计算机组成与体系结构期末题目解析

Posted 2021-11-21 小凡it故事

文章目录

• 计算机组成与系统结构期末备考
• • 复习题目分析
  • 温馨提示
• 总结

计算机组成与系统结构期末备考

复习题目分析

• 前言

  hello，大家好，最近由于面临期末，已经快半个月没更新了。因为明天就要考计组了，所以，今天我就和大家一起分享下计算机组成的期末复习大题，内容涉及的基本是课后习题。最后也祝福大家顺利渡劫。
  特此声明：以下题目均来自课本和学习通题目。经过自己多次复习，简化出每一章节具有代表性的题目。

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• 1.假定某编译器对某段高级语言程序编译生成两种不同的指令序列S1和S2，在时钟频率为500MHz的机器M上运行，目标指令序列中用到的指令类型有A、B、C和D四类。四类指令在M上的CPI和两个指令序列所用的各类指令条数如下表所

  	A	B	C	D
  各指令的CPI	1	2	3	4
  S1的指令条数	5	2	2	1
  S2的指令条数	1	1	1	5

  请问：S1和S2各有多少条指令？CPI各为多少？所含的时钟周期数各为多少？执行时间各为多少？
  （注：从上述结果来看，对于同一个高级语言源程序，在同一台机器上所生成的目标程序不同，其执行时间可能不同，而且，并不是指令条数少的目标程序执行时间就一定少。）

  解析：此题目主要需要掌握几个公式：
  	1.程序总时钟周期数=CPI*指令条数
  	2.CPU的执行时间=时钟周期数/时钟频率（或*时钟周期--就是频率的倒数）
  	
  s1指令的条数有：5+2+2+1=10条
  S1的平均cpi=时钟周期数/指令条数
            =（5*1+2*2+2*3+1*4）/10
            =1.9
  S1所含时钟周期数=CPI*指令条数=1.9*10=19
  S1的执行时间=时钟周期数/时钟频率
            =19/500MHz
            =38ns
  注意：M=10^6。
  
  同样，S2也是这样计算。这里就不在赘述了
  

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• 2.有如下C语言程序：

  #include <stdio.h>
  union test{
  float x;
  int y;
  }z;
  void main(){
  z.y=0x C0A0 0000
  printf("%f",z.x);
  }
  

• 假定z.y 采用IEEE754 单精度浮点数格式表示，变量z在内存中存放的地址为0000 A001H, z 中的成员 均采用小端存储方式，按字节编制，回答下列问题。

• (1) 程序输出的结果是什么（采用十进制表示）?描述完整的计算与分析过程

• (2)地址为 0000A004H 的字节单元中存放的内容是什么？（用十六进制表示）

  解析：当我们第一次看到这个题目时，或许不知道怎么做，其实仔细阅读后，就是让我们做IEEE754的逆运算。这里我会采用4步，写出答案：
  
  1.将16进制数，转2进制。
  COAO 0000 = 1 100 0000 1 010 0000 0000 0000 0000 0000
  
  2.求出指数阶码 e=E-127
  E=128+1=129
  		e=129-127=2= 0000 0010
  		从符号为S可以看出 答案为负数。
  3.求包含隐藏位1的尾数1.M
  		所以M=(1.01)2
  4.X=(-1)^s*1.M*2^e
  =-1.01*2^2
  =-101.0
  =-5.0
  程序输出的结果是 -5.0
  ------
  关于第二问，主要考察我们队大端、小端的理解，这里我说下我的记忆方法：（C0A0 0000H）
  大端：就是从左向右写，c0 a0 00 00
  小端，就是从右往左写。00 00 a0 c0
  所以根据题目，我们列出表格如下：
  0000 A001	00
  0000 A002	00
  0000 A003	A0
  0000 A004	C0
  发现 0000A004H 存放的是 c0
  
  

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• 3.假设要传送的数据信息为：100011，若约定的生成多项式为：G(x)= x3+1，则校验码为多少？假定在接收端接收到的数据信息为100010，说明如何正确检测其错误，写出检测过程。

  解析：关于CRC校验，这里只需要细心，基本都不会出错。这里我说下我的解题步骤：
  1)	求CRC校验码：
  1.展开多项式，写出除数
  G(x)= x3+1
      =1*x^3+0*x^2+0*x^1+1*x^0
      =1001
    
  2.原数据末端加0(添加最高次项 数个0)，此题3个0
  原数据=100011，加3个0得：
       100011 000
  
  3.从左往右，一次进行亦或运算。得出余数
             100 111
          ----------
  1001    100011 000
          1001
          ---------
             111 0
             100 1
          -----------
              111 0
              100 1
              ---------
               11 10
               10 01
               ------
                1 11  余数111
                
