计算机组成原理与系统结构课后作业答案(包健_冯建文 章....doc

运算器p101 3.3写出下列各数的原码、反码和补码，机器数长度为8位：真值二进制真值原码反码补码（1）000000000，00000000，00000000，00000001，00000001，1111111（2）-12711111111，11111111，00000001，0000001（3）-0.50.10000001.10000001.01111111.1000000（4）-19/1280.00100111.00100111.11011001.1101101（5）10011001000，11001000，11001000，1100100（6）23/640.0101110.01011100.01011100.0101110p101 3.4写出下列各机器数的二进制真值x：（1）x补=0,1001x=1001（2）x补=1,1001x=111（3）x原=0,1101x=1101（4）x原=1,1101x=1101（5）x反=0,1011x=1011（6）x反=1,1011x=100（7）x移=0,1001x=111（8）x移=1,1001x=1001（9）x补=1,0000000x=10000000b，x128（10）x反=1,0000000x1111111b，x127（11）x原=1,0000000x0（12）x移=1,0000000x0p156 4.1x0.1101y0.0110（设机器数长度为8位）x补=0.1101000x补=1.00110002x补=溢出2x补=溢出x/2补=0.0110100-x/2补=1.1001100y补=1.1010000y补=0.01100002y补=1.01000002y补=0.1100000y/2补=1.1101000-y/2补=0.0011000-y/4 补=0.0001100p102：3.8、阶码（6位移码）尾数（6位原码）（1） x=-25/64=-0.011001b，y=2.875=10.111bx浮=0，11111 1.11001=7f9h y浮=1,00010 0.10111=897h（2） z浮=9f4h=1,00111 1.10100=-80p102：9、机器数字长16位（1） 无符号整数：（2） 原码表示的定点整数：1，111110，11111即（3） 补码表示的定点整数：1，000000，11111即（4） 补码表示的定点小数：1.000000.11111即（5） 非规格化浮点数：阶码（8位移码）尾数（8位补码）最大数=阶码=1，1111111尾数=0.1111111最小数=阶码=1，1111111尾数=1.0000000最大负数=阶码=0，0000000尾数=1.1111111最小正数=阶码=0，0000000尾数=0.0000001（6） 规格化浮点数：最大数=阶码=1，1111111尾数=0.1111111最小数=阶码=1，1111111尾数=1.0000000最大负数=阶码=0，0000000尾数=1.0111111最小正数=阶码=0，0000000尾数=0.1000000p156：2、（1）（2）p156：4142p156：551补码booth算法52补码booth算法p156：6、61原码恢复余数算法61原码加减交替算法62原码恢复余数算法62原码加减交替算法p156 71补码加减交替算法72补码加减交替算法p156：4.8阶码（5位补码）尾数（6位补码）（1）x=-1.625=-1.101b y=5.25=101.01b x+yxy:1、对阶同上2、尾数相减： 11.1100110 + 11.01011 ex-y补 = 11.0010010 3、结果不需规格化 4、舍入处理：ex-y补 1.00101 x-y = 0,0011 1,00101 p108：82 x=0.2344 = 0.00111 y= -0.1133=-0.00011 xy:1、对阶同上2、尾数相减： 00.11100 + 00.01100 ex-y补 = 01.01000 发生正溢 尾数右移，阶码加1 ex-y补 = 0.10100 mx-y = 1.1111 3、结果不需规格化 4、舍入处理：ex-y补 0.10100 x-y = 1,1111 0,10100p108：9-1阶码（5位移码）尾数（6位补码）（1）x=5.25=101.01b y=-1.625=-1.101b x*y9-1 x/y: 9-2 x*y 9-2 x/y存储体系p225：2、（1）（2）（3）p225：3、（1） 最大主存容量=（2） 共需芯片；若采用异步刷新，则刷新信号的周期为（3） 每块8字节，则cache容量为，即c=9，cache采用2路组相联映射，则r=1。主存容量为，即m=16。每块包含4个字，每字包含2个字节。主存字地址=462eh=00 0100 01，10 0010 11，10；因此该字映射到cache的第139组。（4） 分析地址：128k的ram区由sram芯片构成；分为8组，组与组之间进行字扩展；每个组内有2片进行位扩展。