chap4-3指令级并行
计算机组成原理 [袁春风]chap3_1
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南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
3.2.3 先行进位ALU
(1)为什么用先行进位方式 行波进位是串行逐级传递的 整个和的生成受到行波进位的影响 因此 现代计算机采用一种先行进位(Carry look ahead)方式 (2)如何产生先行进位 定义两个辅助函数 Gi=aibi…进位生成 Pi=ai⊕bi…进位传递 通常把实现上述逻辑的电路称为进位生成/传递部件 全加逻辑方程 Si=Pi⊕Ci Ci+1=Gi+PiCi (i=0,1,…n) 设n=4,则 C1=G0+P0C0 C2=G1+P1C1=G1+P1G0+P1P0C0 C3=G2+P2C2=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0C0 C4=G3+P3C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C0 由上式可知:各进位之间无等待 相互独立并同时产生 通常把实现上述逻辑的电路称为4位CLA部件 由此 根据Si=Pi⊕Ci 可并行求出各位和 通常把实现Si=Pi⊕Ci的电路称为求和部件 CLA加法器由“进位生成/传递部件” “CLA部件”和“求和部件”构成
高位进位逻辑表达式
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全加和逻辑
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全加和逻辑 续
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南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
全加器逻辑图
上述全加器和Sum的延迟为6ty,进位Cout的延迟为 (假定一个与/或门延迟为1ty 异或门的延迟则为
AL BL CL DL CS DS SS ES IP 16位
chap存储器系统讲课文档
第一页，共63页。
第5章 存储器系统
5.1 存储器件的分类（掌握） ✓ 按存储介质分类
✓ 按读写策略分类
5.2 半导体存储芯片的基本结构与性能指标（掌握）
✓ 随机存取存储器
✓ 只读存储器 ✓ 存储器芯片的性能指标 5.3 存储系统的层次结构（掌握）
✓ 存储系统的分层管理 ✓ 虚拟存储器与地址映射 ✓ 现代计算机的多层次存储体系
缺点：需要两个MOS管；编 程电压偏高；P沟道管的开关
速度低。
16 16
第十六页，共63页。
电可擦除的ROM(EEPROM)
特点：擦除和写入均利用隧道效应。 浮栅与漏区间的氧化物层极薄（20纳米以下）， 称为隧道区。当隧道区电场大于107V/cm时隧道区
双向导通。
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第十七页，共63页。
读出
擦除（写1）
……
栈顶 (栈底)
1022CH 1A B1
1022EH 12 34 10230H 00 11
SS 10 20
SP 0000022C3E0
（c） 出栈操作 （实栈顶）
8/42
5.2 半导体存储器结构
地址译码器：接收来自CPU的n位地址，经译码后产生2n个地址选择信号，实
现对片内存储单元的选址
控制逻辑电路：接收片选信号CS及来自CPU的读/写控制信号，形成芯片 内部控制信号，控制数据的读出和写入。
CE：片选，低电平有效
OE：输出允许输入线，低电平有效 WE：写允许输入线，低电平有效
VCC：工作电源 VPP：擦除/编程电源，当其为高压12.0V时，才能
向指令寄存器中写入数据。当VPP < VCC＋2V时
，存储单元的内容不变
chap4+控制器
CPU
PC
MAR
存储器
CU
IR
MDR
3. 执行周期数据流
不同指令的执行周期数据流不同
4 . 中断周期数据流
CPU 地 址 总 线 数 据 总 线 控 制 总 线
PC
MAR
存储器
CU
MDR
4.3 微操作命令的分析
完成一条指令分 4 个工作周期
取指周期 间址周期
组合逻辑型（硬布线控制器） – 采用组合逻辑技术来实现，其时序控制信号形成 部件是由门电路组成的复杂树形网络，以使用最 少器件数和取得最高操作速度为设计目标。 – 最大优点是速度快，但是时序控制信号形成部件 的结构不规整，难以实现设计自动化。
存储逻辑型（微程序控制器） – 采用存储逻辑来实现的，也就是把微操作信号代 码化，使每条机器指令转化成为一段微程序并存 入一个专门的存储器（控制存储器）中，微操作 控制信号由微指令产生。 – 它具有设计规整、扩充指令方便的优点，易于实 现自动化设计。但是，由于它增加了一级控制存 储器，所以指令执行速度比组合逻辑控制器慢。
控制 CPU 操作 其中 MAR、MDR、IR PC 用户不可见 用户可见
(2) 状态寄存器
PSW 寄存器 存放程序状态字， 存放条件码 中断标记寄存器
3. 举例
Z8000 8086
MC 68000（自学）
四、 控制单元 CU 和中断系统
