計(jì)算機(jī)組成原理課后作業(yè)1~8章

1、第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論2022年6月17日星期五24. 馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是什馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是什么？它包括哪些主要組成部分？么？它包括哪些主要組成部分？l馮諾依曼計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想馮諾依曼計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行l(wèi)馮諾依曼計(jì)算機(jī)主要包括馮諾依曼計(jì)算機(jī)主要包括存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入和輸出五部分組成存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入和輸出五部分組成2022年6月17日星期五35. 什么是存儲(chǔ)容量？什么是單元地址？什么是存儲(chǔ)容量？什么是單元地址？什么是數(shù)據(jù)字？什么是指令字？什么是數(shù)據(jù)字？什么是指令字？l存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)器所

2、能保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的總數(shù)存儲(chǔ)器所能保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的總數(shù);常用單位為常用單位為KB、MB等。等。l單元地址單元地址用于識(shí)別存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)，即單元地址。用于識(shí)別存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào)，即單元地址。l數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)據(jù)字表示計(jì)算機(jī)所要處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)字，稱為數(shù)據(jù)字。表示計(jì)算機(jī)所要處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)字，稱為數(shù)據(jù)字。l指令字指令字表示一條指令的計(jì)算機(jī)字，稱為指令字。表示一條指令的計(jì)算機(jī)字，稱為指令字。2022年6月17日星期五46. 什么是指令？什么是程序？什么是指令？什么是程序？l指令指令由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成能夠表示計(jì)算機(jī)中的一個(gè)基本操作的代碼或二能夠表示計(jì)算機(jī)中的

3、一個(gè)基本操作的代碼或二進(jìn)制串。進(jìn)制串。l程序程序用于求解某一問題的一串指令序列，稱為該問用于求解某一問題的一串指令序列，稱為該問題的計(jì)算程序，簡(jiǎn)稱為程序。題的計(jì)算程序，簡(jiǎn)稱為程序。2022年6月17日星期五57. 指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)如指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？l計(jì)算機(jī)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠計(jì)算機(jī)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠指令的執(zhí)行階段指令的執(zhí)行階段來決定的；來決定的；在取指階段，從存儲(chǔ)器中讀取的均是在取指階段，從存儲(chǔ)器中讀取的均是CPU要執(zhí)要執(zhí)行的指令；行的指令；在執(zhí)行階段，從存儲(chǔ)器中讀取的一定是指令執(zhí)在執(zhí)行階段，從存儲(chǔ)

4、器中讀取的一定是指令執(zhí)行所需要的操作數(shù)；行所需要的操作數(shù)；2022年6月17日星期五68. 什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU？什么是適配器？簡(jiǎn)述其功能。什么是適配器？簡(jiǎn)述其功能。l內(nèi)存：內(nèi)存：用于存放系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存用于存放系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存；儲(chǔ)器，稱為內(nèi)存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱內(nèi)存；l外存外存用于存放程序和數(shù)據(jù)，但不能被用于存放程序和數(shù)據(jù)，但不能被CPU直接訪問的大容量直接訪問的大容量存儲(chǔ)器，稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為外存；存儲(chǔ)器，稱為外存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為外存；外存一般包括磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。外存一般包

5、括磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。lCPU運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱CPU。l適配器適配器主機(jī)和不同速度的外設(shè)之間的一種部件，用于主機(jī)和外主機(jī)和不同速度的外設(shè)之間的一種部件，用于主機(jī)和外設(shè)之間的信息轉(zhuǎn)換。設(shè)之間的信息轉(zhuǎn)換。第2章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器2022年6月17日星期五81. 用用8位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼。補(bǔ)碼。真值真值原碼原碼反碼反碼補(bǔ)碼補(bǔ)碼-35- 010 00111010 00111101 11001101 1101127+111 11110111 11110111 11110111 1111-12

6、7-111 11111111 11111000 00001000 0001-1-000 00011000 00011111 11101111 11112022年6月17日星期五9l若若a7 0，則，則X為正數(shù)，顯然為正數(shù)，顯然a0 a6取任何值均可。取任何值均可。l若若a7 1，則，則X為負(fù)數(shù)，為負(fù)數(shù)，X移移0. a6 a5 a0 0.5D = 0.100000B，則，則0.5D 移移0.100000 若要若要X0.5，即等價(jià)于，即等價(jià)于X移移 0.5D 移移 即即0. a6 a5 a00.100000，因此必須是，因此必須是a5 a0不全為不全為0。l 結(jié)論：結(jié)論：如果如果a7 0， a6

7、a0取任何值均可；取任何值均可；如果如果a7 1 ，必須滿足，必須滿足a6 =1 且且a5 a0不全為不全為0。 2. 設(shè)設(shè)X補(bǔ)補(bǔ)a7.a6 a5 a0 ，其中，其中ai 取取0或或1， 若要若要X-0.5，求，求a0 a1 a2 a7 的取值。的取值。2022年6月17日星期五103. 有一個(gè)字長(zhǎng)為有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位1位；階碼位；階碼8位，用移碼位，用移碼表示；尾數(shù)表示；尾數(shù)23位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為2。請(qǐng)寫出：。請(qǐng)寫出：(1)最大最大數(shù)的二進(jìn)制表示，數(shù)的二進(jìn)制表示，(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示，最小數(shù)的二進(jìn)制表示，(3)規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù)所

8、能所能表示的數(shù)的范圍。表示的數(shù)的范圍。l設(shè)移碼采用移設(shè)移碼采用移128碼，且機(jī)器數(shù)格式如右：碼，且機(jī)器數(shù)格式如右：l最大值（最大正數(shù)）最大值（最大正數(shù)）0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111即即 x = (1-2-23) * 2127 二進(jìn)制表示：二進(jìn)制表示： x = (1-0.0000 0000 0000 0000 0000 001) * 2111 1111 l最小值（最小負(fù)數(shù)）最小值（最小負(fù)數(shù)）1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即即 x = 1 * 2127二進(jìn)制表示：二進(jìn)制表示： x = -1* 2

