同一个子空间，不可能跳出它本身所在的256MB的子空间，所以跳转目标地址范围的大小是256M，也即，假定跳转指令地址的高4位为X，则跳转目标地址范围是X0000000H～XFFFFFFCH。
（6）单周期处理器的时钟周期最小为200+50+100+200+50=600ps；多周期处理器的时钟周期最小为200ps。对于单周期数据通路中的10次循环执行，第1～4条指令执行了10次，第5～6条指令执行了9次，因此，共用了(4×10+2×9)×600=34800ps=34.8ns。对于多周期数据通路中的10次循环执行，sll、add和addi指令都需要4个时钟周期，bne和j指令需要3个时钟周期，lw指令需要5个时钟周期，因此，一共用了(4+4+5+3)×10×200+(4+3)×9×200=44600ps=44.6ns。
（7）第1和2、2和3、5和1条指令之间的数据相关可以被消除，但不能消除第3和4条指令之间的load-use冒险。
10次循环共有10个时钟的load-use阻塞；此外，对于bne控制（分支）冒险，第1次和最后1次预测错误，所以有2次需要对预取执行的指令进行冲刷。因为条件检测和转移目标地址修改都在“执行（Ex）”阶段进行，因此，分支延迟损失时间片（分支延迟槽）为2，也即每次冲刷掉2条指令。因此，2次共被冲刷掉4条指令，使流水线阻塞了4个时钟周期；对于最后一条jump指令，因为在“译码（ID）”阶段进行跳转目标地址修改，所以每次有一个时钟阻塞，10次循环jump指令共执行了9次，因而有9个时钟周期的阻塞。综上可知，10次循环总共有10+4+9=23次阻塞，且第1～4条指令各执行了10次，第5～6条指令各执行了9次，因此，10次循环所用的时钟周期数为4×10+2×9+23=81，总时间为81×200ps=16.2ns。执行上述程序段时，流水线处理器的速度大约是单周期处理器速度的34.8/16.2=2.15倍；大约是多周期处理器速度的44.6/16.2=2.75倍。
3.（10分）某计算机CPU主频为1GHz，所连接的某外设的最大数据传输率为40kBps，该外设接口中有一个32位的数据缓存器，相应的中断服务程序的执行时间为500个时钟周期。请回答下列问题：
（1）是否可用中断方式进行该外设的输入输出？若能的话，在该设备持续工作期间，CPU用于该设备进行输入/输出的时间占整个CPU时间的百分比大约为多少？
（2）若该外设的最大数据传输率提高到4MBps，则可否用中断方式进行输入输出？若此时采用周期挪用DMA方式进行输入/输出，每挪用一个周期传送一个32位数据，一次DMA传送完成1000字节的数据传送，DMA初始化和后处理的时间为2000个时钟周期，不考虑访存冲突，则CPU用于该设备进行输入/输出的时间占整个CPU时间的百分比大约为多少？
参考答案：
（1）因为该外设接口中有一个32位数据缓存器，所以，若用中断方式进行输入/输出的话，可以每32位数据进行一次中断请求，因此，中断请求的时间间隔为106×4B/40kB=100μs。
对应的中断服务程序的执行时间为(1/1GHz)×500×106=0.5μs，因为中断响应过程就是执行一条隐指令的过程，所用时间相对于中断处理时间（即执行中断服务程序的时间）而言，几乎可以忽略不计，因而整个中断响应并处理的时间大约1μs多一点，远远小于中断请求的间隔时间。因此，可以用中断方式进行该外设的输入输出。
若用中断方式进行该设备的输入/输出，则该设备持续工作期间，CPU用于该设备进行输入/输出的
时间占整个CPU时间的百分比大约为0.5/100=0.5%（也可以通过考察1秒钟内500M个时钟周期中有多少时钟周期用于中断来计算百分比，其计算公式为(106/100×500)/500M=1%）。
（2）若外设的最大传输率为4MBps，则中断请求的时间间隔为106×4B/4MB=1μs。而整个中断响应并处理的时间大约0.5μs多一点，中断请求的间隔时间和中断响应处理时间太接近，虽然可以用中断方式进行该外设的输入输出,但不太合适
若用周期挪用DMA方式，则一秒钟内产生的DMA次数为4MB/1000B=4000；每次DMA传送前都需要2000个时钟周期进行DMA初始化和DMA结束处理，所以，CPU用于DMA处理的总开销为4000?2000=8000000=8M个时钟周期；而CPU的时钟频率为1GHz，即CPU每秒钟内产生1000M个时钟周期，故CPU用于该外设I/O的时间占整个CPU时间的百分比8M/1000M=0.8%（也可通过考察相邻两次
DMA请求间隔时间内
CPU用于该外设
I/O的时间来计算，即
(2000×1/1GHz)/(1000B/4MB)=0.8%）。 得分 五、简答题（共16分，答案写在答题纸上）
1. 假定某一个高级语言源程序P中有乘、除运算，但机器M中不提供乘、除运算指令，
则程序P能否在机器M上运行？为什么？（3分）
2. 为什么要考虑cache的一致性问题？读操作时是否要考虑cache的一致性问题？为什么？（3分） 3. 简述虚拟地址到物理地址的转换过程。（2分）
4. 微程序控制器的特点是什么？适合于实现哪种类型的指令？（3分） 5. 各流水段寄存器的宽度是否一样？为什么？（2分） 6. 什么是I/O端口？有哪两种I/O端口编址方式？（3分）
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