计算机考研 | 2009年 | 计算机组成原理真题

news2025/1/13 6:07:34

【计算机组成原理2009年真题43题-10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个时钟周期,则CPU用于该外设IO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)

【第一步:信息提取】

CPU主频为500MHz:20ns

CPI为5:执行每条指令平均需5个时钟周期

数据传输率为0.5MB/s:顾名思义

采用中断方式与主机进行数据传送:中断方式

以32位为传输单位:4B

中断服务程序包含18条指令: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:2条指令

第二步:具体解答

第一小题:

(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?

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0.5MBps 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%。

第二小题:

(1)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个时钟周期,则CPU用于该外设IO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)

当外设数据传输率提高到5MBps 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%。

【计算机组成原理2009年真题44题-13分】

某计算机字长16位,采用16位定长指令字结构,部分数据通路结构如下图所示,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MDRinE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))一→>(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。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

【第一步:信息提取】

第二步:具体解答

指令意义有效控制信号
C5: (R1)→MAR R 1 o u t R1_{out} R1out M A R i n MAR_{in} MARin
C6: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。 M e m R MemR MemR M D R i n E MDR_{in}E MDRinE
C7: (MDR)→A然后执行加法操作,并将结果送入寄存器AC M D R o u t MDR_{out} MDRout A i n A_{in} Ain
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。 R 0 o u t R0_{out} R0out,Add, A C i n AC_{in} ACin
C9: (AC)→MDR A C o u t AC_{out} ACout M D R i n MDR_{in} MDRin
C10:(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。 M D R o u t E MDR_{out}E MDRoutE M e m W MemW MemW

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