計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)習(xí)題---經(jīng)典

1、3.7 已知，X=0.1011，Y=-0.0101，求：X補(bǔ)，-X補(bǔ)，Y補(bǔ)，-Y補(bǔ)，X/2補(bǔ)， X/4補(bǔ)，2X補(bǔ)，Y/2補(bǔ)，Y/4補(bǔ)，-2Y補(bǔ)解： X補(bǔ) = 0.1011 X/4補(bǔ) = 0.0010 -X補(bǔ)= 1.0101 2X補(bǔ) = 0.1011 Y補(bǔ) = 1.1011 Y/2補(bǔ) = 1.1101 -X補(bǔ)= 0.0101 Y/4補(bǔ) = 1.1110 X/2補(bǔ)= 0.0101 -2Y補(bǔ) = 1.01103.8 設(shè)十進(jìn)制數(shù) X = ( +128.75 ) 2-10：解：(1) (X)2 = (10000000.11)(0.0000000001) =0.0000000001000000011(2)

2、 21位浮點(diǎn)數(shù),階碼5位,階符1位,尾數(shù)16位,符號(hào)1位，底數(shù)2。尾數(shù)和階碼用原碼表示的機(jī)器數(shù)。 對(duì)(X)2規(guī)格化，(X)2=0.1000000011 2-9階碼=11001，（-1001的原碼表示）尾數(shù)=0.1000000011浮點(diǎn)數(shù)表示: 0 11001 1000 0000 1100 0000(3) 尾數(shù)和階碼用反碼表示的機(jī)器數(shù)。 對(duì)(X)2規(guī)格化，(X)2=0.1000000011 2-9階碼=10110，（-1001的原碼表示）尾數(shù)=0.1000000011浮點(diǎn)數(shù)表示: 0 10110 1000 0000 1100 0000(3) 尾數(shù)和階碼用反碼表示的機(jī)器數(shù)。 對(duì)(X)2規(guī)格化，(X

3、)2=0.1000000011 2-9階碼=10111，（-1001的補(bǔ)碼表示）尾數(shù)=0.1000000011浮點(diǎn)數(shù)表示: 0 10111 1000 0000 1100 00003.9 假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)16位,定點(diǎn)表示,數(shù)值15位,符號(hào)1位；浮點(diǎn)數(shù)表示，階碼6位，階符1位，尾數(shù)10位，其中數(shù)符1位，底數(shù)2。（1）定點(diǎn)原碼整數(shù)表示，最大正數(shù)，最小負(fù)數(shù)？ 最大正數(shù)：(0111 1111 1111 1111)2=(215-1)10 =(32767)10. 最小負(fù)數(shù)：(1111 1111 1111 1111)2=(-215+1)10 =(-32767)10.（2）定點(diǎn)原碼小數(shù)表示，最大正數(shù)，最小負(fù)數(shù)？ 最

4、大正數(shù)：(0.111 1111 1111 1111)2=(1 2-15)10. 最小負(fù)數(shù)：(1.111 1111 1111 1111)2=(-1 + 2-15)10.（3）浮點(diǎn)原碼表示，最大正數(shù)，最小負(fù)數(shù)，絕對(duì)值最小的數(shù)（非0）？ 最大正數(shù)：0 011111 111111111可表示：(1-2-9) 2+31 最小負(fù)數(shù)：1 011111 111111111 可表示： -(1-2-9) 2+31 絕對(duì)值最小的數(shù)（非0） 規(guī)格化：0 111111 100000000 可表示：(0.1) 2-31 非規(guī)格化：0 111111 000000001 可表示：(2-9) 2-31（4）有效位數(shù)？ 尾數(shù)表示

5、的有效位數(shù)，9位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，有效位數(shù)29，假設(shè)對(duì)應(yīng)的10進(jìn)制是n位，則有： 29 = n10兩邊都取以10為的對(duì)數(shù)： log10(29)=log10(10n)得： n = 9 log102 = 9 0.301 = 2.709 部分積 乘數(shù) 說(shuō)明 00 0000 1011 + 00 1101 末位為1，加X(jué) 00 1101 00 0110 1101 右移1位 + 00 1101 末位為1，加X(jué) 01 0011 00 1001 1110 右移1位 + 00 0000 末位為0，加0 00 1001 00 0100 1111 右移1位 + 00 1101 末位為1，加X(jué) 01 0001 00 100

