唐朔飞 计算机组成原理习题答案

1、第第4 4章章 存储器存储器 11. 11. 一个一个8K8K8 8位的动态位的动态RAMRAM芯片，其内部结构芯片，其内部结构排列成排列成256256256256形式，存取周期为形式，存取周期为0.1s0.1s。试问采用。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？各为多少？ 解：采用分散刷新方式刷新间隔为解：采用分散刷新方式刷新间隔为:2ms:2ms，其中，其中刷新死时间为：刷新死时间为：2562560.1s=25.6s0.1s=25.6s 采用分散刷新方式刷新间隔为：采用分散刷新方式刷新间隔为： 256256（0.1s+0

2、.1s0.1s+0.1s）=51.2s=51.2s 采用异步刷新方式刷新间隔为采用异步刷新方式刷新间隔为:2ms:2msMREQW/R15. 15. 设设CPUCPU共有共有1616根地址线，根地址线，8 8根数据线，并用根数据线，并用（低电平有效）作访存控制信号，（低电平有效）作访存控制信号，作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储芯片：有下列存储芯片：ROMROM（2K2K8 8位，位，4K4K4 4位，位，8K8K8 8位），位），RAMRAM（1K1K4 4位，位，2K2K8 8位，位，4K4K8 8位），及位），及741387

3、4138译码器和其他门电路（门电路自定）。试从上译码器和其他门电路（门电路自定）。试从上述规格中选用合适芯片，画出述规格中选用合适芯片，画出CPUCPU和存储芯片的连接和存储芯片的连接图。要求：图。要求：（1 1）最小）最小4K4K地址为系统程序区，地址为系统程序区，409616383409616383地址地址范围为用户程序区。范围为用户程序区。（2 2）指出选用的存储芯片类型及数量。）指出选用的存储芯片类型及数量。（3 3）详细画出片选逻辑。）详细画出片选逻辑。解：（解：（1 1）地址空间分配图：）地址空间分配图： 系统程序区（系统程序区（ROMROM共共4KB4KB）：）：0000H-0F

4、FFH0000H-0FFFH 用户程序区（用户程序区（RAMRAM共共12KB12KB）：）：1000H-3FFFH1000H-3FFFH （2 2）选片：）选片： ROMROM：选择：选择4K4K4 4位芯片位芯片2 2片，位并联片，位并联 RAM RAM：选择：选择4K4K8 8位芯片位芯片3 3片，字串联片，字串联 (RAM1(RAM1地址范围为地址范围为:1000H-1FFFH,RAM2:1000H-1FFFH,RAM2地址范围为地址范围为2000H-2FFFH, RAM32000H-2FFFH, RAM3地址范围为地址范围为:3000H-3FFFH):3000H-3FFFH) （3

5、3）各芯片二进制地址分配如下：）各芯片二进制地址分配如下：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPUCPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图所示：和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图所示： 20. 20. 欲传送的二进制代码为欲传送的二进制代码为100110110011

6、01，用奇校验来，用奇校验来确定其对应的汉明码，若在第确定其对应的汉明码，若在第6 6位出错，说明纠错过程。位出错，说明纠错过程。 解：欲传送的二进制代码为解：欲传送的二进制代码为10011011001101，有效信息位，有效信息位数为数为n=7n=7位，则汉明校验的校验位为位，则汉明校验的校验位为k k位，则：位，则：2 2k k=n+k+1=n+k+1，k=4k=4，进行奇校验设校验位为，进行奇校验设校验位为C1C2C3C4C1C2C3C4，汉，汉明码为明码为C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1，C1=1B7B6B4B3B1=110111

7、=1C1=1B7B6B4B3B1=110111=1C2=1B7B5B4B2B1=110101=0C2=1B7B5B4B2B1=110101=0C3=1B6B5B4=1001=0C3=1B6B5B4=1001=0C4=1B3B2B1=1101=1C4=1B3B2B1=1101=1 故传送的汉明码为故传送的汉明码为1010001110110100011101，若第，若第6 6位位(B5)(B5)出出错，即接收的码字为错，即接收的码字为1010011110110100111101，则，则P1=1C1B7B6B4B3B1=11P1=1C1B7B6B4B3B1=1110111=010111=0P2=1C

