計(jì)算機(jī)組成原理課件

計(jì)算機(jī)組成原理課件4.馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是什么？它包括哪些主要組成部分？馮諾依曼計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行馮諾依曼計(jì)算機(jī)主要包括存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入和輸出五部分組成2023/4/2025.什么是存儲(chǔ)容量？什么是單元地址？

什么是數(shù)據(jù)字？什么是指令字？存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)器所能保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的總數(shù);常用單位為KB、MB等。單元地址用于識(shí)別存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)，即單元地址。數(shù)據(jù)字表示計(jì)算機(jī)所要處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)字，稱為數(shù)據(jù)字。指令字表示一條指令的計(jì)算機(jī)字，稱為指令字。2023/4/2036.什么是指令？什么是程序？指令由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成能夠表示計(jì)算機(jī)中的一個(gè)基本操作的代碼或二進(jìn)制串。程序用于求解某一問(wèn)題的一串指令序列，稱為該問(wèn)題的計(jì)算程序，簡(jiǎn)稱為程序。2023/4/2047.指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？計(jì)算機(jī)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠指令的執(zhí)行階段來(lái)決定的；在取指階段，從存儲(chǔ)器中讀取的均是CPU要執(zhí)行的指令；在執(zhí)行階段，從存儲(chǔ)器中讀取的一定是指令執(zhí)行所需要的操作數(shù)；2023/4/2058.什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU？什么是適配器？簡(jiǎn)述其功能。內(nèi)存：用于存放系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存；外存用于存放程序和數(shù)據(jù)，但不能被CPU直接訪問(wèn)的大容量存儲(chǔ)器，稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為外存；外存一般包括磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。CPU運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱CPU。適配器主機(jī)和不同速度的外設(shè)之間的一種部件，用于主機(jī)和外設(shè)之間的信息轉(zhuǎn)換。2023/4/206第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算器1.用8位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼。真值原碼反碼補(bǔ)碼-35-0100011101000111101110011011101127+1111111011111110111111101111111-127-1111111111111111000000010000001-1-00000011000000111111110111111112023/4/208若a7

＝0，則X為正數(shù)，顯然a0···a6取任何值均可。若a7

＝1，則X為負(fù)數(shù)，[X]移＝0.a6

a5

···

a0∵

－0.5D=－0.100000B，則[－0.5D]移＝0.100000∴若要X>－0.5，即等價(jià)于[X]移>[－0.5D]移 即0.a6

a5···a0>0.100000，因此必須是a5···a0不全為0。結(jié)論：如果a7

＝0，a6···a0取任何值均可；如果a7

＝1，必須滿足a6=1且a5···a0不全為0。2.設(shè)[X]補(bǔ)＝a7.a6a5···a0，其中ai取0或1，

若要X>-0.5，求a0a1a2···

a7的取值。2023/4/2093.有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位1位；階碼8位，用移碼表示；尾數(shù)23位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為2。請(qǐng)寫(xiě)出：(1)最大數(shù)的二進(jìn)制表示，(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示，(3)規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍。設(shè)移碼采用移128碼，且機(jī)器數(shù)格式如右：最大值（最大正數(shù)）01111111111111111111111111111111即x=(1-2-23)*2127

二進(jìn)制表示：x=(1-0.00000000000000000000001)*21111111

最小值（最小負(fù)數(shù)）11111111100000000000000000000000即x=－1*2127二進(jìn)制表示：x=-1*21111111

符號(hào)位S(1位)階碼E(8位)尾數(shù)M(23位)2023/4/20103.有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位1位；階碼8位，用移碼表示；尾數(shù)23位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為2。請(qǐng)寫(xiě)出：(1)最大數(shù)的二進(jìn)制表示，(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示，(3)規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍。設(shè)移碼采用移128碼，且機(jī)器數(shù)格式如右：規(guī)格化數(shù)表示范圍最大正數(shù)：01111111111111111111111111111111

