《计算机组成原理》第3版PPT电子课件教案-要做习题的参考答案.ppt

计算机原理要做习题参考答案 2004/7/20,第一章 计算机系统概论 习题一(p18)补充习题 1(1) 276.53125d=10001 0100.10001b10001 0100.1001b (2)99.4375d=110 0011.0111b (3)53.5625d=11 0101.1001b 2.1b.ch=11011.11b=33.6q=27.75d 3.(1)11110000.1010b=360.5q =f0.ah=240.625d (2)10101111.1111b=257.78q=af.fh=175.9375d (3)11001100.1100b=314.6q =cc.ch=204.75d (4)10011001.0111b=231.38q=99.7h=153.4375d,第二章 运算方法和运算器 习题二(p69) 1.(1) x=-35/64=-0.100011b=-0.1000110b x原=1.1000110 x反=1.0111001 x补=1.0111010 x移=0.0111010 (2) y= -23/128= -0.0010111b y原=1. 0010111 y反=1.1101000 y补= 1.1101001 x移=0. 1101001 (3) z=-127=-1111111 z原=11111111 z反=10000000 z补=10000001 z移=00000001 (4) m=-1=-1.0 m原, m反中不能表示，|m|1。 m补=1.0000000 m移=0.0000000,(5) n=-1=-0000001 x原=10000001 x反=11111110 x补=11111111 x移=01111111 3. 1)最大数nmax二进制代码表示：01111111111 1111 2)最小数nminx二进制代码表示：11111111111 0000 3)规格化浮点数表数范围：nminx, nmax -22511， （2-2-21)2511 4)最接近于0的正规格化数的代码表示： 0 0000000000 00000 1.02-512 最接近于0的负规格化数的代码表示： 1 0000000000 00000 -2.02-512,1 8 23 (1)27/64=11011b/26=1.10112-2=(-1)0(1.0+0.1011)2-2 e=e+127=-10+01111111=01111101 代码表示形式： 0 01111101 10110000000000000000000 =(3ed80000)h (2)-27/64=-11011b/26=-1.10112-2=(-1)1(1.0+0.1011)2-2 代码表示形式： 1 01111101 10110000000000000000000 =(bed80000)h (3) a) (c0e80000)h= 1 1000000111010000000000000000000 s=1,e=e-127=10000001-01111111=10b=2,m=1101 (-1)s1.m2e=-1.110122=-111.01b=-7.25d,b) (42c80000)h= 0 1000010110010000000000000000000 s=0,e=e-127=10000101-01111111=110b=6,m=1001 (-1)s1.m2e=1.100126=1100100b=100d 5.(2) x补=0.11011 y补=1.01011 方法1:双符号： x变补=00. 11011 y变补=11.01011 x+y变补=x变补+y变补mod 4 =00.11011+11.01011 mod 4 =00.00110 因为sf1=0=sf2=0, 所以，x+y不溢出。 x+y补=0.00110 , x+y=0.00110b。,(2)方法2:进位溢出判别： x 补=0. 11011 y 补=1.01011 x+y 补=x补+y补mod 2 =0.11011+1.01011 mod 2 =0.00110 0.11011 +1.01011 11.10110 0.00110 因为cf=1=c0=1, 所以，x+y不溢出。 x+y补=0.00110 , x+y=0.00110b。,cf,c0,(3) x= -10110, y= -00001, 求x+y=? 方法1:双符号：x补=101010 x变补=1101010 y补=111111 y变补=1111111 x+y变补=x变补+y变补mod 27 =1101010 +1111111 mod 27 =1101001 因为sf1=1=sf2=1, 所以，x+y不溢出。 x+y补=101001，x+y= -10111b,(2)方法2:进位溢出判别： x补=101010 y补=111111 x+y补=x补+y补mod 26 = 101010 + 111111 mod 26 =101001 101010 +111111 1111100 101001 因为cf=1=c0=1, 所以，x+y不溢出。 