計算機組成原理白中英版第五版課后答案.pdf

第1章 計算機系統(tǒng)概論 2015年3月25日星期三2 4. 馮諾依曼型計算機的主要設計思想是什 么？它包括哪些主要組成部分？ null馮諾依曼計算機的主要設計思想 null存儲程序并按地址順序執(zhí)行 null馮諾依曼計算機主要包括 null存儲器、運算器、控制器、輸入和輸出五部分組成 2015年3月25日星期三3 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？ null存儲容量 null存儲器所能保存二進制數(shù)據(jù)的總數(shù); null常用單位為KB、MB等。 null單元地址 null用于識別存儲器中每個存儲單元的編號，即單元地址。 null數(shù)據(jù)字 null表示計算機所要處理數(shù)據(jù)的計算機字，稱為數(shù)據(jù)字。 null指令字 null表示一條指令的計算機字，稱為指令字。 2015年3月25日星期三4 6. 什么是指令？什么是程序？ null指令 null由操作碼和操作數(shù)兩部分構成 null能夠表示計算機中的一個基本操作的代碼或二 進制串。 null程序 null用于求解某一問題的一串指令序列，稱為該問 題的計算程序，簡稱為程序。 2015年3月25日星期三5 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)？ null計算機對指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠指令的執(zhí)行階段 來決定的； null在取指階段，從存儲器中讀取的均是CPU要執(zhí) 行的指令； null在執(zhí)行階段，從存儲器中讀取的一定是指令執(zhí) 行所需要的操作數(shù)； 2015年3月25日星期三6 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。 null內(nèi)存： null用于存放系統(tǒng)當前運行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導體存儲 器，稱為內(nèi)存儲器，簡稱內(nèi)存； null外存 null用于存放程序和數(shù)據(jù)，但不能被CPU直接訪問的大容量 存儲器，稱為外存儲器，簡稱為外存； null外存一般包括磁盤存儲器和光盤存儲器。 nullCPU null運算器和控制器合稱為中央處理器，簡稱CPU。 null適配器 null主機和不同速度的外設之間的一種部件，用于主機和外設 之間的信息轉換。 第2章 運算方法和運算器 2015年3月25日星期三8 1. 用8位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、 補碼。 -1 -127 127 -35 1111 11111111 11101000 0001-000 0001 1000 00011000 00001111 1111-111 1111 0111 11110111 11110111 1111+111 1111 1101 11011101 11001010 0011- 010 0011 補碼反碼原碼真值 2015年3月25日星期三9 null若a 7 0，則X為正數(shù)，顯然a 0 a 6 取任何值均可。 null若a 7 1，則X為負數(shù)，X 移 0. a 6 a 5 a 0 0.5D = 0.100000B，則0.5D 移 0.100000 若要X>0.5，即等價于X 移 > 0.5D 移 即0. a 6 a 5 a 0 >0.100000，因此必須是a 5 a 0 不全為0。 null 結論： null如果a 7 0， a 6 a 0 取任何值均可； null如果a 7 1 ，必須滿足a 6 =1 且a 5 a 0 不全為0。 2. 設X 補 a 7 .a 6 a 5 a 0 ，其中a i 取0或1， 若要X>-0.5，求a 0 a 1 a 2 a 7 的取值。 2015年3月25日星期三10 3. 有一個字長為32位的浮點數(shù)，符號位1位；階碼8位，用移碼 表示；尾數(shù)23位，用補碼表示；基數(shù)為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。 null設移碼采用移128碼，且機器數(shù)格式如右： 最大值（最大正數(shù)） null0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 null即 x = (1-2 -23 ) * 2 127 null二進制表示： x = (1-0.0000 0000 0000 0000 0000 001) * 2 111 1111 最小值（最小負數(shù)） 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 null即 x = 1 * 2 127 null二進制表示： x = -1* 2 111 1111 尾數(shù)M(23位)階碼E(8位)符號位S(1位) 2015年3月25日星期三11 3. 