計算機組成原理習題解答

1、1計算機組成原理習題解答計算機組成原理習題解答2第一章第一章 計算機系統(tǒng)概論計算機系統(tǒng)概論3 馮諾依曼計算機的主要設(shè)計思想是：馮諾依曼計算機的主要設(shè)計思想是：存儲程序并按地址順序執(zhí)行存儲程序并按地址順序執(zhí)行。 馮諾依曼計算機主要包括：馮諾依曼計算機主要包括：存儲器、運算器、控制器、輸入和輸出五部分組成。存儲器、運算器、控制器、輸入和輸出五部分組成。1.4 馮諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是什么？馮諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是什么？ 它包括哪些主要組成部分？它包括哪些主要組成部分？41.5 什么是存儲容量？什么是單元地址？什么是存儲容量？什么是單元地址？ 什么是數(shù)據(jù)字？什么是指令字？什么是數(shù)據(jù)字

2、？什么是指令字？ 存儲容量存儲容量存儲器所能保存二進制數(shù)據(jù)的總數(shù)，常用單位為存儲器所能保存二進制數(shù)據(jù)的總數(shù)，常用單位為KB、MB等。等。 單元地址單元地址用于識別存儲器中每個存儲單元的編號，即單元地址。用于識別存儲器中每個存儲單元的編號，即單元地址。 數(shù)據(jù)字數(shù)據(jù)字表示計算機所要處理數(shù)據(jù)的計算機字，稱為數(shù)據(jù)字。表示計算機所要處理數(shù)據(jù)的計算機字，稱為數(shù)據(jù)字。 指令字指令字表示一條指令的計算機字，稱為指令字。表示一條指令的計算機字，稱為指令字。5指令：指令：由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成，能夠表示計算機中的由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成，能夠表示計算機中的一個一個基本操作基本操作的代碼或二進制串。的代碼或二

3、進制串。程序：程序：用于求解某一問題的一串指令序列，稱為該問題的計用于求解某一問題的一串指令序列，稱為該問題的計算程序，簡稱為算程序，簡稱為程序程序。1.6 什么是指令？什么是程序？什么是指令？什么是程序？61.7 指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計算機如何區(qū)指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計算機如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？分它們是指令還是數(shù)據(jù)？計算機對指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠指令的執(zhí)行階段計算機對指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠指令的執(zhí)行階段來決定的；來決定的；在取指階段，從存儲器中讀取的均是在取指階段，從存儲器中讀取的均是CPU要執(zhí)行的要執(zhí)行的指令；指令；在執(zhí)行階段，從存儲器中讀取的一定是指令執(zhí)行所在執(zhí)行階段，從

4、存儲器中讀取的一定是指令執(zhí)行所需要的操作數(shù)；需要的操作數(shù)；71.8 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？簡述其功能。什么是適配器？簡述其功能。 內(nèi)存：內(nèi)存：用于存放系統(tǒng)當前運行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導體存儲器，用于存放系統(tǒng)當前運行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導體存儲器，稱為內(nèi)存儲器，簡稱稱為內(nèi)存儲器，簡稱內(nèi)存內(nèi)存； 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直接訪問的大容量存儲器，直接訪問的大容量存儲器，稱為外存儲器，簡稱為稱為外存儲器，簡稱為外存外存；外存一般包括磁盤存儲器和光盤存儲器。外存一般包括磁盤存儲器和光盤存儲

5、器。 CPU：運算器和控制器合稱為中央處理器，簡稱運算器和控制器合稱為中央處理器，簡稱CPU。 適配器：適配器：主機和不同速度的外設(shè)之間的一種部件，用于主機和外設(shè)之間主機和不同速度的外設(shè)之間的一種部件，用于主機和外設(shè)之間的信息轉(zhuǎn)換。的信息轉(zhuǎn)換。8第二章第二章 運算方法和運算器運算方法和運算器92.1 用用8位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、補碼。位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、補碼。真值真值原碼原碼反碼反碼補碼補碼-35- 010 00111010 00111101 11001101 1101127+111 11110111 11110111 11110111 1111-127-111 11

6、111111 11111000 00001000 0001-1-000 00011000 00011111 11101111 111110 若若a7 0，則，則X為正數(shù)，顯然為正數(shù)，顯然a6 a0取任何值，取任何值， X均大于均大于-0.5。 若若a7 1，則，則X為負數(shù)，為負數(shù)，X移移0. a6 a5 a0 0.5D = 0.100000B，則，則0.5D 移移0.100000 若要若要X0.5，即等價于，即等價于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 a2不全為不全為0 結(jié)論：結(jié)論： 如果如果a7 0， a6 a0取任何值均可；取任何

7、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。 2.2 設(shè)設(shè)X補補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 a6 的取值。的取值。11（1）最大值（最大正數(shù)）最大值（最大正數(shù)）機器數(shù)形式：機器數(shù)形式：0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111真值：真值： (1-2-23) * 2127二進制表示：二進制表示： x = (1-0.0000 0000 0000 0000 0000 001) * 2111 1111 （2）最小值（最小負數(shù)）最小值（最小負數(shù)）機

