計算機組成原理課后答案第三版白中英

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1、計算機組成原理各章答案（白中英第三版）第一章答案1 比較數(shù)字計算機和模擬計算機的特點。解：模擬計算機的特點：數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程是連續(xù)的；數(shù)字計算機的特點：數(shù)值由數(shù)字量（離散量）來表示，運算按位進行。兩者主要區(qū)別見P1 表1.1。2 數(shù)字計算機如何分類？分類的依據(jù)是什么？解：分類：數(shù)字計算機分為專用計算機和通用計算機。通用計算機又分為巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機和單片機六類。分類依據(jù)：專用和通用是根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行的經(jīng)濟性和適應(yīng)性來劃分的。通用機的分類依據(jù)主要是體積、簡易性、功率損耗、性能指標、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機器價格等因素。3 數(shù)字計算機有那些主

2、要應(yīng)用？4 馮. 諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是什么？它包括哪些主要組成部分？解：馮. 諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是：存儲程序和程序控制。存儲程序：將解題的程序（指令序列）存放到存儲器中；程序控制：控制器順序執(zhí)行存儲的程序，按指令功能控制全機協(xié)調(diào)地完成運算任務(wù)。主要組成部分有：控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。5 什么是存儲容量？什么是單元地址？什么是數(shù)據(jù)字？什么是指令字？解：存儲容量：指存儲器可以容納的二進制信息的數(shù)量，通常用單位KB、MB、GB來度量，存儲容量越大，表示計算機所能存儲的信息量越多，反映了計算機存儲空間的大小。單元地址：單元地址簡稱地址，在存儲器中每個存儲單元都有

3、唯一的地址編號，稱為單元地址。數(shù)據(jù)字：若某計算機字是運算操作的對象即代表要處理的數(shù)據(jù)，則稱數(shù)據(jù)字。指令字： 若某計算機字代表一條指令或指令的一部分，則稱指令字。6 什么是指令？什么是程序？解：指令：計算機所執(zhí)行的每一個基本的操作。程序：解算某一問題的一串指令序列稱為該問題的計算程序，簡稱程序。7 指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計算機如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？解：一般來講，在取指周期中從存儲器讀出的信息即指令信息；而在執(zhí)行周期中從存儲器中讀出的信息即為數(shù)據(jù)信息。8 什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU？什么是適配器？簡述其功能。解：內(nèi)存：一般由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成，裝在底版上，可直接和CPU交換信息的

4、存儲器稱為內(nèi)存儲器，簡稱內(nèi)存。用來存放經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。外存：為了擴大存儲容量，又不使成本有很大的提高，在計算機中還配備了存儲容量更大的磁盤存儲器和光盤存儲器，稱為外存儲器，簡稱外存。外存可存儲大量的信息，計算機需要使用時，再調(diào)入內(nèi)存。CPU：包括運算器和控制器?；竟δ転椋褐噶羁刂啤⒉僮骺刂?、時間控制、數(shù)據(jù)加工。適配器：連接主機和外設(shè)的部件，起一個轉(zhuǎn)換器的作用，以使主機和外設(shè)協(xié)調(diào)工作。9 計算機的系統(tǒng)軟件包括哪幾類？說明它們的用途。解：系統(tǒng)軟件包括：（1）服務(wù)程序：診斷、排錯等（2）語言程序：匯編、編譯、解釋等（3）操作系統(tǒng)（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用途：用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計

5、算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能及用途。10 說明軟件發(fā)展的演變過程。11現(xiàn)代計算機系統(tǒng)如何進行多級劃分？這種分級觀點對計算機設(shè)計會產(chǎn)生什么影響？解：多級劃分圖見P16圖1.6?？煞譃椋何⒊绦蛟O(shè)計級、一般機器級、操作系統(tǒng)級、匯編語言級和高級語言級。用這種分級的觀點來設(shè)計計算機，對保證產(chǎn)生一個良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是有很大幫助的。12為什么軟件能夠轉(zhuǎn)化為硬件？硬件能夠轉(zhuǎn)化為軟件？實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的媒介是什么？13 計算機應(yīng)用與應(yīng)用計算機在概念上等價嗎？用學(xué)科角度和計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來壽命你的觀點。第二章答案1. 寫出下列各數(shù)的原碼、反碼、補碼、移碼表示（用8位二進制數(shù)）。其中MSB是最高位（又是符號

6、位）LSB是最低位。如果是小數(shù)，小數(shù)點在MSB之后；如果是整數(shù)，小數(shù)點在LSB之后。(1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小數(shù)表示-1 (5) 用整數(shù)表示-1解：(1)先把十進制數(shù)-35/64寫成二進制小數(shù)：(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-1000112-110)2=(-0.100011)2令x=-0.100011B x原=1.1000110 (注意位數(shù)為8位) x反=1.0111001 x補=1.0111010 x移=0.0111010(2) 先把十進制數(shù)23/128寫成二進制小數(shù)：(23/128)10=(10111/1000

