《计算机组成原理》第3版PPT电子课件教案-重要习题解答.ppt

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 h11000100011111111100000000000000 s e m e e 127 10001000 01111111 1001b 9x 1 s 1 m 2e 1 111111111 29 1111111111b 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 00 22 1 s 1 m 2e 1 1 1 0 22s 1 m 0 e 2 10b e e 127 10 1111111 1000000111000000100000000000000000000000 c0800000 h 2 p695 已知 x 0 11011 y 0 10101 用两种方法求x y 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mod4 00 11011 11 01011mod4 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 5mod4 00 11011 00 10101mod4 01 10000因为sf1 0 sf2 1 所以 x y溢出 x y 补为正溢出 00 1101111 01011111 1011000 00110 舍弃 00 1101100 1010101 1111001 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mod2 0 11011 1 01011mod2 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mod2 0 11011 0 10101mod2 1 10000因为cf 0 c0 1 所以 x y正溢出 x y 补正溢出 0 110111 0101111 101100 00110 cf c0 0 110110 1010101 111101 10000 cf c0 已知 x 11011 y 10101 x y都是整数 用两种方法求x y 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mod27 0011011 1101011mod27 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mod27 0011011 1101011 1mod27 0011011 0010101mod27 0110000因为sf1 0 sf2 1 所以 x y溢出 x y 补为正溢出 00110111101011111101100000110 舍弃 0011011001010101111100110000 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mod26 011011 101011mod26 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mod26 011011 010101mod26 000110因为cf 0 c0 1 所以 x y正溢出 x y 补正溢出 0110111010111110110000110 cf c0 0 110110 1010101 111101 10000 cf c0 3 p707 用原码阵列乘法器 带求补级阵列乘法器计算x y 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 0 1 1 x 0 11011 y 0 10011 z x y 0 11011 0 10011 0 0100101001 xy 原 1 0100101001所以 xy 0 0100101001b 0 11011 0 1001111011110110000000000 110110 0100101001 x 补 0 11011 y 补 1 01101 b 带求补级阵列乘法器算法 zf 0 1 1n位算前求补 x 0 11011 y 0 10011 z x y 0 11011 0 10011 0 01001010012n位算后求补 xy 补 1 1011010111 所以xy 0 0100101001b 0 11011 0 1001111011110110000000000 110110 0100101001 2 改成x 11111y 11011 x 原 111111 y 原 111011 a 原码阵列乘法器算法 zf 1 1 0 x 11111 y 11011 z x y 11111 11011 1101000101 xy 原 01101000101xy 1101000101b 11111 1101111111111110000011111 111111101000101 x 补 100001 y 补 100101 b 带求补级阵列乘法器算法 zf 1 1 0n位算前求补 x 11111 y 11011 z x y 11111 11011 11010001012n位算后求补 xy 补 01101000101所以 xy 1101000101b 11111 1101111111111110000011111 111111101000101 4 p7013 1 串行进位方式 c0 c1 c2 c3 c4 c1 a0b0 a0 b0 c0 g0 p0c0设g0 a0b0p0 a0 b0c2 a1b1 a1 b1 c1 g1 p1c1设g1 a1b1p1 a1 b1c3 a2b2 a2 b2 c2 g2 p2c2设g2 a2b2p2 a2 b2c4 a3b3 a3 b3 c3 g3 p3c3设g0 a3b3p3 a3 b3 2 并行进位方式 c0 同时产生c1 c2 c3 c4 设gi aibipi ai bii 0 1 2 3c1 g0 p0c0c2 g1 p1c1 g1 p1g0 p1p0c0c3 g2 p2c2 g2 p2g1 p2p1g0 p2p1p0c0c4 g3 p3c3 g3 p3g2 p3p2g1 p3p2p1g0 p3p2p1p0c0同样 并行进位方式 c4 同时产生c5 c6 c7 c8 c5 g4 p4c4c6 g5 p5g4 p5p4c4c7 g6 p6g5 p6p5g4 p6p5p4c4c8 g7 p7g6 p7p6g5 p7p6p5g4 p7p6p5p4c4 5 p691 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 10000b 16 x2 原 11110000 x2 1110000b 112 x3 反 11110000 x3 0001111b 15 x4 增 11110000 x4 1110000b 112 6 p709 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 2 011 0 100101y 2 010 0 011110 x 浮 11101 0 100101 y 浮 11110 1 1000101 求阶差并对阶 e ex ey 补 ex ey 补 ex 补 ey 补mod25 11101 00010mod25 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 w1 w2 变补 w1变补 w2 变补mod400 010010 1 00 010010 1 11 100010 00 01111011 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 110001x y 2 010 0 110001 7 p1251 1 220 32bit 1m 4b 4mb 2 存贮器容量 容量 每片芯片 4mb 219b 222b 219b 8片 3 芯片512k 8 219b 地址线19根 8 p1255 用sram256k 16芯片构成1024k 32存贮器 256k 16芯片 地址线a17 0 存贮器1024k 32 地址线a19 0 共用8片256k 16芯片 译码器 cs cs 0 a18 a19 cs cs 3 a17 a0 r w r w r w r w d0 15 d0 15 d0 15 d0 15 256k 160 256k 161 256k 160 256k 161 0 3 0 3 we d0 15 d16 31 2 4 cpu 9 p1258 顺序存贮器和交叉存贮器连续读出8个字的信息总量q 64 8 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 8 100ns 800ns 8 10 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 7 50ns 450ns 4 5 10 7s 顺序存贮器的带宽 q t1 512 8 10 7s 64 107 位 s 交叉存贮器的带宽 q t2 512 4 5 10 7s 114 107 位 s 10 p1259 h cache命中的次数 访问主存系统总次数 2420 2420 80 0 968ta htc 1 h t1 0 968 40 0 032 240 46 40ns e tc ta 40 46 4 0 86211 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 11001 m3体 它的体内地址为1 交叉方式 11001 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 43210 主存地址 43210 m0 m1 m2 m3 m0 m1 m2 m3 12 p1513 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 p1515 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 p1527 op 6bit 26 40 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 220 640k 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 p21113 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 24 100ns 5 6 107条指令 s 3 流水线处理器的加速比ck nk n k 1 nk n k 1 20 5 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 20 5 100 if id ex mem wb t i1 0 5 i2 10 95 i20 100 16 p23620 dr d t d f 8b 70m s 560mb s17 p30411 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 p30418 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jmp20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jmp20指令 2 对程序计数器pc加13 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 20 pc 20 某dram芯片内部存贮单元为128 128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 128 0 5 s 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