CU： – 产生全部指令的微操作命令序列 – 为数据通路的建立提供各种操作信号 – 操作信号提供的依据是指令操作码和时序信号 两个概念 – 数据通路是许多寄存器之间传送信息的通路， 包括寄存器、ALU和连接它们的内部总线，操 作控制器在各寄存器之间建立数据通路。 – ALU将两个操作数进行运算并将结果写回的过 程称为数据通路周期。
2024年国家电网招聘之电网计算机考试题库
2024年国家电网招聘之电网计算机考试题库单选题（共45题）1、Hash 表示用于数据存储的一种有效的数据结构，Hash 表等查找复杂度依赖于Hash 值算法的有效性，在最好的情况下，Hash 表的查找复杂度为（）。
A.O(nlogn)B.O(logn)C.O(n)D.O(1)【答案】 D2、以下白血病属于惰性淋巴造血疾病的是：（）A.急性红白血病（M6）B.急性淋巴细胞白血病C.多发性骨髓瘤D.毛细胞性白血病【答案】 D3、M2M 技术的核心理念是（）A.简单高效B.网络一切C.人工智能D.智慧地球【答案】 B4、数据库设计包括需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计等阶段，其中“E-R模型到关系模型转换”属于数据库设计的()。
A.需求分析B.概念结构C.逻辑结构设计D.物理结构设计【答案】 C5、在磁盘的各磁道中（）。
A.最外圈磁道的位密度最大B.最内圈磁道的位密度最大C.中间磁道的位密度最大D.所有磁道的位密度一样大【答案】 B6、IP 地址为 200.3.6.2 的网络类别是（）。
A.A 类B.B 类C.C 类D.D 类【答案】 C7、某质量技术监督部门为检测某企业生产的批号为B160203HDA的化妆品含铅量是否超标，通常宜采用（）的方法。
A.普查B.查有无合格证C.抽样检查D.查阅有关单据【答案】 C8、Email 应用中需采用（）协议来支持多种格式的邮件传输。
A.MIMEB.SMTPC.POP3D.Telnet【答案】 A9、计算机的运算速度可以用 MIPS 来描述，它的含义是（）。
A.每秒执行百万条指令B.每秒处理百万个字符C.每秒执行千万条指令D.每秒处理千万个字符【答案】 A10、若系统在运行过程中，由于某种硬件故障，使存储在外存上的数据部分损失或全部损失，这种情况称为（）。
A.事务故障B.系统故障C.介质故障D.人为错误【答案】 C11、一个节拍信号的宽度是指（）A.指令周期B.机器周期C.时钟周期D.存储周期【答案】 C12、某用户从云服务提供商租用虚拟机进行日常使用，外出旅游时把虚拟机归还给云服务提供商，这体现了云计算的哪个关键特征（）。
《计算机操作系统教程》第三版答案
第一章操作系统概述课后习题1. 硬件将处理机划分为两种状态，即管态和目态，这样做给操作系统设计带来什么好处 ? 答：便于设计安全可靠的操作系统。
管态和目态是计算机硬件为保护操作系统免受用户程序的干扰和破坏而引入的两种状态。
通常操作系统在管态下运行，可以执行所有机器指令；而用户程序在目态下运行，只能执行非特权指令。
如果用户程序企图在目态下执行特权指令，将会引起保护性中断，由操作系统终止该程序的执行，从而保护了操作系统。
2. 何为特权指令?举例说明之。
如果允许用户执行特权指令，会带来什么后果？答：只能在态下才能执行的指令称为特权指令。
如开关中断、置程序状态寄存器等。
如果允许用户执行特权指令，它将不仅影响当前运行的程序，而且还有可能影响操作系统的正常运行，甚至整个系统。
3. 中断向量在机器中的存储位置是由硬件确定的，还是由软件确定的 ? 答：中断向量在机器中的位置是由硬件确定的。
例如，在 INTEL 80x86 CPU 中，内存空间0x00000——0x003ff为中断向量空间。
4. 中断向量的内容是由操作系统程序确定的还是由用户程序确定的？答：中断向量的内容是由操作系统程序确定的。
向量的内容包括中断处理程序的入口地址和程序状态字（中断处理程序运行环境），中断处理程序是由操作系统装入内存的，操作系统将根据装入的实际地址和该中断处理程序的运行环境来填写中断向量。
5. 中断向量内的处理机状态位应当标明是管态还是目态 ? 为什么? 答：应当标明是管态。
该状态由系统初试化程序设置，这样才能保证中断发生后进入操作系统规定的中断处理程序。
6. 中断和程序并发之间的关系是什么？答：中断是程序并发的必要条件。
如果没有中断，操作系统不能获得系统控制权，无法按调度算法对处机进行重新分配，一个程序将一直运行到结束而不会被打断。
7. 说明“栈”和“堆”的差别．答：栈是一块按后进先出（FIFO）规则访问的存储区域，用来实现中断嵌套和子程序调用的参数和返回断点。
archit44
4.3 动态分支预测技术
指令并行
处理器可达到的指令级并行度越高，控制相关 的影响越大 动态解决技术利用硬件对程序运行时分支的行 为进行预测，提前对分支操作做出反应，加快 分支处理的速度。分支预测的效果不仅取决于 其准确性，而且与分支预测时的开销密切相关。 分支转移的最终延迟取决于流水线的结构、预 测的方法和预测错误后恢复所采取的策略 动态分支预测技术要记录分支指令的历史、并 据此决定预测的分支，还要尽快找到分支目标 地址，从而避免控制相关造成流水线停顿
4.4 多指令流出技术
指令并行
将等于1的理想CPI减小，必须实现一个时钟周 期流出（发射issue）多条指令