7、0000)2=(101112-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B x原=0.0001011 x反=0.0001011 x補=0.0001011 x移=1.0001011(3) 先把十進制數(shù)-127寫成二進制小數(shù)：(-127)10=(-1111111)2令x= -1111111B x原=1.1111111 x反=1.0000000 x補=1.0000001 x移=1.0000001(4) 令x=-1.000000B 原碼、反碼無法表示x補=1.0000000 x移=0.0000000(5) 令Y=-1=-0000001B Y原=10000001 Y反=11111110

8、 Y補=11111111 Y移=011111112. 設(shè)X補= a0，a1，a2a6 , 其中ai取0或1，若要x0.5,求a0，a1，a2，a6 的取值。解：a0= 1，a1= 0， a2，a6=11。3. 有一個字長為32位的浮點數(shù)，階碼10位（包括1位階符），用移碼表示；尾數(shù)22位（包括1位尾符）用補碼表示，基數(shù)R=2。請寫出：(1) 最大數(shù)的二進制表示；(2) 最小數(shù)的二進制表示；(3) 規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍；(4) 最接近于零的正規(guī)格化數(shù)與負規(guī)格化數(shù)。解：（1）1111111111 0111111111111111111111（2）1111111111 100000000000

9、0000000000（3）1111111111 01111111111111111111110111111111 1000000000000000000000（4）0000000000 00000000000000000000010000000000 11111111111111111111114. 將下列十進制數(shù)表示成浮點規(guī)格化數(shù)，階碼3位，用補碼表示；尾數(shù)9位，用補碼表示。（1） 27/64（2） -27/64解：（1）27/64=11011B=0.011011B=0.11011B浮點規(guī)格化數(shù) : 1111 0110110000（2） -27/64= -11011B= -0.011011B

10、= -0.11011B浮點規(guī)格化數(shù) : 1111 10010100005. 已知X和Y, 用變形補碼計算X+Y, 同時指出運算結(jié)果是否溢出。（1）X=0.11011 Y=0.00011（2）X= 0.11011 Y= -0.10101（3）X=-0.10110 Y=-0.00001解：（1）先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和x補=00.11011 y補=00.00011x+y補=x補+y補=00.11011+00.00011=0.11110 x+y=0.1111B 無溢出。（2）先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和x補=00.11011 y補=11.01011x+y補=x補+y補=00.11

11、011+11.01011=00.00110 x+y=0.0011B 無溢出。（3）先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和x補=11.01010 y補=11.11111x+y補=x補+y補=11.01010+11.11111=11.01001 x+y= -0.10111B 無溢出6. 已知X和Y, 用變形補碼計算X-Y, 同時指出運算結(jié)果是否溢出。(1) X=0.11011 Y= -0.11111(2) X=0.10111 Y=0.11011(3) X=0.11011 Y=-0.10011解：（1）先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差x補=00.11011 y補=11.00001 -y補=00.

12、11111x-y補=x補+-y補=00.11011+00.11111=01.11010運算結(jié)果雙符號不相等 為正溢出X-Y=+1.1101B（2）先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差x補=00.10111 y補=00.11011 -y補=11.00101x-y補=00.10111+11.00101=11.11100 x-y= -0.001B 無溢出（3）先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差x補=00.11011 y補=11.01101 -y補=00.10011x-y補=x補+-y補=00.11011+00.10011=01.01110運算結(jié)果雙符號不相等 為正溢出X-Y=+1.0111B7

13、. 用原碼陣列乘法器、補碼陣列乘法器分別計算XY。（1）X=0.11011 Y= -0.11111（2）X=-0.11111 Y=-0.11011解：（1）用原碼陣列乘法器計算：x補=0.11011 y補=1.00001(0)1 1 0 1 1 ) (1)0 0 0 0 1-(0)1 1 0 1 1(0)0 0 0 0 0 （0)0 0 0 0 0(0)0 0 0 0 0(0)0 0 0 0 0(0) (1) (1) (0) (1) (1)-(1)0 0 1 0 1 1 1 0 1 1xy補=1.0010111011 xy= -0.11010001018 用原碼陣列除法器計算 XY。（1）X=

14、0.11000 Y= -0.11111（2）X=-0.01011 Y=0.11001解：（1）x原=x補=0.11000 -y補=1.00001 被除數(shù) X0.11000 +-y補 1.00001-余數(shù)為負 1.11001 q0=0左移 1.10010 +|y|補0.11111-余數(shù)為正 0.10001 q1=1左移 1.00010 +-|y|補 1.00001-余數(shù)為正 0.00011 q2=1 左移 0.00110 +-|y|補 1.00001-余數(shù)為負 1.00111 q3=0左移 0.01110 +|y|補0.11111-余數(shù)為負 1.01101 q4=0左移 0.11010 +|y|

15、補0.11111-余數(shù)為負 1.11001 q5=0 +|y|補0.11111-余數(shù) 0.11000故 xy原=1.11000 即 xy= -0.11000B余數(shù)為 0.11000B9. 設(shè)階為5位(包括2位階符), 尾數(shù)為8位(包括2位數(shù)符), 階碼、尾數(shù)均用補碼表示, 完成下列取值的X+Y，X-Y運算：（1）X=0.100101 Y=(-0.011110)（2）X=（-0.010110） Y=(0.010110)解：（1）將y規(guī)格化得：y=(-0.111100)x浮=1101，00.100101 y浮=1101，11.000100 -y浮=1101，00.111100 對階E補=Ex補+-