8、2B7B5B4B2B1=10P2=1C2B7B5B4B2B1=1011101=111101=1P3=1C3B6B5B4=10011=1P3=1C3B6B5B4=10011=1P4=1C4B3B2B1=11101=0P4=1C4B3B2B1=11101=0P4P3P2P1=0110P4P3P2P1=0110说明第说明第6 6位出错，对第位出错，对第6 6位取反即完成位取反即完成纠错。纠错。 28. 28. 设主存容量为设主存容量为256K256K字，字，CacheCache容量为容量为2K2K字，字，块长为块长为4 4。 （1 1）设计）设计CacheCache地址格式，地址格式，CacheCa

9、che中可装入多少块中可装入多少块数据？数据？ （2 2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。）在直接映射方式下，设计主存地址格式。 （3 3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。式。 （4 4）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。 （5 5）若存储字长为）若存储字长为3232位，存储器按字节寻址，写位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。出上述三种映射方式下主存的地址格式。 解：（解：（1 1）CacheCache容量为容量为2K2K字，块长为字，块长为4 4，CacheCache共共

10、有有2K/4=22K/4=21111/2/22 2=2=29 9=512=512块，块，CacheCache字地址字地址9 9位，字块内地位，字块内地址为址为2 2位，因此，位，因此，CacheCache地址格式设计如下：地址格式设计如下：Cache字块地址（字块地址（9位）位）字块内地址（字块内地址（2位）位） （2 2）主存容量为）主存容量为256K256K字字=2=21818字，主存地址共字，主存地址共1818位，位，共分共分256K/4=2256K/4=21616块，主存字块标记为块，主存字块标记为18-9-2=718-9-2=7位。位。 直接映射方式下主存地址格式如下：直接映射方式下

11、主存地址格式如下：主存字块标记（主存字块标记（7位）位）Cache字块地址（字块地址（9位）位）字块内地址（字块内地址（2位）位）主存字块标记（主存字块标记（9位）位）组地址（组地址（7位）位）字块内地址（字块内地址（2位）位） （3 3）根据四路组相联的条件，一组内共有）根据四路组相联的条件，一组内共有4 4块，块，得得CacheCache共分为共分为512/4=128=2512/4=128=27 7组，主存字块标记为组，主存字块标记为18-7-2=918-7-2=9位，主存地址格式设计如下：位，主存地址格式设计如下：（4 4）在全相联映射方式下，主存字块标记为）在全相联映射方式下，主存字块

12、标记为18-18-2=162=16位，其地址格式如下：位，其地址格式如下： 主存字块标记（主存字块标记（16位）位）字块内地址（字块内地址（2位）位） （5 5）若存储字长为）若存储字长为3232位，存储器按字节寻址，则位，存储器按字节寻址，则主存容量为主存容量为256K256K* *32/4=232/4=22121B B，CacheCache容量为容量为2K2K* *32/4=232/4=21414B B，块长为块长为4 4* *32/4=32B=232/4=32B=25 5B B，字块内地址为，字块内地址为5 5位，在直接映位，在直接映射方式下，主存字块标记为射方式下，主存字块标记为21-

13、9-5=721-9-5=7位，主存地址格位，主存地址格式为：式为：主存字块标记（主存字块标记（7位）位）Cache字块地址（字块地址（9位）位） 字块内地址（字块内地址（5位）位）主存字块标记（主存字块标记（9位）位）组地址（组地址（7位）位）字块内地址（字块内地址（5位）位）主存字块标记（主存字块标记（16位）位）字块内地址（字块内地址（5位）位）在四路组相联映射方式下，主存字块标记为在四路组相联映射方式下，主存字块标记为21-7-21-7-5=95=9位，主存地址格式为：位，主存地址格式为：在全相联映射方式下，主存字块标记为在全相联映射方式下，主存字块标记为21-5=1621-5=16位，