8、器數(shù)形式：機器數(shù)形式：1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000真值：真值： 1 * 2127二進制表示：二進制表示： x = -1* 2111 1111 2.3 有一個字長為有一個字長為32位的浮點數(shù)，符號位位的浮點數(shù)，符號位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，用補碼表示；基數(shù)為位，用補碼表示；基數(shù)為2。請寫出：請寫出： (1)最大數(shù)的二進制表示最大數(shù)的二進制表示(2)最小數(shù)的二進制表示最小數(shù)的二進制表示(3)規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍。規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍。1位數(shù)符位數(shù)符S8位階碼位階碼E23位尾數(shù)位尾數(shù)M機器數(shù)格

9、式機器數(shù)格式12（3）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 * 2-128 最大負數(shù)：最大負數(shù)： 1 0000 0000 011 1111 1111 1111 1111 1111 即即 x = -(2-1+2-23) * 2-128 最小負數(shù)：最小負數(shù)： 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000

10、 0000 即即 x = 1 * 2127 所以規(guī)格化數(shù)的正數(shù)范圍為：所以規(guī)格化數(shù)的正數(shù)范圍為：2-129 (1-2-23) * 2127， 負數(shù)范圍為：負數(shù)范圍為：2127 -(2-1+2-23) * 2-128尾數(shù)為補碼：尾數(shù)為補碼：必須使最高數(shù)值位和符號位相反必須使最高數(shù)值位和符號位相反13 (1) 27/64 =27(1/64) = (0001 1011)2*2-6 = 0.011011B = 1.1011 2-2 e=2，則，則Ee127125 規(guī)格化數(shù)為規(guī)格化數(shù)為 (2) 27/64 = 0.011011B = 1.1011 2-2 規(guī)格化數(shù)為規(guī)格化數(shù)為符號位符號位階碼階碼(8)尾

11、數(shù)尾數(shù)(23)00111 11011011 0000 0000 0000 0000 000符號位符號位階碼階碼(8)尾數(shù)尾數(shù)(23)10111 11011011 0000 0000 0000 0000 0002.4 將下列十進制數(shù)表示成將下列十進制數(shù)表示成IEEE754標準的標準的32位浮點規(guī)格化數(shù)。位浮點規(guī)格化數(shù)。 (1)27/64 (2)27/6414(1) x補補00 11011 ，y補補00 00011 x+y補補00 11110，未溢出，未溢出(2) x補補00 11011 ，y補補11 01011 x+y補補00 00110，未溢出，未溢出(3)x補補11 01010 ，y補補11

12、 11111 x+y補補 11 01001 ，未溢出，未溢出2.5 已知已知x和和y，用變形補碼計算，用變形補碼計算xy，同時指出結(jié)果是否溢出。，同時指出結(jié)果是否溢出。 (1) x=11011 y=00011 (2) x=11011 y=10101 (3) x=10110 y=00001 00 11011) 00 0001100 1111000 11011) 11 0101100 0011011 01010) 11 1111111 0100115(1) x補補00 11011 ，y補補00 11111 xy補補 01 11010 ，溢出（上溢），溢出（上溢）(2) x補補00 10111 ，y

13、補補00 11011 ， y補補11 00101 xy補補 11 11100 ，未溢出，未溢出(3) x補補00 11011 ，y補補11 01101 ， y補補00 10011 xy補補 01 01110 ，溢出（上溢），溢出（上溢）2.6 已知已知x和和y，用變形補碼計算，用變形補碼計算xy，同時指出結(jié)果是否溢出。，同時指出結(jié)果是否溢出。(1)x=11011 y=11111 (2) x=10111 y=11011 (3)x=11011 y=1001100 11011) 00 1111101 1101000 10111) 11 0010111 1110000 11011) 00 100110

14、1 0111016 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1(1) 輸入數(shù)據(jù)的原碼：輸入數(shù)據(jù)的原碼： x原原0 11011 y原原1 11111 符號位單獨運算：符號位單獨運算： 0 11 算前求補器輸出：算前求補器輸出： |x|=11011 |y|=10011 乘法陣列乘法陣列：|x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 加上乘積符號位加上乘積符號位1，得，得xy原原 1 1101000101 即即x y=11010001012.7 用原碼陣列乘法器、補碼陣列乘法器分

15、別計算用原碼陣列乘法器、補碼陣列乘法器分別計算xy。(1) x11011 y11111(2) x11111 y11011 1 1 0 1 117 輸入數(shù)據(jù)的原碼：輸入數(shù)據(jù)的原碼： x原原 1 11111 y原原 1 11011 符號位單獨運算符號位單獨運算 1 10 算前求補器輸出：算前求補器輸出：|x|= 11111 |y|= 11011 乘法陣列乘法陣列：|x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 加上乘積符號位加上乘積符號位0，得，得xy原原 0 1101000101 即即xy=1101000101(2) x11111 y11011 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

16、 0 0 0 0 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 11 1 1 1 118(1)x=2-0110.100101 y=2-010(-0.011110)(2)x=2-101(-0.010110) y=2-1000.0101102.9 設(shè)階碼設(shè)階碼3位，尾數(shù)位，尾數(shù)6位，按浮點數(shù)運算方法，位，按浮點數(shù)運算方法，完成下列取值的完成下列取值的x+y、x-y運算：運算：19(1-1) x=2-0110.100101 ，y=2-010(-0.011110)，求，求x+y 設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階

