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第四章 输入输出系统
1 名词解释
中断屏蔽码、中断响应次序、中断处理次序、通道极限流量、通道实际最大流量。 [答案]略
2 从系统结构的角度来讲，I/O系统的设计对整个计算机系统有何影响？ [答案]
I/O系统的好坏直接影响到整个计算机系统的性能，即会影响系统的处理速度，因为根据Amdal定律，系统性能的性能受系统中速度最慢部分制约，因此，不论其他部件如CPU，存储系统速度再快，但是I/O系统比较慢的话，系统的性能仍然比较低。
3简述通道的工作过程。 [答案]略
4简述字节多路通道、选择型通道、数组通道的数据传输过程。 [答案]略
5 设中断屏蔽位“1”对应开放，为“0”对应屏蔽，各级中断处理程序的中断屏蔽位设置如下：
1）当中断响应先后次序为1→2→3→4时，其中断处理次序是什么？
2）如果所有的中断处理都各需3Δt，若在运行用户程序时，同时出现了2、3级中断请求，经过2Δt又同时出现了1、4级中断请求，画出程序运行过程示意图。
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6若计算机共有5级中断，中断响应的优先次序从高到低依次是1→2→3→4→5。
（1）若要将中断的优先次序改为1→4→5→2→3，设计各级中断处理程序的中断级屏蔽码（中断级屏蔽位为“1”对应屏蔽，为“0”对应开放）。
（2）若在运行用户程序时，同时出现了4、2级中断请求，而在处理第2级中断未完成时，又同时出现了第1，3，5级中断请求，请画出程序运行过程示意图。
7 设某个字节多路通道的设备选择时间为TD＝9.8üs，传送一个字节的数据传送时间为TS＝0.2üs，若某种低速外设每隔500üs发出一次传送请求，那么，该通道最多可连接多少台这样的设备？
[答案]50台（分析过程略，可参考习题书）。
8 设某个数组多路通道的设备选择时间为TS＝1üs，传送一个字节数据的传送时间为TD ＝1üs，一次传送定长数据块的大小k＝512B，现有8台外设的数据传输率分别如下表所示，问哪些设备可以连接到通道上正常工作？ 更多精品文档
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[答案]2,3,4,5,6,可连接到通道上正常工作（分析过程略，可参考习题书）。
9 一个通道型I/O系统，由一个字节多路通道A（其中包括两个子通道A1和A2），两个数组多路通道B1和B2，以及一个选择通道C构成，各通道所接设备和设备的数据传输速率如下表所示，
（1）分别结算通道A,B1,B2,C的最大流量至少为多少才不会丢失传送的数据？
（2）若整个I/O系统的流量占主存频宽的1/2时，才认为两者的速度是匹配的，问主存的频宽应达到多少？
[答案] （1）只有当A的最大流量为512KB/s，
B1的最大流量为512KB/s， B2的最大流量为512KB/s， C的最大流量为1024KB/s,时，才不会丢失数据。
（2）主存的频宽应达到5MB/S（分析过程略，可参考习题书）。
10 某个字节多路通道连接6台外设，它们的数据传输率分别如下表所示 （1）计算通道的实际流量fbyte
（2）若通道最大流量fmax.byte = fbyte，求通道的工作周期TS +TD
（3）设通道对外设数据传送请求的响应优先次序按外设的数据传输速率从高到低排序。若6台外设同时发出传送请求，请画出该通道处理这6台外设传送请求的处理时间示意图，并由此指出哪台外设会局部丢失数据？试提出避免数据丢失的解决方法。
[答案] （1）通道的实际流量fbyte=200B/s （2）通道的工作周期TS +TD =5üs
（3）处理时间示意图略，避免数据丢失的解决方法可参考教材。
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第五章 流水线技术
1. 名词解释
指令的重叠解释方式: 在解释第k条指令的操作完成之前, 就可开始解释第k+1条指令. 一次重叠: 指把一条指令的解释过程分为”分析”和”执行”两个子过程, 分别由指令分析部件和指令执行部件来完成相应的功能. 无论何时, 在指令分析部件和指令执行部件内部只有相邻的两条指令在重叠执行.
操作数相关: 指在第k条指令和第k+1条指令的数据地址之间发生关联而造成第k条指令和第k+1条指令不能同时解释的现象.
