計(jì)算機(jī)組成原理期末復(fù)習(xí)答案

1、1.什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件？硬件和軟件哪個(gè)更重要？解：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的綜合體。計(jì)算機(jī)硬件：指計(jì)算機(jī)中的電子線路和物理裝置。計(jì)算機(jī)軟件：計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料。硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。2. 如何理解計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)？答：計(jì)算機(jī)硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件構(gòu)成了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。（1）硬件系統(tǒng)是最內(nèi)層的，它是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。（2）系統(tǒng)軟件在硬件之外，為用戶提供一個(gè)基本操作界面。（3）應(yīng)用軟件在最外層，為用戶提供解決具體問題的應(yīng)用系統(tǒng)界面。通常將硬件系統(tǒng)之外的其余層稱為虛擬機(jī)。各層次之間關(guān)系密切，

2、上層是下層的擴(kuò)展，下層是上層的基礎(chǔ)，各層次的劃分不是絕對(duì)的。4. 如何理解計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)？答：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是指那些能夠被程序員所見到的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性，如指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)組成及I/O機(jī)理等。計(jì)算機(jī)組成是指如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性，包含對(duì)程序員透明的硬件細(xì)節(jié)，如組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)功能部件的結(jié)構(gòu)和功能，及相互連接方法等。8. 解釋下列英文縮寫的中文含義：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、功能三部分。CPU：Central Processing Unit，中

3、央處理機(jī)（器），是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，主要由運(yùn)算器和控制器組成。PC：Program Counter，程序計(jì)數(shù)器，其功能是存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動(dòng)計(jì)數(shù)形成下一條指令地址。IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。CU：Control Unit，控制單元（部件），為控制器的核心部件，其功能是產(chǎn)生微操作命令序列。ALU：Arithmetic Logic Unit，算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，為運(yùn)算器的核心部件，其功能是進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算。ACC：Accumulator，累加器，是運(yùn)算器中既能存放運(yùn)算前的操作數(shù)，又能存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器。MQ：Mu

4、ltiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法運(yùn)算時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的寄存器。X：此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數(shù)寄存器，即運(yùn)算器中工作寄存器之一，用來存放操作數(shù)；MAR：Memory Address Register，存儲(chǔ)器地址寄存器，在主存中用來存放欲訪問的存儲(chǔ)單元的地址。MDR：Memory Data Register，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主存中用來存放從某單元讀出、或要寫入某存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。I/O：Input/Output equipment，輸入/輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送。

5、MIPS：Million Instruction Per Second，每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)的一種計(jì)量單位。 CPI：Instruction，執(zhí)行一條指令所需時(shí)鐘周期數(shù)，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)計(jì)量單位之一；FLOPS：Floating PointOperation Per Second，每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度計(jì)量單位之一。11. 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？解：計(jì)算機(jī)硬件主要通過不同的時(shí)間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即：取指周期（或取指微程序）取出的既為指令，執(zhí)行周期（或相應(yīng)微程序）取出的既為數(shù)據(jù)。另外也可通過地址來源區(qū)分，從PC指出的存儲(chǔ)單元取出的是指令

6、，由指令地址碼部分提供操作數(shù)地址。第3章 系統(tǒng)總線3. 常用的總線結(jié)構(gòu)有幾種？不同的總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能有什么影響？舉例說明。答：（1）總線結(jié)構(gòu)通?？梢苑譃閱慰偩€結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)兩種。（2）單總線結(jié)構(gòu)簡單也便于擴(kuò)充，但所有的傳送都通過這組共享總線，因此極易形成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的瓶頸，它允許兩個(gè)以上的部件在同一時(shí)刻向總線傳輸信息，這就必然會(huì)影響系統(tǒng)工作效率的提高，這類總線多數(shù)被小型計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)采用；多總線結(jié)構(gòu)解決了單總線中所有部件同時(shí)共享總線的現(xiàn)狀，有效的提高了系統(tǒng)的工作效率，如傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)。4. 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方

