計(jì)算機(jī)組成原理課件教學(xué)課件

1、 2021-7-244 6. 什么是指令？什么是程序？什么是指令？什么是程序？ l指令指令 由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成 能夠表示計(jì)算機(jī)中的一個(gè)基本操作的代碼或二能夠表示計(jì)算機(jī)中的一個(gè)基本操作的代碼或二 進(jìn)制串。進(jìn)制串。 l程序程序 用于求解某一問(wèn)題的一串指令序列，稱為該問(wèn)用于求解某一問(wèn)題的一串指令序列，稱為該問(wèn) 題的計(jì)算程序，簡(jiǎn)稱為程序。題的計(jì)算程序，簡(jiǎn)稱為程序。 2021-7-245 7. 指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)如指令和數(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)？何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？ l計(jì)算機(jī)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠計(jì)算機(jī)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的區(qū)

2、分是依靠指令的執(zhí)行階段指令的執(zhí)行階段 來(lái)決定的；來(lái)決定的； 在取指階段，從存儲(chǔ)器中讀取的均是在取指階段，從存儲(chǔ)器中讀取的均是CPU要執(zhí)要執(zhí) 行的指令；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)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)；行所需要的操作數(shù)； 2021-7-246 8. 什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU？ 什么是適配器？簡(jiǎn)述其功能。什么是適配器？簡(jiǎn)述其功能。 l內(nèi)存：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，稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存；儲(chǔ)器，稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)

3、稱內(nèi)存； l外存外存 用于存放程序和數(shù)據(jù)，但不能被用于存放程序和數(shù)據(jù)，但不能被CPU直接訪問(wèn)的大容量直接訪問(wèn)的大容量 存儲(chǔ)器，稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為外存；存儲(chǔ)器，稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為外存； 外存一般包括磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。外存一般包括磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。 lCPU 運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱CPU。 l適配器適配器 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。設(shè)之間的信息轉(zhuǎn)換。 第2章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器 2021-7-248 1. 用用8位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、

4、位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、 補(bǔ)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 11101111 1111 2021-7-249 l若若a7 0，則，則X為正數(shù)，顯然為正數(shù)，顯然a0 a6取任何值均可。取任何值均可。 l若若a7 1，則，則X為負(fù)數(shù)，為負(fù)數(shù)，X移 移 0. a6 a5 a0 0.5D

5、= 0.100000B，則，則0.5D 移 移 0.100000 若要若要X0.5，即等價(jià)于，即等價(jià)于X移 移 0.5D 移 移 即即0. a6 a5 a00.100000，因此必須是，因此必須是a5 a0不全為不全為0。 l 結(jié)論：結(jié)論： 如果如果a7 0， a6 a0取任何值均可；取任何值均可； 如果如果a7 1 ，必須滿足，必須滿足a6 =1 且且a5 a0不全為不全為0。 2. 設(shè)設(shè)X補(bǔ) 補(bǔ) a7.a6 a5 a0 ，其中，其中ai 取取0或或1， 若要若要X-0.5，求，求a0 a1 a2 a7 的取值。的取值。 2021-7-2410 3. 有一個(gè)字長(zhǎng)為有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，

6、符號(hào)位位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位1位；階碼位；階碼8位，用移碼位，用移碼 表示；尾數(shù)表示；尾數(shù)23位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為2。請(qǐng)寫出：。請(qǐng)寫出：(1)最大最大 數(shù)的二進(jìn)制表示，數(shù)的二進(jìn)制表示，(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示，最小數(shù)的二進(jìn)制表示，(3)規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù)所能所能 表示的數(shù)的范圍。表示的數(shù)的范圍。 l設(shè)移碼采用移設(shè)移碼采用移128碼，且機(jī)器數(shù)格式如右：碼，且機(jī)器數(shù)格式如右： l最大值（最大正數(shù)）最大值（最大正數(shù)） 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 即即 x = (1-2-23) * 2127 二進(jìn)制表示：二進(jìn)制表示： x = (1

7、-0.0000 0000 0000 0000 0000 001) * 2111 1111 l最小值（最小負(fù)數(shù)）最小值（最小負(fù)數(shù)） 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即即 x = 1 * 2127 二進(jìn)制表示：二進(jìn)制表示： x = -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) ) 2021-7-2411 3. 有一個(gè)字長(zhǎng)為有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位1位；階碼位；階碼8位，用移碼表位，用移碼表 示；尾數(shù)示；尾數(shù)23位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為位，用補(bǔ)碼