x+y补=101001 , x+y=-10111b。,cf,c0,6.(2) x=0.10111 y=0.11011 求x-y=? x补=0.10111 y补=0.11011 方法1:双符号溢出判别： x-y变补=x变补+-y变补mod 4 =00.10111+00.11011 +00.00001mod 4 =00.10111+11.00101mod 4 =11. 11100 因为sf1=0=sf2=1, 所以，x-y不溢出。 x-y补=1. 11100 x-y= -0.00100b。,(2)方法2:进位溢出判别： x补=0.10111 y补=0.11011 -y补=1.00101 x-y补=x补+-y补mod 2 = 0.10111+1.00101 mod 26 =1.11100 0.10111 + 1.00101 00.01110 1.11100 因为cf=0=c0=0, 所以，x+y不溢出。 x+y补=1.11100 , x-y= -0.00100b。,cf,c0,6.(3)改成x=11011,y=-10011。x补=011011 y补=101101 -y补=010011 方法1:双符号溢出判别： x变补=0011011 -y变补=0010011 x-y变补=x变补+-y变补mod 27 =0011011+0010011 mod 27 =0101110 因为sf1=0sf2=1, 所以，x-y正溢出。 x-y补=正溢出。,(3)方法2:进位溢出判别： x补=011011 y补=101101 -y补=010011 x-y补=x补+-y补mod 26 =011011+010011 mod 26 =0.00110 011011 +010011 0100110 101110 因为cf=0c0=1, 所以，x+y正溢出。 x+y补=正溢出。,cf,c0,7. (1) x=0.11011, y= -0.10011 x原=0.11011 y原=1.10011 (a)原码阵列乘法器算法： zf=01=1 |x|=0.11011, |y|=0.10011 |z|=|x|y|=0.110110.10011=0.0111111101 xy原=1.0111111101,0.11011 0.10011 11011 11011 00000 00000 +11011 0.0111111101,x补=0.11011 y补=1.01101 (b)带求补级阵列乘法器算法： zf=01=1 n位算前求补：|x|=0.11011, |y|=0.10011 |z|=|x|y|=0.110110.10011=0.0111111101 2n位算后求补： xy补=1.1000000011,0.11011 0.10011 11011 11011 00000 00000 +11011 0.0111111101,2.改成x=-11111 y=-11011 x原=111111 y原=111011 (a)原码阵列乘法器算法： zf=11=0 |x|=11111, |y|=11011 |z|=|x|y|=1111111011=1100100101 xy原=01100100101,11111 11011 11111 11111 00000 11111 +11111 1100100101,x补=100001 y补=100101 (b)带求补级阵列乘法器算法： zf=11=0 n位算前求补： |x|=11111, |y|=11011 |z|=|x|y|=1111111011=1100100101 2n位算后求补：xy补=01100100101,11111 11011 11111 11111 00000 11111 +11111 1100100101,8.(1)x=0.11000 y=-0.11111 x原=0.11000 y原=1.11111 zf=01=1 |x|=0.11000, |y|=0.11111 -y补=1.00001 0.1100000000 |y| 1.00001 余数为负 1.1100100000 0 q1=1 -|y|(除数右移1) 1.1100001 余数为正 0.0000011000 0 q2=1 -|y| 1.11100001 余数为负 1.1110011100 0 q3=0 +|y|(除数右移1) 0.000011111 余数为负 1.1111011010 0 q4=0 +|y|(除数右移1)0.0000011111 余数为负 1.1111111001 0 q5=0,商q=z原=1.11000 9.设阶码(5位), 尾数(7位)，全部用补码表示。求：x+y, x-y。 (1)x=2-0110.100101 y=2-010(-0.011110) x浮=11101, 0.100101 y浮=11110, 1.100010 1)求阶差并对阶 e=ex-ey=ex补+-ey补=11101+00010=11111 e=-1, x的阶码小，,应使x的尾数右移1位，x的阶码加1。 