計(jì)算機(jī)組成原理課后的答案(唐朔飛第二版)

...wd......wd......wd...第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論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：P3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。5.馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么解：馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是：P8計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成；指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲(chǔ)器內(nèi)，并可以按地址訪問(wèn)；指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示；指令由操作碼、地址碼兩大局部組成，操作碼用來(lái)表示操作的性質(zhì)，地址碼用來(lái)表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置；指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行；機(jī)器以運(yùn)算器為中心〔原始馮?諾依曼機(jī)〕。7.解釋以下概念：主機(jī)、CPU、主存、存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)基元、存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)字、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、機(jī)器字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)。解：P9-10

主機(jī)：是計(jì)算機(jī)硬件的主體局部，由CPU和主存儲(chǔ)器MM合成為主機(jī)。

CPU：中央處理器，是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成；〔早期的運(yùn)算器和控制器不在同一芯片上，現(xiàn)在的CPU內(nèi)除含有運(yùn)算器和控制器外還集成了CACHE〕。

主存：計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存?。挥纱鎯?chǔ)體、各種邏輯部件及控制電路組成。

存儲(chǔ)單元：可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲(chǔ)地址的存儲(chǔ)單位。

存儲(chǔ)元件：存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位，又叫存儲(chǔ)基元或存儲(chǔ)元，不能單獨(dú)存取。

存儲(chǔ)字：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位。

存儲(chǔ)字長(zhǎng)：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)。

存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制代碼的總量；〔通常主、輔存容量分開描述〕。

機(jī)器字長(zhǎng)：指CPU一次能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與CPU的存放器位數(shù)有關(guān)。

