計算機組成原理-鄭秋梅_習題

1、第二章5分別寫出下列十進制數(shù)的原碼、反碼和補碼。 7/16，5/16，4/16，1/16，0，-1/16，-4/16，-5/16，-7/16答： 原碼 反碼 補碼7/16 0.0111 0.0111 0.01115/16 0.0101 0.0101 0.0101 4/16 0.0100 0.0100 0.01001/16 0.0001 0.0001 0.0001+0 0.0000 0.0000 0.0000-0 1.0000 1.1111 0.0000-1/16 1.0001 1.1110 1.1111-4/16 1.0100 1.1011 1.1100-5/16 1.0101 1.1010

2、1.1011-7/16 1.0111 1.1000 1.10017已知下列數(shù)的補碼表示，請寫出它們的真值。x補=0.10100 x補=1.0111 x補=1.0000答：二進制真值分別為：0.101，-0.1001，-1。10若機器字長16位，以下幾種情況能表示的數(shù)據(jù)范圍是多少？ 1)無符號整數(shù) 2)原碼定點小數(shù) 3)補碼定點小數(shù) 4)原碼定點整數(shù) 5)補碼定點整數(shù)答：1)無符號整數(shù) 0216-1 2)原碼定點小數(shù) -(1-2-15 ) 1-2-15 3)補碼定點小數(shù) -1 1-2-15 4)原碼定點整數(shù) -(215-1) 215-15)補碼定點整數(shù) -215 215-114將下列數(shù)轉(zhuǎn)換為IE

3、EE單精度浮點數(shù)：1)28.75 解：1)十進制數(shù)28.75轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)：11100.11B，規(guī)格化為11100.11=1.110011×24 該數(shù)為正，符號位=0；移碼表示的階碼=10000011；尾數(shù)=110 0110 0000 0000 0000 0000 以短浮點數(shù)格式存儲該數(shù)為0,10000011, 110 0110 0000 0000 0000 0000=41E60000H21某循環(huán)冗余校驗碼的生成多項式為x3+x2+1，若發(fā)送信息位 1111 和 1100，則CRC 碼分別為什么？接收端收到的CRC 碼：0000000、1001111、0010111、1011000中

4、哪些是發(fā)生了錯誤的？答：A(x)=1111 和1100       左移r=3位后A(x)·x3=1111000 和1100000    g(x)= x3+x2+1=1101              （r+1=4位）    A(x)·x3/g(x)=1011+111/1101 和1001+101/1101  

5、;  A(x)·x3+R(x)=1111111 和1100101-這就是2個CRC碼接收到的CRC 碼除以生成多項式余數(shù)不為0的出錯：1001111、1011000。第三章9用原碼一位乘法和原碼兩位乘法分別計算X×Y ：a. X= -0.11011， Y=0.11101 解：a原碼一位乘 |X|=00.11011寄存器B，|Y|=0.11101寄存器C，0寄存器A。     部分積A   乘數(shù)C 運算過程       00.00000 11101C5 = 1，+ |X|   +  00

6、.11011                   00.11011           部分積右移一位     00.01101 11110C4 = 0，+0   +   00.00000                  00.01101           部分積右移一位&#

7、160;   00.0011011111C3 =1，+ |X|   +   00.11011                   01.00001           部分積右移一位    00.10000 11111C2 = 1，+ |X|   +   00.11011                 &#

8、160; 01.01011           部分積右移一位    00.10101 11111C1 = 1，+ |X|  +  00.11011     01.10000 部分積右移一位    00.11000 01111由于兩數(shù)異號，所以得X×Y  = -0.110000111110 用補碼一位乘法和補碼兩位乘法分別計算X×Y ：a. X= -0.11011， Y=0.11101 a 補碼一位乘 部分積0寄存器A，X補=11.00

9、101寄存器B，Y補=0.11101寄存器C。用Booth法求解過程如下：            部分積A     乘數(shù) C附加位 說明    00.00000   011101 0C5C6 = 10，+-X補  +-X補00.11011         00.11011   右移一位   0015011.01101   101110 1C5C6 = 01，+X補&#

10、160; +X補11.00101        11.10010   右移一位   11.11001   010111 0C5C6 = 10，+-X補  +-X補00.11011         00.10100   右移一位   00.01010   001011 1C5C6= 11，+0  +000.00000         00.01010   右移一位   00.00

