計(jì)算機(jī)組成原理課后輔導(dǎo)復(fù)習(xí)作業(yè)1~8章

1、第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 4. 馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是什 么？它包括哪些主要組成部分？ 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想 存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行 馮諾依曼計(jì)算機(jī)主要包括 存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入和輸出五部分組成 5. 什么是存儲(chǔ)容量？什么是單元地址？ 什么是數(shù)據(jù)字？什么是指令字？ 存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)器所能保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的總數(shù); 常用單位為KB、MB等。 單元地址 用于識(shí)別存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)，即單元地址。 數(shù)據(jù)字 表示計(jì)算機(jī)所要處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)字，稱(chēng)為數(shù)據(jù)字。 指令字 表示一條指令的計(jì)算機(jī)字，稱(chēng)為指令字。 6. 什么是指令？什么是程序？ 指令 由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成 能夠表示計(jì)

2、算機(jī)中的一個(gè)基本操作的代碼或二 進(jìn)制串。 程序 用于求解某一問(wèn)題的一串指令序列，稱(chēng)為該問(wèn) 題的計(jì)算程序，簡(jiǎn)稱(chēng)為程序。 7. 指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)如 何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？ 計(jì)算機(jī)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠指令的執(zhí)行階段 來(lái)決定的； 在取指階段，從存儲(chǔ)器中讀取的均是CPU要執(zhí) 行的指令； 在執(zhí)行階段，從存儲(chǔ)器中讀取的一定是指令執(zhí) 行所需要的操作數(shù)； 8. 什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU？什 么是適配器？簡(jiǎn)述其功能。 內(nèi)存： 用于存放系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存 儲(chǔ)器，稱(chēng)為內(nèi)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存； 外存 用于存放程序和數(shù)據(jù)，但不能被CPU直接訪(fǎng)問(wèn)的大容量 存儲(chǔ)器，稱(chēng)為外

3、存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)為外存； 外存一般包括磁盤(pán)存儲(chǔ)器和光盤(pán)存儲(chǔ)器。 CPU 運(yùn)算器和控制器合稱(chēng)為中央處理器，簡(jiǎn)稱(chēng)CPU。 適配器 主機(jī)和不同速度的外設(shè)之間的一種部件，用于主機(jī)和外 設(shè)之間的信息轉(zhuǎn)換。 第2章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器 1. 用8位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、 補(bǔ)碼。 真值真值原碼原碼反碼反碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼 -35- 010 00111010 00111101 11001101 1101 127+111 11110111 11110111 11110111 1111 -127-111 11111111 11111000 00001000 0001 -1-000 00011000 00011111

4、11101111 1111 若a7 0，則X為正數(shù)，顯然a0 a6取任何 值均可。 若a7 1，則X為負(fù)數(shù)，X移0. a6 a5 a0 0.5D = 0.100000B，則0.5D 移0.100000 若要X0.5，即等價(jià)于X移 0.5D 移 即0. a6 a5 a00.100000，因此必須是a5 a0不全為0。 結(jié)論： 如果a7 0， a6 a0取任何值均可； 如果a7 1 ，必須滿(mǎn)足a6 =1 且a5 a0不全為0。 2. 設(shè)X補(bǔ)a7.a6 a5 a0 ，其中ai 取0或1， 若要X-0.5，求a0 a1 a2 a7 的取值。 3. 有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位1位；階碼8位，用移

5、碼 表示；尾數(shù)23位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為2。請(qǐng)寫(xiě)出：(1)最大 數(shù)的二進(jìn)制表示，(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示，(3)規(guī)格化數(shù)所能 表示的數(shù)的范圍。 設(shè)移碼采用移128碼，且機(jī)器數(shù)格式如右： 最大值（最大正數(shù)） 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 即 x = (1-2-23) * 2127 二進(jìn)制表示： x = (1-0.0000 0000 0000 0000 0000 001) * 2111 1111 最小值（最小負(fù)數(shù)） 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即 x = 1 * 2127 二進(jìn)制表示： x =

6、 -1* 2111 1111 符號(hào)位符號(hào)位S(1S(1位位) ) 階碼階碼E(8E(8位位) )尾數(shù)尾數(shù)M(23M(23位位) ) 3. 有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位1位；階碼8位，用移碼表 示；尾數(shù)23位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為2。請(qǐng)寫(xiě)出：(1)最大數(shù)的 二進(jìn)制表示，(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示，(3)規(guī)格化數(shù)所能表示的 數(shù)的范圍。 設(shè)移碼采用移128碼，且機(jī)器數(shù)格式如右： 規(guī)格化數(shù)表示范圍 最大正數(shù)： 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 即 x = (1-2-23) * 2127 最小正數(shù)： 0 0000 0000 100 0000 0000 0

