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文檔簡介
3.8設(shè)十進(jìn)制數(shù)X=(+128.75)×2-10(1)若(Y)2=(X)10,用定點(diǎn)數(shù)表示Y值。(2)設(shè)用21個二進(jìn)制位表示浮點(diǎn)數(shù),階碼5位,其中階符用1位;尾數(shù)用16位,其中符號用1位。階碼底為2。寫出階碼和尾數(shù)均用原碼表示Y機(jī)器數(shù)。(3)寫出階碼和尾數(shù)均用反碼表示Y機(jī)器數(shù)。(4)寫出階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示Y機(jī)器數(shù)。解:(1)X=(10000000.11)2×2-10
=(0.001000000011)2=(0.1000000011)2×2-21第1頁(2)(3)(4)尾符階符階碼尾數(shù)原碼010010100000001100000反碼011101100000001100000補(bǔ)碼0111101000000011000002第2頁3.9設(shè)機(jī)器字長16位。定點(diǎn)表示時,數(shù)值15位,符號位1位;浮點(diǎn)表示時,階碼6位,其中階符1位;尾數(shù)10位,其中,數(shù)符1位;階碼底為2。試求:(1)定點(diǎn)原碼整數(shù)表示時,最大正數(shù),最小負(fù)數(shù)各是多少?(2)定點(diǎn)原碼小數(shù)表示時,最大正數(shù),最小負(fù)數(shù)各是多少?(3)浮點(diǎn)原碼表示時,最大浮點(diǎn)數(shù)和最小浮點(diǎn)數(shù)各是多少?絕對值最小呢(非0)?估算表示十進(jìn)制值有效數(shù)字位數(shù)能夠區(qū)分絕對值最小數(shù)值,也稱為分辨率,表達(dá)數(shù)值精度3第3頁解:(1)定點(diǎn)原碼整數(shù)最大正數(shù)011……1(215-1)10
15最小負(fù)數(shù)111……1-(215-1)10
15(2)定點(diǎn)原碼小數(shù)最大正數(shù)0.11……1(1-2-15)10
15最小負(fù)數(shù)1.11……1-(1-2-15)10
15(3)原碼浮點(diǎn)數(shù)尾符階符階碼尾數(shù)11594第4頁最大浮點(diǎn)數(shù)0
0
11111
111111111
231×(1-2-9)最小浮點(diǎn)數(shù)1
0
11111
111111111
(絕對值最大負(fù)數(shù))-231×(1-2-9)絕對值最小浮點(diǎn)數(shù)不規(guī)格化
0
1
11111
000000001
(正數(shù)為例)2-31×2-9=2-40規(guī)格化
0
1
11111
100000000
2-31×2-1=2-32有效數(shù)字:9位2進(jìn)制數(shù)3位8進(jìn)制數(shù)2-10≌10-3(0.001)10≌(0.0000000001)2即有效數(shù)字位數(shù)小于35第5頁3.18用原碼一位乘計算X=0.1101,Y=-0.1011積
X?Y解:部分積(乘積高位)存放器:A=00.0000被乘數(shù)存放器B=|X|=0.1101乘數(shù)(乘積低位)存放器C=|Y|=.10116第6頁步數(shù)條件操作ACCn
00.0000.10111
Cn=1+|X|+00.110100.1101→00.01101.101
2
Cn=1+|X|+00.1101
01.0011→00.100111.103
Cn=0+0+00.0000
00.1001→00.0100111.14
Cn=1+|X|+00.1101
01.0001→00.10001111.加符號位:X0⊕Y0=0⊕1=1結(jié)果:[X]原=1.10001111X=-0.100011117第7頁3.19用補(bǔ)碼一位乘計算X=0.1010,Y=-0.0110積
X?Y部分積(乘積高位)存放器:A=00.0000被乘數(shù)存放器B=[X]補(bǔ)=00.1010-B=-[X]補(bǔ)=-X補(bǔ)=11.0110(補(bǔ)碼意義上相反數(shù))乘數(shù)(乘積低位)存放器C=[Y]補(bǔ)=1.10108第8頁步數(shù)條件操作ACCnCn+1
00.00001.101001
