计算机组成原理课后作业答案(包健第二版)完整

P1564.1X=0.1101P1564.1X=0.1101Y=—0.0110（设机器数长度为8位）[X]补=0.1101000[—X]补=1.0011000[2X]补=溢出[―2区补=溢出[X/2]补=0.0110100卜X/2]补=1.1001100[Y]补=1.1010000[―丫]补=0.0110000[2Y]补=1.0100000[-2Y]补=0.1100000[Y/2]补=1.1101000[-Y/2]补=0.0011000[-Y/4]补=0.0001100P156:2、(2)(1)(2)1,0011IYPH0001100011011+00.111111110011

+OD.O11O区钎麻卜=11.1区钎麻卜=11.1。口1双符号位为01，口电1=1,运算结果发生正溢出，P156:4-4闾原印0J1101M=oanioi奥空坦丫QkB=00.01111moiinJFI^I部分积00.00000+00.11101乘数M01111操作剖分积初始为口Yn=1»+M00,1110100.01110+00.111010111110111部分积与乘数联合右移1位Yn-1，+冈01X10111011100.10101+00.1110111011部分积与乘数联合右移1位Yn=1>♦冈01.1001000,110014-00.111011101101101部分积与乘数联合右移1位Yn=1,+凶01.1011000,11011+00.000000110100110部分积与乘数联合右移1位Yn=0j+000,1101100.011010011010011部分积与乘数联合右移1位|P|=0.0110110011P$=0€>0=01X^=0.0110110011P$=0€>0=0P-同原=11.10011M=00.10011jPs=X$®Y$j」FWYI[Y原=00.11010M=0.11010部分积00.00000+00.00000乘数M11010操作部分积初始为0Yn=0>+000.0000000.00000+00.100111101001101部分积与乘数联合右移1位丫田♦凶nmnnn00,01001*00.00000num10110部分积与乘数联合右移1位Yn=0,+000.0100100.00100+00.100111011011011部分积与乘数联合右移1位Yn-1>♦凶00,1011100.01011*00.100111101111101部分积与乘数联合右移1位Yn=1>+凶00.1111000.011111110101110部分积与乘数联合右移1位|P|=0.0111101110Ps=160=11X^=1.0111101110Ps=160=16-6-原码加减交替算法X+Y商为Q,区原=口口一1011KM0.1011[Wb=ncow途数为g 氏女$(YJH-111110祚00,1110::余数周商@操作00,101100000余数初贻为内商初始为口+110010-M11.11C100000余数为负，上商0,左移1位,11,101000000余数与商联合左移1位+00111000100000001余数为正，上商1,左程1位.01000000010余数与商联合左移1位+11.0010-M00001000011余数为正，上商3左移1位.00,010000110余数与商联合左移1位+110010-M11,011000110余数为位，上而0,左移1位,10110001100余数与商联合左移1位+001110由111,101001100余数为负，上商口•左森1位+001110・忏恢复余数00,1000IQ1=0.1100Qs=0©1=1IQ®=1,1100Rs=X^=0IR1=0.00001DOO[R1^=0.00001000P156:4.8阶码（5位补码）尾数（6位补码）(1)X=-1.625=-1.101B Y=5.25=101.01BX+Y设阶码为E,尾数为M,浮点数=EM依)浮=口,口口011.00110厘m00110.101011一对阶:小阶对大阶■先求阶差Ex-Ey：但神TOUDOCI[-Eypb=11JW100,0001+11.1101rrr11,1110[E*-E小卜=11,111。即日向=-2ExcEy』E树向Ey』M造移独，襟：侬-QjOtJH1.11001102尾数相加[Mx+M用卜=时唠卜+[M必卜[Mx]Jb=11.1100110 [My肿=001010111,1100110+00.1010100,0111010[Mx+MyJ?HOO0111010&结果规格化结果需左规1位，阶码-1，111010[Ex+y/卜=0,001。4一舍人处理：哈1入舍去？[Mx+yJ?h=O.11101P<+YJ^_Q,00100.11101X-Y:1、对阶同上2、尾数相减：11.1100110+11.01011[Ex-y]补=11.00100103、结果不需规格化4、舍入处理：[Ex-y]补=1.00101[X-Y]=0,00111,00101

