《計(jì)算機(jī)組成原理》部分習(xí)題答案

1 計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題答案 (部分 ) 第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 1. 什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件？硬件和軟件哪個(gè)更重要？ 答 ：計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ：由 計(jì)算機(jī)硬件 系統(tǒng)和 軟件 系統(tǒng)組成 的綜合體。 計(jì)算機(jī)硬件 ：指計(jì) 算機(jī) 中的電子線路和物理裝置 。 計(jì)算機(jī)軟件 ： 計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料。 硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。 5. 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？ 答 ：馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是： 計(jì)算機(jī) 由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成； 指令和數(shù)據(jù)以同 同等地位存放 于存 儲(chǔ)器 內(nèi)，并可以按地址訪問 ； 指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示； 指令由操作碼、地址碼兩大部分組成 ，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置 ； 指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行； 機(jī)器 以運(yùn)算器為中心 （ 原始馮諾依曼機(jī) ） 。 7. 解釋下列概念： 主機(jī)、 存、存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)基元、存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)字、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、機(jī)器字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)。 答 ：主機(jī) ： 是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由 主存儲(chǔ)器 中央處理器，是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器 和 控制器組成 ；（早期的運(yùn)算器 和 控制器不在同一芯片上 ，現(xiàn)在的 除含有運(yùn)算器和控制器外還集成了。 2 主存 ： 計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存取；由存儲(chǔ)體、各種邏輯部件及控制電路組成。 存儲(chǔ)單元 ： 可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲(chǔ)地址的存儲(chǔ)單位 。 存儲(chǔ)元件 ： 存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位，又叫存儲(chǔ)基元或存儲(chǔ)元，不能單獨(dú)存取 。 存儲(chǔ)字 ： 一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位 。 存儲(chǔ)字長(zhǎng) ： 一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù) 。 存儲(chǔ)容量 ： 存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制代 碼的總量；（通常主、輔存容量分開描述） 。 機(jī)器字長(zhǎng) ：指 處理的 二進(jìn)制數(shù)據(jù)的 位數(shù) ，通常與 指令字長(zhǎng) ： 一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù) 。 8. 解釋下列英文縮寫的中文含義： X、 I/O、 ：全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、 功能 三部分。 央處理機(jī)（器）， 是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，主要由運(yùn)算器和控制器組成。 序計(jì)數(shù)器， 其功能是 存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動(dòng)計(jì)數(shù)形成下一條指令地址 。 令寄存器， 其功能是 存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令 。 制單元（部件），為控制器的核心部件 ，其功能是產(chǎn) 生微操作命令序列 。 術(shù)邏輯運(yùn)算單元， 為 運(yùn)算器 的核心部件，其功能是進(jìn)行 算術(shù) 、 邏輯運(yùn)算 。 加器， 是 運(yùn)算器中 既能存放 運(yùn)算前 的 操作數(shù) ，又能存放 運(yùn)算結(jié)果的寄存器 。 商寄存器，乘法運(yùn)算時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的寄存器。 3 X： 此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數(shù)寄存器，即運(yùn)算器中工作寄存器之一，用來存放操作數(shù)； 儲(chǔ)器地址寄存器， 在主 存中用來存放欲訪問 的存儲(chǔ)單元 的 地址 。 儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器， 在 主存中用來存放從某單元讀出、或 要 寫入某存儲(chǔ)單元 的 數(shù)據(jù) 。 I/O： 入 /輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送 。 秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)的一種計(jì)量單位 。 9. 畫出主機(jī)框圖，分別以存數(shù)指令“ ”和加法指令“ ”（ M 均為主存地址）為例，在圖中按序標(biāo)出完成該指令（包括取指令階段）的信息流程（如）。假設(shè)主存容量為 256M*32位，在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)相等的條件下，指出圖中各寄存器的位數(shù)。 解： 主機(jī)框圖如 （ 1） 指令： R) R) 4 （ 2） 指令： R) R) X， 設(shè)主存容量 256M*32 位，在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)相等的條件下， 、 為 32位， 8位 。 11. 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中 ， 計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們 ？ 答 ： 計(jì)算機(jī) 區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下兩種方法： 通過不同的時(shí)間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即 在 取指 令階段 （或取指微程序）取出的為指令， 在 執(zhí)行 指令階段 （或相應(yīng)微程序）取出的 即 為數(shù)據(jù)。 通過地址來源區(qū)分， 由 供 存儲(chǔ)單元 地址 的取出的是指令，由指令地址碼部分提供 存儲(chǔ)單元地址的取出的是 操作數(shù) 。 5 第 2 章 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用 1. 通常計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)？ 答：主要以組成計(jì)算機(jī)基本電路的元器件為依據(jù)，如電子管、晶體管、 集成電路等。 2. 舉例說明專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別。 答：按照計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性可以將計(jì)算機(jī)劃分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性，而專用計(jì)算機(jī)是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快的計(jì)算機(jī)，但適應(yīng)性很差。例如個(gè)人電腦和計(jì)算器。 3. 什么是摩爾定律？該定律是否永遠(yuǎn)生效？為什么？ 答： ， 6 第 3 章 系統(tǒng)總線 1. 什么是總線？ 總線傳輸有何特點(diǎn)？為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點(diǎn)？ 答 ：總線是多個(gè)部件共享的傳輸部件。 總線傳 輸?shù)奶攸c(diǎn)是：某一時(shí)刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時(shí)使用。 為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動(dòng)緩沖電路與總線連通。 4. 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？ 答 ： 總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問題； 常見的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器 定時(shí) 查詢、獨(dú)立請(qǐng)求； 特點(diǎn)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感；計(jì)數(shù)器 定時(shí) 查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制過程較復(fù)雜；獨(dú)立 請(qǐng)求方式速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。 5. 解釋下列概念： 總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、 總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。 答 ： 總線寬度：通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)； 總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸率，指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)； 總線復(fù)用：指同一條信號(hào)線可以分時(shí)傳輸不同的信號(hào)。 總線的主設(shè)備（主模塊） ： 指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備（模塊）； 總線的從設(shè)備（從模塊） ： 指一次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成 數(shù)據(jù) 傳輸?shù)脑O(shè)備（模塊） ，它只能被動(dòng)接受主設(shè)備發(fā)來的命令； 總線的傳輸周期 ：指 總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時(shí)間； 總線的通信控制 ：指 總線傳送過程中雙方的時(shí)間配合方式。 