计算机组成原理第四版课后答案 白中英.doc

1. 设X补= a7.a6a5a0 , 其中ai取0或1，若要x0.5,求a0，a1，a2，a6 的取值。解：（1）若a0=0，则x0，也满足x-0.5，此时a1至a6可任意（2）若a0=1，则x-0.5，需a1=1即a0=1，a1=1，a2至a6有一个不为02. 设X补= a0，a1，a2a6 , 其中ai取0或1，若要x0.5,求a0，a1，a2，a6 的取值。解：a0= 1，a1= 0， a2，a6=11。3. 将下列十进制数表示成浮点规格化数，阶码3位，用补码表示；尾数9位，用补码表示。（1） 27/64（2） -27/64解：（1）27/64=11011B =0.011011B=0.11011B 浮点规格化数 : 1111 0110110000（2）-27/64= -11011B = -0.011011B= -0.11011B 浮点规格化数 : 1111 10010100004.将下列十进制数表示成IEEE754标准的32为浮点规格化数。（1） 27/64（2） -27/64解： E=-2+127=125=01111101 S=0 M=1011 0000 0000 0000 0000 000 最后为：0 01111101 1011 0000 0000 0000 0000 000E=-2+127=125=0111 1101 S=1M=1011 0000 0000 0000 0000 000最后为：1 01111101 1011 0000 0000 0000 0000 0005. 已知X和Y, 用变形补码计算X+Y, 同时指出运算结果是否溢出。（1）X=0.11011 Y=0.00011（2）X= 0.11011 Y= -0.10101（3）X=-0.10110 Y=-0.000016. 已知X和Y, 用变形补码计算X-Y, 同时指出运算结果是否溢出。(1) X=0.11011 Y= -0.11111(2) X=0.10111 Y=0.11011(3) X=0.11011 Y=-0.1001111.某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1，低位来的进位信号为C0，请分别按下述两种方式写出C4C3C2C1的逻辑表达式。（1）串行进位方式 （2）并行进位方式 解（1）串行进位方式：C1 = G1 + P1C0 其中： G1 = A1 B1 ， P1 = A1B1C2 = G2 + P2C1 G2 = A2 B2 ， P2 = A2B2C3 = G3 + P3C2 G3 = A3 B3 ， P3 = A3B3C4 = G4 + P4C3 G4 = A4 B4 ， P4 = A4B4 （2) 并行进位方式：C1 = G1 + P1C0 C2 = G2 + P2G1 + P2P1C0C3 = G3 + P3G2 + P3P2G1 + P3P2P1C0C4 = G4 + P4G3 + P4P3G2 + P4P3P2G1 + P4P3P2P1C01.有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（1） 该存储器能存储多少个字节的信息？（2） 如果存储器由512K8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？（3） 需要多少位地址作芯片选择？解：（1） 220= 1M， 该存储器能存储的信息为：1M32/8=4MB（2）（1000/512）（32/8）= 8（片）（3） 需要1位地址作为芯片选择。7. 用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算XY。（1）X=11011 Y= -11111 （2）X=-11111 Y=-11011（同法）解（1）用源码阵列乘法器； x原=0 11011 y原=1 1111 因符号位单独考虑，|x|=11011 |y|=111111 1 0 1 1 1 1 1 1 1 _ 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1_ 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1xy原=1 1101000101用补码阵列乘法器x补=0 11011 y补=1 00001乘积符号位为： 1x=11011 y=11111 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1_ 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1_ 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1xy补=1 00101110112. 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256K16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1） 每个模块板为1024K64位，共需几个模块板？（2） 个模块板内共有多少DRAM芯片?（3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？