CnCn+1=00+0
+00.000000.0000→00.000001.1010
2CnCn+1=10-[X]補(bǔ)+11.0110
11.0110→11.1011001.1013CnCn+1=01+[X]補(bǔ)+00.1010
00.0101
→00.00101001.104CnCn+1=10-[X]補(bǔ)+11.0110
11.1000→11.110001001.15CnCn+1=11+0
+00.0000
11.11000100
[X·Y]補(bǔ)=1.11000100X·Y=-0.001111009第9頁3.20X=-0.10110,Y=0.11111用加減交替法原碼一位除計算X/Y商及余數(shù)被除數(shù)(余數(shù))存放器:A=|X|=00.10110除數(shù)存放器B=|Y|=00.11111-B=11.00001商存放器C=00000010第10頁步數(shù)條件操作AC
00.10110000000
1(判溢出)
-|Y|
+11.00001SA=111.10111000000.←11.0111000000.02
+|Y|
+00.11111SA=000.0110100000.1←00.110100000.103
-|Y|
+11.00001SA=111.110110000.10←11.10110000.1004
+|Y|
+00.11111SA=000.10101000.101←01.01010
00.10105-|Y|+11.00001SA=0
00.0101100.1011
←00.10110
0.1011011第11頁步數(shù)條件操作AC00.10110
0.101106-|Y|+11.00001SA=1
11.101110.10110
恢復(fù)余數(shù)+|Y|+00.1111100.10110加符號位:X0⊕Y0=1⊕0=0結(jié)果:[X/Y]原=1.1011012第12頁3.21X=0.10110,Y=0.11111用加減交替法補(bǔ)碼一位除計算X/Y商及余數(shù)被除數(shù)(余數(shù))存放器:A=[X]補(bǔ)=00.10110除數(shù)存放器B=[Y]補(bǔ)=00.11111-B=-[Y]補(bǔ)=-Y補(bǔ)=11.00001商存放器C=0000013第13頁步數(shù)條件操作AC(初始處理)同號
00.10110
000000
1-[Y]補(bǔ)+11.00001異號11.10111000000.←11.01110
00000.02
+[Y]補(bǔ)+00.11111同號
00.0110100000.1←00.11010
0000.103
-[Y]補(bǔ)+11.00001異號11.110110000.10←11.10110
000.1004
+[Y]補(bǔ)+00.11111同號00.10101000.101←01.0101000.10105-[Y]補(bǔ)+11.00001同號00.0101100.1011←00.10110
0.1011014第14頁步數(shù)條件操作AC00.10110(末位恒置1)
-[Y]補(bǔ)+11.00001
0.1011111.10111恢復(fù)余數(shù)+[Y]補(bǔ)+00.11111
0.10111
00.10110補(bǔ)碼商:0.10111補(bǔ)碼余數(shù):0.10110×10-5
真值:15第15頁3.25設(shè)浮點(diǎn)數(shù)X,Y,階碼(補(bǔ)碼形式)和尾數(shù)(原碼)形式以下:X:階碼0001,尾數(shù)0.1010;Y:階碼1111,尾數(shù)0.1001。設(shè)基數(shù)為2(1)求X+Y(階碼運(yùn)算用補(bǔ)碼,尾數(shù)運(yùn)算用補(bǔ)碼)(2)求X*Y(階碼運(yùn)算用移碼,尾數(shù)運(yùn)算用原碼)(3)求X/Y(階碼運(yùn)算用移碼,尾數(shù)運(yùn)算用原碼加減交替法)16第16頁(1)求X+Y(階碼運(yùn)算用補(bǔ)碼,尾數(shù)運(yùn)算用補(bǔ)碼)(a)對階階差ΔE=[EX]補(bǔ)+[-EY]補(bǔ)=00001+00001=00010(2)X階碼大,MY右移2位,保留階碼E=00001[MY]補(bǔ)=00001001(b)尾數(shù)相加[MX]補(bǔ)+[MY]補(bǔ)=001010+00001001=00110001(c)規(guī)格化操作