17、碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，則則x、y的浮點數(shù)表示為的浮點數(shù)表示為x浮浮 11 101，0.100101 y浮浮 11 110，1.100010 求階差并對階求階差并對階 EExEyEx補補Ey補補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） 尾數(shù)求和尾數(shù)求和Mx+My 1 . 1 1 0 1 0 0 (1)1 . 1 1 0 1 0 0 (1)+ 1 . 1 0 0 0 1 00 . 0 1 0 0 1 0 (1)E 1，應修改，應修改x20 規(guī)格化處理：規(guī)格化處理：Mx+My 1 . 1 1 0 1 0 0

18、(1) E 11 110 規(guī)格化之后的結(jié)果為：規(guī)格化之后的結(jié)果為： Mx+My 1 . 0 1 0 0 1 0（0），），E 11 100 舍入處理：舍入處理： 采用采用0舍舍1入法，舍去入法，舍去0 判斷溢出：判斷溢出： E 11 100 -4，不溢出，不溢出 故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy2100（0.101110）符號位與數(shù)值位相同，應左規(guī)符號位與數(shù)值位相同，應左規(guī)2位位21 設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，則則x、y的浮點數(shù)表示為的浮點數(shù)表示為x浮浮 11 101，0.100101 y浮浮 11 110

19、，1.100010 求階差并對階求階差并對階 EExEyEx補補Ey補補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） 尾數(shù)求差尾數(shù)求差MxMy Mx補補 My補補 0. 1 1 0 0 0 0 (1)0 . 1 1 0 0 0 0 (1)+ 0 . 0 1 1 1 1 00 . 0 1 0 0 1 0 (1)E 1，應修改，應修改xMy補補 0.011110 (1-2) x=2-0110.100101 ，y=2-010(-0.011110)，求，求x-y22 規(guī)格化處理：規(guī)格化處理：Mx My 0. 1 1 0 0 0

20、 0 (1) E 11 110 舍入處理：舍入處理： 采用采用0舍舍1入法入法則則Mx My 0. 1 1 0 0 0 1 判斷溢出：判斷溢出： E 11 100 -2，不溢出，不溢出 故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy 2010（0.110001）滿足規(guī)格化要求滿足規(guī)格化要求0 . 1 1 0 0 0 1+ 10 . 1 1 0 0 0 023 設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，則則x、y的浮點數(shù)表示為的浮點數(shù)表示為x浮浮 11 011，1.101010 y浮浮 11 100，0.010110 求階差并對階求階差并

21、對階 EExEyEx補補Ey補補 11 011 00 10011 111修改后的修改后的x表示為：表示為： x浮浮 11 100，1.110101（0） 尾數(shù)求和尾數(shù)求和Mx+My 0. 0 0 1 0 1 1 （0）(2-1) x=2-101(-0.010110) y=2-1000.010110 ，求，求x+y0. 0 0 1 0 1 1 （0）+ 0. 0 1 0 1 1 01. 1 1 0 1 0 1 （0）E 1，應修改，應修改x24 規(guī)格化處理：規(guī)格化處理：Mx+My 0. 0 0 1 0 1 1 （0） E 11 100 規(guī)格化之后的結(jié)果為：規(guī)格化之后的結(jié)果為： Mx+My 0 .

22、 1 0 1 0 0 0（0），）， E 11 010 舍入處理：舍入處理： 采用采用0舍舍1入法，舍去入法，舍去0 判斷溢出：判斷溢出： E 11 010 -6，不溢出，不溢出 故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy 2110（0.101100）符號位與數(shù)值位相同，應左規(guī)符號位與數(shù)值位相同，應左規(guī)2位位25 設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，則則x、y的浮點數(shù)表示為的浮點數(shù)表示為x浮浮 11 011，1.101010 y浮浮 11 100，0.010110 求階差并對階求階差并對階 EExEyEx補補Ey補補 11 0

23、11 00 10011 111修改后的修改后的x表示為：表示為： x浮浮 11 100，1.110101（0） 尾數(shù)求差尾數(shù)求差MxMy Mx補補 My補補 1. 0 1 1 1 1 1 （0）(2-2) x=2-101(-0.010110) y=2-1000.010110 ，求，求x-y1. 0 1 1 1 1 1 （0）+ 1 . 1 0 1 0 1 01 . 1 1 0 1 0 1（0）E 1，應修改，應修改xMy補補1.101010 26 規(guī)格化處理：規(guī)格化處理：Mx+My 1. 0 1 1 1 1 1 （0） E 11 100 舍入處理：舍入處理： 采用采用0舍舍1入法，舍去入法，舍

24、去0 判斷溢出：判斷溢出： E 11 100 -4，不溢出，不溢出 故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy 2100（0.110001）滿足規(guī)格化要求滿足規(guī)格化要求27（1）（）（2313/16） 24（- 9/16）（2）（）（2-213/32）（）（2315/16）2.10 設(shè)數(shù)的階碼設(shè)數(shù)的階碼3位，尾數(shù)位，尾數(shù)6位，用浮點運算方法，位，用浮點運算方法，計算下列各式：計算下列各式：28（1）（）（2313/16） 24（- 9/16） x= 2313/16 = 0.1101002011y= 24(- 9/16) = - 0.1001002100 設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用移碼雙符號位，尾數(shù)采

