計(jì)算機(jī)組成原理-第四版(立體化教材) 課后習(xí)題答案(清晰完整word版)

第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述1．比較數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。

解：模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：數(shù)值由連續(xù)量來表示，運(yùn)算過程是連續(xù)的；

數(shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：數(shù)值由數(shù)字量（離散量）來表示，運(yùn)算按位進(jìn)行。

兩者主要區(qū)別見P1表1.1。2．?dāng)?shù)字計(jì)算機(jī)如何分類？分類的依據(jù)是什么？

解：分類：數(shù)字計(jì)算機(jī)分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)又分為巨型機(jī)、大型機(jī)、

中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和單片機(jī)六類。

分類依據(jù)：專用和通用是根據(jù)計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來劃分的。

通用機(jī)的分類依據(jù)主要是體積、簡(jiǎn)易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、

指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器價(jià)格等因素。3．?dāng)?shù)字計(jì)算機(jī)有那些主要應(yīng)用？

（略）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？

解：馮.諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是：存儲(chǔ)程序和程序控制。

存儲(chǔ)程序：將解題的程序（指令序列）存放到存儲(chǔ)器中；

程序控制：控制器順序執(zhí)行存儲(chǔ)的程序，按指令功能控制全機(jī)協(xié)調(diào)地完成運(yùn)算任務(wù)。主要組成部分有：控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。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？

解：存儲(chǔ)容量：指存儲(chǔ)器可以容納的二進(jìn)制信息的數(shù)量，通常用單位KB、MB、GB來度量，存儲(chǔ)容

量越大，表示計(jì)算機(jī)所能存儲(chǔ)的信息量越多，反映了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間的大小。

單元地址：?jiǎn)卧刂泛?jiǎn)稱地址，在存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元都有唯一的地址編號(hào)，稱為單元地

址。

數(shù)據(jù)字：若某計(jì)算機(jī)字是運(yùn)算操作的對(duì)象即代表要處理的數(shù)據(jù)，則稱數(shù)據(jù)字。

指令字：若某計(jì)算機(jī)字代表一條指令或指令的一部分，則稱指令字。6．什么是指令？什么是程序？

解：指令：計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的每一個(gè)基本的操作。

程序：解算某一問題的一串指令序列稱為該問題的計(jì)算程序，簡(jiǎn)稱程序。

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)？

解：一般來講，在取指周期中從存儲(chǔ)器讀出的信息即指令信息；而在執(zhí)行周期中從存儲(chǔ)器中讀出的

信息即為數(shù)據(jù)信息。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。

解：內(nèi)存：一般由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成，裝在底版上，可直接和CPU交換信息的存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存儲(chǔ)

器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存。用來存放經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。

外存：為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，又不使成本有很大的提高，在計(jì)算機(jī)中還配備了存儲(chǔ)容量更大的

磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器，稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱外存。外存可存儲(chǔ)大量的信息，計(jì)算

機(jī)需要使用時(shí)，再調(diào)入內(nèi)存。

CPU：包括運(yùn)算器和控制器?；竟δ転椋褐噶羁刂?、操作控制、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)加工。

適配器：連接主機(jī)和外設(shè)的部件，起一個(gè)轉(zhuǎn)換器的作用，以使主機(jī)和外設(shè)協(xié)調(diào)工作。9．計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件包括哪幾類？說明它們的用途。

解：系統(tǒng)軟件包括：（1）服務(wù)程序：診斷、排錯(cuò)等

（2）語言程序：匯編、編譯、解釋等

（3）操作系統(tǒng)

（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

用途：用來簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化使用方法，提高計(jì)算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能

及用途。

10．說明軟件發(fā)展的演變過程。

（略）11．現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如何進(jìn)行多級(jí)劃分？這種分級(jí)觀點(diǎn)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生什么影響？

解：多級(jí)劃分圖見P16圖1.6?？煞譃椋何⒊绦蛟O(shè)計(jì)級(jí)、一般機(jī)器級(jí)、操作系統(tǒng)級(jí)、匯編語言級(jí)和

高級(jí)語言級(jí)。

用這種分級(jí)的觀點(diǎn)來設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)，對(duì)保證產(chǎn)生一個(gè)良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是有很大幫助的。12．為什么軟件能夠轉(zhuǎn)化為硬件？硬件能夠轉(zhuǎn)化為軟件？實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的媒介是什么？

（略）13．"計(jì)算機(jī)應(yīng)用"與"應(yīng)用計(jì)算機(jī)"在概念上等價(jià)嗎？用學(xué)科角度和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來壽命你的觀點(diǎn)。

（略）第二章1.寫出下列各數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼表示（用8位二進(jìn)制數(shù)）。其中MSB是最高位（又是符號(hào)位）LSB是最低位。如果是小數(shù)，小數(shù)點(diǎn)在MSB之后；如果是整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)在LSB之后。

(1)-35/64(2)23/128(3)-127(4)用小數(shù)表示-1(5)用整數(shù)表示-1

解：(1)先把十進(jìn)制數(shù)-35/64寫成二進(jìn)制小數(shù)：

(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-100011×2-110)2=(-0.100011)2