即x=(1-2-23)*2127最小正數(shù)：00000000010000000000000000000000

即x=2-1*2-128最大負(fù)數(shù)：10000000001111111111111111111111

即x=-(2-1+2-23)*2-128最小負(fù)數(shù)：11111111100000000000000000000000

即x=－1*2127規(guī)格化的正數(shù)范圍2-129～(1-2-23)*2127

負(fù)數(shù)范圍－2127～－(2-1+2-23)*2-128符號(hào)位S(1位)階碼E(8位)尾數(shù)M(23位)2023/4/20114、將下列十進(jìn)制數(shù)表示成IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)。27/6427/64=0.011011B=1.1011*2-2e=－2，則E＝e＋127＝125∴規(guī)格化數(shù)－27/64－27/64=－0.011011B=－1.1011*2-2

∴規(guī)格化數(shù)符號(hào)位階碼(8)尾數(shù)(23)00111110110110000000000000000000符號(hào)位階碼(8)尾數(shù)(23)101111101101100000000000000000002023/4/2012＋[y]補(bǔ)

00.000115、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算x＋y，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。x=0.11011y=0.00011[x]補(bǔ)＝00.11011，[y]補(bǔ)＝00.00011∴[x+y]補(bǔ)＝00.11110，未溢出

x+y=+0.11110[x]補(bǔ)

00.1101100.111102023/4/2013x=0.11011y=－0.10101[x]補(bǔ)＝00.11011，[y]補(bǔ)＝11.01011∴[x+y]補(bǔ)＝00.00110，未溢出

x+y=+0.00110＋[y]補(bǔ)

11.010115、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算x＋y，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。[x]補(bǔ)

00.1101100.001102023/4/2014x=－0.10110y=－0.00001[x]補(bǔ)＝11.01010，[y]補(bǔ)＝11.11111∴[x+y]補(bǔ)＝11.01001，未溢出

x+y=-0.10111＋[y]補(bǔ)

11.111115、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算x＋y，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。[x]補(bǔ)

11.0101011.010012023/4/20156、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算x－y，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。x=0.11011y=－0.11111[x]補(bǔ)＝00.11011，[－y]補(bǔ)＝00.11111∴x-y溢出（上溢）[x]補(bǔ)

00.11011＋[－

y]補(bǔ)

00.1111101.110102023/4/20166、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算x－y，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。x=0.10111y=0.11011[x]補(bǔ)＝00.10111，[－y]補(bǔ)＝11.00101∴[x-y]補(bǔ)＝11.11100，未溢出

x-y=-0.00100[x]補(bǔ)

00.10111＋[－

y]補(bǔ)

11.0010111.111002023/4/20176、已知x和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算x－y，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。x=0.11011y=－0.10011[x]補(bǔ)＝00.11011，[－y]補(bǔ)＝00.10011∴[x-y]補(bǔ)溢出（上溢）[x]補(bǔ)

00.11011＋[－

y]補(bǔ)

00.1001101.011102023/4/20187、用原碼陣列乘法器計(jì)算x×y。x＝11011y＝－11111機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)：

[x]補(bǔ)＝011011[y]補(bǔ)＝100001符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算：0⊕1＝1算前求補(bǔ)器輸出：

|x|=11011|y|=11111乘法陣列：

|x|×|y|＝1101000101算后求補(bǔ)器輸出：

[x×y]補(bǔ)＝10010111011

∴x×y=-110100010111011110111101111011110111101000101×11111110112023/4/20197、用原碼陣列乘法器計(jì)算x×y。x＝－11111y＝－11011機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)：

[x]補(bǔ)＝100001[y]補(bǔ)＝100101符號(hào)位單獨(dú)考慮：1⊕1＝0算前求補(bǔ)器輸出：

|x|=11111|y|=11011乘法陣列：

|x|×|y|＝1101000101算后求補(bǔ)輸出：

[x×y]補(bǔ)＝01101000101

∴x×y=0110100010111111111110000011111111111101000101×11011111112023/4/20209-1、x=2-011×0.100101，y=2-010×(-0.011110)，求[x+y]設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示

