《计算机组成原理》第3版PPT电子课件教案-重要习题解答.pptVIP

计算机原理重要习题解答,1.补充：p20 关于ieee754的标准：32位和64位。要掌握32位。 (1)已知：32位二进制代码，求表示的十进制真值。 x的二进制存贮格式为(c47fc000)h 1100 0100 0111 1111 1100 0000 0000 0000,s,e,m,e=e-127=1000 1000-0111 1111=1001b=9 x=(-1)s1.m2e=-1.111 1111 1129=-11 1111 1111b=-(210-1)=-1023 (2)已知：x的十进制值，求32位二进制代码。例如：x=-4。 x=-4=-100b= -1.0022 (-1)s1.m2e (-1)11.022 s=1;m=0;e=2=10b; e=e+127=10+1111111=1000 0001 11000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 000=(c0800000)h,2.(p69 5.)已知：x=0.11011, y=-0.10101。用两种方法求xy=? x补=0.11011 y补=1.01011 -y补=0.10101 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。 x-y变补=x变补+-y变补mod4 =00.11011+11.01011+2-5 mod4= 00.11011+00.10101 mod4 =01.10000 因为sf1=0sf2=1, 所以，x-y溢出。 x-y补为正溢出。,00.11011 11.01011 111.10110 00.00110,舍弃,00.11011 00.10101 01.11110 01.10000,方法2:进位溢出判别： x补=0.11011 y补=1.01011 -y补=0.10101 x+y 补=x补+y补mod 2 =0.11011+1.01011 mod 2 =0.00110 因为cf=1=c0=1, 所以，x+y不溢出。 x+y补=0.00110 , x+y=0.00110b。 x-y 补=x补+-y补mod 2 =0.11011+0.10101 mod 2 =1.10000 因为cf=0c0=1, 所以，x-y正溢出。 x-y补正溢出。,0.11011 1.01011 11.10110 0.00110,cf,c0,0.11011 0.10101 01.11110 1.10000,cf,c0,已知：x=11011, y=-10101（x,y都是整数）。用两种方法求xy=? x补=011011 y补=101011 -y补=010101 方法1:双符号： x变补=0011011 y变补=1101011 x+y变补=x变补+y变补mod 27 =0011011+1101011 mod 27 =0000110 因为sf1=0=sf2=0, 所以，x+y不溢出。 x+y补=000110 , x+y=00110b=6。 x-y变补=x变补+-y变补mod 27 =0011011+1101011+1 mod 27 = 0011011+0010101 mod 27 =0110000 因为sf1=0sf2=1, 所以，x-y溢出。 x-y补为正溢出。,0011011 1101011 11110110 0000110,舍弃,0011011 0010101 0111110 0110000,方法2:进位溢出判别： x补=011011 y补=101011 -y补=010101 x+y补=x补+y补mod 26 =011011+101011 mod 26 =000110 因为cf=1=c0=1, 所以，x+y不溢出。 x+y补=000110 , x+y=00110b=6。 x-y补=x补+-y补mod 26 =011011+010101 mod 26 =000110 因为cf=0c0=1, 所以，x-y正溢出。 x-y补正溢出。,011011 101011 1110110 000110,cf,c0,0.11011 0.10101 01.11110 1.10000,cf,c0,3. (p70 7.)用原码阵列乘法器、带求补级阵列乘法器计算xy。 (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=0.0100101001 xy原=1. 0100101001 所以，xy=-0. 0100101001b,0.11011 0.10011 11011 11011 00000 00000 +11011 0.0100101001,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=0.0100101001 2n位算后求补： xy补=1.1011010111，所以xy=0.0100101001b,0.11011 0.10011 11011 11011 00000 00000 +11011 0.0100101001,(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=1101000101 xy原=01101000101 xy=1101000101b,11111 11011 11111 11111 00000 11111 +11111 1101000101,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=1101000101 2n位算后求补：xy补=01101000101 所以，xy= 1101000101b。,11111 11011 11111 11111 00000 11111 +11111 1101000101,4.(p70 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 p5g4p7p6p5p4c4,5.(p69 1.) 用8位二进制表示 (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)补充：x=-48, 写出x原， x反， x补， x移，用8位二进制表示。 x=-110000=- 0110000 x原=10110000 x反=11001111 x补=11010000 x移=01010000 (3)补充：已知： x1补= x2原= x3反= x4移=f0h, 分别求 x1, x2, x3, x4表示的真值的十进制值。 