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一、分析题

1． 如果组成寄存器的D 触发器要求节拍电位M 和节拍脉冲

用？为什么？

采用高电平符合，试说明在图的节拍电位M 和节拍脉冲的时间配合方案中，哪个方案最好？哪个方案欠佳？哪个方案不能使

图

【答案】最好的方案是（d ），欠佳的方案是（c ），不能使用的方案是（a ）和（b ）。这是因为寄存器工作采用电位一脉冲相配合的体制，要使数据可靠地打入到寄存器，电位信号必须先稳定地建立，然后时钟打入信号到来时将数据打入寄存器。据此原因，方案（a ）和（b ）是不能使用的。方案（c ）和（d ）中之所以（c ）欠好，是因 为一个节拍电位的前半部时间多用来进行运算器的运算，考虑到加法器的进位延迟以及传输通路中的门的延迟，所以电位信号M 的建立需要一定的时间，过早地发出打入信号（即节拍脉冲），有可能使寄存器没有装入真正需要的数据。

2． 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

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

制参数，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

3． 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？

求和逻辑（1级与或非门和1级半加器，设其延迟时间为3T ），故总的加法时间

为

图

【答案】（1）用虚拟地址为1的页号15作为页表检索项，查得页号为15的页在主存中的起始地址为80000, 故将80000与虚拟地址中的页内地址0324相加，求得主存实地址为80324。

（2）同理，主存实地址

（3）虚拟地址3的页号为48, 查页表时，发现此页面在页表中不存在，此时操作系统暂停用户作业程序的执行，转去查页表程序。如该页面在主存中，则将该页号及该页在主存中的起始地址写入主存；如该页面不在主存中，则操作系统要将该页面从外存调入主存，然后将页号及其主存中的起始地址写入页表。

4． 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

：

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。

（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

图2指令流水执行方式

5． 何谓DMA 方式？ DMA 控制器可采用哪几种方式与CPU 分时使用内存？

【答案】直接内存访问（DMA ）方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。DMA 控

制器从CPU 完全 接管对总线的控制。数据交换不经过CPU ，而直接在内存和1 / 0没备之间进行。

DMA 控制器采用以下三种方式：

（1）停止CPU 访问内存

DMA 控制器获得总线控制当外设要求传送一批数据时，由DMA 控制器发一个信号给CPU 。

权后，开始进行数据传送。一批数据传送完毕后，DMA 控制器通知CPU 可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU 。

（2）周期挪用

CPU 按程序要求访问内存：当I/O设备没有DMA 请求时，一旦1/0设备有DMA 请求，则I/O

设备挪用一个或几个周期。

（3）DMA 与CPU 交替访内

一个CPU 周期可分为2个周期，一个专供DMA 控制器访内，另一个专供CPU 访内。不需要总线使用权的申请、建立和归还过程。

6． 某计算机系统的内存储器由cache 和主存构成，cache 的存取周期为45ns , 主存的存取周期为200ns 。已知在一段给定的时间内，CPU 共访问内存4500次，其中340次访问主存。问：

（1）cache 的命中率是多少？

（2）CPU 访问内存的平均时间是多少纳秒？

（3）cache-主存系统的效率是多少？

【答案】（1）cache 的命中率

（2）CPU 访存的平均时间