(完整版)计算机组成原理课后作业答案(包健第二版)完整

P156

4.1X＝0.1101

Y＝－0.0110（设机器数长度为8位）[X]补=0.1101000[－X]补=1.0011000[2X]补=溢出[－2X]补=溢出[X/2]补=0.0110100[-X/2]补=1.1001100[Y]补=1.1010000[－Y]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、

（1）

（2）P156：4－4

6－1原码恢复余数算法

6－1原码加减交替算法6－2原码恢复余数算法6－2原码加减交替算法P156：4.8阶码（5位补码）尾数（6位补码）（1）X=-1.625=-1.101B

Y=5.25=101.01B

XYX－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]=0,00111,00101P108：9-1阶码（5位移码）尾数（6位补码）（1）X=5.25=101.01B

Y=-1.625=-1.101B

X*Y9-1

X/Y:

9-2

X*Y

9-2

X/Y《存储体系》P225：2、（1）64 16K×1 64K×16 =4×16=64片（2）2 128 2ms =15.625μs（3）128128×500ns=64μsP225：3、（1）最大主存容量=22 18×16bit（2）共需2 64K×1bit 2 18×16bit =4×16=64片芯片；若采用异步刷新，则刷新信号的周期为2 128 2ms =15.625μs（3）每块8字节，则Cache容量为2 8Byte 2K×16bit =512=2 9行，即c=9，Cache采用2路组相联映射，则r=1。主存容量为2 8Byte 2 18×16bit =2 16块，即m=16。每块包含4个字，每字包含2个字节。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：128K的RAM区由128 16K×8bit 128K×16bit =8×2=16片SRAM芯片构成；分为8组，组与组之间进行字扩展；每个组内有2片进行位扩展。P225：5、平均访问时间tt a=h c×t c(1−h c)×h m×(t mt c)(1−h c)×(1−h m)×(t mt ct p)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——磁盘的存储周期；hc——Cache的命中率；hm——主存的命中率。所以，tt a=90%×20ns10%×60%×80ns10%×40%×(80ns1200ns)t a=18ns4.8ns3.2ns48ns=74nsP168：6、命中率hh= 3900100 3900 ×100%=97.5%平均访问时间tt a=h×t c(1−h)×t mt a=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。Cache容量为8 4×4字节 8K字节 =512行=2 9行，故c=9主存容量为16 4×4字节 16M字节 =1M块=2 20块，故m=20(1)Cache共分为：2c-r

=

29-2=128组。(2)P226：8、4路组相联映射，所以r=2每块64字，所以b=6；Cache容量为8 64字 8K字 =2 7行，故c=7主存容量为256 64字 256K字 =2 12块，故m=12主存字地址0~8447，位于主存的哪几块内呢？8448 64字 8448字 =132，即主存的第0~8447字位于连续的132块内。132 2 5块 132块 =商4余4，因此这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。

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CPU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

因为tt c= 10 t m ,命中率hh= 8448×21 8448×21−132−20×20 ×100%= 177408 176876 ×100%=99.7%设使用Cache比不使用Cache在速度上提高x倍，则xx= h×t c(1−h)×(t mt c) t m = h× 10 t m (1−h)× 10 11×t m t m =9.7倍《指令系统》12、地址指令0019HOPMOD001AHDISP第一条转移指令：0019HJMP001AH0006H（PC）=001AH，执行该JMP指令后（PC）=001BH0006H=0021H第二条转移指令：0019HJMP001AH0025H（PC）=001AH，执行该JMP指令后（PC）=001BH0025H=0040H13、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：OP(6)MOD(3)REG(4)ADDR(19)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：000AH

0007H：000AH0003H：0002H

0008H：0002H0004H：0007H

0009H：0003H0005H：0004H

000AH：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0004H0007H0008H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…OP=1110001111A1（6位）无操作数指令格式：OP（16位）60条双操作数指令OP=0…OP=1设某8位计算机，除HALT指令外，指令均为双字长，格式如下：OP（4位）M（2位）Rd（2位）A（8位）Rd为目的操作数的寄存器号，编码分配如下：00——R001——R110——R211——R3M为源操作数的寻址方式，编码分配如下：00—立即数寻址01—直接寻址10—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。OP为操作码，编码分配如下：0000——ADD0001——SUB0010——AND0011——MOV0100——JMP0101——INC（自增1）……1111——HALT（动态停机）

其中，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：22H

27H：02H

2EH：00H21H：33H

28H：21H

2FH：01H22H：35H

29H：0FH

30H：02H23H：20H

2AH：48H

31H：03H24H：01H

2BH：01H

32H：04H25H：20H

2CH：55H

33H：05H26H：1DH

2DH：F0H

34H：06H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）-04H=3EH27H02H28H21HAND立即数——0FH（R1）=（R1）·0FH=0EH·29H0FH2AH48HJMP相对（PC）01H=2CH01H=2DH——（PC）=2DH2BH01H2CH55H——————————2DHF0HHALT——————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= 主频 1 = 25MHz 1 =平均指令周期=3×4×时钟周期=0.48μs（2）=平均指令周期=3×4×时钟周期2×2×时钟周期=0.64μs7、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= 机器速度 1 =1μs（2）=机器周期= 8MHz 4 平均每条指令=χ•机器周期⇒χ=28、参见图7－41的数据通路，指令“INC

R1”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：

INC

R1；（R1）1R1BTOOTBFUNCFSS3-S0MCi空M6-M011011100010000000000001001100001000000000000001100000000110000000001000000101100000000000000010010000100000000000000019、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。1）SUB

A，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。2）JMP偏移量，该指令完成PC＋偏移量→PC。解：（1）SUB

A，R；（A）－R→（A）指令为双字节格式：OP（SUB）**RdAddr所以，共需要8个机器周期，共访存4次。（2）JMPDISP；（PC）＋DISP→PC所以，共需要7个机器周期，共访存2次10、假设某机器主要部件有：程序计数器PC、指令寄存器IR、通用寄存器R0～R3、暂存器DD1和DD2、ALU、移位器、存储器地址寄存器MAR及存储器M。1）要求采用单总线结构，画出包含上述部件的逻辑框图，并注明数据流动方向。2）画出ADD（R1），（R2）指令在取指和执行阶段的操作步骤流程图。R1寄存器存放目标操作数地址，R2寄存器存放源操作数地址。3）写出各操作步骤所需的全部微操