   所以，CRC校验码是：100011 111
   
   2)	检测时， 用接收到的CRC码去模2除生成多项式1001，若得到的余数为0，则表明正确，否则说明传输时发生了错误。此题中接收到的CRC码为100010 111（即数据100010加检验位111），显然，用100010 111 模2除 1001，得到余数为001，不为0，说明传输时发生错误。
  

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• 4假设某信息码为：0100 1101，请按偶校验原则求其海明码

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• 6.假设某计算机字长32位，CPU有32个32位的通用寄存器，指令长度为单字长，指令操作码占6位。请回答以下问题，注意写出分析过程：

  • (1)对于存储器直接寻址方式的RS型指令，能直接寻址的最大主存空间是多少?

  • (2)对于采用通用寄存器作为基址寄存器的RS型指令，则能直接寻址的最大主存空间是多少?

  解析：关于指令系统的话，我觉得很可能考教材115页，例题4-1。那道题能搞懂就搞懂，搞不懂就寄一个公式。
  K0=[(2^4-K2)*2^6-K1]*2^6
  如果看不懂，可以qq或博客私信我
  
  如果考察这个题目的话，考试很可能变下数字，所以我们需要搞清楚指令的基本格式即可算出。
  分析：计算机字长 32位，说明一共32位。32位的通用寄存器，说明有5位寄存器编号，同时还指明了操作码占6位
  所以 块内地址占 32-5-6=21位，- 能直接寻址的最大主存空间是2^21
  
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  第二问，他说采用通用寄存器
  基址寻址的R-S型指令的一个操作数在寄存器中，另外一个操作数在基址寻址的内存单元中，因为采用通用寄存器作为基址寄存器，所以必须在指令中明显指出基址寄存器是哪个通用寄存器，所以基址寄存器的编号占5位，剩下的位数（32 – 6 - 5 – 5 = 16位）是位移量。通用寄存器的位数是32位，所以基址寄存器中的基准地址位数是32位。一个32位的数加上一个6位的数，其结果还是一个32位的数。所以，能直接寻址的最大主存空间是2^32字。
  

• 知识点补充：

  本章主要靠指令系统：
  1.指令的基本格式：
  	操作码 地址码A1  地址码A2  地址码A3
  
  2.零地址指令，只有操作码，不需要数据(常用的有开机、关机、重启)
     一地址指令，操作码 一个地址指令。(单目运算、隐含寻址)
     二地址指令，操作码  2个地址指令
     三地址值指令  操作码 3个地址指令
    
  3.指令设计
  	定长操作码 指令格式:操作码的长度，固定的  2^k 条不同指令
  	若操作码 为4位，最多只能有2^4=16条不同指令
  	
  	扩展操作码指令格式：
  	操作码的长度可以变，
  	基本思想，操作码最短--->操作码最长。一般从3地址到 0地址设计
  	
  	让操作码逐渐去侵占 地址码。
  	比如：4位到8位，到12位。
  0001~1111 16个，但是只用15个。所以1111用来侵占第一个地址码A1
  所以，此时操作码为：1111 1110,前面4位是不能用的，所以从后面4位用。还是 从0001~1110
  	
  

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• 7.假设地址为1200H的内存单元中的内容为12FCH，地址为12FCH的内存单元的内容为38B8H，而38B8H单元的内容为88F9H。说明以下各情况下操作数的有效地址和操作数各是多少？

  1）操作数采用变址寻址，变址寄存器的内容为12，指令中给出的形式地址为1200H。

  （2）操作数采用一次间接寻址，指令中给出的地址码为1200H。（3） 操作数采用寄存器间接寻址，指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H。

  解析：
  （1）有效地址EA=000CH+1200H=120CH，操作数未知。
  （2）有效地址EA=(1200H)=12FCH，操作数为38B8H。
  （3）有效地址EA=1200H，操作数为12FCH。
  
  

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• 8.指令流水线

  下面是一段指令序列：

  add $t1, $s1, $s0

  sub $t2, $s0, $s3

  add $t1, $t1, $t2

  以上指令序列中，哪一条指令发生数据相关？

  假定采用"取指、译码/取数、执行、访存、写回"这种五段流水线方式，那么不用"转发"技术的话，需要在发生数据相关的指令前加入几条nop指令才能使这段程序避免数据冒险？

  如果采用"转发"是否可以完全解决数据冒险？

  解析：这个题目记住就好了，理解题，理解了数据冒险就好了。
  
  因为第一条和第二条指令会更新第三条指令用到的寄存器的值，有可能导致第三条指令取操作数时得到的是更新前的数据，这样第三条指令就不能正确执行，所以第三条指令发生数据相关。
  