令x=-0.100011B

∴[x]原=1.1000110(注意位數(shù)為8位)[x]反=1.0111001

[x]補(bǔ)=1.0111010[x]移=0.0111010

(2)先把十進(jìn)制數(shù)23/128寫成二進(jìn)制小數(shù)：

(23/128)10=(10111/10000000)2=(10111×2-111)2=(0.0001011)2

令x=0.0001011B

∴[x]原=0.0001011[x]反=0.0001011

[x]補(bǔ)=0.0001011[x]移=1.0001011(3)先把十進(jìn)制數(shù)-127寫成二進(jìn)制小數(shù)：

(-127)10=(-1111111)2

令x=-1111111B

∴[x]原=1.1111111[x]反=1.0000000

[x]補(bǔ)=1.0000001[x]移=1.0000001(4)令x=-1.000000B

∴原碼、反碼無法表示

[x]補(bǔ)=1.0000000[x]移=0.0000000(5)令Y=-1=-0000001B

∴[Y]原=10000001[Y]反=11111110

[Y]補(bǔ)=11111111[Y]移=011111112.設(shè)[X]補(bǔ)=a0，a1，a2…a6,其中ai取0或1，若要x＞－0.5,求a0，a1，a2，…，a6的取值。

解：a0=1，a1=0，a2，…，a6=1…1。3.有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，階碼10位（包括1位階符），用移碼表示；尾數(shù)22位（包括1位尾符）用補(bǔ)碼表示，基數(shù)R=2。請(qǐng)寫出：

(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；

(4)最接近于零的正規(guī)格化數(shù)與負(fù)規(guī)格化數(shù)。

解：（1）11111111110111111111111111111111

（2）11111111111000000000000000000000

（3）11111111110111111111111111111111～01111111111000000000000000000000

（4）00000000000000000000000000000001～000000000011111111111111111111114.將下列十進(jìn)制數(shù)表示成浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)，階碼3位，用補(bǔ)碼表示；尾數(shù)9位，用補(bǔ)碼表示。

（1）27/64

（2）-27/64

解：（1）27/64=11011B×=0.011011B=0.11011B×

浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù):11110110110000（2）-27/64=-11011B×=-0.011011B=-0.11011B×

浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù):111110010100005.已知X和Y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算X+Y,同時(shí)指出運(yùn)算結(jié)果是否溢出。

（1）X=0.11011Y=0.00011

（2）X=0.11011Y=-0.10101

（3）X=-0.10110Y=-0.00001

解：（1）先寫出x和y的變形補(bǔ)碼再計(jì)算它們的和

[x]補(bǔ)=00.11011[y]補(bǔ)=00.00011

[x+y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)=00.11011+00.00011=0.11110

∴x+y=0.1111B無溢出。

（2）先寫出x和y的變形補(bǔ)碼再計(jì)算它們的和

[x]補(bǔ)=00.11011[y]補(bǔ)=11.01011

[x+y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)=00.11011+11.01011=00.00110

∴x+y=0.0011B無溢出。

（3）先寫出x和y的變形補(bǔ)碼再計(jì)算它們的和

[x]補(bǔ)=11.01010[y]補(bǔ)=11.11111

[x+y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)=11.01010+11.11111=11.01001

∴x+y=-0.10111B無溢出6.已知X和Y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算X-Y,同時(shí)指出運(yùn)算結(jié)果是否溢出。

(1)X=0.11011Y=-0.11111

(2)X=0.10111Y=0.11011

(3)X=0.11011Y=-0.10011

解：（1）先寫出x和y的變形補(bǔ)碼，再計(jì)算它們的差

[x]補(bǔ)=00.11011[y]補(bǔ)=11.00001[-y]補(bǔ)=00.11111

[x-y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[-y]補(bǔ)=00.11011+00.11111=01.11010

∵運(yùn)算結(jié)果雙符號(hào)不相等∴為正溢出

X-Y=+1.1101B

（2）先寫出x和y的變形補(bǔ)碼，再計(jì)算它們的差

[x]補(bǔ)=00.10111[y]補(bǔ)=00.11011[-y]補(bǔ)=11.00101

[x-y]補(bǔ)=00.10111+11.00101=11.11100

∴x-y=-0.001B無溢出

（3）先寫出x和y的變形補(bǔ)碼，再計(jì)算它們的差

[x]補(bǔ)=00.11011[y]補(bǔ)=11.01101[-y]補(bǔ)=00.10011

[x-y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[-y]補(bǔ)=00.11011+00.10011=01.01110

∵運(yùn)算結(jié)果雙符號(hào)不相等∴為正溢出

X-Y=+1.0111B7.用原碼陣列乘法器、補(bǔ)碼陣列乘法器分別計(jì)算X×Y。

（1）X=0.11011Y=-0.11111

（2）X=-0.11111Y=-0.11011

解：（1）用原碼陣列乘法器計(jì)算：

[x]補(bǔ)=0.11011[y]補(bǔ)=1.00001

(0)11011

×)(1)00001

----------------------------------

(0)11011

(0)00000

（0)00000

(0)00000

(0)00000

(0)(1)(1)(0)(1)(1)

-----------------------------------------

(1)0010111011

[x×y]補(bǔ)=1.0010111011

∴x×y=-0.11010001018．用原碼陣列除法器計(jì)算X÷Y。

（1）X=0.11000Y=-0.11111

（2）X=-0.01011Y=0.11001

解：（1）[x]原=[x]補(bǔ)=0.11000[-∣y∣]補(bǔ)=1.00001

被除數(shù)X0.11000

+[-∣y∣]補(bǔ)1.00001

----------------------

余數(shù)為負(fù)1.11001→q0=0

左移1.10010

+[|y|]補(bǔ)0.11111

----------------------

余數(shù)為正0.10001→q1=1

左移1.00010

+[-|y|]補(bǔ)1.00001

----------------------

余數(shù)為正0.00011→q2=1

左移0.00110

+[-|y|]補(bǔ)1.00001

----------------------

余數(shù)為負(fù)1.00111→q3=0

左移0.01110

+[|y|]補(bǔ)0.11111

----------------------

余數(shù)為負(fù)1.01101→q4=0

左移0.11010

+[|y|]補(bǔ)0.11111

----------------------

余數(shù)為負(fù)1.11001→q5=0

+[|y|]補(bǔ)0.11111

----------------------

余數(shù)0.11000故[x÷y]原=1.11000即x÷y=-0.11000B

余數(shù)為0.11000B×9.設(shè)階為5位(包括2位階符),尾數(shù)為8位(包括2位數(shù)符),階碼、尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示,完成下列取值的[X+Y]，[X-Y]運(yùn)算：