有一個字長為32位的浮點數(shù)，符號位1位；階碼8位，用移碼表 示；尾數(shù)23位，用補碼表示；基數(shù)為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。 null設移碼采用移128碼，且機器數(shù)格式如右： 規(guī)格化數(shù)表示范圍 null最大正數(shù)： 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 即 x = (1-2 -23 ) * 2 127 null最小正數(shù)： 0 0000 0000 100 0000 0000 0000 0000 0000 即 x = 2 -1 * 2 -128 null最大負數(shù)： 1 0000 0000 011 1111 1111 1111 1111 1111 即 x = -(2 -1 +2 -23 ) * 2 -128 null最小負數(shù)： 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即 x = 1 * 2 127 null規(guī)格化的正數(shù)范圍2 -129 (1-2 -23 ) * 2 127 負數(shù)范圍2 127 (2 -1 +2 -23 ) * 2 -128 尾數(shù)M(23位)階碼E(8位)符號位S(1位) 2015年3月25日星期三12 4、將下列十進制數(shù)表示成IEEE754標準的 32位浮點規(guī)格化數(shù)。 null 27/64 null27/64 = 0.011011B = 1.1011 * 2 -2 nulle=2，則Ee127125 null 規(guī)格化數(shù) null27/64 null27/64 =0.011011B =1.1011 * 2 -2 null 規(guī)格化數(shù) 符號位 階碼(8) 尾數(shù)(23) 0 0111 1101 1011 0000 0000 0000 0000 000 符號位 階碼(8) 尾數(shù)(23) 1 0111 1101 1011 0000 0000 0000 0000 000 2015年3月25日星期三13 y 補 00.00011 5、已知x和y，用變形補碼計算xy，同 時指出結果是否溢出。 x=0.11011 y=0.00011 nullx 補 00.11011 ，y 補 00.00011 nullx+y 補 00.11110，未溢出 x+y = +0.11110 x 補 00.11011 00.11110 2015年3月25日星期三14 x=0.11011 y=0.10101 nullx 補 00.11011 ，y 補 11.01011 nullx+y 補 00.00110 ，未溢出 x+y = +0.00110 y 補 11.01011 5、已知x和y，用變形補碼計算xy，同 時指出結果是否溢出。 x 補 00.11011 00.00110 2015年3月25日星期三15 x=0.10110 y=0.00001 nullx 補 11.01010 ，y 補 11.11111 nullx+y 補 11.01001 ，未溢出 x+y = - 0.10111 y 補 11.11111 5、已知x和y，用變形補碼計算xy，同 時指出結果是否溢出。 x 補 11.01010 11.01001 2015年3月25日星期三16 6、已知x和y，用變形補碼計算xy，同 時指出結果是否溢出。 x=0.11011 y=0.11111 nullx 補 00.11011，y 補 00.11111 nullx-y溢出（上溢） x 補 00.11011 y 補 00.11111 01.11010 2015年3月25日星期三17 6、已知x和y，用變形補碼計算xy，同 時指出結果是否溢出。 x=0.10111 y=0.11011 nullx 補 00.10111，y 補 11.00101 nullx-y 補 11.11100 ，未溢出 x-y = - 0.00100 x 補 00.10111 y 補 11.00101 11.11100 2015年3月25日星期三18 6、已知x和y，用變形補碼計算xy，同 時指出結果是否溢出。 x=0.11011 y=0.10011 nullx 補 00.11011，y 補 00.10011 nullx-y 補 溢出（上溢） x 補 00.11011 y 補 00.10011 01.01110 2015年3月25日星期三19 7、用原碼陣列乘法器計算xy。 