8、表示；基數(shù)為2。請(qǐng)寫出：。請(qǐng)寫出：(1)最大數(shù)的最大數(shù)的 二進(jìn)制表示，二進(jìn)制表示，(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示，最小數(shù)的二進(jìn)制表示，(3)規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù)所能表示的所能表示的 數(shù)的范圍。數(shù)的范圍。 l 設(shè)移碼采用移設(shè)移碼采用移128碼，且機(jī)器數(shù)格式如右：碼，且機(jī)器數(shù)格式如右： l 規(guī)格化數(shù)表示范圍規(guī)格化數(shù)表示范圍 最大正數(shù)：最大正數(shù)： 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 即即 x = (1-2-23) * 2127 最小正數(shù)：最小正數(shù)： 0 0000 0000 100 0000 0000 0000 0000 0000 即即 x = 2-1 * 2-12

9、8 最大負(fù)數(shù)：最大負(fù)數(shù)： 1 0000 0000 011 1111 1111 1111 1111 1111 即即 x = -(2-1+2-23) * 2-128 最小負(fù)數(shù)：最小負(fù)數(shù)： 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即即 x = 1 * 2127 l 規(guī)格化的正數(shù)范圍規(guī)格化的正數(shù)范圍2-129 (1-2-23) * 2127 負(fù)數(shù)范圍負(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) ) 2021-7-2412 4、將下列十進(jìn)制數(shù)表示成、將下

10、列十進(jìn)制數(shù)表示成IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的 32位浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)。位浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)。 l 27/64 27/64 = 0.011011B = 1.1011 * 2-2 e=2，則，則Ee127125 規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù) l27/64 27/64 =0.011011B =1.1011 * 2-2 規(guī)格化數(shù)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 1

11、1010111 11011011 0000 0000 0000 0000 0001011 0000 0000 0000 0000 000 2021-7-2413 y補(bǔ) 補(bǔ) 00.00011 5、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同 時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。 l x=0.11011 y=0.00011 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011 ，y補(bǔ) 補(bǔ) 00.00011 x+y補(bǔ) 補(bǔ) 00.11110，未溢出，未溢出 x+y = +0.11110 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011 00.11110 2021-7-2414 l x=0.11011 y=0.10101 x補(bǔ)

12、補(bǔ) 00.11011 ，y補(bǔ) 補(bǔ) 11.01011 x+y補(bǔ) 補(bǔ) 00.00110 ，未溢出，未溢出 x+y = +0.00110 y補(bǔ) 補(bǔ) 11.01011 5、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同 時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011 00.00110 2021-7-2415 l x=0.10110 y=0.00001 x補(bǔ) 補(bǔ) 11.01010 ，y補(bǔ) 補(bǔ) 11.11111 x+y補(bǔ) 補(bǔ) 11.01001 ，未溢出，未溢出 x+y = - 0.10111 y補(bǔ) 補(bǔ) 11.11111 5、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)

13、碼計(jì)算xy，同，同 時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。 x補(bǔ) 補(bǔ) 11.01010 11.01001 2021-7-2416 6、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同 時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。 l x=0.11011 y=0.11111 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011，y補(bǔ) 補(bǔ) 00.11111 x-y溢出（上溢）溢出（上溢） x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011 y補(bǔ) 補(bǔ) 00.11111 01.11010 2021-7-2417 6、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同 時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。 l x=0.101

14、11 y=0.11011 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.10111，y補(bǔ) 補(bǔ) 11.00101 x-y補(bǔ) 補(bǔ) 11.11100 ，未溢出未溢出 x-y = - 0.00100 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.10111 y補(bǔ) 補(bǔ) 11.00101 11.11100 2021-7-2418 6、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同 時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。 l x=0.11011 y=0.10011 x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011，y補(bǔ) 補(bǔ) 00.10011 x-y補(bǔ) 補(bǔ)溢出（上溢） 溢出（上溢） x補(bǔ) 補(bǔ) 00.11011 y補(bǔ) 補(bǔ) 00.10011 01.01110 2021-7-2

15、419 7、用原碼陣列乘法器計(jì)算、用原碼陣列乘法器計(jì)算xy。 l x11011 y11111 機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)：機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)： x補(bǔ) 補(bǔ) 0 11011 y補(bǔ) 補(bǔ) 1 00001 符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算：符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算： 0 11 算前求補(bǔ)器輸出：算前求補(bǔ)器輸出： |x|=11011 |y|=11111 乘法陣列：乘法陣列： |x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求補(bǔ)器輸出：算后求補(bǔ)器輸出： xy補(bǔ) 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

16、1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 2021-7-2420 7、用原碼陣列乘法器計(jì)算、用原碼陣列乘法器計(jì)算xy。 l x11111 y11011 機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)：機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)： x補(bǔ) 補(bǔ) 1 00001 y補(bǔ) 補(bǔ) 1 00101 符號(hào)位單獨(dú)考慮：符號(hào)位單獨(dú)考慮：1 10 算前求補(bǔ)器輸出：算前求補(bǔ)器輸出： |x|= 11111 |y|= 11011 乘法陣列：乘法陣列： |x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求補(bǔ)輸出：算后求補(bǔ)輸出： xy補(bǔ) 補(bǔ) 0 1101000101 xy = 0 1101000101 1 1 1 1 1 1 1 1

