计算机组成原理习题解答PPT学习教案

1、会计学1计算机组成原理习题解答计算机组成原理习题解答第1页/共94页第2页/共94页表示计算机所要处理数据的计算机字，称为数据字。指令字表示一条指令的计算机字，称为指令字。第3页/共94页第4页/共94页第5页/共94页储器。CPU：运算器和控制器合称为中央处理器，简称CPU。适配器：主机和不同速度的外设之间的一种部件，用于主机和外设之间的信息转换。第6页/共94页第7页/共94页真值真值原码原码反码反码补码补码-35- 010 00111010 00111101 11001101 1101127+111 11110111 11110111 11110111 1111-127-111 1111

2、1111 11111000 00001000 0001-1-000 00011000 00011111 11101111 1111第8页/共94页移移n即0. a6a5 a00.100000，因此必须是a5 a2不全为0n结论：n如果a70， a6 a0取任何值均可；n如果a71 ，必须满足a6 =1 且a5 a0不全为0。第9页/共94页n（2机器数形式：1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000真值：1 * 2127二进制表示： x = -1* 2111 11111位数符位数符S8位阶码位阶码E23位尾数位尾数M机器数格式机器数格式第10页/共94页即

3、 x = -(2-1+2-23) * 2-128最小负数： 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000即 x = 1 * 2127所以规格化数的正数范围为：2-129 (1-2-23) * 2127，负数范围为：2127 -(2-1+2-23) * 2-128尾数为补码：尾数为补码：必须使最高数值位和符号位相反必须使最高数值位和符号位相反第11页/共94页n 规格化数为符号位符号位阶码阶码(8)尾数尾数(23)00111 11011011 0000 0000 0000 0000 000符号位符号位阶码阶码(8)尾数尾数(23)10111 11011011

4、0000 0000 0000 0000 000第12页/共94页n(3)x补11 01010 ，y补11 11111n x+y补 11 01001 ，未溢出00 11011) 00 0001100 1111000 11011) 11 0101100 0011011 01010) 11 1111111 01001第13页/共94页，补n xy补 11 11100 ，未溢出n(3) x补00 11011 ，y补11 01101 ， y补00 10011 nxy补 01 01110 ，溢出（上溢）00 11011) 00 1111101 1101000 10111) 11 0010111 11100

5、00 11011) 00 1001101 01110第14页/共94页 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 11101000101n即x y=1101000101 1 1 0 1 1第15页/共94页加上乘积符号位0，得xy原 0 1101000101即xy=1101000101 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 11 1 1 1 1第16页/共94页第17页/共

6、94页修改后的x表示为：x浮 11 110，0.010010（1）尾数求和Mx+My 1 . 1 1 0 1 0 0 (1)1 . 1 1 0 1 0 0 (1)+ 1 . 1 0 0 0 1 00 . 0 1 0 0 1 0 (1)E 1，应修改，应修改x第18页/共94页E 11 100 -4，不溢出故得最终结果为nxy2100（0.101110）符号位与数值位相同，应左规符号位与数值位相同，应左规2位位第19页/共94页修改后的x表示为：x浮 11 110，0.010010（1）尾数求差MxMy Mx补 My补 0. 1 1 0 0 0 0 (1)0 . 1 1 0 0 0 0 (1)+

7、 0 . 0 1 1 1 1 00 . 0 1 0 0 1 0 (1)E 1，应修改，应修改xMy补补 0.011110 第20页/共94页故得最终结果为nxy 2010（0.110001）满足规格化要求满足规格化要求0 . 1 1 0 0 0 1+ 10 . 1 1 0 0 0 0第21页/共94页修改后的x表示为：x浮 11 100，1.110101（0）尾数求和Mx+My 0. 0 0 1 0 1 1 （0）0. 0 0 1 0 1 1 （0）+ 0. 0 1 0 1 1 01. 1 1 0 1 0 1 （0）E 1，应修改，应修改x第22页/共94页E 11 010 -6，不溢出故得最

8、终结果为nxy 2110（0.101100）符号位与数值位相同，应左规符号位与数值位相同，应左规2位位第23页/共94页尾数求差MxMy Mx补 My补1. 0 1 1 1 1 1 （0）1. 0 1 1 1 1 1 （0）+ 1 . 1 0 1 0 1 01 . 1 1 0 1 0 1（0）E 1，应修改，应修改xMy补补1.101010 第24页/共94页nxy 2100（0.110001）满足规格化要求满足规格化要求第25页/共94页第26页/共94页(1) 阶码求和EE移E移E补01 01100 10001 1110 1 0 1 10 1 1 1 1 0 0 1 0 0+7第27页/共