6、0 1111 右移1位X*Y原=(10).1001 1111 = 1.10001111, X*Y = -0.1000 1111.3.18 用原碼一位乘法計(jì)算 X=0.1101, Y=-0.1011的積X*Y。 部分積 乘數(shù) 說(shuō)明 00 0000 1010 + 00 0000 末位為0，加0 00 0000 00 0000 0101 右移1位 + 00 1010 末位為1，加X(jué) 00 1010 00 0101 0010 右移1位 + 00 0000 末位為0，加0 00 0101 00 0010 1001 右移1位 + 00 1010 末位為1，加X(jué) 00 1100 00 0110 0100 右

7、移1位 + 11 0110 Y0=1,加-X修正 11.1100 0100 X*Y補(bǔ) = 1.1100 0100 X*Y = -0.0011 11003.19 用補(bǔ)碼一位乘法計(jì)算 X=0.1010, Y=-0.0110的積X*Y。 補(bǔ)碼一位乘法,X補(bǔ)=00.1010, -X補(bǔ)=11.0110,Y補(bǔ)=1.1010 部分積 乘數(shù) 附加位 說(shuō)明 00 0000 11010 0 + 00 0000 00，加0 00 0000 00 0000 01101 0 右移1位 + 11 0110 01，加-X補(bǔ) 11 0110 11 1011 00110 1 右移1位 + 00 1010 10，加X(jué)補(bǔ) 00 0

8、101 00 0010 10011 0 右移1位 + 11 0110 01，加-X補(bǔ) 11 1000 11 1100 01001 1 右移1位 + 00 0000 11,加0 11 1100 0100X*Y補(bǔ)=1.1100 0100, X*Y = -0.0011 11003.19 用補(bǔ)碼一位乘法計(jì)算 X=0.1010, Y=-0.0110的積X*Y。 布斯法,X=00.1010, -X=11.0110,Y=1.1010 部分積 乘數(shù) 附加位 說(shuō)明 000 00000 1.01101 0 + 000 10011 010，加X(jué)補(bǔ) 000 10011 000 00100 111.011 0 右移2位

9、 + 111 01101 110，加-X補(bǔ) 111 10001 111 11100 01111.0 1 右移2位 + 111 01101 111，加-X補(bǔ) 111 01001 111 10100 101111. 1 右移1位 X*Y補(bǔ)=1.10100 10111,3.23 用補(bǔ)碼兩位乘法計(jì)算 X補(bǔ)=0.10011, Y補(bǔ)= 1.01101的積X*Y補(bǔ)。 布斯法, 2X補(bǔ)=001.00110,-X補(bǔ)=111.01101, -2X補(bǔ)=110.11010, 海明碼的特點(diǎn)就是，冗余校驗(yàn)位的位數(shù)r，可以進(jìn)行2r編碼，指出2r個(gè)不同的狀態(tài),其中000表示沒(méi)有錯(cuò)誤,剩余的2r-1狀態(tài),可以指出2r-1個(gè)錯(cuò)誤

10、位置,因此,編碼的位數(shù)應(yīng)該大于總位數(shù)+1，即： 2r k+r+1 如果需要檢測(cè)和自動(dòng)校正一位錯(cuò),檢測(cè)兩位錯(cuò),則: 2r-1 k+r k=16， 當(dāng) r=6 時(shí),不等式成立. 25 = 3216+6 =223.30 設(shè)有16個(gè)信息位，如果采用海明校驗(yàn)，至少需要設(shè)置多少個(gè)校驗(yàn)位，應(yīng)該放在那些位置？ 校驗(yàn)碼位置的安排，應(yīng)該使得校驗(yàn)碼出錯(cuò)時(shí)和數(shù)據(jù)位出錯(cuò)時(shí),影響的結(jié)果不同。 設(shè)22位海明碼的位號(hào)為：H22H1,其中數(shù)據(jù)位用D16D1表示，校驗(yàn)位用P6P1表示。 由于校驗(yàn)碼出錯(cuò)只影響本身，所以被安排在位號(hào)為2i-1的位置，從位號(hào)低的位置向位號(hào)高的位置安排6個(gè)校驗(yàn)碼P6P1。H22 H21 H20 H19

11、H18 H17 H16 H15 H14 H13 H12 H11 H10 H9 H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1P6 D16 D15 D14 D13 D12 P5 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1 24-1 23-1 22-121-13.30 設(shè)有16個(gè)信息位，如果采用海明校驗(yàn)，至少需要設(shè)置多少個(gè)校驗(yàn)位，應(yīng)該放在那些位置？ 方案選擇，檢查和糾正一位錯(cuò)，檢查兩位錯(cuò)。按照海明碼校驗(yàn)位的條件： 2r-1 k+r k=8,可得 r=5. 25-1=16 8+5=13設(shè)海明碼為:H13H1,數(shù)據(jù)位為D8D1校驗(yàn)位為P5P1. H13