16、Ey補=1101+0011=0000 Ex=Ey 尾數(shù)相加相加 相減00.100101 00.100101+ 11.000100 + 00.111100- -11.101001 01.100001x+y浮=1101,11.101001 左規(guī) x+y浮=1100,11.010010 x+y=(-0.101110)x-y浮=1101,01.100001 右規(guī) x-y浮=1110,00.1100001舍入處理得 x-y浮=1110,00.110001 x-y=0.110001（2） x浮=1011，11.101010 y浮=1100，00.010110 -y浮=1100，11.101010 對階E補

17、=Ex補+-Ey補=1011+0100=1111 E= -1 x浮=1100，11.110101(0) 尾數(shù)相加相加 相減11.110101(0) 11.110101(0)+ 00.010110 + 11.101010-00.001011(0) 11.011111(0)x+y浮=1100,00.001011(0) 左規(guī) x+y浮=1010,00.1011000 x+y=0.1011Bx-y浮=1100,11.011111(0) x-y=（-0.100001B）13. 某加法器進位鏈小組信號為C4C3C2C1 ，低位來的信號為C0 ，請分別按下述兩種方式寫出C4C3C2C1的邏輯表達式。（1）

18、串行進位方式 （2） 并行進位方式解 ：（1）串行進位方式：C1 = G1 + P1 C0 其中： G1 = A1 B1 ， P1 = A1B1C2 = G2 + P2 C1 G2 = A2 B2 ， P2 = A2B2C3 = G3 + P3 C2 G3 = A3 B3 ， P3 = A3B3C4 = G4 + P4 C3 G4 = A4 B4 ， P4 = A4B4(2) 并行進位方式：C1 = G1 + P1 C0C2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0C3 = G3 + P3 G2 + P3 P2 G1 + P3 P2 P1 C0C4 = G4 + P4 G3 + P4 P

19、3 G2 + P4 P3 P2 G1 + P4 P3 P2 P1 C0其中 G1-G4 ，P1-P4 表達式與串行進位方式相同。14. 某機字長16位，使用四片74181組成ALU，設(shè)最低位序標注為0位，要求：（1）寫出第5位的進位信號C6的邏輯表達式；（2）估算產(chǎn)生C6所需的最長時間；（3）估算最長的求和時間。解：（1） 組成最低四位的74181進位輸出為：C4=G+P C0 ，C0為向第0位的進位其中：G=y3+x3y2+x2x3y1+x1x2x3y0, P=x0x1x2x3所以 ：C5=y4+x4C4C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4（2）設(shè)標準門延遲時間為T，與或非門延

20、遲時間為1.5T，則進位信號C0由最低位傳送至C6需經(jīng)一個反相器，兩級與或非門，故產(chǎn)生C6的最長延遲時間為：T+21.5T=4T（3）最長求和時間應(yīng)從施加操作數(shù)到ALU算起：第一片74181有3級與或非門（產(chǎn)生控制參數(shù)x0，y0Cn+4）,第二、第三片74181共2級反相器和2級與或非門（進位鏈），第四片74181求和邏輯（1級與或非門和1級半加器，其延遲時間為3T），故總的加法時間為：T=31.5T+2T+21.5T+1.5T+1.5T+3T=14T17設(shè)A，B，C是三個16位的通用寄存器，請設(shè)計一個16位定點補碼運算器，能實現(xiàn)下述功能：（1） ABA（2） BCA, C（高位積在寄存器A中

21、）（3） ABC（商在寄存器C中）解：設(shè)計能完成加、減、乘、除運算的16位定點補碼運算器框圖。分析各寄存器作用：加 減 乘 除A 被加數(shù)和 同左 初始為0 被除數(shù)余數(shù)部分積乘積（H）除數(shù)B 加數(shù) 同左 被乘數(shù)C- - 乘數(shù)乘積（L） 商 A：累加器（16位），具有輸入、輸出、累加功能及雙向移位功能； B：數(shù)據(jù)寄存器（16位），具有輸入、輸出功能； C：乘商寄存器（16位），具有輸入、輸出功能及雙向移位畫出框圖：第三章答案1有一個具有20位地址和32位字長的存儲器，問：（1） 該存儲器能存儲多少個字節(jié)的信息？（2） 如果存儲器由512K8位SRAM芯片組成，需要多少芯片？（3） 需要多少位地址作

22、芯片選擇？解：（1） 220= 1M， 該存儲器能存儲的信息為：1M32/8=4MB（2）（1000/512）（32/8）= 8（片）（3） 需要1位地址作為芯片選擇。2. 已知某64位機主存采用半導(dǎo)體存儲器，其地址碼為26位，若使用256K16位的DRAM芯片組成該機所允許的最大主存空間，并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式，問：（1） 每個模塊板為1024K64位，共需幾個模塊板？（2） 個模塊板內(nèi)共有多少DRAM芯片?（3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何選擇各模塊板？解：(1).共需模塊板數(shù)為m：m= =64 (塊)(2). 每個模塊板內(nèi)有DRAM芯片數(shù)為n:n=( / ) (64/16)=16

