計算機組成原理課后習題答案(第五版白中英)

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1、計算機紐成慮理弟五版習罐彩素計算機組成原理第五版習題答案第一章1第二章3第三章14第四章19第五章21第六章27第七章A.31第八章34第九章、.36計算機紐成慮理弟五版習罐總素第一章1. 模擬計算機的特點是數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程也是連續(xù)的。數(shù)字計算機的主要特 點是按位運算，并J1不連續(xù)地跳動計算。模擬計算機用電壓表示數(shù)據(jù)，采用電壓組合和 測量值的計算方式，盤上連線的控制方式，而數(shù)字計算機用數(shù)字0和1表示數(shù)據(jù)，采用 數(shù)字計數(shù)的計算方式，程序控制的控制方式。數(shù)字計算機與模擬計算機相比，稱度高， 數(shù)據(jù)存儲崑大，邏輯判斷能力強。2. 數(shù)字計算機可分為專用計算機和通用計算機，是根據(jù)計算機的效率、

2、速度、價格、運行 的經濟性和適應性來劃分的。3. 科學計算、自動控制、測量和測試、信息處理、教育和衛(wèi)生、家用電器、人工智能。4. 主要設計思想是：采用存儲程序的方式，編制好的程序和數(shù)據(jù)存放在同一存儲器中，計算機町以在無人干預的情況卜自動完成逐條取出韋令和執(zhí)行指令的任務；在機器內部， 指令和數(shù)據(jù)均以二進制碼表示,指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放。主要組成部分有：運 算器、邏輯器、存儲器、輸入設備和輸出設備。/ yr5. 存儲器所有存儲單元的總數(shù)稱為存儲器的存儲容最。每個存儲單元都有編號，稱為單元 地址。如果某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字。如果某字為一條指令，稱為指令字。6. 計算機硬件可直接執(zhí)行的

3、每一個基本的算術込篦或邏輯運算操作稱為一條指令，而解算某一問題的一串指令序列，稱為程序。鳥7. 取指周期中從內存讀出的信息流是指令流，而在執(zhí)行器周期中從內存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流。x8. 半導體存儲器稱為內存，存儲容量更人的磁盤存儲器和光盤存儲器稱為外存，內存和外 共同用來保存二進制數(shù)據(jù)。運算器和控制器合在一起稱為中央處理器，簡稱CPU,它 用來控制計算機及進行算術邏輯運算。適配器是外用設備與主機聯(lián)系的橋梁，它的作用 相當于一個轉換器，使主機和外圉設備井行協(xié)調地工作。9. 計算機的系統(tǒng)軟件包括系綣程序和應用程序。系統(tǒng)程序用來簡化程序設計,簡化使用方 法，提高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴人計算機的功

4、能用用途；應用程序是用戶利用計 算機來解決某些問題而編制的程序。10. 在早期的計算機中，人們是直接用機器語言來編寫程序的，這種程序稱為手編程序 或目的程序；后來，為了編寫程序方便和提高使用效率，人們使用匯編語言來編寫程序, 稱為匯編程序：為了進一步實現(xiàn)程序自動化和便于程序交流，使不熟悉貝體計算機的人 也能很方便地使用計算機，人們又創(chuàng)造了算法語言，用算法語言編寫的程序稱為源程序, 源程序通過編譯系統(tǒng)產生編譯程序，也可通過解釋系統(tǒng)進行解釋執(zhí)行；隨著計算機技術 的日益發(fā)展，人們又創(chuàng)造出操作系統(tǒng)；隨著計算機在信息處理、情報檢索及各種管理系 統(tǒng)中應用的發(fā)展，要求人量處理某些數(shù)據(jù)，建立和檢索人量的表格，

5、于是產生了數(shù)據(jù)庫 管理系統(tǒng)。第一級是微程序設計級，這是一個實在的碩件級，它由機器碾件直接執(zhí)行微指令: 第二級是一般機器級，也稱為機器語言級，它由程序解釋機器指令系統(tǒng)；第三級足操作 系統(tǒng)級，它由操作系統(tǒng)實現(xiàn)：第四級是匯編語言級，它給程序人員提供一種符號形式語 言，以減少程序編寫的復雜性；第五級是高級語言級，它是面向用戶的，為方便用戶編 寫應用程序而設豐的。用一系列的級來組成計算機的接門對掌握計算機是如何組成的 提供了一種好的結構和體制，而且用這種分級的觀點來設計計算機對保證產生一個良好 的系統(tǒng)結構也足很有幫助的。2計算機如成原理笫五版習題怎余11. 內為任何操作可以由軟件來實現(xiàn)，也町以由硬件來實

