计算机组成原理复习资料v2.ppt

设由S E M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化数x 真值表示为X 1 S 1 M 2E 128问 它所能表示的规格化最大正数 最小正数 最大负数 最小负数是多少 1 第二部分 数据的表示和运算 举例 由浮点数的存储格式 求其代表的真值若浮点数x的二进制存储格式为 41360000 16 求此IEEE754格式32位浮点数的十进制值 思路 将存储格式展开为IEEE754标准格式 拆分出其符号位 阶码位和尾数位 即可得到其真值 解 将16进制数展开后 可得二制数格式为 01000001001101100000000000000000 e 阶码 127 10000010 01111111 00000011 3 10 包括隐藏位1的尾数1 M 1 01101100000000000000000 1 011011 于是有 x 1 S 1 M 2e 1 011011 23 1011 011 11 375 10 2 第二部分 数据的表示和运算 举例 由十进制数的真值 推出其IEEE754格式的存储形式将十进制数20 59375转换成32位IEEE754格式浮点数的二进制格式来存储 思路 将十进制数转换位二进制数 并表示为1 xxx 2n形式 即可得到符号位 阶码位和尾数位 然后IEEE754标准格式代入即可 解 首先分别将整数和分数部分转换成二进制数 20 59375 10100 10011 然后移动小数点 使其在第1 2位之间 10100 10011 1 010010011 24 e 4 于是得到 S 0 E 4 127 131 10000011 M 010010011 最后得到32位浮点数的二进制存储格式为 01000001101001001100000000000000 41A4C000 16 3 第二部分 数据的表示和运算 设x 2010 0 11011011 y 2100 0 10101100 求x y 思路 按照浮点数加减法的步骤 即对阶 尾数运算 结果规格化 舍入处理及判溢出 如无特殊要求 尾数和阶码均可用补码表示解 为便于直观理解 假设两数均以补码表示 阶码采用双符号位 尾数采用双符号位 则它们的浮点表示分别为 x 浮 00010 00 11011011 y 浮 00100 11 01010100 1 求阶差并对阶 E Ex Ey Ex 补 Ey 补 00010 11100 11110 即 E为 2 x的阶码小 应使Mx右移2位 Ex加2 x 浮 00100 0 00110110 11 其中 11 表示Mx右移2位后移出的最低两位数 2 尾数求和00 00110110 11 11 01010100 11 10001010 11 4 第二部分 数据的表示和运算 3 规格化处理尾数运算结果的符号位与最高数值位为同值 应执行左规处理 结果为11 00010101 10 阶码为00011 4 舍入处理 采用0舍1入法处理 则有11 00010101 1 11 00010110 5 判溢出 阶码符号位为00 不溢出 故得最终结果为 x y 2011 0 11101010 5 第二部分 数据的表示和运算 设有两个十进制数 x 0 875 21 y 0 625 22 假设阶码占2位 阶符1位 数符1位 尾数3位 通过补码运算规则求出z x y的二进制浮点规格化结果 思路 按照浮点数加减法的步骤 即对阶 尾数运算 结果规格化 舍入处理及判溢出解 将x y化成二进制x 0 111 2 2 01y 0 101 2 2 10假设尾数用两个符号位的补码表示 阶码用单符号位补码表示 则有 x 补 001 11 001 y 补 010 00 101 y 补 010 11 011 1 对阶 E Ex Ey Ex 补 Ey 补 001 110 111即 E为 1 x的阶码小 应使x尾数右移1位 Ex加1 于是得到 x 补 010 11 100 1 6 第二部分 数据的表示和运算 2 尾数求和11 100 1 11 011 10 111 1 3 规格化处理尾数两个符号位不一致 需向右规格化 阶码加1 尾数变为11 011 11 阶码变为011 4 舍入处理利用0舍1入方法 则有11 011 1 11 100 5 判溢出阶码符号位为11 未溢出最终结果 z x y 0 100 2 11 7 第三部分 存储器层次结构 例题1 CPU的地址总线16根 A15 A0 A0为低位 双向数据总线8根 D7 D0 控制总线中与主存有关的信号有MREQ 允许访存 低电平有效 R W 高电平读命令 低电平写命令 主存地址空间分配如下 0 8191为系统程序区 由只读存储器芯片组成 8192 32767为用户程序区 最后 最大地址 4K地址空间为系统程序工作区 上述地址为十进制 按字节编址 现有如下芯片 EPROM 8K 8位 控制端仅有CS SRAM 16K 1位 2K 8位 4K 8位 8K 8位请从上述芯片中选择芯片设计该计算机的主存储器 画出主存储器逻辑框图 注意画选片逻辑 可选用门电路及3 8译码器 与CPU的连接 8 第三部分 存储器层次结构 思路 这类问题主要考察片选逻辑的设计 在设计片选逻辑时 首先要确定需要的片选信号的数目 然后决定选用什么样的译码电路 而后确定参加译码的地址输入端 其设计要依赖于题目给定的地址条件 解 主存地址空间分配如右 根据给定条件 选用EPROM 8K 8位芯片1片SRAM 8K 8位芯片3片2K 8位芯片1片 08191 