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一、分析题

1． CPU 执行一段程序时，cache 完成存取的次数为3800次，主存完成存取的次数为200次，已知cache 存取周期为50ns , 主存为250ns ，求cache-主存系统的效率和平均访问时间。

【答案】cache 的命中率

cache-主存系统效率e 为

平均访问时间为

2． 如图1所示的系统是A 、B 、C 三个设备组成的单级中断结构，它要求CPU 在执行完当前指令时转向对中断请求进行服务。现假设：

图1

为查询链中每个设备的延迟时间；

分别为设备A 、B 、C 的服务程序所需的执行时间；

场所需时间主存的工作周期TM 。试问：

①分析CPU 处理设备A 、B 、C 的服务程序所需的执行时间。

注意：“中断允许”机构在确认一个新中断之前，先要让即将被中断的程序的一条指令执行完毕。

②就这个中断请求环境来说，系统在什么情况下达到中断饱和？也就是说，在确保请求服务

为保存现场和恢复现

的三个设备都不会丢失信息的条件下，允许出现中断的极限频率有多高？

③如果将系统改为多级中断系统，极限频率如何变化

【答案】①中断处理过程和各时间段如图2所示。假定三个设备同时发出中断请求，那么依次分别处理设备C 、B 、A 时间如下：

图

2

②三个设备所花的总时间为：

系统改为多级中断系统，对中断T 是达到中断饱和的最小时间，即中断极限频率为

极限频率有影响（重新计算）。

3． 假设一条指令的指令周期分为取指令、指令译码、执行指令三个子过程段，且这三个子过程延迟时间相等，即每个子过程延迟时间都为T 。假设某程序共同n=10000条指令，请写出如下两种情况下CPU 执行该程序所需的时间，画出时空图。

（1）指令顺序执行方式；

（2）指令流水执行方式。

【答案】（1）指令顺序执行方式如图1所示。

图1指令顺序执行方式

执行n 条指令的总时间为：

（2）指令流水执行方式如图2所示。执行n 条指令的总时间为：2T 时间延迟后，CPU 流水

线中同时有3 条指令在执行，故 其中2T 是填满流水线的时间。

图2指令流水执行方式

4． 某机字长16位，使用四片74181组成算术/逻辑运算单元，设最低位序号标注为第0位。

（1）写出第5位的进位信号（：6的逻辑表达式；

（2）估算产生所需的最长时间；

（3）估算最长求和时间。

【答案】（1）组成最低四位的74181进位输出为

为向第0位进位

其中

.

所以

（2）设标准门延迟时间为T , “与或非”门延迟时间为1.5T ，产生

面输入端

制参数 的路径应当从74181最下 算起，经过1个反相器和4级“与或非”门，故最长延迟时间为（3）最长求和时间应从施加操作数到ALU 算起：第一片74181有3级“与或非”门（产生控

，第二、三片74181共2级反相器和2级“与或非”门（进位链）第四片74181

5． 如图表示使用页表的虚实地址转换条件，页表存放在相联存储器中，其容量为8个存储单元，求：

（1）当CPU 按虚拟地址1去访问主存时，主存的实地址是多少？

（2）当CPU 按虚拟地址2去访问主存时，主存的实地址是多少？

（3）当CPU 按虚拟地址3去访问主存时，主存的实地址是多少？ ，故总的加法时间

为求和逻辑（1级与或非门和1级半加器，设其延迟时间为3T ）