[x]?。?1101，00.100101[y]?。?1110，11.1000101)求階差并對(duì)階

△E＝Ex－Ey＝[Ex]補(bǔ)＋[－Ey]補(bǔ)＝11101＋00010＝11111 修改后的x表示為：[x]?。?1110，0.010010(1)2)尾數(shù)求和

MS=Mx+My=11.110100(1)3)規(guī)格化處理執(zhí)行2次左規(guī)處理，MS=11.010010(0)，ES=111004)舍入處理

5)判溢出故得最終結(jié)果為x＋y＝2－100×（－0.101110）00.010010＋11.10001011.110100采用0舍1入法處理，則舍去0階碼符號(hào)位為11，不溢出2023/4/20219-1、x=2-011×0.100101，y=2-010×(-0.011110)，求[x-y]設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示

[x]?。?1101，00.100101[y]?。?1110，11.1000101)求階差并對(duì)階

△E＝Ex－Ey＝[Ex]補(bǔ)＋[－Ey]補(bǔ)＝11101＋00010＝11111

修改后的x表示為：[x]?。?1110，0.010010(1)2)尾數(shù)求差

MS=Mx－

My=00.110000(1)3)規(guī)格化處理4)舍入處理5)判溢出故得最終結(jié)果為x＋y＝2－010×0.11000100.010010＋00.01111000.110000采用0舍1入法處理，則進(jìn)位，MS=00.110001階碼符號(hào)位為11，不溢出[－My]補(bǔ)[Mx]補(bǔ)不需規(guī)格化2023/4/20229-2、x=2-101×(-0.010110)、y=2-100×0.010110，求[x+y]設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示

[x]浮＝11011,11.101010[y]?。?1100,00.0101101)求階差并對(duì)階△E＝Ex－Ey＝[Ex]補(bǔ)＋[－Ey]補(bǔ)＝11011＋00100＝11111

即△E為－1，x的階碼小，應(yīng)使Mx右移1位，Ex加1，

[x]浮＝11100，1.110101

（0）2)尾數(shù)求和

MS=Mx+My=00.001011（0）3)規(guī)格化處理執(zhí)行2次左規(guī)處理，MS=00.101000(0)，ES=110104)舍入處理5)判溢出故得最終結(jié)果為x＋y＝2－110×（0.101100）11.110101（0）＋00.01011000.001011（0）采用0舍1入法處理，則舍去0階碼符號(hào)位為11，不溢出2023/4/20239-2、x=2-101×(-0.010110)y=2-100×0.010110，求[x-y]設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示

[x]?。?1011,11.101010[y]?。?1100,00.0101101)求階差并對(duì)階△E＝Ex－Ey＝[Ex]補(bǔ)＋[－Ey]補(bǔ)＝11011＋00100＝11111

即△E為－1，x的階碼小，應(yīng)使Mx右移1位，Ex加1，

[x]?。?1100，1.110101

（0）2)尾數(shù)求差

MS=Mx-My=11.011111（0）3)規(guī)格化處理4)舍入處理5)判溢出故得最終結(jié)果為x＋y＝2－100×（－0.100001）11.110101＋11.1

0101011.