7、000 0000 0000 即 x = 2-1 * 2-128 最大負(fù)數(shù)： 1 0000 0000 011 1111 1111 1111 1111 1111 即 x = -(2-1+2-23) * 2-128 最小負(fù)數(shù)： 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即 x = 1 * 2127 規(guī)格化的正數(shù)范圍2-129 (1-2-23) * 2127 負(fù)數(shù)范圍2127 (2-1+2-23) * 2-128 符號(hào)位符號(hào)位S(1S(1位位) ) 階碼階碼E(8E(8位位) ) 尾數(shù)尾數(shù)M(23M(23位位) ) 4、將下列十進(jìn)制數(shù)表示成IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的

8、32位浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)。 27/64 27/64 = 0.011011B = 1.1011 * 2-2 e=2，則Ee127125 規(guī)格化數(shù) 27/64 27/64 =0.011011B =1.1011 * 2-2 規(guī)格化數(shù) 符號(hào)位符號(hào)位階碼階碼(8)(8)尾數(shù)尾數(shù)(23)(23) 0 00111 11010111 1101 1011 0000 0000 0000 0000 0001011 0000 0000 0000 0000 000 符號(hào)位符號(hào)位階碼階碼(8)(8)尾數(shù)尾數(shù)(23)(23) 1 10111 11010111 11011011 0000 0000 0000 0000 000101

9、1 0000 0000 0000 0000 000 y補(bǔ) 補(bǔ) 00.00011 5、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同時(shí) 指出結(jié)果是否溢出。 x=0.11011 y=0.00011 x補(bǔ)00.11011 ，y補(bǔ)00.00011 x+y補(bǔ)00.11110，未溢出 x+y = +0.11110 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011 00.11110 x=0.11011 y=0.10101 x補(bǔ)00.11011 ，y補(bǔ)11.01011 x+y補(bǔ) 00.00110 ，未溢出 x+y = +0.00110 y補(bǔ) 補(bǔ) 11.01011 5、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同時(shí) 指出結(jié)果是否溢出。 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.1

10、1011 00.00110 x=0.10110 y=0.00001 x補(bǔ)11.01010 ，y補(bǔ)11.11111 x+y補(bǔ) 11.01001 ，未溢出 x+y = - 0.10111 y補(bǔ) 補(bǔ) 11.11111 5、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同時(shí) 指出結(jié)果是否溢出。 x補(bǔ) 補(bǔ) 11.01010 11.01001 6、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同時(shí) 指出結(jié)果是否溢出。 x=0.11011 y=0.11111 x補(bǔ)00.11011，y補(bǔ) 00.11111 x-y溢出（上溢） x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011 y補(bǔ) 補(bǔ) 00.11111 01.11010 6、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同

11、時(shí) 指出結(jié)果是否溢出。 x=0.10111 y=0.11011 x補(bǔ)00.10111，y補(bǔ) 11.00101 x-y補(bǔ) 11.11100 ，未溢出 x-y = - 0.00100 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.10111 y補(bǔ) 補(bǔ) 11.00101 11.11100 6、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同時(shí) 指出結(jié)果是否溢出。 x=0.11011 y=0.10011 x補(bǔ)00.11011，y補(bǔ) 00.10011 x-y補(bǔ)溢出（上溢） x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011 y補(bǔ) 補(bǔ) 00.10011 01.01110 7、用原碼陣列乘法器計(jì)算xy。 x11011 y11111 機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)： x補(bǔ)0 11011 y

12、補(bǔ)1 00001 符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算： 0 11 算前求補(bǔ)器輸出： |x|=11011 |y|=11111 乘法陣列： |x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求補(bǔ)器輸出： xy補(bǔ) 1 0010111011 xy = - 1101000101 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 7、用原碼陣列乘法器計(jì)算xy。 x11111 y11011 機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)： x補(bǔ) 1 00001 y補(bǔ) 1 00101 符號(hào)位單獨(dú)考慮：1 10 算前求補(bǔ)器

13、輸出： |x|= 11111 |y|= 11011 乘法陣列： |x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求補(bǔ)輸出： xy補(bǔ) 0 1101000101 xy = 0 1101000101 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 9-1、x=2-0110.100101，y=2-010(-0.011110)，求x+y 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮 11 101，00.100101 y浮 11 110，11.100010 1)求階差