不變(d)舍入(0舍1入)
[MX]補(bǔ)=001100,M=0.1100(e)判溢出
不溢出,得最終止果X+Y=2001?(0.1100)17第17頁(2)求X*Y(階碼運(yùn)算用移碼,尾數(shù)運(yùn)算用原碼)(a)階碼運(yùn)算
[EX+EY]移=[EX]移+[EY]補(bǔ)=01001+11111=01000
即EX+EY=0(b)即MX=0.1010MY=0.1001求MX?MY=?A=00.0000B=|MX|=00.1010C=|MY|=.100118第18頁步數(shù)條件操作ACCn
00.0000.10011
Cn=1+|X|+00.101000.1010→00.01010.100
2
Cn=0+0+00.0000
00.0101→00.001010.103
Cn=0+0+00.0000
00.0010→00.0010010.14
Cn=1+|X|+00.1010
00.1011→00.01011010.加符號位:MX0⊕MY0=0⊕0=0結(jié)果:MX?MY
=0.0101101019第19頁(c)規(guī)格化處理左規(guī),移1位,結(jié)果=0.1011010;階碼-1,E=-1(d)舍入處理得結(jié)果:X?Y=2-1?(0.1011)(3)求X/Y(階碼運(yùn)算用移碼,尾數(shù)運(yùn)算用原碼加減交替法)(a)階碼運(yùn)算
[EX-EY]移=[EX]移+[-EY]補(bǔ)=01001+00001=01010
即EX-EY=2(b)即MX=0.1010MY=0.1001求MX/MY=?A=|MX|=00.1010
C=00000B=|MY|=00.1001-B=11.0111(補(bǔ)碼意義上相反數(shù))20第20頁步數(shù)條件操作AC
00.101000000
1(判溢出)
-|Y|
+11.0111SA=000.000100001.←00.00100001.02
-|Y|
+11.0111SA=111.10010001.0←11.0010001.003
+|Y|
+00.1001SA=111.1011001.00←11.011001.0004
+|Y|
+00.1001SA=111.111101.000←11.1110
1.00005+|Y|+00.1001SA=1
00.01111.000121第21頁加符號位:MX0⊕MY0=0⊕0=0結(jié)果:X/Y=1.0001(c)規(guī)格化處理右規(guī),移1位,結(jié)果=0.10001;階碼+1,E=3(d)舍入處理得結(jié)果:X?Y=23?(0.1001)22第22頁3.31設(shè)有8位有效信息,試為之編制海明校驗電路。說明編碼方法,并分析所選方案含有怎樣檢錯與糾錯能力。若8位信息為01101101,海明碼是何值?解:(1)分組(檢測并糾正一位錯,以偶校驗為例)設(shè)待編碼信息8位D1D2D3D4D5D6D7D88+r≦2r-1r≧4取r=4(符合條件最小值)組號123456789101112指誤字P1P2D1P3D2D3D4P4D5D6D7D84√√√√√G43√√√√√G32√√√√√√G21√√√√√√G123第23頁(2)編碼邏輯式P1=D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7P2=D1⊕D3⊕D4⊕D6⊕D7P3=D2⊕D3⊕D4⊕D8P4=D5⊕D6⊕D7⊕D8(3)校驗邏輯式G1=P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7G2=P2⊕D1⊕D3⊕D4⊕D6⊕D7G3=P3⊕D2⊕D3⊕D4⊕D8G4=P4⊕D5⊕D6⊕D7⊕D8(4)海明編碼與校驗電路24第24頁⊕D12345678⊕⊕⊕⊕P1P1⊕⊕⊕⊕⊕P2P2⊕⊕⊕⊕P3P3⊕⊕⊕⊕P4P425第25頁(5)編碼D1D2D3D4D5D6D7D801101101第1組P1D1D2D4D5D7001010有效信息第2組P2D1D3D4D6D7001010第3組P3D2D3D4D811101代碼123456789101112P1P2D1P3D2D3D4P4D5D6D7D8000111011101第4組P4D5D6D7D81110126第26頁第4章主存放器4.34.44.54.627第27頁4.3對于SRAM芯片,假如片選信號一直是有效。問(1)若讀信號有效后,地址仍在改變,或數(shù)據(jù)線上有其它電路送來信號,問對讀出有什么影響?