x浮=11110, 0.010010(1) y浮=11110, 1.100010 2)尾数求和/差： 0.010010(1) 0.010010(1) 1.100010 0.011110 1.110100(1) 0.110000(1) 3)规格化处理： a)对于x+y浮的尾数的结果，由于最高两位同号(尾数补码表示时)，应执行左规处理(2次)，x+y的尾数结果为1.010010; x+y的阶码2,应为11100。 x+y浮 11100， 1.010010。 b)对于x-y浮的尾数的结果，由于最高两位异号， x-y的尾数结果已经规格化了。 x-y浮11110, 0.110000(1),4)舍入处理(0舍1入) x+y浮的尾数的结果不需要处理。 x-y浮的尾数的结果需要处理，0.110000(1) 0.110001。 5)判溢出： x+y浮和x-y浮的阶码的符号都是11, 不溢出。 x+y浮=11100， 1.010010 x+y=2-100(-0.101110)。 x -y浮=11110, 0.110001 x-y= 2-010(0.110001)。 13.(1)串行进位方式，c0 c1 c2 c3 c4。 c1a0b0+(a0+b0)c0 g0 p0 c0 设g0=a0b0 p0=a0+b0 c2a1b1+(a1+b1)c1 g1 p1 c1 设g1=a1b1 p1=a1+b1 c3a2b2+(a2+b2)c2 g2 p2 c2 设g2=a2b2 p2=a2+b2 c4a3b3+(a3+b3)c3 g3 p3 c3 设g0=a3b3 p3=a3+b3,(2)并行进位方式，c0同时产生 c1， c2， c3， c4。 设gi=aibi pi=ai+bi i=0,1,2,3 c1g0 p0 c0 c2 g1 p1 c1g1p1g0p1 p0c0 c3g2p2 c2 g2p2g1p2 p1g0p2 p1 p0c0 c4g3 p3 c3g3p3g2 p3p2g1 p3p2 p1g0p3p2p1p0c0 同样，并行进位方式，c4同时产生 c5， c6， c7， c8。 c5g4 p4 c4 c6g5p5g4p5 p4c4 c7g6p6g5p6 p5g4p6 p5 p4c4 c8g7p7g6p7p6g5 p7p6 p5g4p7p6p5p4c4,补充题1： 画出n=10个任务，k=5(每个任务需要经过5个加工部件，每个加工部件需要时间为t(包括缓冲器的时间)的流水线的加工时控图。需要多少时间完成任务？ n=10个任务，k=5的流水线的加工时控图如下： tk=14t,4,0,u1,u2,10,u3,u4,u5,14,t,起始段,饱和段,结束段,第三章 存贮系统 习题三(p125) 1.(1)4mb (2)8片 (3)19位。 2.(1)64个模块板 (2)16片芯片/某个模板 (3)1024片；用26位地址线中的高6位地址线经过译码26:64,分别选择063模块板的的一个； 26位地址线中的低20位接入每个模块的20位地址。 3.(1)见后面页的逻辑图。 (2)根据题意，采用分散刷新方式：把一个操作周期tc=1s分为两半，周期的前半段时间tm用来读写操作或维持信息，周期的后半段时间tr作为刷新操作的时间。两次最大间隔时间为1s。只需要128 s就可对全部存贮单元刷新一遍(假设该芯片为128行)。,用16k8芯片构成64k32存贮器。 16k8(地址线a130),存贮器64k32 (地址线a150)。共用16片16k8芯片,译码器,cs,cs,0,a14,a15,cs,cs,3,a13,a0,r/w,r/w,r/w,r/w,d07,d07,d03,d03,16k8 0,16k8 3,16k8 0,16k8 3,0,3,0,3,we,d07,d2431,2:4,cas,ras,cpu,4.(1)32片 (2)见3(1)逻辑图基本相同。 (3)刷新信号周期为15.5s。(假设该芯片为512行) 5.用256k16芯片构成1024k32存贮器。 256k16芯片(地址线a170),存贮器1024k32(地址线a190)。共用8片256k16芯片。,译码器,cs,cs,0,a18,a19,cs,cs,3,a17,a0,r/w,r/w,r/w,r/w,d015,d015,d015,d015,256k16 0,256k16 1,256k16 0,256k16 1,0,3,0,3,we,d015,d1631,2:4,cpu,.,6.(1)数据寄存器16位。(2)地址寄存器17位。(3)需要8片eprom。 (4)用32k8eprom芯片构成128k16只读存贮器。 32k8芯片(地址线a140),存贮器128k16(地址线a160)。共用8片256k16芯片。,译码器,cs,cs,0,a15,a16,cs,cs,a14,a0,d015,d015,d015,d015,32k8 0,32k8 1,32k8 0,326k8 1,0,3,0,3,d07,d815,2:4,cpu,3,8.根据p102例4,计算如下： 顺序存贮器和交叉存贮器连续读出8个字的信息总量q：648=512b 顺序存贮器读出8个字的时间t1=8t=8100ns=800ns=810-7s。 