計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課后作業(yè)答案

P1013.3寫出下列各數(shù)的原碼、反碼和補(bǔ)碼，機(jī)器數(shù)長(zhǎng)度為8位真二進(jìn)制真原反補(bǔ)（2）-（3）-（4）-P1013.4寫出下列各機(jī)器數(shù)的二進(jìn)制真值（1）[X] （2）[X] （3）[X] （4）[X] （5）[X] （6）[X] （7）[X] （8）[X] （9）[X] （10）[X] （11）[X] （12）[X] P1564.1 Y＝－0.0110（設(shè)機(jī)器數(shù)長(zhǎng)度為8位[2X]=溢[-Y/4]尾數(shù)（6位原碼尾數(shù)（6位原碼階碼（6位移碼（1）X=-25/64=-[X]浮=0，11111 [Y]浮=1,00010（2）[Z]浮=9F4H=1,001111.10100=-P102：9、機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)16（1）無(wú)符號(hào)整數(shù)0~216（2）原碼表示的定點(diǎn)整數(shù)：1，111…11~0，111…11即(2151)~215（3）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù)：1，00…000~0，111…11215~215（4）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)：1.00…000~0.111…11即1~1非規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)NMR尾數(shù)（尾數(shù)（8位補(bǔ)碼階碼（8位移碼最大數(shù)(12722尾尾數(shù)階碼最小數(shù)122尾尾數(shù)階碼最大負(fù)數(shù)27尾尾數(shù)階碼最小正數(shù)27尾尾數(shù)階碼最大數(shù)(127221尾數(shù)階碼最小數(shù)1尾數(shù)階碼尾尾數(shù)階碼最大負(fù)數(shù)2127尾尾數(shù)階碼最小正數(shù)21階碼尾數(shù)P156：2 5－1補(bǔ)碼BOOTH5－2補(bǔ)碼BOOTH 尾數(shù)（尾數(shù)（6位補(bǔ)碼階碼（5位補(bǔ)碼（1）X=-1.625=- 1、對(duì)階同2、尾數(shù)相減11+[EX-Y]補(bǔ)3、結(jié)果不需規(guī)4、舍入處理：[EX-Y]補(bǔ)＝[X-Y]=0,0011X=0.2344=0.00111Y=-0.1133=-1、對(duì)階同2、尾數(shù)相減：+[EX-Y]補(bǔ)=01.01000發(fā)生正尾數(shù)[EX-Y]補(bǔ)=[Mx- =3、結(jié)果不需規(guī)4、舍入處理：[EX-Y]補(bǔ)＝[X-Y]=1,1111P108：9-尾數(shù)（尾數(shù)（6位補(bǔ)碼階碼（5位移碼 Y=-1.625=- 9-

P225：264K16K

41664

（3）128500nsP225：3最大主存容量=218 218 共需 4 64片；若采用異步刷新，則刷新信號(hào)的周期64K2ms8字節(jié)，則Cache容量為2K16bit51229c=9，Cache采用2218 組相 ，則r=1。主存容量

每字包含2主 Cach字塊字塊…字塊字塊…282字塊28+…字塊29-…字塊26-2…字塊26-標(biāo)行標(biāo)行標(biāo)行2標(biāo)行…………標(biāo)行 -標(biāo)行290101…………82-

Cach…1…………28-…主存字地址主存字塊組地 1主存字節(jié)地址主存字塊標(biāo)記組地地 1主存字地址=462EH=00010001，10001011，10；因此該字到Cache的第139組分析地址A1A1A1A1A1A1A1A1A9A8000000000000000000最小……RA011111111111111111……保留111110000000000000最高端1111…1…1111111111111RO128K的RAM區(qū)由128K16bit8216片 構(gòu)成；分為8組，組與組之16K進(jìn)行字?jǐn)U展；每個(gè)組內(nèi)有2片進(jìn)行位MMR1AEDCB4:161A1A1A……Y1CPCCCC1AROA1C16ARAA1AA12～…1 1DWEC16KARAMWD1………1C16KARAMWD161R888188P225：5平 時(shí)間tahctc(1hc)hm(tmtc)(1hc)(1hm)(tmtctp其中：ta——平均時(shí)間；tc——Cache的周期；tm——主存的周期；tp—磁盤的周期；hc——Cache中率；hm——主存中率ta90%20ns10%60%80ns10%40% 所以

ta18ns4.8ns3.2ns48nsP168：6h

%平均時(shí)

tahtc(1h)ta97.5%40ns2.5%240ns39ns6nse=P168：74路組相聯(lián)，所以每塊4字，所以 每字32位，所以每字包含4字節(jié)Cache容量