有什么其它問題?(2)若寫信號有效后,地址仍在改變,或?qū)懭霐?shù)據(jù)仍不穩(wěn)定,問對寫入有什么影響?有什么其它問題?答:(1)若地址改變,則讀出數(shù)據(jù)不穩(wěn)定(可能讀是不是指定單元內(nèi)容);若數(shù)據(jù)線上還有其它電路送來信號,則可能發(fā)生沖突。(2)若地址改變,則數(shù)據(jù)可能寫入其它單元(可能不是寫入指定單元);若數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,則寫入目標(biāo)單元數(shù)據(jù)可能并不是我們需要數(shù)據(jù)。
28第28頁4.4下列圖是某SRAM寫入時序圖,其中R/W是讀寫命令控制線,當(dāng)R/W線為低電平時,存放器按給定地址24A8把數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)寫入存放器。請指出下列圖寫入時序中錯誤,并畫出正確寫入時序圖。2159H24A8H2151H地址數(shù)據(jù)R/W答:R/W命令應(yīng)往后延,寫時地址不允許改變29第29頁4.5有一個512K×16存放器,由64K×12164RAM芯片組成(芯片內(nèi)是4個128×128結(jié)構(gòu)),問(1)總共需要多少個RAM芯片?(2)采取分散刷新方式,假如刷新間隔不超出2ms,則刷新信號周期是多少?(3)假如采取集中刷新方式,設(shè)讀/寫周期T=0.1us,存儲器刷新一遍最少用多少時間?答:(1)(2)2ms/128=15.6us(3)128×0.1us=12.8us30第30頁4.6某機(jī)器中,已知道有一個地址空間為0000H~1FFFHROM區(qū)域,現(xiàn)在再用RAM芯片(8K×4)形成一個16K×8RAM區(qū)域,起始地址為H,假設(shè)RAM芯片有CS和WE信號控制端。CPU地址總線為A15~A0,數(shù)據(jù)總線為D7~D0,控制信號為R/W(讀/寫),MREQ(當(dāng)存放器進(jìn)行讀或?qū)懖僮鲿r,該信號指示地址總線上地址是有效)。要求畫出邏輯圖。31第31頁①存放空間分配與芯片8K×88K×48K×48K×48K×4容量片內(nèi)地址片選信號片選邏輯地址結(jié)構(gòu)A15A14A13A12……A08K×8A12-A0CS0A15A14A13000
×……×8K×8A12-A0CS1A15A14A13001
×……×8K×8A12-A0CS2A15A14A13010×……×②地址分配與片選邏輯(A16-A0)ROMRAM32第32頁A15A14A13D7-D0WECS8K×8D7-D0
WECS8K×4D7-D4
WECS8K×4D3-D0
WECS8K×4D7-D4
WECS8K×4D3-D0
A12-A0WEA9-A0+++A15A14A13A15A14A13MREQ33第33頁第5章指令系統(tǒng)5.15.25.35.45.55.934第34頁5.1某指令系統(tǒng)指令字長16位,每個操作數(shù)地址碼長6位,指令分為無操作數(shù)、單操作數(shù)和雙操作數(shù)三類。若雙操作數(shù)指令有K條,無操作數(shù)指令有L條,問單操作數(shù)指令最多可能有多少條?4664//////////////////////////////46///////////////466雙操作數(shù)指令K條單操作數(shù)指令X條無操作數(shù)指令L條解:[(24-K)×26-X]×26=L(24-K)×26-X=L/26X=(24-K)×26-L/2635第35頁5.2基址存放器內(nèi)容為H(H表示十六進(jìn)制),變址存放器內(nèi)容為03A0H,指令地址碼部分是3FH,當(dāng)前正在執(zhí)行指令所在地址為2B00H,請求出變址編址(考慮基址)和相對編址兩中情況訪存有效地址(即實際地址)。解:變址(考慮基址):有效地址=(RB)+(RX)+DH+03A0H+3F=23DFH
相對編址:有效地址=(PC)+D2B00H+3FH=2B3FH36第36頁5.3接上題(1)設(shè)變址編址用于取數(shù)指令,相對編址用于轉(zhuǎn)移指令,存放器內(nèi)存放內(nèi)容以下:地址內(nèi)容003FH2300HH2400H203FH2500H233FH2600H23A0H2700H23DFH2800H2B00H063FH請寫出從存放器中所取數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)移地址。(2)若采取直接編址,請寫出從存放器取出數(shù)據(jù)解:(1)數(shù)據(jù)2800H
