2009-2015年计算机组成原理考研大题.doc

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1、43．（8分）某计算机的CPU主频为500MHz，CPI为5（即执行每条指令平均需5个时钟周期）。假定某外设的数据传输率为0.5MB/s，采用中断方式与主机进行数据传送，以32位为传输单位，对应的中断服务程序包含18条指令，中断服务的其他开销相当于2条指令的执行时间。请回答下列问题，要求给出计算过程。（1）在中断方式下，CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比是多少？（2）当该外设的数据传输率达到5MB/s时，改用DMA方式传送数据。假定每次DMA传送块大小为5000B，且DMA预处理和后处理的总开销为500个

2、时钟周期，则CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比是多少？（假设DMA与CPU之间没有访存冲突）43．解答：（1）按题意，外设每秒传送0.5MB，中断时每次传送4B。中断方式下，CPU每次用于数据传送的时钟周期为5×18+5×2=100。为达到外设0.5MB/s的数据传输率，外设每秒申请的中断次数为0.5MB/4B=125000。1s内用于中断的开销为100×125000=12500000=12.5M个时钟周期。CPU用于外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比为12.5M/500M=2.5%。（2）当外设数

3、据传输率提高到5MB/s时，改用DMA方式传送，每次DMA传送5000B，1s内需产生的DMA次数为5MB/5000B=1000。CPU用于DMA处理的总开销为1000×500=500000=0.5M个时钟周期。CPU用于外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比为0.5M/500M=0.1%。【评分说明】如果考生只给出正确的计算结果，未给出计算过程，每个给2分。44．（13分）某计算机字长为16位，采用16位定长指令字结构，部分数据通路结构如图A-2所示，图中所有控制信号为1时表示有效、为0时表示无效。例如，控制信号MDR

4、inE为1表示允许数据从DB打入MDR，MDRin为1表示允许数据从内总线打入MDR。假设MAR的输出一直处于使能状态。加法指令“ADD(R1)，R0”的功能为(R0)+((R1))→(R1)，即将R0中的数据与R1的内容所指主存单元的数据相加，并将结果送入R1的内容所指主存单元中保存。图A-2表A-1给出了上述指令取指和译码阶段每个节拍（时钟周期）的功能和有效控制信号，请按表中描述方式用表格列出指令执行阶段每个节拍的功能和有效控制信号。．．．．．．．．表A-1时钟功能有效控制信号C1MAR←(PC)PCout,MARin

5、C2MDR←M(MDR)PC←(PC)+1MemR,MDRinE,PC+1C3IR←(MDR)MDRout,IRinC4指令译码无44．解答：题干已给出取值和译码阶段每个节拍的功能和有效控制信号，我们应以弄清楚取指阶段中数据通路的信息流动作为突破口，读懂每个节拍的功能和有效控制信号。然后应用到解题思路中，包括划分执行步骤、确定完成的功能、需要的控制信号。先分析题干中提供的示例（本部分解题时不做要求）：取指令的功能是根据PC的内容所指主存地址，取出指令代码，经过MDR，最终送至IR。这部分和后面的指令执行阶段的取操作数、存运

6、算结果的方法是相通的。C1：(PC)→MAR在读写存储器前，必须先将地址（这里为(PC)）送至MAR。C2：M(MAR)→MDR，(PC)+1→PC读写的数据必须经过MDR，指令取出后PC自增1。C3：(MDR)→IR然后将读到MDR中指令代码送至IR进行后续操作。指令“ADD(R1),R0”的操作数一个在主存中，一个在寄存器中，运算结果在主存中。根据指令功能，要读出R1的内容所指的主存单元，必须先将R1的内容送至MAR，即(R1)→MAR。而读出的数据必须经过MDR，即M(MAR)→MDR。因此，将R1的内容所指主存单元

7、的数据读出到MDR的节拍安排如下：C5：(R1)→MARC6：M(MAR)→MDRALU一端是寄存器A，MDR或R0中必须有一个先写入A中，如MDR。C7：(MDR)→A然后执行加法操作，并将结果送入寄存器AC。C8：(A)+(R0)→AC之后将加法结果写回到R1的内容所指主存单元，注意MAR中的内容没有改变。C9：(AC)→MDRC10：(MDR)→M(MAR)有效控制信号的安排并不难，只需看数据是流入还是流出，如流入寄存器X就是Xin，流出寄存器X就是Xout。还需注意其他特殊控制信号，如PC+1、Add等。于是得到参

8、考答案如下：时钟功能有效控制信号C5MAR←(R1)R1out,MARinC6MDR←M(MAR)MemR,MDRinEC7A←(MDR)MDRout,AinC8AC←(A)+(R0)R0out,Add,ACinC9MDR←(AC)ACout,MDRinC10M(MAR)←(MDR)MDRoutE,Me