组成原理课后习题答案市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

课后作业答案

第1页第二章1.写出以下各数原码、反码、补码表示（用8位二进制数）。其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。(1)[-35]原=10100011;[-35]反=11011100[-35]补=11011101(2)[127]原=[127]反=[127]补=01111111；(3)[-127]原=11111111；[-127]反=10000000；[-127]补=10000001；第2页4．将以下十进制数表示成IEEE754标准32位浮点规格化数。（2）-27/64

解：27/64=0.011011=1.1011*2-2E=127-2=125=01111101则规格化表示为：10111110110110000000000000000000=BEC80000H

第3页5.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=11011y=00011解：先写出x和y变形补码再计算它们和

[x]补=0011011[y]补=0000011[x+y]补=[x]补+[y]补=0011011+00000110011110

∴x+y=11110无溢出。第4页（2）x=11011y=-10101解：先写出x和y变形补码再计算它们和

[x]补=0011011[y]补=1101011[x+y]补=[x]补+[y]补=0011011+110101110000110

∴x+y=00110无溢出。第5页6.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=11011Y=-11111解：先写出x和y变形补码，再计算它们差

[x]补=0011011[y]补=1100001[-y]补=0011111

[x-y]补=[x]补+[-y]补=0011011+0011111=0111010∵运算结果双符号不相等∴01为正溢出第6页（3）X=11011Y=-10011解：先写出x和y变形补码，再计算它们差

[x]补=0011011[y]补=1101101[-y]补=0010011

[x-y]补=[x]补+[-y]补=0011011+0010011=0101110∵运算结果双符号不相等∴01为正溢出第7页7.用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算X×Y。

（2）x=-11111y=-11011解：a）带求补器原码阵列乘法：|x|=11111,|y|=11011x*y=01101000101第8页b）带求补器补码阵列[x]补=100001,[y]补=100101乘积符号位单独运算1⊕1＝0尾数部分算前求补输出│X│＝11111，│y│＝11011（算后符号为正，不需要求补），得：x*y=01101000101x*y=01101000101第9页8．用原码阵列除法器计算x÷y。（先乘一个百分比因子变成小数）（2）X=-01011，Y=11001

解：符号位Sf=1⊕0=1，去掉符号位后：[|y|]补=0011001,[-|y|]补=1100111,[|x|]补=01011第10页9．设阶码3位，尾数6位，按浮点运算方法，完成以下取值[x+y],[x-y]运算。（1）x=2-011*0.100101y=2-010*（-0.011110）解：设两数均以补码表示，阶码采取双符号位，尾数采取单符号位，则它们浮点表示分别为：[x]浮=11101,0.100101[y]浮=11110,1.100010求和：(1)求阶差并对阶ΔE=Ex-Ey=[Ex]补-[Ey]补=[Ex]补+[-Ey]补=11101+00010=11111即ΔE为-1，x阶码小，应使Mx右移1位，Ex加1，[x]浮=11110,0.010010(1)(2)尾数求和：00.010010(1)+11.10001011.110100(1)(3)规格化可见尾数运算结果符号位与最高位相同，应执行左规格化处理，每左移尾数两次，对应阶码减2，所以结果尾数为1．010010，阶码为11100(4)舍入处理,对本题不需要。(5)判溢出阶码两符号位为11，不溢出，故最终结果为[x]浮+[y]浮=11100，1.010010真值为2-100*(-0.101110)求差：(2)尾数求差00.010010(1)+00.01111000.110000(1)[x]浮－[y]浮=11110，0.110001真值为2-110*0.110001第11页10.设数阶码为3位，尾数6位，用浮点运算方法，计算以下各式（1）（23×13/16）×[24×（－9/16）]

解：Ex=0011,Mx=0.110100Ey=0100,My=-0.100100Ez=Ex+Ey=0111|Mx|*|My|0.1101*0.10010110100000000000110100000001110101向左规格化：=26*（-0.1110101）第12页11、某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1，低位来进位信号为C0，请分另按下述两种方法写出C4C3C2C1逻辑表示式：（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=A1B1P1=A1⊕B1（A1＋B1也对）C2=G2+P2C1G2=A2B2P2=A2⊕B2C3=G3+P3C2G3=A3B3P3=A3⊕B3C4=G4+P4C3G4=A4B4P4=A4⊕B4(2)并行进位方式C1=G1+P1C0C2=G2+P2G1+P2P1C0C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0第13页第三章1．有一个含有20位地址和32位字长存放器，问：