（1）X=×0.100101Y=×(-0.011110)

（2）X=×（-0.010110）Y=×(0.010110)

解：（1）將y規(guī)格化得：y=×(-0.111100)

[x]浮=1101，00.100101[y]浮=1101，11.000100[-y]浮=1101，00.111100

①對(duì)階

[ΔE]補(bǔ)=[Ex]補(bǔ)+[-Ey]補(bǔ)=1101+0011=0000

∴Ex=Ey

②尾數(shù)相加

相加相減

00.10010100.100101

+11.000100+00.111100

--------------------------

11.10100101.100001

[x+y]浮=1101,11.101001左規(guī)[x+y]浮=1100,11.010010

∴x+y=×(-0.101110)

[x-y]浮=1101,01.100001右規(guī)[x-y]浮=1110,00.1100001

舍入處理得[x-y]浮=1110,00.110001

∴x-y=×0.110001

（2）[x]浮=1011，11.101010[y]浮=1100，00.010110[-y]浮=1100，11.101010

①對(duì)階

[ΔE]補(bǔ)=[Ex]補(bǔ)+[-Ey]補(bǔ)=1011+0100=1111

∴△E=-1[x]浮=1100，11.110101(0)

②尾數(shù)相加

相加相減

11.110101(0)11.110101(0)

+00.010110+11.101010

--------------------------------

00.001011(0)11.011111(0)

[x+y]浮=1100,00.001011(0)左規(guī)[x+y]浮=1010,00.1011000

∴x+y=×0.1011B

[x-y]浮=1100,11.011111(0)

∴x-y=×（-0.100001B）13.某加法器進(jìn)位鏈小組信號(hào)為C4C3C2C1，低位來的信號(hào)為C0，請(qǐng)分別按下述兩種方式寫出C4C3C2C1的邏輯表達(dá)式。

（1）串行進(jìn)位方式（2）并行進(jìn)位方式

解：（1）串行進(jìn)位方式：

C1=G1+P1C0其中：G1=A1B1，P1=A1⊕B1

C2=G2+P2C1G2=A2B2，P2=A2⊕B2

C3=G3+P3C2G3=A3B3，P3=A3⊕B3

C4=G4+P4C3G4=A4B4，P4=A4⊕B4

(2)并行進(jìn)位方式：

C1=G1+P1C0

C2=G2+P2G1+P2P1C0

C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0

C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0

其中G1-G4，P1-P4表達(dá)式與串行進(jìn)位方式相同。14.某機(jī)字長(zhǎng)16位，使用四片74181組成ALU，設(shè)最低位序標(biāo)注為0位，要求：

（1）寫出第5位的進(jìn)位信號(hào)C6的邏輯表達(dá)式；

（2）估算產(chǎn)生C6所需的最長(zhǎng)時(shí)間；

（3）估算最長(zhǎng)的求和時(shí)間。

解：（1）組成最低四位的74181進(jìn)位輸出為：C4=G+PC0，C0為向第0位的進(jìn)位

其中：G=y3+x3y2+x2x3y1+x1x2x3y0,P=x0x1x2x3

所以：C5=y4+x4C4

C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4

（2）設(shè)標(biāo)準(zhǔn)門延遲時(shí)間為T，"與或非"門延遲時(shí)間為1.5T，則進(jìn)位信號(hào)C0由最低位傳送至C6需經(jīng)一個(gè)反相器，兩級(jí)"與或非"門，故產(chǎn)生C6的最長(zhǎng)延遲時(shí)間為：

T+2×1.5T=4T

（3）最長(zhǎng)求和時(shí)間應(yīng)從施加操作數(shù)到ALU算起：第一片74181有3級(jí)"與或非"門（產(chǎn)生控制參數(shù)x0，y0Cn+4）,第二、第三片74181共2級(jí)反相器和2級(jí)"與或非"門（進(jìn)位鏈），第四片74181求和邏輯（1級(jí)"與或非"門和1級(jí)半加器，其延遲時(shí)間為3T），故總的加法時(shí)間為：

T=3×1.5T+2T+2×1.5T+1.5T+1.5T+3T=14T17．設(shè)A，B，C是三個(gè)16位的通用寄存器，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)16位定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算器，能實(shí)現(xiàn)下述功能：

（1）A±B→A

（2）B×C→A,C（高位積在寄存器A中）

（3）A÷B→C（商在寄存器C中）

解：設(shè)計(jì)能完成加、減、乘、除運(yùn)算的16位定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算器框圖。

分析各寄存器作用：

加減乘除

A被加數(shù)→和同左初始為0被除數(shù)→余數(shù)

部分積→乘積（H）除數(shù)

B加數(shù)同左被乘數(shù)

C----乘數(shù)→乘積（L）商

∴A：累加器（16位），具有輸入、輸出、累加功能及雙向移位功能；

B：數(shù)據(jù)寄存器（16位），具有輸入、輸出功能；

C：乘商寄存器（16位），具有輸入、輸出功能及雙向移位功能。

畫出框圖：

第三章1．有一個(gè)具有20位地址和32位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，問：

（1）該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少個(gè)字節(jié)的信息？

（2）如果存儲(chǔ)器由512K×8位SRAM芯片組成，需要多少芯片？

（3）需要多少位地址作芯片選擇？

解：（1）∵220=1M，∴該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)的信息為：1M×32/8=4MB

（2）（1000/512）×（32/8）=8（片）

（3）需要1位地址作為芯片選擇。2.已知某64位機(jī)主存采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其地址碼為26位，若使用256K×16位的DRAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式，問：

（1）每個(gè)模塊板為1024K×64位，共需幾個(gè)模塊板？

（2）個(gè)模塊板內(nèi)共有多少DRAM芯片?