指令字長(zhǎng)：一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)。8.解釋以下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：全面的回容許分英文全稱、中文名、功能三局部。CPU：CentralProcessingUnit，中央處理機(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：ProgramCounter，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：InstructionRegister，指令存放器，其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。CU：ControlUnit，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：ArithmeticLogicUnit，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)展算術(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)果的存放器。MQ：Multiplier-QuotientRegister，乘商存放器，乘法運(yùn)算時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的存放器。X：此字母沒(méi)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)存放器，即運(yùn)算器中工作存放器之一，用來(lái)存放操作數(shù)；MAR：MemoryAddressRegister，存儲(chǔ)器地址存放器，在主存中用來(lái)存放欲訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址。MDR：MemoryDataRegister，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖存放器，在主存中用來(lái)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/Outputequipment，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。MIPS：MillionInstructionPerSecond，每秒執(zhí)行百萬(wàn)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。9.畫出主機(jī)框圖，分別以存數(shù)指令“STAM〞和加法指令“ADDM〞〔M均為主存地址〕為例，在圖中按序標(biāo)出完成該指令〔包括取指令階段〕的信息流程〔如→①〕。假設(shè)主存容量為256M*32位，在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)相等的條件下，指出圖中各存放器的位數(shù)。解：主機(jī)框圖如P13圖1.11所示?！?〕STAM指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR)→CU，Ad(IR)→MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR〔2〕ADDM指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR)→CU，Ad(IR)→MAR，RD，MM→MDR，MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，WR假設(shè)主存容量256M*32位，在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)相等的條件下，ACC、X、IR、MDR存放器均為32位，PC和MAR存放器均為28位。10.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)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下2種方法：通過(guò)不同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即在取指令階段〔或取指微程序〕取出的為指令，在執(zhí)行指令階段〔或相應(yīng)微程序〕取出的即為數(shù)據(jù)。通過(guò)地址來(lái)源區(qū)分，由PC提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是指令，由指令地址碼局部提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是操作數(shù)。第2章計(jì)算機(jī)的開展及應(yīng)用1.通常計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)答：P22主要以組成計(jì)算機(jī)基本電路的元器件為依據(jù)，如電子管、晶體管、集成電路等。2.舉例說(shuō)明專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別。答：按照計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性可以將計(jì)算機(jī)劃分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性，而專用計(jì)算機(jī)是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快的計(jì)算機(jī)，但適應(yīng)性很差。例如個(gè)人電腦和計(jì)算器。3.什么是摩爾定律該定律是否永遠(yuǎn)生效為什么答：P23，否，P36第3章系統(tǒng)總線1.什么是總線總線傳輸有何特點(diǎn)為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點(diǎn)答：P41.總線是多個(gè)部件共享的傳輸部件?？偩€傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：某一時(shí)刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時(shí)使用。為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過(guò)三態(tài)驅(qū)動(dòng)緩沖電路與總線連通。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(wèn)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(jiǎn)單，易于擴(kuò)大，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(guò)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.解釋以下概念：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：P46?？偩€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)承受主設(shè)備發(fā)來(lái)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(guò)程中雙方的時(shí)間配合方式。6.試比較同步通信和異步通信。答：同步通信：指由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，控制方式簡(jiǎn)單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合于速度差異不大的場(chǎng)合。異步通信：指沒(méi)有統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)展聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，有利于提高總線工作效率。8.為什么說(shuō)半同步通信同時(shí)保存了同步通信和異步通信的特點(diǎn)答：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不一致，因此工作效率介于兩者之間。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plugandplay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(wèn)題；目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有：ISA、EISA、PCI等；plugandplay：即插即用，EISA、PCI等具有此功能。11.畫一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。答：在總線的兩端分別配置三態(tài)門，就可以使總線具有雙向傳輸功能。12.設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個(gè)存放器，要求選用適宜的74系列芯片，完成以下邏輯設(shè)計(jì)：〔1〕設(shè)計(jì)一個(gè)電路，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)D→A、D→B和D→C存放器間的傳送；〔2〕設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)以下操作：T0時(shí)刻完成D→總線；T1時(shí)刻完成總線→A；T2時(shí)刻完成A→總線；T3時(shí)刻完成總線→B。解：〔1〕由T翻開三態(tài)門將D存放器中的內(nèi)容送至總線bus，由cp脈沖同時(shí)將總線上的數(shù)據(jù)打入到A、B、C存放器中。T和cp的時(shí)間關(guān)系如圖〔1〕所示。圖〔1〕〔2〕三態(tài)門1受T0＋T1控制，以確保T0時(shí)刻D→總線，以及T1時(shí)刻總線→接收門1→A。三態(tài)門2受T2＋T3控制，以確保T2時(shí)刻A→總線，以及T3時(shí)刻總線→接收門2→B。T0、T1、T2、T3波形圖如圖〔2〕所示。圖(2)第四章3.存儲(chǔ)器的層次構(gòu)造主要表達(dá)在什么地方為什么要分這些層次計(jì)算機(jī)如何管理這些層次答：存儲(chǔ)器的層次構(gòu)造主要表達(dá)在Cache-主存和主存-輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上。Cache-主存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要對(duì)CPU訪存起加速作用，即從整體運(yùn)行的效果分析，CPU訪存速度加快，接近于Cache的速度，而尋址空間和位價(jià)卻接近于主存。主存-輔存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲(chǔ)器其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主存。綜合上述兩個(gè)存儲(chǔ)層次的作用，從整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)看，就到達(dá)了速度快、容量大、位價(jià)低的優(yōu)化效果。主存與CACHE之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動(dòng)完成。而主存與輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即將主存與輔存的一局部通過(guò)軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲(chǔ)器，程序員可使用這個(gè)比主存實(shí)際空間〔物理地址空間〕大得多的虛擬地址空間〔邏輯地址空間〕編程，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，再由軟、硬件自動(dòng)配合完成虛擬地址空間與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)都是透明的。4.說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。解：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即：存取周期=存取時(shí)間+恢復(fù)時(shí)間5.什么是存儲(chǔ)器的帶寬假設(shè)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，那么存儲(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(zhǎng)32位，不是16位?！沧ⅲ?ns=10-9s〕6.某機(jī)字長(zhǎng)為32位，其存儲(chǔ)容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少假設(shè)主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。解：存儲(chǔ)容量是64KB時(shí)，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64K，如按字編址，其尋址范圍為：64K/〔32/8〕=16K主存字地址和字節(jié)地址的分配情況：〔略〕。7.一個(gè)容量為16K×32位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少中選用以下不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片1K×4位，2K×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〕=1×32=32片4K×8：〔16K×32〕/〔4K×8〕=4×4=16片8K×8：〔16K×32〕/〔8K×8〕=2×4=8片8.試比較靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。答：略?！矃⒖凑n件〕9.什么叫刷新為什么要刷新說(shuō)明刷新有幾種方法。解：刷新：對(duì)DRAM定期進(jìn)展的全部重寫過(guò)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)展刷新，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，無(wú)CPU訪存死時(shí)間。異步式：是集中式和分散式的折衷。10.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種解：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。線選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，構(gòu)造簡(jiǎn)單，費(fèi)器材；重合法：地址分行、列兩局部譯碼，行、列譯碼線的穿插點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過(guò)行、列譯碼信號(hào)的重合來(lái)選址，也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式。11.一個(gè)8K×8位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部構(gòu)造排列成256×256形式，存取周期為0.1μs。試問(wèn)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：采用分散刷新方式刷新間隔為:2ms，其中刷新死時(shí)間為：256×0.1μs=25.6μs采用分散刷新方式刷新間隔為：256×〔0.1μs+×0.1μs〕=51.2μs采用異步刷新方式刷新間隔為:2ms12.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(yè)面，每個(gè)頁(yè)面分16組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片。解：設(shè)采用SRAM芯片，那么：總片數(shù)=〔64K×8位〕/〔1024×4位〕=64×2=128片題意分析：此題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器構(gòu)造上分為總體、頁(yè)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(yè)面容量=總?cè)萘?頁(yè)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(yè)面容量/組數(shù)