超标量(Superscalar)处理器：每个时钟周期流出多条 指令（1～8），可以采用编译器进行静态调度顺序执行， 也可以采用硬件动态调度乱序执行 超长指令字(VLIW: Very Long Instruction Word)：通 过编译器调度无关的多条指令（4～16）形成一条长指 令，每个时钟周期流出一条长指令 超级流水线(Super pipelining)：将每个功能部件进一 步流水化，使得一个功能部件在一个时钟周期中可以处 理多条指令（可以简单地理解为很长的流水线）
WAW 冲突 （输出相关引起） 如果在SUB.D写入F10 之 前 ADD.D 执 行 结 束 ， 会出现问题
寄存器换名可以消除WAR和WAW冲突
指令并行
DIV.D F4,F0,F2 SUB.D F10,F4,F6 ADD.D F8,F12,F14
DIV.D F4,F0,F2 SUB.D F10,F4,F6 ADD.D F8,F6,F14
① 根据历史记录（预测位状态）进行分支预测 ② 根据实际分支情况修改预测位
计算机系统结构(第2版(课后习题答案
word 文档下载后可自由复制编辑你计算机系统结构清华第 2 版习题解答word 文档下载后可自由复制编辑1 目录1.1 第一章（P33）1.7-1.9 （透明性概念），1.12-1.18 （Amdahl定律），1.19、1.21 、1.24 （CPI/MIPS）1.2 第二章（P124）2.3 、2.5 、2.6 （浮点数性能），2.13 、2.15 （指令编码）1.3 第三章（P202）3.3 （存储层次性能）， 3.5 （并行主存系统），3.15-3.15 加 1 题（堆栈模拟），3.19 中（3）（4）（6）（8）问（地址映象/ 替换算法-- 实存状况图）word 文档下载后可自由复制编辑1.4 第四章(P250)4.5 （中断屏蔽字表/中断过程示意图），4.8 （通道流量计算/通道时间图）1.5 第五章（P343）5.9 （流水线性能/ 时空图），5.15 （2种调度算法）1.6 第六章（P391）6.6 （向量流水时间计算），6.10 （Amdahl定律/MFLOPS）1.7 第七章（P446）7.3 、7.29（互连函数计算），7.6-7.14 （互连网性质），7.4 、7.5 、7.26（多级网寻径算法），word 文档下载后可自由复制编辑7.27 （寻径/ 选播算法）1.8 第八章(P498)8.12 ( SISD/SIMD 算法)1.9 第九章(P562)9.18 ( SISD/多功能部件/SIMD/MIMD 算法)（注：每章可选1-2 个主要知识点，每个知识点可只选 1 题。
有下划线者为推荐的主要知识点。
）word 文档 下载后可自由复制编辑2 例 , 习题2.1 第一章 (P33)例 1.1,p10假设将某系统的某一部件的处理速度加快到 10倍 ,但该部件的原处理时间仅为整个运行时间的40%，则采用加快措施后能使整个系统的性能提高多少？解：由题意可知： Fe=0.4, Se=10，根据 Amdahl 定律S n To T n1 (1Fe )S n 1 10.6 0.4100.64 Fe Se 1.56word 文档 下载后可自由复制编辑例 1.2,p10采用哪种实现技术来求浮点数平方根 FPSQR 的操作对系统的性能影响较大。
指令级并行的概念
○ 是指令级并行研究 的重点之一。
指令级并行的概念
4.1 指令级并行的概念
最基本的开发循环级并行的技术
指令调度（scheduling）
A
技术 换名（renaming）技术 C
循环展开（loop
B
unrolling）技术
指令级并行 的概念
通过改变指令在程序中的位置，将相关指 ○ 令之间的距离加大到不小于指令执行延迟，将 ● 相关指令转化为无关指令。 ● 指令调度是循环展开的技术基础。
结构有关。 程序中的相关主要有以下三种
• 数据相关 • 名相关 • 控制相关
1.数据相关 （data
dependence）
指令级并行的概 念
0
对于指令i和指令j，如果
1
一．
指令j使用指令i产生的结果，或者
二．
指令j与指令k数据相关，指令k与指令i数据相
○
关，则指令j与指令i数据相关。
○
数据相关具有传递性。
ADDD F16,F14,F2
8
SD 0(R1),F4
SD -8(R1),F8
SUBI R1,R1,#32
12
SD 16(R1),F12
11
BNEZ R1,Loop
SD 8(R1),F16
14
指令 1 2
5 6
9 10
13
4.1 指令级并行的概念
结果分析：
没有数据相关引起的空转等待 整个循环仅仅使用了14个时钟周期
-8(R1),F8 F10,-16(R1) 13
流出时钟
ADDD 15
（空转） 16
（空转） 17
计算机系统结构教程课后答案
1.7某台主频为400MHz 的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：指令类型 指令执行数量 平均时钟周期数 整数 45000 1 数据传送 75000 2 浮点 8000 4 分支 1500 2求该计算机的有效CPI 、MIPS 和程序执行时间。