23、 (片)(3) 主存共需DRAM芯片為：1664=1024 (片)每個模塊板有16片DRAM芯片，容量為1024K64位，需20根地址線(A19A0)完成模塊板內(nèi)存儲單元尋址。一共有64塊模塊板，采用6根高位地址線(A25A20)，通過6：64譯碼器譯碼產(chǎn)生片選信號對各模塊板進行選擇。3 用16K8位的DRAM芯片組成64K32位存儲器，要求：(1) 畫出該存儲器的組成邏輯框圖。(2) 設(shè)存儲器讀/寫周期為0.5S, CPU在1S內(nèi)至少要訪問一次。試問采用哪種刷新方式比較合理？兩次刷新的最大時間間隔是多少？對全部存儲單元刷新一遍所需的實際刷新時間是多少？解：（1）組成64K32位存儲器需存儲芯

24、片數(shù)為N=（64K/16K）（32位/8位）=16（片）每4片組成16K32位的存儲區(qū)，有A13-A0作為片內(nèi)地址，用A15 A14經(jīng)2：4譯碼器產(chǎn)生片選信號 ，邏輯框圖如下所示：（2）依題意，采用異步刷新方式較合理，可滿足CPU在1S內(nèi)至少訪問內(nèi)存一次的要求。設(shè)16K8位存儲芯片的陣列結(jié)構(gòu)為128行128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，則異步 刷新的間隔時間為： 則兩次刷新的最大時間間隔發(fā)生的示意圖如下可見，兩次刷新的最大時間間隔為15.5-0.5=15 (S)對全部存儲單元刷新一遍所需時間為t Rt R 0.5128=64 (S)7某機器中，已知配有一個地址空間為0000H-3FFFH的

25、ROM區(qū)域?，F(xiàn)在再用一個RAM芯片(8K8)形成40K16位的RAM區(qū)域，起始地址為6000H,假定RAM芯片有和 信號控制端。CPU的地址總線為A15-A0，數(shù)據(jù)總線為D15-D0，控制信號為R/ (讀/寫)， (訪存)，要求：（1） 畫出地址譯碼方案。（2） 將ROM與RAM同CPU連接。解：（1）依題意，主存地址空間分布如右圖所示，可選用2片27128(16K8位)的EPROM作為ROM區(qū)；10片的8K8位RAM片組成40K16位的RAM區(qū)。27128需14位片內(nèi)地址，而RAM需13位片內(nèi)地址，故可用A15-A13三位高地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號,方案如下:（2）8 存儲器容量為64M，字長

26、64位，模塊數(shù)m = 8，分別用順序方式和交叉方式進行組織。存儲周期T = 100ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線周期 = 10ns .問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少？解：信息總量： q = 64位 8 =512位順序存儲器和交叉存儲器讀出8個字的時間分別是：t2 = m T = 8100ns =810 (s)t1 = T + (m - 1) = 100 + 710 = 1.7 10 (s)順序存儲器帶寬是：W2 = q / t2 = 512（810 ）= 64 10 （位/ S）交叉存儲器帶寬是：W1 = q / t1 = 512（1.7 10 ）= 301 10 （位/ S）9 C

27、PU執(zhí)行一段程序時, 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存儲周期為40ns，主存存儲周期為240ns，求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。解：先求命中率hh=nc/(nc +nm )2420(242080)0.968則平均訪問時間為tata0.96840(1-0.968) 24046.4(ns)r 240406cache/主存系統(tǒng)的效率為ee1/r(1r)0.96886.210已知Cache存儲周期40ns，主存存儲周期200ns，Cache/主存系統(tǒng)平均訪問時間為50ns，求Cache的命中率是多少？解： ta = tc h +tr(1-

28、h) h =(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.9411主存容量為4MB，虛存容量為1GB，則虛存地址和物理地址各為多少位？如頁面大小為4KB，則頁表長度是多少？解：已知主存容量為4MB，虛存容量為1GB 4M 物理地址為22位又 1G 虛擬地址為30位頁表長度為 1GB4KB230212=218=256K14假設(shè)主存只有a,b,c三個頁框，組成a進c出的FIFO隊列，進程訪問頁面的序列是0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2號。用列表法求采用LRU替換策略時的命中率。解：命中率為15從下列有關(guān)存儲器的描述中，選擇出正確的答案：A 多體交叉存

29、儲主要解決擴充容量問題；B 訪問存儲器的請求是由CPU發(fā)出的；C Cache與主存統(tǒng)一編址，即主存空間的某一部分屬于Cache;D Cache的功能全由硬件實現(xiàn)。解： D16從下列有關(guān)存儲器的描述中，選擇出正確的答案：A在虛擬存儲器中，外存和主存一相同的方式工作，因此允許程序員用比主存空間大得 多的外存空間編程；B在虛擬存儲器中，邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址是由硬件實現(xiàn)的，僅在頁面失效時才由操作系統(tǒng)將被訪問頁面從外存調(diào)到內(nèi)存，必要時還要先把被淘汰的頁面內(nèi)容寫入外存；C存儲保護的目的是：在多用戶環(huán)境中，既要防止一個用戶程序出錯而破壞系統(tǒng)軟件或其他用戶程序，又要防止一個用戶訪問不是分配給他的主存區(qū)，以達