6、現(xiàn)；任何指令的執(zhí)行町以由鎖 件完成，也可以由軟件來完成。實現(xiàn)這種轉化的媒介是軟件與破件的邏輯等價性。12. 計算機應用和應用計算機在概念上是不等價的。計算機應用是計算機學科與其他學科相結合的交叉學科，是計算機學科的組成部分，分 為數(shù)值計算和非數(shù)值應用兩大領域。應用計算機是借助計算機為實現(xiàn)特:定的信息系統(tǒng)功能的于段。在計算機系統(tǒng)的層次結構 中，應用計算機是賽級計算機系統(tǒng)層次結構的報終目標，是高級語肓級之上的服務層次。計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐第二章1. (1) -35 = (-100011).一 3 習原= 10100011-35補=11011100一 3 習反= 11011101(2)127

7、原= 01111111127反= 01111111127補= 01111111(3) -127 = (-1111111).-127原= 11111111-127補= 10000001-127反= 10000000(4 -1 = (-00000001 )2一 1原= 10000001-1補= 11111111一 1反= 111111102. x補=3o a1a:-a6解法一、(1)若ao0,則x0,也滿足x-0.5 此時aiae可任意(2)若3o = 1,則x -0.5,需a】=1即 a0 = 1, ai = 1, a2-*a 有一個不為 0解法二、-0.5 =-0.1(2) = -0.1000

8、00 = 1, 100000(1)若x = 0,則a0 = 0, aLN任意即可4計算機如成慮理弟五版習罐怎橐x補 =x = a0. aia:-a6（2）若xvo,則 x-0.5只需x 0x補=-X, 0.5補=01000000即-X補 01000000a0 * a * a2.a6 +1 01000000aQa2.a6 11000000即aoaltaz-ae不全為0或至少有一個為1 （但不是“其余取0”）3. 字長32位浮點數(shù)，階碼8位，用移碼表示，尾數(shù)23位，用補碼衷示.基為2EsElEsMsM21Mo（1）最人的數(shù)的二進制表示E- 11111111/Ms = 0, M = 11 1 （全

9、1）1 11111111 01111111111111111111111最小的二進制數(shù)/E- 11111111Ms= l,M = 000 （全 0）1 11111111 1000000000000000000000（3）規(guī)格化范圍/正最人 E 111, M 111, Ms - 08個22個q即：2八（1_2也）正最小E 000, M 1000. Ms - 08個21個即：2-：7x2_1負最大 E000, M - 011 1, Ms - 1Cl8個21個（最接近0的負數(shù)）即：_2幾（27+2心）負最小 E = 111, M = 000. Ms -18個22個即：2：7_1x（-1）規(guī)格化所表示

10、的范圉用集介表示為：2_2?x2-1 , 22 1 x （1 - 2-） U 221 x （-1）,-27x （2-1 + 222）計算機如成慮理弟五版習罐怎素4. 在IEEE754標準中，一個規(guī)格化的32位浮點數(shù)x的真值表示為：(-1VQf-127X= 7 x (l.M) xZ(1) 27/64=0.011011=1.1011 x 2*2E- -2+127 - 125- 0111 1101 S- 0M- 1011 0000 0000 0000 0000 000最后表示為：001111101 10110000000000000000000(2) -27/64=-0.011011=1.1011X

11、22E= -2+127 = 125= 0111 1101 S= 1M= 1011 0000 0000 0000 0000 000最后表示為：1 01111101 101100000000000000000005. (1)用變形補碼進行計算：” yx補=00 11011 y補00 00011區(qū)補=00 11011Wfy補=+00 00011儀+丫補=00 11110結果沒有溢出，x+y=U110x補=00 11011 y補=11 01011兇補=oo noilv補=+H01011x+y補oo oono結果沒有溢出，x+y二00110 ZSW(3) x?b=ll 01010 y補111111x補=

12、00 01010Y補-x+y補11 01001結果沒有溢出，x+y=-101116. x刃補=x補+y補(1) x補=00 11011-y補=00 11111X補=0011011卜刃補=+0011111x-y補01 11010結果有正溢出，x-y=11010(2) x補=00 10111-y補=11 00101X補00 10111卜 y補=+1100101x-y補11 11100結果沒有溢出，x-y=-001006計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐1 1 01 1(3) x補=00 11011y補=00 10011X補=00 11011y補= +00 10011 x-y補01 01110結果有正溢出

13、，x-y=100107. (1)用原碼陣列乘法器：x原=0 11011 y原=4 11111因符號位單獨考慮，|x|-11011 |y|-lllll0 0 00 01 1 1 1 1#計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐1 1 01 10 0 00 01 1 1 1 1#計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐1 1 01 1110 11x) 111111111 101 1 01110 10110 1110 11I1100 0 00 01 1 1 1 1#計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐1 1 01 10 0 00 01 1 1 1 1#計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐1 1 01 1xxy原=1 1101000101用

14、補碼陣列乘法器：x補=0 11011 y補=1 00001 乘積符號位為：1 lx =11011 |y =11111X)110 11111111 1 0 1 0 0 0 1 0 1xXy補=1 0010111011(2)用原碼陣列乘法器：X原=1 11111 y原=1 11011因符號位單獨考虎，|x|-lllll |y|-U011xxy原=0 1101000101用補碼陣列乘法器：x補T 00001 y補T 00101乘積符號位為：1lx =11111 |y =11011X)111110 0 00 01 1 1 1 19計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐1111 1110 1 0 0 0xXy補二