25、用補碼單符設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用移碼雙符號位，尾數(shù)采用補碼單符號位，則號位，則x、y的浮點數(shù)表示為的浮點數(shù)表示為x浮浮 01 011，0.110100 y浮浮 01 100，1.011100(1) 階碼求和階碼求和EE移移E移移E補補 01 01100 10001 1110 1 0 1 10 1 1 1 1 0 0 1 0 0+729(2) 尾數(shù)乘法運算：尾數(shù)乘法運算： M補補M補補 0.110100補補1.011100補補 1.011101，010000補補(3) 規(guī)格化處理規(guī)格化處理 M補補M補補 1.011101，010000補補(4) 舍入處理：舍入處理： 運算結(jié)果尾數(shù)保留高運算

26、結(jié)果尾數(shù)保留高7位位(含符號位含符號位) 則尾數(shù)為則尾數(shù)為1.011101(010000) 。最終相乘結(jié)果為最終相乘結(jié)果為浮浮 01 111 ，1.011101 其真值為其真值為27(0.100011)滿足規(guī)格化要求滿足規(guī)格化要求舍去舍去30（2）（）（2-213/32）（）（2315/16） x= 2-213/32 = 0.0110102-010y= 2315/16 = 0.1111002011 設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用移碼雙符號位，尾數(shù)采用補碼設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用移碼雙符號位，尾數(shù)采用補碼單符號位，則單符號位，則x、y的浮點數(shù)表示為的浮點數(shù)表示為x浮浮 00 110，0.011

27、010 y浮浮 01 011，0.111100(1) 階碼求差階碼求差EE移移E移移 E補補 00 110 11 10100 0110 0 1 1 00 0 0 1 1 1 1 1 0 1531(2) 尾數(shù)乘法運算：尾數(shù)乘法運算： M補補 M補補 0.011010補補0.111100補補 0.000011 011101補補(3) 規(guī)格化處理規(guī)格化處理 M補補M補補 0.000011 011101補補則則M補補M補補 0.110111 01補補 E 01 001+ - 4補補 00 011+ 11 100 11 111(4) 舍入處理：舍入處理： 運算結(jié)果尾數(shù)保留高運算結(jié)果尾數(shù)保留高7位位(含符

28、號位含符號位) 則尾數(shù)為則尾數(shù)為0.110111 (01) 。(5) 判斷溢出：判斷溢出： E 11 111x y產(chǎn)生溢出，結(jié)果無意義。產(chǎn)生溢出，結(jié)果無意義。符號位與最高數(shù)值位相符號位與最高數(shù)值位相同，需要左規(guī)同，需要左規(guī)4位位下溢下溢32第三章第三章 存儲系統(tǒng)存儲系統(tǒng)33(1) 該存儲器能存儲多少個字節(jié)的信息？該存儲器能存儲多少個字節(jié)的信息？存儲容量存儲容量=存儲單元個數(shù)存儲單元個數(shù)每單元字節(jié)數(shù)每單元字節(jié)數(shù)=(2) 如果存儲器由如果存儲器由512K8位位SRAM芯片組成，需要多少片？芯片組成，需要多少片？由由512K8位的芯片構(gòu)成位的芯片構(gòu)成1M32位的存儲器，需要做字位擴展；位的存儲器，需

29、要做字位擴展；其中，位擴展其中，位擴展需要需要4片片基本芯片基本芯片構(gòu)成構(gòu)成512K32位的存儲組；位的存儲組； 字擴展字擴展需要需要2組存儲組構(gòu)成組存儲組構(gòu)成1M32位的存儲器；位的存儲器； 因此共需要因此共需要24=8片片(3) 需要多少為地址作芯片選擇？需要多少為地址作芯片選擇？ 字擴展時使用了字擴展時使用了2組存儲組，因此只需組存儲組，因此只需1位地址做芯片選擇位地址做芯片選擇 ，每次，每次同時選擇同時選擇4片位擴展的基本芯片。片位擴展的基本芯片。4 4M M字字節(jié)節(jié)8 83 32 2* *2 22 20 08片8片4 4* *2 28 8* *512K512K3232* *1024K

30、1024K3.1 設(shè)有一個具有設(shè)有一個具有20位地址和位地址和32位字長的存儲器，問位字長的存儲器，問：343.2 已知某已知某64位機主存采用半導體存儲器，其地址碼為位機主存采用半導體存儲器，其地址碼為26位，若使位，若使用用256K16位的位的DRAM芯片組成該機所允許的最大主存空間，芯片組成該機所允許的最大主存空間，并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式，問：并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式，問：(1) 若每個模塊板為若每個模塊板為1024K64位，共需幾個模塊板？位，共需幾個模塊板？ (2) 每個模塊板內(nèi)共有多少每個模塊板內(nèi)共有多少DRAM芯片？芯片？ (3) 主存共需多少主存共需多少DRAM芯片？芯片？CPU如何