（1）该存放器能存放多少个字节信息？

（2）假如存放器由512K×8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，∴该存放器能存放信息为：1M×32/8=4MB

（2）（1000/512）×（32/8）=8（片）

（3）需要1位地址作为芯片选择。第14页2．已知某64位机主存采取半导体存放器，其地址码为26位，若使用4M*8位DRAM芯片组成该机所允许最大主存空间，并选取内存条结构形式，问；(1)若每个内存条为16M*64位，共需几个内存条?(2)每个内存条内共有多少DRAM芯片?(3)主存共需多少DRAM芯片?CPU怎样选择各内存条?解：(1).共需内存条数为m：

m=226÷224=4(个)

(2).每个内存条内有DRAM芯片数为n:

n=(16/4)×(64/8)=32(片)

(3)主存共需DRAM芯片为：32×4=128(片)

每个内存条有16片DRAM芯片，容量为16M×64位，需24根地址线(A23~A0)完成内存条内存放单元寻址。一共有4个内存条，采取2根高位地址线(A25~A24)，经过2：4译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。

第15页3．用16K*8位DRAM芯片组成64K*32位存放器，要求：(1)画出该存放器组成逻辑框图。(2)设存放器读/写周期为0.5μS，CPU在1μS内最少要访问一次。试问采取哪种刷新方式比较合理?两次刷新最大时间间隔是多少?对全部存放单元刷新一遍所需实际刷新时间是多少?解：（1）组成64K×32位存放器需存放芯片数为

N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片）

每4片组成16K×32位存放区，有A13-A0作为片内地址，用A15、A14经2：4译码器产生片选信号，逻辑框图为：

第16页(2)依据已知条件，CPU在1us内最少访存一次，而整个存放器平均读/写周期为0.5us，假定16K*8位DRAM芯片用128*1024矩阵存放元组成，假如采取集中刷新，有64us刷新死时间，必定不行；假如采取分散刷新，则每1us只能访存一次，也不行。所以采取异步式刷新方式。刷新时只对128行进行异步方式刷新，则刷新间隔为2ms/128=15.625us，可取刷新信号周期大约为15.5us,则两次刷新最大时间间隔为ｔｍａｘ＝15.5(μS)对全部存放单元刷新一遍所需实际刷新时间为

t＝0.5×128=64(μS)(注意假设刷新时间不能大于0.5μS）第17页4．有一个1024K*32位存放器，由128K*8位DRAM芯片组成。问：(1)总共需要多少DRAM芯片?(2)设计此存放体组成框图。(3)采取异步刷新方式，如单元刷新间隔不超出8ms，则刷新信号周期是多少?解：(1)(2)

(3)假如选择一个行地址进行刷新，刷新地址为A0-A8，所以这一行上2048个存放元同时进行刷新，即在8ms内进行512个周期。刷新方式可采取：在8ms中进行512次刷新操作集中刷新方式，或按8ms/512=15.5us刷新一次异步刷新方式。第18页7．某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFHROM区域。现在再用一个RAM芯片(8K×8)形成40K×16位RAM区域，起始地址为6000H,假定RAM芯片有和信号控制端。CPU地址总线为A15-A0，数据总线为D15-D0，控制信号为(读/写)，(访存)，要求：

（1）画出地址译码方案。

（2）将ROM与RAM同CPU连接。

解：（1）依题意，主存地址空间分布如右图所表示，可选取2片27128(16K×8位)EPROM作为ROM区；10片8K×8位RAM片组成40K×16位RAM区。ROM需14位片内地址，而RAM需13位片内地址，故可用A15-A13三位高地址经译码产生片选信号,方案以下:第19页第20页8．设存放器容量为64M，字长为64位，模块数m=8，分别用次序和交叉方式进行组织。存放周期T＝100ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期τ=50ns。求：次序存放器和交叉存放器带宽各是多少?解：次序存放器和交叉存放器连续读出m=8个字信息总量都是：q=64位*8=512位次序存放器和交叉存放器连续读出8个字所需时间分别是：t1=mT=8*100ns=8*10-7s次序存放器和交叉存放器带宽分别是：第21页9．CPU执行一段程序时，cache完成存取次数为2420次，主存完成存取次数为80次，已知cache存放周期为40ns，主存存放周期为240ns，求cache／主存系统效率和平均访问时间。解：cache命中率主存慢于cache倍率cache/主存系统效率e为平均访问时间Ta为