17、 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 2021-7-2421 9-1、x=2-0110.100101，y=2-010(-0.011110)，求，求x+y l設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮 浮 11 101，00.100101 y浮 浮 11 110，11.100010 1)求階差并對(duì)階求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ) 補(bǔ) Ey補(bǔ) 補(bǔ) 11 101 00 01011 111 修改后的修改后的x表示為：表示為： x浮 浮 11 110，0.010

18、010(1) 2)尾數(shù)求和尾數(shù)求和 MS= Mx+My =11 . 1101 00 (1) 3)規(guī)格化處理規(guī)格化處理 執(zhí)行執(zhí)行2次左規(guī)處理，次左規(guī)處理， MS= 11 . 0 1 0 0 1 0 (0)， ES= 11 100 4)舍入處理舍入處理 5)判溢出判溢出 故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy2 100 （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 2021-7-2422 9-1、x=2-0110.100101，y=

19、2-010(-0.011110)，求，求x-y l設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮 浮 11 101，00.100101 y浮 浮 11 110，11.100010 1)求階差并對(duì)階求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ) 補(bǔ) Ey補(bǔ) 補(bǔ) 11 101 00 01011 111 修改后的修改后的x表示為：表示為： x浮 浮 11 110，0.010010 (1) 2)尾數(shù)求差尾數(shù)求差 MS= Mx My =00. 110000 (1) 3)規(guī)格化處理規(guī)格化處理 4)舍入處理舍入處理 5)判溢出判溢出 故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy2 010 0. 11000

20、1 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 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 2021-7-2423 9-2、x=2-101(-0.010110)、y=2-1000.010110 ，求，求x+y l 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮 浮 11 011,11.101010 y浮 浮 11 100 ,00.010110 1)求階差并對(duì)階求階差并對(duì)階 EExE

21、yEx補(bǔ) 補(bǔ) Ey補(bǔ) 補(bǔ) 11 011 00 10011 111 即即E為為1，x的階碼小，應(yīng)使的階碼小，應(yīng)使Mx右移右移1位，位，Ex加加1， x浮 浮 11 100，1.110101 （0） 2)尾數(shù)求和尾數(shù)求和 MS= Mx+My =00. 0 0 1 0 1 1 （0） 3)規(guī)格化處理規(guī)格化處理 執(zhí)行執(zhí)行2次左規(guī)處理，次左規(guī)處理， MS= 00 . 1 0 1 0 0 0 (0)，ES= 11 010 4)舍入處理舍入處理 5)判溢出判溢出 故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy2 110（ （0.101100） 11. 1 1 0 1 0 1 （0） 00. 0 1 0 1 1 0 00

22、. 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 2021-7-2424 9-2、 x=2-101(-0.010110) y=2-1000.010110 ，求，求x-y l 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮 浮 11 011,11.101010 y浮 浮 11 100 ,00.010110 1)求階差并對(duì)階求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ) 補(bǔ) Ey補(bǔ) 補(bǔ) 11 011 00 10011 111 即即E為為1，x的階碼小，應(yīng)使的階碼小，應(yīng)使Mx右移右移1位，位，Ex加加1，

23、 x浮 浮 11 100，1.110101 （0） 2)尾數(shù)求差尾數(shù)求差 MS= Mx-My =11. 0 1 1 1 1 1 （0） 3)規(guī)格化處理規(guī)格化處理 4)舍入處理舍入處理 5)判溢出判溢出 故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy 2 100 （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，不溢出 不需規(guī)格化不需規(guī)格化 第第3章章 內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器 2021-7-2426 1、設(shè)有一個(gè)具有

24、設(shè)有一個(gè)具有20位地址和位地址和32位字長(zhǎng)位字長(zhǎng) 的存儲(chǔ)器，問(wèn)：的存儲(chǔ)器，問(wèn)： l該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少字節(jié)的信息？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)容量 = 存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)每單元字節(jié)數(shù)每單元字節(jié)數(shù) = 22032 bit l如果存儲(chǔ)器有如果存儲(chǔ)器有512K8位位SRAM芯片組成，需要多少片芯片組成，需要多少片? 需要做存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展；需要做存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展； u位擴(kuò)展：位擴(kuò)展：4片片512K8位芯片構(gòu)成位芯片構(gòu)成512K32位的存儲(chǔ)組；位的存儲(chǔ)組； u字?jǐn)U展：字?jǐn)U展：2組組512K32位存儲(chǔ)組構(gòu)成位存儲(chǔ)組構(gòu)成1M32位的存儲(chǔ)器；位的存儲(chǔ)器； 因此，共需要因此，共需要24