31、選擇各模塊板？如何選擇各模塊板？ 主存共需主存共需6416 = 1024塊塊 由高位地址選模塊，由高位地址選模塊，A0A19用于地址線，用于地址線，A20A25用于譯碼控制。用于譯碼控制。6 64 4個個模模塊塊2 26 64 4* *2 26 64 4* *2 26 62 20 02 26 61 16 61 16 6* *2 2* *2 26 64 4* *2 28 81 10 02 20 0個芯片35(1) 畫出該存儲器的組成邏輯框圖。畫出該存儲器的組成邏輯框圖。由由16K8位的芯片構(gòu)成位的芯片構(gòu)成64K32位的存儲器，共需位的存儲器，共需16片基本芯片，片基本芯片，其中每其中每4片構(gòu)成一

32、個存儲組，存儲器共由片構(gòu)成一個存儲組，存儲器共由4個存儲組構(gòu)成；個存儲組構(gòu)成；因此，因此，4個存儲組的片選信號應由最高兩位地址個存儲組的片選信號應由最高兩位地址A14和和A15產(chǎn)生；產(chǎn)生； 該存儲器的組成邏輯框圖如下：該存儲器的組成邏輯框圖如下：3.3 用用16K8位的位的DRAM芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成64K32位存儲器，問：位存儲器，問：2:4譯碼器A14A15CS3CS2CS0CS1A13A0D0D7/WE36(2) 設(shè)存儲器讀設(shè)存儲器讀/寫周期為寫周期為0.5us，CPU在在1us內(nèi)至少要訪問一次。內(nèi)至少要訪問一次。試問：采用哪種刷新方式比較合理？試問：采用哪種刷新方式比較合理？ 兩次刷新的最

33、大時間間隔是多少？兩次刷新的最大時間間隔是多少？ 對全部存儲單元刷新一遍所需的實際刷新時間是多少？對全部存儲單元刷新一遍所需的實際刷新時間是多少？ 由于由于16K8位的位的DRAM芯片內(nèi)部用芯片內(nèi)部用128(1288)的矩陣構(gòu)成的矩陣構(gòu)成 若采用集中刷新，則有若采用集中刷新，則有128行行 0.5us=64us的死時間，不合適；的死時間，不合適； 若采用分散刷新，則每訪存一次需要若采用分散刷新，則每訪存一次需要1us，也不合適；，也不合適； 所以所以采用異步式刷新方式采用異步式刷新方式。 刷新時，由于每次刷新存儲矩陣的刷新時，由于每次刷新存儲矩陣的1行行因此，刷新間隔為：因此，刷新間隔為：2m

34、s/128 = 0.015625ms=15.625us， 如果如果取取15.6us作為實際的刷新間隔作為實際的刷新間隔，則刷新一遍實際所用時間為：，則刷新一遍實際所用時間為： 15.6us1281996.8us=1.9968ms刷新是存儲芯片內(nèi)部的刷新是存儲芯片內(nèi)部的操作，因此各芯片的刷操作，因此各芯片的刷新是同步進行的，不需新是同步進行的，不需要考慮要考慮64K64K3232位存儲器位存儲器37(1) 總共需要多少總共需要多少DRAM芯片？芯片？ (2) 設(shè)計此存儲體組成框圖。設(shè)計此存儲體組成框圖。片328*12832*1024KKCPU3:8譯碼器Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8D0-D3

35、1A0-A16A17-A193.4 有一個有一個1024K32位的存儲器，由位的存儲器，由128K8位的位的DRAM芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成38 刷新信號周期：存儲芯片刷新一行的時間間隔；刷新信號周期：存儲芯片刷新一行的時間間隔； 128K8的的DRAM芯片，行地址為芯片，行地址為9位，因此，共位，因此，共29=512行；行； 異步刷新方式：在一個刷新周期分散地刷新所有行；異步刷新方式：在一個刷新周期分散地刷新所有行；則刷新信號周期則刷新信號周期=8ms/512= 15.5us3.4 (3) 采用異步刷新方式，如單元刷新間隔不超過采用異步刷新方式，如單元刷新間隔不超過8ms，則刷新信號周期是多少？則刷

36、新信號周期是多少？8ms512行行393.5 要求用要求用256K16位位SRAM芯片設(shè)計芯片設(shè)計1024K32位的存儲器。位的存儲器。SRAM芯片有兩個控制端：當芯片有兩個控制端：當/CS有效時，該片選中。當有效時，該片選中。當W/R=1時執(zhí)行讀時執(zhí)行讀操作，當操作，當W/R=0時執(zhí)行寫操作。時執(zhí)行寫操作。存儲器容量擴展所需總的芯片數(shù)為存儲器容量擴展所需總的芯片數(shù)為：(1024K/256K)(32/16)=8片片CPUY0Y1Y2Y3256k*16RW /RW /256k*16A19A1830 CSCS0CS0CS1CS1CS2CS2CS3CS3CSD31-D16(高16位)D15-D0(低

37、16位)A17-A16RW /403.6 用用32K8位的位的EPROM芯片組成芯片組成128K16位的只讀位的只讀存儲器，試問：存儲器，試問：（1）數(shù)據(jù)寄存器多少位？）數(shù)據(jù)寄存器多少位？因為系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線為因為系統(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（2）地址寄存器多少位？）地址寄存器多少位？因為存儲器容量為因為存儲器容量為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（3）共需多少個）共需多少個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41CPU地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器32K*832