x1补=11110000 ， x1=10000b16。 x2原=11110000 ， x2=1110000b112。 x3反=11110000 ， x3=0001111b15。 x4增=11110000 ， x4=1110000b112。,6. (p70 9.(1) 阶码(5位), 尾数(7位)，全部用补码表示。按浮点数运算方法，完成x+y和x-y的运算。 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补=ex+(-ey)补=ex补+-ey补 mod25 =11101+00010 mod25 =11111 e=-1, x的阶码小，应使x的尾数右移1位,x的阶码加1(和y的阶相同)。 x浮=11110, 0.010010(1) y浮=11110, 1.100010,2)尾数求和/差:(尾数的加减用变形补码方法运算) w1w2变补= w1变补 w2变补mod4 00.010010(1) 00.010010(1) 11.100010 + 00.011110 11.110100(1) 00.110000(1) 3)规格化处理：(尾数之和|w|是否全0, 是否溢出， |w|是否1/2) 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)。 7.(p125 1.) (1)22032bit=1m4b=4mb. (2)存贮器容量/容量/每片芯片4mb/219b=222b/219b=8片。 (3) 芯片512k8=219b，地址线19根。,8. (p125 5.)用sram256k16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,9. (p125 8.) 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:需要串行读出8个字，需要8个存贮周期。 t1=8t=8100ns=800ns=810-7s。 交叉存贮器读出8个字的时间：流水线的方式从主存中读出时间为 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,10.(p125 9.) h=cache命中的次数/访问主存系统总次数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 11.补充：分别画出m=4, 32存贮单元的顺序方式和交叉方式的存贮器模块结构。并说明访问主存25号单元，分别访问哪一个模块及体内地址。(1) 32存贮单元的顺序方式和交叉方式的存贮器模块结构见后面的逻辑框图。 (2) 25=11001b 顺序方式: 11 001。m3体，它的体内地址为1。 交叉方式： 110 01。m1体，它的体内地址为6。,访问主存的概率,访问cache的概率,数据总线,(a) 顺序方式,数据总线,(b) 交叉方式,主存地址：,4 3 2 1 0,主存地址：,4 3 2 1 0,m0,m1,m2,m3,m0,m1,m2,m3,12.(p151 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。 13. (p151 5.),源地址,目标地址,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。 14.(p152 7.),op=6bit，2640。 因为寻址方式有四种，m=2位,m=00,直接寻址；m=01,立即寻址； m=10，变址寻址；m=11，相对寻址。 640k字，地址位共20位(220640k)。 所以，指令格式如下：,4,0,if,id,20,ex,mem,wb,24,t,起始段,饱和段,结束段,15. (p211 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,补充(5)串行加工的时空图如下： 串行加工20条指令的时间t串205=100。,if,id,ex,mem,wb,t,i1,0,5,i2,10,95,i20,100,16.(p236 20.) dr=d/t=df=8b70m/s=560mb/s 17. (p304 11.) (1)若cpu执行e设备的中断服务程序，im2im1im0=011。 (2)若cpu执行h设备的中断服务程序，im2im1im0=001。 (3)若b设备一提出中断请求，cpu立即进行响应，可将b设备从第2级中取出来，单独放在第3级上，使第3级的优先级最高，即令im3=0。,18.(p304 18.) 若设备的优先级以此为cd-rom，扫描仪，硬盘，磁带机，打印机。scsi的配置图如下：,主适备器 (hba),id=7,cd-rom,id=3,扫描仪,id=2,硬盘,id=6,pci,hba内也有终端器,磁带机,id=5,打印机,id=4,终端器,19. 写出cpu模型机中jmp 20指令的功能，并写出该指令周期需要几个cpu周期，具体说明每个cpu周期完成的主要操作。 使下一条指令的地址无条件转入20号单元;共需要2个cpu周期。 第一个cpu周期做三件事： 1)从内存中取出本条要执行的jmp 20指令。 2)对程序计数器pc加1 3)对指令操作码进行译码或测试 第二个cpu周期的功能： 根据指令操作码，控制执行：ir(d)=20pc。,20.某dram芯片内部存贮单元为128128结构。该芯片的刷新周期为2ms。即在2ms内完成对128行(每行中的128个单元一次刷新) 按行刷新。设存贮器存贮周期为500ns。请按集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方法进行刷新操作，分别计算2ms内提供给应用户使用的存贮周期数及用户使用存贮周期进行读写操作要等待最长时间。 1)集中刷新：每行执行一次，该芯片共需要128次刷新操作，即集中需要128个存贮周期为读操作，1280.5s=64 s,64 s,2000 s-64 s,集中刷新时间,存贮器提供给用户工作时间,提供给用户使用的周期数:(2000-64）/0.5=3872个， 等待最长时间： 64 s。 2)分散刷新：偶数个为提供用户使用操作周期(w/r)，奇数个为刷新周期(fre)。,(0),w/r,frr,w/r,frr,(127),提供给用户使用的周期数:2000/0.5/2=2000个,等待最长时间0.5 s。,异步刷新：2ms内分散地把128行刷新一遍, 即每隔15.5 s刷新1行。 2000s/128=