計算機組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課后作業(yè)答案包健馮建文章...

1、運算器p101 3.3寫出下列各數(shù)的原碼、反碼和補碼，機器數(shù)長度為8位：真值二進制真值原碼反碼補碼（1）000000000，00000000，00000000，00000001，00000001，1111111（2）-12711111111，11111111，00000001，0000001（3）-0.50.10000001.10000001.01111111.1000000（4）-19/1280.00100111.00100111.11011001.1101101（5）10011001000，11001000，11001000，1100100（6）23/640.0101110.0101110

2、0.01011100.0101110p101 3.4寫出下列各機器數(shù)的二進制真值x：（1）x補=0,1001x=1001（2）x補=1,1001x=111（3）x原=0,1101x=1101（4）x原=1,1101x=1101（5）x反=0,1011x=1011（6）x反=1,1011x=100（7）x移=0,1001x=111（8）x移=1,1001x=1001（9）x補=1,0000000x=10000000b，x128（10）x反=1,0000000x1111111b，x127（11）x原=1,0000000x0（12）x移=1,0000000x0p156 4.1x0.1101y0.01

3、10（設(shè)機器數(shù)長度為8位）x補=0.1101000x補=1.00110002x補=溢出2x補=溢出x/2補=0.0110100-x/2補=1.1001100y補=1.1010000y補=0.01100002y補=1.01000002y補=0.1100000y/2補=1.1101000-y/2補=0.0011000-y/4 補=0.0001100p102：3.8、階碼（6位移碼）尾數(shù)（6位原碼）（1） x=-25/64=-0.011001b，y=2.875=10.111bx浮=0，11111 1.11001=7f9h y浮=1,00010 0.10111=897h（2） z浮=9f4h=1,00

4、111 1.10100=-80p102：9、機器數(shù)字長16位（1） 無符號整數(shù)：（2） 原碼表示的定點整數(shù)：1，111110，11111即（3） 補碼表示的定點整數(shù)：1，000000，11111即（4） 補碼表示的定點小數(shù)：1.000000.11111即（5） 非規(guī)格化浮點數(shù)：階碼（8位移碼）尾數(shù)（8位補碼）最大數(shù)=階碼=1，1111111尾數(shù)=0.1111111最小數(shù)=階碼=1，1111111尾數(shù)=1.0000000最大負數(shù)=階碼=0，0000000尾數(shù)=1.1111111最小正數(shù)=階碼=0，0000000尾數(shù)=0.0000001（6） 規(guī)格化浮點數(shù)：最大數(shù)=階碼=1，1111111尾數(shù)=0

5、.1111111最小數(shù)=階碼=1，1111111尾數(shù)=1.0000000最大負數(shù)=階碼=0，0000000尾數(shù)=1.0111111最小正數(shù)=階碼=0，0000000尾數(shù)=0.1000000p156：2、（1）（2）p156：4142p156：551補碼booth算法52補碼booth算法p156：6、61原碼恢復(fù)余數(shù)算法61原碼加減交替算法62原碼恢復(fù)余數(shù)算法62原碼加減交替算法p156 71補碼加減交替算法72補碼加減交替算法p156：4.8階碼（5位補碼）尾數(shù)（6位補碼）（1）x=-1.625=-1.101b y=5.25=101.01b x+yxy:1、對階同上2、尾數(shù)相減： 11.11

6、00110 + 11.01011 ex-y補 = 11.0010010 3、結(jié)果不需規(guī)格化 4、舍入處理：ex-y補 1.00101 x-y = 0,0011 1,00101 p108：82 x=0.2344 = 0.00111 y= -0.1133=-0.00011 xy:1、對階同上2、尾數(shù)相減： 00.11100 + 00.01100 ex-y補 = 01.01000 發(fā)生正溢 尾數(shù)右移，階碼加1 ex-y補 = 0.10100 mx-y = 1.1111 3、結(jié)果不需規(guī)格化 4、舍入處理：ex-y補 0.10100 x-y = 1,1111 0,10100p108：9-1階碼（5位移碼