38、K*832K*832K*832K*832K*832K*832K*8CS3CS2CS1CS02:4譯碼器CS0CS3A16A15（4）系統(tǒng)邏輯圖如下：）系統(tǒng)邏輯圖如下：42(1)畫出地址譯碼方案。畫出地址譯碼方案。存儲空間的分配如右圖：存儲空間的分配如右圖：需要需要2片片8K8的的RAM芯片進行芯片進行位擴展位擴展，形成存儲組；形成存儲組；再需要再需要5組存儲組進行字擴展組存儲組進行字擴展構(gòu)成構(gòu)成40K16的的RAM區(qū)區(qū)組內(nèi)地址線為組內(nèi)地址線為A12A0 用于產(chǎn)生片選信號的地址線為用于產(chǎn)生片選信號的地址線為A15A13可用可用74LS138譯碼器譯碼器ROM0000HRAM1RAM2RAM3RA

39、M4RAM56000H8000HA000HC000HE000H4000H3.7 某機器中，已知配有一個地址空間為某機器中，已知配有一個地址空間為0000H3FFFH的的ROM區(qū)域。區(qū)域。現(xiàn)在再用一個現(xiàn)在再用一個RAM芯片（芯片（8K8）形成）形成40K16位的位的RAM區(qū)域，區(qū)域，起始地址為起始地址為6000H。假設(shè)假設(shè)RAM芯片有芯片有/CS和和/WE信號控制端。信號控制端。CPU的地址總線為的地址總線為A15A0，數(shù)據(jù)總線為，數(shù)據(jù)總線為D15D0，控制信號為，控制信號為R/W、/MREQ，要求：，要求：43（2）將）將ROM與與RAM同同CPU連接。連接。CPUROMRAM8K*8RAM8

40、K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*83:8譯碼器A13-A15D0-D15A0-A12A A1313443.8 設(shè)存儲器容量為設(shè)存儲器容量為64M，字長為，字長為64位，模塊數(shù)位，模塊數(shù)m=8，分別用順序和，分別用順序和交叉方式進行組織。存儲周期交叉方式進行組織。存儲周期T=100ns，數(shù)據(jù)總線寬度為，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，位，總線傳送周期總線傳送周期=50ns。求：順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是。求：順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少？多少？ 順序存儲器和交叉存儲器順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出連續(xù)讀出m=

41、8個字個字的數(shù)據(jù)信息量為：的數(shù)據(jù)信息量為：q=864=512位位 順序存儲器所需要的時間為：順序存儲器所需要的時間為：t1=mT=8100ns=800ns=810-7s 故故順序存儲器的帶寬順序存儲器的帶寬為：為：W1=q/t1=512/(810-7)=64107bit/s 交叉存儲器所需要的時間為：交叉存儲器所需要的時間為：t2= T+ (m-1)=100ns + (8-1) 50ns= 450ns =4.510-7s 故故交叉存儲器的帶寬交叉存儲器的帶寬為：為：W1=q/t1=512/(4.510-7)=113.8107bit/s45命中率：命中率： h=Nc/(Nc+Nm)=2420/(

42、2420+80)=0.968主存與主存與Cache的速度倍率：的速度倍率： r=tm/tc=240ns/40ns=6訪問效率：訪問效率： e=1/(r+(1-r)h)=1/(6+(1-6)0.968)=86.2%平均訪問時間：平均訪問時間： ta=tc/e=40ns/0.862=46.4ns3.9 CPU執(zhí)行一段程序時，執(zhí)行一段程序時，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存儲周期為存儲周期為40ns，主存存儲周期為，主存存儲周期為240ns，求求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。主存系統(tǒng)的效率和

43、平均訪問時間。46由由 ta = htc+(1-h)tm，可得，可得%75.932004020050mcmatttth3.10 已知已知cache存儲周期存儲周期40ns，主存存儲周期，主存存儲周期200ns，cache/主存系統(tǒng)平均訪問時間為主存系統(tǒng)平均訪問時間為50ns，求，求cache的命的命中率是多少？中率是多少？473.13 一個組相聯(lián)一個組相聯(lián)Cache由由64個行組成，每組個行組成，每組4行。行。主存儲器包含主存儲器包含4K個塊，每塊個塊，每塊128字。請表示字。請表示內(nèi)存地址的格式。內(nèi)存地址的格式。主存標記主存標記組號組號塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址8位位4位位7位位483.14 有一個處

44、理機，主存容量有一個處理機，主存容量1MB，字長，字長1B，塊大小塊大小16B，Cache容量容量64KB，若，若Cache采采用直接映射方式，請給出用直接映射方式，請給出2個不同標記的內(nèi)個不同標記的內(nèi)存地址，它們映射到同一個存地址，它們映射到同一個Cache行。行。0000 1001 1110 00000001 1001 1110 0000主存標記主存標記Cache號號塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址4位位8位位4位位493.15 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位大小傳送位大小傳送數(shù)據(jù)，請確定直接映射方式的有關(guān)參