14、位，主存地址格式为：主存地址格式为： 32. 32. 设某机主存容量为设某机主存容量为4MB4MB，CacheCache容量为容量为16KB16KB，每字块有每字块有8 8个字，每字个字，每字3232位，设计一个四路组相联映射位，设计一个四路组相联映射（即（即CacheCache每组内共有每组内共有4 4个字块）的个字块）的CacheCache组织。组织。 （1 1）画出主存地址字段中各段的位数。）画出主存地址字段中各段的位数。 （2 2）设）设CacheCache的初态为空，的初态为空，CPUCPU依次从主存第依次从主存第0 0，1 1，2 2，8989号单元读出号单元读出9090个字（主存

15、一次读出一个字），个字（主存一次读出一个字），并重复按此次序读并重复按此次序读8 8次，问命中率是多少？次，问命中率是多少？ （3 3）若）若CacheCache的速度是主存的的速度是主存的6 6倍，试问有倍，试问有CacheCache和无和无CacheCache相比，速度约提高多少倍？相比，速度约提高多少倍？ 解：（解：（1 1）根据每字块有）根据每字块有8 8个字，每字个字，每字3232位（位（4 4字字节），得出主存地址字段中字块内地址为节），得出主存地址字段中字块内地址为3+2=53+2=5位。位。 根据根据CacheCache容量为容量为16KB=216KB=21414B B，字块大

16、小为，字块大小为8 8* *32/8=32=232/8=32=25 5B B，得，得CacheCache地址共地址共1414位，位，CacheCache共有共有2 214-514-5=2=29 9块。块。 根据四路组相联映射，根据四路组相联映射，CacheCache共分为共分为2 29 9/2/22 2=2=27 7组。组。根据主存容量为根据主存容量为4MB=24MB=22222B B，得主存地址共，得主存地址共2222位，主存字位，主存字块标记为块标记为22-7-5=1022-7-5=10位，故主存地址格式为：位，故主存地址格式为： 主存字块标记（主存字块标记（10位）位）组地址（组地址（7

17、位）位）字块内地址（字块内地址（5位）位） （2 2）由于每个字块中有）由于每个字块中有8 8个字，而且初态为空，因个字，而且初态为空，因此此CPUCPU读第读第0 0号单元时，未命中，必须访问主存，同时号单元时，未命中，必须访问主存，同时将该字所在的主存块调入将该字所在的主存块调入CacheCache第第0 0组中的任一块内，组中的任一块内，接着接着CPUCPU读第读第1717号单元时均命中。同理，号单元时均命中。同理，CPUCPU读第读第8 8，1616，8888号时均未命中。可见，号时均未命中。可见，CPUCPU在连续读在连续读9090个字个字中共有中共有1212次未命中，而后次未命中，

18、而后8 8次循环读次循环读9090个字全部命中，个字全部命中，命中率为：命中率为：984. 089012890 （3 3）设）设CacheCache的周期为的周期为t t，则主存周期为，则主存周期为6t6t，没有，没有CacheCache的访问时间为的访问时间为6t6t* *9090* *8 8，有，有CacheCache的访问时间为的访问时间为t t（9090* *8-128-12）+6t+6t* *1212，则有，则有CacheCache和无和无CacheCache相比，速度相比，速度提高的倍数为：提高的倍数为：54. 5112t6t )12890(890t6 38. 磁盘组有磁盘组有6片

19、磁盘，最外两侧盘面可以记录，存片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径储区域内径22cm，外径，外径33cm，道密度为，道密度为40道道/cm，内，内层密度为层密度为400位位/cm，转速，转速3600转转/分，问：分，问： （1）共有多少存储面可用？）共有多少存储面可用？ （2）共有多少柱面？）共有多少柱面？ （3）盘组总存储容量是多少？）盘组总存储容量是多少？ （4）数据传输率是多少？）数据传输率是多少？ 解：（解：（1）共有：）共有：62=12个存储面可用。个存储面可用。 （2）有效存储区域）有效存储区域=（33-22）/ 2 = 5.5cm （3）内层道周长）内层道周长= 22=69