9、111 1111 符號(hào)位符號(hào)位S(1S(1位位) ) 階碼階碼E(8E(8位位) )尾數(shù)尾數(shù)M(23M(23位位) )2022年6月17日星期五113. 有一個(gè)字長(zhǎng)為有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位位的浮點(diǎn)數(shù)，符號(hào)位1位；階碼位；階碼8位，用移碼表位，用移碼表示；尾數(shù)示；尾數(shù)23位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為位，用補(bǔ)碼表示；基數(shù)為2。請(qǐng)寫出：。請(qǐng)寫出：(1)最大數(shù)的最大數(shù)的二進(jìn)制表示，二進(jìn)制表示，(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示，最小數(shù)的二進(jìn)制表示，(3)規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù)所能表示的所能表示的數(shù)的范圍。數(shù)的范圍。l 設(shè)移碼采用移設(shè)移碼采用移128碼，且機(jī)器數(shù)格式如右：碼，且機(jī)器數(shù)格式如右：l 規(guī)格化數(shù)表示范圍

10、規(guī)格化數(shù)表示范圍最大正數(shù)：最大正數(shù)： 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 即即 x = (1-2-23) * 2127最小正數(shù)：最小正數(shù)： 0 0000 0000 100 0000 0000 0000 0000 0000 即即 x = 2-1 * 2-128最大負(fù)數(shù)：最大負(fù)數(shù)： 1 0000 0000 011 1111 1111 1111 1111 1111 即即 x = -(2-1+2-23) * 2-128最小負(fù)數(shù)：最小負(fù)數(shù)： 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即即 x = 1 * 2127l 規(guī)

11、格化的正數(shù)范圍規(guī)格化的正數(shù)范圍2-129 (1-2-23) * 2127 負(fù)數(shù)范圍負(fù)數(shù)范圍2127 (2-1+2-23) * 2-128符號(hào)位符號(hào)位S(1S(1位位) ) 階碼階碼E(8E(8位位) ) 尾數(shù)尾數(shù)M(23M(23位位) )2022年6月17日星期五124、將下列十進(jìn)制數(shù)表示成、將下列十進(jìn)制數(shù)表示成IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)。位浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)。l 27/6427/64 = 0.011011B = 1.1011 * 2-2e=2，則，則Ee127125 規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù)l27/64 27/64 =0.011011B =1.1011 * 2-2 規(guī)格化數(shù)規(guī)格化數(shù)符號(hào)位

12、符號(hào)位階碼階碼(8)(8)尾數(shù)尾數(shù)(23)(23)0 00111 11010111 1101 1011 0000 0000 0000 0000 0001011 0000 0000 0000 0000 000符號(hào)位符號(hào)位階碼階碼(8)(8)尾數(shù)尾數(shù)(23)(23)1 10111 11010111 11011011 0000 0000 0000 0000 0001011 0000 0000 0000 0000 0002022年6月17日星期五13 y補(bǔ)補(bǔ) 00.000115、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。l x=0.11011

13、 y=0.00011 x補(bǔ)補(bǔ)00.11011 ，y補(bǔ)補(bǔ)00.00011 x+y補(bǔ)補(bǔ)00.11110，未溢出，未溢出 x+y = +0.11110 x補(bǔ)補(bǔ) 00.1101100.111102022年6月17日星期五14l x=0.11011 y=0.10101 x補(bǔ)補(bǔ)00.11011 ，y補(bǔ)補(bǔ)11.01011x+y補(bǔ)補(bǔ) 00.00110 ，未溢出，未溢出 x+y = +0.00110 y補(bǔ)補(bǔ) 11.010115、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。x補(bǔ)補(bǔ) 00.1101100.001102022年6月17日星期五15l x=0.1

14、0110 y=0.00001 x補(bǔ)補(bǔ)11.01010 ，y補(bǔ)補(bǔ)11.11111x+y補(bǔ)補(bǔ) 11.01001 ，未溢出，未溢出 x+y = - 0.10111 y補(bǔ)補(bǔ) 11.111115、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。x補(bǔ)補(bǔ) 11.0101011.010012022年6月17日星期五166、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。l x=0.11011 y=0.11111 x補(bǔ)補(bǔ)00.11011，y補(bǔ)補(bǔ) 00.11111x-y溢出（上溢）溢出（上溢）x補(bǔ)補(bǔ) 00.

15、11011 y補(bǔ)補(bǔ) 00.1111101.110102022年6月17日星期五176、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。l x=0.10111 y=0.11011 x補(bǔ)補(bǔ)00.10111，y補(bǔ)補(bǔ) 11.00101x-y補(bǔ)補(bǔ) 11.11100 ，未溢出未溢出 x-y = - 0.00100 x補(bǔ)補(bǔ) 00.10111 y補(bǔ)補(bǔ) 11.0010111.111002022年6月17日星期五186、已知、已知x和和y，用變形補(bǔ)碼計(jì)算，用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy，同，同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。時(shí)指出結(jié)果是否溢出。l x=0.11011 y=0.1001

16、1 x補(bǔ)補(bǔ)00.11011，y補(bǔ)補(bǔ) 00.10011x-y補(bǔ)補(bǔ)溢出（上溢）溢出（上溢）x補(bǔ)補(bǔ) 00.11011 y補(bǔ)補(bǔ) 00.1001101.011102022年6月17日星期五197、用原碼陣列乘法器計(jì)算、用原碼陣列乘法器計(jì)算xy。l x11011 y11111 機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)：機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)： x補(bǔ)補(bǔ)0 11011 y補(bǔ)補(bǔ)1 00001 符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算：符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算： 0 11 算前求補(bǔ)器輸出：算前求補(bǔ)器輸出： |x|=11011 |y|=11111 乘法陣列：乘法陣列：|x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求補(bǔ)器輸出：算后求補(bǔ)器輸出： xy補(bǔ)補(bǔ) 1 00101

