62)24-31)24=1632不能满足不能满足32条零地址指令的要求，为保证条零地址指令的要求，为保证32条零地址指令可条零地址指令可减少一条单地址指令。即减少一条单地址指令。即(24-12）24-62)24-30)24=322）12条三地址指令条三地址指令0000 A1A2A31011OPA1A2A3OPA1A2OPOPA162条两地址指令00001100111100001110A1A2111100001111110130条单地址指令00001111111011110000A111111111110132条零地址指令11111111111000001111111111111111第三章参考

10、答案：第三章参考答案：1.采用何种方法以获取总线的使用权分布式集中式2.串行链接独立请求定时查询串行链接与独立请求相结合独立请求串行链接3.专用非专用4.B5.D6.A7.A8.D9.B10.C11.D12.C13.A14.同一时钟周期15.中断级屏蔽16.响应处理程序17.同级及更低级的其它18.片总线 内总线 系统总线 外总线19.物理特性功能特性电气特性时间特性20.低单节字高定长块 优先级高的中高可变长块1.解解：（1）结构示意图（2）L=log264=6所需独立线数：6+2=8（3）有部件请求时，请求信号送C；C收到请求后，将当前计数器的计数值，通过6条代码线同时送到各部件；若与此计

11、数值编号相同的部件已提出请求，则该部件建立忙电平，C收到忙电平后，停止向下计数，表示该部件接管总线。若与此计数值相同编号的部件未提出请求，等待一个计数脉冲周期后，计数器将进行+1计数，此时C又将下一个计数值又同时发往各部件，余类推。2.解解（1）处理顺序为）处理顺序为1-3-5-4-2（2）中断响应处理时空图）中断响应处理时空图 主程序 中断处理程序响一 二 三 四 五t嵌套中断请求嵌套返回主程序3.解：1）(1)fb=100+40+40+10+10=200(KB/s)(2)106/(200103)=5s(3)Tbj=1/fj第j个子CH提供一个字节的时间 计算完整申请周期：上述5个时间的最小

12、公倍数是100s。子CH12345Tb(s)102525100100子CH543210102030405060708090100t(s)2）计算CH系统流量f=200+680+620=1500KB/s3)存储器流量:15004=6000KB/s4）tm=106/（6000103）0.167s例3.若机器共有5级中断，要求其实际的中断处理次序为1-4-5-2-3。(1)设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位(令“1”对应于屏蔽，“0”对应于开放)；(2)若在运行用户程序时，同时出现第4、2级中断请求，而在处理第2级中断未完成时，又同时出现第1、3、5级中断请求，请画出此程序运行过程示意图。例4.某机

13、器5级中断的中断处理次序为2-3-1-5-4。(1)设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位的状态，令“0”为开放，“1”为屏蔽。(2)若在运行用户程序时，同时发生1、3级中断请求，而在1级中断服务未完成时，又发生2、3、4、5级中断，请画出处理机执行程序的全过程示意图。中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级5级第1级第2级第3级第4级第5级中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级5级第1级11111第2级01100第3级00100第4级01111第5级01101例3解解（1）处理顺序为）处理顺序为1-4-5-2-3 （1）处理顺序为）处理顺序为1-4-5-2-3（2）中断响应处理时空图）

14、中断响应处理时空图 主程序 中断处理程序响一 二 三 四 五t嵌套中断请求嵌套返回主程序 主程序 中断处理程序响一 二 三 四 五t嵌套中断请求嵌套返回主程序例例4 4 解解 （1 1）处理顺序为）处理顺序为 2-3-1-5-4 （2 2）中断响应处理时空图）中断响应处理时空图1分别利用两级描述符和三级描述符描述下列阵列数据。a00a01a02a03b00b01b02b03a10a11a12a13b10b11b12b13A=a20a21a22a23B=b20b21b22b23a30a31a32a33b30b31b32b332分别用rm=2和8，在不包括符号位在内的p=3，m=3且非负阶、正尾数

15、、规格化条件下1）先列出两种rm的规格化浮点数表。2）分别计算rm=2和8条件下规格化数的个数，数的表示范围及表示比e。3有数学表达式S=（A+B）*（C-D）+E/F-（G+H）*I1）画出数学表达式的树结构；2）利用后序遍历法写出其逆波兰表达式；3）在堆栈机器上写出其各步的计算过程。4经统计，某机14条指令使用频度分别为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，画HuffmanA方案的树结构，分别用等长法，HA方案，扩展法进行编码，同时说明所用扩展方案的理由，并分别计算各种方案编码的平均码长。