11、101 000101 1C5C6 = 11，+0  +000.00000       00.00101   右移一位  00.00010 100010 1C5C6 = 01，+X補  +X補11.00101       11.00111   10001最后一步不移位所以X×Y補=11.0011110010，X×Y =-0.110000111112 用原碼加減交替法和補碼加減交替法計算X÷Y。a.X= -0.1001 Y=0.1101 解：a 加減交替法 |

12、X|=00.1001，|Y|= 00.1101，|Y|變補 = 11.0011  被除數(shù)/部分余數(shù)A商C    0      0     0.1     0.1 1         0.1 1 0     0.1 1 0 1 說明  0 0.1 0 0 1 00000 -|Y|+|Y|變補1 1.0 0 1 1   1 1.1 1 0 0 00000余數(shù)0，商0，左移一位 1 1.1 0 0 0

13、00000+|Y|0 0.1 1 0 1 +|Y|  0 0.0 1 0 100001余數(shù)0，商1，左移一位 0 0.1 0 1 000010+|Y|變補1 1.0 0 1 1-|Y|  1 1.1 1 0 100010余數(shù)0，商0，左移一位 1 1.1 0 1 0 00100+|Y|0 0.1 1 0 1+|Y|  0 0.0 1 1 1 00101余數(shù)0，商1，左移一位 0 0.1 1 1 001010+|Y|變補1 1.0 0 1 1-|Y|  0 0.0 0 0 101011余數(shù)0，商1 0 0.0 0 0 1

14、60;    所以商Q= -0.1011，余數(shù)r=-0. 0001×2-4。a 補碼加減交替法 X補=11.0111，Y補=00.1101，-Y補 =11.0011  被除數(shù)/余數(shù)A商C    0      0     0.1     0.1 1         0.1 1 0     0.1 1 0 1 說明  1 1.0 1 1 1 00000 X補和Y補異號，加

15、除數(shù)+Y補 0 0.1 1 0 1   0 0.0 1 0 0 00001余數(shù)和除數(shù)同號，商1  0 0.1 0 0 0 00010，左移一位 下次減除數(shù)+-Y補 1 1.0 0 1 1   1 1.1 0 1 1 00010余數(shù)和除數(shù)異號，商0  1 1.0 1 1 0 00100左移一位，下次加除數(shù)+Y補 0 0.1 1 0 1   0 0.0 0 1 1 00101余數(shù)和除數(shù)同號，商1  0 0.0 1 1 0 01010左移一位，下次減除數(shù)+-Y補 1 1.0 0 1 1   1 1.1 0 0 1 01010余數(shù)和

16、除數(shù)異號，商0  1 1.0 0 1 0 10100左移一位，下次加除數(shù)+Y補 0 0.1 1 0 1   1 1.1 1 1 1  1 1.1 1 1 110101末尾恒置1商Q補= 1.0101，余數(shù)r補 = 11.1111×2-4。第四章12某機器的16位單字長訪內(nèi)指令的格式如下：42118操作碼ModeID其中，D為立即數(shù)或形式地址，補碼表示；Mode為尋址模式，0表示立即尋址，1表示直接尋址，2表示基地址尋址，3表示相對尋址；為間址標志，=1表示間接尋址，=0表示直接尋址；I為變址標志，I=1表示變址尋址，I=0表示非變址尋址。設PC、Rx、R

17、b分別為指令計數(shù)器、變址寄存器、基址寄存器，EA為有效地址，試解答下列問題：（1）該指令格式能定義多少種不同的操作？（2）試寫出立即尋址、直接尋址、基址尋址、變址尋址、相對尋址方式中計算有效地址EA的表達式。（3）設基址寄存器為16位，在基址尋址時，可尋址的主存地址范圍是多少？ （4）間接尋址時，可尋址的主存地址范圍是多少？若采用多重間址，可尋址的主存地址范圍又是多少？解：（1）24=16。（2）立即尋址：無EA直接尋址：EA=D；D為指令中給出偏移量基址尋址：EA=（Rb）+D； 變址尋址：EA=（Rx）+D； 相對尋址：EA=（PC）+D；PC為程序計數(shù)器，D為偏移量（3）0216-1（4

18、）間接尋址可尋址的主存地址范圍為0216-1，多重間址可尋址的主存地址范圍為0215-1。13某機的指令格式如下：15 109 87 0操作碼ModeD其中，D為立即數(shù)或形式地址，補碼表示；Mode為尋址模式，0表示直接尋址，1表示用變址寄存器Rx1進行尋址，2表示用變址寄存器Rx2進行尋址，3表示相對尋址。若已知（PC）=1000H， Rx1=0005H，Rx2=1005H，請計算出下列指令的有效地址：8442H 4545H 解：8442H=1000 0100 0100 0010因為Mode=0，所以為直接尋址，EA=D=0042H4545H=0100 0101 0100 0101因為Mod