9、94页n(4) 舍入处理： 运算结果尾数保留高7位(含符号位) 则尾数为1.011101(010000) 。n最终相乘结果为浮 01 111 ，1.011101 n其真值为27(0.100011)满足规格化要求满足规格化要求舍去舍去第28页/共94页(1) 阶码求差EE移E移 E补 00 110 11 10100 0110 0 1 1 00 0 0 1 1 1 1 1 0 15第29页/共94页nE 01 001+ - 4补 00 011+ 11 100 11 111n(4) 舍入处理： 运算结果尾数保留高7位(含符号位) 则尾数为0.110111 (01) 。n(5) 判断溢出：E 11 1

10、11nx y产生溢出，结果无意义。符号位与最高数值位相符号位与最高数值位相同，需要左规同，需要左规4位位下溢下溢第30页/共94页第31页/共94页n其中，位扩展需要4片基本芯片构成512K32位的存储组；n字扩展需要2组存储组构成1M32位的存储器；n因此共需要24=8片n(3) 需要多少为地址作芯片选择？n字扩展时使用了2组存储组，因此只需1位地址做芯片选择 ，每次同时选择4片位扩展的基本芯片。4 4M M字字节节8 83 32 2* *2 22 20 08 8片片4 4* *2 28 8* *5 51 12 2K K3 32 2* *1 10 02 24 4K K第32页/共94页n(3

11、) 主存共需多少DRAM芯片？CPU如何选择各模块板？n主存共需6416 = 1024块n由高位地址选模块，A0A19用于地址线，A20A25用于译码控制。6 64 4个个模模块块2 26 64 4* *2 26 64 4* *2 26 62 20 02 26 61 16 61 16 6* *2 2* *2 26 64 4* *2 28 81 10 02 20 0个芯片第33页/共94页2:4译码器A14A15CS3CS2CS0CS1A13A0D0D7/WE第34页/共94页刷新时，由于每次刷新存储矩阵的1行因此，刷新间隔为：2ms/128 = 0.015625ms=15.625us，如果取1

12、5.6us作为实际的刷新间隔，则刷新一遍实际所用时间为：n15.6us1281996.8us=1.9968ms刷新是存储芯片内部的刷新是存储芯片内部的操作，因此各芯片的刷操作，因此各芯片的刷新是同步进行的，不需新是同步进行的，不需要考虑要考虑64K64K3232位存储器位存储器第35页/共94页片328*12832*1024KKCPU3:8译码器Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8D0-D31A0-A16A17-A19第36页/共94页则刷新信号周期=8ms/512= 15.5us8ms512行行第37页/共94页CPUY0Y1Y2Y3256k*16RW /RW /256k*16A19A1830

13、CSCS0CS0CS1CS1CS2CS2CS3CS3CSD31-D16(高16位)D15-D0(低16位)A17-A16RW /第38页/共94页nn（3）共需多少个EPROM芯片？n所需芯片总数：(128K/32K)(16/8)=8片第39页/共94页CPU地址寄存器数据寄存器32K*832K*832K*832K*832K*832K*832K*832K*8CS3CS2CS1CS02:4译码器CS0CS3A16A15第40页/共94页进行字扩展构成40K16的RAM区n组内地址线为A12A0n用于产生片选信号的地址线为A15A13n可用74LS138译码器ROM0000HRAM1RAM2RAM

14、3RAM4RAM56000H8000HA000HC000HE000H4000H第41页/共94页CPUROMRAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*8RAM8K*83:8译码器A13-A15D0-D15A0-A12A A1313第42页/共94页7)=64107bit/s交叉存储器所需要的时间为：t2= T+ (m-1)=100ns + (8-1) 50ns= 450ns =4.510-7s故交叉存储器的带宽为：W1=q/t1=512/(4.510-7)=113.8107bit/s第43页/共94页第44页/共

15、94页%75.932004020050mcmatttth第45页/共94页主存标记主存标记组号组号块内地址块内地址8位位4位位7位位第46页/共94页主存标记主存标记Cache号号块内地址块内地址4位位8位位4位位第47页/共94页主存标记主存标记Cache号号块内地址块内地址8位位14位位2位位第48页/共94页第49页/共94页较合适。第50页/共94页可设计出多少条单操作数指令？n答：设单操作数指令条数为k条，n则 (28-m) 26 k 26 n，n即k (28-m) 26 n/ 26 8位位OPDOPR1OPR2第51页/共94页 OP目标寄存器目标寄存器源寄存器源寄存器15 109

16、 87 43 0第52页/共94页 OP源寄存器源寄存器变址寄存器变址寄存器15 109 87 43 0偏移量（偏移量（16位）位）第53页/共94页寻址方式寻址方式IX有效地址有效地址E直接寻址直接寻址000E=D相对寻址相对寻址001E=(PC)+D变址寻址变址寻址010E=(R)+D基址寻址基址寻址011E=(R1)+D间接寻址间接寻址100E=(D)基址间接寻址基址间接寻址111E=(R1)+D)操作码操作码OP间接特征间接特征I寻址模式寻址模式X形式地址形式地址D第54页/共94页四种寻址方式中，只有相对寻址可以访问640K范围的主存单元。寻址方式寻址方式寻址特征寻址特征X有效地址有