12、 H12 H11 H10 H9 H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 P5 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1 P1= D1 D2 D4 D5 D7 P2= D1 D3 D4 D6 D7 P3= D2 D3 D4 D8 P4= D5 D6 D7 D8 P5= D1D2D3D4D5D6D7D8P1P2P3P43.31 設(shè)有8位有效信息，編制海明校驗(yàn)線路，說(shuō)明編碼方法，分析所選方案有怎樣的檢錯(cuò)與糾錯(cuò)能力。若8位信息是01101101，海明碼是多少？S1= P1 D1 D2 D4 D5 D7S2= P2 D1 D3 D4 D6 D7S3= P3 D2 D

13、3 D4 D8S4= P4 D5 D6 D7 D8 P5= D1D2D3D4D5D6D7D8P1P2P3P4若8位信息位是01101101,海明碼如下: P1= 10101 = 1 P2= 11111 = 1 P3= 0110 = 0 P4= 0110 = 0 P5= 101101101100 =1 H13 H12 H11 H10 H9 H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1 P5 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 13.31 設(shè)有8位有效信息，編制海明校驗(yàn)線路，說(shuō)明編碼方法，分析所選方案有怎樣的檢錯(cuò)

14、與糾錯(cuò)能力。若8位信息是01101101，海明碼是多少？4.5 有一個(gè)512K16的存儲(chǔ)器，由64K1的2164RAM（芯片內(nèi)是4個(gè)128128結(jié)構(gòu)），問(wèn)：（1）總共需要多少個(gè)RAM芯片？ 總共需要：(512K16)/(64K1)=128（2）采用分散刷新方式，單元刷新間隔不超過(guò)2ms，則刷新信號(hào)的周期是多少？ 刷新時(shí)，2164中4個(gè)128128矩陣同時(shí)刷新（書(shū)上123頁(yè)），所以每128行為單元的刷新次數(shù)，2ms內(nèi)需要128個(gè)刷新周期，每個(gè)周期長(zhǎng)： 2ms/128 = 15.625s（3）采用集中刷新方式，設(shè)讀寫(xiě)周期T=0.1s，存儲(chǔ)器刷新一遍最少需要多少時(shí)間？ 需要1280.1s=12.8s

15、4.6 某機(jī)器中，已知地址空間為0000H1FFFH的ROM區(qū)域，現(xiàn)在再用RAM芯片（8K4）形成一個(gè)16K8的RAM區(qū)域，起始地址為2000H，假設(shè)RAM有CS#和WE#控制端。CPU地址總線為A15A0，數(shù)據(jù)總線為D7D0，控制信號(hào)為R/W#，MREQ#，要求畫(huà)出邏輯圖。解： 1）地址空間分析: 如果一個(gè)CPU的地址線是A15A0，總地址空間為216,十六進(jìn)制表示:0000HFFFFH。 ROM占用的地址空間為0000H1FFFH,變?yōu)?進(jìn)制： 0000 0000 0000 0000 0001 1111 1111 1111 空間的范圍是213，就是 23210 = 8K 的存儲(chǔ)空間，CPU

16、的地址線是D7D0，8根，所以，ROM的容量是8K8。2）芯片數(shù)量和字位擴(kuò)展: 由于從RAM芯片容量小于RAM區(qū)容量，需要字?jǐn)U展； 由于RAM芯片數(shù)據(jù)線4位，小于RAM區(qū)字長(zhǎng)8，需要位擴(kuò)展。 一個(gè)芯片的容量是8K4， RAM區(qū)的容量是16K8，所以共需要芯片： (16K8)/(8K4) = 4 片。 擴(kuò)展方法： 將2個(gè)RAM芯片重疊，構(gòu)成一組（2片）8K8 容量的RAM芯片組，實(shí)現(xiàn)位擴(kuò)展。 將2組RAM芯片，譯碼選擇每組芯片，構(gòu)成16K8的RAM區(qū)，實(shí)現(xiàn)字?jǐn)U展。 3）地址空間的分配 芯片地址線是A12A0，總地址空間為216。 RAM區(qū)的容量是16K8，RAM區(qū)的地址線是A13A0，占用地址用