15、0 11010001018. (1) x原=兇補=0 11000卜丨 y 門補=1 00001被除數(shù)X 0 11000余數(shù)為負1 11001 -q0=0 左移1 10010+|y|補 0 11111余數(shù)為正0 10001 -ql=l 左移1 00010+|y|補 1 ooooi余數(shù)為正0 00011 -q2=l左移0 00110+卜 |y|補1 ooooi余數(shù)為負1 00111-q3=0 左移0 01110+|y|補 0 11111 余數(shù)為負1 01101 Tq4=0 左移 0 11010 J+|y|補 o him余數(shù)為負1 11001-q5=0+|y|補 0 11111(2)丨 x 門補=0

16、 01011+|y|補 I 001H10計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐1111 1余數(shù)0 11000故x*y原二1.11000 即 x-ry= -0. 11000 余數(shù)為0 11000卜I y門補=1 00111被除數(shù)X 001011余數(shù)為負1 10010-q0=0(2)丨 x 門補=0 01011+|y|補 I 001H11計算機紐成慮理弟五版習趙彩橐左移1 00100+|y|補 0 11001余數(shù)為負1 11101 -ql=0左移1 11010+|y|補0 11001余數(shù)為正0 10011 -q2=l 左移100110+|y|補 1 oom余數(shù)為止001101 -q3=l左移0 11010+

17、|y|補 1 00111余數(shù)為 lF 0 00001 -q4=l余數(shù)為0 00010左移0 000109. (1) x = 2 山0.100101, y = 2小*(-0011110)X浮 lllOhO.lOOlOl11101+00010=11111y.r = 11110,-0.011110Ex-Ey： x.f - 11110.0.010010(1)x+y00. 0 1 00 1 0(1)a+11.1 ooo i o1 1. 1 1 0 1 00(1)規(guī)格化處理：1.010010 階碼 11100x+y- 1.010010*2* - 2-O.lOllLOXV00. 0 1 00 1 0(1)+

18、 0 0. 0 1 1 1 1 000 1 1 0000(1) 規(guī)格化處理：0.110000 階碼 11110x-y=2*2*0.110001(2) x - 2-lol*(-O.OlOUO), y - 2UOO*0.010110x- 11011,-0.010110v.；= 11100,0.010110Ex-Ey= 11011+00100= 11111x.?= 111004.110101(0)x+y1 1. 1 1 0 1 0 1+ 00.0 1 0 1 1 00 0. 0 0 1 0 1 1規(guī)格化處理：0.101100 階碼 11010x+y- 0.101100*2”x-v1 1.1 1 0

19、1 0 1+ 1 11 0 1 0 1 01 1.0 1 1 1 1 1規(guī)格化處理：1.011111 階碼 11100x-v=-0.100001 *210. (1) Ex = 0011, Mx = 0.110100Ey = 0100. My = 0.100100Ez = Ex+Ey = 0111Mx*My0. 1 1 0 1專 0.100 10 110 1000000000001101 /00000001110101規(guī)格化： 26*0.111011(2) Ex = 1110, Mx = 0.011010Ey-0011, My-0.111100 Ez = Ex-Ev= 1110+1101 = 1

20、011JMx補=00.011010My補=00.11110aMy補=H.00010013計算機紐成慮理弟五版習罐怎余OOOl 10 10+-My110001001J計算機紐成慮理弟五版習罐怎余1101111010111100+Mv00111100111110000.01J計算機紐成慮理弟五版習罐怎余11110000+My00111100001011000.011J計算機紐成慮理弟五版習罐怎余01011000+-My11000100000111000.011+-My+My+-My0011100011000100111001100000 100 10.01101110010 1000 1 10 1

21、0001 1 0 00 1 0 000 1 0 1 10 00.011010.011011J計算機紐成慮理弟五版習罐怎余1J計算機紐成慮理弟五版習罐怎余商=0 110110*2Y余數(shù)=0.101100*211.BiThBitb)TAi1J計算機紐成慮理弟五版習罐怎余4位加法器如上圖,G = Ad + ACt + QCt=A；Bt + (A + Bf )C,_1=Ad + (A d)Ci(1) 串行進位方式P1=A!Bx (Ai+B】也對)Pz A2 BzPs = As BjPi = AiBiCi = Gi+PjCo其中：Gi = AjBG：二 A：B：Gi AiBiG G：+P：GG - Gs

22、+PsC,Ci = G1+P4C3并行進位方式C G1+P1C0C： Gz+P.Gi+PzPiCoC3 = 6+比5+刊匕5+比門匕5C4 = G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C01J計算機如成慮理弟五版習罐怎素計算機如成慮理弟五版習罐怎素12. (1)組成最低四位的74181進位輸出為：c4 = Cn7 = G+PCn = G+PCo, Co 為向第 0 位進位 其中，G -y3+y2X3+y1x2X3+yoXiX2x3 P-Xqxm，所以c5 = V4+X4C4c6 = y5+x5C5 = y5+x5*+x5X4C4(2) 設標準門延遲時間為T, “與或川“

