計算機(jī)組成原理課后作業(yè)解答

1、計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理課后習(xí)題解答課后習(xí)題解答第三章：系統(tǒng)總線題：CPUI/OI/OCPUCPUI/O.D7D0D7D0P66頁頁12題：在數(shù)據(jù)總線上接有題：在數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D寄存器，畫出滿足下列要求的電路框圖：寄存器，畫出滿足下列要求的電路框圖：三態(tài)門mTm(1)在同一時間實(shí)現(xiàn)在同一時間實(shí)現(xiàn)DAA，DBDB，DCDC寄存器間傳送寄存器間傳送(2)要求：要求：T0時刻完成時刻完成D總線；總線；T1T1時刻完成時刻完成總線總線AA； T2T2時刻完成時刻完成AA總線；總線； T3T3時刻完成時刻完成總線總線BBA接收門T+T3接收門2BT3三態(tài)門1D三態(tài)門2T0+T1BUSCP

2、T0T1T2T3補(bǔ)充作業(yè)：補(bǔ)充作業(yè)：1.假設(shè)總線的時鐘頻率為假設(shè)總線的時鐘頻率為33MHz，且一個總線時鐘周，且一個總線時鐘周期為一個總線傳輸周期。若在一個總線傳輸周期可期為一個總線傳輸周期。若在一個總線傳輸周期可并行傳送并行傳送4個字節(jié)數(shù)據(jù)，求該總線帶寬，并分析哪個字節(jié)數(shù)據(jù)，求該總線帶寬，并分析哪些因素影響總線的帶寬。些因素影響總線的帶寬。解：總線帶寬是指單位時間內(nèi)總線上可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位解：總線帶寬是指單位時間內(nèi)總線上可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)（字節(jié)數(shù)（字節(jié)/秒）。秒）?？偩€帶寬總線帶寬=4B/T=4Bf=4B33106Hz=132MBps影響總線帶寬的因素：總線寬度、傳輸距離、總線發(fā)影響總線帶寬的因素

3、：總線寬度、傳輸距離、總線發(fā)送和接收電路的工作頻率的限制以及數(shù)據(jù)傳輸形式送和接收電路的工作頻率的限制以及數(shù)據(jù)傳輸形式等。等。2在一個在一個16位的總線系統(tǒng)中位的總線系統(tǒng)中,若時鐘頻率為若時鐘頻率為100MHz，總線傳輸周期為，總線傳輸周期為5個時鐘周期，個時鐘周期，每一個總線傳輸周期可傳送每一個總線傳輸周期可傳送1個字，試計算個字，試計算總線的數(shù)據(jù)傳輸率?？偩€的數(shù)據(jù)傳輸率。解：時鐘頻率為解：時鐘頻率為100MHz，所以：，所以：1個時鐘周期為個時鐘周期為1/f=1/100=0.01ss5個時鐘周期為個時鐘周期為0.05ss總線的數(shù)據(jù)傳輸率總線的數(shù)據(jù)傳輸率=16b/（T5）=16b/（1/f 5

4、）=16b/（1/100 5）=320 106bps第四章第四章 存儲器存儲器21題:(教材P146頁)解:(1)根據(jù)題意:每字塊有8個字,每個字32位故主存地址字段中字塊內(nèi)地址字段為5位(25=32),字塊大小為832b=32B=25B所以16KB的CACHE共有214B/25B=29塊,即C=9。根據(jù)四路組相聯(lián)映象2r=4得r=2故q=c-r=9-2=7主存容量為4MB=222B，主存地址字段中主存字塊標(biāo)記位數(shù)為22-7-5=10位。主存地址字段各段格式為：主存字塊標(biāo)記(12位)組地址(7位)字塊內(nèi)地址(5位)(2)CACHE開始空，CPU訪問0單元時肯定不命中，會讀取內(nèi)存，并將內(nèi)存所在塊

5、(0-7號單元)調(diào)入CACHE，CPU以后訪問1-7號單元會命中，而訪問8號單元又不命中，再替換.,所以，CPU在訪問0-99號單元時會不命中8,16,96共13個單元。故命中率=（1008-13）/（1008）100%=98.375%(3)設(shè)主存存取周期為6t，CACHE存取周期為t，沒有CACHE的訪問時間為6t800，有CACHE的訪問時間為t（800-13）+6 t13則速度提高倍數(shù)=（ 6t800）/（ t（800-13）+6 t13 ）=4.5教材P146頁26題解解：(1)硬盤由6片磁盤組成,每片2個記錄面,由于上下2個面不用,所以共有10個記錄面可以用。(2)柱面數(shù)也就是每張磁