011111[－My]補(bǔ)[Mx]補(bǔ)采用0舍1入法處理，則舍去0階碼符號(hào)位為11，不溢出不需規(guī)格化2023/4/2024第3章內(nèi)部存儲(chǔ)器1、設(shè)有一個(gè)具有20位地址和32位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，問(wèn)：該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少字節(jié)的信息？存儲(chǔ)容量=存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)×每單元字節(jié)數(shù)

=220×32bit如果存儲(chǔ)器有512K×8位SRAM芯片組成，需要多少片?需要做存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展；位擴(kuò)展：4片512K×8位芯片構(gòu)成512K×32位的存儲(chǔ)組；字?jǐn)U展：2組512K×32位存儲(chǔ)組構(gòu)成1M×32位的存儲(chǔ)器；因此，共需要2×4=8片給定的SRAM芯片需要多少位地址做芯片選擇？字?jǐn)U展的是2個(gè)存儲(chǔ)組，因此，需1位地址做片選。2023/4/2026由16K×8位的芯片字位擴(kuò)展構(gòu)成64K×32位的存儲(chǔ)器；位擴(kuò)展：由4片16K×8位的芯片構(gòu)成16K×32位的存儲(chǔ)組；字?jǐn)U展：由4組16K×32位存儲(chǔ)組構(gòu)成16K×32位的存儲(chǔ)器；因此，4個(gè)存儲(chǔ)組的片選信號(hào)應(yīng)由最高兩位地址A14和A15產(chǎn)生；該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖如下：3、用16K×8位的DRAM芯片構(gòu)成64K×32位存儲(chǔ)器，問(wèn)：

（1）畫(huà)出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。2:4譯碼器A14A15CS3CS2CS0CS1A13~A0D0~D7/WE2023/4/2027位擴(kuò)展16K×8RAMA13~A0D7~D0/WE/CS16K×8RAMA13~A0D7~D0/WE/CSA13~A0D7~D0D15~D816K×8RAMA13~A0D7~D0/CS/WE16K×8RAMA13~A0D7~D0/CS/WED23~D16D31~D23/CS/WE2023/4/2028字?jǐn)U展16K×32存儲(chǔ)組A13~A0D31~D0/WE/CS16K×32存儲(chǔ)組A13~A0D31~D0/WE/CS16K×32存儲(chǔ)組A13~A0D31~D0/WE/CS16K×32存儲(chǔ)組A13~A0D31~D0/CS/WE/WEA13~A0D31~D074LS139/G1BA/Y0/Y1/Y2/Y3/MREQA14A152023/4/20293、用16K×8的DRAM芯片構(gòu)成64K×32位存儲(chǔ)器，要求：

(2)設(shè)儲(chǔ)器讀/寫(xiě)周期為0.5μs，CPU在1μs內(nèi)至少要訪問(wèn)一次。試問(wèn)采用哪種方式比較合理？?jī)纱嗡⑿碌淖畲髸r(shí)間間隔是多少？對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少？假定16K×8位的DRAM芯片的存儲(chǔ)矩陣是128行×(128×8)列；若集中刷新，則有128行×0.5us=64us的死時(shí)間，不合適；若分散刷新，則每訪存一次需要1us，也不合適；所以，應(yīng)采用異步式刷新方式。假定DRAM芯片的刷新周期為2ms兩行的刷新間隔為：2ms/128=0.015625ms=15.625us若取15.5us作為實(shí)際的刷新間隔刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為：

15.5us×128＝1984us=1.984ms2023/4/20306、用32K×8位的EPROM芯片組成128K×16位的只讀存儲(chǔ)器，試問(wèn)：數(shù)據(jù)寄存器多少位？因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)總線為16位，所以數(shù)據(jù)寄存器16位地址寄存器多少位？因?yàn)榇鎯?chǔ)器容量為128K，需系統(tǒng)地址總線17位，所以地址寄存器17位共需多少個(gè)EPROM芯片？所需芯片總數(shù)：(128K/32K)×(16/8)=8片2023/4/20316、用32K×8位的EPROM芯片組成128K×16位的只讀存儲(chǔ)器，試問(wèn)：（4）畫(huà)出此存儲(chǔ)器的組成框圖。CPU地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器32K×832K×832K×832K×832K×832K×832K×832K×8CS3CS2CS1CS02:4譯碼器CS0~CS3A16A152023/4/20328、設(shè)存儲(chǔ)器容量為64M，字長(zhǎng)為64位，模塊數(shù)m=8，分別用順序和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T=100ns，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期τ=50ns。求：順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出m=8個(gè)字的數(shù)據(jù)信息量為：

q=8×64=512位順序存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為

t1=m×T=8×100ns=800ns=8×10-7s故順序存儲(chǔ)器的帶寬為

W1=q/t1=512/(8×10-7)=64×107[bit/s]交叉存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為

t2=T+(m-1)×τ=100ns+(8-1)×50ns=450ns=4.5×10-7s故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為