7 6. 試比較同步通信和異步通信。 答 ：同步通信 ：指 由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，控制方式簡(jiǎn)單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場(chǎng)合 。 異步通信 ：指沒有 統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，有利于提高總線工作效率。 8. 為什么說半同步通信同 時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)？ 答 ：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不一致，因此工作效率介于兩者之間。 10. 為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)？ 你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些？ 什么叫 些總線有這一特點(diǎn)？ 答 ：總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問題； 目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有： 即插即用， 11. 畫一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。 答 ： 在總線 的兩端分別配置三態(tài)門，就可以使總線具有雙向傳輸功能。 a 0a 1a n b b 0a 至 b b 至 a 8 12. 設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有 A、 B、 C、 求選用合適的 74系列芯片，完成下列邏輯設(shè)計(jì)： （ 1） 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn) D A、 D （ 2） 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)下列操作： 總線； A； 總線； B。 解：（ 1）由 T 打開三態(tài)門將 D 寄存器中的內(nèi)容送至總線 沖同時(shí)將總線上的數(shù)據(jù)打入到 A、 B、 T和 如圖（ 1）所示。 圖（ 1） （ 2）三態(tài)門 1受 確保 總線，以及 刻總線接收門 1 A。三態(tài)門 2 受 制，以確保 刻 A總線，以及 刻總線接收門 2 B。 形圖如圖（ 2）所示。 圖 (2) A B Cc p 脈 沖總 線 b u 門p 9 第四章 存儲(chǔ)器 3. 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計(jì)算機(jī)如何管理這些層次？ 答：存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在 輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上。 速作用，即從整體運(yùn)行的效果分析， 近于 尋址空間和位價(jià)卻接近于主存。 主存 從程序員的角度看，他所使用的存儲(chǔ)器其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主存。 綜合上述兩個(gè)存儲(chǔ)層次的作用，從整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來看，就達(dá)到了速度快、容量大、位價(jià)低的優(yōu)化效果。 主存與 主存 與 輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即將主存與輔存的一部 分 通過軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲(chǔ)器，程序員可使用這個(gè)比主存實(shí)際 空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，再由軟、硬件自動(dòng)配合完成虛擬地址空間與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對(duì)于程序員來說都是透明的。 4. 說明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。 答 ：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即： 存取周期 = 存取時(shí)間 + 恢復(fù)時(shí)間 5. 什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為 32 位，存取周期為 200存儲(chǔ)器的帶寬是多少？ 答 ：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。 存儲(chǔ)器帶寬 = 1/200 32位 = 160秒 = 20 = 5秒 注意： 字長(zhǎng) 32位 ， 不是 16位。（注： 10 10 6. 某機(jī)字長(zhǎng)為 32位，其存儲(chǔ)容量是 64字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。 答 ：存儲(chǔ)容量是 64，按字節(jié)編址的尋址范圍就是 64K， 如按字編址，其尋址范圍為： 64K / （ 32/8） = 16K 主存字地址和字節(jié)地址的分配情況 ：（略） 。 7. 一個(gè)容量為 16K 32 位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？ 