=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(wèn)該芯片共有多少個(gè)基本單元電路〔簡(jiǎn)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(zhǎng)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(shuō)明有幾種解答。解：存儲(chǔ)基元總數(shù)=64K×8位=512K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，那么片容量為：2a×b=219；b=219-a假設(shè)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(zhǎng)越長(zhǎng)，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)減1、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。14.某8位微型機(jī)地址碼為18位，假設(shè)使用4K×4位的RAM芯片組成模塊板構(gòu)造的存儲(chǔ)器，試問(wèn)：〔1〕該機(jī)所允許的最大主存空間是多少〔2〕假設(shè)每個(gè)模塊板為32K×8位，共需幾個(gè)模塊板〔3〕每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片〔4〕共有多少片RAM〔5〕CPU如何選擇各模塊板解：〔1〕該機(jī)所允許的最大主存空間是：218×8位=256K×8位=256KB〔2〕模塊板總數(shù)=256K×8/32K×8=8塊〔3〕板內(nèi)片數(shù)=32K×8位/4K×4位=8×2=16片〔4〕總片數(shù)=16片×8=128片〔5〕CPU通過(guò)最高3位地址譯碼輸出選擇模板，次高3位地址譯碼輸出選擇芯片。地址格式分配如下：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)有以下存儲(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)格中選用適宜芯片，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)程序區(qū)，4096~16383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：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯如以以下列圖(3)所示：圖〔3〕16.CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8K×8位的RAM芯片與CPU相連，試答復(fù)：〔1〕用74138譯碼器畫出CPU與存儲(chǔ)芯片的連接圖；〔2〕寫出每片RAM的地址范圍；〔3〕如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不管往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其一樣的數(shù)據(jù)，分析故障原因。〔4〕根據(jù)〔1〕的連接圖，假設(shè)出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果解：〔1〕CPU與存儲(chǔ)器芯片連接邏輯圖：

〔2〕地址空間分配圖：RAM0:0000H-1FFFHRAM1:2000H-3FFFHRAM2:4000H-5FFFHRAM3:6000H-7FFFHRAM4:8000H-9FFFHRAM5:A000H-BFFFHRAM6:C000H-DFFFHRAM7:E000H-FFFFH〔3〕如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不管往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片(RAM5)都有與其一樣的數(shù)據(jù)，那么基本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平。假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的，可能的情況有：1〕該片的-CS端與-WE端錯(cuò)連或短路；2〕該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連或短路；3〕該片的-CS端與地線錯(cuò)連或短路?！?〕如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會(huì)出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址A13=1的地址空間(奇數(shù)片)，A13=0的另一半地址空間〔偶數(shù)片〕將永遠(yuǎn)訪問(wèn)不到。假設(shè)對(duì)A13=0的地址空間〔偶數(shù)片〕進(jìn)展訪問(wèn)，只能錯(cuò)誤地訪問(wèn)到A13=1的對(duì)應(yīng)空間(奇數(shù)片)中去。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，那么漢明碼共4+3=7位，即：c1c2b4c3b3b2b1校驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第1、2、4位c1=b4⊕b3⊕b1c2=b4⊕b2⊕b1c3=b3⊕b2⊕b1當(dāng)有效信息為1100時(shí)，c3c2c當(dāng)有效信息為1101時(shí)，c3c2c當(dāng)有效信息為1110時(shí)，c3c2c當(dāng)有效信息為1111時(shí)，c3c2c18.收到的漢明碼〔按配偶原那么配置〕為1100100、1100111、1100000、1100001，檢查上述代碼是否出錯(cuò)第幾位出錯(cuò)解：假設(shè)接收到的漢明碼為：c1’c2’b4’c3’b3糾錯(cuò)過(guò)程如下：P1=c1’⊕b4’⊕b3’P2=c2’⊕b4’⊕b2’P3=c3’⊕b3’⊕b2’如果收到的漢明碼為1100100，那么p3p2p1=011，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第3位〔b4’如果收到的漢明碼為1100111，那么p3p2p1=111，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第7位〔b1’如果收到的漢明碼為1100000，那么p3p2p1=110，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第6位〔b2’如果收到的漢明碼為1100001，那么p3p2p1=001，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第1位〔c1’22.某機(jī)字長(zhǎng)16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為64K字，假設(shè)想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施畫圖說(shuō)明。解：假設(shè)想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取八體穿插存取技術(shù)，8體穿插訪問(wèn)時(shí)序如以以下列圖：18.什么是“程序訪問(wèn)的局部性〞存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪問(wèn)的局部性原理解：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問(wèn)；在空間上，這些被訪問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問(wèn)順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大(大約5:1)。存儲(chǔ)系統(tǒng)中Cache—主存層次采用了程序訪問(wèn)的局部性原理。25.Cache做在CPU芯片內(nèi)有什么好處將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開又有什么好處答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處：1〕可提高外部總線的利用率。因?yàn)镃ache在CPU芯片內(nèi)，CPU訪問(wèn)Cache時(shí)不必占用外部總線。2〕Cache不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持I/O設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率。3〕可提高存取速度。因?yàn)镃ache與CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短,故存取速度得以提高。將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開有如下好處：1〕可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2〕指令Cache可用ROM實(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性。3〕數(shù)據(jù)Cache對(duì)不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)〔例32位〕，也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)〔如64位〕。補(bǔ)充：Cache構(gòu)造改進(jìn)的第三個(gè)措施是分級(jí)實(shí)現(xiàn)，如二級(jí)緩存構(gòu)造，即在片內(nèi)Cache〔L1〕和主存之間再設(shè)一個(gè)片外Cache〔L2〕，片外緩存既可以彌補(bǔ)片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點(diǎn)，又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度。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(wèn)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：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〕第六章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?！?〕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=0.0110011B=2-1*0.110011B