7、）尾數(shù)（6位補碼）（1）x=5.25=101.01b y=-1.625=-1.101b x*y9-1 x/y: 9-2 x*y 9-2 x/y存儲體系p225：2、（1）（2）（3）p225：3、（1） 最大主存容量=（2） 共需芯片；若采用異步刷新，則刷新信號的周期為（3） 每塊8字節(jié)，則cache容量為，即c=9，cache采用2路組相聯(lián)映射，則r=1。主存容量為，即m=16。每塊包含4個字，每字包含2個字節(jié)。主存字地址=462eh=00 0100 01，10 0010 11，10；因此該字映射到cache的第139組。（4） 分析地址：128k的ram區(qū)由sram芯片構(gòu)成；分為8組，組與

8、組之間進行字?jǐn)U展；每個組內(nèi)有2片進行位擴展。p225：5、平均訪問時間其中：ta 平均訪問時間；tc cache的存儲周期；tm 主存的存儲周期；tp 磁盤的存儲周期；hc cache的命中率；hm 主存的命中率。所以，p168：6、命中率平均訪問時間 e = tc/ta=40/45=8/9p168：7、4路組相聯(lián)映射，所以r=2每塊4字，所以b=2；每字32位，所以每字包含4字節(jié)。cache容量為，故c=9主存容量為，故m=20(1) cache共分為：2c-r = 29-2 = 128組。(2)p226：8、4路組相聯(lián)映射，所以r=2每塊64字，所以b=6；cache容量為，故c=7主存容

9、量為，故m=12主存字地址08447，位于主存的哪幾塊內(nèi)呢？，即主存的第08447字位于連續(xù)的132塊內(nèi)。，因此這132塊連續(xù)分布在第04大組內(nèi)，其中在第4大組中只有4塊。cpu第1次依次訪問主存的08447字時不命中132次。cache的變化如圖所示cpu從第2次開始直到第21次訪問主存的08447字時，每輪不命中20次（從第04大組的前4塊都不命中，其余都命中），cache的變化如圖所示因為,命中率設(shè)使用cache比不使用cache在速度上提高x倍，則指令系統(tǒng)12、地址指令0019hopmod001ahdisp第一條轉(zhuǎn)移指令：0019hjmp001ah0006h（pc）=001ah，執(zhí)行該

10、jmp指令后（pc）=001ah+0006h=0020h第二條轉(zhuǎn)移指令：0019hjmp001ah0025h（pc）=001ah，執(zhí)行該jmp指令后（pc）=001ah+0025h=003fh13、寄存器-存儲器型指令是指一個操作數(shù)來自寄存器，另一個操作數(shù)來自存儲器。（1）指令字長32位：op(6)mod(3)reg(4)addr(19)直接尋址時ea=addr，因此主存最大存儲空間為219字。（假設(shè)存儲器按字編址）間接尋址時ea=（addr），因此操作數(shù)地址存放在主存地址為0219-1的單元內(nèi)，假設(shè)存儲器按字編址，則ea應(yīng)該是32位的地址，則主存最大存儲空間為232字。（2）其實用32位通用

11、寄存器做基址寄存器，類似于80x86機器上存儲器分段管理。ea=32位基地址+偏移地址，所以ea是32位，則主存最大存儲空間為232字。16、設(shè)某機寄存器字長16位，用16進制表示，已知：變址寄存器內(nèi)容為0004h，pc的內(nèi)容為0003h，內(nèi)存中部分單元內(nèi)容如下： 地址：內(nèi)容 地址：內(nèi)容 0002h：000ah 0007h：000ah 0003h：0002h 0008h：0002h 0004h：0007h 0009h：0003h 0005h：0004h 000ah：0009h 0006h：0005h 000bh：0008h指令為雙字長指令，格式如下：操作碼，尋址方式碼，寄存器號(16位)000

