计算机组成原理本科生期末试卷(五)部分答案详解
更新时间:2024-04-09 23:11:01 阅读量: 综合文库 文档下载
本科生期末试卷(五)
二、简答题(每小题8分,共16分)
1 画图说明现代计算机系统的层次结构。
2 CPU中有哪几类主要寄存器?用一句话回答其功能。
三、计算题(12分)
CPU执行一段程序时,cache完成存取的次数为2420次,主存完成的次
数为80次,已知cache存储周期为40ns,主存存储周期为200ns,求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
命中率 H = Ne / (NC + Nm) = 2400 / (2400 + 200) = 0.968<0.98
主存慢于cache的倍率 :r = tm / tc = 200ns / 40ns = 5
访问效率 :e = 1 / [r + (1 – r)H] = 1 / [5 + (1 – 5)×0.968] = 83.3% 平均访问时间 :ta = tc / e = 40ns / e
四、设计题(14分)
某机器单字长指令为32位,共有40条指令,通用寄存器有128个,主存最大寻址空间为64M。寻址方式有立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基值寻址、相对寻址六种。请设计指令格式,并做必要说明。(此题只可参考,答案有误)
解:由已知条件,机器字长16位,主存容量128KB / 2 = 64KB字,因此MAR = 18位,共128条指令,故OP字段占7位。采用单字长和双字长两种指令格式,其中单字长指令用于算术逻辑和I / O类指令,双字长用于访问主存的指令。 15 9 5 4 3 2 0
15 9 8 6 5 3 2 0
OP X R2 OP R1 R2 D
寻址方式由寻址模式X定义如下:
X = 000 直接寻址 E = D(64K)
X = 001 X = 010 X = 011 X = 100
立即数 相对寻址 基值寻址 间接寻址
D = 操作数
E = PC + D PC = 16位 E = Rb + D ,Rb =16 位 E = (D)
X = 101 变址寻址 E = RX + D ,RX = 10位
五、证明题(12分)
一条机器指令的指令周期包括取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、写回(WB)四个过程段,每个过程段1个时钟周期T完成。
先段定机器指令采用以下三种方式执行:①非流水线(顺序)方式,②标量流水线方式,③超标量流水线方式。 请画出三种方式的时空图,证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。
六、设计题(16分)
CPU的数据通路如图1所示。运算器中R0~R3为通用寄存器,DR为数据缓冲寄存器,PSW为状态字寄存器。D-cache为数据存储器,I-cache为指令存储器,PC为程序计数器(具有加1功能),IR为指令寄存器。单线箭头信号均为微操作控制信号(电位或脉冲),如LR0表示读出R0寄存器,SR0表示写入R0寄存器。 机器指令“STO R1,(R2)”实现的功能是:将寄存器R1中的数据写入到以(R2)为地址的数存单元中。请画出该存数指令周期流程图,并在CPU周期框外写出所需的微操作控制信号。(一个CPU周期含T1~T4四个时钟信号,寄存器打入信号必须注明时钟序号)
解:
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