p225：5、平均访问时间其中：ta 平均访问时间；tc cache的存储周期；tm 主存的存储周期；tp 磁盘的存储周期；hc cache的命中率；hm 主存的命中率。所以，p168：6、命中率平均访问时间 e = tc/ta=40/45=8/9p168：7、4路组相联映射，所以r=2每块4字，所以b=2；每字32位，所以每字包含4字节。cache容量为，故c=9主存容量为，故m=20(1) cache共分为：2c-r = 29-2 = 128组。(2)p226：8、4路组相联映射，所以r=2每块64字，所以b=6；cache容量为，故c=7主存容量为，故m=12主存字地址08447，位于主存的哪几块内呢？，即主存的第08447字位于连续的132块内。，因此这132块连续分布在第04大组内，其中在第4大组中只有4块。cpu第1次依次访问主存的08447字时不命中132次。cache的变化如图所示cpu从第2次开始直到第21次访问主存的08447字时，每轮不命中20次（从第04大组的前4块都不命中，其余都命中），cache的变化如图所示因为,命中率设使用cache比不使用cache在速度上提高x倍，则指令系统12、地址指令0019hopmod001ahdisp第一条转移指令：0019hjmp001ah0006h（pc）=001ah，执行该jmp指令后（pc）=001ah+0006h=0020h第二条转移指令：0019hjmp001ah0025h（pc）=001ah，执行该jmp指令后（pc）=001ah+0025h=003fh13、寄存器-存储器型指令是指一个操作数来自寄存器，另一个操作数来自存储器。（1）指令字长32位：op(6)mod(3)reg(4)addr(19)直接寻址时ea=addr，因此主存最大存储空间为219字。（假设存储器按字编址）间接寻址时ea=（addr），因此操作数地址存放在主存地址为0219-1的单元内，假设存储器按字编址，则ea应该是32位的地址，则主存最大存储空间为232字。（2）其实用32位通用寄存器做基址寄存器，类似于80x86机器上存储器分段管理。ea=32位基地址+偏移地址，所以ea是32位，则主存最大存储空间为232字。16、设某机寄存器字长16位，用16进制表示，已知：变址寄存器内容为0004h，pc的内容为0003h，内存中部分单元内容如下： 地址：内容 地址：内容 0002h：000ah 0007h：000ah 0003h：0002h 0008h：0002h 0004h：0007h 0009h：0003h 0005h：0004h 000ah：0009h 0006h：0005h 000bh：0008h指令为双字长指令，格式如下：操作码，寻址方式码，寄存器号(16位)0002h直接地址/间接地址/立即数/相对位移量/形式地址(16位)0007h若当前指令分别为下列寻址方式时，试求出操作数填入下表。寻址方式ea=操作数直接0007h000ah间接000ah0009h立即/0007h变址0004h+0007h0008h某机器字长16位，采用单字长指令，每个地址码6位。试采用操作码扩展技术，设计14条二地址指令，80条一地址指令，60条零地址指令。请给出指令编码示意图。双操作数指令格式：op（4位）a1（6位）a2（6位）14条双操作数指令op=0000op=1101a1（6位）a2（6位）单操作数指令格式：op（10位）a1（6位）80条双操作数指令op=1110000000op=1110111111op=1111000000op=1110001111a1（6位）无操作数指令格式：op（16位）60条双操作数指令op=1110010000000000op=1110010000111011设某8位计算机，除halt指令外，指令均为双字长，格式如下： op（4位） m（2位）rd（2位） a（8位）rd为目的操作数的寄存器号，编码分配如下： 00r0 01r1 10r2 11r3 m为源操作数的寻址方式，编码分配如下： 00立即数寻址 01直接寻址 10相对寻址 11变址寻址（变址寄存器为r3） a为源操作数的立即数、直接地址、间接地址或偏移地址。op为操作码，编码分配如下： 0000add 0001sub 0010and 0011mov 0100jmp0101inc（自增1） 1111halt（动态停机）其中，假设：pc的内容为22h；变址寄存器r3的内容为30h；主存部分单元的内容如下： 主存地址：内容 主存地址：内容 主存地址：内容 20h： 22h 27h： 02h 2eh： 00h 21h： 33h 28h： 21h 2fh： 01h 22h： 35h 29h： 0fh 30h： 02h 23h： 20h 2ah： 48h 31h： 03h 24h： 01h 2bh： 01h 32h： 04h 25h： 20h 2ch： 55h 33h： 05h 26h： 1dh 2dh： f0h 34h： 06h 问：cpu启动执行指令到停机，期间执行了哪几条指令？