12、2h直接地址/間接地址/立即數(shù)/相對位移量/形式地址(16位)0007h若當(dāng)前指令分別為下列尋址方式時，試求出操作數(shù)填入下表。尋址方式ea=操作數(shù)直接0007h000ah間接000ah0009h立即/0007h變址0004h+0007h0008h某機器字長16位，采用單字長指令，每個地址碼6位。試采用操作碼擴展技術(shù)，設(shè)計14條二地址指令，80條一地址指令，60條零地址指令。請給出指令編碼示意圖。雙操作數(shù)指令格式：op（4位）a1（6位）a2（6位）14條雙操作數(shù)指令op=0000op=1101a1（6位）a2（6位）單操作數(shù)指令格式：op（10位）a1（6位）80條雙操作數(shù)指令op=11100

13、00000op=1110111111op=1111000000op=1110001111a1（6位）無操作數(shù)指令格式：op（16位）60條雙操作數(shù)指令op=1110010000000000op=1110010000111011設(shè)某8位計算機，除halt指令外，指令均為雙字長，格式如下： op（4位） m（2位）rd（2位） a（8位）rd為目的操作數(shù)的寄存器號，編碼分配如下： 00r0 01r1 10r2 11r3 m為源操作數(shù)的尋址方式，編碼分配如下： 00立即數(shù)尋址 01直接尋址 10相對尋址 11變址尋址（變址寄存器為r3） a為源操作數(shù)的立即數(shù)、直接地址、間接地址或偏移地址。op為操作

14、碼，編碼分配如下： 0000add 0001sub 0010and 0011mov 0100jmp0101inc（自增1） 1111halt（動態(tài)停機）其中，假設(shè)：pc的內(nèi)容為22h；變址寄存器r3的內(nèi)容為30h；主存部分單元的內(nèi)容如下： 主存地址：內(nèi)容 主存地址：內(nèi)容 主存地址：內(nèi)容 20h： 22h 27h： 02h 2eh： 00h 21h： 33h 28h： 21h 2fh： 01h 22h： 35h 29h： 0fh 30h： 02h 23h： 20h 2ah： 48h 31h： 03h 24h： 01h 2bh： 01h 32h： 04h 25h： 20h 2ch： 55h 33h

15、： 05h 26h： 1dh 2dh： f0h 34h： 06h 問：cpu啟動執(zhí)行指令到停機，期間執(zhí)行了哪幾條指令？寫出每條指令的功能、尋址方式、操作數(shù)及執(zhí)行結(jié)果。解：由于（pc）=22h，即程序的第一條指令地址為22h，從22h開始，執(zhí)行到2dh（halt指令）為止，共五條指令。經(jīng)分析，所有指令的目的操作數(shù)的尋址方式均為寄存器尋址方式，為r1。下面列出每條指令的功能、源操作數(shù)的尋址方式、源操作數(shù)及執(zhí)行結(jié)果。pc指令助記符尋址方式ea源操作數(shù)執(zhí)行結(jié)果22h35hmov直接尋址20h（20h）=22h（r1）=22h23h20h24h01hadd立即數(shù)20h（r1）=（r1）+20h=42h2

16、5h20h26h1dhsub變址尋址（r3）+02h=32h（32h）=04h（r1）=（r1）-04h=3eh27h02h28h21hand立即數(shù)0fh（r1）=（r1）·0fh=0eh·29h0fh2ah48hjmp相對（pc）+01h=2ch+01h =2dh（pc）=2dh2bh01h2ch55h2dhf0hhalt停機控制器6、設(shè)某機平均執(zhí)行一條指令需要兩次訪問內(nèi)存，平均需要三個機器周期，每個機器周期包含4個節(jié)拍周期。若機器主頻為25mhz，試回答：1）若訪問主存不需要插入等待周期，則平均執(zhí)行一條指令的時間為多少？2）若每次訪問內(nèi)存需要插入2個等待節(jié)拍周期，則平均