轉(zhuǎn)移地址2B3FH(該單元存放下一條要執(zhí)行指令)(2)若無基址存放器:地址=D
即為003FH數(shù)據(jù):2300H若有基址存放器:地址=(RB)+D
即為H+003FH=203FH
數(shù)據(jù):2500H37第37頁5.4加法指令與邏輯加指令區(qū)分何在解:加法指令要考慮低位和高位之間進(jìn)位;邏輯加指令不考慮低位和高位之間進(jìn)位(按位加)5.5在以下相關(guān)計算機(jī)指令系統(tǒng)描述中,選擇出正確答案。(1)浮點(diǎn)運(yùn)算指令對于科學(xué)計算計算機(jī)是很有必要,能夠提升機(jī)器運(yùn)算速度。(2)不設(shè)浮點(diǎn)運(yùn)算指令計算機(jī)就不能用于科學(xué)計算。(3)處理大量輸入輸出數(shù)據(jù)計算機(jī),一定要設(shè)置十進(jìn)制運(yùn)算指令。(4)兼容機(jī)之間指令系統(tǒng)是相同,但硬件實現(xiàn)方法能夠不一樣。(5)同一系列中不一樣型號計算機(jī),保持軟件向上兼容特點(diǎn)。38第38頁(6)在計算機(jī)指令系統(tǒng)中,真正必須指令數(shù)是不多,其余指令都是為了提升機(jī)器速度和便于編程而引入。解:正確是:(1)、(4)、(5)、(6)5.9在下面相關(guān)尋址方式敘述中,選擇正確答案填入□內(nèi)依據(jù)操作數(shù)所在位置,指出其尋址方式:操作數(shù)在寄存器中,為②尋址方式;操作數(shù)地址在存放器中,為③尋址方式;操作數(shù)在指令中,為⑧尋址方式;操作數(shù)地址(主存)在指令中,為①尋址方式;操作數(shù)地址,為某一存放器中內(nèi)容與位移量之和則能夠是④⑤⑥尋址方式①直接②存放器③存放器間址④基址⑤變址⑥相對⑦堆棧⑧馬上數(shù)39第39頁第6章中央處理器(CPU)6.16.26.36.46.56.66.76.86.96.106.156.166.176.1840第40頁6.1CPU結(jié)構(gòu)如圖所表示,其中有一個累加存放器AC,一個狀態(tài)條件存放器和其它四個存放器,各部分之間連線表示數(shù)據(jù)通路,箭頭表示信息傳送方向,要求:(1)標(biāo)明圖中a,b,c,d四個存放器名稱。(2)簡述指令從主存取到控制器數(shù)據(jù)通路。(3)簡述數(shù)據(jù)在運(yùn)算器和主存之間進(jìn)行存/取訪問數(shù)據(jù)通路。主存放器MacbACdALU狀態(tài)存放器微操作信號發(fā)生器+141第41頁解:(1)a:數(shù)據(jù)緩沖器DRb:指令存放器IRc:主存地址存放器ARd:程序計數(shù)器PC(2)M→IR(b)→控制器(3)讀:M→DR→ALU→AC
寫:AC→DR→M6.2設(shè)某計算機(jī)運(yùn)算控制器邏輯圖如圖6.8(P175),控制信號意義見表6.1(P174),指令格式和微指令格式以下:指令格式操作碼Rs,rdrs1imm或disp微指令格式12……2324……35控制字段下址字段其中1-23位代表控制信號見表6.1(P174)42第42頁(1)JMP(無條件轉(zhuǎn)移(rs1)+disp)(2)Load(從(rs1)+disp指示內(nèi)存單元取數(shù),送rs保留)(3)Store(把rs內(nèi)容送到(rs1)+disp指示內(nèi)存單元)提醒:先列出各指令執(zhí)行步驟和所需控制信號,最終再寫出編碼解:(1)JMP(無條件轉(zhuǎn)移(rs1)+disp)JMP×××rs1imm(disp)〈1〉取機(jī)器指令微指令①指令地址送地址總線:PC→AB(1)②發(fā)訪存控制命令:ADS(21),M/IO#=1(22),W/R#=0(23)
