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加油,加油,加油!!!! 目录 一、填空题 二、选择题 三、简答计算题 1,补码定点加减法计算 2,寻址方式 3,异步串行通信字符 4,磁盘计算 5,中断屏蔽字 四、大题 1,补码一位乘 2,微指令 3,存储器扩展 2021年8月29日:更新三种映射的地址计算 一、填空题1,cpu的组成:运算器+控制器 2,软件的分类:应用软件和系统软件 3,cache命中率计算: 题目:假设某计算机的存储系统由cache和主存组成。某程序执行过程中访存1000次,其中访问cache未命中100次,则cache的命中率是 90% . 解:(1000-100)/ 1000=900/1000=90% 注:Nc表示cache完成存取总次数,Nm表示主存完成存取总次数,h表示 cache 命中率 h = Nc / ( Nc + Nm ) 4,根据定义选择映射方式: 题目:在Cache的地址映射中,凡主存中任意一块均可映射到Cache内的任意一块位置上,则这种映射方法称为 全相联映射 cache内存的地址映射主要有以下三种方式: ①、直接映射: 指主存的一个字块只能映像到Cache的一个准确确定的字块中。 特点:主存的字块只可以和固定的Cache字块对应,方式直接,利用率低。 ②、全相联映射: 全相联映射是指主存中任意一个块都可以映射到Cache中任意一个块的方式,也就是说,当主存中的某一块需调入Cache时,可根据当时Cache的块占用或分配情况,选择一个块给主存块存储,所选的Cache块可以是Cache中的任意一个块。 特点:贮存中的字块可以和Cache的任何字块对应,利用率高,方式灵活,标记位较长,使用成本太高。 ③、组相联映射: 是对全相联和直接映像的一种折中的处理方案。既不在主存和Cache之间实现字块的完全随意对应,也不在主存和Cache之间实现字块的多对一的硬性对应,而是实现一种有限度的随意对应。 特点:折中方案。组间全相联,组内直接映像。集中了两个方式的优点。成本也不太高。最常见的Cache映像方式。 地址计算 主存地址长度:主存中存储单元个数为,则主存地址长度就是10 Cache地址长度:Cache中存储单元个数为,则Cache地址长度就是10 t:主存地址长度 - Cache地址长度 c:Cache可以被分为块 m:主存可以被分为块 b:块长为2的b次方(按访存地址计算) m = t + c m=主存地址长度 - b 主存地址长度 = t + c + b 2.全相联映射 全相联中的t,c,b,m和直接映射中的都一样 3.组相联映射 2的c次方表示Cache的总块数 2的q次方 表示Cache分组个数(分组个数=分块个数/组内块数) 2的r次方 表示组内包含的块数(r=1,每组包含2块,叫做二路组相联) s = t + r q = c - r 5,cpi的计算:CPI=总的时钟周期数/IC IC为总的指令数 6,寄存器-寄存器,寄存器-存储器,存储器-存储器三种类型速度快慢/三类指令中,哪类指令的执行时间最长? 速度:寄存器-寄存器>寄存器-存储器>存储器-存储器 时间长短:存储器-存储器>寄存器-存储器>寄存器-寄存器 存储器-存储器最长(慢),寄存器-寄存器最短(快),因为不用经过内存 寄存器一般是集成CPU的内部,而存储器是在CPU的外部 寄存器的存取时间与存储器的存取时间不是一个数量级,前者要快很多 7,总线判优 集中式中三种方式及其特点 对电路故障最敏感的是:链式查询方式 响应速度最快的是:独立请求方式 ①.链式查询方式: 注:在查询链中离总线控制器最近的部件具有最高优先权,离总线控制器越远,优先权越低。 链式查询通过接口的优先权排队电路实现。 优点:结构简单,主要运用在简单的嵌入式系统中 缺点:速度慢,需要一直向下查询,对电路故障特别敏感 BR(Bus Request) 总线请求线 ;BG (Bus Grant ) 总线响应线;BS(Bus State) 总线状态线。 ②.计数器定时查询方式: 注:计数器的初值可用程序设置,以方便地改变优先次序。当然这种灵活性是以增加控制线数为代价的。 如果计数器的初值是从0开始,各部件的优先次序与链式查询法相同。 如果从中止点开始,则每个设备使用总线的优先级相等。 