解：(1).共需模块板数为m： m=226220=64 (块)(2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n: n=(220/28) (64/16)=16 (片)(3) 主存共需DRAM芯片为：1664=1024 (片) 每个模块板有16片DRAM芯片，容量为1024K64位，需20根地址线(A19A0)完成模块 板内存储单元寻址。一共有64块模块板，采用6根高位地址线(A25A20)，通过 6：64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。下面这道是课本的题目：3 用16K8位的DRAM芯片组成64K32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。(2) 设存储器读/写周期为0.5S, CPU在1S内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：（1）组成64K32位存储器需存储芯片数为 N=（64K/16K）（32位/8位）=16（片） 每4片组成16K32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2：4译码器产生片选信号 ，逻辑框图如下所示：4.有一个1024K32位的存储器，由128K8位的DRAM芯片构成。问：（1）总共需要多少DRAM芯片？（2）设计此存储体组成框图。（3）采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过8ms，则刷新信号周期是多少？(1)（2）(3)如果选择一个行地址进行刷新，刷新地址为A0-A8，因此这一行上的2048个存储元同时进行刷新，即在8ms内进行512个周期。刷新方式可采用：在8ms中进行512次刷新操作的集中刷新方式，或按8ms/512 = 15.5us刷新一次的异步刷新方式。6.用32K8位的EPROM芯片组成128K16位的只读存储器，试问：（1）数据寄存器多少位？（2）地址寄存器多少位？（3）共需要多少个EPROM芯片？（4）画出此存储器组成框图。（1）系统16位数据，所以数据寄存器16位（2）系统地址128K217，所以地址寄存器17位 （3）共需要8片 组成框图如下：10已知Cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，Cache/主存系统平均访问时间为50ns，求Cache的命中率是多少？解ta=tc h +tm(1-h) h =(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.9411主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚存地址和物理地址各为多少位？如页面大小为4KB，则页表长度是多少？解：已知主存容量为4MB，虚存容量为1GB 2224M 物理地址为22位又 2301G 虚拟地址为30位页表长度为 1GB4KB230212=218=256K12.某机器采用四体交叉存储器，今执行一段小循环程序，此程序放在寄存器的连续地址单元中。假设每条指令的执行时间相等，而且不需要到存储器存取数据，请问在下面两种情况中（执行的指令数相等），程序运行的时间是否相等？（1）循环程序由6条指令组成，重复执行80次。（2）循环程序由8条指令组成，重复执行60次。解：设取指周期为T，总线传送周期为t，指令执行时间为t0（1） t=（T+5t+6t0）80=80T+400t+480t0（2） t=（T+7t+8t0）60=60T+420t+480t03 指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。解：（1）单字长二地址指令（2）操作码OP可指定=64条指令 （3）RR型指令（4）寄存器寻址4指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。解：（1）双字长二地址指令，用于访问存储器 （2）操作码字段OP为6位，可指定=64条指令 （3）一个操作数在源寄存器（共16个），另一个操作数在存储器中（由变址寄存器和位移量决定），所以是RS型指令 （4）有效地址通过变址寻址求得。5指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。解：（1）单字长二地址指令 （2）操作码OP可指定=16条指令 （3）2=8种寻址方式 （4）可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令【例1】指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析指令格式的特点。 15 9 7 4 3 0OP源寄存器目标寄存器解（1）单字长二地址指令 （2）操作码字段OP可以指定27=128条指令 （3）源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器（可分别指定16个），是RR型指令，两个操作数均在寄存器中。 （4）这种指令结构常用于算术逻辑运算类指令。