25、=8片給定的片給定的SRAM芯片芯片 l需要多少位地址做芯片選擇？需要多少位地址做芯片選擇？ 字?jǐn)U展的是字?jǐn)U展的是2個(gè)存儲(chǔ)組，因此，需個(gè)存儲(chǔ)組，因此，需1位地址做片選。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4 4* *2 2 8 8* *512K512K 3232* *1024K1024K 2021-7-2427 l由由16K8位的芯片位的芯片字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展構(gòu)成構(gòu)成64K32位的存儲(chǔ)器；位的存儲(chǔ)器； 位擴(kuò)展：由位擴(kuò)展：由4片片16K8位的芯片構(gòu)成位的芯片構(gòu)成16K32位的存儲(chǔ)組；位的存儲(chǔ)組； 字?jǐn)U展：由字?jǐn)U展：由4組組16K32位存儲(chǔ)組

26、構(gòu)成位存儲(chǔ)組構(gòu)成16K32位的存儲(chǔ)器；位的存儲(chǔ)器； 因此，因此，4個(gè)存儲(chǔ)組的片選信號(hào)應(yīng)由最高兩位地址個(gè)存儲(chǔ)組的片選信號(hào)應(yīng)由最高兩位地址A14和和A15產(chǎn)生；產(chǎn)生； 該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖如下：該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖如下： 3、用、用16K8位的位的DRAM芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成64K32位存儲(chǔ)器，問(wèn)：位存儲(chǔ)器，問(wèn)： （1）畫(huà)出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。）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 2021-7-2428 位擴(kuò)展位擴(kuò)展 16K8 RAM A13A0 D7D0/WE /CS 16K8 RAM A13A0 D7D

27、0/WE /CS A13A0 D7D0 D15D8 16K8 RAM A13A0 D7 D0 /CS /WE 16K8 RAM A13A0 D7 D0 /CS /WE D23D16 D31D23 /CS /WE 2021-7-2429 字?jǐn)U展字?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 /Y1 /Y2 /

28、Y3 /MREQ A14 A15 2021-7-2430 3、用、用16K8的的DRAM芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成64K32位存儲(chǔ)器，要求：位存儲(chǔ)器，要求： (2)設(shè)儲(chǔ)器讀設(shè)儲(chǔ)器讀/寫周期為寫周期為0.5s，CPU在在1s內(nèi)至少要訪問(wèn)一次。試內(nèi)至少要訪問(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)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？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？ l假定假定16K8位的位的DRAM芯片的存儲(chǔ)矩陣是芯片的存儲(chǔ)矩陣是128行行(1288)列列； 若集中刷新，則有若集中刷新，則有128行行

29、0.5us=64us的死時(shí)間，不合適；的死時(shí)間，不合適； 若分散刷新，則每訪存一次需要若分散刷新，則每訪存一次需要1us，也不合適；，也不合適； 所以，應(yīng)采用異步式刷新方式。所以，應(yīng)采用異步式刷新方式。 l假定假定DRAM芯片的芯片的刷新周期為刷新周期為2ms 兩行的刷新間隔為：兩行的刷新間隔為：2ms/128 = 0.015625ms=15.625us l若取若取15.5us作為實(shí)際的刷新間隔作為實(shí)際的刷新間隔 刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為：刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為： 15.5us1281984us = 1.984ms 2021-7-2431 6、用用32K8位的位的EPROM芯片組成芯

30、片組成128K16 位的只讀存儲(chǔ)器，試問(wèn)：位的只讀存儲(chǔ)器，試問(wèn)： l 數(shù)據(jù)寄存器多少位？數(shù)據(jù)寄存器多少位？ 因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)總線為因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)總線為16位，所以數(shù)據(jù)寄存器位，所以數(shù)據(jù)寄存器16位位 l 地址寄存器多少位？地址寄存器多少位？ 因?yàn)榇鎯?chǔ)器容量為因?yàn)榇鎯?chǔ)器容量為128K，需系統(tǒng)地址總線，需系統(tǒng)地址總線17位，位， 所以地址寄存器所以地址寄存器17位位 l 共需多少個(gè)共需多少個(gè)EPROM芯片？芯片？ 所需芯片總數(shù)：所需芯片總數(shù)： (128K/32K)(16/8)=8片片 2021-7-2432 6、用、用32K8位的位的EPROM芯片組成芯片組成128K16位的只讀存儲(chǔ)器，位的只讀存儲(chǔ)器，

31、 試問(wèn)：（試問(wèn)：（4）畫(huà)出此存儲(chǔ)器的組成框圖。）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 2021-7-2433 8、設(shè)存儲(chǔ)器容量為設(shè)存儲(chǔ)器容量為64M，字長(zhǎng)為，字長(zhǎng)為64位，模塊數(shù)位，模塊數(shù)m=8，分，分 別用順序和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期別用順序和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T=100ns，數(shù)，數(shù) 據(jù)總線寬度為據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期位，總線傳送周期=50ns。求：