14、并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)Ey補(bǔ)11 101 00 01011 111 修改后的x表示為： x浮 11 110，0.010010(1) 2)尾數(shù)求和 MS= Mx+My =11 . 1101 00 (1) 3)規(guī)格化處理 執(zhí)行2次左規(guī)處理， MS= 11 . 0 1 0 0 1 0 (0)， ES= 11 100 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結(jié)果為 xy2100（0.101110） 00. 0 1 0 0 1 0 11. 1 0 0 0 1 0 11 . 1 1 0 1 0 0 采用采用0舍舍1入法處理，則舍去入法處理，則舍去0 階碼符號(hào)位為階碼符號(hào)位為11，不溢出，不溢出 9-1、x=2

15、-0110.100101，y=2-010(-0.011110)，求x-y 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮 11 101，00.100101 y浮 11 110， 11.100010 1)求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)Ey補(bǔ)11 101 00 01011 111 修改后的x表示為： x浮 11 110，0.010010 (1) 2)尾數(shù)求差 MS= Mx My =00. 110000 (1) 3)規(guī)格化處理 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結(jié)果為 xy20100. 110001 00. 0 1 0 0 1 0 00. 0 1 1 1 1 0 00. 1 1 0 0 0 0 采用采用0

16、 0舍舍1 1入法處理，則進(jìn)位，入法處理，則進(jìn)位，MS= 00.110001 階碼符號(hào)位為階碼符號(hào)位為11，不溢出，不溢出 My補(bǔ) 補(bǔ) Mx補(bǔ) 補(bǔ) 不需規(guī)格化不需規(guī)格化 9-2、x=2-101(-0.010110)、y=2-1000.010110 ，求x+y 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮11 011,11.101010 y浮11 100 ,00.010110 1)求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)Ey補(bǔ)11 011 00 10011 111 即E為1，x的階碼小，應(yīng)使Mx右移1位，Ex加1， x浮 11 100，1.110101 （0） 2)尾數(shù)求和 MS= Mx+My =00. 0

17、0 1 0 1 1 （0） 3)規(guī)格化處理 執(zhí)行2次左規(guī)處理， MS= 00 . 1 0 1 0 0 0 (0)，ES= 11 010 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結(jié)果為 xy2110（0.101100） 11. 1 1 0 1 0 1 （0） 00. 0 1 0 1 1 0 00. 0 0 1 0 1 1 （0） 采用采用0舍舍1入法處理，則舍去入法處理，則舍去0 階碼符號(hào)位為階碼符號(hào)位為11，不溢出，不溢出 9-2、 x=2-101(-0.010110) y=2-1000.010110 ，求x-y 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮11 011,11.101010 y浮11 1

18、00 ,00.010110 1)求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)Ey補(bǔ)11 011 00 10011 111 即E為1，x的階碼小，應(yīng)使Mx右移1位，Ex加1， x浮 11 100，1.110101 （0） 2)尾數(shù)求差 MS= Mx-My =11. 0 1 1 1 1 1 （0） 3)規(guī)格化處理 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結(jié)果為 xy 2100（0.100001） 11 . 1 1 0 1 0 1 11. 1 0 1 0 1 0 11. 0 1 1 1 1 1 My補(bǔ) 補(bǔ) Mx補(bǔ) 補(bǔ) 采用采用0 0舍舍1 1入法處理，則舍去入法處理，則舍去0 0 階碼符號(hào)位為階碼符號(hào)位為11，不溢出，

19、不溢出 不需規(guī)格化不需規(guī)格化 第3章 內(nèi)部存儲(chǔ)器 1、設(shè)有一個(gè)具有20位地址和32位 字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，問(wèn)： 該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少字節(jié)的信息？ 存儲(chǔ)容量 = 存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)每單元字節(jié)數(shù) = 22032 bit 如果存儲(chǔ)器由512K8位SRAM芯片組成，需要 多少片? 需要做存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展； 位擴(kuò)展：4片512K8位芯片構(gòu)成512K32位的存儲(chǔ)組； 字?jǐn)U展：2組512K32位存儲(chǔ)組構(gòu)成1M32位的存儲(chǔ)器； 因此，共需要24=8片給定的SRAM芯片 需要多少位地址做芯片選擇？ 字?jǐn)U展的是2個(gè)存儲(chǔ)組，因此，需1位地址做片選。 4 4M M字字節(jié)節(jié) 8 8 3 32 2 * *2 22 20 0 8片8片

20、4 4* *2 2 8 8* *512K512K 3232* *1024K1024K 由16K8位的芯片字位擴(kuò)展構(gòu)成64K32位的存儲(chǔ) 器； 位擴(kuò)展：由4片16K8位的芯片構(gòu)成16K32位的存儲(chǔ)組； 字?jǐn)U展：由4組16K32位存儲(chǔ)組構(gòu)成64K32位的存儲(chǔ) 器； 因此，4個(gè)存儲(chǔ)組的片選信號(hào)應(yīng)由最高兩位地址A14和A15 產(chǎn)生； 該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖如下： 3、用16K8位的DRAM芯片構(gòu)成64K32位存儲(chǔ)器，問(wèn)： （1）畫(huà)出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。 2:4 譯 碼 器 A14 A15 CS3CS2 CS0CS1A13A0 D0D 7 /WE 位擴(kuò)展 16K8 RAM A13A0 D7D0/WE