17、十六進(jìn)制表示: 2000H5FFFH = 2000H3FFFH(8KB) + 4000H5FFFH(8KB) 譯碼最小單位確定，首先確定芯片的最小地址空間= A12A0，為了今后擴(kuò)充芯片的靈活性，將剩余的地址線全部參加譯碼，CPU地址線是A15A0，減去芯片的地址線，剩余的地址線為A15 、A14 、A13，（如果剩余4根地址線，就采用4-16譯碼），采用3-8譯碼，所以將整個(gè)CPU的64KB(A15A0)地址空間平均分割為8個(gè)8KB空間（88KB=64KB）。 這樣，每個(gè)芯片占用的地址空間如下： ROM芯片：0000H1FFFH 譯碼器輸出：CS0# RAM（1 #）：2000H3FFFFH

18、 譯碼器輸出：CS1# RAM(2#):4000H5FFFH 譯碼器輸出：CS2# 空閑：6000HFFFFH 譯碼器輸出：CS3#CS7#4）連線圖 MREQ# A15 A14 A13 A12A0CPU D7D0 R/W#OE#譯碼器A15A14A13 CS#ROM8K8 CS#RAM 8K4RAM 8K4 CS#RAM 8K4RAM 8K4CS0#CS1#CS2#CS7#5.1 某指令系統(tǒng)指令字長(zhǎng)16位，每個(gè)操作數(shù)地址碼長(zhǎng)6位，指令分無(wú)操作數(shù)、單操作數(shù)、雙操作數(shù)三類。若雙操作數(shù)指令有K條，無(wú)操作數(shù)有L條，問(wèn)單操作數(shù)指令最多可能多少條？op1A1A2 4 6 6 雙操作數(shù)指令，最多可有24=

19、16條，按照題目中，已經(jīng)有K條，所以還剩下24-K條未被使用。 因此，1操作數(shù)指令最多可以有（24-K） 26條2操作數(shù)指令op1op2A2 4 6 6 假設(shè),1操作數(shù)的指令,共有X條，所以還剩下(24-K)26X)可以給0操作數(shù)指令。 但是給0操作數(shù)指令時(shí)，必然是按照26給，也就是L/26是占用1操作數(shù)指令剩余的條數(shù)。 這樣： X = (24-K)26L/26 (向上取整數(shù))op1op2op3 4 6 61操作數(shù)指令0操作數(shù)指令5.2 基址寄存器的內(nèi)容為2000H，變址寄存器內(nèi)容03A0H，指令的地址碼部分是3FH，當(dāng)前正在執(zhí)行的指令所在地址為2B00H，請(qǐng)求出變址編址（考慮基址）和相對(duì)尋址

20、兩種情況的訪問(wèn)有效地址。解: 1) 變址編址: EA = 2000H + 03A0H + 003FH = 23DFH 2) 相對(duì)尋址: EA = 2B00H + 3FH = 2B3FH補(bǔ)充, 如果指令地址碼部分是:8FH EA = 2B00H + FF8FH = 2A8FH 5.3 接上題。 （1）設(shè)變址編址用于取指令，相對(duì)編址用于轉(zhuǎn)移指令，存儲(chǔ)器內(nèi)存放的內(nèi)容如下： 地址 內(nèi)容 003FH 2300H 2000H 2400H 203FH 2500H 233FH 2600H 23A0H 2700H 23DFH 2800H 2B00H 063FH 請(qǐng)寫(xiě)出從存儲(chǔ)器中所取得的數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)移地址。 5.3

21、 接上題。 變址編址: 操作數(shù) = 2800H 相對(duì)尋址: 轉(zhuǎn)移地址 = 2B3FH5.3 接上題。 (2) 若采用直接編址，請(qǐng)寫(xiě)出從存儲(chǔ)器中取出的數(shù)。 考慮基址寄存器： EA = 2000H + 03A0H 操作數(shù) = （23A0H）= 2700H 不考慮基址寄存器： EA = 03A0H 操作數(shù) = （03A0H）= 2300H6.1 CPU結(jié)構(gòu)如下圖，其中一個(gè)累加器AC，一個(gè)狀態(tài)寄存器和其他四個(gè)寄存器，各部分的連線表示數(shù)據(jù)通路，箭頭表示信息傳送方向，要求：（1）表明圖中abcd四個(gè)寄存器的名稱。（2）簡(jiǎn)述指令從主存取指/數(shù)到控制器的數(shù)據(jù)通路。 主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器MabcALUAC狀態(tài)寄存器