23、門延遲時間為1.5T,則進位信號Co,由最低位傳 送至C6需經一個反相器、兩級“與或非”門，故產生Co的最長延遲時間為T+2*1.5T = 4T(3) 最長求和時間應從施加操作數(shù)到ALU算起：第一片74181有3級“與或非”門(產 生控制參數(shù)Xo, y0, Cn),第二、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，設其延遲時間為3T), 故總的加法時間為:t0 = 3*1.5T+2T+2*1.5T+1.5T+3T = 14T”J1*13. 設余三碼編碼的兩個運算數(shù)為X.和X，第一次用二進制加法求和運算的和數(shù)為S門進 位為Cm校正

24、后所得的余三碼和數(shù)為s，進位為cm,則有：x. = X“X訂 X,Xg丫產丫門丫二丫訂丫詢 srSi/sSirs/13XI Y訂當C昇=1時,Y13當c*= o時,s】 = sr+ooiis 產 sr+iioiXi0 Yi0町畫出余三碼編碼的十進制加法器單元電路如圖所示。根據(jù)以上分析.14.-S1=A1B1C1+ A1B1C1+ A1B1C1+ A1B1C1圖如下:計算機如成慮理弟五版習罐彩素#計算機如成慮理弟五版習罐彩素#計算機如成慮理弟五版習罐彩素15.設計思想：電路由三部分構成：ALU立成怎點加減法運算和邏輯運訂L；用的陣列乘 法器完成乘法運算，專用的陣列除法器完成除法操作。邏輯圖可參考

25、主教材圖2.7和圖2.9。 16設計思想：因為有八種運算，所以控制信號采用三位，S0,Sl.S2o加法和減法操作利用 4位補碼加減法器完成；加1操作可以單獨設計電路實現(xiàn)，也町以將被加數(shù)強制為+1利用 加減法器實現(xiàn)：傳送操作可以利用加減法器實現(xiàn)，第.加數(shù)強制為0；邏輯乘和取反操作可 設計單獨的邏輯運算電路，用與門和反相器實現(xiàn)；取補電路單獨設計，參見主教材圖2.6： 乘法操作可單獨設計高速乘法器，電路參見主教材圖2.7。17.設計思想：將74181的S3S0及M等五個控制信號縮減為S2S0三根信號，主教材 表2.5 （功能表中的算術運算和邏輯運算相應進行簡化，去除冗余操作和町替代操作： 000邏輯

26、0001: AB010: A+B011:AB100: A 加 B101:A 減E 減 1110:A 加 A111：A其中，000-011為四種邏輯運算，100 711為四種算術運算。根據(jù)功能表可以很容易地設 計出簡化的函數(shù)發(fā)生器。第三章l.(l)220 * = 4A/ 字節(jié)102黑32片51218(3) 1位地址作芯片選擇2.(1) 2：6/2：4=4 (塊)(224/2)x(64 位/8 位)32 (片)(3) 主存共需DRAM芯片為：4x32=128(片)每個內存條有32片DRAM芯片，容量為16Mx64位，需24根地址線(A23A0)完成內 存條內存儲單元尋址。一共有4塊內存條，采用2根

27、高位地址線(A25-A24),通過2： 4譯 碼器譯碼產生片選信號對各模塊板進行選擇。3.(1)根據(jù)題意，存儲總容最為64KB,故地址總線需16位?，F(xiàn)使用16K*8位DRAM芯片， 共需16片。芯片本身地址線占14位，所以采用位并聯(lián)與地址串聯(lián)相結合的方法來組成整 個存儲器，其組成邏輯圖如圖所示，其中使用一片2： 4譯碼器。(2) 根據(jù)己知條件，CPU在lus內至少訪存一次，而整個存儲器的平均讀/寫周期為0.5us, 如果釆用集中刷新，有64us的死時間，肯定不行如果采用分散刷新，則每lus只能訪存一次，也不行所以采用異步式刷新方式。假定16K*1位的DRAM芯片用128*128矩陣存儲元構成，

28、刷新時只對128行進行異步方 式刷新，則刷新間隔為2ms/128=15.6us,可取刷新信號周期15us。刷新一遍所用時間= 15usX128=1.92ms14計算機如成慮理弟五版習罐彩素#計算機如成慮理弟五版習罐彩素2： 4譯碼器10241324，U)128/C *8=32片#計算機如成慮理弟五版習罐怎橐如果選擇一個行地址進行刷新，刷新地址為Ao-As，因此這r行上的2048個存儲元同時進行刷新.即在8ms內進行512個周期。刷新方式可采用：在8ms中進行512次刷 新操作的集中刷新方式，或按8ms/512 = 15.5US刷新一次的異步刷新方式。5. 所設計的存儲器單元數(shù)為1M,字長為32