17、11011 xy = - 1101000101 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 12022年6月17日星期五207、用原碼陣列乘法器計(jì)算、用原碼陣列乘法器計(jì)算xy。l x11111 y11011 機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)：機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù)： x補(bǔ)補(bǔ) 1 00001 y補(bǔ)補(bǔ) 1 00101 符號(hào)位單獨(dú)考慮：符號(hào)位單獨(dú)考慮：1 10 算前求補(bǔ)器輸出：算前求補(bǔ)器輸出： |x|= 11111 |y|= 11011 乘法陣列：乘法陣列：|x| |y| 1 1 0 1 0 0

18、 0 1 0 1 算后求補(bǔ)輸出：算后求補(bǔ)輸出： xy補(bǔ)補(bǔ) 0 1101000101 xy = 0 1101000101 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 12022年6月17日星期五219-1、x=2-0110.100101，y=2-010(-0.011110)，求，求x+yl設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮浮 11 101，00.100101 y浮浮 11 110，11.1000101)求階差并對(duì)階求階差并對(duì)階 E

19、ExEyEx補(bǔ)補(bǔ)Ey補(bǔ)補(bǔ)11 101 00 01011 111 修改后的修改后的x表示為：表示為： x浮浮 11 110，0.010010(1)2)尾數(shù)求和尾數(shù)求和 MS= Mx+My =11 . 1101 00 (1)3)規(guī)格化處理規(guī)格化處理 執(zhí)行執(zhí)行2次左規(guī)處理，次左規(guī)處理， MS= 11 . 0 1 0 0 1 0 (0)， ES= 11 100 4)舍入處理舍入處理 5)判溢出判溢出故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy2100（0.101110）00. 0 1 0 0 1 0 11. 1 0 0 0 1 011 . 1 1 0 1 0 0 采用采用0舍舍1入法處理，則舍去入法處理，則舍去

20、0階碼符號(hào)位為階碼符號(hào)位為11，不溢出，不溢出2022年6月17日星期五229-1、x=2-0110.100101，y=2-010(-0.011110)，求，求x-yl設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮浮 11 101，00.100101 y浮浮 11 110，11.1000101)求階差并對(duì)階求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)補(bǔ)Ey補(bǔ)補(bǔ)11 101 00 01011 111 修改后的修改后的x表示為：表示為： x浮浮 11 110，0.010010 (1)2)尾數(shù)求差尾數(shù)求差 MS= Mx My =00. 110000 (1)3)規(guī)格化處理規(guī)格化處理4)舍

21、入處理舍入處理 5)判溢出判溢出故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy20100. 11000100. 0 1 0 0 1 0 00. 0 1 1 1 1 000. 1 1 0 0 0 0采用采用0 0舍舍1 1入法處理，則進(jìn)位，入法處理，則進(jìn)位，MS= 00.110001階碼符號(hào)位為階碼符號(hào)位為11，不溢出，不溢出My補(bǔ)補(bǔ)Mx補(bǔ)補(bǔ)不需規(guī)格化不需規(guī)格化2022年6月17日星期五239-2、x=2-101(-0.010110)、y=2-1000.010110 ，求，求x+yl 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮浮11 011,11.101010 y浮浮11 1

22、00 ,00.0101101)求階差并對(duì)階求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)補(bǔ)Ey補(bǔ)補(bǔ)11 011 00 10011 111 即即E為為1，x的階碼小，應(yīng)使的階碼小，應(yīng)使Mx右移右移1位，位，Ex加加1， x浮浮 11 100，1.110101 （0）2)尾數(shù)求和尾數(shù)求和 MS= Mx+My =00. 0 0 1 0 1 1 （0）3)規(guī)格化處理規(guī)格化處理 執(zhí)行執(zhí)行2次左規(guī)處理，次左規(guī)處理， MS= 00 . 1 0 1 0 0 0 (0)，ES= 11 0104)舍入處理舍入處理 5)判溢出判溢出故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy2110（0.101100）11. 1 1 0 1 0 1 （0）

23、 00. 0 1 0 1 1 000. 0 0 1 0 1 1 （0）采用采用0舍舍1入法處理，則舍去入法處理，則舍去0階碼符號(hào)位為階碼符號(hào)位為11，不溢出，不溢出2022年6月17日星期五249-2、 x=2-101(-0.010110) y=2-1000.010110 ，求，求x-yl 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮浮11 011,11.101010 y浮浮11 100 ,00.0101101)求階差并對(duì)階求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)補(bǔ)Ey補(bǔ)補(bǔ)11 011 00 10011 111 即即E為為1，x的階碼小，應(yīng)使的階碼小，應(yīng)使Mx右移右移1位，

24、位，Ex加加1， x浮浮 11 100，1.110101 （0）2)尾數(shù)求差尾數(shù)求差 MS= Mx-My =11. 0 1 1 1 1 1 （0）3)規(guī)格化處理規(guī)格化處理4)舍入處理舍入處理 5)判溢出判溢出故得最終結(jié)果為故得最終結(jié)果為 xy 2100（0.100001）11 . 1 1 0 1 0 1 11. 1 0 1 0 1 011. 0 1 1 1 1 1 My補(bǔ)補(bǔ)Mx補(bǔ)補(bǔ)采用采用0 0舍舍1 1入法處理，則舍去入法處理，則舍去0 0階碼符號(hào)位為階碼符號(hào)位為11，不溢出，不溢出不需規(guī)格化不需規(guī)格化第第3章章 內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)器2022年6月17日星期五261、設(shè)有一個(gè)具有設(shè)有一個(gè)具有