16、5.某机指令字长16位，每个地址字段有4位，试设计12条三地址指令，62条两地址指令和31条单地址指令和32条零地址指令，能满足上述要求吗？为什么？如果在保证32条零地址指令条件下，且无剩余指令编码，将如何调整以满足要求？并将调整后各类指令编码示意图画出。1.在采用统一计数器的集中式定时查询方式中，已知64个部件，要求完成：（1）画出结构示意图；（2）计算所需独立线数；（3）简述工作过程。3.系统有如下所示的通道及子通道流量（KB/S）：1)对字节多路通道：(1)计算通道流量；(2)计算通道为满足流量要求对每个字节的申请从响应到处理完所需的最长时间；(3)画出一个完整申请周期及响应处理时空图；

17、2)计算通道系统流量。3)若通道系统为整个存储器系统流量的1/4,求存储器流量。4)若存储器为单体字节结构，求存储器的存取周期。流量子通道12345字节多路10040401010数组多路460520680390130选择620580490520420通道例4某机器5级中断的中断处理次序为2-3-1-5-4。(1)设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位的状态，令“0”为开放，“1”为屏蔽。(2)若在运行用户程序时，同时发生1、3级中断请求，而在1级中断服务未完成时，又发生2、3、4、5级中断，请画出处理机执行程序的全过程示意图。中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级5级第1级第2级第3级第4级

18、第5级例5.设有五级中断，中断级屏蔽位“1”对应开放，“0”对应屏蔽，已知各中断处理程序的中断级屏蔽位设置如下表所示。(1)中断处理次序是什么?(2)在执行用户程序时，如出现4、5级中断请求，在处理5级中断请求未完成时，又发生1、2、3级中断请求，请画出中断处理过程的示意图(包括将交换PSW的时间段也表示出来)。中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级5级第1级00000第2级10111第3级10000第4级10101第5级101001 1分别用两级描述符和三级描述符描述下列阵列数据。分别用两级描述符和三级描述符描述下列阵列数据。a00 a01 b00 b01 c00 c01 a00 a0

19、1 b00 b01 c00 c01 A=a10 a11 B=b10 b11 C=c10 c11 A=a10 a11 B=b10 b11 C=c10 c11 2 2将第二章中的第二题的将第二章中的第二题的p=3,m=3p=3,m=3改为改为p=2p=2，m=4m=4后后,重做该题。重做该题。3设中断级屏蔽位设中断级屏蔽位“1”“1”对应于开放，对应于开放，“0”“0”对应于屏蔽，中断响对应于屏蔽，中断响应先后次序为应先后次序为1-2-3-41-2-3-4，若各级中断的处理次序为，若各级中断的处理次序为1-3-4-21-3-4-2。1)1)设置各级中断的中断级屏蔽位。设置各级中断的中断级屏蔽位。2

20、)2)如果所有的中断处理都各需要如果所有的中断处理都各需要3 3个单位时间，当正在运行主程个单位时间，当正在运行主程序时，同时发生序时，同时发生1 1、2 2、3 3级中断请求，过级中断请求，过5 5个单位时间后，又同个单位时间后，又同时有时有1 1、4 4级中断请求，试画出中断响应处理时空图。级中断请求，试画出中断响应处理时空图。例6某机器5级中断的中断处理次序为2-1-3-5-4。(1)设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位的状态，令“0”为开放，“1”为屏蔽。(2)若在运行用户程序时，同时发生1、3级中断请求，而在1级中断服务未完成时，又发生2、4、5级中断，请画出处理机执行程序的全过程示意

21、图。中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级5级第1级第2级第3级第4级第5级解:(1)各级中断处理程序的中断级屏蔽位中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级5级第1级10111第2级11111第3级10011第4级00010第5级000112）中中断断响响应应处处理理时时空空图图(中断处理次序为2-1-3-5-4)主程序 中断处理程序响一 二 三 四 五t中断请求嵌套嵌套返回主程序例5.设有五级中断，中断级屏蔽位“1”对应开放，“0”对应屏蔽，已知各中断处理程序的中断级屏蔽位设置如下表所示。(1)中断处理次序是什么?(2)在执行用户程序时，如出现4、5级中断请求，在处理5级中断请求未