x2=-27/1024=-0.0000011011B=2-5*(-0.11011B〕那么以上各數(shù)的浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)為：〔1〕[x1]浮=1，0001；0.1100110000[x2]浮=1，0101；1.1101100000〔2〕[x1]浮=1，1111；0.1100110000[x2]浮=1，1011；1.0010100000〔3〕[x1]浮=0，1111；0.1100110000[x2]浮=0，1011；1.001010000016．設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為16位，寫出以下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(wú)符號(hào)數(shù)；

〔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(wú)符號(hào)整數(shù)：0——216-1，即：0——65535；

無(wú)符號(hào)小數(shù)：0——1-2-16，即：0——〔2〕原碼定點(diǎn)小數(shù)：-1+2-15——1-2-15，即：-0.99997——〔3〕補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)：-1——1-2-15，即：-1——〔4〕補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)：-215——215-1，即：-32768——32767〔5〕原碼定點(diǎn)整數(shù)：-215+1——215-1，即：-32767——32767〔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)=1，11111；1.000000001，即-2-92-31最小負(fù)數(shù)=0，11111；1.111111111，即-〔1-2-9〕2那么負(fù)數(shù)表示范圍為：-〔1-2-9〕231——-2-92最大正數(shù)=0，11111；0.111111111，即〔1-2-9〕2最小正數(shù)=1，11111；0.000000001，即2-92-31那么正數(shù)表示范圍為：2-92-31——〔1-2-9〕2〔7〕當(dāng)機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式時(shí)，假設(shè)不考慮隱藏位，那么最大負(fù)數(shù)=1，00000；1.011111111，即-2-12-32最小負(fù)數(shù)=0，11111；1.000000000，即-1231那么負(fù)數(shù)表示范圍為：-1231——-2-12-32最大正數(shù)=0，11111；0.111111111，即〔1-2-9〕2最小正數(shù)=1，00000；0.100000000，即2-12-32那么正數(shù)表示范圍為：2-12-32——〔1-2-9〕217.設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為8位〔包括一位符號(hào)位〕，對(duì)以下各機(jī)器數(shù)進(jìn)展算術(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=0.0011010；[y1]補(bǔ)=0.1010100；[z1]反=1.0101111；