30、到數(shù)據(jù)安全和保 密的要求。解：C第四章答案1ASCll碼是7位，如果設(shè)計主存單元字長為32位，指令字長為12位，是否合理？為什么？解：指令字長設(shè)計為12位不是很合理。主存單元字長為32位，一個存儲單元可存放4個ASCII碼，余下4位可作為ASCII碼的校驗位（每個ASCII碼帶一位校驗位），這樣設(shè)計還是合理的。但是，設(shè)計指令字長為12 位就不合理了，12位的指令碼存放在字長32位的主存單元中，造成19位不能用而浪費了存儲空間。2.假設(shè)某計算機指令長度為20位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無操作數(shù)三類指令形式，每個操作數(shù)地址規(guī)定用6位表示。問：若操作碼字段固定為8位，現(xiàn)已設(shè)計出m條雙操作數(shù)指令，n條

31、無操作數(shù)指令，在此情況下，這臺計算機最多可以設(shè)計出多少條單操作數(shù)指令？解：這臺計算機最多可以設(shè)計出256-m-n條單操作數(shù)指令3指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點。解：指令格式及尋址方式特點如下： 單字長二地址指令； 操作碼OP可指定 =64條指令； RR型指令，兩個操作數(shù)均在寄存器中，源和目標都是通用寄存器（可分別指定16個寄存器 之一）； 這種指令格式常用于算術(shù)邏輯類指令。4指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點。解：指令格式及尋址方式特點如下： 雙字長二地址指令； 操作碼OP可指定 =64條指令； RS型指令，兩個操作數(shù)一個在寄存器中（16個寄存器之一），另一

32、個在存儲器中； 有效地址通過變址求得：E=（變址寄存器） D，變址寄存器可有16個。5指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點。解：指令格式及尋址方式特點如下： 單字長二地址指令； 操作碼OP可指定 =16條指令； 有8個通用寄存器，支持8種尋址方式； 可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、6一種單地址指令格式如下所示，其中I為間接特征，X為尋址模式，D為形式地址。I，X，D組成該指令的操作數(shù)有效地址E。設(shè)R為變址寄存器，R1 為基值寄存器，PC為程序計數(shù)器，請在下表中第一列位置填入適當?shù)膶ぶ贩绞矫Q。解： 直接尋址 相對尋址 變址尋址 基址尋址 間接尋址 基址間址尋址7某計算機

33、字長16位，主存容量為64K字，采用單字長單地址指令，共有40條指令，試采用直接、立即、變址、相對四種尋址方式設(shè)計指令格式。解：40條指令需占用操作碼字段（OP）6位，這樣指令余下長度為10位。為了覆蓋主存640K字的地址空間，設(shè)尋址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：尋址模式定義如下：X= 0 0 直接尋址 有效地址 E=D（直接尋址為256個存儲單元）X= 0 1 立即尋址 D字段為操作數(shù)X= 1 0 變址尋址 有效地址 E= (RX)D （可尋址64K個存儲單元）X= 1 1 相對尋址 有效地址 E=（PC）D （可尋址64K個存儲單元）其中RX為變址寄存器（16位），P

34、C為程序計數(shù)器（16位），在變址和相對尋址時，位移量D可正可負。8某機字長為32位，主存容量為1M，單字長指令,有50種操作碼,采用頁面尋址、立即、直接等尋址方式。CPU中有PC，IR，AR, DR和16個通用寄存器，頁面尋址可用PC高位部分與形式地址部分拼接成有效地址。問：（1）指令格式如何安排？（2）主存能劃分成多少頁面？每頁多少單元？（3）能否增加其他尋址方式？解: （1）依題意,指令字長32位，主存1M字，需20位地址A19-A0。50種操作碼，需6位OP，指令尋址方式Mode為2位，指定寄存器Rn需4位。設(shè)有單地址指令、雙地址指令和零地址指 令，現(xiàn)只討論前二種指令。單地址指令的格式為

35、：Mode=00時為立即尋址方式，指令的230位為立即數(shù)；Mode=01時為直接尋址方式，指令的190位為有效地址。雙地址指令的格式為：Mode1=01時為寄存器直接尋址方式，操作數(shù)S=(Rn)；Mode1=11時為寄存器間址尋址方式, 有效地址E=(Rn)。Mode2=00時為立即尋址方式，指令的13-0位為立即數(shù)；Mode2=01時為頁面尋址方式；Mode2=10時為變址尋址方式，E=(Rn)+D；Mode2=11時為變址間址尋址方式, E=(Rn)+D)。（2）由于頁面尋址方式時，D為14位，所以頁面大小應(yīng)為16K字，則1M字可分為 64個頁面。可由PC的高6位指出頁面號。（3）能增加其

