计算机系统结构期末复习资料

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1、福建农林大学计算机系统结构计算机系统结构期末复习资料应用题【题型1】经统计，某机器14条指令的使用频度分别为：0.01,0.15,0.12,0.03,0.02,0.04,0.02,0.04,0.01,0.13,0.15,0.14,0.11,0.03。分别求出用等长码、Huffman码、只有两种码长的扩展操作码3种编码方式的操作码平均码长。[解答]14条指令的等长操作码的平均码长是⎡log214⎤位，即4位。哈夫曼编码可先用哈夫曼算法构造哈夫曼树，本题的哈夫曼树如图1所示。在图1中，叶子上用圆括号所括起来的数字表示该频度指令所用的二进位编码的码位数，所以哈夫曼编码的操

2、作码平均码长为14∑pi•li=3.38位。i=1采用只有两种码长的扩展操作码，可根据14条指令所给出的使用频度值分成两群，让使用频度较高的6种指令用3位操作码编码表示，留下两个3位码作为长码的扩展标志，扩展出2位，共有8条使用低频的指令的操作码，这样，操作码的平均码长为14∑pi•li=3×0.80+5×0.20=3.4i=1位【题型2.1】设中断级屏蔽位“1”对应于开放，“0”对应于屏蔽，各级中断处理程序的中断级屏蔽位设置如表所示。共16页第1页福建农林大学计算机系统结构表1中断级屏蔽位设置中断级屏蔽位中断处理程序级别第1级第2级第3级第4级第1级0000第2级

3、1011第3级1000第4级1010（1）当中断响应应优先次序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3个单位时间，中断响应和中断返回时间相对中断处理时间少得多。当机器正在运行用户程序时，同时发生第2、3级中断请求，过两个单位时间后，又同时发生第1、4级中断请求，试画出程序运行过程示意图。［分析］为了领会中断响应排队器对中断响应的优先次序是用硬件固定的，以及通过由操作系统给各中断级服务程序现行程序状态字中的中断级屏蔽位设置不同的状态，可以改变中断处理（完）的次序这两个要点，图３．1给出了一个中断响应硬件部分的简单逻辑原理示意图。图中略去

4、了某些实现上的具体细节，因为这些已不是本课程要讨论的内容。中断级屏蔽位是程序状态字中的一个组成部分。程序状态字是将散布于系统各部分，反映程序工作时某些关键性硬件的状态，组合在一起所构成的字，有的计算机也称其为处理器状态字或程序换道区。每类程序均在主存中指定一个区域来放置其程序状态字。运行一个程序或进程时，就会将其程序状态字从主存指定单元或区域取出送到分散于系统各部分的寄存器或计数器中，建立起运行此程序或进程的环境。一个程序或进程在退出运行时，也会将反映该程序状态的这些寄存器或计数器内容组拼成程序状态字，存回该程序或进程在主存中的指定单元或区域里．因此，程序或进程的切

5、换，只需要通过硬件启动的交换新旧程序状态字的内容即可快速完成。例如在IBM370系列机上，程序状态字为64位，等于它的长字，交换程序状态字只需硬件启动经写长字和读长宇二次访存即可完成。尽管中断请求是随机发出的，为了便于精确保存中断的断点以及在中断处理完后又能返回到原中断处，中断响应排队器总是在每条指令执行到最后一个机器周期的最后一个时钟周期时，对目前到达中断响应排队器入口的所有中断请求排一次队，择优进行响应。在中断响应排队器相应的输出端产生出响应信号，共16页第2页福建农林大学计算机系统结构此信号经中断级服务程序入口地址形成硬件，生成该级中断服务程序的程序状态字在内

6、存区中所存放的地址。同时，经中断响应控制信号启动，进行新旧程序状态字的交换，完成程序的切换．被中断的程序的断点地址（即程序计数器的内容），由硬件自动压入返回地址堆栈，予以保存。系统切换到新的程序或进程后，继续运行下去，如果新的程序或进程是一个中断服务程序，在运行结束，执行到中断返回指令时，就会从堆栈中弹出所保存的返回地址．再次交换程序状态字，系统又重新返回到原先被中断的程序，恢复运行。当然，低级的中断服务程序在处理过程中又遇到了比其更高级的中断请求时，应允许其被中断，以实现多级中断的嵌套。利用返回地址堆栈的后进先出工作方式，就可以完成中断嵌套时的正确返回。可以看出，

7、只要某道程序运行时，由操作系统在现行程序的程序状态字中，根据对各中断级的中断请求是否屏蔽，设置好中断级屏蔽位的状态，就可以控制这些级别的中断请求是否进入中断响应排队器去参加排队。只有能进入中断响应排队器的中断级请求，才有机会得到响应，从而就可改变中断实际处理完的次序。应当注意的是，用户程序是不能屏蔽任何中断的。因此，用户程序的现行程序状态字中，对各级中断级的屏蔽位，均应让其处于“开放”状态。根据本题所给出的各级中断处理程序对中断级屏蔽位设置的状况，很容易得出其中断处理(完)的次序应当是1→3→4→2。因为正处理l级的中断处理程序时，现行程序状态字中的中断级屏蔽位