计算机组成与系统结构教材习题参考答案(陈书开)

习题参考答案习题1参考答案16、计算题，解假设某机器指令系统按指令周期长短分为4种，T110NS，T215NS，T316NS，T420NS，这4种指令在程序中出现的概率分别为120，216，340，424，计算出平均运算速度是多少MIPS解由式（11）先计算出TM。100215016160420024156NSMTINITF1由式（12）求得平均运算速度为VM1/TM1/（156109）6410（MIPS）习题2参考答案2、11010111，327,D73、125，28875，20543754、原码127127；补码128127；反码127127。7、01110,100101,1011108、01101，00001，011119、10101101，0001001110、X补A0A1A2A6解法一、（1）若A00,则X0,满足X05，此时A1A6可任意（2）若A01,则X05,需A11即A01,A11,A2A6有一个不为0解法二、0501201000001,100000（1）若X0,则A00,A1A6任意即可X补XA0A1A2A6（2）若X05只需X0X补X,05补01000000即X补640K，所以地址寄存器20位。（3）所需EPROM芯片数为（128K2B）/（64K2B）2（片）（4）设存储器地址空间分配如下128KEPROM512KSRAM题题46存储器组成框图存储器组成框图154322（5）各芯片存）各芯片存储储地址范地址范围围100000H0FFFFH210000H1FFFFH320000H3FFFFH440000H5FFFFH560000H7FFFFH680000H9FFFFH47解六、（10分）解CS1M8R/WD7D0CS1M8R/WD7D0R/WA23A22A0A19A0A19A0DB（1）简单译码器（门电路组成）SRAM的地址000000H7FFFFFHDRAM的地址800000HFFFFFFH48解存储器地址空间分布如图2所示，分三组，每组8K16位。由此可得存储器方案要点如下（1）组内地址A12A0（A0为低位）；（2）组号译码使用24译码器；（3）RAM1，RAM2各用两片SRAM芯片位进行并联连接，其中一片组成高8位，另一片组成低8位。（4）用MREQ作为24译码器使能控制端，该信号低电平（有效）时，译码器工作。（5）CPU的R/W信号与SRAM的WE端连接，当R/W1时存储器执行读操作，当R/W0时，存储器执行写操作。如图3图2图349解信息总量Q64位8512位顺序存储器和交叉存储器读出4个字的时间分别是T2MT8200NS16107ST1TM120035055107S顺序存储器带宽是W1Q/T232107（位/S）交叉存储器带宽是W2Q/T193107（位/S）410解刷新存储器容量分辨率每个像素点颜色深度102410243B3MB刷新存储器带宽刷新存储器容量刷新速率3MB72/S216MB/SCPU刷新存储器的总带宽应为216MB/S100/60360MB/S411解根据图1中已知，ROM1的空间地址为0000H3FFFH，ROM2的地址空间地址为4000H7FFFH，RAM1的地址空间为C000HDFFFH，RAM2的地址空间为E000HFFFFH。对应上述空间，地址码最高4位A15A12状态如下00000011ROM101000111ROM211001101RAM111101111RAM224译码器对A15A14两位进行译码，产生四路输出，其中Y000对应ROM1，Y101对应ROM2，Y311对应RAM1和RAM2。然后用A13区分是RAM1（A130）还是RAM2（A131），此处采用部分译码。由此，两组端子的连接方法如下16，25，37，812，1114，913412解因为TATC/E所以TCTAE60085510NSCACHE存取周期TMTCR5104204NS主存存取周期因为E1/R1RH所以H24/255094413解写入存贮器时时序信号必须同步。通常，当R/线加负脉冲时，地址和数据线W的电平必须是稳定的。当R/线一达到逻辑0电平时，数据立即被存贮。因此，当R/W线处于低态时，如果数据线改变了数值，那么存贮器将存贮新的数据。同样，当R/W处于低态时地址线发生了变化，那么同样的数据将存贮到新的地址（或）。