6、盤磁道數(shù)=盤半徑/道密度盤半徑=外半徑-內(nèi)半徑=33/2-11/2=5.5cm=55mm柱面數(shù)=盤半徑/道密度=5.540=220面(3)硬盤總?cè)萘?面容量記錄面數(shù)=(道容量道數(shù))記錄面數(shù)=(內(nèi)道周長內(nèi)層密度) 道數(shù))記錄面數(shù)=(2 3.14 22/2) 400) 220 )10=60790400位(4)數(shù)據(jù)傳輸率=轉(zhuǎn)速道容量=40 ( 2 3.14 22/2) 400)=40 27632=1105280位教材P146頁27題解（1）磁盤總?cè)萘?道容量道數(shù)記錄面數(shù)=12288 275 4=13516800字節(jié)（2）最高位密度（最小磁道位密度）=道容量/（2 3.14 最小磁道直徑）=12288

7、字節(jié)/(2 3.14 230mm）=17字節(jié)/mm最低位密度（最大磁道位密度）=道容量/（2 3.14 最大磁道直徑）=12288字節(jié)/(2 3.14 (最小磁道直徑+磁盤半徑2)）= 12288字節(jié)/(2 3.14 (230mm+磁道數(shù)/道密度2)）= 12288字節(jié)/(2 3.14 (230mm+275/52)）=11.7字節(jié)/mm(3)數(shù)據(jù)傳輸率=轉(zhuǎn)速道容量=(3000/60) 12288字節(jié)=614.4字節(jié)/秒=614.4B/S(4)因?yàn)槠骄却龝r間為磁盤轉(zhuǎn)一圈時間的一半，所以：平均等待時間=（1/轉(zhuǎn)速）/2=(60/3000)/2=10ms補(bǔ)充作業(yè)補(bǔ)充作業(yè):1.一個1K4位的DRAM

8、芯片,若其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成6464形式,且存取周期為0.1s.(1)若采用分散刷新和集中刷新相結(jié)合的方式,刷新信號周期應(yīng)該取多少?(2)若采用集中刷新,則對存儲器芯片刷新一遍需多少時間?死亡時間率是多少?解:(1)采用分散刷新和集中刷新相結(jié)合的方式,對排列成6464形式的DRAM芯片,需在2ms內(nèi)將64行各刷新一遍,故刷新信號的時間間隔為2ms/64=31.25s,故取刷新周期31s(2)采用集中刷新對排列成6464形式的DRAM芯片,需在2ms內(nèi)集中64個存取周期刷新64行。因?yàn)榇嫒≈芷跒?.1s，故對存儲器芯片刷新一遍需64 0.1s=6.4s,死亡時間率=(64/20000) 100%=0

9、.32%。第6章 例1:設(shè)浮點(diǎn)數(shù)字長為32位,欲表示6104的十進(jìn)數(shù),在保證最大精度條件下,除階符、數(shù)符各取1位外，階碼和尾數(shù)各取幾位？按這樣分配，該浮點(diǎn)數(shù)溢出的條件是什么？解:因?yàn)?16=65536,故欲表示6104的十進(jìn)數(shù)需要16位二進(jìn)制數(shù);而(16)10=(10000)2,故除階符外,階碼至少取5位,為保證數(shù)的最大精度,則階碼取5+1=6位,而尾數(shù)取32-6=26位,其中尾符占1位。 按照此分配，當(dāng)階碼大于+31時，浮點(diǎn)數(shù)溢出，需中斷處理。溢出判斷溢出判斷 設(shè)機(jī)器數(shù)為補(bǔ)碼，尾數(shù)為設(shè)機(jī)器數(shù)為補(bǔ)碼，尾數(shù)為 規(guī)格化形式規(guī)格化形式，并假并假設(shè)階符取設(shè)階符取 2 位，階碼取位，階碼取 7 位，數(shù)符