45、數(shù)，并畫數(shù)據(jù)，請確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù)，并畫出主存地址格式。出主存地址格式。主存標記主存標記Cache號號塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址8位位14位位2位位50第四章第四章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)51答：答： 不合理。不合理。一般，一般，存儲字長存儲字長和和指令字長指令字長最好均是字節(jié)的整數(shù)倍，以便于從最好均是字節(jié)的整數(shù)倍，以便于從內(nèi)存單元中存取和有效地利用存儲空間。內(nèi)存單元中存取和有效地利用存儲空間。因此，將指令字長設(shè)計為因此，將指令字長設(shè)計為16位比較合適。位比較合適。4-1 ASCII碼是碼是7位，如果設(shè)計主存單元字長為位，如果設(shè)計主存單元字長為32位，指令字長為位，指令字長為12位，是否合理？為什么？

46、位，是否合理？為什么？52(1) 若操作碼字段固定為若操作碼字段固定為8位，則最多可設(shè)計出多少條單操作數(shù)指令？位，則最多可設(shè)計出多少條單操作數(shù)指令？答：答： 單操作數(shù)指令條數(shù)：單操作數(shù)指令條數(shù)：28-m-n條條 (2) 若操作碼字段長度可變，則最多可設(shè)計出多少條單操作數(shù)指令？若操作碼字段長度可變，則最多可設(shè)計出多少條單操作數(shù)指令？答：設(shè)單操作數(shù)指令條數(shù)為答：設(shè)單操作數(shù)指令條數(shù)為k條，條，則則 (28-m) 26 k 26 n，即即k (28-m) 26 n/ 26 4-2. 假設(shè)某計算機指令長度為假設(shè)某計算機指令長度為20位，具有雙操作數(shù)，單操位，具有雙操作數(shù)，單操作，無操作數(shù)三類指令形式，每

47、個操作數(shù)地址規(guī)定用作，無操作數(shù)三類指令形式，每個操作數(shù)地址規(guī)定用六位表示。若現(xiàn)已設(shè)計出六位表示。若現(xiàn)已設(shè)計出m條雙操作數(shù)指令，條雙操作數(shù)指令，n條無條無操作數(shù)指令，問：操作數(shù)指令，問： 8位位OPDOPR1OPR2534-3 指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式與尋址方式特點。式與尋址方式特點。 單字長雙操作數(shù)指令。單字長雙操作數(shù)指令。 屬于屬于RR型指令。型指令。 操作碼操作碼6位，可以指定位，可以指定64種操作。種操作。 OP目標寄存器目標寄存器源寄存器源寄存器15 109 87 43 0544-4 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

48、，試分析指令格式與尋址方式特點。與尋址方式特點。 雙字長指令。雙字長指令。 操作碼操作碼OP占占6位，可以指定位，可以指定64種操作。種操作。 屬于屬于RS型指令。型指令。 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）554-6 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基基址寄存器，址寄存器，PC程序計數(shù)器，填寫下列尋址方式程序計數(shù)器，填寫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相對尋址相對尋址001E=(PC)+D變址尋址變址尋址010E=(R)+D基址尋址

49、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OP間接特征間接特征I尋址模式尋址模式X形式地址形式地址D5640條指令條指令指令操作碼指令操作碼需需6位，位，26=64，剩余，剩余24種編碼未用；種編碼未用；4種尋址方式種尋址方式 尋址特征尋址特征需需2位；位；單字長單地址指令單字長單地址指令剩余剩余8位作為形式地址；位作為形式地址； 四種尋址方式中，只有相對尋址可以訪問四種尋址方式中，只有相對尋址可以訪問640K范圍的主存單元。范圍的主存單元。4-7 某計算機字長為某計算機字長為16位，主存容量為位，主存容量為640

50、k，采用單字長單地址指，采用單字長單地址指令，共有令，共有40條指令，試采用直接、立即、變址、相對四種尋址條指令，試采用直接、立即、變址、相對四種尋址方式設(shè)計指令格式。方式設(shè)計指令格式。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尋址范圍尋址范圍直接尋址方式直接尋址方式00E=D28640k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)+D216640k 6位位OPD2位位尋址特征尋址特征8位位形式地址形式地址574-9 某機字長為某機字長為32位，位，CPU中有中有16個個32位通用寄存器，設(shè)計一種位通用寄存器，設(shè)計一種能容納能容納64種操作的指令系統(tǒng)，

51、如果采用通用寄存器作為基址寄種操作的指令系統(tǒng)，如果采用通用寄存器作為基址寄存器，則存器，則RS型指令的最大存儲空間是多少？型指令的最大存儲空間是多少？64種操作種操作操作碼操作碼占占6位；位；16個通用寄存器個通用寄存器一個操作數(shù)和基址寄存器各一個操作數(shù)和基址寄存器各占占4位；位；單字長指令單字長指令形式地址占形式地址占18位；位；存儲單元的地址存儲單元的地址E （R1）D，由于由于R1為為32位，因此可尋址的最大存儲空間為位，因此可尋址的最大存儲空間為232 = 4GB。注意不是注意不是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D6位位4位位4位位1

52、8位位584-12 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。 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；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；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；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 方式；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，基址，變址相對，基址，變址59第五章第五章 中央處理器中央處理