1K 4位， 2K 8位， 4K 4位， 16K 1位， 4K 8位， 8K 8位 解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和 = 14 + 32 = 46 根； 選擇不同的芯片時(shí)， 各需要的片數(shù)為： 1K 4： （ 16K 32） / （ 1K 4） = 16 8 = 128 片 2K 8： （ 16K 32） / （ 2K 8） = 8 4 = 32 片 4K 4： （ 16K 32） / （ 4K 4） = 4 8 = 32 片 16K 1： （ 16K 32） / （ 16K 1） = 1 32 = 32片 4K 8： （ 16K 32） / （ 4K 8） = 4 4 = 16 片 8K 8： （ 16K 32） / （ 8K 8） = 2 4 = 8 片 9. 什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。 答 ：刷新 ： 對(duì) 期進(jìn)行的全部重寫過程； 刷新原因 ： 因電容泄漏而引起的 存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作； 常用的刷新方法有三種 ： 集中式、分散式、異步式。 集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新 ，存在 存死 時(shí)間。 分散式：在每個(gè)讀 /寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，無 11 異步式：是集中式和分散式的折衷。 10. 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？ 答 ：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。 線選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)器材； 重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號(hào)的重合來選址，也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式。 11. 一個(gè) 8K 8 位的動(dòng)態(tài) 片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成 256 256 形式，存取周期為 s。試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？ 答 ：采用分散刷新方式刷新間隔為 2中刷新死時(shí)間為 256 s=s 采用分散刷新方式刷新間隔為： 256 （ s+ s） =s 采用異步刷新方式刷新間隔為 :22. 畫出用 1024 4 位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為 64K 8 位的存儲(chǔ)器邏輯框圖。要求將 64個(gè)頁面，每個(gè)頁面分 16組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片。 解 ：設(shè)采用 則： 總片數(shù) = （ 64K 8 位 ） / （ 1024 4位 ） = 64 2 = 128片 題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁面、組三級(jí)，因此畫圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量： 頁面容量 = 總?cè)萘?/ 頁面數(shù) = 64K 8 / 4 = 16K 8位 ， 4片 16K 8字串聯(lián)成64K 8位 組容量 = 頁面容量 / 組數(shù) = 16K 8位 / 16 = 1K 8位 ， 16片 1K 8位字串聯(lián)成 16K 8位 組內(nèi)片數(shù) = 組容量 / 片容量 = 1K 8 位 / 1K 4 位 = 2 片 ，兩片 1K 4 位芯片位并聯(lián)成 1K 8位 12 存 儲(chǔ)器邏輯框圖：（ 略 ） 。 13. 設(shè)有一個(gè) 64K 8 位的 片，試問該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長(zhǎng)的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。 解：存儲(chǔ)基元總數(shù) = 64K 8位 = 512= 219位； 思路： 如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成 2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。 解： 設(shè)地址線根數(shù)為 a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為 b，則片容量為： 2a b = 219； b = 219 若 a = 19， b = 1，總和 = 19+1 = 20； a = 18， b = 2，總和 = 18+2 = 20； a = 17， b = 4，總和 = 17+4 = 21； a = 16， b = 8，總和 = 16+8 = 24； 由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長(zhǎng)越長(zhǎng)，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù) 減 1、片位數(shù)均按 2的冪變化。 結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線 = 19根，數(shù)據(jù)線 = 1根；或地址線 = 18 根，數(shù)據(jù)線 = 2根。 14. 某 8 位微型機(jī)地址碼為 18 位，若使用 4K 4 位的 片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問： （ 1）該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？ （ 2）若每個(gè)模塊板為 32K 8位，共需幾個(gè)模塊板？ （ 3）每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片 （ 4）共有多少片 （ 5） 13 解：（ 1）該機(jī)所允許的最大主存空間是 ： 218 8位 = 256K 8位 = 256 2）模塊板總數(shù) = 256K 8 / 32K 8 = 8塊 （ 3）板內(nèi)片數(shù) = 32K 8位 / 4K 4位 = 8 2 = 16片 （ 4）總片數(shù) = 16片 8 = 128片 （ 5） 位地址譯碼 輸出 選 擇模板 ，次高 3位地址譯碼 輸出選擇芯片 。地址格式分配如下： 15. 設(shè) 有 16 根地址線， 8 根數(shù)據(jù)線，并用 低電平有效）作訪存控制信號(hào)， W/R 作讀寫命令信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫）。現(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片： 2K 8位， 4K 4位， 8K 8位）， 1K 4位， 2K 8位， 4K 8位），及 74138譯碼器和其他門電路（門電路自定 ）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出 存儲(chǔ)芯片的連接圖。要求： （ 1）最小 4409616383 地址范圍為用戶程序區(qū)； （ 2）指出選用的存儲(chǔ)芯片類型及數(shù)量； （ 3）詳細(xì)畫出片選邏輯。 解：（ 1）地址空間分配圖： 系統(tǒng)程序區(qū)（ 0000戶程序區(qū)（ 2 1000 2）選片： 選擇 4K 4位 芯片 2片 ，位并聯(lián) 選擇 4K 8 位 芯片 3 片 ，字串聯(lián) (址范圍為 :1000址范圍為 2000址范圍為 :3000（ 3） 各芯片二進(jìn)制地址分配如下： 14 12 10 8 6 4 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 模 板 號(hào) （ 3 位 ） 芯 片 號(hào) （ 3 位 ） 片 內(nèi) 地 址 （ 1 2 位 ） 14 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 下圖 (3)所示 ： 圖（ 3） 16. 有 8片 8K 8位的 片與 回答： （ 1）用 74138譯碼器畫出 （ 2） 寫出每片 地址范圍； （ 3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片 入數(shù)據(jù)后，以 起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。 （ 4）根據(jù)（ 1）的連接圖，若出現(xiàn)地址線 搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果？ 解：（ 1） C P M 1 R A M 1 R A M 2 R A M 37 4 1 3 8R O M 2D 0D 3D 4D 7R / 1A 007 5A 1 4A 1 3A 1 2Q 2G 1 G/E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M 07 4 1 3 8R A M 1D 0D 7A 1 2A 00 5A 1 4A 1 32S. . . . . . . . . . . . . . . . . M 7. . .E+ 5 V 15 （ 2）地址空間分配圖： 000000000000000000000000 3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片 入數(shù)據(jù)后，以 起始地址的存儲(chǔ)芯片 (有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平。假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的 ， 可能的情況有： 1）該片的 2）該片的 短路； 3）該片的 （ 4）如果地址線 搭接到高電平上，將會(huì)出現(xiàn) 1”的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址 的地址空間 (奇數(shù)片 )， 的另一半地址空間（偶數(shù)片）將永遠(yuǎn)訪問不到。若對(duì) 的地址空間（偶數(shù)片）進(jìn)行訪問，只能錯(cuò)誤地訪問到 的對(duì)應(yīng)空間 (奇數(shù)片 )中去。 17. 寫出 1100、 1101、 1110、 1111對(duì)應(yīng)的漢明碼。 解：有效信息均為 n=4 位，假設(shè)有效信息用 示 校驗(yàn)位位數(shù) k=3位，（ 2k=n+k+1） 設(shè)校 驗(yàn)位分別為 漢明碼共 4+3=7 位，即： 驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第 1、 2、 4位 c1=16 c2=b1 c3=有效信息為 1100 時(shí)， 11,漢明碼為 1110100。 當(dāng)有效信息為 1101 時(shí)， 00,漢明碼為 0011101。 當(dāng)有效信息為 1110 時(shí)， 01,漢明碼為 1011110。 當(dāng)有效信息為 1111 時(shí)， 10,漢明碼為 0110111。 18. 已知收到的漢明碼 （按配偶原則配置）為 1100100、 1100111、 1100000、 1100001，檢查上述代碼是否出錯(cuò)？第幾位出錯(cuò)？ 解：假設(shè)接收到的漢明碼為： 糾錯(cuò)過程如下： P1= P2= P3= 如果收到的漢明碼為 1100100，則 11，說明代碼有錯(cuò)，第 3 位（ ）出錯(cuò)，有效信息為： 1100 如果收到的漢明碼為 1100111，則 11，說明代碼有錯(cuò)，第 7 位（ ）出錯(cuò)，有效信息為： 0110 如果收到的漢明碼為 1100000，則 10，說明代碼有錯(cuò)，第 6 位（ ）出錯(cuò)，有效信息為： 0010 如果收到的漢明碼為 1100001，則 01，說明代碼有錯(cuò)，第 1 位（ ）出錯(cuò)，有效信息為： 0001 22. 