7、式對(duì)電路故障最敏感？答：總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問題；常見的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢、獨(dú)立請(qǐng)求；特點(diǎn)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制過程較復(fù)雜；獨(dú)立請(qǐng)求方式速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。5. 解釋下列概念：總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。答：總線寬度：通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)；總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸率，指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)；總線復(fù)用：指同一條信號(hào)線可以分時(shí)傳輸不

8、同的信號(hào)。總線的主設(shè)備（主模塊）：指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備（模塊）；總線的從設(shè)備（從模塊）：指一次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備（模塊），它只能被動(dòng)接受主設(shè)備發(fā)來的命令；總線的傳輸周期：指總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時(shí)間；總線的通信控制：指總線傳送過程中雙方的時(shí)間配合方式。10. 為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)？你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些？什么叫plug and play？哪些總線有這一特點(diǎn)？答：總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問題；目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有：ISA、EISA、PCI等；plug and play：即插即用，EISA、PCI等具有此功能。

9、3.14 設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為8MHz，一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù)，試問總線的帶寬是多少？解；總線寬度 = 16位/8 =2B 總線帶寬 = 8MHz×2B =16MB/s3.15 在一個(gè)32位的總線系統(tǒng)中，總線的時(shí)鐘頻率為66MHz，假設(shè)總線最短傳輸周期為4個(gè)時(shí)鐘周期，試計(jì)算總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高數(shù)據(jù)傳輸率，可采取什么措施？µs µs×4 =0.06µs 總線最大數(shù)據(jù)傳輸率 = 4B/MB/s×4B =66MB/s 若想提高總線的數(shù)據(jù)傳輸率，可提高總線的時(shí)鐘頻率，或減少總線周期中的時(shí)鐘個(gè)

10、數(shù)，或增加總線寬度。3.16 在異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)校驗(yàn)位、2個(gè)終止位。若要求每秒傳送120個(gè)字符，試求傳送的波特率和比特率。解： 一幀 =1+8+1+2 =12位 波特率 =120幀/秒×12位=1440波特 比特率 = 1440波特×（8/12）=960bps或：比特率 = 120幀/秒×8 =960bps第 四 章1. 解釋概念：主存、輔存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。答：主存：主存儲(chǔ)器，用于存放正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。CPU可

11、以直接進(jìn)行隨機(jī)讀寫，訪問速度較高。輔存：輔助存儲(chǔ)器，用于存放當(dāng)前暫不執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，以及一些需要永久保存的信息。Cache：高速緩沖存儲(chǔ)器，介于CPU和主存之間，用于解決CPU和主存之間速度不匹配問題。RAM：半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，主要用作計(jì)算機(jī)中的主存。SRAM：靜態(tài)半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。DRAM：動(dòng)態(tài)半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。ROM：掩膜式半導(dǎo)體只讀存儲(chǔ)器。由芯片制造商在制造時(shí)寫入內(nèi)容，以后只能讀出而不能寫入。PROM：可編程只讀存儲(chǔ)器，由用戶根據(jù)需要確定寫入內(nèi)容，只能寫入一次。EPROM：紫外線擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器。需要修改內(nèi)容時(shí)，現(xiàn)將其全部內(nèi)容擦除，然后再編程。擦除依靠紫外線使浮動(dòng)?xùn)艠O上

12、的電荷泄露而實(shí)現(xiàn)。EEPROM：電擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器。CDROM：只讀型光盤。Flash Memory：閃速存儲(chǔ)器。或稱快擦型存儲(chǔ)器5. 什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。存儲(chǔ)器帶寬=1/200ns ×32位= 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒注意：字長32位，不是16位。（注：1ns=10-9s）7. 一個(gè)容量為16K×32位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？1K×4位，2K&

13、#215;8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和 = 14 + 32 = 46根；選擇不同的芯片時(shí)，各需要的片數(shù)為：1K×4：（16K×32） / （1K×4） = 16×8 = 128片2K×8：（16K×32） / （2K×8） = 8×4 = 32片4K×4：（16K×32） / （4K×4） = 4×8 = 32片16K×1：（16K×32）/ （16K×1）