[x2]原=1.1101000；[y2]補(bǔ)=1.1101000；[z2]反=1.1101000；

[x3]原=1.0011001；[y3]補(bǔ)=1.0011001；[z3]反=1.0011001。解：算術(shù)左移一位：[x1]原=0.0110100；正確[x2]原=1.1010000；溢出〔丟1〕出錯(cuò)[x3]原=1.0110010；正確[y1]補(bǔ)=0.0101000；溢出〔丟1〕出錯(cuò)[y2]補(bǔ)=1.1010000；正確[y3]補(bǔ)=1.0110010；溢出〔丟0〕出錯(cuò)[z1]反=1.1011111；溢出〔丟0〕出錯(cuò)[z2]反=1.1010001；正確[z3]反=1.0110011；溢出〔丟0〕出錯(cuò)算術(shù)左移兩位：[x1]原=0.1101000；正確[x2]原=1.0100000；溢出〔丟11〕出錯(cuò)[x3]原=1.1100100；正確[y1]補(bǔ)=0.1010000；溢出〔丟10〕出錯(cuò)[y2]補(bǔ)=1.0100000；正確[y3]補(bǔ)=1.1100100；溢出〔丟00〕出錯(cuò)[z1]反=1.0111111；溢出〔丟01〕出錯(cuò)[z2]反=1.0100011；正確[z3]反=1.1100111；溢出〔丟00〕出錯(cuò)算術(shù)右移一位：[x1]原=0.0001101；正確[x2]原=1.0110100；正確[x3]原=1.0001100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差[y1]補(bǔ)=0.0101010；正確[y2]補(bǔ)=1.1110100；正確[y3]補(bǔ)=1.1001100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差[z1]反=1.1010111；正確[z2]反=1.1110100(0)；丟0，產(chǎn)生誤差[z3]反=1.1001100；正確算術(shù)右移兩位：[x1]原=0.0000110〔10〕；產(chǎn)生誤差[x2]原=1.0011010；正確[x3]原=1.0000110〔01〕；產(chǎn)生誤差[y1]補(bǔ)=0.0010101；正確[y2]補(bǔ)=1.1111010；正確[y3]補(bǔ)=1.1100110〔01〕；產(chǎn)生誤差[z1]反=1.1101011；正確[z2]反=1.1111010〔00〕；產(chǎn)生誤差[z3]反=1.1100110〔01〕；產(chǎn)生誤差19.設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為8位〔含1位符號(hào)位〕，用補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)那么計(jì)算以下各題。

〔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=0.0010010B,B=-13/32=-0.0110100B

[A]補(bǔ)=0.0010010,[B]補(bǔ)=1.1001100[A+B]補(bǔ)=0.0010010+1.1001100=1.1011110——無(wú)溢出A+B=-0.0100010B=-17/64

〔2〕A=19/32=0.1001100B,B=-17/128=-0.0010001B

[A]補(bǔ)=0.1001100,[B]補(bǔ)=1.1101111,[-B]補(bǔ)=0.0010001[A-B]補(bǔ)=0.1001100+0.0010001=0.1011101——無(wú)溢出A-B=0.1011101B=93/128B〔3〕A=-3/16=-0.0011000B,B=9/32=0.0100100B

[A]補(bǔ)=1.1101000,[B]補(bǔ)=0.0100100[A+B]補(bǔ)=1.1101000+0.0100100=0.0001100——無(wú)溢出A+B=0.0001100B=3/32〔4〕A=-87=-1010111B,B=53=110101B

[A]補(bǔ)=10101001,[B]補(bǔ)=00110101,[-B]補(bǔ)=11001011[A-B]補(bǔ)=10101001+11001011=01110100——溢出〔5〕A=115=1110011B,B=-24=-11000B

[A]補(bǔ)=01110011,[B]補(bǔ)=1，1101000[A+B]補(bǔ)=01110011+11101000=01011011——無(wú)溢出A+B=1011011B=9126.按機(jī)器補(bǔ)碼浮點(diǎn)運(yùn)算步驟，計(jì)算[x±y]補(bǔ).

〔1〕x=2-011×0.101100，y=2-010×〔-0.011100〕；

〔2〕x=2-011×〔-0.100010〕，y=2-010×〔-0.011111〕；

〔3〕x=2101×〔-0.100101〕，y=2100×〔-0.001111)。解：先將x、y轉(zhuǎn)換成機(jī)器數(shù)形式：〔1〕x=2-011×0.101100，y=2-010×〔-0.011100〕[x]補(bǔ)=1，101；0.101100,[y]補(bǔ)=1，110；1.100100[Ex]補(bǔ)=1,101,[y]補(bǔ)=1,110,[Mx]補(bǔ)=0.101100,[My]補(bǔ)=1.1001001〕對(duì)階：[E]補(bǔ)=[Ex]補(bǔ)+[-Ey]補(bǔ)=11,101+00,010=11,111<0，應(yīng)Ex向Ey對(duì)齊，那么：[Ex]補(bǔ)+1=11，101+00，001=11，110=[Ey]補(bǔ)[x]補(bǔ)=1，110；0.0101102〕尾數(shù)運(yùn)算：