（3）主存共需多少DRAM芯片?CPU如何選擇各模塊板？

解：(1).共需模塊板數(shù)為m：

m=÷=64(塊)

(2).每個(gè)模塊板內(nèi)有DRAM芯片數(shù)為n:

n=(/)×(64/16)=16(片)

(3)主存共需DRAM芯片為：16×64=1024(片)

每個(gè)模塊板有16片DRAM芯片，容量為1024K×64位，需20根地址線(A19~A0)完成模塊

板內(nèi)存儲(chǔ)單元尋址。一共有64塊模塊板，采用6根高位地址線(A25~A20)，通過

6：64譯碼器譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)對(duì)各模塊板進(jìn)行選擇。3．用16K×8位的DRAM芯片組成64K×32位存儲(chǔ)器，要求：

(1)畫出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。

(2)設(shè)存儲(chǔ)器讀/寫周期為0.5μS,CPU在1μS內(nèi)至少要訪問一次。試問采用哪種刷新方式比較合理？?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？

解：（1）組成64K×32位存儲(chǔ)器需存儲(chǔ)芯片數(shù)為

N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片）

每4片組成16K×32位的存儲(chǔ)區(qū)，有A13-A0作為片內(nèi)地址，用A15A14經(jīng)2：4譯碼器產(chǎn)生片選信號(hào)，邏輯框圖如下所示：

（2）依題意，采用異步刷新方式較合理，可滿足CPU在1μS內(nèi)至少訪問內(nèi)存一次的要求。

設(shè)16K×8位存儲(chǔ)芯片的陣列結(jié)構(gòu)為128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，則異步

刷新的間隔時(shí)間為：

則兩次刷新的最大時(shí)間間隔發(fā)生的示意圖如下

可見，兩次刷新的最大時(shí)間間隔為ｔｍａｘ

ｔｍａｘ＝15.5-0.5=15(μS)

對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需時(shí)間為tR

tR＝0.5×128=64(μS)7．某機(jī)器中，已知配有一個(gè)地址空間為0000H-3FFFH的ROM區(qū)域?，F(xiàn)在再用一個(gè)RAM芯片(8K×8)形成40K×16位的RAM區(qū)域，起始地址為6000H,假定RAM芯片有和信號(hào)控制端。CPU的地址總線為A15-A0，數(shù)據(jù)總線為D15-D0，控制信號(hào)為R/(讀/寫)，(訪存)，要求：

（1）畫出地址譯碼方案。

（2）將ROM與RAM同CPU連接。

解：（1）依題意，主存地址空間分布如右圖所示，可選用2片27128(16K×8位)的EPROM作為

ROM區(qū)；10片的8K×8位RAM片組成40K×16位的RAM區(qū)。27128需14位片內(nèi)地址，而RAM需13位

片內(nèi)地址，故可用A15-A13三位高地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào),方案如下:

（2）

8．存儲(chǔ)器容量為64M，字長(zhǎng)64位，模塊數(shù)m=8，分別用順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T=100ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線周期τ=10ns.問順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？

解：信息總量：q=64位×8=512位

順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器讀出8個(gè)字的時(shí)間分別是：

t2=mT=8×100ns=8×10(s)

t1=T+(m-1)=100+7×10=1.7×10(s)

順序存儲(chǔ)器帶寬是：

W2=q/t2=512÷（8×10）=64×10（位/S）

交叉存儲(chǔ)器帶寬是：

W1=q/t1=512÷（1.7×10）=301×10（位/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)的效率和平均訪問時(shí)間。

解：先求命中率h

h=nc/(nc+nm)＝2420÷(2420＋80)＝0.968

則平均訪問時(shí)間為ta

ta＝0.968×40＋(1-0.968)×240＝46.4(ns)

r＝240÷40＝6

cache/主存系統(tǒng)的效率為e

e＝1/[r＋(1－r)×0.968]＝86.2％10．已知Cache存儲(chǔ)周期40ns，主存存儲(chǔ)周期200ns，Cache/主存系統(tǒng)平均訪問時(shí)間為50ns，求Cache的命中率是多少？

解：∵ta=tc×h+tr×(1-h)

∴h=(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.9411．主存容量為4MB，虛存容量為1GB，則虛存地址和物理地址各為多少位？如頁面大小為4KB，則頁表長(zhǎng)度是多少？

解：已知主存容量為4MB，虛存容量為1GB

∵＝4M∴物理地址為22位

又∵＝1G∴虛擬地址為30位

頁表長(zhǎng)度為1GB÷4KB＝230÷212=218=256K14．假設(shè)主存只有a,b,c三個(gè)頁框，組成a進(jìn)c出的FIFO隊(duì)列，進(jìn)程訪問頁面的序列是0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2號(hào)。用列表法求采用LRU替換策略時(shí)的命中率。

解：

∴命中率為

15．從下列有關(guān)存儲(chǔ)器的描述中，選擇出正確的答案：

A．多體交叉存儲(chǔ)主要解決擴(kuò)充容量問題；

B．訪問存儲(chǔ)器的請(qǐng)求是由CPU發(fā)出的；

C．Cache與主存統(tǒng)一編址，即主存空間的某一部分屬于Cache;