29、,故地址長度為20位（A19A0）,所用芯片存 儲單元數(shù)為256K字長為16位，故占用的地址長度為18位（A17A0）。由此可用位并 聯(lián)方式與地址串聯(lián)方式相結介的方法組成組成帑個存儲器，共8片RAM芯片，并使用一 片2： 4譯碼器。其存儲器結構如圖所示。丄CPU6qA8YO oYlh 頁。頁3 liTjfrD”D16（奇 16 位）Y2Y3C個個二 個二XlpoXUC52 JaLC531256k IJvT/l JI J256kw / R*16 yTcso Tpbsiyfez yfcswikikw 256k16256k*16_W/RD貫（低16位）W/R6. （1）系統(tǒng)16位數(shù)據(jù)所以數(shù)據(jù)寄存器1

30、6位（2）系統(tǒng)地址128K=217,所以地址寄存器17位（3）共需要8片（4）組成框圖如下7組內地址用A12-Ao(2) 小組譯碼器使用3： 8譯碼器RAMrRAM5各用兩片8K*8的芯片位并聯(lián)連接17計算機如成慮理弟五版習罐怎橐計算機如成慮理弟五版習罐怎橐8順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出m=8個字的信息總量都定: q = 64 位*8 = 512 位順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出8個字所需的時間分別是：ti-mT-SlOOns-8*計算機如成慮理弟五版習罐怎橐= T + (m - l)r = 100/5 +7* 50$ = 450ns = 4.5 *107 ns順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分

31、別是：叱=?/人=512 十(8*10T) = 64xl0位/sW2 =q/t2 = 512 -r (4.5 * 107= 113.8 x 107位/s9. cache的命中率=0.968_Nc *直 2420M + N,“ 一 2420 + 80Yr - 幾 240T 40cache/主存系統(tǒng)效率e為r + (l-r)H I 6 +(1-6)*0.968 QQ/oS62/o平均訪問時間G為計算機如成慮理弟五版習罐怎橐計算機如成慮理弟五版習罐怎橐40$0.862/5=46.4ns_ 50-200 40-200= 93.75%計算機紐成慮理弟五版習罐彩橐11 設収指周期為總線傳送周期為T.指令執(zhí)

32、行時間為5(1) t - (T+5 t +6to)*8O 80T+400 t +480 t0(2) t (T+7 t +8to)*6O 60T+420 t +480 t0 故不相等。12.D18計算機如成慮理弟五版習罐怎橐第四章1. 不合理。指令最好半字長或單字長，設16位比較令適。 2.70條指令，所以操作碼至少為7位。雙操作數(shù)指令格式可以為：無操作數(shù)指令格式町以為:73. (1)RR型指令(2) 寄存器尋址JX(3) 單字長二地址指令(4) 操作碼字段OP可以指定2=64種操作X4. (1)雙字長二地址指令，用于訪問存儲器。操作碼字段町指定64種操作。(2) RS型指令，一個操作數(shù)在通用寄

33、存器(共16個)，另一個操作數(shù)在主存中。(3) 有效地址可通過變址尋址求得，即冇效地址等于變址寄存器(共16個)內容加上位移 量。5. (1)雙操作數(shù)指令(2) 23-8種尋址方式(3) 2=16 種操作I / r6. (1)直接尋址方式(2) 相對尋址方式(3) 變址尋址方式(4) 基址尋址方式(5) 間接尋址方式(6) 基址間接尋址方式7.40條指令至少需要操作碼字段6位，所以剩下的長度為26位。主存的容量為61M字，則 設尋址模式(X) 2位，格式如下：3126 25 24 230OPXDX=0 0直接尋址有效地址E=DX=01立即尋址D字段為立即數(shù)X= 1 0變址尋址 令效地址E= (

34、RX) + D (可尋址64M個存儲單元)X= 1 1相對尋址 冇效地址E= (PC) +D (可尋址64M個存儲單元)其中RX為變址寄存器(32位)，PC為程序計數(shù)器(32位)。在相對尋址時，位移最D計算機如成原理弟五版習題怎余可正可負。8. (1?50種操作弓占6位，4嚴尋址方式盧2位。以單地址指令為例：| OP (6) | X (2)| D (24)-X = 00寄存器尋址方式。D字段實際使用4比特選擇16個通用寄存器。X = 01寄存器間接尋址方式。D字段實際使用4比特選擇16個通用寄存器E= (RX)o X=10立即尋址方式。D字段給出24位立即數(shù)。X=ll直接尋址方式。D字段給出2

35、4位內存地址。E-Do(2)尋址模式字段變成3位，可以支持更多的尋址方式。可増加相對尋址方式，其仃效地 址E = PC+D；還可使用內存間接尋址，此時有效地址E= (D)o9. 16個通用寄存器占4位，64種操作占6位，刺下22位用丁存儲器地址，OP (6)R (4)D (22)采用R為基址寄存器尋址，地址=(R)+D”當基址最大，D也是最大的時候，尋址能力最人而寄存器是32位的，丿 Qr故最大存儲空間是2324-2z: = 4GB-|-4MBo10. 表4.9的指令數(shù)為29,則指令的操作碼至少為5位。設這些指令支持立即尋址、寄存器 尋址、直接尋址、堆棧尋址、相對尋址、內存間接尋址、寄存器間接