10、取位，數(shù)符取 2 位，尾數(shù)位，尾數(shù)取取 n 位，則該位，則該 補(bǔ)碼補(bǔ)碼 在數(shù)軸上的表示為在數(shù)軸上的表示為上溢上溢下溢下溢上溢上溢 對應(yīng)對應(yīng)負(fù)浮點(diǎn)數(shù)負(fù)浮點(diǎn)數(shù) 對應(yīng)對應(yīng)正浮點(diǎn)數(shù)正浮點(diǎn)數(shù)00,1111111;11.00 0 00,1111111;00.11 111,0000000;11.011 111,0000000;00.100 02127(1) 2-128(2-1+ 2-n)2-1282-12127(12-n)最小負(fù)數(shù)最小負(fù)數(shù)最大負(fù)數(shù)最大負(fù)數(shù)最小正數(shù)最小正數(shù)最大正數(shù)最大正數(shù)0階碼階碼01, 階碼階碼01, 階碼階碼 10, 按機(jī)器零處理按機(jī)器零處理例例2：什么是機(jī)器零？浮點(diǎn)數(shù)采用什么機(jī)器數(shù)：什么

11、是機(jī)器零？浮點(diǎn)數(shù)采用什么機(jī)器數(shù)形式時，可用全形式時，可用全“0”表示機(jī)器零？表示機(jī)器零？ 解：浮點(diǎn)數(shù)機(jī)器0條件： 當(dāng)一個浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)為0時，不論階碼為何值，機(jī)器都把該浮點(diǎn)數(shù)當(dāng)機(jī)器0處理； 當(dāng)一個浮點(diǎn)數(shù)的階碼它所能表示的最小數(shù)時，不論尾數(shù)階碼為何值，機(jī)器都把該浮點(diǎn)數(shù)當(dāng)機(jī)器0處理。 當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)的階碼用移碼表示，則最小的階碼（移碼）全為0，而浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)用補(bǔ)碼表示，則當(dāng)其為全0時即表示尾數(shù)的真值為0。 綜合以上情況，此時機(jī)器0可用全0表示。 當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)當(dāng)浮點(diǎn)數(shù) 尾數(shù)為尾數(shù)為 0 時，不論其階碼為何值時，不論其階碼為何值 按機(jī)器零處理按機(jī)器零處理機(jī)器零機(jī)器零 當(dāng)浮點(diǎn)數(shù)當(dāng)浮點(diǎn)數(shù) 階碼等于或小于它所表示的最小

12、階碼等于或小于它所表示的最小 數(shù)數(shù) 時，不論尾數(shù)為何值，按機(jī)器零處理時，不論尾數(shù)為何值，按機(jī)器零處理如如 m = 4 n = 10當(dāng)階碼用移碼，尾數(shù)用補(bǔ)碼表示時，機(jī)器零為當(dāng)階碼用移碼，尾數(shù)用補(bǔ)碼表示時，機(jī)器零為0, 0 0 0 0；0. 0 0 0 1, 0 0 0 0 ； . , ； 0. 0 0 0 有利于機(jī)器中有利于機(jī)器中“ 判判 0 ” 電路的實(shí)現(xiàn)電路的實(shí)現(xiàn)當(dāng)階碼和尾數(shù)都用補(bǔ)碼表示時，機(jī)器零為當(dāng)階碼和尾數(shù)都用補(bǔ)碼表示時，機(jī)器零為（階碼（階碼 = 16）例3. 寫出對應(yīng)0的各種機(jī)器數(shù)(機(jī)器字長8位) 小數(shù)小數(shù) +0原=0.0000000 -0原=1.0000000 +0補(bǔ)=0.00000

13、00 -0補(bǔ)=0.0000000 +0反=0.0000000 -0反=1.1111111 整數(shù)整數(shù) +0原=0,0000000 -0原=1,0000000 +0補(bǔ)=0,0000000 -0補(bǔ)=0,0000000 +0反=0,0000000 -0反=1,1111111 +0移=1,0000000 -0移=1,0000000例例4:設(shè)機(jī)器字長為設(shè)機(jī)器字長為16位位,寫出下列各種情況下它能表寫出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍示的數(shù)的范圍(十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù),定點(diǎn)數(shù)采用定點(diǎn)數(shù)采用1位符號位位符號位) 無符號數(shù)無符號數(shù); ; 原碼表示的定點(diǎn)小數(shù)原碼表示的定點(diǎn)小數(shù); ; 補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小