從存放器取指令送數(shù)據(jù)總線DB③指令送指令存放器:DB→IR(5)④程序計數(shù)器+1:PC+1(3)(rs1)+disp→PC43第43頁〈2〉形成轉(zhuǎn)移地址①取兩個源操作數(shù)(計算地址):rs1→GR(8),(rs1)→ALU(10)disp→ALU(4)②加法運(yùn)算:“+”(13)③有效地址送程序計數(shù)器:ALU→PC(2)地址123456789101112131415161718192021222324…35K10101000000000000000110×…×K+1010100010100100000000××k(2)LOADrsrs1imm(disp)((rs1)+disp)→rs44第44頁〈1〉取機(jī)器指令微指令(略)〈2〉計算地址微指令①取兩個源操作數(shù)(計算地址):rs1→GR(8),(rs1)→ALU(10)disp→ALU(4)②加法運(yùn)算:“+”(13)③有效地址送地址存放器:ALU→AR(19)〈3〉取數(shù)微指令①數(shù)據(jù)地址送地址總線:AR→AB(20)②發(fā)訪存控制命令:ADS(21),M/IO#=1(22),W/R#=0(23)從存放器取數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線DB③數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線:DB→DR(6)〈4〉加法運(yùn)算和送結(jié)果微指令①源操作數(shù)送ALU:DR→ALU(12)——另一操作數(shù)為0②加法運(yùn)算:”+”(13)③送結(jié)果:rs→GR(9),ALU→GR(17)45第45頁地址123456789101112131415161718192021222324…35K+2000100010100100000100××K+3K+300000100000000000001110K+4K+4000000001001100010000××k(3)STORrsrs1imm(disp)(rs)→(rs1)+disp〈1〉取機(jī)器指令微指令(略)〈2〉計算地址微指令①取兩個源操作數(shù)(計算地址):rs1→GR(8),(rs1)→ALU(10)disp→ALU(4)②加法運(yùn)算:“+”(13)③有效地址送地址存放器:ALU→AR(19)46第46頁〈3〉取數(shù)微指令①取數(shù):rs→GR(9),(rs)→ALU(11)——另一操作數(shù)為0②加法運(yùn)算:”+”(13)③送結(jié)果:ALU→DR(18)〈4〉存放數(shù)據(jù)微指令:①數(shù)據(jù)地址送地址總線:AR→AB(20)②發(fā)訪存控制命令:ADS(21),M/IO#=1(22),W/R#=1(23)從存放器取數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線DB③數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線:DR→DB(7)地址123456789101112131415161718192021222324…35K+5000100010100100000100××K+6K+6000000001010100001000××K+4K+700000010000000000001111k47第47頁注:×表示可為任意值,當(dāng)ADS=0時,微指令最終兩位不起作用6.3按圖6.12(P178)給出電路,設(shè)CP=T2·CLK·CLK2#,一級門延遲a略少于觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時間b,畫出CLK2,CLK2#,CLK,CP-T1,T1,CP時間關(guān)系圖。假如用一級與門實現(xiàn)CP’=T2·CLK·CLK2,是否能產(chǎn)生導(dǎo)前于CP工作脈沖。解:48第48頁01DC01DCT2T1CLKCLK2CLK2CP-T1CP=T2·CLK·CLK2CP’=T2·CLK·CLK2CLK2CLK2CLKCP-T1T1CPCP’答:CP波形如上,寬度變窄,且有毛刺,不能用作工作脈沖49第49頁6.4分析圖6.16(P180)中對ready#信號有何要求,說明原因。假如不能滿足要求,則電路怎樣修改。01DC01DCT2T1CLKCLK2+readyT1答:ready必須能包住CLK2#,即當(dāng)CLK2#為正脈沖時,應(yīng)確保Ready不發(fā)生改變,這么才能確保CP-T信號完整性,不產(chǎn)生尖峰,使T能可靠工作。若ready不能滿足這一要求,可修改圖,使Ready控制TD端。