D．Cache的功能全由硬件實(shí)現(xiàn)。

解：D16．從下列有關(guān)存儲(chǔ)器的描述中，選擇出正確的答案：

A．在虛擬存儲(chǔ)器中，外存和主存一相同的方式工作，因此允許程序員用比主存空間大得

多的外存空間編程；

B．在虛擬存儲(chǔ)器中，邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址是由硬件實(shí)現(xiàn)的，僅在頁面失效時(shí)才由操

作系統(tǒng)將被訪問頁面從外存調(diào)到內(nèi)存，必要時(shí)還要先把被淘汰的頁面內(nèi)容寫入外存；

C．存儲(chǔ)保護(hù)的目的是：在多用戶環(huán)境中，既要防止一個(gè)用戶程序出錯(cuò)而破壞系統(tǒng)軟件或

其他用戶程序，又要防止一個(gè)用戶訪問不是分配給他的主存區(qū)，以達(dá)到數(shù)據(jù)安全和保

密的要求。

解：C第四章1．ASCll碼是7位，如果設(shè)計(jì)主存單元字長(zhǎng)為32位，指令字長(zhǎng)為12位，是否合理？為什

么？

解：指令字長(zhǎng)設(shè)計(jì)為12位不是很合理。主存單元字長(zhǎng)為32位，一個(gè)存儲(chǔ)單元可存放4個(gè)ASCII碼，

余下4位可作為ASCII碼的校驗(yàn)位（每個(gè)ASCII碼帶一位校驗(yàn)位），這樣設(shè)計(jì)還是合理的。

但是，設(shè)計(jì)指令字長(zhǎng)為12位就不合理了，12位的指令碼存放在字長(zhǎng)32位的主存單元中，

造成19位不能用而浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。

2.假設(shè)某計(jì)算機(jī)指令長(zhǎng)度為20位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無操作數(shù)三類指令形式，每個(gè)操作數(shù)地址規(guī)定用6位表示。問：

若操作碼字段固定為8位，現(xiàn)已設(shè)計(jì)出m條雙操作數(shù)指令，n條無操作數(shù)指令，在此情況下，這臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以設(shè)計(jì)出多少條單操作數(shù)指令？

解：這臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以設(shè)計(jì)出256-m-n條單操作數(shù)指令3．指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。

解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：

①單字長(zhǎng)二地址指令；

②操作碼OP可指定=64條指令；

③RR型指令，兩個(gè)操作數(shù)均在寄存器中，源和目標(biāo)都是通用寄存器（可分別指定16個(gè)寄存器

之一）；

④這種指令格式常用于算術(shù)邏輯類指令。4．指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。

解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：

①雙字長(zhǎng)二地址指令；

②操作碼OP可指定=64條指令；

③RS型指令，兩個(gè)操作數(shù)一個(gè)在寄存器中（16個(gè)寄存器之一），另一個(gè)在存儲(chǔ)器中；

④有效地址通過變址求得：E=（變址寄存器）±D，變址寄存器可有16個(gè)。5．指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。

解：指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：

①單字長(zhǎng)二地址指令；

②操作碼OP可指定=16條指令；

③有8個(gè)通用寄存器，支持8種尋址方式；

④可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、6．一種單地址指令格式如下所示，其中I為間接特征，X為尋址模式，D為形式地址。I，X，D組成該指令的操作數(shù)有效地址E。設(shè)R為變址寄存器，R1為基值寄存器，PC為程序計(jì)數(shù)器，請(qǐng)?jiān)谙卤碇械谝涣形恢锰钊脒m當(dāng)?shù)膶ぶ贩绞矫Q。

解：①直接尋址

②相對(duì)尋址

③變址尋址

④基址尋址

⑤間接尋址

⑥基址間址尋址7．某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)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。

解：40條指令需占用操作碼字段（OP）6位，這樣指令余下長(zhǎng)度為10位。為了覆蓋主存640K字的地

址空間，設(shè)尋址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：

尋址模式定義如下：

X=00直接尋址有效地址E=D（直接尋址為256個(gè)存儲(chǔ)單元）

X=01立即尋址D字段為操作數(shù)

X=10變址尋址有效地址E=(RX)＋D（可尋址64K個(gè)存儲(chǔ)單元）

X=11相對(duì)尋址有效地址E=（PC）＋D（可尋址64K個(gè)存儲(chǔ)單元）

其中RX為變址寄存器（16位），PC為程序計(jì)數(shù)器（16位），在變址和相對(duì)尋址時(shí)，位移量D可正可負(fù)。8．某機(jī)字長(zhǎng)為32位，主存容量為1M，單字長(zhǎng)指令,有50種操作碼,采用頁面尋址、立即、直接等尋址方式。CPU中有PC，IR，AR,DR和16個(gè)通用寄存器，頁面尋址可用PC高位部分與形式地址部分拼接成有效地址。問：

（1）指令格式如何安排？

（2）主存能劃分成多少頁面？每頁多少單元？

（3）能否增加其他尋址方式？

解:（1）依題意,指令字長(zhǎng)32位，主存1M字，需20位地址A19-A0。50種操作碼，需6位OP，指令

尋址方式Mode為2位，指定寄存器Rn需4位。設(shè)有單地址指令、雙地址指令和零地址指

令，現(xiàn)只討論前二種指令。

單地址指令的格式為：

Mode=00時(shí)為立即尋址方式，指令的23－0位為立即數(shù)；

Mode=01時(shí)為直接尋址方式，指令的19－0位為有效地址。雙地址指令的格式為：

Mode1=01時(shí)為寄存器直接尋址方式，操作數(shù)S=(Rn)；

Mode1=11時(shí)為寄存器間址尋址方式,有效地址E=(Rn)。Mode2=00時(shí)為立即尋址方式，指令的13-0位為立即數(shù)；

Mode2=01時(shí)為頁面尋址方式；

Mode2=10時(shí)為變址尋址方式，E=(Rn)+D；

Mode2=11時(shí)為變址間址尋址方式,E=((Rn)+D)。（2）由于頁面尋址方式時(shí)，D為14位，所以頁面大小應(yīng)為＝16K字，則1M字可分為