25、20位地址和位地址和32位字長(zhǎng)位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器，問：的存儲(chǔ)器，問：l該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少字節(jié)的信息？該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少字節(jié)的信息？存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 = 存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)每單元字節(jié)數(shù)每單元字節(jié)數(shù) = 22032 bitl如果存儲(chǔ)器由如果存儲(chǔ)器由512K8位位SRAM芯片組成，需要多少片芯片組成，需要多少片?需要做存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展；需要做存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展；u位擴(kuò)展：位擴(kuò)展：4片片512K8位芯片構(gòu)成位芯片構(gòu)成512K32位的存儲(chǔ)組；位的存儲(chǔ)組；u字?jǐn)U展：字?jǐn)U展：2組組512K32位存儲(chǔ)組構(gòu)成位存儲(chǔ)組構(gòu)成1M32位的存儲(chǔ)器；位的存儲(chǔ)器；因此，共需要因此，共需要24=8片給定的片給定的SRAM

26、芯片芯片l需要多少位地址做芯片選擇？需要多少位地址做芯片選擇？字?jǐn)U展的是字?jǐn)U展的是2個(gè)存儲(chǔ)組，因此，需個(gè)存儲(chǔ)組，因此，需1位地址做片選。位地址做片選。4 4M M字字節(jié)節(jié)8 83 32 2* *2 22 20 08片8片4 4* *2 28 8* *512K512K3232* *1024K1024K2022年6月17日星期五27l由由16K8位的芯片位的芯片字位擴(kuò)展字位擴(kuò)展構(gòu)成構(gòu)成64K32位的存儲(chǔ)器；位的存儲(chǔ)器；位擴(kuò)展：由位擴(kuò)展：由4片片16K8位的芯片構(gòu)成位的芯片構(gòu)成16K32位的存儲(chǔ)組；位的存儲(chǔ)組；字?jǐn)U展：由字?jǐn)U展：由4組組16K32位存儲(chǔ)組構(gòu)成位存儲(chǔ)組構(gòu)成64K32位的存儲(chǔ)器；位的存儲(chǔ)

27、器；因此，因此，4個(gè)存儲(chǔ)組的片選信號(hào)應(yīng)由最高兩位地址個(gè)存儲(chǔ)組的片選信號(hào)應(yīng)由最高兩位地址A14和和A15產(chǎn)生；產(chǎn)生；該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖如下：該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖如下：3、用、用16K8位的位的DRAM芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成64K32位存儲(chǔ)器，問：位存儲(chǔ)器，問：（1）畫出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。）畫出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。2:4譯碼器A14A15CS3CS2CS0CS1A13A0D0D7/WE2022年6月17日星期五28位擴(kuò)展位擴(kuò)展16K8RAMA13A0D7D0/WE/CS16K8RAMA13A0D7D0/WE/CSA13A0D7D0D15D816K8RAMA13A0D7 D0/CS/WE1

28、6K8RAMA13A0D7 D0/CS/WED23D16D31D23/CS/WE2022年6月17日星期五29字?jǐn)U展字?jǐn)U展16K32存儲(chǔ)組存儲(chǔ)組A13A0D31D0/WE/CS16K32存儲(chǔ)組存儲(chǔ)組A13A0D31D0/WE/CS16K32存儲(chǔ)組存儲(chǔ)組A13A0D31D0/WE/CS16K32存儲(chǔ)組存儲(chǔ)組A13A0D31 D0/CS/WE/WEA13A0D31D074LS139/G1B A/Y0/Y1/Y2/Y3/MREQA14A152022年6月17日星期五303、用、用16K8的的DRAM芯片構(gòu)成芯片構(gòu)成64K32位存儲(chǔ)器，要求：位存儲(chǔ)器，要求：(2)設(shè)儲(chǔ)器讀設(shè)儲(chǔ)器讀/寫周期為寫周期為0.

29、5s，CPU在在1s內(nèi)至少要訪問一次。試內(nèi)至少要訪問一次。試問采用哪種方式比較合理？?jī)纱嗡⑿碌淖畲髸r(shí)間間隔是多少？對(duì)問采用哪種方式比較合理？?jī)纱嗡⑿碌淖畲髸r(shí)間間隔是多少？對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少？全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少？ l假定假定16K8位的位的DRAM芯片的存儲(chǔ)矩陣是芯片的存儲(chǔ)矩陣是128行行(1288)列列；若集中刷新，則有若集中刷新，則有128行行0.5us=64us的死時(shí)間，不合適；的死時(shí)間，不合適；若分散刷新，則每訪存一次需要若分散刷新，則每訪存一次需要1us，也不合適；，也不合適；所以，應(yīng)采用異步式刷新方式。所以，應(yīng)采用異步式刷新方式。

30、l假定假定DRAM芯片的芯片的刷新周期為刷新周期為2ms兩行的刷新間隔為：兩行的刷新間隔為：2ms/128 = 0.015625ms=15.625usl若取若取15.5us作為實(shí)際的刷新間隔作為實(shí)際的刷新間隔刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為：刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為： 15.5us1281984us = 1.984ms2022年6月17日星期五316、用用32K8位的位的EPROM芯片組成芯片組成128K16位的只讀存儲(chǔ)器，試問：位的只讀存儲(chǔ)器，試問：l 數(shù)據(jù)寄存器多少位？數(shù)據(jù)寄存器多少位？ 因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)總線為因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)總線為16位，所以數(shù)據(jù)寄存器位，所以數(shù)據(jù)寄存器16位位l 地址寄存器多少

31、位？地址寄存器多少位？ 因?yàn)榇鎯?chǔ)器容量為因?yàn)榇鎯?chǔ)器容量為128K，需系統(tǒng)地址總線，需系統(tǒng)地址總線17位，位， 所以地址寄存器所以地址寄存器17位位l 共需多少個(gè)共需多少個(gè)EPROM芯片？芯片？ 所需芯片總數(shù)：所需芯片總數(shù)： (128K/32K)(16/8)=8片片2022年6月17日星期五326、用、用32K8位的位的EPROM芯片組成芯片組成128K16位的只讀存儲(chǔ)器，位的只讀存儲(chǔ)器，試問：（試問：（4）畫出此存儲(chǔ)器的組成框圖。）畫出此存儲(chǔ)器的組成框圖。CPU地址地址寄存器寄存器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寄存器寄存器32K832K832K832K832K832K832K832K8CS3CS2CS1CS02:4