32、順序存。求：順序存 儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？?jī)?chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？ l順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出順序存儲(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：個(gè)字的數(shù)據(jù)信息量為： q = 864 = 512位位 l順序存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為順序存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為 t1 = mT =8100ns =800ns =810-7s l故順序存儲(chǔ)器的帶寬為故順序存儲(chǔ)器的帶寬為 W1= q/t1 = 512/(810-7) = 64107bit/s l交叉存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為交叉存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為 t2 = T+ (m-1)= 100ns + (8-1)50ns = 450ns =4.5

33、10-7s l故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為 W1= q/t2 = 512/(4.510-7) = 113.8107bit/s 2021-7-2434 9、CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為完成存取的次數(shù)為2420 次，主存完成存取的次數(shù)為次，主存完成存取的次數(shù)為80次，次， 已知已知cache存儲(chǔ)周期為存儲(chǔ)周期為40ns，主存存儲(chǔ)周期為，主存存儲(chǔ)周期為240ns， 求求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。 l命中率命中率 h = Nc/(Nc+Nm) = 2420/(2420+80) = 0.968 l主存與主存與C

34、ache的速度倍率的速度倍率 r = tm/tc = 240ns/40ns = 6 l訪問(wèn)效率訪問(wèn)效率 e = 1/(r+(1-r)h) = 1/(6+(1-6)0.968) = 86.2% l平均訪問(wèn)時(shí)間平均訪問(wèn)時(shí)間 ta = tc/e = 40ns/0.862 = 46.4ns 2021-7-2435 10、已知、已知cache存儲(chǔ)周期存儲(chǔ)周期40ns，主存存儲(chǔ)周期，主存存儲(chǔ)周期 200ns，cache/主存系統(tǒng)平均訪問(wèn)時(shí)間為主存系統(tǒng)平均訪問(wèn)時(shí)間為50ns，求，求 cache的命中率是多少？的命中率是多少？ l由由 ta = htc+(1-h)tm，可得，可得 %75.93 20040 2

35、0050 mc ma tt tt h 2021-7-2436 13、一個(gè)組相聯(lián)、一個(gè)組相聯(lián)Cache由由64個(gè)行組成，每組個(gè)行組成，每組4行。行。 主存儲(chǔ)器包含主存儲(chǔ)器包含4K個(gè)塊，每塊個(gè)塊，每塊128字。請(qǐng)表示內(nèi)存地字。請(qǐng)表示內(nèi)存地 址的格式。址的格式。 l組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下：組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下： l每塊每塊128字，假定主存以字進(jìn)行組織字，假定主存以字進(jìn)行組織 塊內(nèi)的字地址需要塊內(nèi)的字地址需要7位位 lCache由由64個(gè)行組成，每組個(gè)行組成，每組4行行 Cache中共包含中共包含16組，需組，需4位組號(hào)位組號(hào) l主存包含主存包含4K個(gè)塊個(gè)塊 主存塊號(hào)為主存塊號(hào)為1

36、2位位 主存標(biāo)記位有主存標(biāo)記位有124=8位位 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 2021-7-2437 14、某機(jī)主存容量、某機(jī)主存容量1MB，字長(zhǎng)，字長(zhǎng)1B，塊大小，塊大小16B， Cache容量容量64KB，若，若Cache采用直接映射方采用直接映射方 式，請(qǐng)給出式，請(qǐng)給出2個(gè)不同標(biāo)記的內(nèi)存地址，它們映個(gè)不同標(biāo)記的內(nèi)存地址，它們映 射到同一個(gè)射到同一個(gè)Cache行。行。 l直接映射下的主存地址格式如下：直接映射下的主存地址格式如下： 每塊每塊16B 塊內(nèi)的字節(jié)地址需要塊內(nèi)的字節(jié)地址需要4位位 Cache容量容量64KB 共包含共包含4K行行 Cac

37、he塊號(hào)塊號(hào)12位位 主存容量主存容量1MB 主存地址主存地址20位位 主存標(biāo)記位主存標(biāo)記位20124 = 4位位 l兩個(gè)滿足題目要求的主存地址：兩個(gè)滿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 2021-7-2438 15、假設(shè)主存容量、假設(shè)主存容量16M32位，位，Cache容量容量 64K32位，主存與位，主存與Cache之間以每塊之間以每塊432位大位大 小傳送數(shù)據(jù)，請(qǐng)確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù)，并小傳送數(shù)據(jù)，請(qǐng)