P108:9-1阶码（5位移码）尾数（6位补码）(1)X=5.25=101.01BY=-1.625=-1.101BX*Y设阶码为E,尾数为M，浮点数=EM凶浮=1,叩W0.10101市=1.00(01.001101一阶码相加：[Ex+Ey腌=[E师卜印（MJD01卧睡乖巧卜01,0011+Q0J000101,0100[EM懈79皿2尾数相乘[M«SF=00.10101[MK}Jb=1101011|Wy)?h=1.00110部分积乘数时师卜Mvn+10000000+00000001D0110000.ooooo100110000,30000+11.0101101001101101011010011011,10101+00ooooo101001111,10101101001111,11010+00.10101110100100,01111110100100,00111+00.ooooo111010000,00111111010000,000111111010+11.0101111.01110111101001110111103结果婉格化结果已规格化，目〉摩=101优4舍人处理:哈1人尾数曲XY]浮=1。叩1.011119-1X/Y:9-1X/Y:设阶码为E,尾数为M,浮点数=EM网知1mii0.10101rnff-ww100110i.阶码相减：[E中E版日膀升E加卜但灌旬iaii[-E用卜=11.1111O1JD011+11,111101J010[E*Ey居川,加1口2尾数相除商为Qj余数为R(MxJtb=O010101[MySF-H00110=0011010余数用洋卜商[Q朴操作00.10101000000余数初始为MJ?卜蔺棚+11.00110M*M屏号，第一次做11,11011000001余数与除数同号,上商.11,10110000010余数与商联合左移1位+0011010+[制亦卜00,10000000010余数与除数异号，上商I01.00000000100余数与商联合左移1位+1100110+岫脚0000110000100余数与除数异号，上商I0001100001000余数与商联合左移1位+11.00110+[M册11,10010001001余数与除数同号J上商.11.00100010010余数与南联合左移1位+0011010十国W卜11.11110010011余数与除数同号，上百11,11100100111左移1位，末位恒置1[QJfb=1.00111PCA1¥-L00101.00111设阶码为E,浮点数式尾数为M,MX静・0,11011.01000^B-amo0.11100mwasn:|Ex+Ey®=向醪+向附[EmJ^=0UJ1O1向肿=11.111口00,1101+11,111口9-2X*Y00,1011[Ex4Ey居也10112尾数相乘[M唠卜=11m00。[Myfb=0.11100H«}?b=0011000部分积乘数[M用卜 Myn+100,00000011100 0+000000000.00000011100 口00.00000001110 0+00.0000000.00000001110 000.00000000111 0+00.11000(ML11000000111 000,01100000011 1+00.0000000.01100000011 100,00110OOOOD1 1+00.0000000,0011000皿01 100,00011000000 1+11010001101011000000 1 01011000003.结果规格化结果已规格出？[E◎睇<10114舍人处理哈1人舍去，[M外射=1口口111X^^=01011 1.010119-2X/Y9-2X/Y设阶码为E，浮点数=E的浮=0,1101尸苒如11。尾数为M，M1.010000.111001.阶码相减：日4限[Ex^=00,1101[Ex隆4E讲卜[-EyJ?b=0OW1000,1101+00,001000,1111[Ew-Ey^=OJ1112.尾数相除Mx+My商为Q»(Mx^b=1101000(-MyJJb-11.00100余数为R[My^b=0011100余数[RJ?卜11.01000商[Q朴000000+00.1110000,0010000000100,01000+110010000001011,0110010,11000+00.1110000001000010011,101001101000+0011100000100001000000010000,01000001001010010+11.00100110110010,11000[Q孙"0501010010100101区7衅=0.11111.00101《存储体系》P225:(1)(2)(3)P225:(1)(2)(3)2、64K16=416=64片16K1128500ns=64」s3、最大主存容量=21816bit21816bit共需2__26处=4x16=64片芯片；若米用异步刷新，则刷新信号的周期为64K1bit粉二159每块8字节，则Cache容量为2KM16blt=512=29行,即c=9,Cache采用2路8Byte18组相联映射，则r=1o主存容量为2一16bl=216块，即m=16。每块包含4个字,8Byte每字包含2个字节。Cache组地址主存0组字块字块1字块组组28-1字块216282-2字块1字块028-12828+1字块2161字块29-1标记行0标记行1标记行21标记行3…………标记行29 -2标记行29-1Cache0128-1主存字块标记组地址挑内子地址主存字地址88216主存字块标记组地址块内字地址字内字节地址主存字节地址188216主存字地址=462EH=00010001,10001011,10;因此该字映射到Cache的第139组。