14、 = 1×32 = 32片4K×8：（16K×32）/ （4K×8） = 4×4 = 16片8K×8：（16K×32） / （8K×8） = 2×4 = 8片9. 什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。解：刷新：對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過程；刷新原因：因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新，存在CPU訪存死時(shí)間。分散式：在每個(gè)讀/寫周期之后插入一個(gè)刷新周期

15、，無CPU訪存死時(shí)間。異步式：是集中式和分散式的折衷。討論：  1、刷新與再生的比較：      共同點(diǎn)：    動(dòng)作機(jī)制一樣。都是利用DRAM存儲(chǔ)元破壞性讀操作時(shí)的重寫過程實(shí)現(xiàn)；    操作性質(zhì)一樣。都是屬于重寫操作。區(qū)別：    解決的問題不一樣。再生主要解決DRAM存儲(chǔ)元破壞性讀出時(shí)的信息重寫問題；刷新主要解決長時(shí)間不訪存時(shí)的信息衰減問題。    操作的時(shí)間不一樣。再生緊跟在讀操作之后，時(shí)間上是隨機(jī)進(jìn)行的；刷新以最大間隔時(shí)間為周期定時(shí)重復(fù)進(jìn)行。   

16、 動(dòng)作單位不一樣。再生以存儲(chǔ)單元為單位，每次僅重寫剛被讀出的一個(gè)字的所有位；刷新以行為單位，每次重寫整個(gè)存儲(chǔ)器所有芯片內(nèi)部存儲(chǔ)矩陣的同一行。    芯片內(nèi)部I/O操作不一樣。讀出再生時(shí)芯片數(shù)據(jù)引腳上有讀出數(shù)據(jù)輸出；刷新時(shí)由于CAS信號(hào)無效，芯片數(shù)據(jù)引腳上無讀出數(shù)據(jù)輸出（唯RAS有效刷新，內(nèi)部讀）。鑒于上述區(qū)別，為避免兩種操作混淆，分別叫做再生和刷新。2、CPU訪存周期與存取周期的區(qū)別：    CPU訪存周期是從CPU一邊看到的存儲(chǔ)器工作周期，他不一定是真正的存儲(chǔ)器工作周期；存取周期是存儲(chǔ)器速度指標(biāo)之一，它反映了存儲(chǔ)器真正的工作周期時(shí)間。  &#

17、160;   3、分散刷新是在讀寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，而不是在讀寫周期內(nèi)插入一個(gè)刷新周期，但此時(shí)讀寫周期和刷新周期合起來構(gòu)成CPU訪存周期。     4、刷新定時(shí)方式有3種而不是2種，一定不要忘了最重要、性能最好的異步刷新方式。    11. 一個(gè)8K×8位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256×s。試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？解：采用集中刷新方式刷新間隔為:2ms，其中刷新死時(shí)間為：256×s采用分散刷新方式刷新間隔為：256×s采用異步刷新方式刷新間隔為:2

18、ms12. 畫出用1024×4位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為64K×8位的存儲(chǔ)器邏輯框圖。要求將64K分成4個(gè)頁面，每個(gè)頁面分16組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片。解：設(shè)采用SRAM芯片，則：總片數(shù) = （64K×8位） / （1024×4位）= 64×2 = 128片題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁面、組三級(jí)，因此畫圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量：頁面容量 = 總?cè)萘?/ 頁面數(shù) = 64K×8 / 4 = 16K×8位，4片16K×8字串聯(lián)成64K×8位組容量 = 頁面容量 / 組數(shù)

19、60; = 16K×8位 / 16 = 1K×8位，16片1K×8位字串聯(lián)成16K×8位組內(nèi)片數(shù) = 組容量 / 片容量 = 1K×8位 / 1K×4位 = 2片，兩片1K×4位芯片位并聯(lián)成1K×8位存儲(chǔ)器邏輯框圖：（略）。13. 設(shè)有一個(gè)64K×8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。解：存儲(chǔ)基元總數(shù) = 64K×8位= 5