＝64個(gè)頁面?？捎蒔C的高6位指出頁面號(hào)。

（3）能增加其它尋址方式，例上述間址方式、變址間址尋址方式。14.從以下有關(guān)RISC的描述中，選擇正確答案。

A.采用RISC技術(shù)后，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到早期的比較簡(jiǎn)單的情況。

B.為了實(shí)現(xiàn)兼容，新設(shè)計(jì)的RISC，是從原來CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實(shí)現(xiàn)的。

C．RISC的主要目標(biāo)是減少指令數(shù)，提高指令執(zhí)行效率。

D．RISC設(shè)有乘、除法指令和浮點(diǎn)運(yùn)算指令。

解：C15.根據(jù)操作數(shù)所在位置，指出其尋址方式（填空）：

（1）操作數(shù)在寄存器中，為（A）尋址方式。

（2）操作數(shù)地址在寄存器，為（B）尋址方式。

（3）操作數(shù)在指令中，為（C）尋址方式。

（4）操作數(shù)地址（主存）在指令中，為（D）尋址方式

（5）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（E，F(xiàn)，G）尋址方式。

解：A：寄存器直接；B：寄存器間接；C：立即；

D：直接；E：相對(duì)；F：基值；G：變址第五章1．請(qǐng)?jiān)诶ㄌ?hào)內(nèi)填入適當(dāng)答案。在CPU中：

(1)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）；

(2)保存當(dāng)前正要執(zhí)行的指令地址的寄存器是(程序計(jì)數(shù)器PC)；

(3)算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果通常放在（通用寄存器）和（數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR）。2．參見下圖（課本P166圖5.15）的數(shù)據(jù)通路。畫出存數(shù)指令"STAR1，(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）為地址的主存單元中。標(biāo)出各微操作信

號(hào)序列。

解："STAR1，(R2)"指令是一條存數(shù)指令，其指令周期流程圖如下圖所示：3．參見課本P166圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫出取數(shù)指令"LDA（R3），RO"的指令周期流程圖，

其含義是將(R3)為地址的主存單元的內(nèi)容取至寄存器R0中，標(biāo)出各微操作控制信號(hào)序列。

5．如果在一個(gè)CPU周期中要產(chǎn)生3個(gè)脈沖T1=200ns,T2=400ns,T3=200ns,試畫出

時(shí)序產(chǎn)生器邏輯圖。

解：節(jié)拍脈沖T1，T2，T3的寬度實(shí)際等于時(shí)鐘脈沖的周期或是它的倍數(shù)，此時(shí)T1=T3=200ns，

T2=400ns，所以主脈沖源的頻率應(yīng)為f=1/T1=5MHZ。為了消除節(jié)拍脈沖上的毛刺，環(huán)

型脈沖發(fā)生器可采用移位寄存器形式。下圖畫出了題目要求的邏輯電路圖和時(shí)序信號(hào)關(guān)系。根據(jù)關(guān)

系，節(jié)拍脈沖T1，T2，T3的邏輯表達(dá)式如下：

T1=C1·，T2=，T3=

6．假設(shè)某機(jī)器有80條指令，平均每條指令由4條微指令組成，其中有一條取指微指令是所有指

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。

解：微指令條數(shù)為：（4-1）×80+1=241條

取控存容量為：256×32位=1KB

7.某ALU器件使用模式控制碼M，S3，S2，S1，C來控制執(zhí)行不同的算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作。

下表列出各條指令所要求的模式控制碼，其中y為二進(jìn)制變量，F(xiàn)為0或1任選。

試以指令碼（A，B，H，D，E，F(xiàn)，G）為輸入變量，寫出控制參數(shù)M，S3，S2，S1，C的邏

輯表達(dá)式。

解：M=G

S3=H+D+F

S2=1

C=H+D+(E+F)y8．某機(jī)有8條微指令I(lǐng)1-I8，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。

a-j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為8位，請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。

解：經(jīng)分析，（e,f,h）和（b,i,j）可分別組成兩個(gè)小組或兩個(gè)字段，然后進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)

微命令信號(hào)，剩下的a,c,d,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

下：

11.已知某機(jī)采用微程序控制方式，其控制存儲(chǔ)器容量為512×48(位)。微程序可在整個(gè)控

制存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共4個(gè)，微指令采用水平型格式，后繼微

指令地址采用斷定方式。請(qǐng)問:

（1）微指令中的三個(gè)字段分別應(yīng)為多少位？

（2）畫出圍繞這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。

解：

（l）假設(shè)判別測(cè)試字段中每一位作為一個(gè)判別標(biāo)志，那么由于有4個(gè)轉(zhuǎn)移條件，故該字段為4位；

又因?yàn)榭卮嫒萘繛?12單元，所以下地址字段為9位，。微命令字段則是：

（48－4－9）=35位。（2）對(duì)應(yīng)上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖如下圖所示。其中微地址寄存器對(duì)應(yīng)下地址

字，P字段即為判別測(cè)試字段，控制字段即為微命令字段，后兩部分組成微指令寄存器。地址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器的OP碼、各種狀態(tài)條件以及判別測(cè)試字段所給的判別標(biāo)志

（某一位為1），其輸出用于控制修改微地址寄存器的適當(dāng)位數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移（此例微指令的后繼地址采用斷定方式）。