[Mx]補(bǔ)+[My]補(bǔ)=0.010110+11.100100=11.111010[Mx]補(bǔ)+[-My]補(bǔ)=0.010110+00.011100=00.1100103〕結(jié)果規(guī)格化：

[x+y]補(bǔ)=11，110；11.111010=11，011；11.010000〔尾數(shù)左規(guī)3次，階碼減3〕

[x-y]補(bǔ)=11，110；00.110010,已是規(guī)格化數(shù)。4〕舍入：無(wú)5〕溢出：無(wú)那么：x+y=2-101×〔-0.110000〕

x-y=2-010×0.110010〔2〕x=2-011×〔-0.100010〕,y=2-010×〔-0.011111〕

[x]補(bǔ)=1，101；1.011110,[y]補(bǔ)=1，110；1.100001對(duì)階：過(guò)程同(1)的1〕，那么[x]補(bǔ)=1，110；1.101111

2〕尾數(shù)運(yùn)算：

[Mx]補(bǔ)+[My]補(bǔ)=11.101111+11.100001=11.010000

[Mx]補(bǔ)+[-My]補(bǔ)=11.101111+00.011111=00.0011103〕結(jié)果規(guī)格化：[x+y]補(bǔ)=11，110；11.010000,已是規(guī)格化數(shù)[x-y]補(bǔ)=11，110；00.001110=11，100；00.111000〔尾數(shù)左規(guī)2次，階碼減2〕4〕舍入：無(wú)5〕溢出：無(wú)那么：x+y=2-010×〔-0.110000〕

x-y=2-100×0.111000〔3〕x=2101×〔-0.100101〕,y=2100×〔-0.001111〕

[x]補(bǔ)=0，101；1.011011,[y]補(bǔ)=0，100；1.1100011〕對(duì)階：[E]補(bǔ)=00，101+11，100=00，001>0，應(yīng)Ey向Ex對(duì)齊，那么：[Ey]補(bǔ)+1=00，100+00，001=00，101=[Ex]補(bǔ)[y]補(bǔ)=0，101；1.111000〔1〕2〕尾數(shù)運(yùn)算：

[Mx]補(bǔ)+[My]補(bǔ)=11.011011+11.111000〔1〕=11.010011〔1〕

[Mx]補(bǔ)+[-My]補(bǔ)=11.011011+00.000111〔1〕=11.100010〔1〕結(jié)果規(guī)格化：

[x+y]補(bǔ)=00，101；11.010011〔1〕，已是規(guī)格化數(shù)

[x-y]補(bǔ)=00，101；11.100010〔1〕=00，100；11.000101〔尾數(shù)左規(guī)1次，階碼減1〕4〕舍入：[x+y]補(bǔ)=00，101；11.010011〔舍〕[x-y]補(bǔ)不變5〕溢出：無(wú)那么：x+y=2101×〔-0.101101〕x-y=2100×〔-0.111011〕32.設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為16位，分別按4、4、4、4和5、5、3、3分組后，

〔1〕畫出按兩種分組方案的單重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并比較哪種方案運(yùn)算速度快。

〔2〕畫出按兩種分組方案的雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并對(duì)這兩種方案進(jìn)展比較。

〔3〕用74181和74182畫出單重和雙重分組的并行進(jìn)位鏈框圖。解：〔1〕4—4—4—4分組的16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材286頁(yè)圖6.22。

5—5—3—3分組的16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下：〔2〕4—4—4—4分組的16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材289頁(yè)圖6.26。

5—5—3—3分組的16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下：5—5—3—3分組的進(jìn)位時(shí)間=2.5ty3=7.5ty；4—4—4—4分組的進(jìn)位時(shí)間=2.5ty3=7.5ty；可見，兩種分組方案最長(zhǎng)加法時(shí)間一樣。結(jié)論：雙重分組并行進(jìn)位的最長(zhǎng)進(jìn)位時(shí)間只與組數(shù)和級(jí)數(shù)有關(guān)，與組內(nèi)位數(shù)無(wú)關(guān)?！?〕單重分組16位并行加法器邏輯圖如下〔正邏輯〕：注意：1〕74181芯片正、負(fù)邏輯的引腳表示方法；

2〕為強(qiáng)調(diào)可比性，5-5-3-3分組時(shí)不考慮扇入影響；

3〕181芯片只有最高、最低兩個(gè)進(jìn)位輸入/輸出端，組內(nèi)進(jìn)位無(wú)引腳；

4〕181為4位片，無(wú)法5-5-3-3分組，只能4-4-4-4分組；

5〕單重分組跳躍進(jìn)位只用到181，使用182的一定是雙重以上分組跳躍進(jìn)位；

6〕單重分組跳躍進(jìn)位是并行進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)的結(jié)合；雙重分組跳躍進(jìn)位是二級(jí)并行進(jìn)位技術(shù)；特別注意在位數(shù)較少時(shí)，雙重分組跳躍進(jìn)位可以采用全先行進(jìn)位技術(shù)實(shí)現(xiàn)；位數(shù)較多時(shí)，可采用雙重分組跳躍進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)。第