20、12K位 = 219位；思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。解：設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為：2a×b = 219；b = 219-a；若a = 19，b = 1，總和 = 19+1 = 20； a = 18，b = 2，總和 = 18+2 = 20；  a = 17，b = 4，總和 = 17+4 = 21；  a = 16，b = 8，總和 = 16+8 = 24；      由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長越長，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)減1、

21、片位數(shù)均按2的冪變化。結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線 = 19根，數(shù)據(jù)線 = 1根；或地址線 = 18根，數(shù)據(jù)線 = 2根。15.設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用（低電平有效）作訪存控制信號(hào)，作讀寫命令信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫）。現(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片：ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位），RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138譯碼器和其他門電路（門電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出CPU和存儲(chǔ)芯片的連接圖。要求：（1）最小4K地址為系統(tǒng)程序

22、區(qū)，409616383地址范圍為用戶程序區(qū)；（2）指出選用的存儲(chǔ)芯片類型及數(shù)量；（3）詳細(xì)畫出片選邏輯。解：（1）地址空間分配圖： 系統(tǒng)程序區(qū)（ROM共4KB）：0000H-0FFFH 用戶程序區(qū)（RAM共12KB）：1000H-FFFFH   （2）選片：ROM：選擇4K×4位芯片2片，位并聯(lián) RAM：選擇4K×8位芯片3片，字串聯(lián)(RAM1地址范圍為:1000H-1FFFH,RAM2地址范圍為2000H-2FFFH, RAM3地址范圍為:3000H-3FFFH)   （3）各芯片二進(jìn)制地址分配如下：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6

23、A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯如下圖(3)所示：圖（3）17. 寫出1100、1101、1110、1111對(duì)應(yīng)的漢明碼。解：有效信息均為n=4位，假設(shè)有效信息用b4b3b2b1表示校驗(yàn)位位數(shù)k=3位，（2k>=n+k+1）設(shè)校驗(yàn)位分別為c1、c2、c3，則漢明碼共4+3=7

24、位，即：c1c2b4c3b3b2b1校驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第1、2、4位c1=b4b3b1c2=b4b2b1c3=b3b2b1當(dāng)有效信息為1100時(shí)，c3c2c1=011,漢明碼為1110100。當(dāng)有效信息為1101時(shí)，c3c2c1=100,漢明碼為0011101。當(dāng)有效信息為1110時(shí)，c3c2c1=101,漢明碼為1011110。當(dāng)有效信息為1111時(shí)，c3c2c1=010,漢明碼為0110111。24. 一個(gè)4體低位交叉的存儲(chǔ)器，假設(shè)存儲(chǔ)周期為T，CPU每隔1/4存取周期啟動(dòng)一個(gè)存儲(chǔ)體，試問依次訪問64個(gè)字需多少個(gè)存取周期？解：4體低位交叉的存儲(chǔ)器的總線傳輸周期為t，t=T/4，依次訪

25、問64個(gè)字所需時(shí)間為：28. 設(shè)主存容量為256K字，Cache容量為2K字，塊長為4。（1）設(shè)計(jì)Cache地址格式，Cache中可裝入多少塊數(shù)據(jù)？（2）在直接映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（3）在四路組相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（4）在全相聯(lián)映射方式下，設(shè)計(jì)主存地址格式。（5）若存儲(chǔ)字長為32位，存儲(chǔ)器按字節(jié)尋址，寫出上述三種映射方式下主存的地址格式。解：（1）Cache容量為2K字，塊長為4，Cache共有2K/4=211/22=29=512塊，Cache字地址9位，字塊內(nèi)地址為2位 因此，Cache地址格式設(shè)計(jì)如下：Cache字塊地址（9位）字塊內(nèi)地址（2位） （2）主存容量為2