14、數(shù); ; 原碼表示的定點(diǎn)整數(shù)原碼表示的定點(diǎn)整數(shù); ; 補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù); ; 假設(shè)浮點(diǎn)數(shù)階碼假設(shè)浮點(diǎn)數(shù)階碼5 5位位( (含含1 1位符號位位符號位) )尾數(shù)尾數(shù)1111位位( (含含1 1位符號位位符號位) )分別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)范圍分別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)范圍; ; 浮點(diǎn)數(shù)格式同上浮點(diǎn)數(shù)格式同上, ,機(jī)器數(shù)用原碼規(guī)格化形式機(jī)器數(shù)用原碼規(guī)格化形式, ,分分別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)范圍別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)范圍; ; 浮點(diǎn)數(shù)格式同上浮點(diǎn)數(shù)格式同上, ,機(jī)器數(shù)用補(bǔ)碼規(guī)格化形式機(jī)器數(shù)用補(bǔ)碼規(guī)格化形式, ,分分別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)范圍。別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)范圍。

15、解答解答: 065535 0000H-FFFFH -32767/32768+32767/32768 -1 +32767/32768 -32767 +32767 FFFFH-7FFFH -32768 +32767 8000H-7FFFH 浮點(diǎn)數(shù)(負(fù)數(shù)) -215(1-2-10) -2-152-10 浮點(diǎn)數(shù)(正數(shù)) 2-152-10 215(1-2-10) 正數(shù)(原碼) 2152-1 215(1-2-10) 1,1111;0.1000000000 - 0,1111;0.1111111111 負(fù)數(shù)(原碼) -215(1-2-10) -2-152-1 0,1111;1.1111111111 - 1,1

16、111;1.1000000000 規(guī)格化正數(shù)(補(bǔ)碼) 2-162-1 215(1-2-10) 1,0000;0.1000000000 - 0,1111;0.1111111111 規(guī)格化負(fù)數(shù)(補(bǔ)碼) -215 -2-16(2-1 +2-10) 0,1111;1.0000000000 - 1,0000;1,0111111111舉例舉例最大正數(shù)最大正數(shù)= 215( 1210 ) 2+1111 0.111111111110 個個 1最小正數(shù)最小正數(shù)最大負(fù)數(shù)最大負(fù)數(shù)最小負(fù)數(shù)最小負(fù)數(shù)= 21521 = 215( 12 10 ) = 216= 21521 = 2162-1111 0.10000000009

17、個個 02-1111 ( 0.1000000000)9 個個 02+1111 ( 0.1111111111)10 個個 116位浮點(diǎn)數(shù)位浮點(diǎn)數(shù)(設(shè)設(shè) m = 4，n = 10)尾數(shù)規(guī)格化后的浮點(diǎn)數(shù)表示范圍尾數(shù)規(guī)格化后的浮點(diǎn)數(shù)表示范圍例例5. 浮點(diǎn)數(shù)格式為階碼浮點(diǎn)數(shù)格式為階碼3位位(包含包含1位符號位位符號位)尾數(shù)尾數(shù)5位位(包含包含1位符號位位符號位).階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示.要求要求:（1 1）將）將3.25,-1.753.25,-1.75表示成規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)表示成規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù) 求出該格式浮點(diǎn)數(shù)所表示的最大正數(shù)、最小正求出該格式浮點(diǎn)數(shù)所表示的最大正數(shù)、最小正數(shù)、最大負(fù)

18、數(shù)、最小負(fù)數(shù)。數(shù)、最大負(fù)數(shù)、最小負(fù)數(shù)。 解:(1)3.25=11.01B=0.1101B22E補(bǔ)=010 S補(bǔ)=0.1101 規(guī)格化為 01001101 -1.75= - 1.11B= - 0.1110B21E補(bǔ)=001 S補(bǔ)=1.0010 規(guī)格化為 00110010(2) 最大正數(shù) 01101111=20110.1111=111.1=7.5最小正數(shù) 1000000001=21000.0001=0.0000001=28最大負(fù)數(shù) 10011111=21001.1111= -28最小負(fù)數(shù) 01110000=20111.0000=-8例例6：將下列數(shù)由小到大排序：將下列數(shù)由小到大排序16,1010.

