計算機組成原理答案

1、計算機組成原理答案第一章計算機系統(tǒng)概論1 比較數(shù)字計算機和模擬計算機的特點。解：模擬計算機的特點：數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程是連續(xù)的；數(shù)字計算機的特點：數(shù)值由數(shù)字量（離散量）來表示，運算按位進行。兩者主要區(qū)別見P1表。2 數(shù)字計算機如何分類？分類的依據(jù)是什么？解：分類：數(shù)字計算機分為專用計算機和通用計算機。通用計算機又分為巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機和單片機六類。分類依據(jù)：專用和通用是根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行的經(jīng)濟性和適應(yīng)性來劃分的。通用機的分類依據(jù)主要是體積、簡易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機器價格等因素。4 馮.諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是什

2、么？它包括哪些主要組成部分？解：馮.諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是：存儲程序和程序控制。存儲程序：將解題的程序（指令序列）存放到存儲器中；程序控制：控制器順序執(zhí)行存儲的程序，按指令功能控制全機協(xié)調(diào)地完成運算任務(wù)。主要組成部分有：（控制器、運算器）（CPU的兩部分組成）、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備（I/O設(shè)備）。5 什么是存儲容量？什么是單元地址？什么是數(shù)據(jù)字？什么是指令字？解：存儲容量：指存儲器可以容納的二進制信息的數(shù)量，通常用單位KBMBGB來度量，存儲容量越大，表示計算機所能存儲的信息量越多，反映了計算機存儲空間的大小。單元地址：簡稱地址，在存儲器中每個存儲單元都有唯一的地址編號，稱為單元

3、地址。數(shù)據(jù)字：若某計算機字是運算操作的對象即代表要處理的數(shù)據(jù)，則稱數(shù)據(jù)字。指令字：若某計算機字代表一條指令或指令的一部分，則稱指令字。6 什么是指令？什么是程序？解：指令：計算機所執(zhí)行的每一個基本的操作。程序：解算某一問題的一串指令序列稱為該問題的計算程序，簡稱程序。7 指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計算機如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？解：一般來講，在取指周期中從存儲器讀出的信息即指令信息；而在執(zhí)行周期中從存儲器中讀出的信息即為數(shù)據(jù)信息。8 .什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU什么是適配器？簡述其功能。解：內(nèi)存：又稱主存(主存儲器，內(nèi)存儲器)一般由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成，裝在底版上，可直接和CPU交換信

4、息的存儲器稱為內(nèi)存儲器，簡稱內(nèi)存。用來存放經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。外存：為了擴大存儲容量，又不使成本有很大的提高，在計算機中還配備了存儲容量更大的磁盤存儲器和光盤存儲器，稱為外存儲器，簡稱外存。外存可存儲大量的信息，計算機需要使用時，再調(diào)入內(nèi)存。CPU包括運算器和控制器?；竟δ転椋褐噶羁刂?、操作控制、時間控制、數(shù)據(jù)加工。適配器：連接主機和外設(shè)的部件，起一個轉(zhuǎn)換器的作用，以使主機和外設(shè)協(xié)調(diào)工作。9 計算機的系統(tǒng)軟件包括哪幾類？說明它們的用途。解：系統(tǒng)軟件包括：(1)服務(wù)程序：診斷、排錯等(2)語言程序：匯編、編譯、解釋等(3)操作系統(tǒng)(4)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用途：用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高

5、計算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能及用途。11現(xiàn)代計算機系統(tǒng)如何進行多級劃分？這種分級觀點對計算機設(shè)計會產(chǎn)生什么影響？解：多級劃分圖見P16圖。可分為：微程序設(shè)計級、一般機器級、操作系統(tǒng)級、匯編語言級和高級語言級。用這種分級的觀點來設(shè)計計算機，對保證產(chǎn)生一個良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是有很大幫助的。第二章運算方法和運算器習(xí)題參考答案1.寫出下列各數(shù)的原碼、反碼、補碼、移碼表示(用8位二進制數(shù))。其中MS醍最高位(又是符號位)LSB是最低位。如果是小數(shù)，小數(shù)點在MS眨后；如果是整數(shù)，小數(shù)點在LSB之后。(1) -35/64(2)23/128(3)-127(4)用小數(shù)表示-1(5)用整數(shù)表示-1解：(1

6、)先把十進制數(shù)-35/64寫成二進制小數(shù)：(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-100011X2-110)2=2令x=，岡原二(注意位數(shù)為8位)x反=x補=x移=(2) 先把十進制數(shù)23/128寫成二進制小數(shù)：(23/128)10=(10111/)2=(10111X2-111)2=2令x=，岡原=x反=x補=x移=(3) 先把十進制數(shù)-127寫成二進制小數(shù)：(-127)10=(-1111111)2令x=-1111111B，岡原=x反=x補=x移=(4) 令x=原碼、反碼無法表示x補=x移=(5) 令Y=-1=-0000001BY原=Y反=Y補=Y移=011111112