x11011 y11111 null 機器內(nèi)部補碼數(shù)據(jù)： x 補 0 11011 y 補 1 00001 null 符號位單獨運算： 011 null 算前求補器輸出： |x|=11011 |y|=11111 null 乘法陣列： |x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 null 算后求補器輸出： xy 補 1 0010111011 xy = - 1101000101 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 2015年3月25日星期三20 7、用原碼陣列乘法器計算xy。 x11111 y11011 null 機器內(nèi)部補碼數(shù)據(jù)： x 補 1 00001 y 補 1 00101 null 符號位單獨考慮：110 null 算前求補器輸出： |x|= 11111 |y|= 11011 null 乘法陣列： |x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 null 算后求補輸出： xy 補 0 1101000101 xy = 0 1101000101 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 2015年3月25日星期三21 9-1、x=2 -011 0.100101，y=2 -010 (-0.011110)，求x+y null設尾數(shù)階碼均使用雙符號位的補碼表示 x 浮 11 101，00.100101 y 浮 11 110，11.100010 1)求階差并對階 EExEyEx 補 Ey 補 11 101 00 01011 111 修改后的x表示為： x 浮 11 110，0.010010(1) 2)尾數(shù)求和 M S = Mx+My =11 . 1101 00 (1) 3)規(guī)格化處理 執(zhí)行2次左規(guī)處理， M S = 11 . 0 1 0 0 1 0 (0)， E S = 11 100 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結果為 xy2 100 （0.101110） 00. 0 1 0 0 1 0 11. 1 0 0 0 1 0 11 . 1 1 0 1 0 0 采用0舍1入法處理，則舍去0 階碼符號位為11，不溢出 2015年3月25日星期三22 9-1、x=2 -011 0.100101，y=2 -010 (-0.011110)，求x-y null設尾數(shù)階碼均使用雙符號位的補碼表示 x 浮 11 101，00.100101 y 浮 11 110，11.100010 1)求階差并對階 EExEyEx 補 Ey 補 11 101 00 01011 111 修改后的x表示為： x 浮 11 110，0.010010 (1) 2)尾數(shù)求差 M S = Mx My =00. 110000 (1) 3)規(guī)格化處理 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結果為 xy2 010 0. 110001 00. 0 1 0 0 1 0 00. 0 1 1 1 1 0 00. 1 1 0 0 0 0 采用0舍1入法處理，則進位，M S = 00.110001 階碼符號位為11，不溢出 M y 補 M x 補 不需規(guī)格化 2015年3月25日星期三23 9-2、x=2 -101 (-0.010110)、y=2 -100 0.010110 ，求x+y null設尾數(shù)階碼均使用雙符號位的補碼表示 x 浮 11 011,11.101010 y 浮 11 100 ,00.010110 1)求階差并對階 EE x E y E x 補 E y 補 11 011 00 10011 111 即E為1，x的階碼小，應使M x 右移1位，E x 加1， x 浮 11 100，1.110101 （0） 2)尾數(shù)求和 M S = Mx+My =00. 0 0 1 0 1 1 （0） 3)規(guī)格化處理 執(zhí)行2次左規(guī)處理， M S = 00 . 1 0 1 0 0 0 (0)，E S = 11 010 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結果為 xy2 110 （0.101100） 11. 1 1 0 1 0 1 （0） 00. 0 1 0 1 1 0 00. 0 0 1 0 1 1 （0） 采用0舍1入法處理，則舍去0 階碼符號位為11，不溢出 2015年3月25日星期三24 9-2、 x=2 -101 (-0.010110) y=2 -100 0.010110 ，求x-y null設尾數(shù)階碼均使用雙符號位的補碼表示 x 浮 11 011,11.101010 y 浮 11 100 ,00.010110 1)求階差并對階 EE x E y E x 補 E y 補 11 011 00 10011 111 即E為1，x的階碼小，應使M x 右移1位，E x 加1， x 浮 11 100，1.110101 （0） 2)尾數(shù)求差 M S = Mx-My =11. 