第22页10．已知cache存放周期40ns，主存存放周期200ns，cache／主存系统平均访问时间为50ns，求cache命中率是多少?解：已知cache／主存系统平均访问时间ta=50ns，而ta=h*tc+(1-h)*tm；所以h*tc+tm-h*tm=50ns,(tc-tm)*h=50-tmh=(50-tm)/(tc-tm)=(50-200)/(40-200)=150/160=93.75%

第23页第四章4.指令格式结构以下所表示，试分析指令格式及寻址方式特点。

解：指令格式及寻址方式特点以下：

①双字长二地址指令,用于访问存放器；

②操作码OP可指定26=64条指令；

③RS型指令，两个操作数一个在存放器中（16个存放器之一），另一个在存放器中；

④有效地址经过变址求得：E=（变址存放器）±D，变址存放器可有16个。第24页6.一个单地址指令格式以下所表示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。I，X，D组成该指令操作数有效地址E。设R为变址存放器，R1为基值存放器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当寻址方式名称。

解：①直接寻址

②相对寻址

③变址寻址

④基址寻址

⑤间接寻址

⑥基址间址寻址

第25页第五章1．请在括号内填入适当答案。在CPU中:(1)保留当前正在执行指令存放器是

，(2)保留当前正在执行指令地址存放器是

；(3)算术逻辑运算结果通常放在

和

。答：(1)IR;(2)AR;(3)通用存放器（R?)和数据缓冲存放器（DR)还有状态字存放器（PSW）。第26页2．参见下列图（书本P140图5.15）数据通路。画出存数指令"STAR1，(R2)"指令周期流程图，其含义是将存放器R1内容传送至（R2）为地址主存单元中。标出各微操作信号序列。

解：“STAR1，(R2)”指令是一条存数指令，其指令周期流程图以下列图所表示：

第27页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全部指令公用。已知微指令长度为32位，请估算控制存放器容量。解：80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条公用微指令，所以总微指令条数为80*(4-1)+1=241条微指令，每条微指令32位，所以控存容量大约为241*32/8=964B第28页8．某机有8条微指令I1-I8，每条微指令所包含微命令控制信号以下表所表示。

a-j分别对应10种不一样性质微命令信号。假设一条微指令控制字段为8位，请安排微指令控制字段格式。

解：为了压缩控制字段长度，必须设法把一个微指令周期中互斥性微命令组合在一个小组中，进行分组译码。经分析，(e,f,h)和(b,i,j)、或(d,i,j)和(e,f,h)均是不可能同时出现互斥信号，所以可将其经过2:4译码后输出三个微命令信号(00不用)，而其余四个微命令信号用直接表示方式。所以可用以下两种形式安排控制字段格式。

第29页另外fhij也是互斥信号可用2：4译码器等等。（方法可列出可能互斥信号，找两个同时出现频率较多（ij）和（fh））。11．已知某机采取微程序控制方式，控存容量为512*48位。微程序可在整个控存中实现转移，控制微程序转移条件共4个，微指令采取水平型格式，后继微指令地址采取断定方式。请问；(1)微指令三个字段分别应为多少位?(2)画出对应这种微指令格式微程序控制器逻辑框图。第30页答：(1)假设判别测试字段中每一位作为一个判别标志，那么因为有4个转移条件，故该字段为4位。下地址字段为9位，因为控存容量为512单元。微命令字段则是（48-4-9）=35位。(2)对应上述微指令格式微程序控制器逻辑框图如图所表示。其中微地址存放器对应下地址字，P字段即为判别测试字段，控制字段即为微命令字段，后两部分组成微指令存放器。地址转移逻辑输入是指令存放器OP码、各种状态条件以及判别测试字段所给判别标志（某一位为1），其输出修改微地址存放器适当位数，从而实现微程序分支转移。就是说，此处微指令后继地址采取断定方式。

第31页第七章7、某磁盘存贮器转速为3000转/分，共有4个统计面，每毫米5道，每道统计信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道。问：

（1）磁盘存贮器容量是多少？

（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？

（