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【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:

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 $0.5ms/20ns=2.5\times 10^4$ 个时钟周期。

一个字符的传送时间大约为 $2.5\times 10^4+10+15\times 4=25070$ 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】

（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。