7、 .設(shè)兇補=a0,a1,a2a6,其中ai取0或1,若要x>,求a0,a1,a2,，a6的取值。解：a0=1,a1=0,a2,，a6=11。3 .有一個字長為32位的浮點數(shù)，階碼10位(包括1位階符)，用移碼表示；尾數(shù)22位(包括1位尾符)用補碼表示，基數(shù)R=2請寫出：(1) 最大數(shù)的二進制表示；(2) 最小數(shù)的二進制表示；(3) 規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍；(4) 最接近于零的正規(guī)格化數(shù)與負(fù)規(guī)格化數(shù)。解：(1)110(2) 11000000000(3) 11001000000000(4) 00000000000000000000000000000001000000000014.將下列十

8、進制數(shù)表示成浮點規(guī)格化數(shù)，階碼3位，用補碼表示；尾數(shù)9位，用補碼表示。( 1 ) 27/64(2)-27/64解：(1)27/64=11011BX=X浮點規(guī)格化數(shù)：111100(2)-27/64=-11011BX=X浮點規(guī)格化數(shù)：1111005 .已知X和Y,用變形補碼計算X+Y,同時指出運算結(jié)果是否溢出。(1) X=Y=(2) X=Y=(3) X=Y=解：(1)先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和x補=y補=x+y補=兇補+y補=+=x+y=無溢出。(4) 先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和x補=y補=x+y補=x補+y補=+=x+y=無溢出。(5) 先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和x

9、補=y補=x+y補=x補+y補=+=x+y=無溢出6 .已知X和Y,用變形補碼計算X-Y,同時指出運算結(jié)果是否溢出。(1) X=Y=(2) X=Y=(3) X=Y=解：(1)先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差x補=y補=-y補=x-y補=x補+-y補=+=運算結(jié)果雙符號不相等為正溢出X-Y=+2)先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差x補=y補=-y補=x-y補=+=x-y=無溢出3)先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差x補=y補=-y補=x-y補=岡補+-y補=+=運算結(jié)果雙符號不相等為正溢出X-Y=+7.用原碼陣列乘法器、補碼陣列乘法器分別計算XX丫。1)X=Y=2)X=丫=解：(1

10、)用原碼陣列乘法器計算：x補=y補=(0)11011X)(1)00001(0)1(0)0( 0)0(0)0(0)010110000000000000000(0) (1) (1) (0) (1) (1)(1)001011101x x y補=x Xy=8.用原碼陣列除法器計算X+Y。( 1 ) X= 丫=(2) X= Y=解：(1) x原=x補=-I被除數(shù)X+- I y I 補y I 補=余數(shù)為負(fù)左移+|y|補-q0=0余數(shù)為正左移+-|y|補-q1=1余數(shù)為正左移+-|y|補-q2=1余數(shù)為負(fù)左移-q3=0+|y|補余數(shù)為負(fù)fq4=0左移+|y|補余數(shù)為負(fù)fq5=0+|y|補余數(shù)故x+y原=即x

11、+y=余數(shù)為x9.設(shè)階為5位(包才2位階符)，尾數(shù)為8位(包才2位數(shù)符)，階碼、尾數(shù)均用補碼表示,完成下列取值的X+Y,X-Y運算：(1) X=xY=x(2) X=x()Y=X解：(1)將y規(guī)格化得：y=xx浮=1101,y浮=1101,-y浮=1101,對階AE#=Ex補+-Ey補=1101+0011=0000Ex=Ey尾數(shù)相加相減相加+x+y浮=1101,左規(guī)x+y浮=1100,x+y=xx-y浮=1101,右規(guī)x-y浮=1110,舍入處理得x-y浮=1110,x-y=x2)x浮=1011，y浮=1100，-y浮=1100， 對階AE#=Ex補+-Ey補=1011+0100=1111AE=

12、-1x浮=1100,(0) 尾數(shù)相加相加相減(0)(0)+(0)(0)x+y浮=1100,(0)左規(guī)x+y浮=1010,x+y=xx-y浮=1100,(0)1-x-y=x()13 .某加法器進位鏈小組信號為C4c3c2C1,低位來的信號為C0，請分別按下述兩種方式寫出C4c3c2C1邏輯表達(dá)式。（1）串行進位方式（2）并行進位方式解：（1）串行進位方式：c1G1+P1c0其中：G1A1B1P1A1B1c2G2+P2c1G2A2B2P2A2B2c3G3+P3c2G3A3B3P3A3B3c4G4+P4c3G4A4B4P4A4B4（2）并行進位方式：c1=G1+P1c0c2=G2+P2G1+P2P1

13、c0c3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1c0c4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1c0其中G1-G4，P1-P4表達(dá)式與串行進位方式相同。14 .某機字長16位，使用四片74181組成ALU,設(shè)最低位序標(biāo)注為0位，要求:1）寫出第5位的進位信號c6的邏輯表達(dá)式；（2）估算產(chǎn)生C6所需的最長時間;3）估算最長的求和時間。解：（1）組成最低四位的74181進位輸出為：C4=G+PC0,C0為向第0位的進位其中：G=y3+x3y2+x2x3y1+x1x2x3y0,P=x0x1x2x3所以：C5=y4+x4C4C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C