36、尋址、變址尋址、 基址尋址等9種尋址方式。并設計算機字長為32位：64848OP目標尋址方式目標操作數(shù)源尋址方式源操作數(shù)(3) 立即(4) 直接相對、基址、變址20計算機如成慮理弟五版習罐怎橐第五章1. (1) IR、(2)AR、(3)DR、通用寄存器2. STO RP (R:)PC-ARPC0, G AR.1M-DRR/W =RDR-IRDRo.GAK令G ARL 1(RrDRRlo, G DR.|dr-mBjWW亠3. LAD (Rj), RoPC 亠 AR|m-drDR-IRR3-AR R3o, G AKM-DRLTBj W =RDR&DRo. G R0x4.21計算機紐成慮理弟五版習罐

37、怎橐22計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐#計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐5.節(jié)柏脈沖T3的寬度實際上等丁時鐘脈沖的周期或是它的倍數(shù)。此處T】 T： 200ns, T3 = 400ns,所以主脈沖源的頻率應為/ = * = 5MHz.。為了消除節(jié)拍脈沖上的毛刺，環(huán)形脈沖發(fā)生器采用移位寄存器形式。圖中畫出了題目要求 的邏輯電路圖與時序信號關系圖根據(jù)時序信號關系，T, T2, T,三個節(jié)拍脈沖的邏輯表 達式如下：用與門實現(xiàn)，0和T,則用C,的端和5的Q端加非門實現(xiàn)，其目的在于保持信號輸 出時延時間的一致性并與壞形脈沖發(fā)生器隔離。#計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐123456n_n_rum_n_23計算機紐成慮

38、理弟五版習罐怎橐#計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐* * * * *begOldOle10 i q10 fHjflllhb按IR6、IR5轉移*T1326. (80*3 + 1)* = 964字節(jié)87. M-GS3 = H+D+FS2 = A+B+H+D-E+F+GSI = A+E+F+GC H-D+Ey+Fy+G 4&經分析，（d.i,j）和（e, f, h）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，剩卜的a, b, c, 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 T：9. P1P2=l,按進位C轉移 微地址轉移邏輯圖：10將C, D兩個暫存器直接接到ALU的

39、A, B兩個輸入端上。與此同時，除C, D外, 其余7個寄存器都雙向接到單總線上。取指取源操作數(shù) 収目的操作數(shù)加存回修改送回繼指令地址11. (1)假設判別測試字段中每一位作為一個判別標志，那么由于有4個轉移條件，故該字段 為4位。卜地址字段為9位，肉為控存容量為512單元。微命令字段則是(48斗9)=35 位。(2) 對應上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖如圖所示。其中微地址寄存器對應下地 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。地址轉移邏輯的輸入是指令寄存器的OP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),其輸出修改微地址寄存器

40、的適當位數(shù)，從而實現(xiàn)微 程序的分支轉移。就是說，此處微指令的后繼地址采用斷定方式。13地址轉移 邏輯微命令信號1微地址寄存器卜1控制存儲器7 TTT TP字段控制字段1個個狀態(tài)條件抬令寄存器IR 0P12. (1)流水線的操作周期應按各步操作的最人時間來考虎，即流水線時鐘周期性t = maxrf = 100$(2) 遇到數(shù)據(jù)相關時.就停頓第2條指令的執(zhí)行，直到前面指令的結果己經產生，因此至少需要延遲2個時鐘周期。就對使流水線不發(fā)生停頓。(3) 如果在硬件設計上加以改進，如采用專用通路技術，13.(1)空間介/ / /、/、/1234512345123451234512345WB MEMEXID

41、IF2 3 4 5個7J、個202020202015 16 17 18時間T19 2026計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐200 tx t2 t3 t4 t5 t6 t： t8 t9(2)H (K + n-l)r (5 + 20-1)*100*10-9 833 10 條/秒,上=怛一=20巧*17 Tp (K + -l)r20 + 5-114.時間T空間WB EX ID IF2 3 4 5 6 7 8非流水線時間圖 /、八/ /12I,】5I】121313LI?151|1512I.15空間WB EX ID IF時間T234 S 678流水線時間圖#計算機紐成慮理弟五版習罐怎橐#計算機紐成慮理弟五版