BR(Bus Request) 总线请求线 ;BS(Bus State) 总线状态线。没有BG线。 ③.独立请求方式 优点:响应时间快,对优先次序的控制相当灵活 缺点:控制线数增加了很多 BR(Bus Request) 总线请求线 ;BG (Bus Grant ) 总线响应线;没有BS线。 例题:在集中式总线控制独立请求方式下,若有N个设备,则( ) A.有N个总线请求信号和1个总线响应信号 B.有N个总线请求信号和N个总线响应信号 C.有1个总线请求信号和N个总线响应信号 D.有1个总线请求信号和1个总线响应信号 8,I/O设备与主机交换信息时,共有哪几种控制方式? ①程序直接控制方式:也称查询方式,采用该方式,数据在CPU和外设间 的传送完全靠计算机程序控制,CPU的操作和外围设备操作同步,硬件结构简单,但由于外部设备动作慢,浪费CPU时间多,系统效率低。 ②程序中断方式:外设备准备就绪后中断方式主动通知CPU,在CPU相应 I/O设备的中断请求后,在暂停现行程序的执行,转为I/O设备服务可明显提高CPU的利用率,在一定程度上实现了主机和I/O设备的并行工作,但硬件结构负载,服务开销时间大 ③DMA方式与中断方式一样,实现了主机和I/O设备的并行工作,由于DMA 方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送,传送期间不需要CPU程序干预,CPU可继续执行原来的程序,因此CPU利用率和系统效率比中断方式更高,但DMA方式的硬件结构更为复杂。 I/O与主机交换信息的控制方式中, 程序查询 方式CPU和设备是串行工作的。 程序中断 和 DMA方式 CPU和设备是并行工作的,前者传送与主程序是并行的,后者传送和主机是串行的。 9,给出芯片存储容量 ,计算总位数: 某DRAM芯片,其存储容量为512K×8位,该芯片的地址线和数据线数目为19, 8 ,总位数为 27 解:由存储容量可知,512K=2的9次方K=2的19次方,即地址线位数位19位,数据线位数为8位,故总位数为19+8=27位。 另一种题型:若一存储有m根地址线,n根数据线,则其存储容量最大可达到:2的m次方×n 例:存储器有10根地址线,8根数据线(8位输出),则存储容量为 1K×8位 解:2的10次方 ×8位,因为 2的10次方=1K,所以为1K×8位。 10,忘了,暂时想不起来了....... 二、选择题1,立即寻址,直接寻址,间接寻址速度排序:立即>直接>间接 2, 存储器的层次结构: 缓存–主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题。由于缓存的速度比主存的速度高,只要将CPU近期要用的信息调入缓存,CPU便可以直接从缓存中获取信息,从而提高访存速度。但由于缓存的容量小,因此需不断地将主存的内容调入缓存,使缓存中原来的信息被替换掉。主存和缓存之间的数据调动是由硬件自动完成的,对程序员是透明的。 主存-辅存层次主要解决存储系统的容量问题。辅存的速度比主存的速度低,而且不能和CPU直接交换信息,但它的容量比主存大得多,可以存放大量暂时未用到的信息。当CPU需要用到这些信息时,再将辅存的内容调人主存,供CPU直接访问。主存和辅存之间的数据调动是由硬件和操作系统共同完成的。 3,冯诺依曼特点 冯•诺依曼(Von Neumann)机工作方式的基本特点是什么。 A、多指令流单数据流 B、按地址访问并顺序执行指令 C、堆栈操作 D、存储器按内容选择地址 冯.诺依曼计算机的特点是: ①计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成; ②指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问; ③指令和数据均用二进制表示; ④指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置; ⑤指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行; ⑥机器以运算器为中心(原始冯·诺依曼机)。 关于冯·诺依曼计算机的例题: ①现代计算机组织结构是以( )为中心,其基本结构遵循冯•诺依曼思想。 