14、4（2）設(shè)標(biāo)準(zhǔn)門延遲時間為T，"與或非"門延遲時間為，則進位信號C0由最低位傳送至C6需經(jīng)一個反相器，兩級"與或非”門，故產(chǎn)生C6的最長延遲時間為：T+2X=4T（3）最長求和時間應(yīng)從施加操作數(shù)到ALU算起：第一片74181有3級"與或非”門（產(chǎn)生控制參數(shù)x0，y0Cn+4）,第二、第三片74181共2級反相器和2級"與或非"門（進位鏈），第四片74181求和邏輯（1級"與或非"門和1級半加器，其延遲時間為3T），故總的加法時間為：T=3X+2T+2X+3T=14T17設(shè)A，B，C是三個16位的通用寄存器，請設(shè)計一

15、個16位定點補碼運算器，能實現(xiàn)下述功能：（1） A±BfA（2） BX8A,C（高位積在寄存器A中）（3） A+B-C（商在寄存器C中）解：設(shè)計能完成加、減、乘、除運算的乘、除運算的16位定點補碼運算器框圖。分析各寄存器作用：被加數(shù)和同左初始為 0被除數(shù)-余數(shù)部分積-乘積（H）除數(shù)加數(shù)同左被乘數(shù)乘數(shù)乘積（L）A ：累加器（ 16 位） ，具有輸入、輸出、累加功能及雙向移位功能；輸出、累加功能及雙向移位功能;B ：數(shù)據(jù)寄存器（ 16 位） ，具有輸入、輸出功能；C ：乘商寄存器（ 16 位） ，具有輸入、輸出功能及雙向移位功能。畫出框圖：第三章存儲系統(tǒng)習(xí)題參考答案1有一個具有20位地址

16、和32位字長的存儲器，問：( 1)該存儲器能存儲多少個字節(jié)的信息？(2)如果存儲器由512Kx8位SRA憂片組成，需要多少芯片？( 3)需要多少位地址作芯片選擇？解：(1)220=1M,該存儲器能存儲的信息為：1W32/8=4MB 2) (1000/512)X(32/8)=8(片) 3) 3)需要1位地址作為芯片選擇。2.已知某64位機主存采用半導(dǎo)體存儲器，其地址碼為26位，若使用256Kx16位的DRAM芯片組成該機所允許的最大主存空間，并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式，問：(1)每個模塊板為1024Kx64位，共需幾個模塊板？(2)個模塊板內(nèi)共有多少DRAM&片？(3)主存共需多少DRAMK片

17、？CPU如何選擇各模塊板？解：(1).共需模塊板數(shù)為m：m=+=64（塊）(2).每個模塊板內(nèi)有DRA就片數(shù)為n:n=(/)X(64/16)=16(片)(3)主存共需DRA就片為：16X64=1024(片)每個模塊板有16片DRAMS片，容量為1024Kx64位，需20根地址線(A19A0)完成模塊板內(nèi)存儲單元尋址。一共有64塊模塊板，采用6根高位地址線(A25A20)，通過6：64譯碼器譯碼產(chǎn)生片選信號對各模塊板進行選擇。3.用16Kx8位的DRAMK片組成64Kx32位存儲器，要求：(1)畫出該存儲器的組成邏輯框圖。(2)設(shè)存儲器讀/寫周期為科S,CPU在1科S內(nèi)至少要訪問一次。試問采用哪

18、種刷新方式比較合理？兩次刷新的最大時間間隔是多少？對全部存儲單元刷新一遍所需的實際刷新時間是多少？解：(1)組成64Kx32位存儲器需存儲芯片數(shù)為N=(64K/16K)X(32位/8位)=16(片)每4片組成16Kx32位的存儲區(qū)，有A13-A0作為片內(nèi)地址，用A15A14經(jīng)2:4譯碼器產(chǎn)生片選信號，邏輯框圖如下所示：（2）依題意，采用異步刷新方式較合理，可滿足CPU在1科S內(nèi)至少訪問內(nèi)存一次的要求。設(shè)16Kx8位存儲芯片的陣列結(jié)構(gòu)為128行X128歹U,按行刷新，刷新周期T=2mg則異步刷新的間隔時間為：則兩次刷新的最大時間間隔發(fā)生的示意圖如下可見，兩次刷新的最大時間間隔為tmaxmax=(

