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文档简介

1、计算机组成原理本科生期末试卷（五）部分答案详解 本科生期末试卷（五） 二、简答题（每小题8分，共16分） 1 画图说明现代计算机系统的层次结构。 2 cpu中有哪几类主要寄存器？用一句话回答其功能。 三、计算题（12分） cpu执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420次，主存完成的次 数为80次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为200ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。 命中率 h = ne / （nc + nm） = 2400 / (2400 + 200) = 0.968主存慢于cache的倍率 ：r = tm / tc = 200ns / 40ns

2、= 5 访问效率 ：e = 1 / r + (1 r)h = 1 / 5 + (1 5)0.968 = 83.3% 平均访问时间 ：ta = tc / e = 40ns / e 四、设计题（14分） 某机器单字长指令为32位，共有40条指令，通用寄存器有128个，主存最大寻址空间为64m。寻址方式有立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基值寻址、相对寻址六种。请设计指令格式，并做必要说明。（此题只可参考，答案有误） 解：由已知条件，机器字长16位，主存容量128kb / 2 = 64kb字，因此mar = 18位，共128条指令，故op字段占7位。采用单字长和双字长两种指令格式，其中

3、单字长指令用于算术逻辑和i / o类指令，双字长用于访问主存的指令。 15 9 5 4 3 2 0 15 9 8 6 5 3 2 0 op x r2 op r1 r2 d 寻址方式由寻址模式x定义如下： x = 000 直接寻址 e = d（64k） x = 001 x = 010 x = 011 x = 100 立即数 相对寻址 基值寻址 间接寻址 d = 操作数 e = pc + d pc = 16位 e = rb + d ，rb =16 位 e = （d） x = 101 变址寻址 e = rx + d ，rx = 10位 五、证明题（12分） 一条机器指令的指令周期包括取指（if）、译

4、码（id）、执行（ex）、写回（wb）四个过程段，每个过程段1个时钟周期t完成。 先段定机器指令采用以下三种方式执行：非流水线（顺序）方式，标量流水线方式，超标量流水线方式。 请画出三种方式的时空图，证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。 六、设计题（16分） cpu的数据通路如图1所示。运算器中r0r3为通用寄存器，dr为数据缓冲寄存器，psw为状态字寄存器。d-cache为数据存储器，i-cache为指令存储器，pc为程序计数器（具有加1功能），ir为指令寄存器。单线箭头信号均为微操作控制信号（电位或脉冲），如lr0表示读出r0寄存器，sr0表示写入r0寄存器。 机器指令“sto r1,(r2)”实现的功能是：将寄存器r1中的数据写入到以（r2）为地址的数存单元中。请画出该存数指令周期

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