50第50頁01DC01DCT2T1CLKCLK2ready51第51頁6.5從供選擇答案中,選出正確答案填入□中微指令分成水平型微指令和④微指令兩類,③可同時執(zhí)行若干個微操作,所以執(zhí)行指令速度比④快。在實現(xiàn)微程序時,取下一條微指令和執(zhí)行本條微指令普通是②進(jìn)行,而微指令之間是①。實現(xiàn)機(jī)器指令微程序普通是存放在②中,而用戶可寫控制存放器則由①組成。供選擇答案:A——C:①微指令;②微操作;③水平型微指令④垂直型微指令D,E:①次序;②重合F,G:①隨機(jī)存放器(RAM);②只讀存放器(ROM)6.6某機(jī)有8條微指令I(lǐng)1-I8,每條微指令所包含微命令控制信號如表所表示。52第52頁微指令微命令信號abcdefghijI1√√√√√I2√√√√I3√√I4√I5√√√√I6√√I7√√√I8√√√a-j分別對應(yīng)10種不一樣性質(zhì)微命令信號。假設(shè)一條微指令控制字段為8位,請安排微指令控制字段格式。53第53頁解:可能組合
bfijcfjdijefhfhiacdg直接控制直接編譯01-e10-f11-hO1-b10-i11-j54第54頁6.7已知某機(jī)采取微程序控制方式,其控制存放器容量為512×48位,微程序可在整個控制存放器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移,可控制微程序轉(zhuǎn)移條件共4個(直接控制),微指令采取水平型格式,如圖所表示:微指令字段判別測試字段下地址字段操作控制次序控制(1)微指令中三個字段分別應(yīng)為多少位?(2)畫出圍繞這種微指令格式微程序控制器邏輯框圖解:(1)下址字段:512=29,即為9位判別測試字段:4位(4個條件,直接控制法)下地址字段:48-9-4=35位(2)參見P187圖6.24(BCF為4,BAF為9位)55第55頁6.8在微程序控制計算機(jī)中,下一條要執(zhí)行微指令地址都有那些可能起源?各發(fā)生在什么場所?答:(1)開啟,由硬件實現(xiàn)取機(jī)器指令微指令(2)指令操作碼產(chǎn)生后繼微地址(3)次序執(zhí)行(μPC)+1→μPC(4)微程序轉(zhuǎn)移(轉(zhuǎn)移地址△)(μPC)+△→μPC6.9參考圖6.8(P175),6.10(P177),表6.1(P174)畫出下述3條指令微程序流程圖:(1)JMPDisp(相對尋址)(2)Loadrs@rs1(間接尋址)(3)ADDrsrs1(存放器尋址)解:(1)功效(PC)+disp→PC(2)功效((rs1))→rs(3)功效(rs)+(rs1)→rs
56第56頁取機(jī)器指令計算轉(zhuǎn)移地址計算地址加法計算取數(shù)加法計算送結(jié)果JMPDispLoadrs@rs1ADDrsrs157第57頁6.10假設(shè)某計算機(jī)采取四級流水線(取指、譯碼、執(zhí)行、送結(jié)果),其中譯碼可同時完成從存放器取數(shù)操作,并假設(shè)存放器讀/寫操作(允許同時取指和取數(shù))可在一個機(jī)器周期內(nèi)完成,問次序執(zhí)行上題3條指令,總共需要多少周期?解:取指譯碼→PC(PC)+disp取指譯碼間址取數(shù)→rs取指譯碼+→rs58第58頁6.15設(shè)有主頻為16MHz微處理器,平均每條指令執(zhí)行時間為兩個機(jī)器周期,每個機(jī)器周期由兩個時鐘脈沖組成。問:(1)存放器為“0等候”,求出機(jī)器速度。(2)假如每兩個機(jī)器周期中有一個是訪存周期,需插入1個時鐘周期等候時間,求機(jī)器速度。(“0等候”表示存放器可在一個機(jī)器周期完成讀/寫操作,所以不需要插入等候時間)解:(1)16÷4=4MIPS(InstructionPerSecond)(2)16÷(2×2+2)=2.67MIPS6.16從供選擇答案,選出正確答案,填入□中微機(jī)A和B是采取不一樣主頻CPU芯片,片內(nèi)邏輯電路完全相同。若A機(jī)CPU主頻為8MHz,B機(jī)為12MHz。則A機(jī)CPU主振周期為①μs。如A機(jī)平均指令執(zhí)行速度為0.4MIPS,那么A