26、56K字=218字，主存地址共18位，共分256K/4=216塊，主存字塊標(biāo)記為18-9-2=7位。 直接映射方式下主存地址格式如下：主存字塊標(biāo)記（7位）Cache字塊地址（9位）字塊內(nèi)地址（2位） （3）根據(jù)四路組相聯(lián)的條件，一組內(nèi)共有4塊，得Cache共分為512/4=128=27組，主存字塊標(biāo)記為18-7-2=9位，主存地址格式設(shè)計(jì)如下：主存字塊標(biāo)記（9位）組地址（7位）字塊內(nèi)地址（2位） （4）在全相聯(lián)映射方式下，主存字塊標(biāo)記為18-2=16位，其地址格式如下：主存字塊標(biāo)記（16位）字塊內(nèi)地址（2位） （5）若存儲(chǔ)字長為32位，存儲(chǔ)器按字節(jié)尋址，則主存容量為256K*32/4=221B

27、，Cache容量為2K*32/4=214B，塊長為4*32/4=32B=25B，字塊內(nèi)地址為5位，在直接映射方式下，主存字塊標(biāo)記為21-9-5=7位，主存地址格式為：主存字塊標(biāo)記（7位）Cache字塊地址（9位）字塊內(nèi)地址（5位）在四路組相聯(lián)映射方式下，主存字塊標(biāo)記為21-7-5=9位，主存地址格式為：主存字塊標(biāo)記（9位）組地址（7位）字塊內(nèi)地址（5位）在全相聯(lián)映射方式下，主存字塊標(biāo)記為21-5=16位，主存地址格式為：主存字塊標(biāo)記（16位）字塊內(nèi)地址（5位）29. 假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時(shí)共訪問Cache命中4800次，訪問主存200次，已知Cache的存取周期為30ns，主存的存取周期為1

28、50ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系統(tǒng)的平均訪問時(shí)間和效率，試問該系統(tǒng)的性能提高了多少倍？解：Cache被訪問命中率為：4800/(4800+200)=24/25=96%tc =30ns;Cache-主存系統(tǒng)的訪問效率為：e=tc/ta*100%=30/34.8*100%=86.2%性能為原來的150ns/34.8ns=4.31倍，即提高了3.31倍。30. 一個(gè)組相連映射的CACHE由64塊組成，每組內(nèi)包含4塊。主存包含4096塊，每塊由128字組成，訪存地址為字地址。試問主存和高速存儲(chǔ)器的地址各為幾位？畫出主存地址格式。解：cache組數(shù)：64/4=16，Cache容量為：

29、64*128=213字，cache地址13位主存共分4096/16=256區(qū)，每區(qū)16塊主存容量為：4096*128=219字，主存地址19位，地址格式如下：主存字塊標(biāo)記（8位）組地址（4位）字塊內(nèi)地址（7位）41. 設(shè)有效信息為110，試用生成多項(xiàng)式G(x) =11011將其編成循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。 解：編碼過程如下： M(x) =110 n =3 G(x) =11011 k+1 =5 k =4 M(x)·x4 =110 0000 M(x)·x4/G(x) =110 0000/11011=100+1100/11011 R(x) =1100 M(x)·x4+R(x)

30、=110 0000+1100=110 1100 =CRC碼（7，3）碼注：此題的G(x)選得不太好，當(dāng)最高位和最低位出錯(cuò)時(shí)，余數(shù)相同，均為0001。此時(shí)只能檢錯(cuò)，無法糾錯(cuò)42.有一個(gè)（7,4）碼，生成多項(xiàng)式G（x）=x3 + x + 1,寫出代碼1001的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。答：M（x）=1001 G（x）=x3 + x + 1=1011K+1=4 k=3 M（x）*x3/G(x)=1001000/1011=1010 +余數(shù)110 則校驗(yàn)碼為1001110  第   六   章1. 最少用幾位二進(jìn)制可表示任一5位長的十進(jìn)制正整數(shù)。 答：17位.9. 當(dāng)十六進(jìn)

31、制數(shù)9B和FF分別表示為原碼、補(bǔ)碼、反碼、移碼和無符號(hào)數(shù)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)各為多少（設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號(hào)位）？ 解：真值和機(jī)器數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：9BH原碼補(bǔ)碼反碼移碼無符號(hào)數(shù)對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)-27-101-100+27155FFH原碼補(bǔ)碼反碼移碼無符號(hào)數(shù)對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)-128-1-0+12825610. 在整數(shù)定點(diǎn)機(jī)中，設(shè)機(jī)器數(shù)采用1位符號(hào)位，寫出±0的原碼、補(bǔ)碼、反碼和移碼，得出什么結(jié)論？解：0的機(jī)器數(shù)形式如下：（假定機(jī)器數(shù)共8位，含1位符號(hào)位在內(nèi)）真值原碼補(bǔ)碼反碼移碼+00 000 00000 000 00000 000 00001 000 0000-01 000 00000 000