53、器60（1）保存當前正在執(zhí)行的指令的寄存器是）保存當前正在執(zhí)行的指令的寄存器是（IR）指令寄）指令寄存器存器；（2）保存當前正在被執(zhí)行的指令地址的寄存器是）保存當前正在被執(zhí)行的指令地址的寄存器是（AR）地址寄存器地址寄存器；（3）算術(shù)邏輯運算結(jié)果通常放在）算術(shù)邏輯運算結(jié)果通常放在（DR）數(shù)據(jù)寄存器）數(shù)據(jù)寄存器和和（AC）累加寄存器）累加寄存器。5-1 填空填空615-2 參見圖參見圖5.1的數(shù)據(jù)通路，畫出存數(shù)指令的數(shù)據(jù)通路，畫出存數(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

54、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)625-3 參見圖參見圖5.1的數(shù)據(jù)通路，畫出存數(shù)指令的數(shù)據(jù)通路，畫出存數(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)為地址數(shù)存單元的內(nèi)容取至寄存器存單元的內(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63解：解：微指令的數(shù)目為微指令的數(shù)目為803+1=241條；條；微指令字長為微指令字長為32/8=4字節(jié)；字節(jié)；故，控制存儲器的容量為故，控制存儲器的容量為 2414=964字節(jié)字節(jié)5-6 假設(shè)某機器有假設(shè)某機器有80條指令，平均每條指令

55、有條指令，平均每條指令有4條微指令條微指令組成，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，已知微指令長度為知微指令長度為32位，請估算控制存儲器容量。位，請估算控制存儲器容量。645-8 某機有某機有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如下表所示。信號如下表所示。aj分別分別對應對應10種不同性質(zhì)的微命令種不同性質(zhì)的微命令信號。假設(shè)一條微指令的控信號。假設(shè)一條微指令的控制字段僅為制字段僅為8位，請安排微位，請安排微指令的控制字段格式。指令的控制字段格式。微命令數(shù)目微命令數(shù)目操作控制字段，則采用操作控制字

56、段，則采用混混合表示法設(shè)計合表示法設(shè)計微指令；微指令；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c、d、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互斥互斥微指微指令令abcdefghijI1I2I3I4I5I6I7I865解法解法1：將將 （d,

57、i, j）和（）和（e, f, h）分別組成兩）分別組成兩個小組，進行譯碼，可得六個微命令信號，個小組，進行譯碼，可得六個微命令信號，剩下的剩下的a, b, c, g四個微命令信號可進行直接四個微命令信號可進行直接控制，其整個控制字段組成如右圖所示：控制，其整個控制字段組成如右圖所示：解法解法2：將將 （b, i, j）和（）和（e, f, h）分別組成兩）分別組成兩個小組，進行譯碼，可得六個微命令信號，個小組，進行譯碼，可得六個微命令信號，剩下的剩下的a, b, c, g四個微命令信號可進行直接四個微命令信號可進行直接控制，其整個控制字段組成如下：控制，其整個控制字段組成如下：注意：注意：0

58、0表示兩位均不產(chǎn)生控制信號表示兩位均不產(chǎn)生控制信號此題還有其他解法。此題還有其他解法。 a b c g 01d 01e 10 i 10 f 11 j 11 h * * * * * * * *66（1）微指令的三個字段分別對應為多少位？）微指令的三個字段分別對應為多少位？判別測試字段：判別測試字段：假設(shè)每一位作為一個判別標志（直接控制），那么由于有假設(shè)每一位作為一個判別標志（直接控制），那么由于有4個轉(zhuǎn)個轉(zhuǎn)移條件，故該字段為移條件，故該字段為4位。位。下址字段：下址字段：控存容量為控存容量為512單元，所以下地址字段用單元，所以下地址字段用9位來尋址。位來尋址。微命令字段：微命令字段：（48-4

59、-9）=35位。位。5-11 已知某機采用微程序控制方式，控制容量為已知某機采用微程序控制方式，控制容量為51248位。微程序可在整個控存中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，控制微程序位。微程序可在整個控存中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共四個，微指令采用水平型格式，后繼轉(zhuǎn)移的條件共四個，微指令采用水平型格式，后繼微指令采用斷定方式。問：微指令采用斷定方式。問：67其中，其中，微地址寄存器微地址寄存器對應下址字段，對應下址字段，微指令寄存器微指令寄存器對應于對應于P字段字段(判別判別測試字段測試字段)和控制字段和控制字段(微命令字段微命令字段)。地址地址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器的是指令寄存器的OP碼、

60、各種狀態(tài)條件以及判別碼、各種狀態(tài)條件以及判別測試字段所給的判別標志（某一位為測試字段所給的判別標志（某一位為1），其），其輸出輸出修改微地址寄存修改微地址寄存器的適當位數(shù)，從而實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移。就是說，此處微指器的適當位數(shù)，從而實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移。就是說，此處微指令的后繼地址采用斷定方式。令的后繼地址采用斷定方式。 （2）畫出對應這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。）畫出對應這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。OPOP微地址寄存器微地址寄存器地址轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移邏輯邏輯控制存儲器控制存儲器地址譯碼地址譯碼P P字段字段控制字段控制字段指令寄存器指令寄存器IRIR狀態(tài)條件狀態(tài)條件微命令信號