19、S)對全部存儲單元刷新一遍所需時間為tRtR=X128=64（科S）7 .某機器中，已知配有一個地址空間為0000H-3FFFH的RO詠域。現(xiàn)在再用一個RAMK片（8KX8）形成40Kx16位的RAMK域，起始地址為6000H，假定RAMK片有和信號控制端。CPU的地址總線為A15-A0,數(shù)據(jù)總線為D15-D0,控制信號為R/（讀/寫），（訪存），要求：1）畫出地址譯碼方案。(2)將ROMfRAMWCPU1接。解：（1）依題意，主存地址空間分布如右圖所示，可選用2片27128（16KX8位）的EPROM作為ROME;10片的8Kx8位RAM組成40Kx16位的RAMK。27128需14位片內(nèi)地

20、址，而RAM需13位片內(nèi)地址，故可用A15-A13三位高地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號,方案如下:2）8 .存儲器容量為64M字長64位，模塊數(shù)m=8,分別用順序方式和交叉方式進行組織。存儲周期T=100ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線周期t=10ns.問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少？解：信息總量：q=64位X8=512位順序存儲器和交叉存儲器讀出8個字的時間分別是：t2=mT=8x100ns=8x10(s)t1=T+(m-1)=100+7x10=x10(s)順序存儲器帶寬是：W2=q/t2=512+(8X10)=64X10(位/S)交叉存儲器帶寬是：W1=q/t1=512+(X10)=301

21、X10(位/S)9 CPU執(zhí)行一段程序時,cache完成存取的次數(shù)為2420次，主存完成存取的次數(shù)為80次，已知cache存儲周期為40ns，主存存儲周期為240ns，求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。解：先求命中率hh=nc/(nc+nm)=2420+(2420+80)=則平均訪問時間為tata=X40+x240=(ns)r=240+40=6cache/主存系統(tǒng)的效率為ee=1/r+(1r)x=%10 已知Cache存儲周期40ns，主存存儲周期200ns，Cache/主存系統(tǒng)平均訪問時間為50ns求Cache的命中率是多少？解：ta=tcxh+trX(1-h)h=(ta-tr)/

22、(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=11 .主存容量為4MB虛存容量為1GB則虛存地址和物理地址各為多少位？如頁面大小為4KB,則頁表長度是多少？解：已知主存容量為4MB虛存容量為1GB=4M，物理地址為22位又=1G，虛擬地址為30位頁表長度為1GB+4KB=230+212=218=256K14假設(shè)主存只有a,b,c三個頁框，組成a進c出的FIFO隊列，進程訪問頁面的序列是0,1,2,3,0,2,2號。用列表法求采用LRU替換策略時的命中率。解：，命中率為15從下列有關(guān)存儲器的描述中，選擇出正確的答案：A多體交叉存儲主要解決擴充容量問題；B.訪問存儲器的請求是由C

23、PU出的；CCache與主存統(tǒng)一編址，即主存空間的某一部分屬于Cache;DCache的功能全由硬件實現(xiàn)。解：D16從下列有關(guān)存儲器的描述中，選擇出正確的答案：A.在虛擬存儲器中，外存和主存一相同的方式工作，因此允許程序員用比主存空間大得多的外存空間編程；B.在虛擬存儲器中，邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址是由硬件實現(xiàn)的，僅在頁面失效時才由操作系統(tǒng)將被訪問頁面從外存調(diào)到內(nèi)存，必要時還要先把被淘汰的頁面內(nèi)容寫入外存；C.存儲保護的目的是：在多用戶環(huán)境中，既要防止一個用戶程序出錯而破壞系統(tǒng)軟件或其他用戶程序，又要防止一個用戶訪問不是分配給他的主存區(qū)，以達(dá)到數(shù)據(jù)安全和保密的要求。解：C第四章指令系統(tǒng)習(xí)題參考答

24、案1 ASCll碼是7位，如果設(shè)計主存單元字長為32位，指令字長為12位，是否合理？為什么？解：指令字長設(shè)計為12位不是很合理。主存單元字長為32位，一個存儲單元可存放4個ASCII碼，余下4位可作為ASCII碼的校驗位（每個ASCII碼帶一位校驗位），這樣設(shè)計還是合理的。但是，設(shè)計指令字長為12位就不合理了，12位的指令碼存放在字長32位的主存單元中，造成19位不能用而浪費了存儲空間。2 .假設(shè)某計算機指令長度為20位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無操作數(shù)三類指令形式，每個操作數(shù)地址規(guī)定用6位表示。問：若操作碼字段固定為8位，現(xiàn)已設(shè)計出m條雙操作數(shù)指令，n條無操作數(shù)指令，在此情況下,這臺計算機最

25、多可以設(shè)計出多少條單操作數(shù)指令？解：這臺計算機最多可以設(shè)計出256-m-n條單操作數(shù)指令3指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點。解：指令格式及尋址方式特點如下： 單字長二地址指令；操作碼OP可指定=64條指令； RR型指令，兩個操作數(shù)均在寄存器中，源和目標(biāo)都是通用寄存器（可分別指定16個寄存器之一）； 這種指令格式常用于算術(shù)邏輯類指令。4指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點。解：指令格式及尋址方式特點如下： 雙字長二地址指令；操作碼OP可指定=64條指令;RS型指令，兩個操作數(shù)一個在寄存器中（16個寄存器之一），另一個在存儲器中；有效地址通過變址求得：E=（變址寄存