6一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。I，X，D组成该指令的操作数有效地址E。设R为变址寄存器，R1 为基值寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名称。解： 直接寻址 相对寻址 变址寻址 基址寻址 间接寻址 基址间址寻址11.从RISC的有关描述中，选择正确答案。C. RISC主要目标是减少指令数12.（1）操作数在寄存器中，为（A）寻址方式 寄存器寻址 （2）操作数地址在寄存器中，为（B）寻址方式 寄存器间接寻址 （3）操作数在指令中，为（C）寻址方式 立即寻址 （4）操作数地址（主存）在指令中，为（D）寻址方式 直接寻址 （5）操作数的地址，为某一寄存器内容与位移量之和，可以是（EFG）寻址方式。 相对、基址、变址1.请在括号内填入适当答案。在CPU中：（1）保存当前正在执行的指令的寄存器是 IR（2）保存当前正在执行的指令地址的寄存器是 AR（3）算术逻辑运算结果通常放在 DR 和 通用寄存器2.画出存数指令STO R1 ，(R2)的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 3参见课本P128图5.15的数据通路，画出取数指令LAD（R3），RO的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。6假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。解：（803+1）（328）=964字节10.某计算机有如下部件：ALU，移位器，主存M，主存数据寄存器MDR，主存地址寄存器MAR，指令寄存器IR，通用寄存器R0-R3，暂存器C和D。（1）请将各逻辑部件组成一个数据通路，并标明数据流动方向。（2）画出“ADD R1，R2”指令的指令周期流程图。解：(1)将C，D两个暂存器直接接到ALU的A，B两个输入端上。与此同时，除C，D外，其余7个寄存器都双向接到单总线上。（2）16. 判断以下三组指令各存在哪种类型的数据相关。 (1) I1 LAD R1，A ； M（A）R1，M（A）是存储器单元 I2 ADD R2，R1 ；（R2）+（R1）R2(2) I3 ADD R3，R4 ；（R3）+（R4）R3 I4 MUL R4，R5 ；（R4）（R5） R4(3) I5 LAD R6，B ； M（B）R6，M（B）是存储器单元I6 MUL R6，R7 ；（R6）（R7） R6解：（1）写后读（RAW）相关；（2）读后写（WAR）相关，但不会引起相关冲突；（3）写后读（RAW）相关、写后写（WAW）相关1.计算机的外围设备是指 除了CPU和内存以外的其他设备2.打印机根据印字方式可以分为 击打式 和 非击打式 两大类，在击打式类打印机中，只有针型打印机型打印机能打印汉字。3.一光栅扫描图形显示器，每帧有1024*1024像素，可以显示256种颜色，问刷新存储器容量至少需要多大？解：（1024*1024*256）/（8*8）=1MB4.一个双面CD-ROM光盘，每面有100道，每道9个扇区，每个扇区存储512B，请求出光盘格式化容量。6.某双面磁盘，每面有220道，已知磁盘转速r=4000转/分，数据传输率为185 000B/S，求磁盘总容量。7.某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录面，每道记录信息为12 288B，最小磁道直径为230mm，共有275道。问：（1）磁盘存储器的存储容量是多少？（2）最高位密度与最低位密度是多少？（3）磁盘数据传输率是多少？（4）平均等待时间是多少？（5）给出一个磁盘地址格式方案。9. 在集中式总线仲裁中，独立请求方式方式响应时间最快， 菊花链方式方式对电路故障最敏感。10. 采月串行接口进行7位ASCII码传送，带有1位奇校验位，l位起始位和1位停止位,当传输率为9600波特时，字符传送速率为 960。11系统总线中地址线的功能是 指定主存和I/O设备接口电路的地址。12系统总线中控制器的功能是 提供主存、I/O接口设备的响应信号。14. PCI是一个与处理器无关的 高速外围总线，它采用同步时序协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力。15. PCI总线的基本传输机制是 猝发式 传送。利用 桥 可以实现总线间的 并行 传送，使所有的存取都按CPU的需要出现在总线上。PCI允许 多条 总线 猝发式 工作。1如果认为CPU等待设备的状态信号是处于非工作状态（即踏步等待），那么在下面几种主机与设备之间的数据传送中：程序查询方式 主机与设备是串行工作的；DMA方式主机与设备是并行工作的；程序中断方式主程序与设备是并行运行的。2中断向量地址是中断服务程序入口地址。4采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个存储周期的时间。【例1】磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分。问：（1） 共有多少柱面？（2） 盘组总存储容量是多少？（3） 数据传输率多少？（4） 采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？