A、 寄存器 B、 存储器 C、 运算器 D、 控制器 ②下列描述中正确的是哪个? A、控制器能够识别、解释和执行所有的指令及存储结果 B、计算机主要由输入输出单元、控制器、存储器和算术逻辑单元构成 C、所有的数据运算都在控制器中完成 D、其它三者都正确 冯•诺依曼计算机中, ③CPU区分从存储器取出的是指令还是数据的依据是什么? A、指令译码结果的不同 B、访问指令和访问数据时寻址方式不同 C、访问指令和访问数据时所处的指令执行阶段不同 D、指令和数据所在的存储单元地址范围不同 ④以下有关冯•诺依曼结构计算机指令和数据表示的叙述中,正确的是什么? A、指令和数据可以 从形式上加以区分 B、指令以二进制形式存放,数据以十进制形式存放 C、指令和数据都以二进制形式存放 D、指令和数据都以十进制形式存放 ⑤冯•诺依曼计算机工作方式的基本特点是是什么? A、程序从键盘输入的同时被计算机执行 B、程序直接从磁盘被 读到CPU中执行 C、程序中的指令按地址被访问并自动按序执行 D、程序被自动执行而数据通过手工输入。 ⑥以下是关于冯诺依曼计算机结构的叙述中,其中错误的是是什么? A、计算机由运算器、控制器、存储器和输入输出设备组成 B、程序由指令和数据构成,存放在存储器中 C、指令由操作码和地址码两部分组成 D、指令按地址访问,所有数据在指令中直接给出 ⑦以下关于冯•诺依曼计算机工作方式的叙述中,错误的是什么 。 A、计算机完成的所有任务都必须通过执行相应的程序来完成 B、某任务用某语言(如 C++)编好程序后,一旦被启动,则马上可调至主存直接执行 C、程序执行时,CPU 根据指令地址自动按序到内存读取指令并执行 D、冯•诺依曼计算机工作方式为“存储程序”控制方式 4, 控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常这种控制命令叫做微命令,是最小单位,组成微指令,而执行部件接受微命令后所执行的操作就叫做微操作。 在机器的一个CPU周期中,一组实现一定操作功能的微命令的组合,构成一条微指令。 事实上一条机器指令的功能是由许多条微指令组成的序列来实现的。这个微指令序列通常叫做微程序。 5, 注:移码的零的表示形式也是唯一的 6.缓存,寄存器,辅存...特性比较 记住这幅图就好 7,浮点数的表示范围和精度取决于______。 A.阶码的位数和尾数的位数 B.阶码采用的编码和尾数的位数 C.阶码的位数和尾数采用的编码 D.阶码采用的编码和尾数采用的编码 8,指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是 A、实现存储程序和程序控制 B、缩短指令长度、扩大寻址空间、提高编程灵活性 C、可以直接访问外存 D.提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度 9,I/O采用统一编址时,进行输入输出操作的指令是()。 A、控制指令 B、访存指令 C、输入输出指令 D、伪指令 10, 加法器电路相对于减法器来说要简单很多,成本就少很多 三、简答计算题 1,补码定点加减法计算①会计算 (X+Y)补=X补+Y补 (X-Y)补=X补+(-Y补) ②判断是否溢出,若溢出说明上(正)溢还是下(负)溢 2,寻址方式 ①根据给出地址根据表格可计算查询到操作数 例:某计算机有变址寻址、间接寻址和相对寻址等方式,设当前指令的地址码部分为001AH,正在执行的指令所在地址为1F05H,变址寄存器中的内容为23A0H,已知存储器的部分地址及相应内容如图,请填充: 地址 内容 001AH 23A0H 1F05H 2400H 1F1FH 2500H 23A0H 2600H 23BAH 1700H (1)当执行取指令时,如为变址寻址方式则取出的数为(1700H) (2)如为间接寻址方式则取出的数为(2600H) (3)当执行转移指令时,转移地址(1F21H) 解: 1 变址寻址,操作数的有效地址是 变址寄存器的内容+指令地址码的部分. 23A0+001A=23BAH,对应的内容就是1700H. 2 间接寻址方式,指令的操作码部分给出的是操作数的有效地址的地址,也就是说001AH的内容是操作数的有效地址,001A中是23A0H.