正确的写入如下图习题5参考答案习题解答不全黄金文四、综合题6解1立即2寄存器3直接4基址5基址偏移量6比例娈址偏移量7基址变址偏移量8基址比例变址偏移量9相对习题6参考答案65，解1列出机器的全部控制信号一览表题中已给出，见表65。2写出指令操作流程及时序划分题中已写出指令操作流程和时序划分。3确立微指令格式题中已要求采用直接编码方式，操作控制字段取23位，下址字段取4位。4编写微指令代码微指令字长共27位，编写微指令代码如题65表，其中操作控制字段23位，各位的位号及表示的微命令控制信号与表5中的序号及微命令控制信号相对应，表中空格中“0”缺省。题65表加法指令对应的微指令代码微指令二进制代码控制字段下址字段机器周期节拍地址123456789101112131415161718192021222324252627T100H11T201H1111M1T302H1111T103H1111T204H111M2T305H111T106H1111T207H1111M3T308H111T109H11111T20AH1111M4T30BH169解C1M2T4I3C2M2T4I4C3M2T1I5C4M1T2T3M2T2T3I1I3I4传送一个字节所需的时间81/160M1/20M秒。由于一个总线周期2个时钟周期，故总线的时间周期1/20M/21/40M,总线的时钟频率40MHZ811解PCI总线结构框图如下图所示。PCI总线有三种桥，即HOST/PCI桥（简称HOST桥），PCI/PCI桥，PCI/LAGACY桥。在PCI总线体系结构中，桥起着重要作用（1）它连接两条总线，使总线间相互通信。（2）桥是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上，从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表。利用桥可以实现总线间的卒发式传送。812笿三种系统总线结构如下图。习题9参考答案91答I/O控制方式有五种，它们是程序查询方式、中断方式、DMA方式、通道方式、I/O处理机方式。他们的优缺点及适用场合如下表。I/O控制方式控制方式接口电路CPU与外设工作外设与外设工作能否发现异常情况CPU效率处理方式适用场合程序查询方式简单简单串行串行不能低程序调试机器中断方式较复杂较复杂并行并行能中等程序多种场合均可DMA方式简单较复杂并行并行高硬件数据传送通道方复杂复杂并行并行能高软件硬大型、式件巨型机I/O处理机方式复杂复杂并行并行能高独立的计算机大型、巨型机92答设共有N1个中断请示。（1）固定优先级2轮流优先，使机会均衡需要设置一个计数器COUNTER。读中断请求寄存器进入中断处理是N号中断运行中断请求N处理程序是N1号中断运行中断请求N1处理程序是0号中断运行中断请求0处理程序结束中断处理TFTTFF读中断请求寄存器，TMPCOUNTER开始中断处理COUNTER号有中断运行中断请求COUNTER处理程序COUNTER0COUNTERN中断请求0结束中断处理FTTFCOUNTERFT93解可采用串行链判优方式进行中断扩展。图中INTS0，INTS1，INTS2，INTS3为中断请求信号INTR0，INTR1，INTR2，INTR3对应的中断排队选中信号。INTA是由CPU送来的中断响应信号，它串行地通过连接的所有中断源。当INTA为高电平时，读取离CPU距离最近的有中断请求的中断源的中断设备码；当INTA为低电平时允许中断源提出中断请求并进行排队判优。若某个设备没有中断请求，它就将中断响应信号INTA传给下一设备；若某设备有中断请求信号，它就封锁INTA信号，不再往下传送，使它终止在该设备上，同时产生该设备的识别信号INTSI，然后由编码电路产生该设备的设备码，通过数据总线送入CPU，然后CPU取走该设备码。通过设备码找到对应的中断处理程序，并执行其中断处理程序。94解设1表示开放，0表示屏蔽。（1）屏蔽字设定如下表0中断程序1中断程序2中断程序3中断程序目标程序11110中断00001中断10002中断11003中断1110（2）屏蔽字设定如下表0中断程序1中断程序2中断程序3中断程序目标程序11110中断00011中断10002中断01003中断0010914解设0为开放，1为屏蔽，则屏蔽码如下一级二级三级四级用户程序0000一级程序1000二级程序1110三级程序1010四级程序1111如果在时刻T0，分属于4个级别的4个设备同时发出中断请求，CPU响应各级中断的运动轨迹如下图所示。