0 1 1 1 1 1 （0） 3)規(guī)格化處理 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結果為 xy 2 100 （0.100001） 11 . 1 1 0 1 0 1 11. 1 0 1 0 1 0 11. 0 1 1 1 1 1 M y 補 M x 補 采用0舍1入法處理，則舍去0 階碼符號位為11，不溢出 不需規(guī)格化 第3章 內(nèi)部存儲器 2015年3月25日星期三26 1、設有一個具有20位地址和32位字長 的存儲器，問： 該存儲器能存儲多少字節(jié)的信息？ null存儲容量 = 存儲單元個數(shù)每單元字節(jié)數(shù) = 2 20 32 bit 如果存儲器有512K8位SRAM芯片組成，需要多少片? null需要做存儲芯片的字位擴展； 位擴展：4片512K8位芯片構成512K32位的存儲組； 字擴展：2組512K32位存儲組構成1M32位的存儲器； null因此，共需要24=8片給定的SRAM芯片 需要多少位地址做芯片選擇？ null字擴展的是2個存儲組，因此，需1位地址做片選。 4M字節(jié) 8 32 *2 20 null 8片4*2 8*512K 32*1024K nullnull 2015年3月25日星期三27 null由16K8位的芯片字位擴展構成64K32位的存儲器； null位擴展：由4片16K8位的芯片構成16K32位的存儲組； null字擴展：由4組16K32位存儲組構成16K32位的存儲器； null因此，4個存儲組的片選信號應由最高兩位地址A 14 和A 15 產(chǎn)生； null該存儲器的組成邏輯框圖如下： 3、用16K8位的DRAM芯片構成64K32位存儲器，問： （1）畫出該存儲器的組成邏輯框圖。 2:4 譯 碼 器 A 14 A 15 CS 3 CS 2 CS 0 CS 1 A 13 A 0 D 0 D 7 /WE 2015年3月25日星期三28 位擴展 16K8 RAM A 13 A 0 D 7 D 0 /WE /CS 16K8 RAM A 13 A 0 D 7 D 0 /WE /CS A 13 A 0 D 7 D 0 D 15 D 8 16K8 RAM A 13 A 0 D 7 D 0 /CS /WE 16K8 RAM A 13 A 0 D 7 D 0 /CS /WE D 23 D 16 D 31 D 23 /CS /WE 2015年3月25日星期三29 字擴展 16K32 存儲組 A 13 A 0 D 31 D 0 /WE /CS 16K32 存儲組 A 13 A 0 D 31 D 0 /WE /CS 16K32 存儲組 A 13 A 0 D 31 D 0 /WE /CS 16K32 存儲組 A 13 A 0 D 31 D 0 /CS /WE /WE A 13 A 0 D 31 D 0 74LS139 /G 1 B A /Y 0 /Y 1 /Y 2 /Y 3 /MREQ A 14 A 15 2015年3月25日星期三30 3、用16K8的DRAM芯片構成64K32位存儲器，要求： (2)設儲器讀/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？ null假定16K8位的DRAM芯片的存儲矩陣是128行(1288)列； null若集中刷新，則有128行0.5us=64us的死時間，不合適； null若分散刷新，則每訪存一次需要1us，也不合適； null所以，應采用異步式刷新方式。 null假定DRAM芯片的刷新周期為2ms null兩行的刷新間隔為：2ms/128 = 0.015625ms=15.625us null若取15.5us作為實際的刷新間隔 null刷新存儲體一遍實際所用時間為： 15.5us1281984us = 1.984ms 2015年3月25日星期三31 6、用32K8位的EPROM芯片組成128K16 位的只讀存儲器，試問： 數(shù)據(jù)寄存器多少位？ null 因為系統(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？ null 因為存儲器容量為128K，需系統(tǒng)地址總線17位， null 所以地址寄存器17位 共需多少個EPROM芯片？ null 所需芯片總數(shù)： (128K/32K)(16/8)=8片 2015年3月25日星期三32 6、用32K8位的EPROM芯片組成128K16位的只讀存儲器， 試問：（4）畫出此存儲器的組成框圖。 