6.823计算机系统结构 预备知识评估 2002年春 习题#0 习题0是用来作为必要的评估以确定你是否具有6823的必要知识。这门课 程假定你对6.004中提供的材料或等价课程具有深刻的理解。 对每一问题，我们请你填写习题后面的表格，这个表格显示了你对每个问圈 的确定级别，然后请将这个表格和你的答案一起上交。如果是你以前没有看过的 材料，请填入“0”：如果是看过的材料，并且认为你应该会，但不花时间学习以 前的笔记，就回答不了，那么请填入“1”：如果你对某个题目得心应手，请填入 “2”。最后，请将填“1”和“2”问题的答案上交，填“0”的不必上交。 与6823最近提供的材料不同，这次我们只对以前的材料做一个短暂的复习。 如果表格中的0太多，那么很可能这学期你跟不上6.823。因为进度使你不能同 时学习预备材料。如果你无法确定是否具有参加这门课程的知识肾景，可以随意 地同助教来讨论你的具体情况。 对于本作业，你必须独立完成该习题，做出自己的答案并上交，不要跟别人讨 论。 包题山 只使用二输入与非(NAND》门构造下列的逻辑功能（请使用层次结构来简化你 的设计)归 a)转置 b)二输入异或(XOR)门 c)2to-1多路（复用）器 d)2-t0-4解玛器 ©)透明镇存器（低时钟透明） 0 触发器（正边缘触发） 包题2 一台由触发器和组合逻辑组成的有限态机以最大的时钟速度XMHz运行。触发 器有建立时间，保持时间，时钟到数据转换时间等于O。 )如果保持时间变为正的，那么最大时钟速度将如何变化？ b)如果建立时间变负，那么最大时钟速度将如何变化？ ©)如果建立时间保持为0，但保持时间变为正的，那么这将对电路的运行产生 什么影响？ )如果建立时间保持为0。但保持时间变为负的，那么这将对电路的运行产生 什么影响？
6.823 计算机系统结构 预备知识评估 2002 年春 习题＃0 习题 0 是用来作为必要的评估以确定你是否具有 6.823 的必要知识。这门课 程假定你对 6.004 中提供的材料或等价课程具有深刻的理解。 对每一问题，我们请你填写习题后面的表格，这个表格显示了你对每个问题 的确定级别，然后请将这个表格和你的答案一起上交。如果是你以前没有看过的 材料，请填入“0”；如果是看过的材料，并且认为你应该会，但不花时间学习以 前的笔记，就回答不了，那么请填入“1”；如果你对某个题目得心应手，请填入 “2”。最后，请将填“1”和“2”问题的答案上交，填“0”的不必上交。 与 6.823 最近提供的材料不同，这次我们只对以前的材料做一个短暂的复习。 如果表格中的 0 太多，那么很可能这学期你跟不上 6.823，因为进度使你不能同 时学习预备材料。如果你无法确定是否具有参加这门课程的知识背景，可以随意 地同助教来讨论你的具体情况。 对于本作业，你必须独立完成该习题，做出自己的答案并上交，不要跟别人讨 论。 问题 1 只使用二输入与非（NAND）门构造下列的逻辑功能（请使用层次结构来简化你 的设计）： a) 转置 b) 二输入异或（XOR）门 c) 2-to-1 多路（复用）器 d) 2-to-4 解码器 e) 透明锁存器（低时钟透明） f) 触发器(正边缘触发) 问题 2 一台由触发器和组合逻辑组成的有限态机以最大的时钟速度 X MHz 运行。触发 器有建立时间，保持时间，时钟到数据转换时间等于 0。 a) 如果保持时间变为正的，那么最大时钟速度将如何变化？ b) 如果建立时间变负，那么最大时钟速度将如何变化？ c) 如果建立时间保持为 0，但保持时间变为正的，那么这将对电路的运行产生 什么影响？ d) 如果建立时间保持为 0。但保持时间变为负的，那么这将对电路的运行产生 什么影响？
题3 下图是一个5段流水线处理器，我们想让该流水线处理器和非流水线处理器运行 完全一样的指令（无转移延迟槽）。下面的指令序列会产生什么问题？什么硬件 方案可能解决此问题（如果可能，请提出不影响性能的解决方法》？ Instruction Fetch instruction Register RF read) File instruction ALU control ALU tns机cion Memory I Wait instruction Data Write Mem Back contro→ RF a)BEQZ r1,200 (branch to 200 if r1 ==0) ADD 2.r3.r5 SUB r4.r5.6 … b)ADD r1.10.2 (r1←10+2) SUB 14.r1,t2 (r4←r1-r2) 44 c)J 200 (unconditional jump to 200) ADD 2.r3.r5 SUB 14.t5.6
问题 3 下图是一个 5 段流水线处理器。我们想让该流水线处理器和非流水线处理器运行 完全一样的指令（无转移延迟槽）。下面的指令序列会产生什么问题？什么硬件 方案可能解决此问题（如果可能，请提出不影响性能的解决方法）？
d)LD r1.0r2) (rl←Memr2+ojD ADD rl,ro,r2 包愿4 描述一个数据ehe的运行。你的描述应包括以下讨论： a)空间和时间的局部性 b)有效位 ©)直接映射与组关联结构。说明cac索引与标签匹配是如何对直接映射和2 路组关联cache起作用的，假定每cache行一个字，直接缺射与组关联映射 结构相比有什么优缺点？ d多字的cache行。多字cache行的优缺点是什么？请描述它们是怎样在直接 映射的cche中得以实现的。 ©)LRU和随机替换算法。它们相对的优缺点是什么？ Problemn Ratings subproblem 0 No idea A BCDE FG Used to know it 2 Know it 2 3
问题 4 描述一个数据 cache 的运行。你的描述应包括以下讨论： a) 空间和时间的局部性 b) 有效位 c) 直接映射与组关联结构。说明 cache 索引与标签匹配是如何对直接映射和 2 路组关联 cache 起作用的，假定每 cache 行一个字。直接映射与组关联映射 结构相比有什么优缺点？ d) 多字的 cache 行。多字 cache 行的优缺点是什么？请描述它们是怎样在直接 映射的 cache 中得以实现的。 e) LRU 和随机替换算法。它们相对的优缺点是什么？