32、譯碼器譯碼器CS0CS3A16A152022年6月17日星期五338、設(shè)存儲(chǔ)器容量為設(shè)存儲(chǔ)器容量為64M，字長(zhǎng)為，字長(zhǎng)為64位，模塊數(shù)位，模塊數(shù)m=8，分，分別用順序和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期別用順序和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T=100ns，數(shù)，數(shù)據(jù)總線寬度為據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期位，總線傳送周期=50ns。求：順序存。求：順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？?jī)?chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？l順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出m=8個(gè)字的數(shù)據(jù)信息量為：個(gè)字的數(shù)據(jù)信息量為：q = 864 = 512位位l順序存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為順序存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為t

33、1 = mT =8100ns =800ns =810-7sl故順序存儲(chǔ)器的帶寬為故順序存儲(chǔ)器的帶寬為W1= q/t1 = 512/(810-7) = 64107bit/sl交叉存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為交叉存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為t2 = T+ (m-1)= 100ns + (8-1)50ns = 450ns =4.510-7sl故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為W1= q/t2 = 512/(4.510-7) = 113.8107bit/s2022年6月17日星期五349、CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為完成存取的次數(shù)為2420次，主存完成存取的次數(shù)為次，主存完成

34、存取的次數(shù)為80次，次，已知已知cache存儲(chǔ)周期為存儲(chǔ)周期為40ns，主存存儲(chǔ)周期為，主存存儲(chǔ)周期為240ns，求求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時(shí)間。主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時(shí)間。l命中率命中率h = Nc/(Nc+Nm) = 2420/(2420+80) = 0.968l主存與主存與Cache的速度倍率的速度倍率r = tm/tc = 240ns/40ns = 6l訪問效率訪問效率e = 1/(r+(1-r)h) = 1/(6+(1-6)0.968) = 86.2%l平均訪問時(shí)間平均訪問時(shí)間ta = tc/e = 40ns/0.862 = 46.4ns2022年6月17日星期五35

35、10、已知、已知cache存儲(chǔ)周期存儲(chǔ)周期40ns，主存存儲(chǔ)周期，主存存儲(chǔ)周期200ns，cache/主存系統(tǒng)平均訪問時(shí)間為主存系統(tǒng)平均訪問時(shí)間為50ns，求，求cache的命中率是多少？的命中率是多少？l由由 ta = htc+(1-h)tm，可得，可得%75.932004020050mcmatttth2022年6月17日星期五3613、一個(gè)組相聯(lián)、一個(gè)組相聯(lián)Cache由由64個(gè)行組成，每組個(gè)行組成，每組4行。行。主存儲(chǔ)器包含主存儲(chǔ)器包含4K個(gè)塊，每塊個(gè)塊，每塊128字。請(qǐng)表示內(nèi)存地字。請(qǐng)表示內(nèi)存地址的格式。址的格式。l組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下：組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下：l每塊每

36、塊128字，假定主存以字進(jìn)行組織字，假定主存以字進(jìn)行組織塊內(nèi)的字地址需要塊內(nèi)的字地址需要7位位lCache由由64個(gè)行組成，每組個(gè)行組成，每組4行行Cache中共包含中共包含16組，需組，需4位組號(hào)位組號(hào)l主存包含主存包含4K個(gè)塊個(gè)塊主存塊號(hào)為主存塊號(hào)為12位位主存標(biāo)記位有主存標(biāo)記位有124=8位位主存標(biāo)記主存標(biāo)記組號(hào)組號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址7 7位位4 4位位8 8位位2022年6月17日星期五3714、某機(jī)主存容量、某機(jī)主存容量1MB，字長(zhǎng)，字長(zhǎng)1B，塊大小，塊大小16B，Cache容量容量64KB，若，若Cache采用直接映射方采用直接映射方式，請(qǐng)給出式，請(qǐng)給出2個(gè)不同標(biāo)記的內(nèi)存地址，它們映

37、個(gè)不同標(biāo)記的內(nèi)存地址，它們映射到同一個(gè)射到同一個(gè)Cache行。行。l直接映射下的主存地址格式如下：直接映射下的主存地址格式如下： 每塊每塊16B 塊內(nèi)的字節(jié)地址需要塊內(nèi)的字節(jié)地址需要4位位 Cache容量容量64KB 共包含共包含4K行行 Cache塊號(hào)塊號(hào)12位位 主存容量主存容量1MB 主存地址主存地址20位位 主存標(biāo)記位主存標(biāo)記位20124 = 4位位l兩個(gè)滿足題目要求的主存地址：兩個(gè)滿足題目要求的主存地址：0000 1001 0000 1110 0000 0001 1001 0000 1110 0000主存標(biāo)記主存標(biāo)記CacheCache行號(hào)行號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址4 4位位1212位位4

38、 4位位2022年6月17日星期五3815、假設(shè)主存容量、假設(shè)主存容量16M32位，位，Cache容量容量64K32位，主存與位，主存與Cache之間以每塊之間以每塊432位大位大小傳送數(shù)據(jù)，請(qǐng)確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù)，并小傳送數(shù)據(jù)，請(qǐng)確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù)，并畫出主存地址格式。畫出主存地址格式。l直接映射下的主存地址格式如下：直接映射下的主存地址格式如下：每塊每塊4字字 塊內(nèi)的字地址需要塊內(nèi)的字地址需要2位位Cache容量容量64KB Cache共包含共包含16K個(gè)塊個(gè)塊 Cache塊號(hào)需要塊號(hào)需要14位位主存主存16MB 主存地址為主存地址為24位位 主存標(biāo)記位有主存標(biāo)記位有2414