CPU 地址 寄存器 數(shù)據(jù) 寄存器 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 32K 8 CS 3 CS 2 CS 1 CS 0 2:4 譯碼器 CS 0 CS 3 A 16 A 15 2015年3月25日星期三33 8、設存儲器容量為64M，字長為64位，模塊數(shù)m=8，分 別用順序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，總線傳送周期=50ns。求：順序 存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少？ null順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出m=8個字的數(shù)據(jù)信息量為： q = 864 = 512位 null順序存儲器所需要的時間為 t 1 = mT =8100ns =800ns =810 -7 s null故順序存儲器的帶寬為 W 1 = q/t 1 = 512/(810 -7 ) = 6410 7 bit/s null交叉存儲器所需要的時間為 t 2 = T+ (m-1)= 100ns + (8-1)50ns = 450ns =4.510 -7 s null故交叉存儲器的帶寬為 W 1 = q/t 2 = 512/(4.510 -7 ) = 113.810 7 bit/s 2015年3月25日星期三34 9、CPU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。 null命中率 h = N c /(N c +N m ) = 2420/(2420+80) = 0.968 null主存與Cache的速度倍率 r = t m /t c = 240ns/40ns = 6 null訪問效率 e = 1/(r+(1-r)h) = 1/(6+(1-6)0.968) = 86.2% null平均訪問時間 t a = t c /e = 40ns/0.862 = 46.4ns 2015年3月25日星期三35 10、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？ null由 t a = ht c +(1-h)t m ，可得 %75.93 20040 20050 null null null null null null null mc ma tt tt h 2015年3月25日星期三36 13、一個組相聯(lián)Cache由64個行組成，每組4行。 主存儲器包含4K個塊，每塊128字。請表示內(nèi)存地 址的格式。 null組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下： null每塊128字，假定主存以字進行組織 null塊內(nèi)的字地址需要7位 nullCache由64個行組成，每組4行 nullCache中共包含16組，需4位組號 null主存包含4K個塊 null主存塊號為12位 null主存標記位有124=8位 塊內(nèi)地址組號主存標記 7位4位8位 2015年3月25日星期三37 14、某機主存容量1MB，字長1B，塊大小16B， Cache容量64KB，若Cache采用直接映射方 式，請給出2個不同標記的內(nèi)存地址，它們映 射到同一個Cache行。 null直接映射下的主存地址格式如下： null每塊16B 塊內(nèi)的字節(jié)地址需要4位 nullCache容量64KB 共包含4K行 Cache塊號12位 null主存容量1MB 主存地址20位 主存標記位20124 = 4位 null兩個滿足題目要求的主存地址： 0000 1001 0000 1110 0000 0001 1001 0000 1110 0000 塊內(nèi)地址Cache行號主存標記 4位12位4位 2015年3月25日星期三38 15、假設主存容量16M32位，Cache容量 64K32位，主存與Cache之間以每塊432位大 小傳送數(shù)據(jù)，請確定直接映射方式的有關參數(shù)，并 畫出主存地址格式。 null直接映射下的主存地址格式如下： null每塊4字 塊內(nèi)的字地址需要2位 nullCache容量64KB Cache共包含16K個塊 Cache塊號需要14位 null主存16MB 主存地址為24位 主存標記位有24142 = 8位 塊內(nèi)地址Cache行號主存標記 2位14位8位 第4章 指令系統(tǒng) 2015年3月25日星期三40 3、指令格式結構如下所示，試分析指令 格式與尋址方式特點。 單字長雙地址碼的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。 源寄存器目標寄存器 OP 3 07 49 815 10 2015年3月25日星期三41 4、指令格式結構如下所示，試分析指令格式 與尋址方式特點。 雙字長雙地址碼的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個通用寄存器之一； 偏移量為16位。 