19、11B,25.3Q,X1補(bǔ)補(bǔ)=10001101,1CH,X2反反=01001101,0110.1001BCD,X3原原=10101011,-X4補(bǔ)補(bǔ)=10111111,-X5=10100101 答案:由小到大排序 X3,0110.1001BCD,1010.11B,16,1CH,25.3Q,X4,X2,X5,X1例例7:已知已知X=23,Y=-106,試用補(bǔ)碼完成下列運(yùn)試用補(bǔ)碼完成下列運(yùn)算算:(1) X+Y, X-Y(2) 2X補(bǔ)補(bǔ),1/2X補(bǔ)補(bǔ),8X補(bǔ)補(bǔ)(3) 2Y補(bǔ)補(bǔ),1/2Y補(bǔ)補(bǔ),1/4Y補(bǔ)補(bǔ)解:(1) X=23=10111B Y=-106=-1101010B X補(bǔ)=00010111 Y補(bǔ)

20、=10010110 -Y補(bǔ)= =01101010 X+Y補(bǔ)= X補(bǔ)+Y補(bǔ)= 00010111+ 10010110=10101101, X+Y原= 11010011X+Y= - (1010011B)= -83X-Y補(bǔ)= X補(bǔ)+-Y補(bǔ)= 00010111+ 01101010 =10000001, 溢出,即X-Y溢出(2) X補(bǔ)=00010111 2 X補(bǔ)=00101110 4 X補(bǔ)=01011100 8 X補(bǔ)=10111000 移位后符號位由0變1,溢出(3) Y補(bǔ)=100101102Y補(bǔ)=00101100移位后符號位由1變0,溢出1/2 Y補(bǔ)=110010111/4 Y補(bǔ)=11100101例例8

21、:某計算機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的階碼、尾數(shù)均用補(bǔ)某計算機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)的階碼、尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示。已知碼表示。已知X=1010B，Y=111B。試求。試求X+Y和和X-Y的值。的值。例例9：利用：利用SN74181，SN74182組成下列組成下列ALU：（1）16位行波進(jìn)位位行波進(jìn)位ALU（2）16位并行位并行ALU（3）64位并行位并行ALU例例10：已知有：已知有16位字長位字長ALU，能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼加、，能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼加、減運(yùn)算和多種邏輯運(yùn)算；減運(yùn)算和多種邏輯運(yùn)算；161616陣列補(bǔ)碼乘陣列補(bǔ)碼乘法器（法器（MULMUL），其乘積為雙備字長；），其乘積為雙備字長；16161616陣陣列補(bǔ)碼除法器（列補(bǔ)碼除法器（DI

22、VDIV），商為），商為1616位。其它所需位。其它所需要的器件可自行選擇。請?jiān)O(shè)計一個要的器件可自行選擇。請?jiān)O(shè)計一個1616位字長位字長的定點(diǎn)補(bǔ)碼四則運(yùn)算，它既能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼四則的定點(diǎn)補(bǔ)碼四則運(yùn)算，它既能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼四則運(yùn)算，又能完成運(yùn)算，又能完成多種邏輯運(yùn)算，通用寄存器多種邏輯運(yùn)算，通用寄存器組包含組包含4個個16位寄存器。位寄存器。第七章12題:P336頁(1)一地址指令格式: OP M AOP：操作碼字段， 97中操作需要設(shè)置7位。M：尋址方式特征字段，6種尋址方式需設(shè)置3位。A：形式地址字段。由于指令字長16位，所以A字段長度為16-7-3=6位（2）因?yàn)锳字段6位，26=64，所以，直接尋址

23、最大范圍為64個字。（3）因?yàn)榇鎯ψ珠L16位，所以一次間址的尋址范圍為216；若多次間址，需用最高位來區(qū)別是否繼續(xù)見解尋址，故尋址范圍為216。（4）立即數(shù)的范圍是 -32 +32（有符號數(shù)），或0 63（無符號數(shù)）。（5）相對尋址位移量 -32 +32（6）立即尋址時間最短；間接尋址時間最長；變址尋址的指令便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序；相對尋址有利于程序浮動。（7）若指令格式改為雙字指令（第1字：OP 7位，M3位，A1 6位；第2字：A216位。）故指令的地址字段共16+6=22位，22220=4M即，采用雙字指令可以使指令的直接尋址擴(kuò)大為4M。（8）為了使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一

24、位置（4M16），可采用如下辦法：上格式雙字指令；配備22位的基址寄存器或22位的變址寄存器；還可仿照8086，通過16位基址寄存器左移6位再加上A地址形成22位地址。15題（P336頁）解：（1）根據(jù)題意，設(shè)計指令格式如下：OPIRAOP：操作碼字段。需設(shè)置64種操作，因?yàn)?6=64，所以可設(shè)置6位。I：直接間接尋址方式位，設(shè)置1位。R：通用寄存器編碼；因?yàn)橛?2個32位寄存器，25=32，所以R設(shè)置5位。A：內(nèi)存形式地址編碼。因?yàn)?2-6-1-5=20，所以此字段設(shè)置為20位。則直接尋址內(nèi)存最大存儲空間為220=1M（2）要采用通用寄存器作為基址寄存器，進(jìn)行內(nèi)存尋址，則需增加5位基址寄存器