機(jī)平均指令周期為⑦μs,B機(jī)平均指令執(zhí)行為④MIPS。供選擇答案A——C:①0.125;②0.25;③0.5;④0.6;⑤1.25;⑥1.6;⑦2.5。59第59頁6.17從供選擇答案,選出正確答案,填入□中某機(jī)采取兩級流水線組織,第一級為取指、譯碼、需要200ns完成操作;第二級為執(zhí)行周期,大部分指令能在180ns內(nèi)完成,但有兩條指令要360ns才能完成,在程序運(yùn)行時,這類指令所占百分比為5—10%。依據(jù)上述情況,機(jī)器周期(即一級流水線時間)應(yīng)選為③。兩條執(zhí)行周期長指令采?、诜椒ㄌ幚?。A:①180ns;②190ns;③200ns;④360nsB:①機(jī)器周期選為360ns;②用兩個機(jī)器周期完成6.18造成流水線阻塞原因有多個。試列舉三個造成流水線阻塞原因,并給出其中兩個化簡辦法。解:略,請見P210-21460第60頁第7章存放系統(tǒng)7.57.67.77.87.97.107.1361第61頁7.5設(shè)某計算機(jī)cache采取4路組相聯(lián)映像,已知cache容量為16KB,主存容量為2MB,每個字塊有8個字,每個字有32位。請回答:(1)主存地址多少位(按字節(jié)編址),各字段怎樣劃分(各需要多少位)?(2)設(shè)cache起始為空,CPU從主存單元0,1,……,100。依次讀出101個字(主存一次讀出一個字),并重復(fù)按此次序數(shù)讀11次,問命中率為多少?若cache速度是主存5倍,問采取Cache與無cache比較速度提升多少倍?解:(1)214/(23·22·22)=272·220/(23·22)=2169732主存組號(cache標(biāo)識)主存組內(nèi)頁號(cache組號)塊內(nèi)地址字節(jié)編號62第62頁(2)命中率10/11=91%速度比11×5/(10×1+1×5)=55/15=3.677.6設(shè)某計算機(jī)采取直接映像cache,已知容量為本4096B。(1)若CPU依次從主存單元0,1,……,99和4096,4097,……,4195交替取指令,循環(huán)執(zhí)行10次,問命中率為多少?(2)如cache存取時間為10ns,主存存取時間為100ns,cache命中率為95%,求平均存取時間。解:(1)命中率為0…0994095…099409540964195(2)0.95×10+(1-0.95)×(100+10)=9.5+5.5=15(ns)63第63頁7.7設(shè)可供用戶使用主存容量為100KB,而某用戶程序和數(shù)據(jù)所占主存容量超出100KB,但小于邏輯地址所表示范圍。問含有虛存與不含有虛存對用戶有何影響?答:因為用戶程序和數(shù)據(jù)超出了實際主存容量,所以每次只能將一部分程序和數(shù)據(jù)從輔存調(diào)入主存。若不含有虛存,則調(diào)入調(diào)出工作必須由用戶(程序)來完成;若含有虛存,則調(diào)入調(diào)出工作由MMU和操作系統(tǒng)完成,整個過程對用戶來說是透明。7.8主存放器容量為4MB,虛存容量為1GB(1×109B),虛擬地址和物理地址各為多少位?依據(jù)尋址方式計算出來有效地址是虛擬地址還是物理地址?假如頁面大小為4KB,頁表長度是多少?答:虛擬地址1GB=230B即為30位物理地址4MB=222B即為22位1GB/4KB=230B/212B=21864第64頁7.9設(shè)某虛存有以下快表放在相聯(lián)存放器中,其容量為8個存放單元。問:按以下三個虛擬地址訪問主存、主存實際地址碼各是多少?(設(shè)地址均為16進(jìn)制)頁號本頁在主存起始地址334253800079600066000044000015800005500003070000序號頁號頁內(nèi)地址11503242701283480516答:(1)0324+80000=80324(2)0128+96000=96128(3)去主存查找(慢表),有可能需要重新分配65第65頁7.10某程序?qū)撁嬉笮蛄袨镻3P4P2P6P4P3P7P4P3P6P3P4P8P4P6。(1)設(shè)主存容量為3個頁面,求FIFO和LRU替換算法時各自命中率(假設(shè)開始時主存為空)。(2)當(dāng)主存容量增加到4個頁面時,兩替換算法各自命中率又是多少?(1)LRU頁面請求342643743634846③333426437446338②/44264374363484①//2643743634846命中××××√××√√×√√×√×6/15=40%66第66頁
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