36、它尋址方式，例上述間址方式、變址間址尋址方式。14. 從以下有關(guān)RISC的描述中，選擇正確答案。A.采用RISC技術(shù)后，計算機的體系結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到早期的比較簡單的情況。B.為了實現(xiàn)兼容，新設(shè)計的RISC，是從原來CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實現(xiàn)的。CRISC的主要目標是減少指令數(shù)，提高指令執(zhí)行效率。DRISC設(shè)有乘、除法指令和浮點運算指令。解： C15. 根據(jù)操作數(shù)所在位置，指出其尋址方式（填空）：（1）操作數(shù)在寄存器中，為（A）尋址方式。（2）操作數(shù)地址在寄存器，為（B）尋址方式。（3）操作數(shù)在指令中，為（C）尋址方式。（4）操作數(shù)地址（主存）在指令中，為（D）尋址方式（5）操作數(shù)的地址

37、，為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和可以是（E，F(xiàn)，G）尋址方式。解：A：寄存器直接； B： 寄存器間接； C：立即；D： 直接； E：相對； F：基值；G：變址第五章答案1請在括號內(nèi)填入適當答案。在CPU中：(1) 保存當前正在執(zhí)行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）；(2) 保存當前正要執(zhí)行的指令地址的寄存器是(程序計數(shù)器PC)；(3) 算術(shù)邏輯運算結(jié)果通常放在（通用寄存器 ）和（數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR ）。2參見下圖（課本P166圖5.15）的數(shù)據(jù)通路。畫出存數(shù)指令STA R1 ，(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）為地址的主存單元中。標出各微操作信 號序列。解：STA

38、 R1 ，(R2)指令是一條存數(shù)指令，其指令周期流程圖如下圖所示：3參見課本P166圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫出取數(shù)指令LDA（R3），RO的指令周期流程圖，其含義是將(R3)為地址的主存單元的內(nèi)容取至寄存器R0中，標出各微操作控制信號序列。5如果在一個CPU周期中要產(chǎn)生3個脈沖 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,試畫出 時序產(chǎn)生器邏輯圖。解：節(jié)拍脈沖T1 ，T2 ，T3 的寬度實際等于時鐘脈沖的周期或是它的倍數(shù)，此時T1 = T3 =200ns ， T2 = 400 ns ，所以主脈沖源的頻率應(yīng)為 f = 1 / T1 =5MHZ 。為了消除節(jié)拍脈沖上的毛刺

39、，環(huán)型脈沖發(fā)生器可采用移位寄存器形式。下圖畫出了題目要求的邏輯電路圖和時序信號關(guān)系。根據(jù)關(guān) 系，節(jié)拍脈沖T1 ，T2 ，T3 的邏輯表達式如下：T1 = C1 ， T2 = ， T3 =6假設(shè)某機器有80條指令，平均每條指令由4條微指令組成，其中有一條取指微指令是所有指 令公用的。已知微指令長度為32位，請估算控制存儲器容量。解：微指令條數(shù)為：（4-1）80+1=241條 取控存容量為：25632位=1KB7. 某ALU器件使用模式控制碼M，S3，S2，S1，C來控制執(zhí)行不同的算術(shù)運算和邏輯操作。下表列出各條指令所要求的模式控制碼，其中y為二進制變量，F(xiàn)為0或1任選。試以指令碼（A，B，H，D

40、，E，F(xiàn)，G）為輸入變量，寫出控制參數(shù)M，S3，S2，S1，C的邏 輯表達式。解： M=G S3=H+D+F S2=1 C=H+D+(E+F)y8某機有8條微指令I(lǐng)1-I8，每條微指令所包含的微命令控制信號如下表所示。 a-j分別對應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號。假設(shè)一條微指令的控制字段為8位，請安排微指 令的控制字段格式。解：經(jīng)分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分別組成兩個小組或兩個字段，然后進行譯碼，可得六個 微命令信號，剩下的a, c, d, g 四個微命令信號可進行直接控制，其整個控制字段組成如 下：11.已知某機采用微程序控制方式，其控制存儲器容量為 51248(位)。微程

41、序可在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共4個，微指令采用水平型格式，后繼微 指令地址采用斷定方式。請問: （1）微指令中的三個字段分別應(yīng)為多少位？ （2）畫出圍繞這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。解：（l）假設(shè)判別測試字段中每一位作為一個判別標志，那么由于有4個轉(zhuǎn)移條件，故該字段為4位；又因為控存容量為512單元，所以下地址字段為9位，。微命令字段則是：（4849）= 35位。（2）對應(yīng)上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖如下圖所示。其中微地址寄存器對應(yīng)下地址字，P字段即為判別測試字段，控制字段即為微命令字段，后兩部分組成微指令寄存器。地 址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器的OP