38、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。畫(huà)出主存地址格式。 l直接映射下的主存地址格式如下：直接映射下的主存地址格式如下： 每塊每塊4字字 塊內(nèi)的字地址需要塊內(nèi)的字地址需要2位位 Cache容量容量64KB Cache共包含共包含16K個(gè)塊個(gè)塊 Cache塊號(hào)需要塊號(hào)需要14位位 主存主存16MB 主存地址為主存地址為24位位 主存標(biāo)記位有主存標(biāo)記位有24142 = 8位位 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 第第4章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 2021-7-2440 3、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分

39、析指令 格式與尋址方式特點(diǎn)。格式與尋址方式特點(diǎn)。 l 單字長(zhǎng)雙地址碼的單字長(zhǎng)雙地址碼的RR型指令。型指令。 l 操作碼操作碼6位，系統(tǒng)中可以包含位，系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令。種不同的指令。 l 源、目的操作數(shù)只能采用寄存器尋址方式。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 2021-7-2441 4、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式、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)。與尋址方式特點(diǎn)。 l 雙字長(zhǎng)雙地址碼的雙字長(zhǎng)雙地址碼的RS型指令。型指令。 l 操作碼操作碼6位，系統(tǒng)中可以包含位，系統(tǒng)中可以包

40、含64種不同的指令。種不同的指令。 l 源操作數(shù)只能使用寄存器尋址方式；源操作數(shù)只能使用寄存器尋址方式； 目的操作數(shù)只能使用變址尋址方式；目的操作數(shù)只能使用變址尋址方式； 其中，變址寄存器可使用其中，變址寄存器可使用16個(gè)通用寄存器之一；個(gè)通用寄存器之一； 偏移量為偏移量為16位。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） 2021-7-2442 6、一種單地址指令格式如下所示，、一種單地址指令格式如下所示，R變址寄存器，變址寄存器，R1 基址寄存器，基址寄存器，PC程序計(jì)數(shù)器，填寫下列尋址方式。程序計(jì)數(shù)器，填寫下列尋址方式。 尋

41、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 2021-7-2443 7、某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16位位，主存容量為，主存容量為64K字，采用字，采用 單字長(zhǎng)單地址指令，共有單字長(zhǎng)單地址指令，共有40條指令，試采用直接、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

42、。立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。 l40條指令條指令 指令操作碼需指令操作碼需6位，位，26=64，其中，其中24種編碼未用；種編碼未用； l4種尋址方式種尋址方式 尋址特征需尋址特征需2位；位； l單字長(zhǎng)單地址指令單字長(zhǎng)單地址指令 剩余剩余8位作為形式地址；位作為形式地址； l設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)方案： 方案方案1：專用變址寄存器；：專用變址寄存器； 方案方案2：通用寄存器作為變址寄存器；：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)

43、+D 相對(duì)尋址方式相對(duì)尋址方式11E=(PC)+D 2021-7-2444 方案方案1：專用變址寄存器：專用變址寄存器 l 各操作數(shù)的尋址范圍：各操作數(shù)的尋址范圍： 立即數(shù)尋址方式立即數(shù)尋址方式 u指令中的立即數(shù)不能超過(guò)指令中的立即數(shù)不能超過(guò)8位；位； 直接尋址方式直接尋址方式 u直接地址為直接地址為8位，可直接尋址范圍為位，可直接尋址范圍為28個(gè)單元；個(gè)單元； 變址尋址方式變址尋址方式 uE=（R）+D，其中變址寄存器，其中變址寄存器R為為16位；位； u由于主存容量由于主存容量64K字，可直接尋址整個(gè)主存空間；字，可直接尋址整個(gè)主存空間； 相對(duì)尋址方式相對(duì)尋址方式 uE=（PC）+D，可直

44、接尋址整個(gè)主存空間；，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 2021-7-2445 方案方案2：通用寄存器作為變址寄存器：通用寄存器作為變址寄存器 l各操作數(shù)的尋址范圍：各操作數(shù)的尋址范圍： 立即數(shù)尋址方式立即數(shù)尋址方式 u指令中的立即數(shù)不能超過(guò)指令中的立即數(shù)不能超過(guò)4位；位； 直接尋址方式直接尋址方式 u直接地址為直接地址為4位，可直接尋址范圍為位，可直接尋址范圍為24個(gè)單元；個(gè)單元； 變址尋址方式變址尋址方式 uE=（R）+D，其中變址寄存器，其中變址寄存器R為為16位；位； u由于主存容量由于主存容量64K字，可直接尋

45、址整個(gè)主存空間；字，可直接尋址整個(gè)主存空間； 相對(duì)尋址方式相對(duì)尋址方式 uE=（PC）+D，可直接尋址整個(gè)主存空間；，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 2021-7-2446 9、某機(jī)字長(zhǎng)為、某機(jī)字長(zhǎng)為32位，位，CPU中有中有16個(gè)個(gè)32位通用寄存器，設(shè)計(jì)位通用寄存器，設(shè)計(jì) 一種能容納一種能容納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，則為基址寄存器，則RS型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少？型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少？ l指令格式指令格式 64種