某機(jī)字長(zhǎng) 16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為 64K 字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到 8倍，可采取什么措施？畫圖說明。 解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到 8倍，可采取 八 體交叉存取技術(shù)， 8體交叉訪問時(shí)序 如下圖 ： 17 18. 什么是“程序訪問的局部性”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪問的局部性原理？ 答 ：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問；在空間上，這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大 (大約 5:1 )。存儲(chǔ)系統(tǒng)中 主存層次采用了程序訪問的局部性原理。 25. 在 片內(nèi)有什么好處？將指令 數(shù)據(jù) 答： 片內(nèi)主要有下面幾 個(gè)好處： 1）可提高外部總線的利用率。因?yàn)?不必占用外部總線 。 2） ，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率 。 3）可提高存取速度。因?yàn)?故存取速度得以提高 。 將指令 單 體 訪 存 周 期啟 動(dòng) 存 儲(chǔ) 體 0啟 動(dòng) 存 儲(chǔ) 體 1啟 動(dòng) 存 儲(chǔ) 體 2啟 動(dòng) 存 儲(chǔ) 體 3啟 動(dòng) 存 儲(chǔ) 體 4啟 動(dòng) 存 儲(chǔ) 體 5啟 動(dòng) 存 儲(chǔ) 體 6啟 動(dòng) 存 儲(chǔ) 體 7 18 1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成 。 2）指令 提高指令存取的可靠性 。 3）數(shù)據(jù) 不 同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例 32 位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如 64位）。 補(bǔ)充 ： 二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，即在片內(nèi) 主存之間再設(shè)一個(gè)片外 片外緩存既可以彌補(bǔ)片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點(diǎn)，又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度。 30. 一個(gè)組相連映射的 4塊組成，每組內(nèi)包含 4塊。主存包含 4096塊，每塊由 128字組成，訪存地址為字地址。試問主存和高速存儲(chǔ)器的地址各為幾位？畫出主存地址格式 。 解： 64/4=16 ， 64*128=213字， 3位 主存共分 4096/16=256 區(qū)，每區(qū) 16塊 主存容量為： 4096*128=219字，主存地址 19位，地址格式如下： 主存字塊標(biāo)記（ 8位） 組地址（ 4位） 字塊內(nèi)地址（ 7 位） 19 第六章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 12. 設(shè)浮點(diǎn)數(shù)格式為：階碼 5 位 （含 1 位階符 ）， 尾數(shù) 11 位 （含 1 位數(shù)符 ） 。寫出51/128、 024所對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)。要求 如下： （ 1）階碼和尾數(shù)均為原碼 。 （ 2）階碼和尾數(shù)均為補(bǔ)碼 。 （ 3） 階碼為移碼，尾數(shù)為補(bǔ)碼。 解：據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)的格式： 階符 1位 階碼 4位 數(shù)符 1位 尾數(shù) 10位 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制： 51/128= 2 11B 024= 2 則以上各數(shù)的浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)為： （ 1） =1， 0001； 11 000 0 =1， 0101； 10 000 0 （ 2） =1， 1111； 11 000 0 =1， 1011； 10 000 0 （ 3） =0， 1111； 11 000 0 =0， 1011； 10 000 0 16 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為 16 位，寫出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍。設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號(hào)位，答案均用十進(jìn)制表示。 （ 1）無符號(hào)數(shù)； （ 2）原碼表示的定點(diǎn)小數(shù) 。 （ 3）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù) 。 （ 4）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù) 。 （ 5）原碼表示的定點(diǎn)整 數(shù) 。 20 （ 6）浮點(diǎn)數(shù)的格式為：階碼 6 位 （含 1 位階符 ）， 尾數(shù) 10 位（ 含 1 位 數(shù)符）。分別寫出其正數(shù)和負(fù)數(shù)的表示范圍 。 （ 7）浮點(diǎn)數(shù)格式同（ 6），機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式，分別寫出其對(duì)應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)的真值范圍。 解：（ 1） 無符號(hào)整數(shù)： 0 216 - 1，即： 0 65535； 無符號(hào)小數(shù)： 0 1 - 2即： 0 （ 2）原碼定點(diǎn)小數(shù)： 2 1 - 2即： 3）補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)： - 1 1 - 2，即： 4）補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)： 215 - 1 ，即： 32767 （ 5）原碼定點(diǎn)整數(shù)： 1 215 - 1，即： 32767 （ 6）據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)格式 ， 當(dāng)階 碼和 尾 數(shù)均 采用原 碼， 非規(guī)格化數(shù) 表示時(shí)： 最大負(fù)數(shù) = 1， 11 111； 00 001 ，即 小負(fù)數(shù) = 0， 11 111； 11 111，即 -（ 1231 則負(fù)數(shù)表示范圍為： -（ 1231 大正數(shù) = 0， 11 111； 11 111，即 （ 1231 最小正數(shù) = 1， 11 111； 00 001，即 2 正數(shù)表示范圍為： 2 （ 1231 （ 7）當(dāng)機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式時(shí)，若不考慮隱藏位，則 最大負(fù)數(shù) =1， 00 000； 11 111，即 小負(fù)數(shù) =0， 11 111； 00 000，即 31 則負(fù)數(shù)表示范圍為： 31 大正數(shù) =0， 11 111； 11 111，即 （ 1231 最小正數(shù) =1， 00 000； 00 000，即 2 正數(shù)表示范圍為： 2 （ 1231 21 17. 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為 8位（包括一位符號(hào)位），對(duì)下列各機(jī)器數(shù)進(jìn)行算術(shù)左移一位、兩位，算術(shù)右移一位、兩位，討論結(jié)果是否正確。 =010； =100； =111； =000； =000； =000； =001； =001； =001。 解： 算術(shù)左移一位： =100；正確 =000；溢出（丟 1）出錯(cuò) =010；正確 =000；溢出（丟 1）出錯(cuò) =000；正確 =010；溢出（丟 0）出錯(cuò) =111；溢出（丟 0）出錯(cuò) =001；正確 =011；溢出（丟 0）出錯(cuò) 算術(shù)左移兩位： =000；正確 =000；溢出（丟 11）出錯(cuò) =100；正確 =000；溢出（丟 10）出錯(cuò) =000；正確 =100；溢出（丟 00）出錯(cuò) =111；溢出（丟 01）出錯(cuò) =011；正確 =111；溢出（丟 00）出錯(cuò) 22 算術(shù)右移一位： =101；正確 =100；正確 =100(1)；丟 1，產(chǎn)生誤差 =010；正確 =100；正確 =100(1)；丟 1，產(chǎn)生誤差 =111；正確 =100(0)；丟 0，產(chǎn)生誤差 =100；正確 算術(shù)右移兩位： =110（ 10）；產(chǎn)生誤差 =010；正確 =110（ 01）；產(chǎn)生誤差 =101；正確 =010；正確 =110（ 01）；產(chǎn)生誤差 =011；正確 =010（ 00）；產(chǎn)生誤差 =110（ 01）；產(chǎn)生誤差 算 x y補(bǔ) . （ 1） x=2 00， y=2 00）； （ 2） x=2 10）， y=2 11）； （ 3） x=2101（ 01）， y=2100（ 11)。 23 解：先將 x、 （ 1） x=2 00， y=2 00） x補(bǔ) =1， 101； 00, y補(bǔ) =1， 110； 00 =1,101, y補(bǔ) =1,110, =00, =00 1）對(duì)階： E補(bǔ) = + = 11,101+ 00,010=11,111 0，應(yīng) ： +1=00， 100+00， 001=00， 101= y補(bǔ) =0， 101； 00（ 1） 2）尾數(shù)運(yùn)算： + = 1） = 1） + = 1） = 1） 結(jié)果規(guī)格化： x+y補(bǔ) =00， 101； 11（ 1） ， 已是規(guī)格化數(shù) =00， 101； 10（ 1） =00， 100； 01 （尾數(shù)左規(guī) 1次，階碼減 1） 4） 舍入： x+y補(bǔ) =00， 101； 11（舍） 25 不變 5）溢出：無 則： x+y=2101（ 01） 2100（ 11） 32. 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為 16 位，分別按 4、 4、 4、 4 和 5、 5、 3、 3分組 后 ， （ 1）畫出按兩種分組方案的單重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并比較哪種方案運(yùn)算速度快。 （ 2）畫出按兩種分組方案的雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并對(duì)這兩種方案進(jìn)行比較。 （ 3）用 74181和 74182 畫出單重和雙重分組的并行進(jìn)位鏈框圖。 