42、碼、各種狀態(tài)條件以及判別測試字段所給的判別標志（某一位為1），其輸出用于控制修改微地址寄存器的適當位數(shù)，從而實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移（此例微指令的后繼地址采用斷定方式）。12今有4級流水線分別完成取值、指令譯碼并取數(shù)、運算、送結(jié)果四步操作，今假設(shè)完成各步操作的時間依次為100ns,100ns,80ns,50ns。請問：（1）流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計為多少？（2）若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，而且在硬件上不采取措施，那么第二條指令要 推遲多少時間進行。（3）如果在硬件設(shè)計上加以改進，至少需推遲多少時間？解：(1) 流水線的操作時鐘周期 t應(yīng)按四步操作中最長時間來考慮, 所以t=100ns；(2) 兩條指

43、令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突情況：:ADD R1,R2,R3 ; R2+R3R1SUB R4,R1,R5 ; R1-R5R4兩條指令在流水線中執(zhí)行情況如下表所示:ADD指令在時鐘4時才將結(jié)果寫入寄存器R1中, 但SUB指令在時鐘3時就需讀寄存器R1了，顯然發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，不能讀到所需數(shù)據(jù)，只能等待。如果硬件上不采取措施,第2條指令SUB至少應(yīng)推遲2個操作時鐘周期，即t=2100ns=200ns；(3)如果硬件上加以改進(采取旁路技術(shù)),這樣只需推遲1個操作時鐘周期就能得到所需數(shù)據(jù)， 即t=100ns。15用定量描述法證明流水計算機比非流水計算機具有更高的吞吐率。解：衡量并行處理器性能的一個有效參數(shù)是數(shù)據(jù)帶

44、寬（最大吞吐量），它定義為單位時間內(nèi)可以產(chǎn)生的最大運算結(jié)果個數(shù)。設(shè)P1是有總延時T1的非流水處理器，故其帶寬為1/T1。又設(shè)Pm是相當于P1 m 段流水處理器延遲時間Tr，故Pm的帶寬為1/（Tc+Tr）。如果Pm是將P1劃分成相同延遲的若干段形成的，則T1mTc 因此P1的帶寬接近于1/mTc，由此可見，當mTcTc+Tr滿足時，Pm比P1具有更大的帶寬。16. 流水線中有三類數(shù)據(jù)相關(guān)沖突：寫后讀（RAW）相關(guān)；讀后寫（WAR）相關(guān)；寫后寫（WAW）相關(guān)。判斷以下三組指令各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)。(1) I1 LAD R1，A ； M（A）R1，M（A）是存儲器單元 I2 ADD R2，R1

45、 ；（R2）+（R1）R2(2) I3 ADD R3，R4 ；（R3）+（R4）R3 I4 MUL R4，R5 ；（R4）（R5） R4(3) I5 LAD R6，B ； M（B）R6，M（B）是存儲器單元 I6 MUL R6，R7 ；（R6）（R7） R6解：（1）寫后讀（RAW）相關(guān)；（2）讀后寫（WAR）相關(guān)，但不會引起相關(guān)沖突；（3）寫后讀（RAW）相關(guān)、寫后寫（WAW）相關(guān)17參考教科書圖5.42所示的超標量流水線結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)有如下6條指令序列：I1 LAD R1, B; M(B) R1,M(B)是存儲器單元I2 SUB R2, R1; (R2)(R1) R2I3 MUL R3, R

46、4; (R3)(R4) R3I4 ADD R4, R5; (R4)(R5) R4I5 LAD R6, A; M(A) R6,M(A)是存儲器單元I6 ADD R6, R7; (R6)(R7) R6請畫出：（1） 按序發(fā)射按序完成各段推進情況圖。（2） 按序發(fā)射按序完成的流水線時空圖。解：（1）(2)第六章答案1比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點。3. 用異步通信方式傳送字符A和8，數(shù)據(jù)有7位，偶校驗1 位。起始位1位,停止位l位，請分別畫出波形圖。解： 字符A的ASCII碼為 41H=1000001B； 字符8的ASCII碼為 38H=0111000B； 串行傳送波形圖為：注： B：起始

47、位 C：校驗位 S：停止位8同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率,是因為同步通信_。A.不需要應(yīng)答信號；B.總線長度較短；C.用一個公共時鐘信號進行同步；D.各部件存取時間比較接近。解： C9. 在集中式總線仲裁中，_方式響應(yīng)時間最快，_方式對_最敏感。A.菊花鏈方式 B.獨立請求方式 C.電路故障 D.計數(shù)器定時查詢方式解： B A C10. 采月串行接口進行7位ASCII碼傳送，帶有1位奇校驗位，l位起始位和1位停止位,當傳輸率為9600波特時，字符傳送速率為_。A.960 B.873. C.1372 D.480解： A11系統(tǒng)總線中地址線的功能是_。A 選擇主存單元地址B 選擇進行

48、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)備接口電路的地址解： D12系統(tǒng)總線中控制器的功能是_。A 提供主存、I/O接口設(shè)備的控制信號和響應(yīng)信號B 提供數(shù)據(jù)信息C 提供時序信號D 提供主存、I/O接口設(shè)備的響應(yīng)信號解： D14. PCI是一個與處理器無關(guān)的_，它采用_時序協(xié)議和_式仲裁策略，并具有_能力。A.集中 B.自動配置 C.同步 D.高速外圍總線解：D C A B15. PCI總線的基本傳輸機制是_傳送。利用_可以實現(xiàn)總線間的_傳送，使所有的存取都按CPU的需要出現(xiàn)在總線上。PCI允許_總線_工作。A.橋 B.猝發(fā)式 C.并行 D.多條 E. 猝發(fā)式解： B A C D E