指令相关: 指第k条指令的结果会影响第k+1条指令内容而产生关联, 造成第k条指令和第k+1条指令不能同时解释的现象.
静态流水线: 指在同一时间内, 多功能流水线中的各个功能段只能按一种功能的联接方式工作.
动态流水线: 指在同一时间内, 多功能流水线中的各个功能段可按不同功能或运算的联接方式工作.
线性流水线: 流水线各段串行连接, 没有反馈回路, 各个段只经过一次.
非线性流水线: 流水线中除了由串行连接的通路外, 还有某种反馈回路, 使得一个任务流经流水线时, 需经过某个段或越过某些段.
流水线的实际吞吐率: 指从启动流水线处理机开始到流水线操作结束, 单位时间内流出的任务数.
流水线的加速比: 指流水线工作相对于等效的非流水线顺序串行工作方式, 速度提高的比值.
流水线的效率: 指流水线设备的利用率.
预约表: 它用于非线性流水线, 是一张二维的表格, 其横坐标表示流水线工作的时钟周期, 纵坐标表示流水线的功能段, 中间画”√”表示该功能段在这一时钟周期处于工作状态, 空白的地方表示该功能段在这个时刻周期不工作.
冲突向量: 用一个有N-1位的位向量来表示后继新任务间隔各种不同拍数流入流水线时, 是否会发生功能段使用的冲突, 称此位向量为冲突向量.
局部性相关: 指令相关, 主存操作数相关和通用/变址寄存器组操作数相关，只影响相关的两条或几条指令, 或至多影响流水线某些段的推后工作, 并不会改动指令缓冲器中预取到的指令的内容, 影响是局部的.
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全局性相关: 转移指令和其后的指令之间存在关联, 使不能同时解释, 其造成的对流水机器的吞吐率和效率下降的影响要比指令相关, 主存操作数相关和通用/变址寄存器组操作数相关严重得多, 它可能会造成流水线中很多已被解释的指令作废, 需要重新预取指令进入指令缓冲寄存器等, 它将会影响整个程序的执行顺序.
先写后读相关: 若后一条指令的源操作数地址与前一条指令的目的操作数地址相同, 就称这两条指令发生了先写后读相关.
先读后写相关: 若后后一条指令的目的操作数地址与前一条指令的源操作数地址相同, 就称这两条指令发生了先读后写相关.
写－写相关: 若前后两条指令使用了相同的目的操作数地址, 就称这两条指令发生了写—写相关.
超标量流水线: 指在每个时钟周期同时并行发射多条指令，并产生多个结果的流水线.
超流水线: 指在每个基本时钟周期内分时发射多条指令, 每一时刻只发射一条指令, 并产生多个结果的流水线.
超标量超流水线: 是超标量流水线与超流水流水线的结合, 指在一个基本时钟周期内能分时发射多条指令, 且每一时刻能同时发射多条指令, 并产生多个结果的流水线.
VLIW: 超长指令字，指在每个时钟周期发射一条超长指令，每条超长指令由多个短指令构成，在流水线的执行段，这些短指令被分散到不同的运算部件上并行处理，因此该流水线每个始终周期可并产生多个短指令运行结果..
2. 试解释重叠方式中出现的相关问题和解决办法.
[答] 重叠方式中出现的相关问题主要有指令相关, 主存空间数相关, 通用寄存器组数相关和通用寄存器组基址值或变址值相关等. 指令相关可转化成操作数的相关来处理; 主存空间数相关的处理办法一般采用推后相关单元的读的方法; 通用寄存器组数相关的处理可采用推后相关单元的读, 设置相关专用通路两种方法; 通用寄存器组基址值或变址值相关的处理也可采用推后相关单元的读, 设置相关专用通路两种方法.
3. 假设一条指令的执行过程分为”取指令”, “分析” 和”执行”三个阶段, 每一个阶段的执行时间分别为,
在下列各种情况下, 分别写出连续执行n条指令所需要的时
间表达式.
1) 顺序执行方式;
(2) 仅”取指令”和”执行”重叠; (3) 先行控制方式.
4. 一台非流水处理器X的时钟频率为26MHz, 平均CPI为4. 处理器Y是对X机的改进, 它有一条5级流水线, 各级经过的时间为一个时钟周期, 但由于锁定器延迟和时钟扭斜效应, 其时钟频率仅为20MHz. 更多精品文档