32、 00001 111 11111 000 0000結(jié)論：0的原碼和反碼分別有+0和-0兩種形式，補(bǔ)碼和移碼只有一種形式，且補(bǔ)碼和移碼數(shù)值位相同，符號(hào)位相反。 12. 設(shè)浮點(diǎn)數(shù)格式為：階碼5位（含1位階符），尾數(shù)11位（含1位數(shù)符）。寫出51/128、-27/1024所對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)。要求如下：（1）階碼和尾數(shù)均為原碼。（2）階碼和尾數(shù)均為補(bǔ)碼。（3）階碼為移碼，尾數(shù)為補(bǔ)碼。     解：據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)的格式：階符1位階碼4位數(shù)符1位尾數(shù)10位      將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：x1=51/128=110011B=2-1* 0 011

33、B    x2=-27/1024=B =2-5*(B）則以上各數(shù)的浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)為：（1）x1浮=1，0001；0.110 011 000 0x2浮=1，0101；1.110 110 000 0（2）x1浮=1，1111；0.110 011 000 0x2浮=1，1011；1.001 010 000 0（3）x1浮=0，1111；0.110 011 000 0x2浮=0，1011；1.001 010 000 0  16設(shè)機(jī)器數(shù)字長為16位，寫出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍。設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號(hào)位，答案均用十進(jìn)制表示。     （1）無符號(hào)數(shù)；

34、     （2）原碼表示的定點(diǎn)小數(shù)。     （3）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)。     （4）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù)。     （5）原碼表示的定點(diǎn)整數(shù)。     （6）浮點(diǎn)數(shù)的格式為：階碼6位（含1位階符），尾數(shù)10位（含1位數(shù)符）。分別寫出其正數(shù)和負(fù)數(shù)的表示范圍。     （7）浮點(diǎn)數(shù)格式同（6），機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式，分別寫出其對(duì)應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)的真值范圍。解：（1）無符號(hào)整數(shù)：0 216 - 1，即：0 65535；    無符號(hào)小數(shù)：0 1 - 2-16

35、 ，即：0 0.99998； （2）原碼定點(diǎn)小數(shù)：-1 + 2-151 - 2-15 ，即：-0.99997 （3）補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)：- 11 - 2-15 ，即：-1（4）補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)：-215215 - 1 ，即：-3276832767（5）原碼定點(diǎn)整數(shù)：-215+ 1215 - 1，即：-3276732767（6）據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)格式，當(dāng)階碼和尾數(shù)均采用原碼，非規(guī)格化數(shù)表示時(shí)：最大負(fù)數(shù)=1，11 111；1.000 000 001 ，即 -2-9´2-31最小負(fù)數(shù)=0，11 111；1.111 111 111，即 -（1-2-9）´231則負(fù)數(shù)表示范圍為：-（1-2-9

36、）´231 -2-9´2-31最大正數(shù)= 0，11 111；0.111 111 111，即 （1-2-9）´231最小正數(shù)= 1，11 111；0.000 000 001，即 2-9´2-31則正數(shù)表示范圍為：2-9´2-31 （1-2-9）´231（7）當(dāng)機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式時(shí)，若不考慮隱藏位，則最大負(fù)數(shù)=1，00 000；1.011 111 111，即 -2-1´2-32最小負(fù)數(shù)=0，11 111；1.000 000 000，即 -1´231則負(fù)數(shù)表示范圍為：-1´231 -2-1´2-