20、.08cm 道容量道容量=400位位/cm69.08cm= 3454B 面容量面容量=3454B220道道=759，880B 盘组总容量盘组总容量=759，880B 12面面= 9，118，560B柱面数柱面数 = 40道道/cm 5.5= 220道道 （4）转速）转速 = 3600转转 / 60秒秒 = 60转转/秒秒 数据传输率数据传输率 = 3454B 60转转/秒秒 = 207，240 B/S 4.42 4.42 有一个有一个(7(7，4)4)码，生成多项式码，生成多项式x x3 3+x+1+x+1，写，写出代码出代码10011001的循环冗余校验码的循环冗余校验码 解：解： 代码为：

21、代码为：3( )10011M xx743k 3( )11011G xxx 由由(7(7，4)4)得：得： 生成多项式为：生成多项式为： 将代码左移将代码左移3 3位后再被生成多项式模位后再被生成多项式模2 2处，即：处，即：3( )1001000M xx3( )10010001101010( )10111011M xxG x 故故CRCCRC码为：码为：3( )( )1001000 1101001110M xxR x第第5 5章章 输入输出系统输入输出系统 32. 设磁盘存储器转速为设磁盘存储器转速为3000转转/分，分分，分8个扇区，每扇区个扇区，每扇区存储存储1K字节，主存与磁盘存储器数据

22、传送的宽度为字节，主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位位（即每次传送（即每次传送16位）。假设一条指令最长执行时间是位）。假设一条指令最长执行时间是25 s，是否可采用一条指令执行结束时响应，是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的请求的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？方案，为什么？若不行，应采取什么方案？29 29 结合结合DMADMA接口电路说明工作过程。看书接口电路说明工作过程。看书解：先算出磁盘传送速度，然后和指令执行速度进行比解：先算出磁盘传送速度，然后和指令执行速度进行比较得出结论。较得出结论。道容量道容量= 1K 8 8 位位= 8KB = 4K字字数传率数传率=4K

23、字字3000转转/分分=4K字字50转转/秒秒 =200K字字/秒秒 一个字的传送时间一个字的传送时间=1/200K=1/200K秒秒 5 5 s s （注：在（注：在此此1K=10241K=1024，来自数据块单位缩写。），来自数据块单位缩写。） 因为因为5 5 s25s25 s s，所以不能采用一条指令执行，所以不能采用一条指令执行结束响应结束响应DMADMA请求的方案，应采取每个请求的方案，应采取每个CPUCPU机器周期机器周期末查询及响应末查询及响应DMADMA请求的方案（通常安排请求的方案（通常安排CPUCPU机器周机器周期期=MM=MM存取周期）。存取周期）。第第6 6章章 计算机

24、的运算方法计算机的运算方法 9. 9. 当十六进制数当十六进制数9B9B和和FFFF分别表示为原码、补码、反码、分别表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时，所对应的十进制数各为多少（设移码和无符号数时，所对应的十进制数各为多少（设机器数采用一位符号位）？机器数采用一位符号位）？ 解：真值和机器数的对应关系如下：解：真值和机器数的对应关系如下：9BH原码补码反码移码无符号数对应十进制数-27-101-100+27155FFH原码补码反码移码无符号数对应十进制数-128-1-0+12825612. 12. 设浮点数格式为：阶码设浮点数格式为：阶码5 5位（含位（含1 1位阶符），尾数位阶符），尾

25、数1111位（含位（含1 1位数符）。写出位数符）。写出51/12851/128、-27/1024-27/1024、7.3757.375、- -86.586.5所对应的机器数。要求如下：所对应的机器数。要求如下： （1 1）阶码和尾数均为原码。）阶码和尾数均为原码。 （2 2）阶码和尾数均为补码。）阶码和尾数均为补码。 （3 3）阶码为移码，尾数为补码。）阶码为移码，尾数为补码。 解：据题意画出该浮点数的格式解：据题意画出该浮点数的格式 阶符阶符1位位阶码阶码4位位数符数符1位位尾数尾数10位位 将十进制数转换为二进制：将十进制数转换为二进制： x1= 51/128= 0.0110011B=