写出每条指令的功能、寻址方式、操作数及执行结果。解：由于（pc）=22h，即程序的第一条指令地址为22h，从22h开始，执行到2dh（halt指令）为止，共五条指令。经分析，所有指令的目的操作数的寻址方式均为寄存器寻址方式，为r1。下面列出每条指令的功能、源操作数的寻址方式、源操作数及执行结果。pc指令助记符寻址方式ea源操作数执行结果22h35hmov直接寻址20h（20h）=22h（r1）=22h23h20h24h01hadd立即数20h（r1）=（r1）+20h=42h25h20h26h1dhsub变址寻址（r3）+02h=32h（32h）=04h（r1）=（r1）-04h=3eh27h02h28h21hand立即数0fh（r1）=（r1）0fh=0eh29h0fh2ah48hjmp相对（pc）+01h=2ch+01h =2dh（pc）=2dh2bh01h2ch55h2dhf0hhalt停机控制器6、设某机平均执行一条指令需要两次访问内存，平均需要三个机器周期，每个机器周期包含4个节拍周期。若机器主频为25mhz，试回答：1）若访问主存不需要插入等待周期，则平均执行一条指令的时间为多少？2）若每次访问内存需要插入2个等待节拍周期，则平均执行一条指令的时间是又多少？解：（1）（2）7、设某机主频为8mhz，每个机器周期包含4个节拍周期，该机平均指令执行速度为1mips。试回答：1）该机的平均指令周期是多少时间？2）平均每条指令周期包含几个机器周期？解：（1）（2）8、参见图741的数据通路，指令“inc r1”将r1寄存器的内容加1，画出其指令周期微程序流程图，并根据表711和表712写出每一条微指令码。解： inc r1；（r1）+1r1btootbfuncfss3-s0mci空m6-m011011100010000000000001001100001000000000000001100000000110000000001000000101100000000000000010010000100000000000000019、根据图741所示的模型机结构和数据通路，写出以下指令从取址到执行的全部微操作序列，说明各条指令需要哪几个机器周期，需要几次访问内存及完成什么操作。1）sub a，r ，该指令完成（a）r（a），源操作数一个为寄存器寻址，目标操作数为指令提供的内存有效地址a。2）jmp 偏移量，该指令完成pc偏移量pc。解：（1）sub a，r ；（a）r（a）指令为双字节格式：op（sub）*rdaddr所以，共需要8个机器周期，共访存4次。（2）jmp disp； （pc）disppc所以，共需要7个机器周期，共访存2次10、假设某机器主要部件有：程序计数器pc、指令寄存器ir、通用寄存器r0r3、暂存器dd1和dd2、alu、移位器、存储器地址寄存器mar及存储器m。1）要求采用单总线结构，画出包含上述部件的逻辑框图，并注明数据流动方向。2）画出add （r1），（r2）指令在取指和执行阶段的操作步骤流程图。r1寄存器存放目标操作数地址，r2寄存器存放源操作数地址。3）写出各操作步骤所需的全部微操作命令。解：（1）（2）（3）取add指令的微指令pc-b、b-mar、pc+1 m-r#、b-ir指令译码信号map有效执行add指令的微指令 r2-b#、b-mar m-r#, b-dd1 r1-b#、b-mar m-r#, b-dd2 “+”,alu-b#,m-w#11、假设某机共有76条指令，平均每一条指令由11条微指令组成，其中有一条取指令的微指令是所有指令公共的，该机共有微命令31个，微指令的微操作码采用直接控制法。试问： 1）该机微指令长度为多少？2）控制存储器的容量应为多少？解：设微指令共有n条，n=76*11-75=761条；下址字段长为x位，2x 761，则x10（1）所以，该机微指令长度=31+10=41位（2）控制存储器的容量应该76141位，取102441位。12、某机采用微程序控制方式，其存储器容量为51248（位），微程序在整个控制存储器中实现转移，可控制微程序的条件共4个，判别测试字段采用编译法。微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用判定方式，如图所示： 微命令字段 判别测试字段 下地址字段 操作控制 顺序控制 （1） 微指令中的三个字段分别应多少位？（2） 画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。解：（1）22=4，512=29控制字段（48-9-2=37位）判别测试字段（2位）下址字段（9位）（2）14、图746为某模型机的微程序流程图，图中每一个框表示一条微指令。在点（1）处为指令译码后转入指令的微程序入口的多路分支点，由指令寄存器ir的i5i4两位来决定转入哪一个入口。在点（2）处根据状态条件f实现条件转移，微指令中判断测试位为直接控制法。控存容量能容纳图746所列