26、器）土D,變址寄存器可有16個。5指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式及尋址方式特點。解：指令格式及尋址方式特點如下： 單字長二地址指令； 操作碼OP可指定=16條指令； 有8個通用寄存器，支持8種尋址方式； 可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、6.一種單地址指令格式如下所示，其中I為間接特征，X為尋址模式，D為形式地址。I,X,D組成該指令的操作數(shù)有效地址E。設(shè)R為變址寄存器，R1為基值寄存器，PC為程序計數(shù)器，請在下表中第一列位置填入適當(dāng)?shù)膶ぶ贩绞矫Q。解：直接尋址 相對尋址變址尋址基址尋址 間接尋址 基址間址尋址7某計算機字長16位，主存容量為64K字，采用單字長單地址指令，共有4

27、0條指令，試采用直接、立即、變址、相對四種尋址方式設(shè)計指令格式。解：40條指令需占用操作碼字段（OP）6位，這樣指令余下長度為10位。為了覆蓋主存640K字的地址空間，設(shè)尋址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：尋址模式定義如下：X=00直接尋址有效地址E=D（直接尋址為256個存儲單元）X=01立即尋址D字段為操作數(shù)X=10變址尋址有效地址E=（RX）+D（可尋址64K個存儲單元）X=11相對尋址有效地址E=（PQ+D（可尋址64K個存儲單元）其中RX為變址寄存器（16位），PC為程序計數(shù)器（16位），在變址和相對尋址時，位移量D可正可負(fù)。8.某機字長為32位，主存容量為1M,

28、單字長指令，有50種操作碼，采用頁面尋址、立即、直接等尋址方式。CPU中有PC,IR,AR,DR和16個通用寄存器，頁面尋址可用PC高位部分與形式地址部分拼接成有效地址。問：（1）指令格式如何安排？（2）主存能劃分成多少頁面？每頁多少單元？（3）能否增加其他尋址方式？解：（1）依題意，指令字長32位，主存1M字，需20位地址A19-A0O50種操作碼，需6位OP，指令尋址方式Mode為2位，指定寄存器Rn需4位。設(shè)有單地址指令、雙地址指令和零地址指令，現(xiàn)只討論前二種指令。單地址指令的格式為：Mode=00時為立即尋址方式，指令的230位為立即數(shù)；Mode=01時為直接尋址方式，指令的190位為

29、有效地址。雙地址指令的格式為：Mode1=01時為寄存器直接尋址方式，操作數(shù)S=（Rn）;Mode1=11時為寄存器間址尋址方式,有效地址E=(Rn)。Mode2=00時為立即尋址方式，指令的13-0位為立即數(shù);Mode2=01時為頁面尋址方式；Mode2=10時為變址尋址方式，E=(Rn)+D;Mode2=11時為變址間址尋址方式,E=(Rn)+D)。(2)由于頁面尋址方式時，D為14位，所以頁面大小應(yīng)為=16K字，則1M字可分為=64個頁面。可由PC的高6位指出頁面號。(3)能增加其它尋址方式，例上述間址方式、變址間址尋址方式。14. 從以下有關(guān)RISC的描述中，選擇正確答案。A.采用RI

30、SC技術(shù)后，計算機的體系結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到早期的比較簡單的情況。B.為了實現(xiàn)兼容，新設(shè)計的RISC,是從原來CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實現(xiàn)的。CRISC的主要目標(biāo)是減少指令數(shù)，提高指令執(zhí)行效率。D.RISC設(shè)有乘、除法指令和浮點運算指令。解：C15. 根據(jù)操作數(shù)所在位置，指出其尋址方式(填空)（1）操作數(shù)在寄存器中，為（A）尋址方式。（2）操作數(shù)地址在寄存器，為（B）尋址方式。（3）操作數(shù)在指令中，為（C）尋址方式。（4）操作數(shù)地址（主存）在指令中，為（D）尋址方式（5）操作數(shù)的地址，為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和可以是（E,F,G）尋址方式。解：A:寄存器直接；B:寄存器間接；C:立即；D:

31、直接；E:相對；F:基值；G:變第五章中央處理器習(xí)題參考答案1 .請在括號內(nèi)填入適當(dāng)答案。在CPU中：（1） 保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）；（2） 保存當(dāng)前正要執(zhí)行的指令地址的寄存器是（程序計數(shù)器PC）；（3） 算術(shù)邏輯運算結(jié)果通常放在(通用寄存器)和(數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR)。2參見下圖(課本P166圖)的數(shù)據(jù)通路。畫出存數(shù)指令"STAR1，(R2)"的指令周期流程圖，其含義是將寄存器R1的內(nèi)容傳送至(R2)為地址的主存單元中。標(biāo)出各微操作信號序列。解："STAR1，(R2)"指令是一條存數(shù)指令，其指令周期流程圖如下圖所示：3 .參見