42、習罐怎橐如上芮圖所示，執(zhí)行相同的指令.在8個單位時間內，流水計算機完成5條指令，而非27計算機如成慮理弟五版習罐蓉橐流水計算機只完成2條顯然，流水計算機比非流水計算機有更高的吞吐呈。15. 證：設11條指令，K級流水，每次流水時間t則用流水實現(xiàn)Tp = KT+(n-l) tHp = *Tp非流水實現(xiàn)Ts = K t nTsnHp_Tp_Ts_ Kiit _ Kn _ K HsnTp Kr + (n-l)r - K + 口一廠 K-lTsnn8 時 9 ooHsn=l時， =1 ,則可見nl時TsTp,故流水線有更高吞吐量16. (1)寫后讀 RAW(2)讀后寫 WARyACK/寫后寫waw/1

43、7. (1)FDEW7FDEEW13FDEEEWI.FDEEWFDEW】6FDEEW第六章1. 單總線結構：它是一組總線連接幣個計算機系統(tǒng)的各大功能部件，各大部件之間的所有 的信息傳送都通過這組總線。其結構如圖所示。單總線的優(yōu)點是允許I/O設備之間或I/O 設備與內存之間直接交換信息，只需CPU分配總線使用權，不需要CPU干預信息的交換。 所以總線資源是rhftX功能部件分時共享的。單總線的缺點是rh于全部系統(tǒng)部件都連接在 一組總線上，所以總線的負裁很覓，可能使其吞最達到飽和其至不能勝任的程度。故多為 小型機和微型機采用。CPU內存設備接11 設備接口系統(tǒng)總線29計算機如成慮理弟五版習罐蓉橐多

44、總線結構：多總線系統(tǒng)結構是通過橋，CPU總線，系統(tǒng)總線和高速總線彼此相連，各 人部件的信息傳送不是只通過系統(tǒng)總線：體現(xiàn)了高速，中速，低速設備連接到不同的總線 匕同時進行匸作，以提高總線的效率和吞吐最，而fl處理器結構的變化不影響高速總線。2. (1)簡化了碩件的設計。從硬件的角度看，面向總線是由總線接I I代替了專門的I/O接I I, 由總線規(guī)范給出了傳輸線和信號的規(guī)定，并對存儲器、I/O設備和CPU如何掛在總線上 都作了具體的規(guī)定，所以，而向總線的微型計算機設計只要按照這些規(guī)定制作CPU插 件、存儲器插件以及DO插件等，將它們連入總線即可工作，而不必考慮總線的詳細操 作。(2) 簡化了系統(tǒng)結

45、構。整個系統(tǒng)結構清晰，連線少，底板連線可以印刷化。(3) 系統(tǒng)擴充性好。一是規(guī)模擴充，二是功能擴充。規(guī)模擴充僅僅需要多插一些同類型的 插件；功能擴充僅僅需要按總線標準設計一些新插件。插件插入機器的位置往往沒有嚴 格的限制。這就使系統(tǒng)擴充既簡單又快速可靠，而且也便于查錯。系統(tǒng)更新性能好。因為CPU、存儲器、I/O接II等都足按總線規(guī)約掛到總線上的，因而 只要總線設計恰當，可以隨時隨著處理器芯片以及具他有關芯片的進展設計新的插件， 新的插件插到底板上對系統(tǒng)進行更新，而這種更新只需更新需要更新的插件，其他插件#計算機如成原理弟五版習越怎余和底板連線一般不需更改。3. “A”的ASCII碼為41H =

46、 01000001B, 1的個數(shù)為偶數(shù),故校驗位為0； “8”的ASCII 碼為38H-OO11IOOOB, 1的個數(shù)為奇數(shù)，故校驗位為1。說明：兩個設備共用總線，每個設備的總線接II部分 如右圖所示。通過鎖存器保存接收數(shù)據(jù)，并通過三態(tài) 門向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。每個設備的Rm控制端有效時，鎖 存器保存接收數(shù)據(jù)；每個設備的Rout信號有效時，鎖 存器保存的數(shù)據(jù)被送上總線。當Rout 號無效時，設 備與總線在電氣上斷開。CP DrRm 廠停起數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)校起數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)數(shù)校停止始據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)驗始據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)據(jù)驗止位位位位位位位位位位位位位位位位位位位023067012345674.邏輯圖如卜9. E、A

47、、C10. A/11. D/12. A13. 存儲總線周期用于対內存讀寫，I/O總線周期對接II中的端II進行讀寫。14. D、C、A、B/15. B、A、E、D、C16. A、B、C、D17. PCI總線上月HOST橋、PCI/LAGACY總線橋、PCDPCI橋。橋在PCI總線體系結構中 起著重要作用，它連接兩條總線，使彼此間相互通信。橋是一個總線轉換部件，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i殳 備都能看到同樣的一份地址表。橋可以實現(xiàn)總線間的猝發(fā)式傳送，可使所有的存取都按 CPU的需要出現(xiàn)在總線匕。由上町見，以橋連接實現(xiàn)的PCI總線結構只有很好