915解（1）中断接口如下图所示。（2）由于该中断接口需要中断屏蔽寄存器、中断寄存器、命令/状态寄存器、数据寄存器4个寄存器，故需要4个地址，地址分配如下表所示设备地址主站0000H从站001000103H从站101040107H主站设备选择器中断排队和设备码回送逻辑中断屏蔽寄存器命令/状态寄存器中断寄存器数据寄存器从站IO总线数据线数据线完成忙完成启动选择设备屏蔽码中断请求T0一级二级三级四级用户从站20108010BH从站3010C011FH设备选择电路可采用416译码器来完成（3）由于命令为输出，而状态为输入。故当对地址读时，读出来的为状态字，当对该地址写时，写入的为命令字。命令/状态字格式如下命令字/状态字启动/忙或空闲清除/申请中断屏蔽/故障选择916解（1）该通道实际的最大流量1/10010610000B/S10KB/S（2）在极限流量的情况下，传送每个字需要1/016106625106625US所以100US/625US16个，最多还能接8台终端。917解数据采集接口方案设计如下图所示。现结合两种工作方式说明上述部件的工作。（1）定期检寻方式主机定期以输出指令DOA、设备码；（或传送指令）送出控制字到A寄存器，其中用四位分别指定选中的缓冲寄存器（四个B寄存器分别与四个采集器相应）。然后，主机以输入指令DIA、设备码；（或传送指令）取走数据。2中断方式比较结果形成状态字A，共8位，每二位表示一个采集器状态00正常，01过低，10过高。有任一处不正常（A中有一位以上为“1”）都将通过中断请求逻辑（内含请求触发器、屏蔽触发器）发出中断请求。中断响应后，服务程序以DIA、设备码；或传送指令）取走状态字。可判明有几处采集数据越限、是过高或过低，从而转入相应处理。习题10参考答案104解根据传输速率，磁盘优先权最高，磁带次之，打印机最低。如下图习题11参考答案略译码器选中设备码控制字A状态字A比较结果主机主机缓冲寄存器B0缓冲寄存器B1缓冲寄存器B2缓冲寄存器B3中断请求逻辑请求屏蔽请求信号设备状态屏蔽字115应用题解（1）顺序执行方式T6NT仅“取指令”和“执行”重叠T5N1T“取指令”、“分析”和“执行”重叠。T3N1T（2）吞吐率为TP10/63T；加速比SP200/63；效率E50/63（3）解答任务划分（A1A2）A3A4）（A9A10）（A5A6）A7A7）时空图吞吐率为9/21T加速比为45/21效率为9/21（4）解由预约表得禁止表F（3、4、6）；由禁止表得初始冲突向量C0（101100）由初始冲突向量得状态有向图如下（特殊情况下要考虑将冲突向量全部移出，本题全1的冲突向量右移7位与初始冲突向量逻辑或，回到初始冲突向量。其他冲突向量右移7位后不构成最优调度所以没有考虑。）由状态有向图得最优调度策略为（1，1，7）平均间隔时间为3T，TPMAX1/3T连续输入8个任务按最优调度总时间为（71171171）T26T吞吐率TP4/13T；加速比S28/13；效率E87T/264T7/13116解（1）禁止表F1，3，4，8初始冲突向量C（10001101）（2）状态转移图如图题312解1所示。123456789123456789123456789123456789123456789125346789101100初始冲突向量1111110210111110110151111111525状态有向图71010110111011初始727557656图题312解1状态转移图（2）列出各种调度方案，并计算出相应调度方案的平均延迟，如表题312解所示。表题312解调度方案及其平均延迟调度方案平均延迟（拍）（2，5）35（2，7）45（5）5（6，5）55（6）6（6，7）65（7）7（5，2）35最佳调度方案为（2，5）调度。最小的平均延迟为35拍，此时流水线的最大吞吐率为（任务/拍）531MAXTP尽管按（5，2）调度平均延迟也为35拍，但实际流入偶数个任务时的实际吞吐率不如（2，5）方案的小。（4）按（2，5）调度方案实际输入6个任务的时空图如图题312解2所示。01234567891011121314151617181920212223242526S1S2S3S4T/拍段S5图题118解2按（2，5）方案调度输入6个任务的时空图实际吞吐率为（任务/拍）6TP117解标量流水处理机的度M1，连续执行12条指令的流水时空关系如图题119解1所示。123