46、操作種操作 操作碼操作碼占占6位；位； 16個(gè)通用寄存器個(gè)通用寄存器一個(gè)操作數(shù)和基址寄存器各一個(gè)操作數(shù)和基址寄存器各占占4位；位； 單字長(zhǎng)指令單字長(zhǎng)指令 形式地址占形式地址占32 6 4 4 = 18位；位； l操作數(shù)操作數(shù)S的地址的地址E （R1）D，其中，其中R1為為32位的；位的； 若系統(tǒng)的地址總線若系統(tǒng)的地址總線32位，則可尋址整個(gè)主存；位，則可尋址整個(gè)主存； 若系統(tǒng)的地址總線若系統(tǒng)的地址總線32位，則可尋址的最大存儲(chǔ)空間為位，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 2021-7-

47、2447 12、根據(jù)操作數(shù)所在的位置，指出其尋址方式。、根據(jù)操作數(shù)所在的位置，指出其尋址方式。 l 操作數(shù)在寄存器中，為操作數(shù)在寄存器中，為 尋址方式；尋址方式； l操作地址在寄存器，為操作地址在寄存器，為 尋址方式；尋址方式； l操作數(shù)在指令中，為操作數(shù)在指令中，為 尋址方式；尋址方式； l操作數(shù)地址（主存）在指令中，為操作數(shù)地址（主存）在指令中，為 方方 式；式； l操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和，操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和， 可以是可以是 尋址方式；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，變址相對(duì)，基址，變址 第

48、第5章章 中央處理機(jī)中央處理機(jī) 2021-7-2449 2、參見(jiàn)、參見(jiàn)圖圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫(huà)出存數(shù)指令的數(shù)據(jù)通路，畫(huà)出存數(shù)指令STO R1，（，（R2） 的指令周期流程圖，其含義是將寄存器的指令周期流程圖，其含義是將寄存器R1的內(nèi)容傳送至的內(nèi)容傳送至 （R2）為地址的數(shù)存單元中。）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) 2021-7-2450 存數(shù)指令存數(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/

49、W=1 DR0 G IRi R20 G ARi R10 G DRi R/W=0 2021-7-2451 3、參見(jiàn)圖、參見(jiàn)圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫(huà)出取數(shù)指令的數(shù)據(jù)通路，畫(huà)出取數(shù)指令LAD (R3)， R0的指令周期流程圖，其含義是將的指令周期流程圖，其含義是將(R3)為地址數(shù)存為地址數(shù)存 單元的內(nèi)容取至寄存器單元的內(nèi)容取至寄存器R0中。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 2021-7-2452 取數(shù)指令取數(shù)指令LAD (R3)，R0的指令周期的指令周期 (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

50、期 PC0 G ARi R/W=1 DR0 G IRi R30 G ARi DR0 G R0i R/W=1 2021-7-2453 6、假設(shè)某機(jī)器有、假設(shè)某機(jī)器有80條指令，平均每條指令有條指令，平均每條指令有4條微條微 指令組成，其中有一條取值微指令是所有指令公指令組成，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)度為用的，已知微指令長(zhǎng)度為32位，請(qǐng)估算控制存儲(chǔ)位，請(qǐng)估算控制存儲(chǔ) 器容量。器容量。 l微指令的數(shù)目為微指令的數(shù)目為803+1=241條；條； l微指令字長(zhǎng)為微指令字長(zhǎng)為32/8=4字節(jié)；字節(jié)； l故，控制存儲(chǔ)器的容量為故，控制存儲(chǔ)器的容量為 2414=964字節(jié)字節(jié) 該容

51、量為控制存儲(chǔ)器的最小容量。該容量為控制存儲(chǔ)器的最小容量。 2021-7-2454 8、某機(jī)有、某機(jī)有8條指令條指令I(lǐng)1I8，每條，每條 微指令所包含的微命令控制微指令所包含的微命令控制 信號(hào)如下表所示。信號(hào)如下表所示。aj分別分別 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令種不同性質(zhì)的微命令 信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控 制字段僅為制字段僅為8位，請(qǐng)安排微指位，請(qǐng)安排微指 令的控制字段格式。令的控制字段格式。 l微命令數(shù)目微命令數(shù)目操作控制字段，則采操作控制字段，則采 用用混合表示法設(shè)計(jì)混合表示法設(shè)計(jì)微指令；微指令； l從左表中選擇互斥的微操作；從左表中選擇互斥的微操作； a命令：與命