819232767 6348765535 9 第三部分 存储器层次结构 D0 D7 CPU R W A0 A10A11A12A13A14A15 MREQ 10 第三部分 存储器层次结构 例题2 CPU的地址总线16根 A15 A0 A0是低位 双向数据总线16根 D15 D0 控制总线中与主存有关的信号有MREQ 允许访存 低电平有效 R W 高电平读命令 低电平写命令 主存地址空间分配如下 0 8191为系统程序区 由EPROM芯片组成 从8192起一共32K地址空间为用户程序区 最后 最大地址 4K地址空间为系统程序工作区 上述地址为十进制 按字编址 现有如下芯片 EPROM 8K 16位 控制端仅有CS 16K 8位SRAM 16K 1位 2K 8位 4K 16位 8K 16位请从上述芯片中选择芯片设计该计算机的主存储器 画出主存逻辑框图 注意画选片逻辑 可选用门电路及译码器 11 第三部分 存储器层次结构 解 根据给定条件 选用EPROM 8K 16位芯片1片SRAM 8K 16位芯片4片4K 16位芯片1片3 8译码器1片 与非门和反向器 12 第三部分 存储器层次结构 13 例 假设在某个计算机系统中Cache容量为64K字节 数据块大小是16个字节 主存容量是4M 地址映象为直接相联方式 1 主存地址多少位 如何分配 2 Cache地址多少位 如何分配 3 目录表的格式和容量 解 容量 应与缓存块数量相同即212 4096个存储单元 14 例 主存容量为1MB 缓存容量为32KB 每块为64个字节 缓存共分128组 请写出 主存与Cache的格式 解 15 第四部分 指令系统 某机字长为16位 采用定长指令格式 指令长度为16位 包含32条双地址指令 64条单地址指令和4条无操作数指令 每个地址字段占5位 请给出该机指令系统的操作码设计方案 16 一种二地址RR型 RS型指令结构如下所示 其中源寄存器 目标寄存器都是通用寄存器 I为间接寻址标志位 X为寻址模式字段 D为偏移量字段 通过I X D的组合 可构成一个操作数的寻址方式 其有效地址E的算法及有关说明列于下表 请写出表中6种寻址方式名称 并说明主存中操作数的位置 17 解 1 直接寻址 操作数在有效地址E D的存储单元中 2 相对寻址 操作数在E PC D地存储单元中 3 变址寻址 操作数在E RX D的存储单元中 4 寄存器间接寻址 通用寄存器的内容指明操作数在主存中的地址 5 间接寻址 用偏移量做地址访主存得到操作数的地址指示器 再按地址指示器访主存的操作数 因此间接寻址需两次访问主存 6 基值寻址 操作数在E Rb D的存储单元中 第四部分 指令系统 18 已知某机采用微程序控制方式 其存储器容量为512 48 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 微指令采用水平型格式 后继微指令地址采用断定方式 如图所示 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 第五部分 中央处理器 19 解 1 假设判别测试字段中每一位为一个判别标志 那么由于有4个转移条件 故该字段为4位 下地址字段为9位 因为控制容量为512单元 微命令字段是 48 4 9 35位 2 对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框图如下 其中微地址寄存器对应下地址字段 P字段即为判别测试字段 控制字段即为微命令子段 后两部分组成微指令寄存器 地址转移逻辑的输入是指令寄存器OP码 各状态条件以及判别测试字段所给的判别标志 某一位为1 其输出修改微地址寄存器的适当位数 从而实现微程序的分支转移 第五部分 中央处理器 20 第五部分 中央处理器 指令流水线有取指令 IF 译码 ID 执行 EX 访存 MEM 和写回寄存器堆 WB 五个过程段 共有12条指令连续输入此流水线 画出流水线的时空图 假设时钟周期100ns 求流水线的实际吞吐率 求流水处理器的加速比 21 指令流水线有取指 IF 译码 ID 执行 EX 访存 MEM 写回寄存器堆 WB 五个过程段 共有12条指令连续输入此流水线 1 画出流水线的时空图 假设时钟周期100ns 2 求流水线的实际吞吐率 3 求流水处理器的加速比解 1 时空图如下 0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12 WBMEMEXIDIF 22 2 流水线在12个时钟周期内执行完8条指令 故实际吞吐率为8 12 100ns 2 3 107条指令 s 3 k级流水线处理n个任务所需的时钟周期数为 Tk k n 1 非流水处理器处理n个任务所需的时钟周期数为Te n kk级流水线的加速比为 Ck Te Tk n k k n 1 12 5 5 11 3 75 23 例 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2400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 5 cm 因为道密度 40道 cm 所以40 5 5 220道 即220个圆柱面 2 内层磁道周长为2 R 2 3 14 11 69 08 cm 每道信息量 400位 cm 69 08cm 27632位 3454B 每面信息量 3454B 220 759880B 盘组总容量 759880B 10 7598800B 24 3 磁盘数据传输