  不进行“转发”的话，就只能通过在第三条指令前加nop指令来延迟第三条指令的执行。因为只有第二条指令把数据写回到$t2，第三条指令才能从$t2取到正确的值，所以，第二条指令的“回写”流水段后面是第三条指令的“译码/取数”流水段，为此，在第二和第三条指令之间必须插入三条nop指令。
  
  

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• 9.用256×8位的RAM芯片扩展为1k×8位的RAM，请回答以下问题：

  a. 共需要几块芯片，采用何种扩展方式？

  b. 请将以下CPU与存储器的连接图补充完整。

  c. 请写出各芯片的地址范围。

  解析：需要几片芯片，如果你是在不会算，题目会给你图，让你连接线。可以直接看出几块芯片。这里我按正常算法去做题：
  
  a:共需要的芯片
           =1k*8/256*8=2^2=4(片)
  又256*8 和1k*8 ，都是8位，位没变，所以是字扩展
  
  

• b 绘图题：
  

• c 地址范围：
  

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• 10.假设某计算机的主存地址空间大小为128MB,采用字节编制方式，其Cache数据区容量为4KB，采用直接相关联映射方式，块大小为 64B

  (1) 主存地址字段如何划分？说明每个字段的含义，位数

  (2)若只考虑每个Cache行包括1个有效位，标记字段和数据区，该Cache的总容量有多少位？

  (3)假设 Cache初始为空，CPU一次从0号地址单元顺序访问到1023单元，重复访问10次。若cache命时间为 1个时钟周期，缺失时间为10个时钟周期，求CPU访存的平均时间为多少时钟周期？

  解析：在我整理的8个题目里，我觉得这个题目是最难的，难于它的命中率。下面我尽量写详细它的过程及思路。
  （1）
  首先，他说采用直接相关映射。所以主存格式为：
  标记位 行索引 块内地址  三个组成 
  
  题目说主从地址空间 128MB，那么说明它有 20+7=27位。
  假如这里换成 256MB 那么它有 20+8=28位
  
  Cache数据区容量 4KB,采用直接映射，块大小64B。所以它的行数有:
  4KB/64B =2^12/2^6=64(行)。
  所以，它需要2^6=64，6位做行 索引。
  
  又因为快大小64B。块内地址占的位数为：2^6=64，块内地址占 6位。、
  综上：标记 占的位数有：27-6-6=15
  
  
  （2）由题意只考虑有效位，标记字段和数据区，标记字段为15bit和有效位1bit，数据阵列为64B=64*8bit，cache行有4K/64B=64，则
  Cache的总容量为：64*(15+1+64*8) = 33792bit4
  
  （3）内存0~1023单元大小为1024B，由于块大小为64B，则1024B/64B=16块,即内存0~1023单元为内存的前16块，则一共只有16次访问内存，可得命中率为：
  
  R=（1024*10-16）/(1024*10)  = 1 – 16/(1024*10) 
  
  cpu的平均访存时间周期ta = tc  + (1-R)* tm   (该公式见教材P256)
  ta = tc  + (1-R)* tm = 1 + (16*10)/(1024*10) = 10400/10240 = 1.016时钟周期
  
  

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• 11.若某计算机有4级中断，中断响应优先级为1>2>3>4，而中断处理优先级为1>4>3>2。要求：

  (1)设计各级中断处理程序的中断屏蔽位(假设1为屏蔽，0为开放)；

  (2)若在运行主程序时，同时出现第1、3、4中断请求，而在处理第2级中断过程中，又同时出现1、3、5级中断请求，试画出此程序运行过程示意图。

  关于这个题目，要多看教材描述，相信肯定可以看懂，这个题目看懂了，就不难了。这里我截取了教材一部分题目，做个描述，尽量让你明白。
  

• 中断屏蔽
  

• 运动轨迹
  

  对于这里，我直接写分析过程。
  关于屏蔽字，首先自己屏蔽自己，其次是根据处理优先级屏蔽。前面的开放，后面的屏蔽。
  

温馨提示

• 考前准备

  明天考试时间是上午 9:00~11:00。
  考试一定要备好考试工具，当做高考就行
  需要准备的有：
  	1.准考证
  	2.身份证
  	3.学生证
  	4.B+B铅笔
  	5.黑色中性笔
  	6.最好带上尺子，涉及画图
  

  

总结

ok！如果你看到这篇文章，请不要快速划过，它会让你期末不挂科。如果题目中有不会的可以私信我。我们一起讨论.大家也可以根据自己情况复习，我挑的是个人觉得重点，不一定会考
最近我已经把计算机网络复习的整理出来了，需要的伙伴，点个赞，关注下，考前会发布哦！