解：1(/)ni i i CPI CPI IC IC ==⨯∑（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776 （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS （3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1 500×2)／400=575s1.9 将计算机系统中某一功能的处理速度加快10倍，但该功能的处理时间仅为整个系统运行时间的40%，则采用此增强功能方法后，能使整个系统的性能提高多少？解：由题可知： 可改进比例Fe=40% = 0.4 部件加速比Se = 10根据()011 1.5625(10.4)0.4/101n n T S Fe T Fe Se ====-+-+ 1.10 计算机系统中有三个部件可以改进，这三个部件的部件加速比为： 部件加速比1=30； 部件加速比2=20； 部件加速比3=10 （1） 如果部件1和部件2的可改进比例均为30%，那么当部件3的可改进比例为多少时，系统加速比才可以达到10？（2） 如果三个部件的可改进比例分别为30%、30%和20%，三个部件同时改进，那么系统中不可加速部分的执行时间在总执行时间中占的比例是多少？ 解：（1）在多个部件可改进情况下，Amdahl 定理的扩展：()011231123123n nT S Fe Fe Fe T Fe Fe Fe Se Se Se ==---+++ 已知S1＝30，S2＝20，S3＝10，Sn ＝10，F1＝0.3，F2＝0.3，得： 得F3＝0.36，即部件3的可改进比例为36%。
计算机组成原理 [袁春风]chap4-2
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特点
– 容易实现 但不够灵活 Cache存储空间得不到充分利用 例如 需将主存第0块与第16块同时复制到Cache中时 由 于它们都只能复制到Cache第0槽 即使Cache其它槽空闲 也有一个主存块不能写入Cache 这样就会产生频繁的 Cache装入
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基于程序访问的局部性使访存要求快速响应
– 如果在CPU和主存之间设置一个快速小容量的存储器 其 中总是存放最活跃 被频繁访问 的程序块和数据 CPU 访问这些程序或数据时 就不必访问主存 而直接从这个 高速缓存中取得 这样便使得CPU和主存速度匹配起来了
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程序局部性原理图
为什么引入Cache能 达到快速访问的目的
–主要是基于程序访问 的局部化性质
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4.4.2 Cache的工作原理
在主存-Cache存储体系中 所有的程序和数据都在主存中 Cache中只存放主存一部分程序块和数据的副本 主存由多达2n个可寻址的字组成 每个字有唯一的n位地址 为了实现映射 我们把这个存储器看成由许多定长的块(block) 组成 每块有K个字 即有L=2n K个字块 Cache由M个槽 (slot)组成 每个槽有K个字 槽(或称为行line)的数量远远小 于主存储器块的数目 在任何时侯 存储器中的几个块驻留 在Cache的槽中 如果要读取存储块中的某个字 则整个块 被传送到Cache的一个槽中 由于块数多于槽数 所以单个 的槽不能久久地被某块专用 因此 每个槽有一个标记(tag) 用来识别当前存储的是哪个块 这个标记通常是主存储器地 址的一部分
南京大学计算机系 多媒体技术研究所 袁春风
2023年国家电网招聘之电网计算机提升训练试卷A卷附答案
2024年国家电网招聘之电网计算机提升训练试卷A卷附答案单选题（共100题）1、（）是指在云计算基础设施上位用户提供应用软件部署和运行环境的服务。
A.SAASB.PAASC.IAASD.HAAS【答案】 B2、DBMS 的恢复管理子系统保证了事务的（）。
A.独立性实现B.一致性实现C.隔离性实现D.持久性实现【答案】 D3、射频识别技术属于物联网产业链的（）环节。
A.标识B.感知C.处理D.信息传送【答案】 A4、关键路径是AOE网中()。
A.最长的回路B.最短的回路C.从源点到终点的最长路径D.从源点到终点的最短路径【答案】 C5、具有指令流水线结构的CPU，一般情况下指令的执行时间主要取决于（66）。
A.执行指令的步骤B.CPU有无等待状态C.CPU的时钟周期D.CPU内的Cache存储器大小【答案】 C6、如果节点A有3个兄弟，B是A的双亲，则节点B的度是()。
A.3B.4C.1D.2【答案】 B7、下面关于线性表的叙述中，错误的是()。
A.线性表采用顺序存储，必须占用一片连续的存储单元B.线性表采用顺序存储，便于进行插入和删除操作C.线性表采用链接存储，不必占用一片连续的存储单元D.线性表采用链接存储，便于插入和删除操作【答案】 B8、企业网络计算可采用不同的模型，其中（64）是企业内部的不同平台上的软件的集成。
A.可伸缩的模型B.冗余的模型C.对待的模型D.集成的模型【答案】 D9、在Cache和主存构成的两级存储系统中，Cache的存取时间为100ns，主存的存取时间为1μs，Cache访问失败后CPU才开始访存。
如果希望Cache-主存系统的平均存取时间不超过Cache存取时间的15%，则Cache的命中率至少应为()。