26、2x1= 51/128= 0.0110011B= 2-1-1 * * 0.110 011B 0.110 011Bx2= -2x2= -27 7/1024= -0.0000011011B = 2/1024= -0.0000011011B = 2-5-5* *(-0.11011B(-0.11011B）x3=7.375=111.011B=2x3=7.375=111.011B=23 3* *0.111011B0.111011Bx4=-86.5=-1010110.1B=2x4=-86.5=-1010110.1B=27 7* *(-0.10101101B)(-0.10101101B)则以上各数的浮点规格化

27、数为：则以上各数的浮点规格化数为：（1 1）x1x1浮浮=1=1，00010001；0.110 011 000 00.110 011 000 0 x2 x2浮浮=1=1，01010101；1.110 110 000 01.110 110 000 0 x3 x3浮浮=0=0，00110011；0.111 011 000 00.111 011 000 0 x4 x4浮浮=0=0，01110111；1.101 011 010 01.101 011 010 0（2 2）x1x1浮浮=1=1，11111111；0.110 011 000 00.110 011 000 0 x2 x2浮浮=1=1，1011

28、1011；1.001 010 000 01.001 010 000 0 x3 x3浮浮=0=0，00110011；0.111 011 000 00.111 011 000 0 x4 x4浮浮=0=0，01110111；1.010 100 110 01.010 100 110 0（3 3）x1x1浮浮=0=0，11111111；0.110 011 000 00.110 011 000 0 x2 x2浮浮=0=0，10111011；1.001 010 000 0 1.001 010 000 0 x3 x3浮浮=1=1，00110011；0.111 011 000 00.111 011 000 0

29、x4 x4浮浮=1=1，01110111；1.010 100 110 01.010 100 110 01616设机器数字长为设机器数字长为1616位，写出下列各种情况下它位，写出下列各种情况下它能表示的数的范围。设机器数采用一位符号位，答案能表示的数的范围。设机器数采用一位符号位，答案均用十进制表示。均用十进制表示。 （1 1）无符号数；）无符号数； （2 2）原码表示的定点小数。）原码表示的定点小数。 （3 3）补码表示的定点小数。）补码表示的定点小数。 （4 4）补码表示的定点整数。）补码表示的定点整数。 （5 5）原码表示的定点整数。）原码表示的定点整数。 （6 6）浮点数的格式为：阶码

30、）浮点数的格式为：阶码6 6位（含位（含1 1位阶符），位阶符），尾数尾数1010位（含位（含1 1位数符）。分别写出其正数和负数的位数符）。分别写出其正数和负数的表示范围。表示范围。 （7 7）浮点数格式同（）浮点数格式同（6 6），机器数采用补码规格），机器数采用补码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数的真值范围。化形式，分别写出其对应的正数和负数的真值范围。解：（解：（1）无符号整数：）无符号整数：0 216 - 1，即：，即：0 65535； 无符号小数：无符号小数：0 1 - 2-16 ，即：，即：0 0.99998； （2）原码定点小数：）原码定点小数：-1 + 2-151 -

31、2-15 ，即：，即：-0.999970.99997（3）补码定点小数：）补码定点小数：- 11 - 2-15 ，即：，即：-10.99997（4）补码定点整数：）补码定点整数：-215215 - 1 ，即：，即：-3276832767（5）原码定点整数：）原码定点整数：-215 + 1215 - 1，即：，即：-3276732767（6）据题意画出该浮点数格式，当阶码和尾数均采用）据题意画出该浮点数格式，当阶码和尾数均采用原码，非规格化数表示时：原码，非规格化数表示时：最大负数最大负数= 1，11 111；1.000 000 001 ，即，即 -2-9 2-31最小负数最小负数= 0，11

32、111；1.111 111 111，即，即 -（1-2-9） 231则负数表示范围为：则负数表示范围为：-（1-2-9） 231 -2-9 2-31最大正数最大正数= 0，11 111；0.111 111 111，即，即 （1-2-9） 231最小正数最小正数= 1，11 111；0.000 000 001，即，即 2-9 2-31则正数表示范围为：则正数表示范围为：2-9 2-31 （1-2-9） 231（7）当机器数采用补码规格化形式时，若不考虑隐藏）当机器数采用补码规格化形式时，若不考虑隐藏位，则位，则最大负数最大负数=1，00 000；1.011 111 111，即，即 -2-1 2-