地址为23A0H中的内容就是操作数,也就是2600H. 3 转移指令采用的是相对寻址,是地址码部分+PC的值形成有效地址.当前指令的地址为是1F05H,也就是PC的值.按照答案看,取出当前的指令后,PC的值会加2.就变成了1F07H,再加上001A,就是1F21H.这就是转移的地址. PC的值怎么变化要给出具体的规定.本题是指令取出1个字节,PC+1. 若该计算机还有立即寻址,则取出的数即为指令的地址码:001AH, 若有直接寻址,则取出的数为:地址码001AH对应的23A0H。 3,异步串行通信字符①给出格式,计算波特率 ②根据格式写出给定数字的异步串行通信字符 波特率为单位时间内传输的二进制数据的位数 比特率为单位时间内传输的二进制有效数据的位数 例:在异步串行传送系统中,字符格式为:1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。若要求每秒传送120个字符,试求传送的波特率和比特率。 解: 一帧 =1+8+1+2 =12位 波特率 =120帧/秒×12位 =1440波特 比特率 = 1440波特×(8/12 =960bps 或:比特率 = 120帧/秒×8 =960bps 起始位+数据位+校验位+终止位 起始位:一般为0 数据位:从数据最低位开始传输 校验位:一般为1位,奇偶校验,值为0或1 终止位:一般为1位有时也可以为2位,值一般为1 具体位数看题目规定 例 用异步串行传输方式发送8位十六进制数据95H。要求字符格式为:1位起始位、8位数据位、1位偶校验位、1位终止位。 解:95H=1001 0101 ,已有偶数个1,则偶校验位为0 异步串行传送在起始位之后传输的是数据位的最低位(95H的最低位D0=1),而且数据位的最高位(95H的最高位D7=1)传输之后传输校验位,最后是终止位。 故为 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 4,磁盘计算①计算磁盘容量 ②根据转速计算 数据传输率=每条磁道的容量/旋转一圈的时间 数据传输率=位密度 X 线速度, 又因为线速度=周长 X 转速 , 因此数据传输率=位密度 X 周长 X 转速。 又位密度 X 周长=每个磁道的总位数, 因此数据传输率=每个磁道的总位数 X 转速。 例:每条磁道有12个扇区,每个扇区512B,磁盘机以7200rpm速度旋转 解: 磁道容量:12×512B 数据传输率:12×512B×(7200rpm/60s)=737280Bps 例:磁盘组有6片磁盘,最外两侧盘面可以记录,存储区域内径22cm,外径33cm,道密度为40道/cm,内层密度为400位/cm,转速3600转/分。 (1)共有多少存储面可用? (2)共有多少柱面? (3)盘组总存储容量是多少? (4)数据传输率是多少? 解: (1)共有:6×2 = 12个存储面可用; (2)有效存储区域 =(33-22)/2= 5.5cm 柱面数 = 40道/cm × 5.5cm= 220道 (3)内层道周长=22*Π(圆周率)cm= 69.08cm 道容量=400位/cm×69.08cm= 3454B 面容量=3454B×220道 = 759 880B 盘组总容量 =759,880B×12面= 9,118,560B (4)转速 = 3600转 / 60秒 = 60转/秒 数据传输率 = 3454B × 60转/秒= 207,240 B/S 注意: 1)Π(圆周率)的精度选取不同将引起答案不同,一般取两位小数; 2)柱面数 盘组总磁道数(=一个盘面上的磁道数) 3)数据传输率与盘面数无关; 4)数据传输率的单位时间是秒,不是分。 5,中断屏蔽字①根据题目要求写出各个程序的中断屏蔽字并画图 注意:题目中1,0分别代表什么, 是1代表中断屏蔽,0代表中断开放;←书上是这种 还是1代表中断开放,0代表中断屏蔽。←出题有可能是这种 仔细审题!!! 中断屏蔽技术主要用于多重中断。 对应每一个中断请求触发器就有一个屏蔽触发器,将所有的屏蔽触发器组合在一起,就成了一个屏蔽寄存器,屏蔽寄存器中的内容称为屏蔽字。 屏蔽技术可改变优先等级 严格地说,优先级包含响应优先级和处理优先级。响应优先级是指CPU响应各中断源请求的优先次序,这种次序往往是硬件线路已设置好的,不便于改动。处理优先级是指CPU实际对各中断源请求的处理优先次序。