A.95%B.98%C.98.5%D.99.5%【答案】 C10、1000BASE-LX中的1000表示1000Mb/s的传输速率，BASE表示基带传输，LX表示( )。
计算机体系结构张晨曦版本第四章解答-new
第四章习题四4.1解释下列术语：指令级并行：指令序列中存在的潜在的并行性称为指令级并行。
指令调度：指令调度是一种用以避免冲突的方法，但并不改变相关。
通过改变指令在程序中的位置，将相关指令间的距离加大到不小于指令执行延迟的时钟数，以此消除相关指令造成的流水线冲突。
指令的动态调度：在程序执行过程中，依靠专门的硬件对代码进行调度，重新安排指令的执行顺序，来调整相关指令实际执行时的关系，减少可能的冲突。
指令的静态调度：在程序的编译期间，由编译器进行代码调度和优化，重新安排指令的执行顺序，把相关的指令拉开距离，以减少可能产生的冲突。
保留站：在Tomasulo算法实现结构中，保留站设置在运算部件的入口，每个保留站中保存一条已经流出并等待到本功能部件执行的指令的相关信息，包括操作码、操作数以及用于检测和解决冲突的信息。
在一条指令流出到保留站的时候，如果该指令的操作数已经在寄存器中就绪，则将之取到该保留站中。
如果操作数还没有计算出来，则在该保留站中记录将产生这个操作数的保留站的标识。
CDB：公共数据总线，是Tomasulo算法实现结构中的一条重要的数据通路，所有功能部件的计算结果都要送到CDB上，由它把这些结果直接送到各个需要该结果的地方。
动态分支预测技术：用硬件动态地进行分支处理的方法。
这些方法是在程序运行时，根据分支指令过去的表现来预测其将来的行为。
如果分支行为发生了变化，预测结果也随之改变。
其目的有两个：预测分支是否成功和尽快找到分支目标地址（或指令），从而避免控制相关造成流水线停顿。
BHT：分支历史表，也称之为分支预测缓冲器，用来记录分支指令最近一次或几次的执行情况（成功或不成功），并根据此进行预测。
分支目标缓冲：将分支成功的分支指令的地址和它的分支目标地址都放到一个缓冲区中保存起来，缓冲区以分支指令的地址作为标识，取指令阶段，所有指令地址都与保存的标示作比较，一旦相同，就认为本指令是分支指令，且认为它转移成功，并且它的分支目标地址就是保存在缓冲区的分支目标地址。
嵌入式系统设计师模拟试题+参考答案
嵌入式系统设计师模拟试题+参考答案一、单选题（共110题，每题1分，共110分）1.在划分模块时，一个模块的作用范围应该在其控制范围之内。
若发现其作用范围不在其控制范围内，则_不是适当的处理方法。
A、将受判定影响的模块下移到控制范围内B、将判定所在模块合并到父模块中，使判定处于较高层次C、将父模块下移，使该判定处于较高层次D、将判定上移到层次较高的位置正确答案：C2.在嵌入式系统设计中，一般包含多种类型的存储资源，比如ROM、EEPROM、NAND Flash、Nor Flash、DDR、SD卡等。
下面关于这些资源的描述中，正确的是_A、EEPROM是电不可擦除的ROMB、Nand Flash上面的代码不能直接运行，需要通过加载的过程C、NORFlash上面的代码不能直接运行，需要通过加载的过程D、ROM是用来存储数据的，其上面的数据可以随意更新，任意读取正确答案：B3.PKI体制中，保证数字证书不被篡改的方法是_A、用CA的私钥对数字证书签名B、用CA的公钥对数字证书签名C、用证书主人的私钥对数字证书签名D、用证书主人的公钥对数字证书签名正确答案：A4.A computer program, or just a program, is a sequence of_, written to perform as pecified task with a computer.A、languagesB、instructionsC、programsD、functions正确答案：B5.以下关于容错技术的叙述中，错误的是_A、从余度设计角度出发，系统通常采用相似余度或非相似余度实现系统容错B、从结构角度出发，容错结构有单通道加备份结构、多通道结构C、通常硬件实现容错常用的有恢复块技术和N版本技术D、系统容错技术，主要研究系统对故障的检测、定位、重构和恢复正确答案：C6.某软件公司项目组的程序员在程序编写完成后均按公司规定撰写文档，并上交公司存档。
数字电路chap4
&
P
& & &
≥1
&
≥1
CI Σ P Q Q
& &
CO
CI
P Q CI CO P Q ( P Q) CI
P Q
=1 =1 & &
Σ
CI
&
CO
P Q CI P Q CI P Q CI P Q CI CO P Q CI P Q CI P Q CI P Q CI
CO FA1 P Q CI
CO FA0 P Q CI
A3
B3
A2
B2
A1
B1
A0
B0
CI0
CI3进位形成门
A2 B2 A1 B1 A0 B0
CI2进位形成门
CI0 A1 B1 A0 B0
CI1进位形成门
CI0 A0 B0
CI0
3 2 1 0
Σ P 3 2 1 0 Q
3 2 1 0
CI
CO
4位全加器74283的逻辑符号
利用全加器实现各种算术和逻辑运算
*将前级进位CIi看作是控制信号，全加器在不同的 控制输入下将表现出不同的逻辑操作功能。
Si Ai Bi CIi Ai Bi Ai Bi CI i Ai Bi Ai Bi CIi
当CIi=0时：