51229行，故主存容量為16M1M220塊，故…字塊27227…字塊27…2202…字塊22-01…1…2-

Cach標(biāo)行0…標(biāo)行0…標(biāo)行標(biāo)行4…標(biāo)行……………標(biāo)行-…標(biāo)行92-0……1……7……2-……

Cach(1)Cache共分為：2c-r=29-2=128組主存字節(jié)地址主存字塊標(biāo)記組地地址1 2P226：84路組相聯(lián)，所以64字，所以Cache容量為8K27行，故64主存容量為256K212塊，故主 Cach…字…字塊25225+…字塊25…2122…字塊21-標(biāo)行…標(biāo)行標(biāo)行…標(biāo)行……………標(biāo)記行2-…標(biāo)記行27-00 ……組……52-

Cach…1…………7…2-主存字地址0~8447，位8448132，即主存0~8447字位于連132塊內(nèi)132商4余4，因此64 25132塊連續(xù)分布在第0~4大組內(nèi)，其中在第4大組中只有4塊第0大 第1大 第2大 第3大 第4大共3塊共3塊4CPU第1次依 主存的0~8447字時(shí)不命中132次。Cache的變4主 4第 第

4第4 CPU從第2次開始直到第21次主存的0~8447字時(shí)，每輪不命中20次（從第大組的前4塊都不命中，其余都命中），Cache的變化第的4第1的第的4第1的4第2的4Cach

.第3的4第4的第3的4第4的4第1的4第2的4第第的第的4第2的4第3的43404第第的第的4第2的4第3的4第的第的4第2的4第3的4第的組行第的組4第的組行第的組行第第的44第的04第的組行第的組行第因?yàn)閠tmc84482113220 h 100%

100%8448

設(shè)使用Cache比不使用Cache在速度上提高x倍，x 9.7htc(1h)(tmtc htm(1h)11 12第一條轉(zhuǎn)移指令

地 指（PC）=001AH，執(zhí)行該JMP指令后 第二條轉(zhuǎn)移指令（PC）=001AH，執(zhí)行該JMP指令后 13寄存器-器型指令是指一個(gè)操作數(shù)來(lái)自寄存器，另一個(gè)操作數(shù)來(lái)自器指令字長(zhǎng)32位直接尋址時(shí)EA=ADDR，因此主存最大空間為219字。（假設(shè)器按字編址間接尋址時(shí)EA=（ADDR），因此操作數(shù)地址存放在主存地址為0~219-1的單元內(nèi)，假設(shè)器按字編址，則EA應(yīng)該是32位的地址，則主存最大空間為232字。其實(shí)用32位通用寄存器做基址寄存器，類似于80X86機(jī)器上器分段管理EA=32位址+偏移地址，所以EA是32位，則主存最大空間為232字16、設(shè)某機(jī)寄存器字長(zhǎng)16位，用16進(jìn)制知：變址寄存器內(nèi)容為的內(nèi)容為0003H中部分單元內(nèi)容如下地址地址直接地地址位移量直接地地址位移量(16位)操作碼，尋址方式碼，寄存器號(hào)(16位)若當(dāng)前指令分別為下列尋址方式時(shí) 試求出操作數(shù)填入下表尋址方式操作數(shù)直間立/變 某機(jī)器字長(zhǎng)16位，采用單字長(zhǎng)指令，每個(gè)地址碼6位。試采用操作碼擴(kuò)展技術(shù)，設(shè)計(jì)條二地址指令，80條一地址指令，60條零地址指令。請(qǐng)給出指令編碼示意圖。雙操作數(shù)指令格式：OP（4位A1（6位A2（6位14…A1（6位A2（6位單操作數(shù)指令格A1A1（6位OP（10位80…A1（6位…OP（16位無(wú)操作OP（16位60OP（4位OP（4位A（8位M為源操作數(shù)的尋址方式，編00—立即數(shù)尋011011—變址尋（變址寄存器為A為源操作數(shù)的立即數(shù)、直接地址、間接地址或偏移地址Rd為目的操作01——10——11——其中OP為操作碼，編碼分配如下0000——0001——0010——0011——0100——0101——INC（自增 1111——（動(dòng)態(tài)停機(jī)假設(shè)：PC的內(nèi)容為22H；變址寄存器R3的內(nèi)容為30H主存地址主存地址主存地址20H：27H：2EH：21H：28H：2FH：22H：29H：30H：23H：2AH：31H：24H：2BH：32H：25H：2CH：33H：26H：2DH：34H：?jiǎn)枺篊PU啟動(dòng)執(zhí)行指令到停機(jī)，期間執(zhí)行了哪幾條指令？寫出每條指令的功能、尋址方式、操作數(shù)及執(zhí)行結(jié)果。指助記尋址方源操作執(zhí)行結(jié)直接尋指助記尋址方源操作執(zhí)行結(jié)直接尋立即—變址尋立即—相=2CH+01H—————————停6、設(shè)某機(jī)平均執(zhí)行一條指令需要兩次內(nèi)存，平均需要三個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)周期包含 個(gè)節(jié)拍周期。若機(jī)器主頻為 25MHz，試回答：1）若主存不需要等待周期，則平均執(zhí)行一條指令的時(shí)間為多少？2）若每次內(nèi)存需要2個(gè)等待節(jié)拍周期，則平均執(zhí)行一條指令的時(shí)間是解時(shí)鐘1