22、完成时，又发生1、2、3级中断请求，请画出中断处理过程的示意图(包括将交换PSW的时间段也表示出来)。中断处理程序级别中断级屏蔽位1级2级3级4级5级第1级00000第2级10111第3级10000第4级10101第5级101001)中断处理次序为中断处理次序为1-3-5-4-22）中断响应处理时空图）中断响应处理时空图 主程序 中断处理程序响一 二 三 四 五t嵌套中断请求嵌套嵌套返回主程序第四章参考答案：第四章参考答案：1.1.全相联全相联 直接相联直接相联 组相联组相联 段相联段相联 2.2.体体内内连连续续编编址址 体体间间连连续续编编址址 同同步步启启动动 异异步步启启动动 3.3.

23、虚拟存储器虚拟存储器 命中率命中率H 存储空间利用率存储空间利用率 Cache-主存体系主存体系 命中率命中率H和等效访问时间和等效访问时间tA 4.4.LRU 堆栈法堆栈法 比较对法比较对法 5.5.虚拟存储器虚拟存储器 Cache-主存体系主存体系 6.D 7.C 8.B 9.D 10.C 11.A 12.A 6.D 7.C 8.B 9.D 10.C 11.A 12.A 13.D 14.B 15.A 16.D 13.D 14.B 15.A 16.D 17.17.虚、实地址虚、实地址 虚地址找到实地址虚地址找到实地址 18.18.页面争用页面争用 19.19.大容量大容量 高速度高速度 20

24、.20.命中命中 实现实现 软硬件软硬件1解：解：失效的虚页号：失效的虚页号：2、3、5、7。命中的虚页号：命中的虚页号：0、1、4、6。查地址查地址NvNrnr实地址实地址装入位装入位命中否命中否000330721命中命中37283656337280失效失效102301023340951命中命中102410110241命中命中205527220550失效失效7800763206320失效失效409640220481命中命中6800665606561命中命中首址首址尾址尾址0102310242047204830713072409540965119512061446143716771688191

25、虚页虚页012345672解：解：1）页面数为）页面数为:2N=220页面容量页面容量:2P=512=29则页表层次数则页表层次数:N/P=20/9=3(层层)2）经经3次次(层层)页页表表访访问问及及1次次操操作作数数访访问问，需需要要4次次访访问主存；问主存；3）查表时间查表时间=（3+1）*0.25=1(s)；4）tm=0.25/(3+1)=0.0625(s)3解：解：1）2）tA=H*tc+（1-H）*tm=5/12*0.02+（1-5/12）*.2=0.125（s）时间时间t:123456789101112131415替替换换算算法法地址流地址流AH232142423152523FI

26、FO 2232#33#141#421#421#4#22#313#1#51#521#525#2515LRU 22323#2#1241#241#241#24#2#313#51#51#251#25#2615OPT 22323#23#23#4234#234#234#23#23#23#5235#235#235#9154解：解：（1），（），（2）5解：解：地址流地址流A:213142532123415栈顶栈顶n=3栈底栈底n=4栈底栈底n=5栈底栈底2123121324132415243522351232133214321435142314455512331144 4552命中率H命中页n=312234

27、/15n=41222316/15n=5123212341510/15t1234567891011121314156解：解：1）主存Cache2）01234567主存页号主存页号1位1位1位1位1位3)可放入可放入Cache0组的主存块号组的主存块号:0145可放入可放入Cache1组的主存块号组的主存块号:2367t块流qs12345678910 11 12 13 14 1512413701254647200 111 1111#1 111444441 444#000 5555#5#10 222#777#7#7#661 333#222#2#7失失失中失失失中失争争失中失争4)块失效块失效:凡是不

28、命中都属于失效凡是不命中都属于失效;块争用块争用:换出了不该换出的页面换出了不该换出的页面.所以所以:即失效又争用的时刻是即失效又争用的时刻是:t10,t11及及t155)tA=H*tc+(1-H)*tm=0.2*2+0.8*15=12.4(ns)块争用块争用:失效且发生页面替换失效且发生页面替换第五章第五章 参考答案：参考答案：1推迟法相关专用通路法2等待执行 等待译码3横向纵向纵横向4数相关指令相关5猜测法分支预测短转移(短循环)增加指令站容量 6C 7.B 8.C 9.D 10.D 11.B 12.D 13.C 14.A 15.C16.C 17.C 18.D 19.A 20.D1.解：解