七

章什么叫機(jī)器指令什么叫指令系統(tǒng)為什么說(shuō)指令系統(tǒng)與機(jī)器的主要功能以及與硬件構(gòu)造之間存在著密切的關(guān)系答：參考P300。什么叫尋址方式為什么要學(xué)習(xí)尋址方式答：參看P310。什么是指令字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)答：略。零地址指令的操作數(shù)來(lái)自哪里各舉一例說(shuō)明。答：零地址指令的操作數(shù)來(lái)自ACC，為隱含約定。在一地址指令中，另一個(gè)操作數(shù)的地址通?？刹捎肁CC隱含尋址方式獲得。對(duì)于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方舉例說(shuō)明。答：對(duì)于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在存放器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。8.某機(jī)指令字長(zhǎng)16位，每個(gè)操作數(shù)的地址碼為6位，設(shè)操作碼長(zhǎng)度固定，指令分為零地址、一地址和二地址三種格式。假設(shè)零地址指令有M條，一地址指令有N種，那么二地址指令最多有幾種假設(shè)操作碼位數(shù)可變，那么二地址指令最多允許有幾種解：1〕假設(shè)采用定長(zhǎng)操作碼時(shí)，二地址指令格式如下：OP〔4位〕A1〔6位〕A2〔6位〕設(shè)二地址指令有K種，那么：K=24-M-N當(dāng)M=1〔最小值〕，N=1〔最小值〕時(shí)，二地址指令最多有：Kmax=16-1-1=14種假設(shè)采用變長(zhǎng)操作碼時(shí)，二地址指令格式仍如1〕所示，但操作碼長(zhǎng)度可隨地址碼的個(gè)數(shù)而變。此時(shí)，K=24-〔N/26+M/212〕；當(dāng)〔N/26+M/212〕1時(shí)〔N/26+M/212向上取整〕，K最大，那么二地址指令最多有：Kmax=16-1=15種〔只留一種編碼作擴(kuò)展標(biāo)志用?！?.試比較間接尋址和存放器間接尋址。答：略。10.試比較基址尋址和變址尋址。略。11.畫出先變址再間址及先間址再變址的尋址過(guò)程示意圖。解：1〕先變址再間址尋址過(guò)程簡(jiǎn)單示意如下：

EA=[(IX)+A]，IX(IX)+12〕先間址再變址尋址過(guò)程簡(jiǎn)單示意如下：EA=(IX)+(A)，IX(IX)+116.某機(jī)主存容量為4M16位，且存儲(chǔ)字長(zhǎng)等于指令字長(zhǎng)，假設(shè)該機(jī)指令系統(tǒng)可完成108種操作，操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、變址、基址、相對(duì)、立即等六種尋址方式，試答復(fù)：〔1〕畫出一地址指令格式并指出各字段的作用；

〔2〕該指令直接尋址的最大范圍；

〔3〕一次間址和屢次間址的尋址范圍；

〔4〕立即數(shù)的范圍〔十進(jìn)制表示〕；〔5〕相對(duì)尋址的位移量〔十進(jìn)制表示〕；〔6〕上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時(shí)間最短哪一種最長(zhǎng)為什么哪一種便于程序浮動(dòng)哪一種最適合處理數(shù)組問(wèn)題〔7〕如何修改指令格式，使指令的尋址范圍可擴(kuò)大到4M〔8〕為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，可采取什么措施簡(jiǎn)要說(shuō)明之。解：〔1〕單字長(zhǎng)一地址指令格式：OP〔7位〕M〔3位〕A〔6位〕OP為操作碼字段，共7位，可反映108種操作；M為尋址方式字段，共3位，可反映6種尋址操作；A為地址碼字段，共16-7-3=6位?！?〕直接尋址的最大范圍為26=64。〔3〕由于存儲(chǔ)字長(zhǎng)為16位，故一次間址的尋址范圍為216；假設(shè)屢次間址，需用存儲(chǔ)字的最高位來(lái)區(qū)別是否繼續(xù)間接尋址，故尋址范圍為215?！?〕立即數(shù)的范圍為-32——31〔有符號(hào)數(shù)〕，或0——63〔無(wú)符號(hào)數(shù)〕?！?〕相對(duì)尋址的位移量為-32——31?！?〕上述六種尋址方式中，因立即數(shù)由指令直接給出，故立即尋址的指令執(zhí)行時(shí)間最短。間接尋址在指令的執(zhí)行階段要屢次訪存(一次間接尋址要兩次訪存，屢次間接尋址要屢次訪存)，故執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)。變址尋址由于變址存放器的內(nèi)容由用戶給定，而且在程序的執(zhí)行過(guò)程中允許用戶修改，而其形式地址始終不變，故變址尋址的指令便于用戶編制處理數(shù)組問(wèn)題的程序。相對(duì)尋址操作數(shù)的有效地址只與當(dāng)前指令地址相差一定的位移量，與直接尋址相比，更有利于程序浮動(dòng)。〔7〕方案一：為使指令尋址范圍可擴(kuò)大到4M，需要有效地址22位，此時(shí)可將單字長(zhǎng)一地址指令的格式改為雙字長(zhǎng)，如以以下列圖示：OP〔7位〕MOD〔3位〕A〔高6位〕A〔低16位〕方案二：如果仍采用單字長(zhǎng)指令〔16位〕格式，為使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M，可通過(guò)段尋址方案實(shí)現(xiàn)。安排如下：

