问答题


1、（14分）一种16位短浮点数的格式如下。已知二进制数A=0.0101，十进制数B=0.2。

尾数符号1位

阶码：6位，用整数、移码表示，基值为2

尾数：9位(另外有1个隐藏位)，用小数、 原码表示，基值为2

(1)写出这种浮点数能表示的最大规格化正数、最大规格化负数、表示数的精度和效率。
(2)把A表示成规格化浮点数形式(最终结果用16进制表示)。
(3)把B表示成规格化浮点数形式(最终结果用16进制表示)。
(4)按照浮点数加法规则计算A-B。保留1个警戒位，写出主要计算过程。




2、（12分）某RISC处理机的工作主频为500MHz，有一个Cache和一个主存储器，Cache的存取周期为2ns，主存储器的存取周期为20ns，Cache的命中率为99%，有20%的LOAD/STORE指令，并假设处理机速度的瓶颈完全在存储系统。
(1)求理想情况(Cache的命中率为100%)下的CPI。
(2)计算该RISC处理机的实际MIPS速率。
(3)如果处理机的工作主频提高到1GHz，计算实际CPI和MIPS速率。




3、（14分）在一个Cache存储系统中，Cache的访问周期、存储容量和价格分别为5ns、256KB和50元/MB，主存储器的访问周期、存储容量和价格分别为30ns、128MB和5元/MB，当块的大小为1个字时，存储系统的命中率为0.8。当把块大小增加到4个字时，存储系统的访问效率达到0.95。
(1)计算这个Cache存储系统的等效存储容量和单位容量的等效价格。
(2)当块的大小为1个字时，计算这个存储系统的等效访问周期和访问效率。
(3)当存储系统的访问效率达到0.95时，命中率和等效访问周期提高到多少？
(4)为了使存储系统的访问效率达到0.95，Cache中每个字的平均访问次数至少为几次？




4、（12分）一个虚拟存储系统最多运行64个用户程序，每个用户程序最大不超过4096页，每页16KB，主存储器的容量为128MB。为了加快地址变换过程，采用快慢表结构，快表的容量为32个存储字，快表地址经散列函数变换得到。为检测散列冲突，采用一个相等比较器。
(1)写出虚拟地址的格式，标出各字段的名称和长度。
(2)写出主存地址的格式，标出各字段的名称和长度。
(3)相等比较器的位数是多少？
(4)写出快表每个字的格式，标出各字段的名称和长度。




5、（12分）一个磁盘存储器的存储容量为16GB（1GB=2³⁰Byte），有8个盘片（16个数据面），每条磁道有512个扇区，每个扇区512个字节，每分钟8000转，定位时间（寻道时间）为4.25ms。
(1)计算这个磁盘存储器的数据传输率。
(2)这个磁盘存储器有多少个柱面（磁道）？
(3)这个磁盘存储器的寻址时间（包括定位时间和等待时间）是多少？




6、（12分）某处理机共有4个中断源，这4个中断源D1、D2、D3、D4的中断优先级从高到低分别是1级、2级、3级和4级。当4个中断源同时申请中断服务时，请针对下列各题的要求为4个中断源设置中断屏蔽码。"1"表示对应的中断源被屏蔽，"0"表示开放；如果与对应的中断源无关，务必用"′"表示。
(1)处理机响应中断服务请求和实际为各中断源服务的先后次序均为D1、D2、D3、D4。
(2)处理机响应中断服务请求的次序为D1、D2、D3、D4，而处理机实际为各中断源服务的先后次序为D4、D3、D2、D1。
(3)处理机响应中断服务请求的次序为D1、D3、D2、D4，而处理机实际为各中断源服务的先后次序为D2、D4、D3、D1。




7、（12分）在一台单发射流水线处理机中，指令ADD经过IF、ID、ADD和WR共4个流水段，指令MUL经过IF、ID、MUL1、MUL2、MUL3和WR共6个流水段，两条指令均在ID流水段读源操作数，在WR流水段写结果。采用顺序发射乱序完成调度方式。
(1)采用三地址R-R-R型指令，指令ADD和MUL之间的哪几种数据相关可能造成流水线停顿？写出典型指令序列。
(2)采用两地址R-R型指令，指令ADD和MUL之间的哪几种数据相关可能造成流水线停顿？写出典型指令序列。
(3)对于造成流水线停顿的数据相关，给出解决的方法。



8、（12分）分别在下列几种不同类型的处理机上计算表达式 ，求最短执行时间。取指令、取操作数、译码和写结果等时间均忽略不计。
(1)向量处理机，有独立的加法器和乘法器，加法器的延迟时间为5ns，乘法器采用4段流水线，每段的延迟时间均为5ns。
(2)向量处理机，有独立的加法器和乘法器，加法器采用3段流水线，乘法器采用4段流水线，每段的延迟时间均为5ns。
(3)SIMD并行处理机，每个PE内有一个ALU，完成一次加法需要10ns，或完成一次乘法需要20ns。8个PE连接成单向环结构，在相邻PE之间传送一个数据需要5ns。操作数Ai和Bi最初始存放在PEi mod 8中，其中i=0，1，…，19。 (4)分布存储器的MIMD多处理机，每个CPU内有一个ALU，完成一次加法需要10ns,或完成一次乘法需要20ns。8个CPU连接成超立方体网，在相邻CPU之间传送一个数据需要5ns，操作数Ai和Bi最初存放在PEi mod 8中，其中i=0，1，…，19。