22、狀態(tài)寄存器微操作信號(hào)微操作信號(hào)發(fā)生器發(fā)生器d+16.2 設(shè)某計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制器邏輯圖6.8，控制信號(hào)見(jiàn)表6.1，指令格式如下： 試寫(xiě)出下述三條指令的微操作信號(hào)。（1）JMP（無(wú)條件轉(zhuǎn)移到(rs1)+disp）（2）load（從(rs1)+disp指示的內(nèi)存單元取數(shù)，送rs保存）（3）store（把rs的內(nèi)容送到(rs1)+disp指示的內(nèi)存單元）（1）JMP（無(wú)條件轉(zhuǎn)移到(rs1)+disp指定的地址）解：首先確定微指令條數(shù)，取指微指令，必不可少，而且必須是第一條微指令。接下來(lái)，需要做(rs1) + disp- PC操作參考圖6.8 , 需要使用ALU一次，故再需要一條微指令。微操作：rs1-

23、GR, (rs1)-ALU, 加法器左操作數(shù)disp-ALU加法器右操作數(shù)“”ALU-PC1）取指微指令 PC-AB ADS=1 M/IO#=1 W/R#=0 DB-IR PC+1）計(jì)算地址微指令rs1-GR,(rs1)-ALU, disp-ALU,“”ALU-PC（2）load（從(rs1)+disp指示的內(nèi)存單元取數(shù)，送rs保存）解：首先確定微指令條數(shù)，取指微指令，必不可少，而且必須是第一條微指令。接下來(lái)，需要做(rs1) + disp操作,然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果訪問(wèn)存儲(chǔ)器,取回的操作數(shù)還需要保存到寄存器rs中。參考圖6.8，使用一次ALU需要一條微指令，訪問(wèn)存儲(chǔ)器還需要一條微指令。必須先算地址

24、，再訪問(wèn)存儲(chǔ)器，最后保存結(jié)果。還需要計(jì)算地址微指令，訪問(wèn)存儲(chǔ)器微指令，保存結(jié)果微指令。1）取指微指令（略）2）計(jì)算地址微指令rs1-GR,(rs1)-ALU, disp-ALU,“”ALU-AR3）訪問(wèn)存儲(chǔ)器微指令 AR-AB, ADS=1, M/IO#=1 W/R#=0, DB-DR4）保存結(jié)果微指令 DR-ALU, rs-GR, “+” ALU-rs說(shuō)明：ALU的左操作數(shù)是DR內(nèi)容，ALU的右操作數(shù)沒(méi)有，就等于送做加法就等于把DR-rs（3）store（把rs的內(nèi)容送到(rs1)+disp指示的內(nèi)存單元）解：首先確定微指令條數(shù)，取指微指令，必不可少，而且必須是第一條微指令。接下來(lái)，需要做(

25、rs1) + disp操作,然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果訪問(wèn)存儲(chǔ)器。參考圖6.8，使用一次ALU需要一條微指令，訪問(wèn)存儲(chǔ)器還需要一條微指令。必須先算地址，再訪問(wèn)存儲(chǔ)器。但是寫(xiě)存儲(chǔ)器時(shí)，必須保證數(shù)據(jù)要在DB之上，而到達(dá)DB只能通過(guò)DR，所以寫(xiě)存儲(chǔ)器之前還要占用ALU一次，還需要一條微指令。還需要計(jì)算地址微指令，送操作數(shù)微指令，訪問(wèn)存儲(chǔ)器微指令。1）取指微指令（略）2）計(jì)算地址微指令rs1-GR,(rs1)-ALU, disp-ALU,“”ALU-AR8.3 設(shè)某磁盤存儲(chǔ)器的平均尋道時(shí)間為t，轉(zhuǎn)速為每分r轉(zhuǎn) ，每磁道容量為N個(gè)字，每信息塊為n個(gè)字，是推導(dǎo)讀寫(xiě)一個(gè)信息塊所需要的總的時(shí)間tB的計(jì)算公式。讀寫(xiě)所需要總的時(shí)間 = 尋址時(shí)間 + 傳輸時(shí)間 尋址時(shí)間 = 平均尋道時(shí)間平均等待時(shí)間 = t + 60/r/2 = t + 30/r 傳輸時(shí)間 = n60/r/N tB= t + 30/r + n60/r/N 8.5 設(shè)磁盤組有11個(gè)盤片，每個(gè)盤片有個(gè)紀(jì)錄面，存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)直徑2.36英寸，外直經(jīng)5.00英寸，道密度為1250TPI，內(nèi)層位密度54200bpi，轉(zhuǎn)速為2400rpm。問(wèn)：（）共有多少個(gè)存儲(chǔ)面可用？（）共有