39、2 = 8位位主存標(biāo)記主存標(biāo)記CacheCache行號(hào)行號(hào)塊內(nèi)地址塊內(nèi)地址2 2位位1414位位8 8位位第第4章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)2022年6月17日星期五403、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式與尋址方式特點(diǎn)。格式與尋址方式特點(diǎn)。l 單字長(zhǎng)雙地址碼的單字長(zhǎng)雙地址碼的RR型指令。型指令。l 操作碼操作碼6位，系統(tǒng)中可以包含位，系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令。種不同的指令。l 源、目的操作數(shù)只能采用寄存器尋址方式。源、目的操作數(shù)只能采用寄存器尋址方式。 OP目標(biāo)寄存器目標(biāo)寄存器源寄存器源寄存器15 109 8 7 43 02022年6月17日星期五414、

40、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式與尋址方式特點(diǎn)。與尋址方式特點(diǎn)。l 雙字長(zhǎng)雙地址碼的雙字長(zhǎng)雙地址碼的RS型指令。型指令。l 操作碼操作碼6位，系統(tǒng)中可以包含位，系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令。種不同的指令。l 源操作數(shù)只能使用寄存器尋址方式；源操作數(shù)只能使用寄存器尋址方式；目的操作數(shù)只能使用變址尋址方式；目的操作數(shù)只能使用變址尋址方式； 其中，變址寄存器可使用其中，變址寄存器可使用16個(gè)通用寄存器之一；個(gè)通用寄存器之一；偏移量為偏移量為16位。位。 OP源寄存器源寄存器變址寄存器變址寄存器15 109 87 43 0偏移量（偏移量（16位）位）2022

41、年6月17日星期五426、一種單地址指令格式如下所示，、一種單地址指令格式如下所示，R變址寄存器，變址寄存器，R1基址寄存器，基址寄存器，PC程序計(jì)數(shù)器，填寫下列尋址方式。程序計(jì)數(shù)器，填寫下列尋址方式。尋址方式尋址方式IX有效地址有效地址E直接尋址直接尋址000E=D相對(duì)尋址相對(duì)尋址001E=(PC)+D變址尋址變址尋址010E=(R)+D基址尋址基址尋址011E=(R1)+D間接尋址間接尋址100E=(D)基址間接尋址基址間接尋址111E=(R1)+D)操作碼操作碼OPOP間接特征間接特征I I尋址模式尋址模式X X形式地址形式地址D D2022年6月17日星期五437、某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為某計(jì)算

42、機(jī)字長(zhǎng)為16位位，主存容量為，主存容量為64K字，采用字，采用單字長(zhǎng)單地址指令，共有單字長(zhǎng)單地址指令，共有40條指令，試采用直接、條指令，試采用直接、立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。l40條指令條指令 指令操作碼需指令操作碼需6位，位，26=64，其中，其中24種編碼未用；種編碼未用；l4種尋址方式種尋址方式 尋址特征需尋址特征需2位；位；l單字長(zhǎng)單地址指令單字長(zhǎng)單地址指令 剩余剩余8位作為形式地址；位作為形式地址；l設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)方案： 方案方案1：專用變址寄存器；：專用變址寄存器； 方案方案2：通用寄存器作為變址寄存器；：通用寄存器作為變

43、址寄存器；尋址方式尋址方式尋址特征尋址特征X 有效地址有效地址E直接尋址方式直接尋址方式00E=D立即尋址方式立即尋址方式01D=Imm變址尋址方式變址尋址方式10E=(R)+D相對(duì)尋址方式相對(duì)尋址方式11E=(PC)+D2022年6月17日星期五44方案方案1：專用變址寄存器：專用變址寄存器l 各操作數(shù)的尋址范圍：各操作數(shù)的尋址范圍： 立即數(shù)尋址方式立即數(shù)尋址方式u指令中的立即數(shù)不能超過指令中的立即數(shù)不能超過8位；位； 直接尋址方式直接尋址方式u直接地址為直接地址為8位，可直接尋址范圍為位，可直接尋址范圍為28個(gè)單元；個(gè)單元； 變址尋址方式變址尋址方式uE=（R）+D，其中變址寄存器，其中變

44、址寄存器R為為16位；位；u由于主存容量由于主存容量64K字，可直接尋址整個(gè)主存空間；字，可直接尋址整個(gè)主存空間； 相對(duì)尋址方式相對(duì)尋址方式uE=（PC）+D，可直接尋址整個(gè)主存空間；，可直接尋址整個(gè)主存空間； 6 6位位OPOP2 2位位尋址特征尋址特征8 8位位形式地址形式地址2022年6月17日星期五45方案方案2：通用寄存器作為變址寄存器：通用寄存器作為變址寄存器l各操作數(shù)的尋址范圍：各操作數(shù)的尋址范圍：立即數(shù)尋址方式立即數(shù)尋址方式u指令中的立即數(shù)不能超過指令中的立即數(shù)不能超過4位；位；直接尋址方式直接尋址方式u直接地址為直接地址為4位，可直接尋址范圍為位，可直接尋址范圍為24個(gè)單元；

45、個(gè)單元；變址尋址方式變址尋址方式uE=（R）+D，其中變址寄存器，其中變址寄存器R為為16位；位；u由于主存容量由于主存容量64K字，可直接尋址整個(gè)主存空間；字，可直接尋址整個(gè)主存空間；相對(duì)尋址方式相對(duì)尋址方式uE=（PC）+D，可直接尋址整個(gè)主存空間；，可直接尋址整個(gè)主存空間； 6 6位位OPOP2 2位位尋址特征尋址特征4 4位位寄存器寄存器4 4位位形式地址形式地址2022年6月17日星期五469、某機(jī)字長(zhǎng)為、某機(jī)字長(zhǎng)為32位，位，CPU中有中有16個(gè)個(gè)32位通用寄存器，設(shè)計(jì)位通用寄存器，設(shè)計(jì)一種能容納一種能容納64種操作的指令系統(tǒng)，如果采用通用寄存器作種操作的指令系統(tǒng)，如果采用通用寄存

