Контрольная работа
по курсу «Архитектура ЭВМ»
(N – номер варианта= 63)
1. Раздел «Характеристики и классификация ВМ. Типовые комбинационные схемы»
1. Синтезировать комбинационную схему по таблице истинности. Определить ее сложность (в вентилях) и время задержки (во временах tз на вентиль) :
В таблице 1 А3 А2 А1 А0 – двоичный код из номера варианта (N mod 16) + 1.
= 7
Таблица 1.
X1 X2 X3 Y=F(x1, x2, x3)
0 0 1 A0 1
1 0 0 A1 1
1 0 1 A2 1
1 1 1 A3 0
2. Синтезировать схему одноразрядного полного двоичного сумматора – ОПДС - (без вариантов). Определить ее сложность (в вентилях) и время задержки (во временах tз на вентиль)
3. Синтезировать схему параллельного сумматора с последовательным переносом, составленного из ОПДС. Количество разрядов определяется как N mod 4 + 2. Определить ее сложность (в вентилях) и время задержки (во временах tз на вентиль).
N mod 4 – операция определения остатка от деления N на 4,
то есть число от 0 дот 3.
4. Синтезировать схему полного дешифратора с M входами и K выходами, где M = (N mod 3) + 1. Определить ее сложность (в вентилях) и время задержки (во временах tз на вентиль).
II Раздел «Системы памяти»
5. Синтезировать схему ячейки памяти по варианту. Вариант определяется как (N mod 6) + 1:
1) типа 2D на базе RS триггера
2) типа 3D на базе RS триггера
3) типа 2D на базе JK триггера
4) типа 3D на базе JK триггера
5) типа 2D на базе D триггера
6) типа 3D на базе D триггера
6. Построить блок памяти из устройств памяти меньшего объема (можно функциональную схему, без Quartus) : с последовательным распределением адресов по устройствам и с расслоением памяти.
Объем всего модуля памяти : V = 2 N mod 8) + 1)) ;
Объем одного устройства : V1 = 2 21 слов
7. Для заданного варианта размещения программы в оперативной памяти, объема основной памяти и заданных характеристик кэш-памяти (варианта отображения строк основной памяти на строки буферной памяти, количества строк буферной памяти, времени обращения к буферной памяти и к основной памяти) рассчитать коэффициент попадания в кэш-память, эффективное время обращения и ускорение при использовании кэш-памяти. Как изменятся рассчитанные параметры при изменении варианта отображения, при повторном выполнении программы (оценить качественно) ?
Объем строки : 16 слов. Объем основной памяти : 1024 слова. Объем КЭШ-памяти : 128 слов;
Вариант отображения: 1,5) прямое отображение; 2, 6) полностью ассоциативная КП; 3, 7) множественно ассоциативная память с 2 множествами; 4, 8) множественно-ассоциативная 2 - канальная;
Время обращения к основной памяти 50 нс, время подкачки (при промахе – считывание всех 16 слов): 400 нс;
Время обращения к КЭШ-памяти (при попадании) : 10 нс;
Программа размещается в адресах с N + 10 по N + 30, с N + 50 по N + 80, с N + 150 по N + 160, затем выполняется цикл с 508 + N по 528 + N адрес 10 – N раз.
N – номер варианта.
III Раздел – Организация операционных устройств и процессоров
8. Построить временные диаграммы умножения двух 4-разрядных чисел на процедурном умножителе (косвенное умножение)
P = M x K, где M = (N mod 15) + 1, K = (N mod 7) + 1.
9. Построить временные диаграммы умножения двух 4-разрядных чисел на матричном умножителе Брауна
P = M x K, где M = (N mod 15) + 1, K = (N mod 7) + 1.
10. Построить временные диаграммы умножения двух 4-разрядных чисел на древовидном умножителе Уоллеса
P = M x K, где M = (N mod 15) + 1, K = (N mod 7) + 1.
11. Разработать микрокод для заданной команды простого RISC процессора. Привести формат микрокоманд, содержание полей микрокоманд.
Вар-т | Команда | Назначение | Варианты формата |
1 | ST | Запись в память | ST rd, rs1, rs2; ST rd, rs1, imm13 |
2 | SRL | Сдвиг регистра логический | SRL rd, rs1, rs2; SRLrd, rs1,imm13 |
3 | JMP | Безусловный переход | JMP imm22 |
4 | JNEG | Переход при отриц. числе (флаг N=1) | JNEG imm22 |
5 | CALL | Вызов подпрограммы | CALL imm30 |
6 | RET | Возврат из подпрограммы | RETrd, rs1, rs2; RET rd, rs1, imm13 |
7 | SETHI | Установка регистра | SETHI rd, imm22 |
8 | JE | Переход при равно | JE imm22 |
Вариант = N mod 8 + 1
Привести общую функциональную схему процессора и показать, как выполняются микрокоманды.
IV Раздел – Параллельные вычислительные системы
12. Разработать по вариантам программу для многопоточного вычисления (OpenMP), либо – вычисления с помощью векторных команд:
1) сумм векторов;
2) скалярных произведений векторов;
3) сумма элементов матрицы (использовать reduce);
4) сумма матриц;
5) произведение матрицы на вектор.
Вариант = (N mod 5) + 1
Задания 1-4 – на Quartus или MaxPlus II, и 5 и 8-10 можно выполнять как на Quartus, либо на MaxPlus II, так и вручную (в виде схем, построенных вручную).
Задание 12 – на С++ (Visual Studio).
На зачет («удовлетворительно») нужно выполнить минимум 6 заданий : 2 из 1 раздела, 1 из второго, 2 – из 3-го, включая 11 и 12-е (!). На «хорошо» – нужно выполнить минимум 8 заданий. На «отлично» – минимум 10 заданий, включая обязательно 11 или 12, либо – выполнить творческое задание на синтез простого процессора (в виде функциональных схем и таблиц кодов, микрокода и пр. – по тексту prc_m.doc).