49、17PCI總線中三種橋的名稱是什么？橋的功能是什么？解：PCI總線有三種橋，即HOST / PCI橋（簡稱HOST橋），PCI / PCI橋和PCI / LAGACY橋。在PCI總線體系結(jié)構(gòu)中，橋起著重要作用：（1） 接兩條總線，使總線間相互通信；（2）是一個總線轉(zhuǎn)換部件，可以把一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間上，從而使系統(tǒng)中任意一個總線主設(shè)備都能看到同樣的一份地址表。（3） 利用橋可以實現(xiàn)總線間的卒發(fā)式傳送。19總線的一次信息傳送過程大致分哪幾個階段？若采用同步定時協(xié)議，請畫出讀數(shù)據(jù)的同步時序圖。解：分五個階段：請求總線、總線仲裁、尋址（目的地址）、信息傳送、狀態(tài)返回（錯誤報告）

50、。讀數(shù)據(jù)的同步時序圖為：20某總線在一個總線周期中并行傳送8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為70MHZ ，求總線帶寬是多少？解：設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時鐘周期用T = 1/f表示，一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，根據(jù)定義可得：Dr T / D = D 1/8B70106/s = 560MB/第七章1. 計算機的外圍設(shè)備是指（ ）A輸入/輸出設(shè)備 B. 外存儲器C. 輸入/輸出設(shè)備及外存儲器 D. 除了CPU和內(nèi)存以外的其他設(shè)備解： D2打印機根據(jù)印字方式可以分為（ ）和（ ）兩大類，在（ ）類打印機中，只有（）型打印機能打印漢字，請從下面答案中選擇填空。

51、A 針型打印機 B. 活字型打印機C. 擊打式 D. 非擊打式解：C D C A7試推導(dǎo)磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時間的公式。解：設(shè)讀寫一塊信息所需總時間為Tb，平均找道時間為Ts，平均等待時間為TL，讀寫一塊信息的傳輸時間為Tm，則：Tb=TsTLTm。假設(shè)磁盤以每秒r轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個字，則數(shù)據(jù)傳輸率=rN個字/秒。又假設(shè)每塊的字數(shù)為n，因而一旦讀寫頭定位在該塊始端，就能在Tm（n / rN）秒的時間中傳輸完畢。TL是磁盤旋轉(zhuǎn)半周的時間，TL=（1/2r）秒，由此可得：Tb=Ts1/2rn/rN 秒8某磁盤存貯器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn) / 分，共有4個記錄面，每毫米5道，每道記錄信

52、息為12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道。問：（1） 磁盤存貯器的容量是多少？（2） 最高位密度與最低位密度是多少？（3） 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（4） 平均等待時間是多少？（5） 給出一個磁盤地址格式方案。解：（1） 每道記錄信息容量 = 12288字節(jié)每個記錄面信息容量 = 27512288字節(jié)共有4個記錄面，所以磁盤存儲器總?cè)萘繛?：4 27512288字節(jié) = 13516800字節(jié)（2） 最高位密度D1按最小磁道半徑R1計算（R1 = 115mm）：D1 = 12288字節(jié) / 2R1 = 17字節(jié) / mm最低位密度D2按最大磁道半徑R2計算：R2 = R1 + （

53、275 5） = 115 + 55 = 170mmD2 = 12288字節(jié) / 2R2 = 11.5 字節(jié) / mm（3） 磁盤傳輸率 C = r Nr = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288字節(jié)（信道信息容量）C = r N = 50 12288 = 614400字節(jié) / 秒（4）平均等待時間 = 1/2r = 1 / (250) = 10毫秒（5）磁盤存貯器假定只有一臺，所以可不考慮臺號地址。有4個記錄面，每個記錄面有275個磁 道。假定每個扇區(qū)記錄1024個字節(jié)，則需要12288 1024字節(jié) = 12個扇區(qū)。由此可得如 下地址格式：14有一臺磁盤機，其平均尋道時間為了30ms,平均旋轉(zhuǎn)等待時間為120ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為500B/ms，磁盤機上存放著1000件每件3000B 的數(shù)據(jù)。現(xiàn)欲把一件數(shù)據(jù)取走，更新后在放回原地，假設(shè)一次取出或?qū)懭胨钑r間為：平均尋道時間+平均等待時間+數(shù)據(jù)傳送時間 另外，使用CPU更新信息所需時間為4ms, 并且更新時間同輸入輸出操作不相重疊。 試問：（1） 盤上全部數(shù)據(jù)需要多少時間？（2）若磁盤及旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)據(jù)傳輸率都提高一倍，更新全部數(shù)據(jù)需要多少間？解：（1）磁盤上總數(shù)據(jù)量 = 10003000B = 3000000B