46、器作為基址寄存器，則為基址寄存器，則RS型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少？型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少？l指令格式指令格式64種操作種操作 操作碼操作碼占占6位；位；16個(gè)通用寄存器個(gè)通用寄存器一個(gè)操作數(shù)和基址寄存器各一個(gè)操作數(shù)和基址寄存器各占占4位；位；單字長(zhǎng)指令單字長(zhǎng)指令 形式地址占形式地址占32 6 4 4 = 18位；位；l操作數(shù)操作數(shù)S的地址的地址E （R1）D，其中，其中R1為為32位的；位的；若系統(tǒng)的地址總線若系統(tǒng)的地址總線32位，則可尋址整個(gè)主存；位，則可尋址整個(gè)主存；若系統(tǒng)的地址總線若系統(tǒng)的地址總線32位，則可尋址的最大存儲(chǔ)空間為位，則可尋址的最大存儲(chǔ)空間為232+218操作碼操作碼

47、OP操作數(shù)操作數(shù)R基址寄存器基址寄存器R1形式地址形式地址D6位位4位位4位位18位位2022年6月17日星期五4712、根據(jù)操作數(shù)所在的位置，指出其尋址方式。、根據(jù)操作數(shù)所在的位置，指出其尋址方式。l 操作數(shù)在寄存器中，為操作數(shù)在寄存器中，為 尋址方式；尋址方式；l操作地址在寄存器，為操作地址在寄存器，為 尋址方式；尋址方式；l操作數(shù)在指令中，為操作數(shù)在指令中，為 尋址方式；尋址方式；l操作數(shù)地址（主存）在指令中，為操作數(shù)地址（主存）在指令中，為 方方式；式；l操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和，操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和，可以是可以是 尋址方式；尋址方式；寄存器寄存器寄

48、存器間接寄存器間接立即數(shù)立即數(shù)直接尋址直接尋址相對(duì)，基址，變址相對(duì)，基址，變址第第5章章 中央處理機(jī)中央處理機(jī)2022年6月17日星期五492、參見、參見圖圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫出存數(shù)指令的數(shù)據(jù)通路，畫出存數(shù)指令STO R1，（，（R2）的指令周期流程圖，其含義是將寄存器的指令周期流程圖，其含義是將寄存器R1的內(nèi)容傳送至的內(nèi)容傳送至（R2）為地址的數(shù)存單元中。）為地址的數(shù)存單元中。指令指令地址地址指令指令數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)單元數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2022年6月17日星期五50存數(shù)指令存數(shù)指令STO R1，（，（R2）(PC)AR(M)DR(DR)IR譯碼譯碼(R2)AR(R1)DRDRMM取指

49、周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期PC0GARiR/W=1DR0GIRiR20GARiR10GDRiR/W=02022年6月17日星期五513、參見圖、參見圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫出取數(shù)指令的數(shù)據(jù)通路，畫出取數(shù)指令LAD (R3)，R0的指令周期流程圖，其含義是將的指令周期流程圖，其含義是將(R3)為地址數(shù)存為地址數(shù)存單元的內(nèi)容取至寄存器單元的內(nèi)容取至寄存器R0中。中。指令指令地址地址指令指令數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)地址地址2022年6月17日星期五52取數(shù)指令取數(shù)指令LAD (R3)，R0的指令周期的指令周期(PC)AR(M)DR(DR)IR譯碼譯碼(R3)ARMMDRDRR0取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行

50、周期PC0GARiR/W=1DR0GIRiR30GARiDR0GR0iR/W=12022年6月17日星期五536、假設(shè)某機(jī)器有、假設(shè)某機(jī)器有80條指令，平均每條指令有條指令，平均每條指令有4條微條微指令組成，其中有一條取值微指令是所有指令公指令組成，其中有一條取值微指令是所有指令公用的，已知微指令長(zhǎng)度為用的，已知微指令長(zhǎng)度為32位，請(qǐng)估算控制存儲(chǔ)位，請(qǐng)估算控制存儲(chǔ)器容量。器容量。l微指令的數(shù)目為微指令的數(shù)目為803+1=241條；條；l微指令字長(zhǎng)為微指令字長(zhǎng)為32/8=4字節(jié)；字節(jié)；l故，控制存儲(chǔ)器的容量為故，控制存儲(chǔ)器的容量為 2414=964字節(jié)字節(jié)該容量為控制存儲(chǔ)器的最小容量。該容量為控

51、制存儲(chǔ)器的最小容量。2022年6月17日星期五548、某機(jī)有、某機(jī)有8條指令條指令I(lǐng)1I8，每條，每條微指令所包含的微命令控制微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。信號(hào)如下表所示。aj分別分別對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段僅為制字段僅為8位，請(qǐng)安排微指位，請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。令的控制字段格式。l微命令數(shù)目微命令數(shù)目操作控制字段，則采操作控制字段，則采用用混合表示法設(shè)計(jì)混合表示法設(shè)計(jì)微指令；微指令；l從左表中選擇互斥的微操作；從左表中選擇互斥的微操作；a命令：與命令：與i互斥互斥b命令：與命令：與f、g、i、j互斥

52、互斥c命令：與命令：與f、j互斥互斥d命令：與命令：與i、j互斥互斥e命令：與命令：與f、h、j互斥互斥f命令：與命令：與b、c、e、h、i、j互斥互斥g命令：與命令：與b、h、j互斥互斥h命令：與命令：與e、f、g、i互斥互斥i命令：與命令：與a、b、d、f、h、j互斥互斥j命令：與命令：與b、c、d、e、f、g、i互斥互斥l互斥信號(hào)組互斥信號(hào)組e、f、h和和b、i、je、f、h和和d、i、je、f、h和和b、g、ji、f、h和和b、g、j微指微指令令a b c d efg hijI1 I2 I3I4I5I6I7 I8 2022年6月17日星期五558、某機(jī)有、某機(jī)有8條指令條指令I(lǐng)1I8，

53、每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)，每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。如下表所示。aj分別對(duì)應(yīng)分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段僅為設(shè)一條微指令的控制字段僅為8位，請(qǐng)安排微指令的控制字位，請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。段格式。l解法解法1：將將 （d, i, j）和（）和（e, f, h）分別組成兩）分別組成兩個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的信號(hào)，剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段組成如右圖所示：組成如右圖所示：l

