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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。2CPU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)=0.9680.98主存慢于cache的倍率：r=tm/tc=200ns/40ns=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。15954320159865320寻址方式由寻址模式X定义如下：OPR1R2OPXR2DX=000直接寻址E=D（64K）X=001立即数D=操作数X=010相对寻址E=PC+DPC=16位X=011基值寻址E=Rb+D，Rb=16位X=100间接寻址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：①非流水线（顺序）方式，②标量流水线方式，③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R0～R3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“STOR1,(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流程图，并在CPU周期框外写出所需的微操作控制信号。（一个CPU周期含T1～T4四个时钟信号，寄存器打入信号必须注明时钟序号）解：