33、32最小负数最小负数=0，11 111；1.000 000 000，即，即 -1 231则负数表示范围为：则负数表示范围为：-1 231 -2-1 2-32最大正数最大正数=0，11 111；0.111 111 111，即，即 （1-2-9） 231 最小正数最小正数=1，00 000；0.100 000 000，即，即 2-1 2-32则正数表示范围为：则正数表示范围为：2-1 2-32 （1-2-9） 23120. 用原码一位乘、两位乘和补码一位乘（用原码一位乘、两位乘和补码一位乘（Booth算算法）、两位乘计算法）、两位乘计算xy。 （1）x= 0.110 111，y= -0.101 1

34、10； （2）x= -0.010 111，y= -0.010 101； （3）x= 19，y= 35； （4）x= 0.110 11，y= -0.111 01。解：先将数据转换成所需的机器数，然后计算，最后解：先将数据转换成所需的机器数，然后计算，最后结果转换成真值。结果转换成真值。 （1）x原原=0.110111，y原原=1.101110， x*=0.110111， y*=0.101110 原码一位乘：原码一位乘： 部分积部分积乘数乘数y*说明说明0.000 000+0.000 000101 110部分积初值为部分积初值为0，乘数为，乘数为0加加0 0.000 000 0.000 000 +

35、0.110 111010 111右移一位右移一位乘数为乘数为1，加上，加上x* 0.110 111 0.011 011 +0.110 111101 011右移一位右移一位乘数为乘数为1，加上，加上x* 1.010 010 0.101 001 +0.110 111010 101右移一位右移一位乘数为乘数为1，加上，加上x* 1.100 000 0.110 000 +0.000 000001 010右移一位右移一位乘数为乘数为0，加上，加上0 0.110 000 0.011 000 +0.110 111000 101右移一位右移一位乘数为乘数为1，加上，加上x* 1.001 111 0.100 1

36、11100 010右移一位右移一位即即x x* *y y* *=0.100 111 100 010=0.100 111 100 010，z0=x0z0=x0 y0=0 y0=0 1=11=1，xxy y 原原=1.100 111 100 010=1.100 111 100 010，xyxy= -0. 100 111 100 010= -0. 100 111 100 010补码一位乘：补码一位乘：x补补=0.110111，-x补补=1.001001，y补补=1.010010部分积部分积乘数乘数Yn+1说明说明 00 . 000 000 00 . 000 000+11 . 001 0011 010

37、 0100 101 00100Ynyn+1=00，部分积右移，部分积右移1位位Ynyn+1=10，部分积加，部分积加-x补补 11 . 001 001右移右移1位位 11 . 100 100+00 . 110 1111 010 1001Ynyn+1=01，部分积加，部分积加x补补 00 . 011 011右移右移1位位 00 . 001 101 00 . 000 110+11 . 001 0011 101 0101 110 10100Ynyn+1=00，部分积右移，部分积右移1位位Ynyn+1=10，部分积加，部分积加-x补补 11 . 001 111右移右移1位位 11 . 100 111+

38、00 . 110 1111 111 0101Ynyn+1=01，部分积加，部分积加x补补 00 . 011 110 00 . 001 111+11 . 001 0010 111 1010右移右移1位位Ynyn+1=10，部分积加，部分积加-x补补 11 . 011 0000 111 10即即 xxy y 补补=1.011 000 011 110=1.011 000 011 110，xyxy= -0.100 111 100 010= -0.100 111 100 010第第7章章 指令系统指令系统15 一相对寻址的转移指令占一相对寻址的转移指令占3个字节，第一字节是个字节，第一字节是操作码，第二