*本位和Si执行的是异或操作 *如果Ai为0，则本位和执行传输Bi的操作， *如果Ai为1，则本位和执行信号Bi的倒相操作， *如果Bi输入本身是一个逻辑函数，本位和传输的就是该逻辑函 数的原函数或反函数。
总进位
嵌入式系统设计师单选测试题及参考答案
嵌入式系统设计师单选测试题及参考答案一、单选题（共100题，每题1分，共100分）1、测试网络连通性通常采用的命令是_A、MsconfigB、PingC、NetstatD、Cmd正确答案：B2、以下关于嵌入式实时操作系统(RTOS)的叙述中，错误的是_。
A、RTOS调度器多采用基于优先级的可抢占调度算法B、最早期限优先算法会根据任务的截止时间来确定其优先级C、单调速率调度算法的基本思想是任务的周期越短，优先级越高D、实时性和公平性是RTOS调度器最重要的两个指标正确答案：D3、声音(音频)信号的一个基本参数是频率，它是指声波每秒钟变化的次数，用 Hz 表示。
人耳能听到的音频信号的频率范围是_。
A、20Hz～200 kHzB、20Hz～20 kHzC、0Hz～20 kHzD、0Hz～200 kHZ正确答案：B4、以下关于嵌入式安全关键系统的设计以及系统健壮性相关的描述中，错误的是_。
A、系统在规范运行时就可评估其健壮性B、健壮性指尽管存在意外的扰动，系统仍保持可接受水平的服务的能力C、嵌入式安全关键系统失效的后果非常严重，所以任何情况下决不放弃D、在"决不放弃"原则下，即使不符合规范要求的情况也要适当处置正确答案：A5、指令寄存器的位数取决于_A、存储器的容量B、数据总线的宽度C、地址总线的宽度D、指令字长正确答案：D6、在某嵌入式系统中，采用PowerPC处理器，若定义了如下的数据类型变量X，则X所占用的内存字节数是___。
Union data{inti;Char ch;Double f;}X;A、24B、13C、16D、8正确答案：D7、A computer program, or just a program, is a sequence of_, written to perform as pecified task with a computer.A、functionsB、instructionsC、programsD、languages正确答案：B8、算法的时间复杂度是指_A、算法程序中的指令条数B、算法执行过程中所需要的基本运算次数C、执行算法程序所需要的时间D、算法程序的长度正确答案：B9、软件需求分析阶段的验证手段一般采用_A、总结B、黑盒测试C、阶段性报告D、需求分析评审正确答案：D10、__下列总线中不属于高速串行总线的是A、PCI ExpressB、RapidIOC、VMED、1394正确答案：C11、设文件索引节点中有8个地址项，每个地址项大小为4字节，其中5个地址项为直接地址索引，2个地址项是一级间接地址索引，1个地址项是二级间接地址索引，磁盘索引块和磁盘数据块大小均为1KB。
《现代操作系统第四版》第五章答案
第五章输入/输出习题1.芯片技术的进展已经使得将整个控制器包括所有总线访问逻辑放在一个便宜的芯片上成为可能。
这对于图1-5 的模型具有什么影响？答：（题目有问题，应该是图1-6 ）在此图中，一个控制器有两个设备。
单个控制器可以有多个设备就无需每个设备都有一个控制器。
如果控制器变得几乎是自由的，那么只需把控制器做入设备本身就行了。
这种设计同样也可以并行多个传输，因而也获得较好的性能。
2.已知图5-1 列出的速度，是否可能以全速从一台扫描仪扫描文档并且通过802.1 lg 网络对其进行传输?请解释你的答案。
答：太简单了。
扫描仪最高速率为400 KB/Sec ，而总线程和磁盘都为16.7MB/sec ，因此磁盘和总线都无法饱和。
3.图5-3b 显示了即使在存在单独的总线用于内存和用于I/O 设备的情况下使用内存映射I/O 的一种方法，也就是说，首先尝试内存总线，如果失败则尝试I/O总线。
一名聪明的计算机科学专业的学生想出了一个改进办法：并行地尝试两个总线，以加快访问I/O 设备的过程。
你认为这个想法如何？答：这不是一个好主意。
内存总线肯定比I/O 总线快。
一般的内存请求总是内CPU 要一直等待I/O 总线完成，那存总线先完成，而I/O 总线仍然忙碌。
如果就是将内存的性能降低为I/O 总线的水平。
4.假设一个系统使用DMA 将数据从磁盘控制器传送到内存。
进一步假设平均花费t2ns 获得总线，并且花费t1ns 在总线上传送一个字（t1>>t2 ）。
在CPU 对DMA 控制器进行编程之后，如果（a）采用一次一字模式，（b）采用突发模式，从磁盘控制器到内存传送1000 个字需要多少时间？假设向磁盘控制器发送命令需要获取总线以传输一个字，并且应答传输也需要获取总线以传输一个字。
答：（a）1000 ×[(t1+t2)+(t1+t2)+(t1+t2)]；第一个(t1+t2) 是获取总线并将命令发送到磁盘控制器，第二个(t1+t2) 是用于传输字，第三个(t1+t2) 是为了确认。
网络设备及系统选型
CISCO的LAN口大多为AUI接口,需通过AUI—RJ45的转发器接到双绞线上.
3
新进入市场的路由器产品如INTERNET8100(1*10 BASET+1*ISDN/BRI)和9000系列,华为2510(1*10BASET+2*SERIAL/ASYER的LAN接口均为RJ45口.