W1=q/t2=512/(4.5×10-7)=113.8×107[bit/s]2023/4/20339、CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為2420次，主存完成存取的次數(shù)為80次，

已知cache存儲(chǔ)周期為40ns，主存存儲(chǔ)周期為240ns，求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。命中率h=Nc/(Nc+Nm)=2420/(2420+80)=0.968主存與Cache的速度倍率r=tm/tc=240ns/40ns=6訪問(wèn)效率e=1/(r+(1-r)h)=1/(6+(1-6)×0.968)=86.2%平均訪問(wèn)時(shí)間ta=tc/e=40ns/0.862=46.4ns2023/4/203410、已知cache存儲(chǔ)周期40ns，主存存儲(chǔ)周期200ns，cache/主存系統(tǒng)平均訪問(wèn)時(shí)間為50ns，求cache的命中率是多少？由ta=htc+(1-h)tm，可得2023/4/203513、一個(gè)組相聯(lián)Cache由64個(gè)行組成，每組4行。主存儲(chǔ)器包含4K個(gè)塊，每塊128字。請(qǐng)表示內(nèi)存地址的格式。組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下：每塊128字，假定主存以字進(jìn)行組織塊內(nèi)的字地址需要7位Cache由64個(gè)行組成，每組4行Cache中共包含16組，需4位組號(hào)主存包含4K個(gè)塊主存塊號(hào)為12位主存標(biāo)記位有12－4=8位主存標(biāo)記組號(hào)塊內(nèi)地址7位4位8位2023/4/203614、某機(jī)主存容量1MB，字長(zhǎng)1B，塊大小16B，Cache容量64KB，若Cache采用直接映射方式，請(qǐng)給出2個(gè)不同標(biāo)記的內(nèi)存地址，它們映射到同一個(gè)Cache行。直接映射下的主存地址格式如下：每塊16B 塊內(nèi)的字節(jié)地址需要4位Cache容量64KB 共包含4K行

Cache塊號(hào)12位主存容量1MB

主存地址20位 主存標(biāo)記位20－12－4=4位兩個(gè)滿足題目要求的主存地址：

00001001000011100000 00011001000011100000主存標(biāo)記Cache行號(hào)塊內(nèi)地址4位12位4位2023/4/203715、假設(shè)主存容量16M×32位，Cache容量64K×32位，主存與Cache之間以每塊4×32位大小傳送數(shù)據(jù)，請(qǐng)確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù)，并畫(huà)出主存地址格式。直接映射下的主存地址格式如下：每塊4字 塊內(nèi)的字地址需要2位Cache容量64KB Cache共包含16K個(gè)塊

Cache塊號(hào)需要14位主存16MB

主存地址為24位

主存標(biāo)記位有24－14－2=8位主存標(biāo)記Cache行號(hào)塊內(nèi)地址2位14位8位2023/4/2038第4章指令系統(tǒng)3、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(diǎn)。單字長(zhǎng)雙地址碼的RR型指令。操作碼6位，系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令。源、目的操作數(shù)只能采用寄存器尋址方式。OP——目標(biāo)寄存器源寄存器15109874302023/4/20404、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(diǎn)。雙字長(zhǎng)雙地址碼的RS型指令。操作碼6位，系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令。源操作數(shù)只能使用寄存器尋址方式；