39、、三字节为相对位移量，而且数据在存操作码，第二、三字节为相对位移量，而且数据在存储器中采用以高字节地址为字地址的存放方式。假设储器中采用以高字节地址为字地址的存放方式。假设PC当前值为当前值为4000H。试问当结果为。试问当结果为0，执行，执行“JZ * +35”和和JZ * -17”指令时，该指令的第二、第三字节的指令时，该指令的第二、第三字节的机器代码各为多少？机器代码各为多少？解：当结果为解：当结果为0，执行，执行“JZ * +35”时，指令的相对时，指令的相对位移量为位移量为35(D)=23H，该该指令的第二字节的机器代，该该指令的第二字节的机器代码为码为00H，第三字节的机器代码为，

40、第三字节的机器代码为23H 当结果为当结果为0，执行，执行“JZ * -17”时，指令的相对位时，指令的相对位移量为移量为-17(D)=EFH(补码补码)，该该指令的第二字节的机，该该指令的第二字节的机器代码为器代码为FFH，第三字节的机器代码为，第三字节的机器代码为EFH16. 某机主存容量为某机主存容量为4M 16位，且存储字长等于指令字位，且存储字长等于指令字长，若该机指令系统可完成长，若该机指令系统可完成108种操作，操作码位数固种操作，操作码位数固定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六定，且具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，试回答：（种寻址方式，试回答：

41、（1）画出一地址指令格式并指）画出一地址指令格式并指出各字段的作用；出各字段的作用；（2）该指令直接寻址的最大范围；）该指令直接寻址的最大范围；（3）一次间址和多次间址的寻址范围；）一次间址和多次间址的寻址范围；（4）立即数的范围（十进制表示）；）立即数的范围（十进制表示）；（5）相对寻址的位移量（十进制表示）；）相对寻址的位移量（十进制表示）；（6）上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？）上述六种寻址方式的指令哪一种执行时间最短？哪一种最长？为什么？哪一种便于程序浮动？哪一种最哪一种最长？为什么？哪一种便于程序浮动？哪一种最适合处理数组问题？适合处理数组问题？（7）如何修改指令格式，使指

42、令的寻址范围可扩大到）如何修改指令格式，使指令的寻址范围可扩大到4M？（8）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，可采取什么措施？简要说明之。采取什么措施？简要说明之。解：（解：（1）单字长一地址指令格式：）单字长一地址指令格式：OP（7位）M（3位）A（6位）OP为操作码字段，共为操作码字段，共7位，可反映位，可反映108种操作；种操作；M为寻址方式字段，共为寻址方式字段，共3位，可反映位，可反映6种寻址操作；种寻址操作；A为地址码字段，共为地址码字段，共16-7-3=6位。位。（2）直接寻址的最大范围为）直接寻址的最大范围为26=64。（3）由

43、于存储字长为）由于存储字长为16位，故一次间址的寻址位，故一次间址的寻址范围为范围为216；若多次间址，需用存储字的最高位来；若多次间址，需用存储字的最高位来区别是否继续间接寻址，故寻址范围为区别是否继续间接寻址，故寻址范围为215。（4）立即数的范围为）立即数的范围为-3231（有符号数），（有符号数），或或063（无符号数）。（无符号数）。（5）相对寻址的位移量为）相对寻址的位移量为-3231。（6）上述六种寻址方式中，因立即数由指令直接）上述六种寻址方式中，因立即数由指令直接给出，故立即寻址的指令执行时间最短。间接寻址给出，故立即寻址的指令执行时间最短。间接寻址在指令的执行阶段要多次访存

44、在指令的执行阶段要多次访存(一次间接寻址要两一次间接寻址要两次访存，多次间接寻址要多次访存次访存，多次间接寻址要多次访存)，故执行时间，故执行时间最长。变址寻址由于变址寄存器的内容由用户给定，最长。变址寻址由于变址寄存器的内容由用户给定，而且在程序的执行过程中允许用户修改，而其形式而且在程序的执行过程中允许用户修改，而其形式地址始终不变，故变址寻址的指令便于用户编制处地址始终不变，故变址寻址的指令便于用户编制处理数组问题的程序。相对寻址操作数的有效地址只理数组问题的程序。相对寻址操作数的有效地址只与当前指令地址相差一定的位移量，与直接寻址相与当前指令地址相差一定的位移量，与直接寻址相比，更有利