變址寄存器源寄存器 OP 3 07 49 815 10 偏移量（16位） 2015年3月25日星期三42 6、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程序計數(shù)器，填寫下列尋址方式。 E=(R 1 )+D) 111基址間接尋址 E=(D)001間接尋址 E=(R 1 )+D 110基址尋址 E=(R)+D100變址尋址 E=(PC)+D010相對尋址 E=D000直接尋址 有效地址EXI 尋址方式 形式地址D尋址模式X間接特征I操作碼OP 2015年3月25日星期三43 7、某計算機字長為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計指令格式。 null40條指令 null指令操作碼需6位，2 6 =64，其中24種編碼未用； null4種尋址方式 null尋址特征需2位； null單字長單地址指令 null剩余8位作為形式地址； null設計方案： null方案1：專用變址寄存器； null方案2：通用寄存器作為變址寄存器； E=(PC)+D E=(R)+D D=Imm E=D 有效地址E 11相對尋址方式 10變址尋址方式 01立即尋址方式 00直接尋址方式 尋址特征X尋址方式 2015年3月25日星期三44 方案1：專用變址寄存器 null各操作數(shù)的尋址范圍： null立即數(shù)尋址方式 指令中的立即數(shù)不能超過8位； null直接尋址方式 直接地址為8位，可直接尋址范圍為2 8 個單元； null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，可直接尋址整個主存空間； null相對尋址方式 E=（PC）+D，可直接尋址整個主存空間； 8位 形式地址 2位 尋址特征 6位 OP 2015年3月25日星期三45 方案2：通用寄存器作為變址寄存器 null各操作數(shù)的尋址范圍： null立即數(shù)尋址方式 指令中的立即數(shù)不能超過4位； null直接尋址方式 直接地址為4位，可直接尋址范圍為2 4 個單元； null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，可直接尋址整個主存空間； null相對尋址方式 E=（PC）+D，可直接尋址整個主存空間； 4位 形式地址 4位 寄存器 2位 尋址特征 6位 OP 2015年3月25日星期三46 9、某機字長為32位，CPU中有16個32位通用寄存器，設計一 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型指令的最大存儲空間是多少？ null指令格式 null64種操作 操作碼占6位； null16個通用寄存器一個操作數(shù)和基址寄存器各占4位； null單字長指令 形式地址占32 6 4 4 = 18位； null操作數(shù)S的地址E （R1）D，其中R1為32位的； null若系統(tǒng)的地址總線32位，則可尋址整個主存； null若系統(tǒng)的地址總線32位，則可尋址的最大存儲空間為 2 32 +2 18 形式地址D基址寄存器R1操作數(shù)R操作碼OP 6位4位4位 18位 2015年3月25日星期三47 12、根據(jù)操作數(shù)所在的位置，指出其尋址方式。 1.操作數(shù)在寄存器中，為 尋址方式； 2.操作地址在寄存器，為 尋址方式； 3.操作數(shù)在指令中，為 尋址方式； 4.操作數(shù)地址（主存）在指令中，為 方 式； 5.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，基址，變址 第5章 中央處理機 2015年3月25日星期三49 2、參見圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫出存數(shù)指令STO 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) 2015年3月25日星期三50 存數(shù)指令STO R1，（R2） (PC)AR (M)DR (DR)IR 譯碼 (R2)AR (R1)DR DRMM 取指周期執(zhí)行周期 PC 0 G AR i R/W=1 DR 0 G IR i R2 0 G AR i R1 0 G DR i R/W=0 2015年3月25日星期三51 3、參見圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫出取數(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 2015年3月25日星期三52 取數(shù)指令LAD (R3)，R0的指令周期 (PC)AR (M)DR (DR)IR 譯碼 (R3)AR MMDR DRR0 取指周期執(zhí)行周期 PC 0 G AR i R/W=1 DR 0 G IR i R3 0 G AR i DR 0 G R0 i R/W=1 2015年3月25日星期三53 6、假設某機器有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，已知微指令長度為32位，請估算控制存儲 器容量。 