目的操作數(shù)只能使用變址尋址方式；其中，變址寄存器可使用16個(gè)通用寄存器之一；偏移量為16位。OP——源寄存器變址寄存器1510987430偏移量（16位）2023/4/20416、一種單地址指令格式如下所示，R變址寄存器，R1基址寄存器，PC程序計(jì)數(shù)器，填寫(xiě)下列尋址方式。尋址方式IX有效地址E直接尋址000E=D相對(duì)尋址001E=(PC)+D變址尋址010E=(R)+D基址尋址011E=(R1)+D間接尋址100E=(D)基址間接尋址111E=((R1)+D)操作碼OP間接特征I尋址模式X形式地址D2023/4/20427、某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16位，主存容量為64K字，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有40條指令，試采用直接、立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。40條指令指令操作碼需6位，26=64，其中24種編碼未用；4種尋址方式尋址特征需2位；單字長(zhǎng)單地址指令剩余8位作為形式地址；設(shè)計(jì)方案：方案1：專用變址寄存器；方案2：通用寄存器作為變址寄存器；尋址方式尋址特征X有效地址E直接尋址方式00E=D立即尋址方式01D=Imm變址尋址方式10E=(R)+D相對(duì)尋址方式11E=(PC)+D2023/4/2043方案1：專用變址寄存器各操作數(shù)的尋址范圍：立即數(shù)尋址方式指令中的立即數(shù)不能超過(guò)8位；直接尋址方式直接地址為8位，可直接尋址范圍為28個(gè)單元；變址尋址方式E=（R）+D，其中變址寄存器R為16位；由于主存容量64K字，可直接尋址整個(gè)主存空間；相對(duì)尋址方式E=（PC）+D，可直接尋址整個(gè)主存空間；6位OP2位尋址特征8位形式地址2023/4/2044方案2：通用寄存器作為變址寄存器各操作數(shù)的尋址范圍：立即數(shù)尋址方式指令中的立即數(shù)不能超過(guò)4位；直接尋址方式直接地址為4位，可直接尋址范圍為24個(gè)單元；變址尋址方式E=（R）+D，其中變址寄存器R為16位；由于主存容量64K字，可直接尋址整個(gè)主存空間；相對(duì)尋址方式E=（PC）+D，可直接尋址整個(gè)主存空間；6位OP2位尋址特征4位寄存器4位形式地址2023/4/20459、某機(jī)字長(zhǎng)為32位，CPU中有16個(gè)32位通用寄存器，設(shè)計(jì)一種能容納64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RS型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少？指令格式64種操作 操作碼占6位；16個(gè)通用寄存器一個(gè)操作數(shù)和基址寄存器各占4位；單字長(zhǎng)指令 形式地址占32–6–4–4=18位；操作數(shù)S的地址E＝（R1）＋D，其中R1為32位的；若系統(tǒng)的地址總線≤32位，則可尋址整個(gè)主存；若系統(tǒng)的地址總線＞32位，則可尋址的最大存儲(chǔ)空間為232+218操作碼OP操作數(shù)R基址寄存器R1形式地址D6位4位4位18位2023/4/204612、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