25、編碼B，則形式地址A位數(shù)=32-6-5-1-5=15位，由于此時內(nèi)存地址=基址寄存器（32位）+ 形式地址（15位）=32位地址，所以可尋址內(nèi)存232。16題：P336頁解：（1）因?yàn)閮?nèi)存直接尋址空間）因?yàn)閮?nèi)存直接尋址空間128字，字，27=128，所以所以2地址地址A1和和A2各需設(shè)置各需設(shè)置7位，則位，則OP位位=16-7-7=2位，滿足設(shè)置位，滿足設(shè)置3條指令要求。條指令要求。 指令格式：指令格式：OP（2）A1（7）A2（7） OP編碼編碼00、01、10（2）變址寄存器）變址寄存器16個，個， 24=16，R編碼需編碼需4位；又位；又因?yàn)樽冎肺灰屏恳驗(yàn)樽冎肺灰屏?-64 +63，所以

26、形式地址，所以形式地址A需設(shè)需設(shè)置置7位，故位，故OP編碼剩余編碼剩余16-4-7=5位，位，6條指令操作條指令操作碼可設(shè)置為碼可設(shè)置為11000、11001、11010、11011、11100、11101，剩余的，剩余的11110、11111可作為擴(kuò)展可作為擴(kuò)展指令用。指令用。（3）兩寄存器Ri和Rj可選擇16個寄存器，24=16，所以Ri和Rj各設(shè)置4位，則OP位數(shù)=16-4-4=8位，OP編碼1111000011110111（4）直接尋址A需7位，故OP有16-7=9位，12條指令操作碼編碼111110000111111011（5）零地址指令OP共16位，OP編碼范圍1111111000

27、000000111111100001111117題（P337頁）解：（1）根據(jù)題意，操作數(shù)地址6位，故2地址指令需占26=12位，則操作碼位數(shù)=16-12=4位，可設(shè)置24=16條指令。因?yàn)椴僮鞔a長度固定，為4位，故總共可以設(shè)置16條指令，根據(jù)題意0地址指令M條，1地址指令N條，則剩下全部設(shè)置為二地址指令，最多16-M-N條。（2）若操作碼位數(shù)可變，4位操作碼共16種編碼，去掉其中一種編碼（如1111）用于1地址指令擴(kuò)展，最多2地址指令可有16-1=15種編碼。第第8章章 CPU結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能 例1：設(shè)CPU內(nèi)有下列部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR和CU，要求： 寫出完成間接

28、尋址的取數(shù)指令LDA X(內(nèi)存內(nèi)容AC)的數(shù)據(jù)流; 畫出中斷周期的信息流,并簡要說明。12題：題：計算機(jī)中斷系統(tǒng)需設(shè)置什么硬件？各有何作用？中斷請求觸發(fā)器：記錄中斷源中斷情況中斷請求觸發(fā)器：記錄中斷源中斷情況中斷屏蔽觸發(fā)器：控制中斷響應(yīng)中斷屏蔽觸發(fā)器：控制中斷響應(yīng)排隊(duì)器：中斷判優(yōu)排隊(duì)器：中斷判優(yōu)向量地址形成部件：產(chǎn)生中斷源的向量地址向量地址形成部件：產(chǎn)生中斷源的向量地址中斷允許觸發(fā)器：為中斷允許觸發(fā)器：為,CPU,CPU允許響應(yīng)中斷允許響應(yīng)中斷. .中斷標(biāo)志觸發(fā)器：標(biāo)志系統(tǒng)進(jìn)入中斷周期中斷標(biāo)志觸發(fā)器：標(biāo)志系統(tǒng)進(jìn)入中斷周期. .堆棧：保護(hù)中斷現(xiàn)場堆棧：保護(hù)中斷現(xiàn)場. .中斷查詢信號電路：在每條指