(4)分析地址:AI7A6A4A13A2AiAI0最小128KRAM保留区最高端8KROM128KRAM区由128K16bit=8216K8bit进行字扩展；每个组内有2片进行位扩展。=16片SRAM芯片构成;分为8组，组与组之间P225:5、平均访问时间 ta = hc tc (1-hc) hm (tm tj (1-儿)(1-%)储 tc tp)其中：ta ——平均访问时间；tc —— Cache的存储周期；tm ——主存的存储周期；tp 一一磁盘的存储周期；hc Cache的命中率；hm 主存的命中率。匕…ta=90%20ns10%60%80ns10%40%(80ns1200ns)ta=18ns4.8ns3.2ns48ns=74nsP168：6、.3、 3900命中率h=-3900—100%=97.5%3900100平均访问时间ta=htc(1-h)tm平均访问时间ta=97.5%40ns2.5%240ns=39ns6ns=45nse=tc/ta=40/45=8/9P168:7、4路组相联映射，所以r=2每块4字，所以b=2;每字32位，所以每字包含4字节。8K字节… 9… …Cache谷重为 ，二=512仃=2仃，故c=944子节主存容量为16M［二=1M块=220块，故m=204M4字节

Cache组地址主存标记行Cache组地址主存标记行0…标记行3标记行4…标记行7……………标记行29-4…标记行29-1Cache128组。(1)Cache共分为：2cr=29128组。(2)主存字块标记组地址块内字地址字内字节地址主存字节地址2137220P226:8、4路组相联映射，所以r=2每块64字，所以b=6;…口,8K字々一为，Cache谷量为…=2仃，故c=764子、—…目4256K字 12L.64子王存容量为 =2块，故64子主存Cache组地址主存字地址0~8447,位于主存的哪几块内呢?标记行0…标记行3标记行4…标记行7……………标记行27-4…标记行27-1Cache8448子 、，— 、、 ,, ,,》=132,即主存的第0~8447字位于连续的132块内。64子132/^=商4余4,因此这25块132块连续分布在第0~4大组内，其中在第4大组中只有4块。第1大组 第2大组 第3大组第4大组□「付CPU第1次依次访问主存的0~8447字时不命中132次。Cache的变化如图所示主存CacheCache4行主存CacheCache4行Cache第4组的4行第圜的4Cache第4组的4行第圜的4行第2组的4行第3组的4行第0大组第1大组第2大组第3大组Cache第4组的4行第圜的4行第1组的4行第3组的4行第0大组第1大组第2大组第3大组Cache第4组的4行第圜的4行第1组的4行第2组的4行第0大组第1大组第2大组第3大组CacheCPU从第2次开始直到第21次访问主存的0~8447字时，每轮不命中20次（从第0~4大组的前4块都不命中，其余都命中），Cache的变化如图所示Cache第3组的4行第4MH.的4行第1组第2组的4行的4行第0大组第1大组第2大组第3大组Cache第3组的4行第速的4行第1组的4行第2组的4行第0大组第1大组第2大组第3大组

因为tcct因为tcctm10命中率八二844821-132-2020100%;犯876100%=99.7%177408844821177408设使用Cache比不使用Cache在速度上提高x倍，则tmx=tmx= htc(1-h)(tm tc) tm =9.7倍tm 11tmh—(1-h)m10 10《指令系统》12、地址OPMODDISP指令0019H001AH第一条转移指令:0019HJMP001AH0006H执行该JMP指令后(PC)=001BH+0006H=0021H《指令系统》12、地址OPMODDISP指令0019H001AH第一条转移指令:0019HJMP001AH0006H执行该JMP指令后(PC)=001BH+0006H=0021H(PC)=001AH,第二条转移指令:0019HJMP001AH0025H执行该JMP指令后(PC)=001BH+0025H=0040H(PC)=001AH,OP(6)MOD(3)REG(4)ADDR(19)13、寄存器-存储器型指令是指一个操作数来自寄存器，另一个操作数来自存储器。(1)指令字长32位：直接寻址时EA=ADDR,因此主存最大存储空间为 219字。(假设存储器按字编址)间接寻址时EA=(ADDR),因此操作数地址存放在主存地址为 0~219-1的单元内，假设存储器按字编址，则EA应该是32位的地址，则主存最大存储空间为 232字。(2)其实用32位通用寄存器做基址寄存器，类似于 80X86机器上存储器分段管理。EA=32位基地址+偏移地址，所以EA是32位，则主存最大存储空间为 232字。16、设某机寄存器字长 16位，用16进制表示，已知：变址寄存器内容为 0004H,PC的内容为0003H,内存中部分单元内容如下：地址：内容 地址：内容0002H:000AH0007H:000AH0003H:0002H0008H:0002H0004H:0007H0009H:0003H0005H:0004H000AH:0009H0006H :0005H 000BH :0008H指令为双字长指令，格式如下：