null微指令的數(shù)目為803+1=241條； null微指令字長為32/8=4字節(jié)； null故，控制存儲器的容量為 2414=964字節(jié) null該容量為控制存儲器的最小容量。 2015年3月25日星期三54 8、某機有8條指令I1I8，每條 微指令所包含的微命令控制 信號如下表所示。aj分別 對應10種不同性質(zhì)的微命令 信號。假設一條微指令的控 制字段僅為8位，請安排微指 令的控制字段格式。 null微命令數(shù)目>操作控制字段，則采 用混合表示法設計微指令； null從左表中選擇互斥的微操作； nulla命令：與i互斥 nullb命令：與f、g、i、j互斥 nullc命令：與f、j互斥 nulld命令：與i、j互斥 nulle命令：與f、h、j互斥 nullf命令：與b、c、e、h、i、j互斥 nullg命令：與b、h、j互斥 nullh命令：與e、f、g、i互斥 nulli命令：與a、b、d、f、h、j互斥 nullj命令：與b、c、d、e、f、g、i互斥 null互斥信號組 nulle、f、h和b、i、j nulle、f、h和d、i、j nulle、f、h和b、g、j nulli、f、h和b、g、j I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 jihgfedcba 微指 令 2015年3月25日星期三55 8、某機有8條指令I1I8，每條微指令所包含的微命令控制信號 如下表所示。aj分別對應10種不同性質(zhì)的微命令信號。假 設一條微指令的控制字段僅為8位，請安排微指令的控制字 段格式。 null解法1： null將 （d, i, j）和（e, f, h）分別組成兩 個小組，進行譯碼，可得六個微命令 信號，剩下的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 組成如右圖所示： null解法2： null將 （b, i, j）和（e, f, h）分別組成兩 個小組，進行譯碼，可得六個微命令 信號，剩下的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 組成如右圖所示： a b c g 01d 01e 10 i 10 f 11 j 11 h * * * * * * * * 注意：00表示兩位 均不產(chǎn)生控制信號 2015年3月25日星期三56 12、今有4級流水線，分別完成取指、指令譯碼并取數(shù)、 運算、送結果四步操作。假設完成各步操作的時間 依次為100ns、100ns、80ns、50ns。請問： 流水線的操作周期應設計為多少？ null流水線的操作周期應按各步操作的最大時間來考慮，即流 水線時鐘周期性 ，故取100ns。 若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關，硬件上不采取措施，那么第2 條指令要推遲多少時間進行？ null遇到數(shù)據(jù)相關時，就推遲第2條指令的執(zhí)行； null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個時鐘周期。 如果再硬件設計上加以改進，至少需推遲多少時間？ null如采用專用通路技術，應保證取數(shù)之前結果已計算出來； null因此，至少需要延遲1個時鐘周期。 流水時空圖 2015年3月25日星期三57 流水時空圖 取指 譯碼并 取數(shù) 運算 送結果 取指 譯碼并 取數(shù) 運算 送結果 取指 譯碼并 取數(shù) 運算 送結果 取指 譯碼并 取數(shù) 運算 送結果 可能出現(xiàn)的 數(shù)據(jù)相關 2015年3月25日星期三58 13、指令流水線有取指（IF）、譯碼（ID）、執(zhí)行 （EX）、訪存（MEM）、寫回寄存器堆（WB） 五個過程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。 畫出流水處理的時空圖，假設時鐘周期為100ns。 2015年3月25日星期三59 13、指令流水線有取指（IF）、譯碼（ID）、執(zhí)行 （EX）、訪存（MEM）、寫回寄存器堆（WB） 五個過程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。 求流水線的實際吞吐量（單位時間內(nèi)執(zhí)行完畢的指令條數(shù)）。 求流水線的加速比。 