计算机考研 | 2016年 | 计算机组成原理真题

文章目录

  • 【计算机组成原理2016年真题44题-9分】
    • 【第一步:信息提取】
    • 【第二步:具体解答】
  • 【计算机组成原理2016年真题45题-14分】
    • 【第一步:信息提取】
    • 【第二步:具体解答】

【计算机组成原理2016年真题44题-9分】

假定CPU主频为50 MHz,CPI为4。设备D采用异步串行通信方式向主机传送7位ASCII字符,通信规程中有1位奇校验位和1位停止位,从D接收启动命令到字符送入IO端口需要 0.5 ms 。请回答下列问题,要求说明理由。

(1)每传送一个字符,在异步串行通信线上共需传输多少位?在设备D持续工作过程中,每秒钟最多可向I/O端口送入多少个字符?

(2)设备D采用中断方式进行输入/输出,示意图如下:

在这里插入图片描述

IO端口每收到一个字符申请一次中断,中断响应需10个时钟周期,中断服务程序共有20条指令,其中第15条指令启动D工作。

若CPU需从D读取1000个字符,则完成这一任务所需时间大约是多少个时钟周期?CPU用于完成这一任务的时间大约是多少个时钟周期?在中断响应阶段CPU进行了哪些操作?

【第一步:信息提取】

  1. 主频为 50 MHz:有50M个时钟周期每秒,时钟周期为1/50MHz = 20ns
  2. CPI 为 4 : 每条计算机指令执行所需的4时钟周期
  3. 7位ASCII字符,通信规程中有1位奇校验位和1位停止位:既然有停止位,那是不是有起始位
  4. D接收启动命令到字符送入I/O端口需要 0.5 ms

【第二步:具体解答】

第一小题:

(1)每传送一个字符,在异步串行通信线上共需传输多少位?

每传送一个ASCII 字符,需要传输的位数有1位起始位、7位数据位(ASCII字符占7位)、1位奇校验位和1位停止位,故总位数为1+7+1+1=10。

(2)在设备D持续工作过程中,每秒钟最多可向I/O端口送入多少个字符?

IO端口每秒钟最多可接收1000/0.5 = 2000个字符

第二小题:

(1)若CPU需从D读取1000个字符,则完成这一任务所需时间大约是多少个时钟周期?

一个字符传送时间包括:设备D将字符送IO端口的时间、中断响应时间和中断服务程序前15条指令的执行时间。

时钟周期为1/50MHz = 20ns,

设备D将字符送I/O端口的时间为 0.5 m s / 20 n s = 2.5 × 1 0 4 0.5ms/20ns = 2.5×10^4 0.5ms/20ns=2.5×104 个时钟周期。

一个字符的传送时间大约为 2.5 × 1 0 4 + 10 + 15 × 4 = 25070 2.5×10^4 + 10 +15×4 = 25070 2.5×104+10+15×4=25070 个时钟周期。

完成1000个字符传送所需时间大约为1000×25070 =25070000个时钟周期。

(2)CPU用于完成这一任务的时间大约是多少个时钟周期?

CPU用于该任务的时间大约为1000x(10 + 20x4) = 9×10*个时钟周期。

(3)在中断响应阶段CPU进行了哪些操作?

在中断响应阶段,CPU主要进行以下操作:关中断、保护断点和程序状态、识别中断源。

【计算机组成原理2016年真题45题-14分】

在这里插入图片描述

(1)图中字段A~G的位数各是多少?TLB标记字段B中存放的是什么信息?

(2)将块号为4099的主存块装入到Cache中时,所映射的Cache 组号是多少?对应的H字段内容是什么?

(3)Cache缺失处理的时间开销大还是缺页处理的时间开销大?为什么?

(4)为什么Cache可以采用直写(Write Through)策略,而修改页面内容时总是采用回写(WriteBack)策略?

【第一步:信息提取】

  1. 页式存储,字节编址
  2. 虚地址32位:4GB
  3. 物理地址24位,页大小8KB:物理内存16MB
  4. cache大小64KB,二路组相联,主存储块64B:1024块,512组

【第二步:具体解答】

第一小题:

(1)图中字段A~G的位数各是多少?

A,B是虚拟标记,页大小为8KB,页内偏移地址为13位,故A=B= 32-13= 19

D是页大小,所以 D = 13

C是页框号,C = 24 -13 =11

G是主存块,主存块大小为64B,故 G=6。

F是组数,2路组相联,每组数据区容量有 64B×2= 128B,共有64KB/128B =512组,故F=9

E是主存块标记,E= 24-G-F=24-6-9=9。

因而A=19,B= 19,C= 11,D=13,E=9,F=9,G=6。

(2)TLB标记字段B中存放的是什么信息?

TLB中标记字段B的内容是虚页号,表示该TLB项对应哪个虚页的页表项。

第二小题:

(1)将块号为4099的主存块装入到Cache中时,所映射的Cache 组号是多少?

块号4099 = 00 0001 000 0 0000 0011B,因此,所映射的Cache组号为0 0000 0011B= 3

(2)对应的H字段内容是什么?

对应的H字段内容为0 0000 1000B。

第三小题:

(1)Cache缺失处理的时间开销大还是缺页处理的时间开销大?为什么?

Cache缺失带来的开销小,而处理缺页的开销大。

因为缺页处理需要访问磁盘,而Cache缺失只要访问主存。

第四小题:

(1)为什么Cache可以采用直写(Write Through)策略,而修改页面内容时总是采用回写(WriteBack)策略?

因为采用直写策略时需要同时写快速存储器和慢速存储器,而写磁盘比写主存慢很多,所以,在Cache-主存层次,Cache可以采用直写策略,而在主存-外存(磁盘〉层次,修改页面内容时总是采用回写策略。

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