45、于程序浮动。比，更有利于程序浮动。（7）方案一：为使指令寻址范围可扩大到）方案一：为使指令寻址范围可扩大到4M，需，需要有效地址要有效地址22位，此时可将单字长一地址指令的格位，此时可将单字长一地址指令的格式改为双字长，如下图示：式改为双字长，如下图示：OP（7位）位）MOD（3位）位）A（高（高6位）位）A（低（低16位）位） 方案二：如果仍采用单字长指令（方案二：如果仍采用单字长指令（16位）格式，位）格式，为使指令寻址范围扩大到为使指令寻址范围扩大到4M，可通过段寻址方案实，可通过段寻址方案实现。安排如下：现。安排如下： 硬件设段寄存器硬件设段寄存器DS（16位），用来存放段地位），用来

46、存放段地址。在完成指令寻址方式所规定的寻址操作后，得址。在完成指令寻址方式所规定的寻址操作后，得有效地址有效地址EA（6位），再由硬件自动完成段寻址，位），再由硬件自动完成段寻址，最后得最后得22位物理地址。位物理地址。 即：物理地址即：物理地址=（DS） 26 + EA 注：段寻址方式由硬件隐含实现。在编程指定的寻址注：段寻址方式由硬件隐含实现。在编程指定的寻址过程完成、过程完成、EA产生之后由硬件自动完成，对用户是透产生之后由硬件自动完成，对用户是透明的。明的。 方案三：在采用单字长指令（方案三：在采用单字长指令（16位）格式时，位）格式时，还可通过页面寻址方案使指令寻址范围扩大到还可通过

47、页面寻址方案使指令寻址范围扩大到4M。安排如下：安排如下： 硬件设页面寄存器硬件设页面寄存器PR（16位），用来存放页位），用来存放页面地址。指令寻址方式中增设页面寻址。当需要使面地址。指令寻址方式中增设页面寻址。当需要使指令寻址范围扩大到指令寻址范围扩大到4M时，编程选择页面寻址方式，时，编程选择页面寻址方式，则：则：EA =（PR）A （有效地址（有效地址=页面地址页面地址“拼拼接接”6位形式地址），这样得到位形式地址），这样得到22位有效地址。位有效地址。（8）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，）为使一条转移指令能转移到主存的任一位置，寻址范围须达到寻址范围须达到4M，除了采用，除

48、了采用(7) 方案一中的双字方案一中的双字长一地址指令的格式外，还可配置长一地址指令的格式外，还可配置22位的基址寄存位的基址寄存器或器或22位的变址寄存器，使位的变址寄存器，使EA = (BR) + A （BR为为22位的基址寄存器位的基址寄存器)或或EA =（IX）+ A(IX为为22位的变位的变址寄存器址寄存器)，便可访问，便可访问4M存储空间。还可以通过存储空间。还可以通过16位的基址寄存器左移位的基址寄存器左移6位再和形式地址位再和形式地址A相加，也可相加，也可达到同样的效果。达到同样的效果。 总之，不论采取何种方式，最终得到的实际总之，不论采取何种方式，最终得到的实际地址应是地址应

49、是22位。位。第第8章章 CPU的结构和功能的结构和功能12 在在5个功能段的指令流水线中，假设每段的执行时个功能段的指令流水线中，假设每段的执行时间分别是间分别是10ns、8ns、10ns、10ns和和7ns。对于完成。对于完成12条条指令的流水线而言，其加速比为多少？该流水线的实指令的流水线而言，其加速比为多少？该流水线的实际吞吐率为多少？际吞吐率为多少？解：解： 由题意可知，各段执行时间最多为由题意可知，各段执行时间最多为20ns，即：，即：10tns 603.75(1)116pnm tnmSm tntmn 712120.075ns(1)5 10(12 1) 10160 7.5 10ns75MIPSpnTm tnt 条指令/条指令/加速比：加速比：实际吞吐率：实际吞吐率：26. 设某机配有设某机配有A、B、C三台设备，其优先顺序按三台设备，其优先顺序按ABC降序排列，为改变中断处理次序，它们的降序排列，为改变中断处理次序，它