21、 /CS 16K8 RAM A13A0 D7D0/WE /CS A13A0 D7D0 D15D8 16K8 RAM A13A0 D7 D0 /CS /WE 16K8 RAM A13A0 D7 D0 /CS /WE D23D16 D31D23 /CS /WE 字?jǐn)U展 16K32 存儲(chǔ)組存儲(chǔ)組 A13A0 D31D0/WE /CS 16K32 存儲(chǔ)組存儲(chǔ)組 A13A0 D31D0/WE /CS 16K32 存儲(chǔ)組存儲(chǔ)組 A13A0 D31D0/WE /CS 16K32 存儲(chǔ)組存儲(chǔ)組 A13A0 D31 D0 /CS /WE /WE A13A0 D31D0 74LS139 /G1 B A /Y0 /

22、Y1 /Y2 /Y3 /MREQ A14 A15 3、用16K8的DRAM芯片構(gòu)成64K32位存儲(chǔ)器，要求： (2)設(shè)儲(chǔ)器讀/寫(xiě)周期為0.5s，CPU在1s內(nèi)至少要訪(fǎng)問(wèn)一次。試問(wèn) 采用哪種方式比較合理？?jī)纱嗡⑿碌淖畲髸r(shí)間間隔是多少？對(duì)全 部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少？ 假定16K8位的DRAM芯片的存儲(chǔ)矩陣是128行 (1288)列； 若集中刷新，則有128行0.5us=64us的死時(shí)間，不 合適； 若分散刷新，則每訪(fǎng)存一次需要1us，也不合適； 所以，應(yīng)采用異步式刷新方式。 假定DRAM芯片的刷新周期為2ms 兩行的刷新間隔為：2ms/128 = 0.015625ms=15.6

23、25us 若取15.5us作為實(shí)際的刷新間隔 刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為： 15.5us1281984us = 1.984ms 6、用32K8位的EPROM芯片組成128K16 位的只讀存儲(chǔ)器，試問(wèn)： 數(shù)據(jù)寄存器多少位？ 因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)為16位，所以數(shù)據(jù)寄存器16 位 地址寄存器多少位？ 因?yàn)榇鎯?chǔ)器容量為128K，需系統(tǒng)地址總線(xiàn)17位， 所以地址寄存器17位 共需多少個(gè)EPROM芯片？ 所需芯片總數(shù)： (128K/32K)(16/8)=8片 6、用32K8位的EPROM芯片組成128K16位的只讀存儲(chǔ)器，試 問(wèn)：（4）畫(huà)出此存儲(chǔ)器的組成框圖。 CPU 地址地址 寄存器寄存器 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 寄存

24、器寄存器 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 CS3 CS2CS1 CS0 2:4 譯碼器譯碼器 CS0 CS3 A16 A15 8、設(shè)存儲(chǔ)器容量為64M，字長(zhǎng)為64位，模塊數(shù)m=8，分 別用順序和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T=100ns，數(shù)據(jù) 總線(xiàn)寬度為64位，總線(xiàn)傳送周期=50ns。求：順序存儲(chǔ) 器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？ 順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出m=8個(gè)字的數(shù) 據(jù)信息量為： q = 864 = 512位 順序存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為 t1 = mT =8100ns =800ns =810-7s 故順序存儲(chǔ)器的帶寬為 W1=

25、 q/t1 = 512/(810-7) = 64107bit/s 交叉存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為 t2 = T+ (m-1)= 100ns + (8-1)50ns = 450ns =4.510-7s 故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為 W1= q/t2 = 512/(4.510-7) = 113.8107bit/s 9、CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為2420 次，主存完成存取的次數(shù)為80次， 已知cache存儲(chǔ)周期為40ns，主存存儲(chǔ)周期為240ns，求 cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。 命中率 h = Nc/(Nc+Nm) = 2420/(2420+80) = 0.968 主存與Ca

26、che的速度倍率 r = tm/tc = 240ns/40ns = 6 訪(fǎng)問(wèn)效率 e = 1/(r+(1-r)h) = 1/(6+(1-6)0.968) = 86.2% 平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間 ta = tc/e = 40ns/0.862 = 46.4ns 10、已知cache存儲(chǔ)周期40ns，主存存儲(chǔ)周期200ns， cache/主存系統(tǒng)平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間為50ns，求cache的命 中率是多少？ 由 ta = htc+(1-h)tm，可得 %75.93 20040 20050 mc ma tt tt h 13、一個(gè)組相聯(lián)Cache由64個(gè)行組成，每組4行。主 存儲(chǔ)器包含4K個(gè)塊，每塊128字。請(qǐng)表示內(nèi)存地