19、e=1，所以用變址寄存器Rx1尋址，EA=（Rx1）+D=0005H+45H=004AH16某機字長32位，CPU的尋址范圍為1MB，14個通用寄存器，共30條單字長雙地址指令，要求有立即、直接、間接、寄存器、基址、相對尋址方式。試設計其指令格式。答：14個通用寄存器需要4位來表示，30條單字長指令需要5位來表示，7種尋址方式需要3位來表示，剩下的20位用來表示操作數(shù)。指令格式為：5位操作碼+3位尋址方式設置+4位寄存器操作數(shù)+20存儲器操作數(shù)第五章9用16K×1位的DRAM芯片組成64K×8位的存儲器，要求：（1）畫出該存儲器組成的邏輯圖。（2）設存儲器讀、寫周期均為0.

20、5s，CPU在1s內(nèi)至少要訪存一次。試問采用哪種刷新方式比較合適？兩次刷新的最大時間間隔是多少？ 答：由題意知，存儲器的總?cè)萘繛?4KB，故共需16條地址線（A0A15），需要16K×1位DRAM芯片的個數(shù)為：（64K×8位）/（16K×1位）=32片，芯片地址線占14位（A0A13），高2位的地址線（A14A15）作為2：4譯碼器的輸入端，4個輸出端分別與4個DRAM芯片的片選信號端相連接。其組成邏輯框圖如下：由已知條件可知，CPU在1s內(nèi)至少訪存一次，故整個存儲器的平均讀/寫周期與單個DRAM芯片的讀/寫周期基本相同，采用異步式刷新方式較合適。動態(tài)MOS存儲器

21、兩次刷新的最大時間間隔為2ms/128=15.625us，應該取15.5us比較合適（取存取周期的整數(shù)倍）。16. 某存儲器容量為16M字，字長32位，模塊數(shù)m=4，分別用順序方式和交叉方式進行組織。若存取周期T=200ns，數(shù)據(jù)總線寬度為32位，總線傳送周期 =40ns。問：順序存儲器和交叉存儲器的平均存取時間、帶寬各是多少？答：順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出4個字的信息總量都是：q=32位×4=128位順序存儲器連續(xù)讀出4個字所需的時間是：t1=m×T=4×200ns=800ns=8×10-7s;交叉存儲器連續(xù)讀出4個字所需的時間是：t2=T+（m-

22、1）=200ns+3×40ns=320ns=3.2×10-7s因此，順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別為：W1=q/t1=128÷（8×10-7）=16×107（b/s） W2=q/t2=128÷（3.2×10-7）=40×107（b/s）19容量為64塊的cache采用組相聯(lián)映像方式，字塊大小為128個字，每4塊為一組。若主存容量為4096塊，且以字編址。（1）給出主存地址字段的組成及各段的長度；（2）設Cache的初始狀態(tài)為空，CPU從主存的第0號單元順序讀出500個字（一次讀出一個字），重復讀取上述數(shù)據(jù)10次，

23、Cache的命中率為多少？（3）若Cache的速度是主存速度的5倍，則增加Cache后比沒有Cache時速度提高多少倍？解：（1）由每字塊有128個字可得：主存地址字段中字塊內(nèi)地址字段的長度w應為7位。Cache容量為64塊，每4塊為一組，則Cache共有24個組，表示Cache組號的位數(shù)為4，表示組中塊號的位數(shù)為2。主存容量為4096塊，Cache容量為64塊，主存共分為4096/64=26個區(qū)，故地址字段中主存區(qū)號地址位數(shù)為6。主存地址字段格式為：區(qū)號地址（6位）組地址（4位）組內(nèi)塊號（2位）字塊內(nèi)字地址（7位）（2）Cache初始狀態(tài)為空，每個字塊中有128個字，故CPU第一次讀500個

24、字時，第0、128、256、384號單元，共有4次未命中，后9次重復讀這500個字均命中，故命中率為：(500×10-4)/500×10 ×100%=99.92%（3）設Cache的存取周期為t，則主存存取周期為5t，沒有Cache時，訪問時間為5t×5000，有Cache后訪問時間為t×(5000-4)+5t×4，故有Cache后速度提高的倍數(shù)為：5t×5000 /t×(5000-4)+5t×4-1=3.98第六章8某機主要部件如圖6-32所示。 請補充各部件間的主要連接線，并注明數(shù)據(jù)流動方向。 擬出指