37、32最大正數(shù)=0，11 111；0.111 111 111，即 （1-2-9）´231最小正數(shù)=1，00 000；0.100 000 000，即 2-1´2-32則正數(shù)表示范圍為：2-1´2-32 （1-2-9）´231   17. 設(shè)機(jī)器數(shù)字長為8位（包括一位符號(hào)位），對(duì)下列各機(jī)器數(shù)進(jìn)行算術(shù)左移一位、兩位，算術(shù)右移一位、兩位，討論結(jié)果是否正確。x1原=0.001 1010；y1補(bǔ)=0.101 0100；z1反=1.010 1111；   x2原=1.110 1000；y2補(bǔ)=1.110 1000；z2反=1.110 1000； &#

38、160; x3原=1.001 1001；y3補(bǔ)=1.001 1001；z3反=1.001 1001。解：算術(shù)左移一位： x1原=0.011 0100；正確 x2原=1.101 0000；溢出（丟1）出錯(cuò) x3原=1.011 0010；正確 y1補(bǔ)=0.010 1000；溢出（丟1）出錯(cuò) y2補(bǔ)=1.101 0000；正確 y3補(bǔ)=1.011 0010；溢出（丟0）出錯(cuò) z1反=1.101 1111；溢出（丟0）出錯(cuò) z2反=1.101 0001；正確 z3反=1.011 0011；溢出（丟0）出錯(cuò)算術(shù)左移兩位： x1原=0.110 1000；正確 x2原=1.010 0000；溢出（丟11）出

39、錯(cuò)x3原=1.110 0100；正確y1補(bǔ)=0.101 0000；溢出（丟10）出錯(cuò) y2補(bǔ)=1.010 0000；正確 y3補(bǔ)=1.110 0100；溢出（丟00）出錯(cuò) z1反=1.011 1111；溢出（丟01）出錯(cuò) z2反=1.010 0011；正確 z3反=1.110 0111；溢出（丟00）出錯(cuò)算術(shù)右移一位： x1原=0.000 1101；正確 x2原=1.011 0100；正確x3原=1.000 1100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差 y1補(bǔ)=0.010 1010；正確y2補(bǔ)=1.111 0100；正確y3補(bǔ)=1.100 1100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差z1反=1.101 0111；正確z2

40、反=1.111 0100(0)；丟0，產(chǎn)生誤差z3反=1.100 1100；正確算術(shù)右移兩位： x1原=0.000 0110（10）；產(chǎn)生誤差 x2原=1.001 1010；正確x3原=1.000 0110（01）；產(chǎn)生誤差y1補(bǔ)=0.001 0101；正確y2補(bǔ)=1.111 1010；正確y3補(bǔ)=1.110 0110（01）；產(chǎn)生誤差z1反=1.110 1011；正確z2反=1.111 1010（00）；產(chǎn)生誤差z3反=1.110 0110（01）；產(chǎn)生誤差        19. 設(shè)機(jī)器數(shù)字長為8位（含1位符號(hào)位），用補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則計(jì)算下列各題。

41、60; （1）A=9/64， B=-13/32，求A+B。   （2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。   （3）A=-3/16，B=9/32，求A+B。   （4）A=-87，B=53，求A-B。   （5）A=115，B=-24，求A+B。     解：（1）A=9/64=0.001 0010B, B= -13/32=-0.011 0100B       A補(bǔ)=0.001 0010, B補(bǔ)=1.100 1100 = 1.1011110 無溢出A+B=-0.010 0010B = -17/

42、64   （2）A=19/32=0.100 1100B, B= -17/128=-0.001 0001B        A補(bǔ)=0.100 1100, B補(bǔ)=1.110 1111 , -B補(bǔ)=0.001 0001= 0.1011101 無溢出 A-B=0.101 1101B = 93/128B（3）A= -3/16=-0.001 1000B, B=9/32=0.010 0100B     A補(bǔ)=1.110 1000, B補(bǔ)= 0.010 0100+ = 0.0001100 無溢出A+B=0.000 1100B = 3/32 （

