题目
43.(11分)假定在一个8位字长的计算机中运行如下类C程序段∶
unsigned int x=134;unsigned int y=246;int m=x;int n=y;
unsigned int z1=x-y;unsigned int z2=x+y;int k1=m-n;int k2=m+n;
若编译器编译时将8个8位寄存器R1~R8分别分配给变量x、y、m、n、zl、z2、k1和 k2。请回答下列问题(提示∶带符号整数用补码表示)∶
(1)执行上述程序段后,寄存器R1、R5和 R6的内容分别是什么? (用十六进制表示)
(2)执行上述程序段后,变量m和k1的值分别是多少?(用十进制表示)
(3)上述程序段涉及带符号整数加/减、无符号整数加/减运算,这四种运算能否利用同一个加法器及辅助电路实现? 简述理由。
(4)计算机内部如何判断带符号整数加/减运算的结果是否发生溢出? 上述程序段中,哪些带符号整数运算语句的执行结果会发生溢出?
(1)R1=134=86H, R5=90H,R6=7CH;
134=1000 0110B=86H;x-y=1000 0110B-1111 0110B=1001 0000B=90H; x+y=1000 0110B+11110110B=0111 1100B(溢出)
(2)m=-122,k1=-112
m=10000110B,做高位为符号位,则m的原码为11111010B=-122;n=11110110B n 的原码为1000 1001=-10;k1=m-n=-112。
(3)无符号数和有符号数都是以补码的形式存储,加减运算没有区别(不考虑溢出情况时),只是输出的时候若是有符号数的最高位是符号位。
减法运算求【-x】补的时候,是连同符号位一起按位取反末位加1,但是如果有溢出情况,这两者是有区别的,所以可以利用同一个加法器实现,但是溢出判断电路不同。
(4)判断方法是如果最高位进位和符号位的进位不同,则为溢出;"int k2=m+n;"会溢出;
三种方法可以判断溢出,双符号位、最高位进位、符号相同操作数的运算后与原操作数的符号不同则溢出

多做几道

41.(10 分)带权图(权值非负,表示边连接的两顶点间的距离)的最短路径问题是找出从初始顶点到目标顶点之间的一条最短路径。假设从初始顶点到目标顶点之间存在路径,现有一种解决该问题的方法∶
①设最短路径初始时仅包含初始顶点,令当前顶点u为初始顶点;
② 选择离u最近且尚未在最短路径中的一个顶点v,加入最短路径中,修改当前顶点u=v;
③ 重复步骤②,直到u是目标顶点时为止。
请问上述方法能否求得最短路径?若该方法可行,请证明之;否则,请举例说明。
42. (5分)已知一个带有表头结点的单链表,结点结构为
Data/link
假设该链表只给出了头指针 list。在不改变链表的前提下,请设计一个尽可能高效的算法;查找链表中倒数第k个位置上的结点(k为正整数)。若查找成功,算法输出该结点的 data 域的值,并返回1∶否则,只返回0。要求∶
1)描述算法的基本设计思想。
2)描述算法的详细实现步骤。
3)根据设计思想和实现步骤,采用程序设计语言描述算法(使用C、C++或 Java 语言实现),关键之处请给出简要注释。
43.(8分)某计算机的CPU主频为 500Mz,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 I/O 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)?
44.(13 分)某计算机字长为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),RO"的功能为(RO)+(R1))→(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。
下表给出了上述指令取指和译码阶段每个节拍(时钟周期)的功能和有效控制信号。请按表中描述方式用表格列出指令执行阶段每个节拍的功能和有效控制信号。
时钟:功能/有效控制信号
C1:MAR←(PC)/PCout, MARin
C2:MDR←M(MDR) PC←(PC)+1/MemR, MDRinE, PC+1
C3:IR←(MDR)/MDRout, IRin
C4:指令译码/无
45.(7分)三个进程P1、P2、P3互斥使用一个包含N(N>0)个单元的缓冲区。
P1每次用 produce()生成一个正整数并用 putO)送入缓冲区某一空单元中;P2每次用 getodd()从该缓冲区中取出一个奇数并用countodd()统计奇数个数;P3每次用 geteven()从该缓冲区中取出一个偶数并用 counteven()统计偶数个数。请用信号量机制实现这三个进程的同步与互斥活动,并说明所定义信号量的含义(要求用伪代码描述)。

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