27、址 的格式。 組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下： 每塊128字，假定主存以字進(jìn)行組織 塊內(nèi)的字地址需要7位 Cache由64個(gè)行組成，每組4行 Cache中共包含16組，需4位組號(hào) 主存包含4K個(gè)塊 主存塊號(hào)為12位 主存標(biāo)記位有124=8位 主存標(biāo)記主存標(biāo)記組號(hào)組號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址 7 7位位4 4位位8 8位位 14、某機(jī)主存容量1MB，字長(zhǎng)1B，塊大小16B， Cache容量64KB，若Cache采用直接映射方式， 請(qǐng)給出2個(gè)不同標(biāo)記的內(nèi)存地址，它們映射到 同一個(gè)Cache行。 直接映射下的主存地址格式如下： 每塊16B 塊內(nèi)的字節(jié)地址需要4位 Cache容量64KB 共包含4K行 Cac

28、he塊號(hào)12位 主存容量1MB 主存地址20位 主存標(biāo)記位20124 = 4位 兩個(gè)滿(mǎn)足題目要求的主存地址： 0000 1001 0000 1110 0000 0001 1001 0000 1110 0000 主存標(biāo)記主存標(biāo)記CacheCache行號(hào)行號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址 4 4位位1212位位4 4位位 15、假設(shè)主存容量16M32位，Cache容量64K32 位，主存與Cache之間以每塊432位大小傳送數(shù)據(jù)， 請(qǐng)確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù)，并畫(huà)出主存地址 格式。 直接映射下的主存地址格式如下： 每塊4字 塊內(nèi)的字地址需要2位 Cache容量64KB Cache共包含16K個(gè)塊 Cache塊

29、號(hào)需要14位 主存16MB 主存地址為24位 主存標(biāo)記位有24142 = 8位 主存標(biāo)記主存標(biāo)記CacheCache行號(hào)行號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址 2 2位位1414位位8 8位位 第4章 指令系統(tǒng) 3、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令 格式與尋址方式特點(diǎn)。 單字長(zhǎng)雙地址碼的RR型指令。 操作碼6位，系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令。 源、目的操作數(shù)只能采用寄存器尋址方式。 OP目標(biāo)寄存器目標(biāo)寄存器源寄存器源寄存器 15 109 8 7 43 0 4、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式 與尋址方式特點(diǎn)。 雙字長(zhǎng)雙地址碼的RS型指令。 操作碼6位，系統(tǒng)中可以包含64種不同的 指令。 源操作數(shù)只能使用寄

30、存器尋址方式； 目的操作數(shù)只能使用變址尋址方式； 其中，變址寄存器可使用16個(gè)通用寄存器之 一；偏移量為16位。 OP源寄存器源寄存器變址寄存器變址寄存器 15 109 87 43 0 偏移量（偏移量（16位）位） 6、一種單地址指令格式如下所示，R變址寄存器，R1 基址寄存器，PC程序計(jì)數(shù)器，填寫(xiě)下列尋址方式。 尋址方式尋址方式IX有效地址有效地址E 直接尋址直接尋址000E=D 相對(duì)尋址相對(duì)尋址001E=(PC)+D 變址尋址變址尋址010E=(R)+D 基址尋址基址尋址011E=(R1)+D 間接尋址間接尋址100E=(D) 基址間接尋址基址間接尋址111E=(R1)+D) 操作碼操作碼

31、OPOP間接特征間接特征I I尋址模式尋址模式X X形式地址形式地址D D 7、某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16位，主存容量為64K字，采用 單字長(zhǎng)單地址指令，共有40條指令，試采用直接、 立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。 40條指令 指令操作碼需6位，26=64，其中24種編碼未用； 4種尋址方式 尋址特征需2位； 單字長(zhǎng)單地址指令 剩余8位作為形式地址； 設(shè)計(jì)方案： 方案1：專(zhuān)用變址寄存器； 方案2：通用寄存器作為變址寄存器； 尋址方式尋址方式尋址特征尋址特征X 有效地址有效地址E 直接尋址方式直接尋址方式00E=D 立即尋址方式立即尋址方式01D=Imm 變址尋址方式變址尋址方式10E=(R