32、課本P166圖的數(shù)據(jù)通路，畫出取數(shù)指令"LDA(R3),RO,的指令周期流程圖，其含義是將(R3)為地址的主存單元的內(nèi)容取至寄存器R0中，標(biāo)出各微操作控制信號序列。5 .如果在一個CPU周期中要產(chǎn)生3個脈沖T1=200ns,T2=400ns,T3=200ns,試畫出時序產(chǎn)生器邏輯圖。解：節(jié)拍脈沖T1，T2，T3的寬度實際等于時鐘脈沖的周期或是它的倍數(shù)，此時T1=T3=200ns，T2=400ns，所以主脈沖源的頻率應(yīng)為f=1/T1=5MHZ。為了消除節(jié)拍脈沖上的毛刺，環(huán)型脈沖發(fā)生器可采用移位寄存器形式。下圖畫出了題目要求的邏輯電路圖和時序信號關(guān)系。根據(jù)關(guān)系，節(jié)拍脈沖T1，T2，T3的

33、邏輯表達(dá)式如下：T1=C1,T2=,T3=6 假設(shè)某機器有80條指令，平均每條指令由4條微指令組成，其中有一條取指微指令是所有指令公用的。已知微指令長度為32位，請估算控制存儲器容量。解：微指令條數(shù)為：(4-1)X80+1=241條取控存容量為：256X32位=1KB7 .某ALU器件使用模式控制碼M,S3,S2,S1,C來控制執(zhí)行不同的算術(shù)運算和邏輯操作。下表列出各條指令所要求的模式控制碼，其中y為二進制變量，F(xiàn)為0或1任選。試以指令碼(A,B,H,D,E,F,G)為輸入變量，寫出控制參數(shù)M,S3,S2,S1,C的邏輯表達(dá)式。解：M=GS3=H+D+FS2=1C=H+D+(E+F)y8某機有

34、8條微指令I(lǐng)1-I8，每條微指令所包含的微命令控制信號如下表所示。a-j分別對應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號。假設(shè)一條微指令的控制字段為8位，請安排微指令的控制字段格式。解：經(jīng)分析，(e,f,h)和(b,i,j)可分別組成兩個小組或兩個字段，然后進行譯碼，可得六個微命令信號，剩下的a,c,d,g四個微命令信號可進行直接控制，其整個控制字段組成如下：11. 已知某機采用微程序控制方式，其控制存儲器容量為512X48(位)。微程序可在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共4個，微指令采用水平型格式，后繼指令地址采用斷定方式。請問:（1）微指令中的三個字段分別應(yīng)為多少位？（2）畫出圍繞這種

35、微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。解：（l）假設(shè)判別測試字段中每一位作為一個判別標(biāo)志，那么由于有4個轉(zhuǎn)移條件，故該字段為4位；又因為控存容量為512單元，所以下地址字段為9位，。微命令字段則是：（4849）=35位。（2）對應(yīng)上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖如下圖所示。其中微地址寄存器對應(yīng)下地址字，P字段即為判別測試字段，控制字段即為微命令字段，后兩部分組成微指令寄存器。地址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器的OP碼、各種狀態(tài)條件以及判別測試字段所給的判別標(biāo)志（某一位為1），其輸出用于控制修改微地址寄存器的適當(dāng)位數(shù)，從而實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移（此例微指令的后繼地址采用斷定方式）12今有4級流水線分別

36、完成取值、指令譯碼并取數(shù)、運算、送結(jié)果四步操作，今假設(shè)完成各步操作的時間依次為100ns,100ns,80ns,50ns。請問：（1）流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計為多少？（ 2）若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，而且在硬件上不采取措施，那么第二條指令要推遲多少時間進行。（ 3）如果在硬件設(shè)計上加以改進，至少需推遲多少時間？解：（1） 流水線的操作時鐘周期t應(yīng)按四步操作中最長時間來考慮,所以t=100ns；（2） 兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突情況：:ADDR1,R2,R3;R2+R3-R1SUBR4,R1,R5;R1-R5-R4兩條指令在流水線中執(zhí)行情況如下表所示:ADDf令在時鐘4時才將結(jié)果寫入寄存器R1中，

37、但SUB指令在時鐘3時就需讀寄存器R1了，顯然發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，不能讀到所需數(shù)據(jù)，只能等待。如果硬件上不采取措施,第2條指令SUB至少應(yīng)推遲2個操作時鐘周期，即t=2x100ns=200ns;（3） 如果硬件上加以改進(采取旁路技術(shù)),這樣只需推遲1個操作時鐘周期就能得到所需數(shù)據(jù)，即t=100ns。15用定量描述法證明流水計算機比非流水計算機具有更高的吞吐率。解：衡量并行處理器性能的一個有效參數(shù)是數(shù)據(jù)帶寬(最大吞吐量)，它定義為單位時間內(nèi)可以產(chǎn)生的最大運算結(jié)果個數(shù)。設(shè)P1是有總延時T1的非流水處理器，故其帶寬為1/T1。又設(shè)Pm是相當(dāng)于P1m段流水處理器延遲時間Tr,故Pm的帶寬為1/(Tc+Tr

