《計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)習(xí)題課》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)習(xí)題課（36頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式

2、,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,計(jì)算機(jī)原理與設(shè)計(jì)習(xí)題,2,簡(jiǎn)述,RISC,和,CISC,的主要差別。,CISC,（,Complex Instruction Set Computer,）是對(duì)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(zhǎng)短不一，常用的指令較短，不常用的指令較長(zhǎng)，設(shè)計(jì),CPU,時(shí)往往采用微程序的方法來實(shí)現(xiàn)這些指令，,CISC,的優(yōu)點(diǎn)是代碼緊湊，使用較少的存儲(chǔ)器，缺點(diǎn)是實(shí)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,（,R

3、educed Instruction Set Computer,）是對(duì)那些具有簡(jiǎn)單指令系統(tǒng)的,CPU,的總稱，,RISC,指令系統(tǒng)的特點(diǎn)有兩個(gè)，一是指令長(zhǎng)度固定，這有利于流水線,CPU,的設(shè)計(jì)，二是所謂的,Load/Store,結(jié)構(gòu)。,3,假設(shè)我們有兩臺(tái)計(jì)算機(jī),M1,和,M2,。,M1,的主頻是,1GHz,，,M2,的主頻是,2GHz,。每臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令都有,4,類，它們的,CPI,分別為,1,、,2,、,3,和,4,。當(dāng)同樣一個(gè)用高級(jí)語(yǔ)言編寫的程序在兩臺(tái)機(jī)器上分別編譯執(zhí)行時(shí),，,我們得到下表所列的結(jié)果。,其中的百分比是執(zhí)行時(shí)每類指令出現(xiàn)的頻率,。,試分別計(jì)算該程序在兩臺(tái)機(jī)器上的執(zhí)行時(shí)間,。,

4、如果單從執(zhí)行時(shí)間上考慮,，,哪一臺(tái)機(jī)器的性能更好,？,4,解題思路：,解：,5,試計(jì)算上題中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)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(gè),CPU,構(gòu)建一個(gè)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(gè),32,位二選一多路器,mux2x32,設(shè)計(jì)一個(gè),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

5、,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(fēng)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(fēng)格的語(yǔ)句可用,e=ena234,，中斷處理優(yōu)先次序?yàn)?3124,，要求：,（,1,）給出每級(jí)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(shí)，,1,、,2,、,3,、,4,級(jí)中斷同時(shí)有請(qǐng)求，請(qǐng)畫出,CPU,執(zhí)行程序的軌跡。,27,中斷屏蔽位表,中斷,級(jí)別,中斷級(jí)屏蔽位,1,級(jí),2,級(jí),3,級(jí),4,級(jí),目態(tài),1,1,1,1,第級(jí),0

6、,0,1,0,第級(jí),1,0,1,0,第級(jí),0,0,0,0,第級(jí),1,1,1,0,28,用戶,程序,中斷,請(qǐng)求,中斷處理程序,1 2 3 4,中斷,請(qǐng)求處理圖,29,1,、,什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為16位，存儲(chǔ)周期為100ns，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？,答：存儲(chǔ)器的帶寬是指單位時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)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(chǔ)周期為100ns的存儲(chǔ)器的帶寬為：,16b/(100ns)=16b/(100*10-9s)=160Mbps,2,、,一個(gè)字長(zhǎng)為32位的計(jì)算機(jī)，其存儲(chǔ)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：

7、128KB=2,17B，如果按字節(jié)編址，需要2,17個(gè)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(gè)字占一個(gè)地址，128KB是32K（2,15）個(gè)字，需要15根地址線，尋址范圍為02,15-1。,30,3,、,一個(gè)64K32位的存儲(chǔ)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(chǔ)芯片構(gòu)成一個(gè)具有14根地址線、8根數(shù)據(jù)線的存儲(chǔ)器，試問：,（1）該存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是多少KB？,（2）需要幾片上述存儲(chǔ)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

8、尋址空間大小為2,14,，故存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)的cache共16行，開始為空，塊大小為1個(gè)字，采用直接映射方式。CPU執(zhí)行某程序時(shí)，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(jì)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(gè)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

9、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(duì)16進(jìn)行求余，可得到各地址映射對(duì)應(yīng)的Cache塊號(hào)；,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(hào),=,字號(hào)。因此，映射公式為：,cache,行號(hào),=,主存塊號(hào),mod

10、16=,字號(hào),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(hào),-cache,行號(hào)）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,、,replac

11、e,，,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(dāng)塊大小為4個(gè)字時(shí)，cache僅有4個(gè)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(gè)字，每塊大小為,4,個(gè)字，所以，,cache,共有,4,行；主存被劃分為,

12、4,個(gè)字,/,塊，所以，主存塊號(hào),=,字號(hào),/4,。因此，,映射公式為：,cache,行號(hào),=,主存塊號(hào),mod 4=,字號(hào),/4 mod 4,。以下是映射關(guān)系（字號(hào),-,主存塊號(hào),-cache,行號(hào)）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！,