（5） 如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？解（1）有效存储区域：16.5-11=5.5cm 因为道密度：40道/cm，所以405.5=220道，即220个圆柱面。 （2）内层磁道周长为：2R=23.1411=69.08cm 每道信息量：400位/cm69.08cm=27 632位=3454B 每面信息量：3454B220=759 880B 盘组总容量：759 880B10 = 7 598 800B （3）磁盘数据传输率Dr=rN N为每条磁道容量，N=3454B r为磁盘转速，r=6000转/60秒=100转/秒 Dr=rN=1003454B=345400B/s （4）直接寻址的最小单位是一个记录块（一个扇区），每个记录块记录固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式： 17 16 15 8 7 4 3 0台 号柱面（磁道）号盘面（磁头）号扇区号此地址格式表示有4台磁盘，每台有16个记录面，每面有256个磁道，每道有16个扇区（6） 应记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读/写速度快。例4 设存储器容量为32字，字长64位，模块数m=4，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。存储周期T=200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期=50ns。问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少?解：顺序存储器和交叉存储器连续读出m=4个字的信息总量都是：q=64位4=256位 顺序存储器和交叉存储器连续读出4个字所需的时间分别是： t2=mT=4200ns=800ns=810-7s; t1=T+(m-1)=200ns+350ns=350ns=3.510-7s 顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是： W2=q/t2=256(810-7)=32107位/s; W1=q/t1=256(3.510-7)=73107位/s例1 若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)16求其浮点数的十进制数值。0100 0001 0011 0110 0000 0000 0000 0000符号位:S=0 阶码:E=10000010(移码) 指数:e=E-01111111=00000011=(3)10 尾数:M=1.011011故: x =+(1.011011)23=1011.011=(11.375)10 例2 将数(20.59375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式.解:(20.59375)10=10100.10011=1.01001001124 e=4 E=100+01111111=10000011 M=010010011 S=0 32位浮点数格式: 0100 0001 1010 0100 1100 0000 0000 0000 =(41A4C000)16例5 设机器字长16位，定点表示，尾数15位，数符1 位，问：（1）定点原码整数表示时，最大正数是多少？最小负数是多少？（2）定点原码小数表示时，最大正数是多少？最小负数是多少？解（1）定点原码整数表示 最大正数值=（215-1）10=+32767 最小负数值=-（215-1）10=-32767 （2）定点原码小数表示 最大正数值=（1-2-15）10=+0.111111 最小负数值=-（1-2-15）10=-0.111111例6 假设由S,E,M三个域组成的一个32位二进制数所表示的非零规格化浮点数x,真值表示为:x=(-1)S(1.M)2E-128问:它所表示的规格化的最大正数、最小正数、最大负数、最小负数是多少？解:(1)最大正数0 11111111 111111 x=1+(1-2-23)2127 (2)最小正数0 00000000 000000 x=1.02-128 (3)最小负数1 11111111 111111 x=-1+(1-2-23)2127 (4)最大负数1 00000000 000000 x=-1.02-128例29 假设每个过程段所需的时间为：求阶差 170ns,对阶 260ns,相加390ns,规格化 480ns,缓冲寄存器L的延时为 tl10ns,求 (1)4 级流水线加法器的加速比为多少？(2)如果每个过程段的时间相同,即都为75ns,(包括缓冲寄存器时间),加速比是多少？ 解: (1)加法器的流水线时钟周期至少为90ns10ns100ns如果采用同样的逻辑电路,但不是流水线方式,则浮点加法所需的时间为1234 300ns 因此,4级流水线加法器的加速比为Ck300/1003(2) 当每个过程段的时间都是75ns时,加速比为Ck300/754例30 已知计算一维向量,的求和.试用4段的浮点加法流水线来实现一维向量的求和运算,这4段流水线是阶码比较、对阶操作、尾数相加、规格化。画出向量加