52、令：與i互斥互斥 b命令：與命令：與f、g、i、j互斥互斥 c命令：與命令：與f、j互斥互斥 d命令：與命令：與i、j互斥互斥 e命令：與命令：與f、h、j互斥互斥 f命令：與命令：與b、c、e、h、i、j互斥互斥 g命令：與命令：與b、h、j互斥互斥 h命令：與命令：與e、f、g、i互斥互斥 i命令：與命令：與a、b、d、f、h、j互斥互斥 j命令：與命令：與b、c、d、e、f、g、i互斥互斥 l互斥信號(hào)組互斥信號(hào)組 e、f、h和和b、i、j e、f、h和和d、i、j e、f、h和和b、g、j i、f、h和和b、g、j 微指微指 令令 a b c d efg hij I1 I2 I3 I4

53、I5 I6 I7 I8 2021-7-2455 8、某機(jī)有、某機(jī)有8條指令條指令I(lǐng)1I8，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào) 如下表所示。如下表所示。aj分別對(duì)應(yīng)分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假種不同性質(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位，請(qǐng)安排微指令的控制字 段格式。段格式。 l解法解法1： 將將 （d, i, j）和（）和（e, f, h）分別組成兩）分別組成兩 個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令 信號(hào)，剩下的信號(hào)，剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信四個(gè)微

54、命令信 號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段 組成如右圖所示：組成如右圖所示： l解法解法2： 將將 （b, i, j）和（）和（e, f, h）分別組成兩）分別組成兩 個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令 信號(hào)，剩下的信號(hào)，剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信四個(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：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

55、信號(hào) 2021-7-2456 12、今有今有4級(jí)流水線，分別完成取指、指令譯碼并取數(shù)、級(jí)流水線，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 依次為依次為100ns、100ns、80ns、50ns。請(qǐng)問(wèn)：。請(qǐng)問(wèn)： l 流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少？流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少？ 流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來(lái)考慮，即流流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來(lái)考慮，即流 水線時(shí)鐘周期性水線時(shí)鐘周期性 ，故取，故取100ns。 l 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，那么第若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，硬

56、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？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)，就推遲第遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，就推遲第2條指令的執(zhí)行；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。個(gè)時(shí)鐘周期。 l 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)；如采用專用通路技術(shù)，應(yīng)保證取數(shù)之前結(jié)果已計(jì)算出來(lái)； 因此，至少需要延遲因此，至少需要延遲1個(gè)時(shí)鐘周期。個(gè)時(shí)鐘周期。 流水時(shí)空?qǐng)D流水時(shí)空?qǐng)D 2021-7-2457

57、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) 2021-7-2458 13、指令流水線有取指（、指令流水線有取指（IF）、譯碼（）、譯碼（ID）、執(zhí)行）、執(zhí)行 （EX）、訪存（）、訪存（MEM）、寫回寄存器堆（）、寫回寄存器堆（WB） 五個(gè)過(guò)程段，共有五個(gè)過(guò)程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。條指令連續(xù)輸入此流水線。 l 畫(huà)出流水處理的時(shí)空?qǐng)D，假設(shè)時(shí)鐘周期為畫(huà)出

58、流水處理的時(shí)空?qǐng)D，假設(shè)時(shí)鐘周期為100ns。 2021-7-2459 13、指令流水線有取指（、指令流水線有取指（IF）、譯碼（）、譯碼（ID）、執(zhí)行）、執(zhí)行 （EX）、訪存（）、訪存（MEM）、寫回寄存器堆（）、寫回寄存器堆（WB） 五個(gè)過(guò)程段，共有五個(gè)過(guò)程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。條指令連續(xù)輸入此流水線。 l 求流水線的實(shí)際吞吐量（單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢的指令條求流水線的實(shí)際吞吐量（單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢的指令條 數(shù)）。數(shù)）。 l 求流水線的加速比。求流水線的加速比。 條條/ /秒秒1 10 0* *8 8. .3 33 3 1 10 0* *1 10 00 0* *1 1) )2 20

59、 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 2021-7-2460 16、判斷以下三組指令中各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)？、判斷以下三組指令中各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)？ l I1 LDA R1 , A ;M(A)R1 I2 ADD R2 , R1 ;(R2)+(R1)R2 l I3 ADD R3 , R4 ;(R3)+(R4)R3 I4 MUL R4 , R5 ;(R4) (R5) R4

60、l I5 LDA R6 , B ;M(B)R6 I6 MUL R6 , R7 ;(R6) (R7) R6 寫后讀相關(guān)寫后讀相關(guān) 讀后寫相關(guān)讀后寫相關(guān) 寫后寫相關(guān)寫后寫相關(guān) 第第6章章 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng) 2021-7-2462 1、比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。、比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。 l單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu) 使用一條使用一條系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線來(lái)連接來(lái)連接CPU、內(nèi)存和、內(nèi)存和I/O設(shè)備；設(shè)備； 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行；系統(tǒng)總線負(fù)載重；特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行；系統(tǒng)總線負(fù)載重； l雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu) 在在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線；和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存