29、：1）顺序执行：）顺序执行：t=k*（t取取+t译译+t执执）=300(4+5+6)=4500（t）2）两条重叠：）两条重叠：t=t取取+k*t译译+(k-1)*(*(t取取,t执执)max+)max+t执执=4+3005+(300-1)6+6=3304（t）3）三条重叠）三条重叠：t=t取取+(t译译,t取取)max+(k-2)*()max+(k-2)*(t取取,t译译,t执执)max+(t执执,t译译)max+)max+t执执=4+5+(300-2)6+6+6=1809（t）2解：M=a0*a1*a2*a3*a4*a5*a6*a71）合理分解算式M=a*a1M1=a2*a3M2=a4*a5

30、M3=a6*a7M4=M0*M1M5=M2*M3M=M4*M52）时空图3）吞吐率：TP=7/21=1/3（个/t）效率：=（7*6t）/（21t*6）=1/33.解长度为4向量A和B的点积为ABa1*b1+a2*b2+a3*b3+a4*b4共需做4乘法和3加法：c1=a1*b1,c2=a2*b2,c3=a3*b3,c4=a4*b4d1=c1+c2,d2=c3+c4,d3=d1+d2=AB(1)乘法部件和加法部件不能同时工作，部件内也只能顺序方式工作如下图所示。由向量点积AB运算的时空图可知，完成全部运算最少为45十3535(拍)部件05101520253035拍c4d1d2d3c1c2c3加

31、乘(2)乘法部件和加法部件可并行的时空图乘法部件和加法部件可并行的时空图其中，e1=d1+c3,e2=e1+c4=AB部件加乘0510152025拍(3)处理器有一个乘、加双功能半动态流水线时的时空图处理器有一个乘、加双功能半动态流水线时的时空图加乘部件058101519拍拍5432154321(4)处理器有乘、加两条流水线，可同时工作时的时空图加乘部件058101518拍54321543214.解1）串：1+6+1+(N-1)+1+6+1+(N-1)+1+7+1+(N-1)=22+3N()2）并+串:1+6+1+(N-1)+1+7+1+(N-1)=15+2N()3）链接：1+6+1+1+7+

32、1+（N-1)=16+N()4）时空图：5有一个由4段组成的单功能非线性流水线，其非线性流水线的预约表如下：（1）写出延迟禁止表、初始冲突向量，画出冲突向量的状态转移图。（2）写出该非线性流水线的最佳调度方案及其最大吞吐率。5.解：（1）延迟禁止表为：F=1，5初始冲突向量为：C=（10001）状态转移图：（2）显然，最佳调度方案为每隔2个节拍流入一个任务，此时最大吞吐率为：TP=1/2（任务/t）第六章第六章 参考答案：参考答案：1.交换单元的功能、拓扑结构、控制方式2.立方体PM2I混洗交换互连网络3.级控制、单元控制、部分级控制4.时间重叠资源重复资源共享5.多处理机系统多计算机系统6.

33、直通、交换、下播、上播7.松耦合紧耦合8.B9.C10.B11.D12.D13.C14.B15.C16.D17.A18.B19.B20.A1.1.解解（1 1）（2）（3）1）0#14#：A直通B交换C交换D交换7#10#：E交换F直通C交换G交换对每个交换单元的功能无矛盾要求，但第一、二级不可以用级控，可采用单元控制或部分级控。2）10#1#：H交换I交换J直通K交换15#9#：L直通M交换J交换K直通对J、K交换单元的功能有矛盾要求，因此不能直接通信。2.解（1）三级立方体互联网络图、三级PM2I互联网络图及三级混洗互联网络图分别绘图如下：（2）2#5#通信分析立方体：B交换F交换J交换PM2I：上控（26）平控（66）下控（65）混洗：C交换F交换K交换3.解（1）三级混洗互联网络图绘图如下：（2）4#号部件广播式通信第一级：A下播（11）第二级：E、F上播（10）第三级：I、J、K、L上播（10）（3）G2G1G0=1110104.解1）2）3）G2G1G0=101111