38、)。如果Pm是將P1劃分成相同延遲的若干段形成的，則T1-mTc因此P1的帶寬接近于1/mTc,由此可見，當(dāng)mTc>Tc+Tr滿足時，Pm比P1具有更大的帶寬。16.流水線中有三類數(shù)據(jù)相關(guān)沖突：寫后讀(RAW/相關(guān)；t賣后寫(WAR相關(guān)；寫后寫(WAW/相關(guān)。判斷以下三組指令各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)。I1LADR1,A;M(A)-R1,M(A)是存儲器單元I2 ADD R2R1 ; (R2) + (R1) - R2(2) I3 ADD R3 , R4 ; ( R3) + ( R4) - R3I4 MUL R4 , R5 ； (R4) X ( R5) - R4(3) I5 LAD R6 ,

39、 B ; M ( B) - R6, M ( B)是存儲器單元I6 MUL R6 , R7 ; (R6) X ( R7) - R6解：(1)寫后讀(RAW/相關(guān);(2)讀后寫(WAR相關(guān)，但不會引起相關(guān)沖突;(3)寫后讀(RAW/相關(guān)、寫后寫(WAW/相關(guān)17參考教科書圖所示的超標(biāo)量流水線結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)有如下6 條指令序列：I1 LAD R1, B; M(B)R1,M(B) 是存儲器單元I2 SUB R2, R1; (R2)(R1) - R2I3 MUL R3, R4; (R3)X (R4) f R3I4 ADD R4, R5; (R4)十 (R5) - R4I5 LAD R6, A; M(A)R6

40、,M(A) 是存儲器單元I6 ADD R6, R7; (R6)十 (R7) -R6請畫出：(1)按序發(fā)射按序完成各段推進情況圖。2）按序發(fā)射按序完成的流水線時空圖。解：（1）(2)第六章總線系統(tǒng)習(xí)題參考答案1比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點。3.用異步通信方式傳送字符"A"和"8"，數(shù)據(jù)有7位，偶校驗1位。起始位1位,停止位l位，請分別畫出波形圖。解：字符A的ASCII碼為41H=1000001B;字符8的ASCII碼為38H=0111000B；串行傳送波形圖為：注：B：起始位C：校驗位S：停止位8. 同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率,

41、是因為同步通信。A. 不需要應(yīng)答信號；B. 總線長度較短；C. 用一個公共時鐘信號進行同步；D. 各部件存取時間比較接近。解：C9. 在集中式總線仲裁中，方式響應(yīng)時間最快，方式對最敏感。A.菊花鏈方式B.獨立請求方式C.電路故障D.計數(shù)器定時查詢方式解：BAC10. 采月串行接口進行7位ASCII碼傳送，帶有1位奇校驗位，l位起始位和1位停止位,當(dāng)傳輸率為9600波特時，字符傳送速率為。.解：A11系統(tǒng)總線中地址線的功能是。A選擇主存單元地址B選擇進行信息傳輸?shù)脑O(shè)備C選擇外存地址D指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址解：D12系統(tǒng)總線中控制器的功能是。A提供主存、I/O接口設(shè)備的控制信號和響應(yīng)信

42、號B提供數(shù)據(jù)信息C提供時序信號D提供主存、I/O接口設(shè)備的響應(yīng)信號解：D14. PCI是一個與處理器無關(guān)的，它采用時序協(xié)議和式仲裁策略，并具有_能力。A.集中B.自動配置C.同步D.高速外圍總線解：DCAB15. PCI總線的基本傳輸機制是傳送。利用可以實現(xiàn)總線間的傳送，使所有的存取都按CPU的需要出現(xiàn)在總線上。PCI允許總線工作。A.橋B.猝發(fā)式C.并行D.多條E.猝發(fā)式解：BACDE17PCI總線中三種橋的名稱是什么？橋的功能是什么？解：PCI總線有三種橋，即HOST/PCI橋（簡稱HOST#）,PCI/PCI橋和PCI/LAGACY橋。在PCI總線體系結(jié)構(gòu)中，橋起著重要作用：（ 1） 接

43、兩條總線，使總線間相互通信；（ 2） 是一個總線轉(zhuǎn)換部件，可以把一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間上，從而使系統(tǒng)中任意一個總線主設(shè)備都能看到同樣的一份地址表。3）利用橋可以實現(xiàn)總線間的卒發(fā)式傳送。19總線的一次信息傳送過程大致分哪幾個階段？若采用同步定時協(xié)議，請畫出讀數(shù)據(jù)的同步時序圖。解：分五個階段：請求總線、總線仲裁、尋址（目的地址）、信息傳送、狀態(tài)返回（錯誤報告）。讀數(shù)據(jù)的同步時序圖為：20某總線在一個總線周期中并行傳送8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為70MHZ，求總線帶寬是多少？解：設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時鐘周期用T=1/f表示，一個總線