4
就WAN接口有同步接口(SERIAL)和异步串口和(ASYER)之分
以太网配置示意图
01
04
02
03
ATM的带宽包括25Mbp/s、155 Mbp/s、622 Mbp/s，分别面向桌面应用、工作组连网和园区主干网,配置原则与以太网类似 5.1.1.3 选择以太网还是ATM
ATM是面向连接的,它可以预约资源,ATM有良好的Qos保证。千兆以太网打出了“带宽就是服务质量”的标语；ATM要比千兆以太网贵,且维护费用也高。ATM正逐渐从网络核心走向边缘。结论：
02
路由器的作用
路由器选型
选购的总原则
内部路由器已逐渐被三层交换机取代,因此只有在受距离限制时, 才选路由器 访问方式的选择
根据载波信号种类分 数字和模拟
1
2
3
根据联接方式分 交换和专线（FRAME RELAY X.25或XDSL）
4
1
路由器都带有LAN接口（Ethernet口RJ—45）和WAN接口,至少各一个
高端服务器技术
2.高端服务器技术 服务器性能指标：影响速度（用户从输入信息到服务器完成任务给出的响应时间）。作业吞吐量（整个服务器在单位时间内完成任务量） (1)技术目标：服务器所要求的高可扩展性，高可用性，易管理性，高可靠性不仅是厂商追求的技术指标，也是用户所需求的。 (2)SMP（对称式多处理器） 机器里有2、4、8、16个处理器，连在一起共享一个存储器。存储器里有一个操作系统，每个处理器都运行该操作系统，优点：并行处理，缺点：可扩展性差。 (3)集群技术 集群技术是至少将两个系统连接在一起，是两台以上的服务器能够像一台机器那样工作。其目的是为了提高系统的稳定性和网络中心的数据处理能力和服务能力。 常见集群技术：服务器镜像技术、应用程序错误接管集群技术、容错集群技术。 (4)操作系统 UNIX、LINUX、WINDOWS 2000 SEREVER （5）高端服务器选购MPASS原则 MPASS 即 M—可管理性，A—可用性，P—性能，S—服务，S—成本即可。 网络支持：服务器必须通过内在的网卡与客户机通信，网络带宽对服务器的响应具有决定的意义，故不能忽视服务器对网络的支持。 (6)高端服务器产品
操作系统第四版-课后习题标准答案
第一章作者：佚名来源：网络1、有一台计算机，具有IMB 内存，操作系统占用200KB ，每个用户进程各占200KB 。
如果用户进程等待I/O 的时间为80 % ，若增加1MB 内存，则CPU 的利用率提高多少？答：设每个进程等待I/O 的百分比为P ，则n 个进程同时等待刀O 的概率是Pn ，当n 个进程同时等待I/O 期间CPU 是空闲的，故CPU 的利用率为1-Pn。
由题意可知，除去操作系统，内存还能容纳4 个用户进程，由于每个用户进程等待I/O的时间为80 % , 故：CPU利用率＝l-（80%)4 = 0.59若再增加1MB 内存，系统中可同时运行9 个用户进程，此时：cPu 利用率＝l-（1-80%)9 = 0.87故增加IMB 内存使CPU 的利用率提高了47 % :87 ％/59 ％=147 %147 ％-100 % = 47 %2 一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A 先开始做，程序B 后开始运行。
程序A 的运行轨迹为：计算50ms 、打印100ms 、再计算50ms 、打印100ms ，结束。
程序B 的运行轨迹为：计算50ms 、输入80ms 、再计算100ms ，结束。
试说明（1 ）两道程序运行时，CPU有无空闲等待？若有，在哪段时间内等待？为什么会等待？( 2 ）程序A 、B 有无等待CPU 的情况？若有，指出发生等待的时刻。
答：画出两道程序并发执行图如下：（1）两道程序运行期间，CPU存在空闲等待，时间为100 至150ms 之间（见图中有色部分）（2）程序A 无等待现象，但程序B 有等待。
程序B 有等待时间段为180rns 至200ms 间（见图中有色部分）3 设有三道程序，按A 、B 、C优先次序运行，其内部计算和UO操作时间由图给出。
试画出按多道运行的时间关系图（忽略调度执行时间）。
完成三道程序共花多少时间？比单道运行节省了多少时间？若处理器调度程序每次进行程序转换化时lms , 试画出各程序状态转换的时间关系图。
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4.1位预测机制的缺点
鲁
只要预测出错，往往是连续两次而不是一次。
东
大 学 信
5.解决方法
息 与
采用两个预测位的预测机制。
电
气 工
在两个预测位的分支预测中，更改对分支的
程
学 院
预测必须有两次连续预测错误。
两位分支预测的状态转换图
11
鲁 东 大 学
分支成功
分支不成功
11
10
分支成功
分支预测： 成功
ADDD F6,F8,F2
27
解 状态如图4.15所示。
鲁
东
大
学 信
保留站
息 与
名称
电
忙
操作
Vj
Vk
气
工 程
Add1
no
学
院 Add2
no
Qj Qk
Add3 no
Mult1 no MULTD Mem[45+Regs[R3]]
Regs[F4]
Mult2 yes DIVD
Mem[34+Regs[R2]] #3
当前 PC 值送存储器和 BTB
否
是
BTB 中存在？
鲁 东
取指令
大
学
信
息 与
否
是
成功分支指令？
以分支目标 PC 值送存储器
电
气 工
普通指令
程
否
当前分支成功？ 是
学 院
指令译码
指令执行
将当前指令 PC 值 和分支目标 PC 送 入 BTB 中作为一 个新项
预测错误，清除取来的 指令并从分支的另外 一个目标取指令，删除 BTB 中对应项
26
例4.8 假设浮点功能单元的延迟为加法是2个时钟周
期，乘法是10个时钟周期，除法40个时钟周
鲁 东 大
期。给出下面的代码段当指令MULTD要确认
学
信 息
时的状态。
与
电 气
LD F6,34(R2)
工
程 学
LD F2,45(R3)
院
MULTD F0,F2,F4