條/秒10*8.33 10*100*1)20(5 20 1)n(K n H 6 9 null null null null null null 4.17 1520 5*20 1)n(K nK Tp Ts S null null null null nullnull 2015年3月25日星期三60 16、判斷以下三組指令中各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關？ I1 LDA R1 , A ;M(A)R1 I2 ADD R2 , R1 ;(R2)+(R1)R2 I3 ADD R3 , R4 ;(R3)+(R4)R3 I4 MUL R4 , R5 ;(R4) (R5) R4 I5 LDA R6 , B ;M(B)R6 I6 MUL R6 , R7 ;(R6) (R7) R6 寫后讀相關 讀后寫相關 寫后寫相關 第8章 輸入輸出系統(tǒng) 2015年3月25日星期三62 1、如果認為CPU等待設備的狀態(tài)信號是處于非工作狀態(tài)（即踏 步等待），那么在下面幾種主機與設備之間的數(shù)據(jù)傳送中， （ ）主機與設備是串行工作的；（ ）主機與設備是并 行工作的；（ ）主機程序與設備是并行運行的。 A、程序查詢方式 B、程序中斷方式 C、DMA方式 2、中斷向量的地址是（ ）。 A、子程序入口地址 B、中斷服務程序入口地址 C、中斷服務程序入口地址指示器 D、例行程序入口地址 4、采用DMA方式傳送數(shù)據(jù)時，每傳送一個數(shù)據(jù)就要占用一個 （ ）的時間。 A、指令周期 B、機器周期 C、存儲周期 D、總線周期 A C B B C 2015年3月25日星期三63 （1）將表中各級中斷處理程序的各中斷屏蔽值如何設置？ 每級對應一位，該位為0表示允許中斷，為1表示中斷屏蔽 8、設某機器有5級中斷：L0，L1，L2，L3，L4，其中斷響 應優(yōu)先次序為：L0最高，L1次之，L4最低，現(xiàn)在要求將中 斷處理次序改為L1L3L0L4L2，試問： 2015年3月25日星期三64 null按優(yōu)先次序先調(diào)用L0，L0屏蔽了 本級和低級中斷請求，而L1的中 斷請求未屏蔽，則L1發(fā)生中斷嵌 套響應； nullL1中斷時，不允許任何中斷，服 務完畢后，退回到L0的中斷服務 程序，這時，允許L3的中斷嵌套 響應； nullL3服務完畢后，返回L0中斷服務 程序； nullL0服務完畢后，按照順序應處理 L2，L2開放了更高級中斷L4，因 此響應了L4，L4響應完成后再繼 續(xù)執(zhí)行L2級中斷服務程序。 (2) 若這5級中斷同時發(fā)出中 斷請求，按更改后的次 序畫出進入各級中斷處 理程序的過程示意圖。 ( L1L3L0L4L2) 2015年3月25日星期三65 12、下列陳述中正確的是（ ） A、在DMA周期內(nèi)，CPU不能執(zhí)行程序 B、中斷發(fā)生時，CPU首先執(zhí)行入棧指令將程序計數(shù)器內(nèi) 容保護起來 C、DMA傳送方式中，DMA控制器每傳送一個數(shù)據(jù)就竊取 一個指令周期 D、輸入輸出操作的最終目的是要實現(xiàn)CPU與外設之間的 數(shù)據(jù)傳輸 14、IEEE1394是（ ）I/O標準接口，與SCSI（ ） I/O標 準接口相比，它具有更高的（ ），更強的（ ）， 體積（ ），連接方便。 A、并行 B、串行 C、數(shù)據(jù)傳輸速率 D、數(shù)據(jù)傳輸實時性 E、小 D D B C A E 2015年3月25日星期三66 14、Pentium系統(tǒng)有兩類中斷源： 由CPU外部的硬件信號引發(fā)的稱為_，它分為 _和_； 由指令引發(fā)的稱為_，其中一種是_， 另一種是_。 15、SCSI是系統(tǒng)級（ ），是處于主適配器和智能設備控制器 之間的（ ）IO接口。SCSI-3標準允許SCSI總線上連接的 設備由（ ）個提高到（ ）個，可支持（ ）位數(shù)據(jù) 傳輸。 A. 并行 B. 接口 C. 16 D. 8 E. 16 B A D C E 外部中斷 可屏蔽中斷 非屏蔽中斷 異常中斷 執(zhí)行異常 指令中斷 2015年3月25日星期三67 null通道方式 null利用通道來管理外設的工作，可以實現(xiàn)對外設的統(tǒng)一管理 和外設與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送，減輕了CPU的負擔，大大 提高了CPU的工作效率。 nullDMA方式 null需要硬件DMAC的控制管理主存與高速外設之間大批數(shù)據(jù) 交換； null數(shù)據(jù)傳送速度很高，傳送速率僅受到內(nèi)存訪問時間的限制。 null中斷方式 null一般適用于隨機出現(xiàn)的慢速外設的數(shù)據(jù)傳送服務； null一旦提出請求應立即進行，節(jié)省了CPU的時間開銷，但硬 件結構稍復雜一些。 16、比較通道、DMA、中斷三種基本I/O方式的異同點。