硬件設(shè)段存放器DS〔16位〕，用來(lái)存放段地址。在完成指令尋址方式所規(guī)定的尋址操作后，得有效地址EA〔6位〕，再由硬件自動(dòng)完成段尋址，最后得22位物理地址。即：物理地址=〔DS〕26+EA注：段尋址方式由硬件隱含實(shí)現(xiàn)。在編程指定的尋址過(guò)程完成、EA產(chǎn)生之后由硬件自動(dòng)完成，對(duì)用戶是透明的。方案三：在采用單字長(zhǎng)指令〔16位〕格式時(shí)，還可通過(guò)頁(yè)面尋址方案使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M。安排如下：

硬件設(shè)頁(yè)面存放器PR〔16位〕，用來(lái)存放頁(yè)面地址。指令尋址方式中增設(shè)頁(yè)面尋址。當(dāng)需要使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M時(shí)，編程選擇頁(yè)面尋址方式，那么：EA=〔PR〕‖A〔有效地址=頁(yè)面地址“拼接〞6位形式地址〕，這樣得到22位有效地址。〔8〕為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，尋址范圍須到達(dá)4M，除了采用(7)方案一中的雙字長(zhǎng)一地址指令的格式外，還可配置22位的基址存放器或22位的變址存放器，使EA=(BR)+A〔BR為22位的基址存放器)或EA=〔IX〕+A(IX為22位的變址存放器)，便可訪問(wèn)4M存儲(chǔ)空間。還可以通過(guò)16位的基址存放器左移6位再和形式地址A相加，也可到達(dá)同樣的效果。

總之，不管采取何種方式，最終得到的實(shí)際地址應(yīng)是22位。19.某CPU內(nèi)有32個(gè)32位的通用存放器，設(shè)計(jì)一種能容納64種操作的指令系統(tǒng)。假設(shè)指令字長(zhǎng)等于機(jī)器字長(zhǎng)，試答復(fù)以下問(wèn)題：

〔1〕如果主存可直接或間接尋址，采用存放器—存儲(chǔ)器型指令，能直接尋址的最大存儲(chǔ)空間是多少畫出指令格式并說(shuō)明各字段的含義。

〔2〕在滿足〔1〕的前提下，如果采用通用存放器作基址存放器，那么上述存放器—存儲(chǔ)器型指令的指令格式有何特點(diǎn)畫出指令格式并指出這類指令可訪問(wèn)多大的存儲(chǔ)空間解：〔1〕如采用RS型指令，那么此指令一定是二地址以上的地址格式，指令格式如下：OP〔6位〕R〔5位〕I(1位)A〔20位〕操作碼字段OP占6位，因?yàn)?6>=64；存放器編號(hào)R占5位，因?yàn)?5>=32；間址位I占1位，當(dāng)I=0，存儲(chǔ)器尋址的操作數(shù)為直接尋址，當(dāng)I=1時(shí)為間接尋址；形式地址A占20位，可以直接尋址220字?！?〕如采用基址尋址，那么指令格式中應(yīng)給出基址存放器號(hào)，以指定哪一個(gè)通用存放器用作基址存放器。指令格式變?yōu)椋篛P〔6位〕源R〔5位〕I〔1位〕X〔1位〕目標(biāo)R〔5位〕A〔14位〕增加尋址特征位X，當(dāng)X=1時(shí)，以目標(biāo)存放器R作為基址存放器進(jìn)展基址尋址。基址尋址可訪