43、4）A= -87=-101 0111B, B=53=110 101B      A補(bǔ)=1010 1001, B補(bǔ)=0011 0101, -B補(bǔ)=1100 1011A-B補(bǔ)= 10101001 + 11001011 = 01110100 溢出（5）A=115=111 0011B, B= -24=-11 000B    A補(bǔ)=01110011, B補(bǔ)=1，110 1000 A+B補(bǔ)= 01110011 + 11101000 = 01011011無溢出 A+B=101 1011B = 91    用原碼一位乘、兩位乘和補(bǔ)碼一位乘（

44、Booth算法）、兩位乘計(jì)算x·y。 （1）x= 0.110 111，y= -0.101 110； （2）x= -0.010 111，y= -0.010 101； （3）x= 19， y= 35； （4）x= 0.110 11， y= -0.111 01。 解：先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需的機(jī)器數(shù)，然后計(jì)算，最后結(jié)果轉(zhuǎn)換成真值。（1）x原=x=0.110111，y原=1.101110 x*=0.110111， y*=0.101110 x0=0，y0=1，z0=x0 Å y0=0 Å 1=1 x*×y*=0.100 111 100 010 x×y原=1.1

45、00 111 100 010 x·y= -0. 100 111 100 010原碼一位乘： 部分積 乘數(shù)y* 0 . 0 0 0 0 0 0 . 1 0 1 1 1 0 +0®1 0 . 0 0 0 0 0 0 0 . 1 0 1 1 1 +x* + 0 . 1 1 0 1 1 1 0 . 1 1 0 1 1 1®1 0 . 0 1 1 0 1 1 1 0 . 1 0 1 1 +x* + 0 . 1 1 0 1 1 1 1 . 0 1 0 0 1 0®1 0 . 1 0 1 0 0 1 0 1 0 . 1 0 1 +x* + 0 . 1 1 0 1 1

46、1 1 . 1 0 0 0 0 0®1 0 . 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 . 1 0 +0®1 0 . 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 . 1 x* + 0 . 1 1 0 1 1 1 1 . 0 0 1 1 1 1®1 0 . 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 02x*=01.101110，-x*補(bǔ)=-x補(bǔ)=1.001001原碼兩位乘： 部分積 乘數(shù) Cj 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 . 1 0 1 1 1 0 0 + 0 0 1 . 1 0 1 1 1 0 +2x* 0 0 1 . 1 0 1 1 1 0

47、 0®2 0 0 0 . 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 .1 0 1 1 + 1 1 1 . 0 0 1 0 0 1 +-x*補(bǔ) 1 1 1 . 1 0 0 1 0 0 1®2 1 1 1 . 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 .1 0 + 1 1 1 . 0 0 1 0 0 1 +-x*補(bǔ) 1 1 1 . 0 0 0 0 1 0 1®2 1 1 1 . 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 . + 0 0 0 . 1 1 0 1 1 1 +x* 0 0 0 . 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0結(jié)果同一位

48、乘，x·y= -0. 100 111 100 010x補(bǔ)=x=0.110111y補(bǔ)=1.010010-x補(bǔ)=1.0010012x補(bǔ)=01.101110-2x補(bǔ)=10.010010x×y補(bǔ)=1.011 000 011 110 0 x·y= -0.100 111 100 010 0補(bǔ)碼一位乘、兩位乘運(yùn)算過程如下：補(bǔ)碼一位乘：部分積 乘數(shù)y補(bǔ) yn+1 0 0 . 0 0 0 0 0 0 1 . 0 1 0 0 1 0 0 +0®1 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 1 . 0 1 0 0 1 0 + 1 1 . 0 0 1 0 0 1 +-x補(bǔ) 1 1 . 0 0 1 0 0 1 ®1 1 1 . 1 0 0 1 0 0 1 0 1 . 0 1 0 0 1 + 0 0 . 1 1 0 1 1 1 +x補(bǔ) 0 0 . 0 1 1 0 1 1®1 0 0 . 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 . 0 1 0 0 +0 ®1 0 0 . 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 . 0 1 0 + 1 1 . 0 0 1 0 0 1 +-x補(bǔ) 1 1 . 0 0 1 1 1 1®1 1 1 . 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 . 0 1 + 0 0 . 1 1 0 1 1