54、解法解法2：將將 （b, i, j）和（）和（e, f, h）分別組成兩）分別組成兩個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令個(gè)小組，進(jìn)行譯碼，可得六個(gè)微命令信號(hào)，剩下的信號(hào)，剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段號(hào)可進(jìn)行直接控制，其整個(gè)控制字段組成如右圖所示：組成如右圖所示： a b c g 01d 01e 10 i 10 f 11 j 11 h * * * * * * * *注意：注意：00表示兩位表示兩位均不產(chǎn)生控制信號(hào)均不產(chǎn)生控制信號(hào)2022年6月17日星期五5612、今有今有4級(jí)流水線，分別完成取指、指令譯碼并取數(shù)、級(jí)流水線，分別完成取指、指令譯碼并

55、取數(shù)、運(yùn)算、送結(jié)果四步操作。假設(shè)完成各步操作的時(shí)間運(yùn)算、送結(jié)果四步操作。假設(shè)完成各步操作的時(shí)間依次為依次為100ns、100ns、80ns、50ns。請(qǐng)問：。請(qǐng)問：l 流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少？流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少？流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來考慮，即流流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來考慮，即流水線時(shí)鐘周期性水線時(shí)鐘周期性 ，故取，故取100ns。l 若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，硬件上不采取措施，那么第若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，硬件上不采取措施，那么第2條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)行？條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)行？遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，就推遲第遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí)，就推遲第2條指令

56、的執(zhí)行；條指令的執(zhí)行；要推遲到所需讀取的數(shù)據(jù)已產(chǎn)生為止，因此至少需要延遲要推遲到所需讀取的數(shù)據(jù)已產(chǎn)生為止，因此至少需要延遲2個(gè)時(shí)鐘周期。個(gè)時(shí)鐘周期。l 如果再硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，至少需推遲多少時(shí)間？如果再硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn)，至少需推遲多少時(shí)間？如采用專用通路技術(shù)，應(yīng)保證取數(shù)之前結(jié)果已計(jì)算出來；如采用專用通路技術(shù)，應(yīng)保證取數(shù)之前結(jié)果已計(jì)算出來；因此，至少需要延遲因此，至少需要延遲1個(gè)時(shí)鐘周期。個(gè)時(shí)鐘周期。流水時(shí)空?qǐng)D流水時(shí)空?qǐng)D2022年6月17日星期五57流水時(shí)空?qǐng)D流水時(shí)空?qǐng)D取指取指 譯碼并譯碼并取數(shù)取數(shù)運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果取指取指譯碼并譯碼并取數(shù)取數(shù)運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果取指取指譯碼并譯碼并取數(shù)取

57、數(shù)運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果取指取指譯碼并譯碼并取數(shù)取數(shù)運(yùn)算運(yùn)算送結(jié)果送結(jié)果可能出現(xiàn)的可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)相關(guān)2022年6月17日星期五5813、指令流水線有取指（、指令流水線有取指（IF）、譯碼（）、譯碼（ID）、執(zhí)行）、執(zhí)行（EX）、訪存（）、訪存（MEM）、寫回寄存器堆（）、寫回寄存器堆（WB）五個(gè)過程段，共有五個(gè)過程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。條指令連續(xù)輸入此流水線。l 畫出流水處理的時(shí)空?qǐng)D，假設(shè)時(shí)鐘周期為畫出流水處理的時(shí)空?qǐng)D，假設(shè)時(shí)鐘周期為100ns。2022年6月17日星期五5913、指令流水線有取指（、指令流水線有取指（IF）、譯碼（）、譯碼（ID）、執(zhí)行）、執(zhí)行（EX）、訪

58、存（）、訪存（MEM）、寫回寄存器堆（）、寫回寄存器堆（WB）五個(gè)過程段，共有五個(gè)過程段，共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。條指令連續(xù)輸入此流水線。l 求流水線的實(shí)際吞吐量（單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢的指令條求流水線的實(shí)際吞吐量（單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢的指令條數(shù)）。數(shù)）。l 求流水線的加速比。求流水線的加速比。條條/ /秒秒1 10 0* *8 8. .3 33 31 10 0* *1 10 00 0* *1 1) )2 20 0( (5 52 20 01 1) )n n( (K Kn nH H6 69 94 4. .1 17 71 15 52 20 05 5* *2 20 01 1) )n n( (K K

59、n nK KT Tp pT Ts sS S2022年6月17日星期五6016、判斷以下三組指令中各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)？、判斷以下三組指令中各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)？l I1 LDA R1 , A ;M(A)R1I2 ADD R2 , R1 ;(R2)+(R1)R2l I3 ADD R3 , R4 ;(R3)+(R4)R3I4 MUL R4 , R5 ;(R4) (R5) R4l I5 LDA R6 , B ;M(B)R6I6 MUL R6 , R7 ;(R6) (R7) R6寫后讀相關(guān)寫后讀相關(guān)讀后寫相關(guān)讀后寫相關(guān)寫后寫相關(guān)寫后寫相關(guān)第第6章章 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)2022年6月17日星期五6

60、21、比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。、比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。l單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)使用一條使用一條系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線來連接來連接CPU、內(nèi)存和、內(nèi)存和I/O設(shè)備；設(shè)備；特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行；系統(tǒng)總線負(fù)載重；特點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行；系統(tǒng)總線負(fù)載重； l雙總線結(jié)構(gòu)雙總線結(jié)構(gòu)在在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線；和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線；保持單總線結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，保持單總線結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，減輕了減輕了CPU的負(fù)擔(dān)的負(fù)擔(dān)； l三總線結(jié)構(gòu)三總線結(jié)構(gòu)在各外部設(shè)備與通道之間增加一組在各外部設(shè)備與通道之間增加一組I/O總線。總線。提高了提高了CPU工作效率，同時(shí)也