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计算机系统结构 计算机系统结构作业1 第1章 计算机系统结构的基本概念 一、解释下列术语：计算机系统结构；计算机组成；计算机实现；透明性；系列机；软件兼容；兼容机；模拟；仿真；虚拟机；宿主机；指令流；数据流；Amdahl定律；CPI；MIPS；MFLOPS。 二、硬件和软件在什么意义上是等效的?在什么意义上是不等效的?试举例说明。 三、假设高速缓存Cache工作速度为主存的5倍，且Cache桩访问命中的概率为90％，则采用Cache后，能便整个存储系统获得多高的加速比SP？ 第2章 指令系统 一、一台计算机系统要求浮点数的精度不低于10 -7.2，表数范围正数不小于10 38，且正、负数对尾数用原码、纯小数表示，阶码用移码、整数表示。 1．设计这种浮点数的格式。 2．计算(1)所设计浮点数格式实际上能够表示的最大正数、最大负数、表数精度和表数效率。 二、一台处理机具有如下的指令格式 1 3位 X OP 寄存器 地址 其中， 1．每个指令字中专门分出3位来指明选用哪一个通用寄存器(12位)； 2．最高位用来指明它选定的那个通用寄存器将用作变址寄存器(X=1时)； 3．主存容量最大为16384字。问： (1)假如我们不用通用寄存器也能直接访问主存中的每一个操作数，同时假设有用的操作码位数至少有7位，试问：在此情况下，地址码域应分配多少位? OP码应分配多少位?指令字应有多少位? (2)假设条件位X=0，且指令中也指明要使用某个通用寄存器，此种情况表明指定的那个通用寄存器将用基值寄存器。请提出一个硬件设计规则，使得被指定的通用寄存器能访问主存中的每一个位置。 (3)假设主存容量扩充到32768字，且假定硬件结构已经确定不变，问采用什么实际方法可解决这个问题? 三、试回答有关RISC、CISC以及超标量的结构问题 1．就指令格式．寻址方式和每条指令的周期数CPI等方面比较RISC和CISC处理机的指令系统结构。 2．就指令发射，流水线和处理机性能等方面说明标量RISC和超标量RISC之间的区别。 四、在某个程序中，简单指令占80％，复杂指令占20％。在CISC机中简单指令执行需4个机器周期，复杂指令执行需8个周期。在RISC机中简单指令执行只需1个周期，而复杂指令要通过一串指令来实现。假定每条复杂指令平均需要14条简单指令，即需要14个周期，若该程序中需执行的总指令数为1000000，TC为l00ns，那么： 1．RISC机需执行的指令数为多少? 2. CISC和RISC机的CPU时间分别为多少？ 3．RISC机对CISC机的加速比为多少? 五、如指令执行过程采用顺序执行方式，一次重叠方式和流水线方式，它们的主要差别是什么?各有什么优缺点? 计算机系统结构作业2 第3章存储系统 一、试解释以下与高速缓存结构有关的术语： 1．低位存储器交叉存取； 2．物理地址与虚拟地址高速缓存的比较； 3．原子与非原子存储器存取的比较； 4．存储器带宽与容错。 二、试比较四种高速缓存组织的优缺点 1．直接映射高速缓存； 2．全联想高速缓存； 3．组联想高速缓存； 4．区段映射高速缓存。 三、设有一个主存储器，它包含4个存储器模块，每个模块有256个字。再假定每个高速缓存块中有16个字，高速缓存的总容量是256个字。使用组联想映射将高速缓存块定位到块框中。高速缓存被分成4组。 1．说明在主存储器的4路低位交叉存取结构中全部1024个字的地址分配。 2．存储器有多少块，高速缓存有多少块框。 3．说明在两层存储器系统中对每个字进行寻址所需的位字段。 4．表示出从主存储器的块到高速缓存的组的映射关系，并解释如何利用标记字段在每组范围内定位一个块框。 四、假定有一个处理机台数为p的共享存储器多处理机系统。设m为典型处理机每条指令执行时对全局存储器进行访问的平均次数。设t为共享存储器的平均存取时间，x为使用本地存储器的单处理机MIPS速率，再假定在多处理机的每台处理机上执行n条指令。 1．根据参数m , t , x , n和p，确定多处理机的有效MIPS速率。 2．假设一台多处理机有p =32台RISC处理机，m =0．4，t =1us,要使多处理机的有效性能达到56MIPS,需要每台处理机的MIPS速率是多少(即x =?)? 第4章 输入输出系统 一、某磁盘存储器转速为3000转／min，共有4个记录面，每道记录信息为12288B，最小磁道直径为230mm，共有275道。问： 1．磁盘存储器的存储容量是多少? 2．最高位密度是多少? 3．磁盘数据传输率是多少? 二、已知某磁盘存储器的转速为2400转／min，每个记录