29、令執(zhí)行周期結(jié)束時中斷查詢信號電路：在每條指令執(zhí)行周期結(jié)束時刻刻, ,該電路向各中斷源發(fā)查詢信號該電路向各中斷源發(fā)查詢信號. .11題：題：設(shè)計中斷系統(tǒng)需考慮哪些問題？ 中斷源如何向CPU提出請求? 多中斷源同時提出中斷請求時,CPU如何確定響應(yīng)的先后順序? CPU在什么時候(時間、條件）響應(yīng)中斷？ 如何保護(hù)現(xiàn)場？ 如何找到中斷服務(wù)程序入口地址？ 如何恢復(fù)現(xiàn)場？ 出現(xiàn)中斷嵌套如何處理？14題：題：什么是中斷隱指令？有什么什么是中斷隱指令？有什么功能？功能？ 中斷隱指令是指令系統(tǒng)中沒有的指令。它中斷隱指令是指令系統(tǒng)中沒有的指令。它由由CPU在中斷響應(yīng)周期自動完成。在中斷響應(yīng)周期自動完成。 功能：功

30、能： 保護(hù)中斷斷點(diǎn)保護(hù)中斷斷點(diǎn) 硬件關(guān)中斷硬件關(guān)中斷 向量地址送向量地址送PC思考問題：思考問題：CPU響應(yīng)中斷的條件？響應(yīng)中斷的條件？什么時候響應(yīng)中斷？什么時候響應(yīng)中斷？ 條件：中斷允許觸發(fā)器為1；中斷源提出中斷請求，未被屏蔽，并排上隊(duì)。 中斷響應(yīng)時刻：CPU在每條指令執(zhí)行周期結(jié)束時刻向所有中斷源發(fā)中斷查詢信號，此時條件滿足，就可響應(yīng)中斷。20題（題（P367頁）答案頁）答案0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130ABCD程序B與C請求D請求B請求A請求21題(P367頁)答案中斷源中斷源屏蔽字屏蔽字L0L1L2L3L4L010100L1111

31、11L200100L310111L410101第九章第九章 1.設(shè)設(shè)CPU內(nèi)有下列部件內(nèi)有下列部件:PC、。、。（）寫出取指周期的全部操作；（）寫出取指周期的全部操作；（）寫出加法指令，取數(shù)指令（）寫出加法指令，取數(shù)指令，存數(shù)指令在執(zhí)行階段所需的全部，存數(shù)指令在執(zhí)行階段所需的全部微操作；微操作；（）當(dāng)上述指令為間接尋址時，寫出運(yùn)行這些指（）當(dāng)上述指令為間接尋址時，寫出運(yùn)行這些指令所需的全部微操作；令所需的全部微操作；（）寫出無條件轉(zhuǎn)移指令和結(jié)果為零（）寫出無條件轉(zhuǎn)移指令和結(jié)果為零則轉(zhuǎn)移指令在執(zhí)行階段所需的全部微則轉(zhuǎn)移指令在執(zhí)行階段所需的全部微操作。操作。解答：解答：（）取指周期的全部微操作：（

32、）取指周期的全部微操作：（）（）（）（）（）（）（）寫出如下指令采用直接尋址（）寫出如下指令采用直接尋址時執(zhí)行階段所需全部微操作時執(zhí)行階段所需全部微操作指令指令d(d(）（）（）指令指令d(d(）（）（）指令指令d(d(）（）（）（）（）（）（）（）寫出如下指令采用間接尋址（）寫出如下指令采用間接尋址時所需全部微操作時所需全部微操作間址周期所需微操作間址周期所需微操作d(d(）（）（）執(zhí)行周期所需微操作執(zhí)行周期所需微操作（）（）指令指令間址周期所需微操作間址周期所需微操作d(d(）（）（）執(zhí)行周期所需微操作執(zhí)行周期所需微操作（）（）指令指令指令指令間址周期所需微操作間址周期所需微操作d(d(）

33、（）（）執(zhí)行周期所需微操作執(zhí)行周期所需微操作（）（）（）（）（）（）（）寫出如下兩條指令在執(zhí)行階寫出如下兩條指令在執(zhí)行階段所需全部微操作段所需全部微操作 無條件轉(zhuǎn)移指令A(yù)d(IR)PC 結(jié)果為零則轉(zhuǎn)移指令結(jié)果為零則轉(zhuǎn)移指令 ZAd(IR)PC說明說明：為標(biāo)記觸發(fā)器，結(jié)果為時P387頁作業(yè)3 3.什么是指令周期、機(jī)器周期和時鐘周期？三者有何關(guān)系？解：指令周期是CPU取出并執(zhí)行取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間，即完成一條指令的時間。機(jī)器周期是所有指令執(zhí)行過程中的一個基準(zhǔn)時間，通常以存取周期作為機(jī)器周期。時鐘周期是機(jī)器主頻的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍，它是控制計算機(jī)操作的最小單位時間。三者關(guān)系三者關(guān)系：一個