48、的擴充 性和兼容性，允許影條總線并行工作。分布式仲裁不需要中央仲裁器，每個潛在的主方功能模塊都冇口己的仲裁號和仲裁器。 當它們有總線請求時，把它們唯一的仲裁號發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個仲裁器將仲 裁總線卜得到的號與自己的號進行比較。如果仲裁總線上的號人，則它的總線請求不予 響應，并撤消它的仲裁號。敲后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上，分布式仲裁是以 優(yōu)先級仲裁策略為基礎。31計算機紐成慮理弟五版習罐彩余18. 總線的一次信息傳送過程，大致可分為：請求總線，總線仲裁，尋址，信息傳送，狀態(tài) 返回。啟動信號一I地址線數(shù)臧總線時鐘一riII廠L_i_認可119. 設總線帯寬用Di表示，總線時鐘周期用

49、T=l/f表示，個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D 表示，根據(jù)定義可得：Di = T/D = Dxl/f =8Bx70 = 560MHz/s20. PCI總線：是一種不依附于某個典體處理器的局部總線，支持10種外設，并能在高時鐘頻率下保持高性能。總線時鐘頻率為33.3MHz 66MHz,最大數(shù)據(jù)傳輸速率133MB/S, 采用時鐘同步方式，與CPU及時鐘頻率無關，總線寬度32位(5V) /64位(3.3V), 能自動識別外設?？偩€只有與處理器和存儲器子系統(tǒng)完全并行操作的能力，具有隱含的 中央仲裁系統(tǒng)，采用多路復用方式(地址線和數(shù)據(jù)線)減少了引腳數(shù)，支持64位尋址, 具有完全的多總線主控能力。Infini

50、Band標準：針對處理器和智能IQ設備之間數(shù)據(jù)流而提出的一種新體系結構，用于 在服務器中取代PCI總線，采用InfimBand結構將允許服務器提供更高的帶寬和可擴展 能力，并增強了存儲設備擴充的靈活性。InfiniBand允許服務器，遠程存儲器，其他網(wǎng) 絡設備接入到一個由開關和鏈路組成的中央開關網(wǎng)帶，可連接多達64000個服務器， 存儲系統(tǒng)和網(wǎng)絡設備。32計算機如成慮理弟五版習罐怎橐8.33計算機如成慮理弟五版習罐怎橐第七章1. D2. C、D、C. A1024*1024*2563. = 1MB8*84. 格式化容最=扇區(qū)容杲*每道扇區(qū)數(shù)*磁道總數(shù)=5129*100*2=921600B5. i

51、殳讀寫一塊信息所需總時間為g,平均找道時間為J平均等待時間為S讀寫一塊信息的傳輸時間為J，則tE+h+tm/假設磁盤以每秒轉速率旋轉，每條磁道容量為N個字，則數(shù)據(jù)傳輸率=IN個字/秒。又假設每塊的字數(shù)為m因而一旦讀寫頭定位在該塊始端.就能在-7/rN）秒的時間中傳輸完畢。U是磁盤旋轉半周的時間，n= （l/2r）秒。由此可得: /宀+卜+韋秒2r rN6 牆篇=27753/轉= 2775B/道2*220*2775 = 1.16NIB7. (1)275*12288*4 = 12.89MB廠(2) 最高位密度D1按最小磁道半徑R1計算(Rl = 115mm)：D1 - 12288 字節(jié) /2tiR

52、1 = 17 字節(jié) / nun最低位密度D2按最大磁道半徑R2計算：R2 = R1 + (275-5) = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288 字節(jié) /2nR2= 11.5 字節(jié) /mill(3) *12288 = 6000/5(4) -*1000=10/7/52 3000(5)601臺號柱面（磁道）號盤面（磁頭）號扇區(qū)號16 54 301615 14此地址格式表示有4臺磁盤，每臺有4個記錄而，每個記錄面址多可容納512個磁道, 每道有16個扇區(qū)。存取時間=平均查找時間+平均等待時間1 60= 60 + -* 1000 = 72.5ms2 24008.#計算機如成慮理弟五版

53、習罐總橐#計算機如成慮理弟五版習罐總橐彷=96*轡=480加$9.128000字節(jié)/秒= 64000字節(jié)加2m/s(2)傳送一個數(shù)據(jù)塊所需時間為-124字節(jié)丄秒128000字節(jié) / 秒125一個數(shù)據(jù)塊占用長度為/ = v*r = 2m/s = 0.016/?/125ySf/每塊間隙L = 0.014m,數(shù)據(jù)塊總數(shù)為” J*竽二= 19867塊AX/ +厶故磁帶存儲器有效存儲容量為f19867 塊K 字節(jié)=19867K 字節(jié)10. (1)磁盤內徑為：9英寸5英寸4英寸/內層磁道周長為2欣=2*3.14*5 = 31.4英寸每道信息量=1000位/英寸*31.4英寸=3.14*104位磁盤有100道/英寸審5英寸=500道盤片組總容量：20*500*3.14*104 = 3.14*10s位=314 兆位(2)每轉即每道含有信息量3.14*104位，即3.925*10JB=267轉/$ = 16020轉/分鐘3.925*10/轉 AgW11. (1)(30*10-5+10*10-5+3000/50