17、效地址E寻址范围寻址范围直接寻址方式直接寻址方式00E=D28640k立即寻址方式立即寻址方式01D=Imm变址寻址方式变址寻址方式10E=(R)+D216640k 6位位OPD2位位寻址特征寻址特征8位位形式地址形式地址第55页/共94页大存储空间为232 = 4GB。n注意不是232+218操作码操作码OP操作数操作数R基址寄存器基址寄存器R1形式地址形式地址D6位位4位位4位位18位位第56页/共94页寄存器寄存器寄存器间接寄存器间接立即数立即数直接寻址直接寻址相对，基址，变址相对，基址，变址第57页/共94页第58页/共94页第59页/共94页指令指令地址地址指令指令数据单元数据单元数

18、据数据地址地址数据数据第60页/共94页指令指令地址地址指令指令数据数据数据数据地址地址第61页/共94页第62页/共94页d命令：与i、j互斥e命令：与f、h、j互斥f命令：与b、c、e、h、i、j互斥g命令：与b、h、j互斥h命令：与c、d、e、f、g、i互斥i命令：与a、b、d、f、h、j互斥j命令：与b、c、d、e、f、g、i互斥微指微指令令abcdefghijI1I2I3I4I5I6I7I8第63页/共94页h）分别组成两个小组，进行译码，可得六个微命令信号，剩下的a, b, c, g四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：n注意：00表示两位均不产生控制信号n此题还有

19、其他解法。 a b c g 01d 01e 10 i 10 f 11 j 11 h * * * * * * * *第64页/共94页控存容量为512单元，所以下地址字段用9位来寻址。微命令字段：（48-4-9）=35位。第65页/共94页1其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序的分支转移。就是说，此处微指令的后继地址采用断定方式。OPOP微地址寄存器微地址寄存器地址转移地址转移逻辑逻辑控制存储器控制存储器地址译码地址译码P P字段字段控制字段控制字段指令寄存器指令寄存器IRIR状态条件状态条件微命令信号微命令信号第66页/共94页n令的执行；直到前面指令的结果已经产生，因此至少需要延

20、迟2个时钟周期。n(3)如果再硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间？n如采用专用通路技术，就可使流水线不发生停顿。第67页/共94页第68页/共94页条条/ /秒秒1 10 0* *8 8. .3 33 31 10 0* *1 10 00 0* *1 1) )2 20 0( (5 52 20 01 1) )n n( (K Kn nH H6 69 94.174.171 15 520205 5* *20201)1)n n(K(Kn nK KTpTpTsTsS S第69页/共94页写后读相关写后读相关读后写相关读后写相关写后写相关写后写相关第70页/共94页第六章第六章 总线系统总线系统第71页/

21、共94页CPU主存主存设备设备适配器适配器设备设备适配器适配器系统总线第72页/共94页CPU主存主存设备设备适配器适配器设备设备适配器适配器存储总线系统总线第73页/共94页CPU主存主存设备适配器设备适配器设备适配器设备适配器IOPI/O总线系统总线存储总线第74页/共94页n6-9 在集中式总线仲裁中，（）方式响应时间最快，（）方式对（）最敏感。nA、菊花链方式B、独立请求方式nC、电路故障D、计数器定时查询方式CBAC第75页/共94页（）。nA、选择主存单元地址B、选择进行信息传输的设备nC、选择外存地址D、指定主存和I/O设备接口电路的地址n6-12 系统总线中控制线的功能是（）。

22、nA、提供主存、 I/O接口设备的控制信号和响应信号nB、提供数据信息C、提供时序信号nD、提供主存、 I/O接口设备的响应信号ADA第76页/共94页第77页/共94页第78页/共94页n7-2、打印机根据印字方式可分为（）和（）两大类，在（）类打印机中，只有（）型打印机能打印汉字。nA、针型打印机 B、活字型打印机 C、击打式 D、非击打式DCDCA第79页/共94页n（2少？n最高位密度D1，即最内层磁道的位密度（R1 =115mm）nD1 = 12288字节 /（ 2R1）= 17字节 / mmn最低位密度D2 ，即最外层磁道的位密度（R2）nR2 = R1 + （275 5） = 115 + 55 = 170mmnD2 = 12288字节 / （2R2）= 11.5 字节 / mm第80页/共94页第81页/共94页ms5 .721000*240060*2160 sKbitDr/3840602400*96 第82页/共94页平均等待时间+数据读取时间n=(10+40)/2ms+(1/2)*(1000/60) ms+8.9msn = 25ms+8.3ms+8.9ms=42.2msn最长需时：40ms+1000