32、)+D 相對(duì)尋址方式相對(duì)尋址方式11E=(PC)+D 方案1：專(zhuān)用變址寄存器 各操作數(shù)的尋址范圍： 立即數(shù)尋址方式 指令中的立即數(shù)不能超過(guò)8位； 直接尋址方式 直接地址為8位，可直接尋址范圍為28個(gè)單元； 變址尋址方式 E=（R）+D，其中變址寄存器R為16位； 由于主存容量64K字，可直接尋址整個(gè)主存空間； 相對(duì)尋址方式 E=（PC）+D，可直接尋址整個(gè)主存空間； 6 6位位 OPOP 2 2位位 尋址特征尋址特征 8 8位位 形式地址形式地址 方案2：通用寄存器作為變址寄 存器 各操作數(shù)的尋址范圍： 立即數(shù)尋址方式 指令中的立即數(shù)不能超過(guò)4位； 直接尋址方式 直接地址為4位，可直接尋址范圍

33、為24個(gè)單元； 變址尋址方式 E=（R）+D，其中變址寄存器R為16位； 由于主存容量64K字，可直接尋址整個(gè)主存空間； 相對(duì)尋址方式 E=（PC）+D，可直接尋址整個(gè)主存空間； 6 6位位 OPOP 2 2位位 尋址特征尋址特征 4 4位位 寄存器寄存器 4 4位位 形式地址形式地址 9、某機(jī)字長(zhǎng)為32位，CPU中有16個(gè)32位通用寄存器，設(shè)計(jì)一 種能容納64種操作的指令系統(tǒng)，如果采用通用寄存器作為 基址寄存器，則RS型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少？ 指令格式 64種操作 操作碼占6位； 16個(gè)通用寄存器一個(gè)操作數(shù)和基址寄存器各占4 位； 單字長(zhǎng)指令 形式地址占32 6 4 4 = 18位； 操

34、作數(shù)S的地址E （R1）D，其中R1為32位 的； 若系統(tǒng)的地址總線(xiàn)32位，則可尋址整個(gè)主存； 若系統(tǒng)的地址總線(xiàn)32位，則可尋址的最大存儲(chǔ)空 間為232+218 操作碼操作碼OP操作數(shù)操作數(shù)R基址寄存器基址寄存器R1形式地址形式地址D 6位位4位位4位位 18位位 12、根據(jù)操作數(shù)所在的位置，指出其尋址方式。 操作數(shù)在寄存器中，為 尋址方式； 操作地址在寄存器，為 尋址方式； 操作數(shù)在指令中，為 尋址方式； 操作數(shù)地址（主存）在指令中，為 方式； 操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和， 可以是 尋址方式； 寄存器寄存器 寄存器間接寄存器間接 立即數(shù)立即數(shù) 直接尋址直接尋址 相對(duì)，基址，變址

35、相對(duì)，基址，變址 第5章 中央處理機(jī) 2、參見(jiàn)圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫(huà)出存數(shù)指令STO R1，（R2） 的指令周期流程圖，其含義是將寄存器R1的內(nèi)容傳送至（R2） 為地址的數(shù)存單元中。 指令指令 地址地址 指令指令 數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)單元 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 地址地址 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 存數(shù)指令STO R1，（R2） (PC)AR (M)DR (DR)IR 譯碼譯碼 (R2)AR (R1)DR DRMM 取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期 PC0 G ARi R/W=1 DR0 G IRi R20 G ARi R10 G DRi R/W=0 3、參見(jiàn)圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫(huà)出取數(shù)指令LAD (R3)，R0 的指令周期流

36、程圖，其含義是將(R3)為地址數(shù)存單元 的內(nèi)容取至寄存器R0中。 指令指令 地址地址 指令指令 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 地址地址 取數(shù)指令LAD (R3)，R0的指令周期 (PC)AR (M)DR (DR)IR 譯碼譯碼 (R3)AR MMDR DRR0 取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期 PC0 G ARi R/W=1 DR0 G IRi R30 G ARi DR0 G R0i R/W=1 6、假設(shè)某機(jī)器有80條指令，平均每條指令有4條微 指令組成，其中有一條取值微指令是所有指令公 用的，已知微指令長(zhǎng)度為32位，請(qǐng)估算控制存儲(chǔ) 器容量。 微指令的數(shù)目為803+1=241條； 微指令字長(zhǎng)為32/8=

37、4字節(jié)； 故，控制存儲(chǔ)器的容量為 2414=964字節(jié) 該容量為控制存儲(chǔ)器的最小容量。 8、某機(jī)有8條指令I(lǐng)1I8，每條 微指令所包含的微命令控制 信號(hào)如下表所示。aj分別 對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令 信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控 制字段僅為8位，請(qǐng)安排微指 令的控制字段格式。 微命令數(shù)目操作控制字 段，則采用混合表示法 設(shè)計(jì)微指令； 從左表中選擇互斥的微 操作； a命令：與i互斥 b命令：與f、g、i、j互斥 c命令：與f、j互斥 d命令：與i、j互斥 e命令：與f、h、j互斥 f命令：與b、c、e、h、i、j互斥 g命令：與b、h、j互斥 h命令：與e、f、g、i互斥 i命令：與a、b、d、f