交叉存贮器读出8个字的时间t2=t+(m-1)=100ns+750ns =450ns=4.510-7s。 顺序存贮器的带宽q/t1=512/(810-7s)=64107位/s 交叉存贮器的带宽q/t2=512/(4.510-7s )114107位/s 9. h=2420/(2420+80)=0.968 ta=htc+(1-h)t1=0.968 40+0.032240=46.40ns。 e=tc/ta=40/46.4=0.862 10. ta=htc+(1-h)t1 h=(t1-ta)/(t1-tc)=(200-50)/(200-40)=0.9375,11.4mb=222b，主存的物理地址为22位。 1gb=230b，主存的虚拟地址为30位。 页表的长度为218。 13.相同。15.d 16.b，c。,第四章 指令系统 习题四 (p151) 2. 28-m-n。 3.指令格式及寻址方式的特点： 单字长的二地址指令。 操作码字段op=6位，可以指定26=64条指令。 源和目标都是通用寄存器(可分别指定16个寄存器)，是rr型指令格式，两个操作数都在寄存器中。 4.指令格式及寻址方式的特点： 双字长的二地址指令。 操作码字段op=6位，可以指定26=64条指令。 rs型指令。源操作数通用寄存器(共16个)，另一个操作数在主存中。 访问主存的有效地址通过变址方式得到。变址寄存器(共16个)内容加上位移量。,5.指令格式及寻址方式的特点： 单字长的二地址指令。 操作码字段op=4位，可以指定24=16类指令。 每个操作数可以指定8种寻址方式。通用寄存器共8个。 操作数可以是rr型， rs型， ss型。 6.,7.op=6bit，2640。 因为寻址方式有四种，m=2位, m=00,直接寻址；有效地址ed，访问内存一次，只能访问主存0255单元。 m=01,立即寻址；本次操作数为d，不需要访问内存。 m=10，变址寻址；有效地址e(r)+d，访问内存一次(设r为指定 变址寄存器，16bit,可以访问64k的存贮单元)。 m=11，相对寻址；有效地址e (pc)+d ，访问内存一次(设pc为指定程序计数器，16bit,可以访问64k的存贮单元)。 640k字，地址位共20位(220640k)。 所以，指令格式如下：,9.根据题意，64条指令，op为6位。 m(2)，4种寻址方式，通用寄存器r(16个)，4bit。 指令格式如下： rs型指令的最大存贮空间是232。 14.b，c。15.a-寄存器直接寻址；b寄存器间接寻址；c立即寻址；d直接寻址；e变址寻址；f相对寻址，r=pc；g基址寻址,r=b基地址寄存器。,第五章 中央处理器 习题五 (p209) 1.(1)指令寄存器(ir) (2)程序计数器(pc) (3)累加器(ac)、通用寄存器(r) 。 6.(803+1)4b=964b。 7.m=g s3=h+d+f s2=a+b+d+e+f+g+h s1=a+b+g+h c=h+d+y(e+f),8.根据8条微指令执行情况：,a b c d e f g h i j a b c d e f g h i j,对应互斥微操作组 a b c d e g i f f i f g j j h i j j,1 1 1 2 2 1,微指令：,d i j,e f h,11.(1)微指令格式如下：,微程序有512条微指令，29=512，微下地址字段为9。 微转移的条件共4个，再加上1个无条件转移，共5种情况，需要3位编码。所以判别测试字段为3位。 所以微命令控制字段：48-9-3=36位。,控制字段,下地址字段,c s,op,微操作, ir:,0#:,n#:,ir:, ar:,(2)微程序控制器逻辑框图:,条件码,状态标志,下地址形成逻辑,12.(1)流水线操作周期t=max100,100,80,50=100ns。 (2)推迟2个时钟周期200ns。,(3)推迟1个时钟周期100ns。硬件上采取多个结果寄存器。,4,0,if,id,20,ex,mem,wb,24,t,起始段,饱和段,结束段,13.(1)n=20, k=5 流水线的时空图如下： (2)流水线加工的吞吐率20/(24100ns)5/6107条指令/s (3)流水线处理器的加速比ck=nk/(n+k-1)= nk/(n+k-1)=205/24 4.167,(4)超标量流水线(两条流水线)加工的时空图如下： 加工需要的时间(n/2+k-1)=14,4,0,if,10,14,起始段,饱和段,结束段,id,ex,mem,wb,i1i2,i3i4,i5i6,i7i8,i13,i13,i13,i13,i13,i14,i14,i14,i14,i14,i19i20,i17i18,第六章 总线系统 习题六(p235) 8.c 9. b, a, c 10.a 11.d 12.a 14.d, c, a, b 15.b, a, e, d, c 16.b, a, d, c, e 17.host桥：pci总线控制器，中央仲裁器。连接cpu总线、系统总线。 pci/pci桥：连接pci总线，支持各种高速设备。 pci/lagacy桥：连接isa，eisa，mca等性能较低的传统总线支持中低速io设备。 桥的功能