12．今有4級(jí)流水線分別完成取值、指令譯碼并取數(shù)、運(yùn)算、送結(jié)果四步操作，

今假設(shè)完成各步操作的時(shí)間依次為100ns,100ns,80ns,50ns。

請(qǐng)問：（1）流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少？

（2）若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，而且在硬件上不采取措施，那么第二條指令要

推遲多少時(shí)間進(jìn)行。

（3）如果在硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，至少需推遲多少時(shí)間？

解：

(1)流水線的操作時(shí)鐘周期t應(yīng)按四步操作中最長(zhǎng)時(shí)間來考慮,所以t=100ns；

(2)兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突情況：:

ADDR1,R2,R3;R2+R3→R1

SUBR4,R1,R5;R1-R5→R4兩條指令在流水線中執(zhí)行情況如下表所示:

ADD指令在時(shí)鐘4時(shí)才將結(jié)果寫入寄存器R1中,但SUB指令在時(shí)鐘3時(shí)就需讀寄存器R1了，顯然發(fā)生

數(shù)據(jù)相關(guān)，不能讀到所需數(shù)據(jù)，只能等待。如果硬件上不采取措施,第2條指令SUB至少應(yīng)推遲2個(gè)

操作時(shí)鐘周期，即t=2×100ns=200ns；

(3)如果硬件上加以改進(jìn)(采取旁路技術(shù)),這樣只需推遲1個(gè)操作時(shí)鐘周期就能得到所需數(shù)據(jù)，

即t=100ns。15．用定量描述法證明流水計(jì)算機(jī)比非流水計(jì)算機(jī)具有更高的吞吐率。

解：衡量并行處理器性能的一個(gè)有效參數(shù)是數(shù)據(jù)帶寬（最大吞吐量），它定義為單位時(shí)間內(nèi)可以產(chǎn)生

的最大運(yùn)算結(jié)果個(gè)數(shù)。

設(shè)P1是有總延時(shí)T1的非流水處理器，故其帶寬為1/T1。又設(shè)Pm是相當(dāng)于P1m段流水處理器延遲時(shí)間Tr，故Pm的帶寬為1/（Tc+Tr）。如果Pm是將P1劃分成相同延遲的若干段形成的，則T1≈mTc因

此P1的帶寬接近于1/mTc，由此可見，當(dāng)mTc>Tc+Tr滿足時(shí)，Pm比P1具有更大的帶寬。16.流水線中有三類數(shù)據(jù)相關(guān)沖突：寫后讀（RAW）相關(guān)；讀后寫（WAR）相關(guān)；寫后寫

（WAW）相關(guān)。判斷以下三組指令各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)。

(1)I1LADR1，A；M（A）→R1，M（A）是存儲(chǔ)器單元

I2ADDR2，R1；（R2）+（R1）→R2(2)I3ADDR3，R4；（R3）+（R4）→R3

I4MULR4，R5；（R4）×（R5）→R4(3)I5LADR6，B；M（B）→R6，M（B）是存儲(chǔ)器單元

I6MULR6，R7；（R6）×（R7）→R6

解：（1）寫后讀（RAW）相關(guān)；

（2）讀后寫（WAR）相關(guān)，但不會(huì)引起相關(guān)沖突；

（3）寫后讀（RAW）相關(guān)、寫后寫（WAW）相關(guān)17．參考教科書圖5.42所示的超標(biāo)量流水線結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)有如下6條指令序列：

I1LADR1,B;M(B)→R1,M(B)是存儲(chǔ)器單元

I2SUBR2,R1;(R2)－(R1)→R2

I3MULR3,R4;(R3)×(R4)→R3

I4ADDR4,R5;(R4)＋(R5)→R4

I5LADR6,A;M(A)→R6,M(A)是存儲(chǔ)器單元

I6ADDR6,R7;(R6)＋(R7)→R6

請(qǐng)畫出：（1）按序發(fā)射按序完成各段推進(jìn)情況圖。

（2）按序發(fā)射按序完成的流水線時(shí)空?qǐng)D。

解：（1）

(2)

第六章1．比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。

3.用異步通信方式傳送字符"A"和"8"，數(shù)據(jù)有7位，偶校驗(yàn)1位。起始位1位,

停止位l位，請(qǐng)分別畫出波形圖。

解：字符A的ASCII碼為41H=1000001B；

字符8的ASCII碼為38H=0111000B；

串行傳送波形圖為：注：B：起始位

C：校驗(yàn)位

S：停止位8．同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率,是因?yàn)橥酵ㄐ臺(tái)___。

A.不需要應(yīng)答信號(hào)；

B.總線長(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。

解：C9.在集中式總線仲裁中，____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)查詢方式

解：BAC10.采月串行接口進(jìn)行7位ASCII碼傳送，帶有1位奇校驗(yàn)位，l位起始位和1位停止位,當(dāng)傳輸率為9600波特時(shí)，字符傳送速率為____。

A.960B.873.C.1372D.480

解：A11．系統(tǒng)總線中地址線的功能是______。

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)備接口電路的地址

解：D12．系統(tǒng)總線中控制器的功能是______。

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)

解：D14.PCI是一個(gè)與處理器無關(guān)的_____，它采用____時(shí)序協(xié)議和____式仲裁策略，并具有____能力。

A.集中B.自動(dòng)配置C.同步D.高速外圍總線

解：DCAB15.PCI總線的基本傳輸機(jī)制是____傳送。利用____可以實(shí)現(xiàn)總線間的____傳送，使所有的存取都按CPU的需要出現(xiàn)在總線上。PCI允許____總線____工作。