1平均指令周34時(shí)鐘周期22時(shí)鐘7、設(shè)某機(jī)主頻為8MHz，每個(gè)機(jī)器周期包含4節(jié)拍周期，該機(jī)平均指令執(zhí)行速度為1MIPS。1

平均每條指機(jī)器周期8、參見圖7－41的數(shù)據(jù)通路，指令“INCR1R1寄存器的內(nèi)容加1，畫出其指令周期微程序流程圖，并根據(jù)表7－11和表7－12寫出每一條微指令碼。解：INCJJ1DA1+1RR1DARAMIPCARPC+S3-空M6-100010000009、根據(jù)圖7－41所示的模型機(jī)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通路，寫出以下指令從取址到執(zhí)行的全部微操作序列，說明各條指令需要哪幾個(gè)機(jī)器周期，需要幾次內(nèi)存及完成什么操作。SUBA，R，該指令完成（A）－R→（A），源操作數(shù)一個(gè)為寄存器尋址，目標(biāo)操作數(shù)為指令提供的內(nèi)存有效地址A。JMP偏移量，該指令完成PC＋偏移量→PC解：（1）SUBA，R；（A）－R→（A）JJ1RAMDADA1-DA2RARAMARsDAPCARPC+RAMIPCARPC+所以，共8個(gè)機(jī)器周期，共訪存4次（2）JMPDISP；PJ1RAMDAPCDAPCARPCRAMIPCARPC所以，共7個(gè)機(jī)器周期，共訪存210、假設(shè)某機(jī)器主要部件有：程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、通用寄存器R0～R3、暫存器 DD2、ALU、移位器、器地址寄存器MAR 及器M。1）畫出AD（1），（2）指令在取指和執(zhí)行階段的操作步驟流程圖。1寄存器存放目標(biāo)操作數(shù)地址，R2寄存器存放源操作數(shù)地址。寫出各操作步驟所需的全部微操作命令。解：（1）MEMMEMDM-M-MEALU-ALUA循循算+-*/ALU環(huán)環(huán)...術(shù)左 移移移..B-B-DDDDB-B-PB-RB-RB-RRRRRB-PIB-IR0-R1-R3- PC-B指令譯MAB-RINSREGUNITMA移位器MMAPR2MARAMRAMDDR1MARAMDDRAMIPCMARPC+取ADD指令的微指①PC-B＃、B-MAR、②M-R#、B-③指令譯碼信號(hào)MAP＃有效執(zhí)行ADD指令的微指令12345M-R#,B-DD112345“+”,ALU-B#,M-11、假設(shè)某機(jī)共有76條指令，平均每一條指令由11條微指令組成，其中有一條取指令的微指令是所有指令公共的，該機(jī)共有微命令31個(gè)，微指令的微操作碼采用直接控。試問：1）該機(jī)微指令長(zhǎng)度為多少？2）控制器的容量應(yīng)為多少N條，N=76*11-75=761條；下址字段長(zhǎng)為X位，2X≥761，則所以，該機(jī)微指令長(zhǎng)度=31+10=41控制器的容量應(yīng)該≥761×41位，取1024×41位2、某機(jī)采用微程序控制方式，其器容量為512×48（位），微程序在整個(gè)控制器中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序的條件共4個(gè)，判別測(cè)試字段采用編譯法。微指令采用水平型格式，后繼微指令地址采用判定方式，：微命令字判別測(cè)試下地址字←操作控←——————順序控解控制字段（48-9-2=37位判別測(cè)試字段（2位下址字段（9位地址地址操作狀微地址散轉(zhuǎn)及修改電路微地址散轉(zhuǎn)及修改電路＋器測(cè)下 判定方式產(chǎn)生后繼微地測(cè)下14、圖7－46為某模型機(jī)的微程序流程圖，圖中每一