38、、h、j互斥 j命令：與b、c、d、e、f、g、i互斥 互斥信號(hào)組 e、f、h和b、i、j e、f、h和d、i、j e、f、h和b、g、j i、f、h和b、g、j 微指微指 令令 a b c d efg hij I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 8、某機(jī)有8條指令I(lǐng)1I8，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào) 如下表所示。aj分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假 設(shè)一條微指令的控制字段僅為8位，請(qǐng)安排微指令的控制字 段格式。 解法1： 將 （d, i, j）和（e, f, h）分別組 成兩個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得 六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控

39、制，其整個(gè)控制字段組成如右 圖所示： 解法2： 將 （b, i, j）和（e, f, h）分別組 成兩個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得 六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控 制，其整個(gè)控制字段組成如右 圖所示： a b c g 01d 01e 10 i 10 f 11 j 11 h * * * * * * * * 注意：注意：00表示兩位表示兩位 均不產(chǎn)生控制信號(hào)均不產(chǎn)生控制信號(hào) 12、今有4級(jí)流水線(xiàn)，分別完成取指、指令譯碼并取數(shù)、 運(yùn)算、送結(jié)果四步操作。假設(shè)完成各步操作的時(shí)間 依次為100ns、100ns、80ns、50ns。請(qǐng)問(wèn)： 流水線(xiàn)的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少？ 流水

40、線(xiàn)的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來(lái)考 慮，即流水線(xiàn)時(shí)鐘周期性 ，故取100ns。 若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，硬件上不采取 措施，那么第2條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)行？ 遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，就推遲第2條指令的執(zhí)行； 要推遲到所需讀取的數(shù)據(jù)已產(chǎn)生為止，因此至少 需要延遲2個(gè)時(shí)鐘周期。 如果再硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，至少需推遲多少 時(shí)間？ 如采用專(zhuān)用通路技術(shù)，應(yīng)保證取數(shù)之前結(jié)果已計(jì) 算出來(lái)； 因此，至少需要延遲1個(gè)時(shí)鐘周期。 流水時(shí)空?qǐng)D流水時(shí)空?qǐng)D 流水時(shí)空?qǐng)D 取指取指 譯碼并譯碼并 取數(shù)取數(shù) 運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果 取指取指譯碼并譯碼并 取數(shù)取數(shù) 運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果 取指取指譯碼并譯碼并 取數(shù)取數(shù) 運(yùn)算運(yùn)算

41、送結(jié)果送結(jié)果 取指取指譯碼并譯碼并 取數(shù)取數(shù) 運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果 可能出現(xiàn)的可能出現(xiàn)的 數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān) 13、指令流水線(xiàn)有取指（IF）、譯碼（ID）、執(zhí)行 （EX）、訪(fǎng)存（MEM）、寫(xiě)回寄存器堆（WB）五 個(gè)過(guò)程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線(xiàn)。 畫(huà)出流水處理的時(shí)空?qǐng)D，假設(shè)時(shí)鐘周期為100ns。 13、指令流水線(xiàn)有取指（IF）、譯碼（ID）、執(zhí)行 （EX）、訪(fǎng)存（MEM）、寫(xiě)回寄存器堆（WB） 五個(gè)過(guò)程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線(xiàn)。 求流水線(xiàn)的實(shí)際吞吐量（單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完 畢的指令條數(shù)）。 求流水線(xiàn)的加速比。 條條/ /秒秒1 10 0* *8 8. .3 33 3 1 10 0*

42、 *1 10 00 0* *1 1) )2 20 0( (5 5 2 20 0 1 1) )n n( (K K n n H H 6 6 9 9 4 4. .1 17 7 1 15 52 20 0 5 5* *2 20 0 1 1) )n n( (K K n nK K T Tp p T Ts s S S 16、判斷以下三組指令中各存在哪種類(lèi)型的數(shù)據(jù)相關(guān)？ I1 LDA R1 , A ;M(A)R1 I2 ADD R2 , R1 ;(R2)+(R1)R2 I3 ADD R3 , R4 ;(R3)+(R4)R3 I4 MUL R4 , R5 ;(R4) (R5) R4 I5 LDA R6 , B ;