A.橋B.猝發(fā)式C.并行D.多條E.猝發(fā)式

解：BACDE17．PCI總線中三種橋的名稱是什么？橋的功能是什么？

解：PCI總線有三種橋，即HOST/PCI橋（簡(jiǎn)稱HOST橋），PCI/PCI橋和PCI/LAGACY橋。

在PCI總線體系結(jié)構(gòu)中，橋起著重要作用：

（1）接兩條總線，使總線間相互通信；

（2）是一個(gè)總線轉(zhuǎn)換部件，可以把一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間上，

從而使系統(tǒng)中任意一個(gè)總線主設(shè)備都能看到同樣的一份地址表。

（3）利用橋可以實(shí)現(xiàn)總線間的卒發(fā)式傳送。19．總線的一次信息傳送過程大致分哪幾個(gè)階段？若采用同步定時(shí)協(xié)議，請(qǐng)畫出

讀數(shù)據(jù)的同步時(shí)序圖。

解：分五個(gè)階段：請(qǐng)求總線、總線仲裁、尋址（目的地址）、信息傳送、狀

態(tài)返回（錯(cuò)誤報(bào)告）。讀數(shù)據(jù)的同步時(shí)序圖為：

20．某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為70MHZ，求總線帶寬是多少？

解：設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時(shí)鐘周期用T=1/f表示，一個(gè)總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，

根據(jù)定義可得：

Dr＝T/D=D×1/ｆ＝8B×70×106/s=560MB/第七章1.計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備是指（）

A．輸入/輸出設(shè)備B.外存儲(chǔ)器

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

解：D2．打印機(jī)根據(jù)印字方式可以分為（）和（）兩大類，在（）類打印機(jī)中，只有（）型打印機(jī)能打印漢字，請(qǐng)從下面答案中選擇填空。

A．針型打印機(jī)B.活字型打印機(jī)

C.擊打式D.非擊打式

解：CDCA7．試推導(dǎo)磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時(shí)間的公式。

解：設(shè)讀寫一塊信息所需總時(shí)間為Tb，平均找道時(shí)間為Ts，平均等待時(shí)間為TL，讀寫一塊信息的

傳輸時(shí)間為Tm，則：Tb=Ts＋TL＋Tm。假設(shè)磁盤以每秒r轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個(gè)字，

則數(shù)據(jù)傳輸率=rN個(gè)字/秒。又假設(shè)每塊的字?jǐn)?shù)為n，因而一旦讀寫頭定位在該塊始端，就能在

Tm≈（n/rN）秒的時(shí)間中傳輸完畢。TL是磁盤旋轉(zhuǎn)半周的時(shí)間，TL=（1/2r）秒，

由此可得：

Tb=Ts＋1/2r＋n/rN秒8．某磁盤存貯器轉(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12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道。問：

（1）磁盤存貯器的容量是多少？

（2）最高位密度與最低位密度是多少？

（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？

（4）平均等待時(shí)間是多少？

（5）給出一個(gè)磁盤地址格式方案。

解：

（1）每道記錄信息容量=12288字節(jié)

每個(gè)記錄面信息容量=275×12288字節(jié)

共有4個(gè)記錄面，所以磁盤存儲(chǔ)器總?cè)萘繛椋?/p>

4×275×12288字節(jié)=13516800字節(jié)

（2）最高位密度D1按最小磁道半徑R1計(jì)算（R1=115mm）：

D1=12288字節(jié)/2πR1=17字節(jié)/mm

最低位密度D2按最大磁道半徑R2計(jì)算：

R2=R1+（275÷5）=115+55=170mm

D2=12288字節(jié)/2πR2=11.5字節(jié)/mm

（3）磁盤傳輸率C=r·N

r=3000/60=50周/秒

N=12288字節(jié)（信道信息容量）

C=r·N=50×12288=614400字節(jié)/秒

（4）平均等待時(shí)間=1/2r=1/(2×50)=10毫秒

（5）磁盤存貯器假定只有一臺(tái)，所以可不考慮臺(tái)號(hào)地址。有4個(gè)記錄面，每個(gè)記錄面有275個(gè)磁

道。假定每個(gè)扇區(qū)記錄1024個(gè)字節(jié)，則需要12288÷1024字節(jié)=12個(gè)扇區(qū)。由此可得如

下地址格式：

14．有一臺(tái)磁盤機(jī)，其平均尋道時(shí)間為了30ms,平均旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間為120ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為500B/ms，磁盤機(jī)上存放著1000件每件3000B的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)欲把一件數(shù)據(jù)取走，更新后在放回原地，假設(shè)一次取出或?qū)懭胨钑r(shí)間為：

平均尋道時(shí)間+平均等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳送時(shí)間

另外，使用CPU更新信息所需時(shí)間為4ms,并且更新時(shí)間同輸入輸出操作不相重疊。

試問：

（1）盤上全部數(shù)據(jù)需要多少時(shí)間？

（2）若磁盤及旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)據(jù)傳輸率都提高一倍，更新全部數(shù)據(jù)需要多少間？

解：（1）磁盤上總數(shù)據(jù)量=1000×3000B=3000000B

讀出全部數(shù)據(jù)所需時(shí)間為3000000B÷500B/ms=6000ms

重新寫入全部數(shù)據(jù)所需時(shí)間=6000ms

所以，更新磁盤上全部數(shù)據(jù)所需的時(shí)間為：

2×（平均找道時(shí)間+平均等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳送時(shí)間）+CPU更新時(shí)間

=2（30+120+6000）ms+4ms=12304ms

(2)磁盤機(jī)旋轉(zhuǎn)速度提高一倍后，平均等待時(shí)間為60ms；

數(shù)據(jù)傳輸率提高一倍后，數(shù)據(jù)傳送時(shí)間變?yōu)椋?/p>

3000000B÷1000B/ms=3000ms

更新全部數(shù)據(jù)所需時(shí)間為：

2×（30+6