解：（ 1） 4 4 4 4分組的 16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材 286 頁圖 5 5 3 3分組的 16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下： （ 2） 4 4 4 4分組的 16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材 289頁圖 5 5 3 3分組的 16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下： 5 5 3 3分組的進(jìn)位時(shí)間 = 4 4 4 4分組的進(jìn)位時(shí)間 = 可見， 兩種分組方案最長(zhǎng)加法時(shí)間相同。 結(jié)論：雙重分組并行進(jìn)位的最長(zhǎng)進(jìn)位時(shí)間只與組數(shù)和級(jí)數(shù)有關(guān)，與組內(nèi)位數(shù)無關(guān)。 （ 3）單重分組 16位并行加法器邏輯圖如下（正邏輯）： 注意： 1） 74181芯片正、負(fù)邏輯的引腳表示方法； 2）為強(qiáng)調(diào)可比性， 5不考慮扇入影響； 3） 181芯片只有最高、最低兩個(gè)進(jìn)位輸入 /輸出端，組內(nèi)進(jìn)位無引腳； 26 4） 181為 4位片，無法 5能 4 5）單重分組跳躍進(jìn)位只用到 181，使用 182的一定是雙重以上分組跳躍進(jìn)位； 6）單重分組跳躍進(jìn)位是并行進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)的結(jié)合；雙重分組跳躍進(jìn)位是二級(jí)并行進(jìn)位技術(shù)；特別注意在位數(shù)較少時(shí)，雙重分組跳躍進(jìn)位可以采用全先行進(jìn)位技術(shù)實(shí)現(xiàn)；位數(shù)較多時(shí)，可采用雙重分組跳躍進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)。 27 第七章 指令系統(tǒng) 1、 什么叫機(jī)器指令？什么叫指令系統(tǒng)？為什么 說指令系統(tǒng)與機(jī)器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu)之間存在著密切的關(guān)系？ 答：參考 2、 什么叫尋址方式？為什么要學(xué)習(xí)尋址方式？ 答：參看 4、 零地址指令的操作數(shù)來自哪里？各舉一例說明。 答：零地址指令的操作數(shù)來自 隱含約定。 在一地址指令中，另一個(gè)操作數(shù)的地址通常可采用 5、 對(duì)于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方？舉例說明。 答：對(duì)于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在寄存器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。 8. 某機(jī)指令字長(zhǎng) 16 位，每個(gè)操作數(shù) 的地址碼為 6位，設(shè)操作碼長(zhǎng)度固定，指令分為零地址、一地址和二地址三種格式。若零地址指令有 地址指令有 二地址指令最多有幾種？若操作碼位數(shù)可變，則二地址指令最多允許有幾種？ 解： 1）若采用定長(zhǎng)操作碼時(shí)，二地址指令格式如下： 4位） 6位） 6 位） 設(shè)二地址指令有 ： K=24 M=1（最小值）， N=1（最小值）時(shí)，二地址指令最多有： 64種 若采用變長(zhǎng)操作碼時(shí)，二地址指令格式仍如 1）所示，但操作碼長(zhǎng)度可隨地址碼的個(gè)數(shù)而變。此時(shí)， K= 24 -（ N/26 + M/212 ）； 當(dāng)（ N/26 + M/212 ） 1 時(shí)（ N/26 + M/212 向上取整）， K 最大，則二地址指令最多 28 有： 65種（只留一種編碼作擴(kuò)展標(biāo)志用。） 11. 畫出先變址再間址及先間址再變址的尋址過程示意圖。 解： 1）先變址再間址尋址過程簡(jiǎn)單示意如下： (A， 1 2）先間址再變址尋址過程簡(jiǎn)單示意如下： (A)， (1 16. 某機(jī)主存容量為 4M16位，且存儲(chǔ)字長(zhǎng)等于指令字長(zhǎng)，若該機(jī)指令系統(tǒng)可完成108 種操作，操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、變址、基址、相對(duì)、立即等六種尋址方式，試回答： （ 1）畫出一地址指令格式并指出各字段的作用； （ 2）該指令直接尋址的最大范圍； （ 3）一次間址和多次間址的尋址范圍； （ 4）立即數(shù)的范圍（十進(jìn)制表示）； （ 5）相對(duì)尋址的位移量（十進(jìn)制表示）； （ 6）上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？為什么？哪一種便于程序浮動(dòng)？哪一種最適合處理數(shù)組問題？ （ 7）如何修改指令格式，使指令的尋址范圍可擴(kuò)大到 4M？ （ 8）為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置 ，可采取什么措施？簡(jiǎn)要說明之。 解：（ 1）單字長(zhǎng)一地址指令格式： 7位） M（ 3位） A（ 6 位） 7位，可反映 108種操作； 3位，可反映 6種尋址操作； 16位。 （ 2）直接尋址的最大范圍為 26=64。 （ 3） 由于存儲(chǔ)字長(zhǎng)為 16位，故一次間址的尋址范圍為 216；若多次間址，需用存儲(chǔ) 29 字的最高位來區(qū)別是否繼續(xù)間接尋址，故尋址范圍為 215。 （ 4）立即數(shù)的范圍 為 31（有符號(hào)數(shù)），或 0 63（ 無符號(hào)數(shù) ）。 （ 5）相對(duì)尋址 的位移量為 31。 （ 6） 上述六種尋址方式中，因立即數(shù)由指令直接給出，故立即尋址的指令執(zhí)行時(shí)間最短。間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪存 (一次間接尋址要兩次訪存，多次間接尋址要多次訪存 )，故執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)。變址尋址由于變址寄存器的內(nèi)容