SUBD F8,F6,F2
DIVD F10,F0,F6
方法和预测错误后恢复所采取的策略。
4
4.3.1 分支预测缓冲
¡ 动态分支预测必须解决两个问题：
鲁
东 大
• 如何记录一个分支操作的历史。
学
信 息 与
• 决定预测的走向。
电
气 工
¡ 记录分支历史的方法有以下几种：
程
学 院
（1）仅仅记录最近一次或最近几次的分支历
史；
（2）记录分支成功的目标地址；
（3）记录分支历史和分支目标地址，相当于前
3. 分支 预测错误时，预测位就被修改，并且需
要恢复现场，程序从分支指令处重新执行。
8
得到分支结果
鲁 东
i+1
i+2
大 学
分支指令
信
息
与 电
i-1
i
气
工
程
学
猜测执行路径
院
p+1
p+2
实际执行路径
图4.10 分支预测执行不成功和重新执行过程
9
例4.6 一个循环共循环10次，它将分支成功9次，
1次不成功。假设此分支的预测位始终在缓
工 程
令地址都与保存的标示作比较，一旦相同，我们
学 院
就认为本指令是分支指令，且认为它转移成功，
并且它的分支目标（下一条指令）地址就是保存
在缓冲区中的分支目标地址。
这个缓冲区就是分支目标缓冲区（BranchTarget Buffer，简记为BTB，或者BranchTarget Cache）。
15
1. 分支目标缓冲结构和工作过程
4 yes SUBD F8,F6,F2 写结果 F8 #1-#2
信
息 与
5 yes DIVD F10,F0,F6 执行 F10
电
气 工
6 yes ADDD F6,F8,F2 写结果 F6 #4+#2
程
学
院
浮点寄存器状态表
域
F0 F2 F4 F6 F8 F10 … F30
ROB号 3
6 4 5…
忙
yes no no yes yes yes … no
程
学 院
速度也快了n倍；
• 根据Amdahl定律可知，随着机器CPI的降低，
控制相关对性能的影响越来越大。
3
本节着重于：
鲁
东 大
通过硬件技术，动态地进行分支处理，对程
学
信
息 与
序运行时的分支行为进行预测，提前对分支操作做
电
气 工
出反应，加快分支处理的速度。
程
学 院
分支的最终延迟取决于流水线的结构、预测的
目的
#3 #5
28
ROB
项号 忙
指令
状态 目的
值
1 no LD F6,34(R2) 确认 F6 Mem[34+Regs[R2]]
2 no LD F2,45(R3) 确认 F2 Mem[45+Regs[R3]]
鲁 东
3 yes MULTD F0,F2,F4 写结果 F0 #2×Regs[F4]
大 学
24
¡ 再定序缓冲的每个项包含三个域：
（1）指令的类型
鲁
指令类型包括是否是分支（尚无结果）、
东 大
存操作（目的地址为存储器）或寄存器操作
学
信 息
（ALU操作或目的地址是寄存器的取操作）。
与
电 气
（2）目的地址
工 程
目的地址域给出结果应写入的目的寄存
学
院
器号（对于取操作和ALU指令）或存储器的地
址（存操作）。
当前 PC
查找、比较 地址标示
分支目标 PC
分支目标指令
分
鲁
东
支
大 学
目
信
标
息
与
缓
电 气
冲
工
程
学
院
命中？
Y 命中，则认为本指令是分支，且分支成功，以分支 目标缓冲中分支目标 PC 作为下一条指令地址
N
没有命中，则认为本指令不是
分支，按普通指令执行
图4.12 分支目标缓冲的结构和工作过程
16
2. 在流水线的各个阶段中，具有分支目标缓冲的工作 分配如图4.13。
学
院
¡ 对目的指令进行缓冲，构成称为分支目标指令
缓冲（branch folding）的结构，它可使无条
件分支的延迟达到零，甚至有的条件分支也可
达到零延迟 。
21
4.3.3 基于硬件的前瞻执行
鲁 东
前瞻（Speculation）的技术方法：
大 学
它允许在处理器还未判断指令是否能执行
信
息 与
之前就提前执行，以克服控制相关。
信
息
与 电
分支成功
分支不成功
气
工
程 学 院
分支预测：
01
分支不成功 00
分支不成功
不成功
分支成功
图4.11 具有两个分支预测位的分支预测缓冲状态转换机制
12
6. n位分支预测缓冲
鲁
¡ 采用n位计数器，则计数器的值在0到2n-1之间：
东 大 学
当 计 数 器 的 值 大 于 或 等 于 最 大 值 的 一 半 （ 2n-1 ）
（3）值域 值域用来保存指令前瞻执行的结果，直
到指令得到确认。
25
¡ 使用再定序缓冲的处理部件的硬件结构
从指令部件来
再定序缓冲
浮点
……
操作
队列
鲁 东
去存储器
大 学
操作总线 (地址/数据)
浮点寄存器组
信
息
与
操作数总线
电
气
工
程
学
院
保留站
从存储器来 (取的结果)
FP 加法器
FP 乘法器
公共数据总线
图4.14 采用Tomasulo算法并支持前瞻执行的DLX浮点部件的结构
延迟为0。
（2）在BTB中，预测成功，实际不成功，此时
的延迟为：
19
BTB命中率 × 预测错误率 × 2
鲁 东
= 90% × 10% × 2
大
学 信
= 0.18（时钟周期）
息
与 电
（3）不在BTB中，实际成功，此时的延迟为：
气 工 程
（1-BTB命中率） × 不在BTB中分支转移成功率 × 2
学 院
分支成功
图4.9 只有1个预测位的分支预测缓冲状态转换图
7
2. 分支预测缓冲技术包括两个步骤
¡ 分支预测
鲁 东 大
如果当前缓冲记录的预测位为“1”，则预
学 信 息
测分支为成功；如果预测位为“0”，则预测分支
与 电
为不成功。
气
工 程 学
¡ 预测位修改
院
如果当前分支成功，则预测位置为“1”；
如果当前分支不成功，预测位置为“0”。
通过再定序缓冲，可以在进行精确异常处理的同时进行动态指令调度。29
鲁
东 大
前瞻执行的技术策略很容易的推广到整数寄存器
学
信 息
和整数功能单元上。
与
电
气 工
前瞻技术存在的一个主要缺点：
程
学
院
支持前瞻的硬件太复杂，需要大量的硬件资源。
30
4.4 多指令流出技术
鲁