44、周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，根據(jù)定義可得：第七章外圍設(shè)備習(xí)題參考答案1.計算機的外圍設(shè)備是指（）A.輸入/輸出設(shè)備B.外存儲器C.輸入/輸出設(shè)備及外存儲器D.除了CPUW內(nèi)存以外的其他設(shè)備解：D2打印機根據(jù)印字方式可以分為（）和（）兩大類，在（）類打印機中，只有（）型打印機能打印漢字，請從下面答案中選擇填空。A針型打印機B.活字型打印機C.擊打式D.非擊打式解：CDCA7試推導(dǎo)磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時間的公式。解：設(shè)讀寫一塊信息所需總時間為Tb,平均找道時間為Ts,平均等待時間為TL,讀寫一塊信息的傳輸時間為Trm則：Tb=Ts+TL+Trn假設(shè)磁盤以每秒r轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個字

45、，則數(shù)據(jù)傳輸率=rN個字/秒。又假設(shè)每塊的字?jǐn)?shù)為n，因而一旦讀寫頭定位在該塊始端，就能在Tm（n/rN）秒的時間中傳輸完畢。TL是磁盤旋轉(zhuǎn)半周的時間，TL=（1/2r）秒,由此可得:Tb=Ts1/2rn/rN秒8某磁盤存貯器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，共有4個記錄面，每毫米5道，每道記錄信息為12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm共有275道。問：（1）磁盤存貯器的容量是多少？（2）最高位密度與最低位密度是多少？（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（4）平均等待時間是多少？（5）給出一個磁盤地址格式方案。解：（1）每道記錄信息容量=12288字節(jié)每個記錄面信息容量=275X12288字節(jié)共有4個記錄面，所

46、以磁盤存儲器總?cè)萘繛椋?X275X12288字節(jié)=字節(jié)（2） 最高位密度D1按最小磁道半徑R1計算（R1=115mm）:D1=12288字節(jié)/2兀R1=17字節(jié)/mm最低位密度D2按最大磁道半徑R2計算:R2=R1+(275+5)=115+55=170mmD2=12288字節(jié)/2兀R2=字節(jié)/mm（3） 磁盤傳輸率C=rNr=3000/60=50周/秒N=12288字節(jié)(信道信息容量)C=r-N=50X12288=614400字節(jié)/秒(4)平均等待時間=1/2r=1/(2X50)=10毫秒(5)磁盤存貯器假定只有一臺，所以可不考慮臺號地址。有4個記錄面，每個記錄面有275個磁道。假定每個扇區(qū)記

47、錄1024個字節(jié)，則需要12288+1024字節(jié)=12個扇區(qū)。由此可得如下地址格式：14.有一臺磁盤機，其平均尋道時間為了30ms,平均旋轉(zhuǎn)等彳f時間為120ms,數(shù)據(jù)傳輸速率為500B/ms,磁盤機上存放著1000件每件3000B的數(shù)據(jù)。現(xiàn)欲把一件數(shù)據(jù)取走，更新后在放回原地，假設(shè)一次取出或?qū)懭胨钑r間為：平均尋道時間+平均等待時間+數(shù)據(jù)傳送時間另外，使用CPU更新信息所需時間為4ms,并且更新時間同輸入輸出操作不相重疊。試問：1）盤上全部數(shù)據(jù)需要多少時間？（2）若磁盤及旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)據(jù)傳輸率都提高一倍，更新全部數(shù)據(jù)需要多少間？解：（1）磁盤上總數(shù)據(jù)量=1000X3000B=3000000B讀出

48、全部數(shù)據(jù)所需時間為3000000B+500B/ms=6000ms重新寫入全部數(shù)據(jù)所需時間=6000ms所以，更新磁盤上全部數(shù)據(jù)所需的時間為2X（平均找道時間+平均等待時間+數(shù)據(jù)傳送時間）+CPU更新時間=2（30+120+6000）ms+4ms=12304ms（2）磁盤機旋轉(zhuǎn)速度提高一倍后，平均等待時間為60ms；數(shù)據(jù)傳輸率提高一倍后，數(shù)據(jù)傳送時間變?yōu)椋?000000B+1000B/ms=3000ms更新全部數(shù)據(jù)所需時間為：2x（30+60+3000）ms+4ms=6184ms17.刷新存儲器的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。若顯示工作方式采用分辨率為1024X768,顏色深度為24位，幀頻（刷新速率）為72HZ,求：（1）刷新存儲器的存儲容量是多少？（2）刷新存儲器的貸款是多少？解：（1）因為刷新存儲器所需存儲容量=分辨率X每個像素點顏色深度1024X768X3B弋4MB（2）因為刷新所需帶寬=分辨率X每個像素點顏色深度X刷新速度1024X768X3BX72/S=165888KB/