操作码，寻址方式码，寄存器号 （16位）0002H直接地址/间接地址/立即数/相对位移量/形式地址（16位）0007H若当前指令分别为下列寻址方式时，试求出操作数填入下表。寻址方式EA=操作数直接0007H000AH间接000AH0009H立即/0007H变址0004H+0007H0008H某机器字长16位，采用单字长指令，每个地址码 6位。试采用操作码扩展技术，设计14条二地址指令，80条一地址指令，60条零地址指令。请给出指令编码示意图。双操作数指令格式：OP（4位）A1（6位）A2（6位）14条双操作数指令OP=0000…OP=1101A1（6位）A2（6位）单操作数指令格式：OP（10位）A1（6位）80条双操作数指令OP=1110000000…OP=1110111111OP=1111000000…A1（6位）OP=1110001111无操作数指令格式：OP（16位）60条双操作数指令OP=1110010000000000…OP=1110010000111011OP为操作码,编码分配如下：00000——ADD0001——SUB0010——OP为操作码,编码分配如下：00000——ADD0001——SUB0010——AND0011——MOV0100——JMP0101——INC(自增1)1111——HALT（动态停机）其中,M为源操作数的寻址方式，编码分配如下：00一立即数寻址01—直接寻址J10一相对寻址11—变址寻址（变址寄存器为R3）A为源操作数的立即数、直接地址、间接地址或偏移地址。Rd为目的操作数的寄存器号，编码分配如下：L00——R0<■01——R110——R2111——R3OP(4位)M(2位)Rd(2位)A(8位)假设：PC的内容为22H;变址寄存器R3的内容为30H;主存部分单元的内容如下:主存地址:内容主存地址：内容主存地址：内容20H:22H27H:02H2EH00H21H:33H28H:21H2FH01H22H:35H29H:0FH30H02H23H:20H2AH48H31H03H24H:01H2BH:01H32H04H25H:20H2CH:55H33H05H26H:1DH2DHF0H34H06H问：CPU启动执行指令到停机，期间执行了哪几条指令？写出每条指令的功能、寻址方式、操作数及执行结果。解：由于（PC）=22H,即程序的第一条指令地址为 22H,从22H开始，执行到2DH（HALT指令）为止，共五条指令。经分析，所有指令的目的操作数的寻址方式均为寄存器寻址方式为R1。下面列出每条指令的功能、源操作数的寻址方式、源操作数及执行结果。PC指令助记符寻址方式EA源操作数执行结果22H35HMOV直接寻址20H(20H)=22H(R1)=22H23H20H24H01HADD立即数20H(R1)=(R1)+20H=42H25H20H26H1DHSUB变址寻址(R3)+02H=32H(32H)=04H(R1)=(R1)-04H27H02H=3EH28H21HAND立即数0FH(R1)=(R1)0FH=0EH-29H0FH2AH48HJMP相对(PC)+01H=2CH+01H=2DH(PC)=2DH2BH01H2CH55H2DHF0HHALT停机《控制器》6、设某机平均执行一条指令需要两次访问内存，平均需要三个机器周期，每个机器周期包含4个节拍周期。若机器主频为25MHz试回答：1）若访问主存不需要插入等待周期，则平均执行一条指令的时间为多少？2）若每次访问内存需要插入2个等待节拍周期，则平均执行一条指令的时间是又多少？解：（1）时钟周期=——1—王频25MHz平均指令周期=3父4父时钟周期=0.48Ns（2）平均指令周期=3父4M时钟周期+2父2M时钟周期=0.64Ns7、设某机主频为8MHz每个机器周期包含4个节拍周期，该机平均指令执行速度为1MIPS试回答：1）该机的平均指令周期是多少时间？ 2）平均每条指令周期包含几个机器周期？解：（1）平均指令周期= 1 =1抬机器速度⑵ 8MHz平均每条指令=7•机器周期=7=28、参见图7—41的数据通路，指令"INCR1”将R1寄存器的内容加1,画出其指令周期微程序流程图，并根据表7—11和表7—12写出每一条微指令码。解：INCR1;(R1)+1R1BTOOTBFUNCFSS3-S0MCi空M6-M01101110001000000000000100110000100000000000000110000000011000000000100000010110000000000000001001000010000000000000001RAMIR<RAMIR<J1#>R1DA1_.. DA1+1R19、根据图7-41所示的模型机结构和数据通路，写出以下指令从取址到执行的全部微操作序列，说明各条指令需要哪几个机器周期，需要几次访问内存及完成什么操作。SUBA,R,该指令完成(A)—R-(A),源操作数一个为寄存器寻址，目标操作数为指令提供的内存有效地址A为指令提供的内存有效地址A。JMP偏移量，该指令完成PC+偏移量一PC。(A)—R-(A)解：(1)SUBA,R(A)—R-(A)解：(1)SUBA,R指令为双字节格式：所以，共需要8个机器周期，共访存