如果不采用屏蔽技术,响应的优先次序就是处理的优先次序。 例如,有A、B、C、D,4个中断源,其优先级按A→B→C→D 由高向低次序排列。 在CPU执行主程序期间,同时出现了B和C的中断请求,由于B级别高于C,故首先执行B的服务程序。 当B级中断服务程序执行完返回主程序后,由于C请求未撤销,故CPU又再去执行C级的中断服务程序。 若此时又出现了D请求,因为D级别低于C,故CPU不响应, 当C级中断服务程序执行完返回主程序后再去执行D级的服务程序。 若此时又出现了A请求,因A级别高于D,故CPU暂停对D级中断服务程序的执行,转去执行A级中断服务程序,等A级中断服务程序执行完后,再去执行D级中断服务程序。 上述的中断处理示意图如图所示。 例:设某机有五个中断源L0、L1、L2、 L3、L4,按中断响应的优先次序由高向低排序为L0→L1 →L2 →L3 →L4,现要求中断处理次序改为L1→L4 →L2 →L0 →L3,根据下面的格式,写出各中断源的屏蔽字。 解:各中断源屏蔽状态见下表: 中 断 源 屏 蔽 字 0 1 2 3 4 L0 L1 L2 L3 L4 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 表中:设屏蔽位=1表示屏蔽,屏蔽位=0表示中断开放。 为了使所有中断都能得到及时响应,现行程序的中断屏蔽字一般设为全开放(全0)状态。 讨论:按照修改过的优先次序,当五个中断请求信号同时到来时,CPU中断处理过程如下图: 图中括号内为各程序的屏蔽码。 注意:中断屏蔽码的判优作用体现在对低级中断请求的屏蔽上,对于多个同时到来的高级中断请求信号之间则只有开放作用,没有判优作用。此时还需依赖硬件排队线路完成进一步的判优。 中断处理过程示意图(画法二:时空图表示) 例 设某机有4个中断源1,2,3,4,其硬件排队优先次序按1→2→3→4降序排列,各中断源的服务程序中所对应的屏蔽字如表所示。 中断源 屏蔽字 1 2 3 4 1 1 1 0 1 2 0 1 0 0 3 1 1 1 1 4 0 1 0 1 (1)给出上述4个中断源的中断处理次序。 (2)若4个中断源同时有中断请求,画出 CPU执行程序的轨迹。 解: (1)根据表,4个中断源的处理次序是按3→1→4→2降序排列。 (2)当4个中断源同时有中断请求时,由于硬件排队的优先次序是1→2→3→4,故CPU先响应1的请求,执行1的服务程序。 由于在该服务程序中设置了屏蔽字1101,故开中断指令后转去执行3的服务程序,且3的服务程序执行结束后又回到1的服务程序。 1的服务程序结束后,CPU还有2,4两个中断源请求未响应。 由于2的响应优先级高于4,故CPU先响应2的请求,执行2的服务程序。 在2的服务程序中由于设置了屏蔽字0100,意味着1,3,4可中断2的服务程序。 而1、3的请求已处理结束,因此在开中断指令之后转去执行4的服务程序,4的服务程序执行结束后又回到2的服务程序的断点处,继续执行2的服务程序,直至该程序执行结束。 下图示意了CPU执行程序的轨迹。 四、大题 1,补码一位乘校正法(需考虑乘数正负) 例:已知[x ]补= 1.0101,[y]补=0.1101,求[x · y]补。 解;因为乘数y >0,所以按原码一位乘的算法运算,只是在相加和移位时按补码规则进行,如表所示。考虑到运算时可能出现绝对值大于1的情况(但此刻并不是溢出),故部分积和被乘数取双符号位。 部分积 乘数 说明 00.0000 + 11.0101 1101 初值[z0]补=0 y4=1,+[x]补 11.0101 11.1010 11.1101 + 11.0101 1110 0111 →1位,得[z1]补,乘数同时→1位 y3=0,→1位,得[z2]补,乘数同时→1位 y2=1,+[x]补 11.0010 11.1001 + 11.0101 01 0011 →1位,得[z3]补,乘数同时→1位 y1=1,+[x]补 10.1110 11.0111 001 0001 →1位,得[z4]补 故 乘积[x×y]补=1.0111 0001 例:已知[x]补 =0.1101,[y]补 = 1.0101,求[x· y]补 解;因为乘数y |
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