17、執(zhí)行一條指令的時間是又多少？解：（1）（2）7、設(shè)某機主頻為8mhz，每個機器周期包含4個節(jié)拍周期，該機平均指令執(zhí)行速度為1mips。試回答：1）該機的平均指令周期是多少時間？2）平均每條指令周期包含幾個機器周期？解：（1）（2）8、參見圖741的數(shù)據(jù)通路，指令“inc r1”將r1寄存器的內(nèi)容加1，畫出其指令周期微程序流程圖，并根據(jù)表711和表712寫出每一條微指令碼。解： inc r1；（r1）+1àr1btootbfuncfss3-s0mci空m6-m0110111000100000000000010011000010000000000000011000000001100000

18、00001000000101100000000000000010010000100000000000000019、根據(jù)圖741所示的模型機結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通路，寫出以下指令從取址到執(zhí)行的全部微操作序列，說明各條指令需要哪幾個機器周期，需要幾次訪問內(nèi)存及完成什么操作。1）sub a，r ，該指令完成（a）r（a），源操作數(shù)一個為寄存器尋址，目標(biāo)操作數(shù)為指令提供的內(nèi)存有效地址a。2）jmp 偏移量，該指令完成pc偏移量pc。解：（1）sub a，r ；（a）r（a）指令為雙字節(jié)格式：op（sub）*rdaddr所以，共需要8個機器周期，共訪存4次。（2）jmp disp； （pc）disppc所以，共需

19、要7個機器周期，共訪存2次10、假設(shè)某機器主要部件有：程序計數(shù)器pc、指令寄存器ir、通用寄存器r0r3、暫存器dd1和dd2、alu、移位器、存儲器地址寄存器mar及存儲器m。1）要求采用單總線結(jié)構(gòu)，畫出包含上述部件的邏輯框圖，并注明數(shù)據(jù)流動方向。2）畫出add （r1），（r2）指令在取指和執(zhí)行階段的操作步驟流程圖。r1寄存器存放目標(biāo)操作數(shù)地址，r2寄存器存放源操作數(shù)地址。3）寫出各操作步驟所需的全部微操作命令。解：（1）（2）（3）取add指令的微指令pc-b、b-mar、pc+1 m-r#、b-ir指令譯碼信號map有效執(zhí)行add指令的微指令 r2-b#、b-mar m-r#, b-d

20、d1 r1-b#、b-mar m-r#, b-dd2 “+”,alu-b#,m-w#11、假設(shè)某機共有76條指令，平均每一條指令由11條微指令組成，其中有一條取指令的微指令是所有指令公共的，該機共有微命令31個，微指令的微操作碼采用直接控制法。試問： 1）該機微指令長度為多少？2）控制存儲器的容量應(yīng)為多少？解：設(shè)微指令共有n條，n=76*11-75=761條；下址字段長為x位，2x 761，則x10（1）所以，該機微指令長度=31+10=41位（2）控制存儲器的容量應(yīng)該761×41位，取1024×41位。12、某機采用微程序控制方式，其存儲器容量為512×48（位

21、），微程序在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序的條件共4個，判別測試字段采用編譯法。微指令采用水平型格式，后繼微指令地址采用判定方式，如圖所示： 微命令字段 判別測試字段 下地址字段 操作控制 順序控制 （1） 微指令中的三個字段分別應(yīng)多少位？（2） 畫出對應(yīng)這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。解：（1）22=4，512=29控制字段（48-9-2=37位）判別測試字段（2位）下址字段（9位）（2）14、圖746為某模型機的微程序流程圖，圖中每一個框表示一條微指令。在點（1）處為指令譯碼后轉(zhuǎn)入指令的微程序入口的多路分支點，由指令寄存器ir的i5i4兩位來決定轉(zhuǎn)入哪一個入口。在點（2）處根據(jù)狀態(tài)條件f實現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移，微指令中判斷測試位為直接控制法。控存容量能容納圖7