尋址方式；操作地址在寄存器，為

尋址方式；操作數(shù)在指令中，為

尋址方式；操作數(shù)地址（主存）在指令中，為

方式；操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和，可以是

尋址方式；寄存器寄存器間接立即數(shù)直接尋址相對(duì)，基址，變址2023/4/2047第5章

中央處理機(jī)2、參見(jiàn)圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫(huà)出存數(shù)指令STOR1，（R2）的指令周期流程圖，其含義是將寄存器R1的內(nèi)容傳送至（R2）為地址的數(shù)存單元中。指令地址指令數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)2023/4/2049存數(shù)指令STOR1，（R2）(PC)AR(M)DR(DR)IR譯碼(R2)AR(R1)DRDRMM取指周期執(zhí)行周期PC0GARiR/W=1DR0GIRiR20GARiR10GDRiR/W=02023/4/20503、參見(jiàn)圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫(huà)出取數(shù)指令LAD(R3)，R0的指令周期流程圖，其含義是將(R3)為地址數(shù)存單元的內(nèi)容取至寄存器R0中。指令地址指令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)地址2023/4/2051取數(shù)指令LAD(R3)，R0的指令周期(PC)AR(M)DR(DR)IR譯碼(R3)ARMMDRDRR0取指周期執(zhí)行周期PC0GARiR/W=1DR0GIRiR30GARiDR0GR0iR/W=12023/4/20526、假設(shè)某機(jī)器有80條指令，平均每條指令有4條微指令組成，其中有一條取值微指令是所有指令公用的，已知微指令長(zhǎng)度為32位，請(qǐng)估算控制存儲(chǔ)器容量。微指令的數(shù)目為80×3+1=241條；微指令字長(zhǎng)為32/8=4字節(jié)；故，控制存儲(chǔ)器的容量為241×4=964字節(jié)該容量為控制存儲(chǔ)器的最小容量。2023/4/20538、某機(jī)有8條指令I(lǐng)1—I8，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。a—j分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段僅為8位，請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。微命令數(shù)目>操作控制字段，則采用混合表示法設(shè)計(jì)微指令；從左表中選擇互斥的微操作；a命令：與i互斥b命令：與f、g、i、j互斥c命令：與f、j互斥d命令：與i、j互斥e命令：與f、h、j互斥f命令：與b、c、e、h、i、j互斥g命令：與b、h、j互斥h命令：與e、f、g、i互斥i命令：與a、b、d、f、h、j互斥j命令：與b、c、d、e、f、g、i互斥互斥信號(hào)組e、f、h和b、i、je、f、h和d、i、je、f、h和b、g、ji、f、h和b、g、j微指令abcdefghijI1√√√√√I2√√√√I3√√I4√I5√√√√I6√√√I7√√√I8√√√2023/4/20548、某機(jī)有8條指令I(lǐng)1—I8，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。a—j分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段僅為8位，請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。解法1：將（d,i,j）和（e,f,h）分別組成兩個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的a,b,c,g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段組成如右圖所示：解法2：將（b,i,j）和（e,f,h）分別組成兩個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的a,b,c,g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段組成如右圖所示：注意：00表示兩位均不產(chǎn)生控制信號(hào)2023/4/205512、今有4級(jí)流水線，分別完成取指、指令譯碼并取數(shù)、運(yùn)算、送結(jié)果四步操作。假設(shè)完成各步操作的時(shí)間依次為100ns、100ns、80ns、50ns。請(qǐng)問(wèn)：流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少？流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來(lái)考慮，即流水線時(shí)鐘周期性，故取100ns。若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，硬件上不采取措施，那么第2條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)行？遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，就推遲第2條指令的執(zhí)行；要推遲到所需讀取的數(shù)據(jù)已產(chǎn)生為止，因此至少需要延遲2個(gè)時(shí)鐘周期。如果再硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，至少需推遲多少時(shí)間？如采用專用通路技術(shù)，應(yīng)保證取數(shù)之前結(jié)果已計(jì)算出來(lái)；因此，至少需要延遲1個(gè)時(shí)鐘周期。流水時(shí)空?qǐng)D2023/4/2056流水時(shí)空?qǐng)D取指譯碼并取數(shù)運(yùn)算送結(jié)果取指譯碼并取數(shù)運(yùn)算送結(jié)果取指譯碼并取數(shù)運(yùn)算送結(jié)果取指譯碼并取數(shù)運(yùn)算送結(jié)果可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)相關(guān)2023/4/205713、指令流水線有取指（IF）、譯碼（ID）、執(zhí)行（EX）、訪存（MEM）、寫(xiě)回寄存器堆（WB）五個(gè)過(guò)程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。畫(huà)出流水處理的時(shí)空?qǐng)D，假設(shè)時(shí)鐘周期為100ns。2023/4/205813、指令流水線有取指（IF）、譯碼（ID）、執(zhí)行（EX）、訪存（MEM）、寫(xiě)回寄存器堆（WB）五個(gè)過(guò)程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。求流水線的實(shí)際吞吐量（單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢的指令條數(shù)）。求流水線的加速比。2023/4/205916、判斷以下三組指令中各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)？I1LDAR1,A;M(A)R1

