第6章习题讲评(清)

2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,计算机组成原理习题串讲,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,6-7以一条典型的单地址指令为例，简要说明下列部件在计算机的取指周期和执行周期中的作用。程序计数器PC；指令寄存器IR；算术逻辑运算部件ALU；存储器数据寄存器MDR；存储器地址寄存器MAR。,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,程序计数器PC，存放指令地址；指令寄存器IR，存放当前指令；算术逻辑运算部件ALU，进行算逻运算；存储器数据寄存器MDR，存放写入或读出的数据/指令；存储器地址寄存器MAR，存放写入或读出的数据/指令的地址。,以单地址指令加1为例（INCA），该指令分为三个周期：取指周期、分析周期、执行周期。,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,取指周期分析周期执行周期PC(PC)MAR-IR指令MDRIR-ALU(PC)+1-(A)+1MAR指令地址MARAMAR-MDR指令MDR(A)MDR(A)+1MDR,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,6-9指令和数据都存放在主存，如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据？,指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分的方式：从主存中取出的机器周期不同取指周期取出的是指令，分析或执行周期取出的是数据。取指令和数据时地址的来源不同指令地址来源于程序计数器，数据地址来源于地址形成部件。,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,6-12某计算机的CPU内部结构如图示。两组总线之间的所有数据传送通过ALU。ALU还具有完成以下功能的能力：F=AF=BF=A+1F=B+1F=A-1F=B-1写出转子指令（JSR）的取指和执行周期的微操作序列。JSR指令占两个字，第一个字是操作码；第二个字是子程序的入口地址。返回地址保存在存储器堆栈中，堆栈指示器始终指向栈顶。,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,IR,MDR,MAR,PC,SP,Y,ALU,A,B,F,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,JSR指令占两个字。第一个字是操作码；第二个字是子程序的入口地址。,指令需分两次取出。,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,PCout，F=B，MARin，Read；PCout，F=B+1，PCin，Wait；MDRout，F=B，IRin；PCout，F=B，MARin，Read；PCout，F=B+1，PCin，Wait；MDRout，F=B，Yin；SPout，F=B-1，SPin，MARin；PCout，F=B，MDRin，Write；Yout，F=A，PcinEnd,取指令的第一个字,取指令的第二个字,返回地址压入堆栈,子程序的首地址PC,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,6-13某机主要部件如图所示。请补充各部件间的主要连接线，并注明数据流动方向。拟出指令ADD(R2)+,(R1)的执行流程（含取指过程与确定后继指令地址）。该指令的含义是进行加法操作，源操作数地址和目的操作数地址分别在寄存器R1和R2中，目的操作数寻址方式为自增型寄存器间址。,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,其中：LAA输入选择器LBB输入选择器C、D暂存器,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,(R1)+(R2)(R2)(R2)+1R2,习题讲评,(PC)MARRead(MAR)MDRIR(PC)1PC(R1)MARRead(MAR)MDRC,指令ADD(R2)+,(R1),源操作数地址,目的操作数地址,取指令,取被加数,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,(R2)MARRead(MAR)MDRD(R2)+1R2C+DMDRWriteMDR(MAR),取加数,修改目的地址,求和并保存结果,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,6-20某机有8条微指令I1I8，每条微指令所含的微命令控制信号如下表所示：,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,aj分别代表10种不同性质的微命令信号，假设一条微指令的操作控制字段为8位，请安排微指令的操作控制字段格式，并将全部微指令代码化。,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,本系统中有10种不同性质的微命令信号，但一条微指令的操作控制字段只有8位，所以不能采用直接控制法。微指令中有多个微命令是兼容的微命令，必须同时出现，如微指令I1中的ae，故也不可以采用最短编码法。将互斥的微命令安排在同一组内，兼容的微命令安排在不同的组内。最终选用字段编码法和直接控制法相结合的方法。,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,I1：11100101I2：10110010I3：00000111I4：01000000I5：01011001I6：10001111I7：01100011I8：10000111,2008.10,北京理工大学计算机科学技术学院,习题讲评,6-21在微程序控制器中，微程序计数器PC可以用具有加1功能的微地址寄存器MAR来代替，试问程序计数器PC是否可以用具有加1功能的存储器地址寄存器MAR代替？不可以。主存中既有指令又有数据，它们都以二进制代码形式出现，但取指令和数据时地址的来源不同。取指令：(PC)MAR取数据：地址形成部件MAR所以不能用MAR代替PC。,19,磁介质存储设备,设某磁盘有两个记录面，存储区内直径为2.36in，外直径为5in，道密度为1250TPI，位密度为52400bpi，转速为2400RPM。请解答：（1）每面有多少磁道，每个磁道能存储多少字节？（2）数据传输率为多少？（3）设寻道时间在10ms40ms之间，在一个磁道上写上8000B数据，平均需要多少时间？,北京理工大学计算机科学技术学院,20,8.2磁介质存储设备,解（1）每面磁道数=道密度（外直径-内直径）/2=1250（5-2.36）/2=1650通常位密度是指磁盘的最大位密度，即内径处的位密度。每道存储的字节数=内直径位密度=2.365240048562B（2）数据传输率=每磁道容量转速=485622400/60=1942480B1.94MB/S,北京理工大学计算机科学技术学院,21,8.2磁介质存储设备,（3）平均寻道时间=（10+40）/2=25ms平均等待时间=磁盘旋转一圈所需要的时间的一半=（1/2）（60/2400）1000ms=12.5ms数据传输时间=传输数据量/数据传输率=(8000/（1.94106)103=4.12ms,Tsmax+Tsmin2,北京理工大学计算机科学技术学院,22,8.2磁介质存储设备,写入8000字节所需要的时间T=平均寻道时间+平均等待时间+数据传输时间=25ms+12.5ms+4.12ms41.6ms,北京理工大学计算机科学技术学院,23,磁介质存储设备,某盘片组有5个盘片，其中有一个伺服面，其他盘面为记录数据的盘面，磁盘转速为7200RPM。磁盘存储区内直径为4.1cm，外直径为8.9cm，道密度为40TPM，位密度为300BPM，试计算：（1）数据盘面数和柱面数是多少？（2）盘组容量是多少字节？（3）平均等待时间为多少毫秒？（4）数据传输率是多少字节/秒？（5）给出一个磁盘地址格式方案？,北京理工大学计算机科学技术学院,24,8.2磁介质存储设备,解（1）5个盘片有10个面，其中伺服面不能存放数据，则总共只有9个数据盘面。柱面数=每面上的磁道数=道密度（外道半径-内道半径）=40（89-41）/2=960（2）盘组容量=数据盘面数磁道数内径周长位密度=996041300=41711760B（3）平均等待时间=旋转一圈时间的一半=60/（27200）=4.167ms,北京理工大学计算机科学技术学院,25,8.2磁介质存储设备,（4）数据传输率为每秒传输的数据量，即每磁道的数据和传输这些数据的时间的比值。数据传输率=413007200/60=579330B/s（5）磁盘地址由驱动器号、柱面号、记录面号和扇区号组成。假定本题只有一台磁盘存