43、M(B)R6 I6 MUL R6 , R7 ;(R6) (R7) R6 寫(xiě)后讀相關(guān)寫(xiě)后讀相關(guān) 讀后寫(xiě)相關(guān)讀后寫(xiě)相關(guān) 寫(xiě)后寫(xiě)相關(guān)寫(xiě)后寫(xiě)相關(guān) 第6章 總線(xiàn)系統(tǒng) 1、比較單總線(xiàn)、雙總線(xiàn)、三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。 單總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 使用一條系統(tǒng)總線(xiàn)來(lái)連接CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備； 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行；系統(tǒng)總線(xiàn)負(fù)載重； 雙總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 在CPU和主存之間專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線(xiàn)； 保持單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)； 三總線(xiàn)結(jié)構(gòu) 在各外部設(shè)備與通道之間增加一組I/O總線(xiàn)。 提高了CPU工作效率，同時(shí)也最大限度的提高外設(shè) 的工作速度；但硬件成本進(jìn)一步增加。 8、同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸 頻率

44、，是因?yàn)橥酵ㄐ牛?）。 A、不需要應(yīng)答信號(hào)B、總線(xiàn)長(zhǎng)度較短 C、用一個(gè)公共時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步 D、各部件存取時(shí)間比較接近 9、在集中式總線(xiàn)仲裁中，（ ）方式響應(yīng)時(shí)間 最快，（ ）方式對(duì)（ ）最敏感。 A、菊花鏈方式B、獨(dú)立請(qǐng)求方式 C、電路故障D、計(jì)數(shù)器定時(shí)查 詢(xún)方式 C BA C 10、采用串行接口7位ASCII碼傳送，帶有1位奇校 驗(yàn)位、1位起始位和1位停止位，當(dāng)波特率為 9600波特時(shí)，字符傳送速率為（ ）。 A、960B、873C、1371D、480 11、系統(tǒng)總線(xiàn)中地址線(xiàn)的功能是（ ）。 A、選擇主存單元地址 B、選擇進(jìn) 行信息傳輸?shù)脑O(shè)備 C、選擇外存地址 D、指定主存和I/O設(shè)備接

45、口電路的地址 12系統(tǒng)總線(xiàn)中控制線(xiàn)的功能是（ ）。 A、提供主存、 I/O接口設(shè)備的控制信號(hào)和響 應(yīng)信號(hào) B、提供數(shù)據(jù)信息C、提供時(shí)序信號(hào) D、提供主存、 I/O接口設(shè)備的響應(yīng)信號(hào) A D A 總線(xiàn)帶寬Dr 一個(gè)總線(xiàn)周期傳送的字節(jié)數(shù)D 總線(xiàn)周期T 一個(gè)總線(xiàn)周期傳送的字節(jié)數(shù)D總 線(xiàn)時(shí)鐘頻率f 870M560MB/s 20、某總線(xiàn)在一個(gè)總線(xiàn)周期中并行傳送8個(gè)字節(jié)的信息， 假設(shè)一個(gè)總線(xiàn)周期等于一個(gè)總線(xiàn)時(shí)鐘周期，總線(xiàn) 時(shí)鐘頻率為70MHz，總線(xiàn)帶寬是多少？ 第7章 外圍設(shè)備 1、計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備是指（ ） A、輸入/輸出設(shè)備B、外存設(shè)備 C、輸入/輸出設(shè)備及外存儲(chǔ)器 D、除了CPU和內(nèi)存以外的其他設(shè)備

46、 2、打印機(jī)根據(jù)印字方式可分為（ ）和（ ） 兩大類(lèi)，在（ ）類(lèi)打印機(jī)中，只有（ ） 型打印機(jī)能打印漢字。 A、針型打印機(jī) B、活字型打印機(jī) C、擊打式 D、非擊打式 D CD CA 磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是多少？ 每道記錄信息容量 = 12288字節(jié) 每個(gè)記錄面信息容量 = 27512288字節(jié) 磁盤(pán)組總?cè)萘繛?：4面27512288字節(jié) = 13516800字節(jié) 最高位密度與最低位密度是多少？ 最高位密度D1，即最內(nèi)層磁道的位密度（R1 =115mm） D1 = 12288字節(jié) /（ 2R1） = 17字節(jié) / mm 最低位密度D2 ，即最外層磁道的位密度（R2） R2 = R1 + （275 5） = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288字節(jié) / （2R2） = 11.5 字節(jié) / mm 7、某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個(gè)記錄面， 每毫米5道，每道記錄信息為12288B，最小磁道直徑 為230mm，共有275道。問(wèn)： 磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率是多少？ 磁盤(pán)傳輸率 C =盤(pán)片轉(zhuǎn)速 r 道容量 N 盤(pán)片轉(zhuǎn)速 r = 3000 / 60 = 50 周 / 秒 道容