I2ADDR2,R1;(R2)+(R1)R2I3ADDR3,R4;(R3)+(R4)R3

I4MULR4,R5;(R4)×(R5)R4I5LDAR6,B;M(B)R6

I6MULR6,R7;(R6)×(R7)R6寫(xiě)后讀相關(guān)讀后寫(xiě)相關(guān)寫(xiě)后寫(xiě)相關(guān)2023/4/2060第6章總線系統(tǒng)1、比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。單總線結(jié)構(gòu)使用一條系統(tǒng)總線來(lái)連接CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備；特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行；系統(tǒng)總線負(fù)載重；雙總線結(jié)構(gòu)在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線；保持單總線結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)；

三總線結(jié)構(gòu)在各外部設(shè)備與通道之間增加一組I/O總線。提高了CPU工作效率，同時(shí)也最大限度的提高外設(shè)的工作速度；但硬件成本進(jìn)一步增加。2023/4/20628、同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率，是因?yàn)橥酵ㄐ牛ǎ?/p>

A、不需要應(yīng)答信號(hào) B、總線長(zhǎng)度較短

C、用一個(gè)公共時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步

D、各部件存取時(shí)間比較接近9、在集中式總線仲裁中，（）方式響應(yīng)時(shí)間最快，（）方式對(duì)（）最敏感。

A、菊花鏈方式 B、獨(dú)立請(qǐng)求方式

C、電路故障 D、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式CBAC2023/4/206310、采用串行接口7位ASCII碼傳送，帶有1位奇校驗(yàn)位、1位起始位和1位停止位，當(dāng)波特率為9600波特時(shí)，字符傳送速率為（）。

A、960 B、873 C、1371 D、48011、系統(tǒng)總線中地址線的功能是（）。

A、選擇主存單元地址 B、選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備

C、選擇外存地址

D、指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址12系統(tǒng)總線中控制線的功能是（）。

A、提供主存、I/O接口設(shè)備的控制信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)

B、提供數(shù)據(jù)信息 C、提供時(shí)序信號(hào)

D、提供主存、I/O接口設(shè)備的響應(yīng)信號(hào)ADA2023/4/2064總線帶寬Dr＝一個(gè)總線周期傳送的字節(jié)數(shù)D÷總線周期T

＝一個(gè)總線周期傳送的字節(jié)數(shù)D×總線時(shí)鐘頻率f

＝8×70M＝560MB/s20、某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送8個(gè)字節(jié)的信息，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為70MHz，總線帶寬是多少？2023/4/2065第7章外圍設(shè)備1、計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備是指（）

A、輸入/輸出設(shè)備 B、外存設(shè)備

C、輸入/輸出設(shè)備及外存儲(chǔ)器

D、除了CPU和內(nèi)存以外的其他設(shè)備2、打印機(jī)根據(jù)印字方式可分為（）和（）兩大類，在（）類打印機(jī)中，只有（）型打印機(jī)能打印漢字。

A、針型打印機(jī) B、活字型打印機(jī)

C、擊打式 D、非擊打式DCDCA2023/4/2067磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是多少？每道記錄信息容量=12288字節(jié)每個(gè)記錄面信息容量=275×12288字節(jié)磁盤組總?cè)萘繛椋?面×275×12288字節(jié)=13516800字節(jié)最高位密度與最低位密度是多少？最高位密度D1，即最內(nèi)層磁道的位密度（R1=115mm）D1=12288字節(jié)/（2πR1）=17字節(jié)/mm最低位密度D2，即最外層磁道的位密度（R2）