34、指令周期包含若干個機(jī)器周期，一個機(jī)器周期又包含若干個時鐘周期，每個指令周期內(nèi)的機(jī)器周期數(shù)可以不等，每個機(jī)器周期內(nèi)的時鐘周期數(shù)也可以不等。教材P290頁6題 解：主頻8MHz，時鐘周期=1/8=0.125s 機(jī)器周期=20.125s=0.25s 指令周期=2.50.25s=0.625s (1).平均指令執(zhí)行速度=1/0.625=1.6MIPS (2)機(jī)器周期=40.125s=0.5s 指令周期=50.5s=2.5s 平均指令執(zhí)行速度=1/2.5=0.4MIPS 結(jié)論:機(jī)器的速度并不完全取決于主頻.教材P290頁8題 解(1)該機(jī)速度=1/(0.635%+0.850%+105%+1.410%)=1

35、/1.25=0.8MIPS (2)芯片主頻=6MHz，該機(jī)速度=（0.8MIPS6MHz)/4MHz=1.2MIPS作業(yè)：教材頁作業(yè) 解答解答：因?yàn)橹黝l為z，故時鐘周期時鐘周期0.125s(1)因?yàn)槠骄噶顖?zhí)行速度為0.8MIPS,故平均指令周期平均指令周期0.1.25s(2)每個指令周期含1.250.5=2.5個機(jī)器周期(3)若改用時鐘周期為0.4s的CPU芯片,則主頻主頻=1/0.4=2.5z平均指令執(zhí)行速度平均指令執(zhí)行速度=(0.8MIPS2.5z)/8z=0.25MIPS(4)若要得到每秒40萬次的指令執(zhí)行速度,即0.4MIPS,則CPU芯片主頻主頻=(8z 2.5z)/ 0.8MIP

36、S=4MHz第十章第十章 題：解答解答：因?yàn)榭卮嫒萘繛?1248位，故微指令字長為48位，已知微程序可在整個控存空間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，故512個存儲字尋址時需要9位下地址（29=512）；因?yàn)轭}意知道4個控制轉(zhuǎn)移的條件采用直接控制，所以轉(zhuǎn)移條件可設(shè)立4位，這樣，操作控制位可設(shè)立48-4-9=35位，最多可以設(shè)立35個控制信號（直接控制）。第十章第十章 P411頁,4題題解:做題時首先明確帶返轉(zhuǎn)指令執(zhí)行過程: 計算機(jī)首先執(zhí)行主程序,當(dāng)執(zhí)行到M單元指令時,要轉(zhuǎn)去執(zhí)行子程序,子程序執(zhí)行結(jié)束要返回到M+1單元，繼續(xù)執(zhí)行主程序。由于子程序中JMP指令是間址尋址，要轉(zhuǎn)到K單元，所以K單元必須存入地址M+1，真正子

37、程序從K+1開始執(zhí)行。取指階段T0 PCMAR,1RT1 M(MAR)MDR, (PC)+1PCT2 MDRIR, OP(IR)ID執(zhí)行階段：T0 Ad（IR）MAR,1WT1 PCMDRT2 MDRM（MAR）， Ad（IR）+1PC問題：問題：如果采用微程序控制，需增加哪些微如果采用微程序控制，需增加哪些微操作命令？操作命令？需增加給出下條微指令地址的命令。 Ad（CMDR）CMAR OP（IR）微地址形成部件 CMAR舉例：舉例： 某微程序控制器中，采用水平型直接控制（編碼）方式微指令格式，后繼微指令地址由微指令的下地址字段給出。已知機(jī)器共有22個微命令、5個互斥的可判定的外部條件，控制存儲器的容量為12832位。（1）設(shè)計微指令格式。（2）畫出該控制單元結(jié)構(gòu)框圖。 解：做這道題時首先必須清楚水平型微指令的格式： 操作控制字段、判別測試字段、下地址字段。操作控制字段、判別測試字段、下地址字段。 22 3 7外部條件OPIR微地址形成部件順序邏輯控制CMAR地址譯碼判斷下地址譯碼22個控制信號