《計(jì)算機(jī)組成原理》考試復(fù)習(xí)資料-計(jì)算機(jī)組成原理第四版、數(shù)據(jù)庫(kù)第四版、編譯原理第三版答案

計(jì)算機(jī)組成原理答案第一章.比較數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。解:模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn):數(shù)值由連續(xù)量來(lái)表示,運(yùn)算過(guò)程是連續(xù)的;數(shù)字計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：數(shù)值由數(shù)字量（離散量）來(lái)表示,運(yùn)算按位進(jìn)行。兩者主要區(qū)別見(jiàn)P1表1.1。.數(shù)字計(jì)算機(jī)如何分類(lèi)?分類(lèi)的依據(jù)是什么?解:分類(lèi)： 數(shù)字計(jì)算機(jī)分為專(zhuān)用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)又分為巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)、微型機(jī)和單片機(jī)六類(lèi)。分類(lèi)依據(jù):專(zhuān)用和通用是根據(jù)計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來(lái)劃分的。通用機(jī)的分類(lèi)依據(jù)主要是體積、簡(jiǎn)易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機(jī)器價(jià)格等因素。.數(shù)字計(jì)算機(jī)有那些主要應(yīng)用?（略）.馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是什么?它包括哪些主要組成部分?解:馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是:存儲(chǔ)程序和程序控制。存儲(chǔ)程序：將解題的程序（指令序列）存放到存儲(chǔ)器中;程序控制:控制器順序執(zhí)行存儲(chǔ)的程序,按指令功能控制全機(jī)協(xié)調(diào)地完成運(yùn)算任務(wù)。主要組成部分有:控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。.什么是存儲(chǔ)容量?什么是單元地址?什么是數(shù)據(jù)字?什么是指令字?解：存儲(chǔ)容量：指存儲(chǔ)器可以容納的二進(jìn)制信息的數(shù)量,通常用單位KB、MB、GB來(lái)度量,存儲(chǔ)容量越大,表示計(jì)算機(jī)所能存儲(chǔ)的信息量越多,反映了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間的大小。單元地址：?jiǎn)卧刂泛?jiǎn)稱(chēng)地址,在存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元都有唯ー的地址編號(hào),稱(chēng)為單元地址。數(shù)據(jù)字:若某計(jì)算機(jī)字是運(yùn)算操作的對(duì)象即代表要處理的數(shù)據(jù),則稱(chēng)數(shù)據(jù)字。指令字:若某計(jì)算機(jī)字代表一條指令或指令的一部分,則稱(chēng)指令字。.什么是指令?什么是程序?解：指令:計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的每一個(gè)基本的操作。程序：解算某ー問(wèn)題的ー串指令序列稱(chēng)為該問(wèn)題的計(jì)算程序,簡(jiǎn)稱(chēng)程序。.指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中,計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)?解：一般來(lái)講,在取指周期中從存儲(chǔ)器讀出的信息即指令信息;而在執(zhí)行周期中從存儲(chǔ)器中讀出的信息即為數(shù)據(jù)信息。.什么是內(nèi)存?什么是外存?什么是CPU?什么是適配器?簡(jiǎn)述其功能。解:內(nèi)存：一般由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器構(gòu)成,裝在底版上,可直接和CPU交換信息的存儲(chǔ)器稱(chēng)為內(nèi)存儲(chǔ)器,簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存。用來(lái)存放經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。外存:為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量,又不使成本有很大的提高,在計(jì)算機(jī)中還配備了存儲(chǔ)容量更大的磁盤(pán)存儲(chǔ)器和光盤(pán)存儲(chǔ)器,稱(chēng)為外存儲(chǔ)器,簡(jiǎn)稱(chēng)外存。外存可存儲(chǔ)大量的信息,計(jì)算機(jī)需要使用時(shí),再調(diào)入內(nèi)存。CPU：包括運(yùn)算器和控制器?；竟δ転?指令控制、操作控制、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)加工。適配器:連接主機(jī)和外設(shè)的部件,起一個(gè)轉(zhuǎn)換器的作用,以使主機(jī)和外設(shè)協(xié)調(diào)工作。.計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件包括哪幾類(lèi)?說(shuō)明它們的用途。解：系統(tǒng)軟件包括：(1)服務(wù)程序：診斷、排錯(cuò)等(2)語(yǔ)言程序：匯編、編譯、解釋等(3)操作系統(tǒng)(4)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)用途：用來(lái)簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì),簡(jiǎn)化使用方法,提高計(jì)算機(jī)的使用效率,發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能及用途。.說(shuō)明軟件發(fā)展的演變過(guò)程。（略）.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如何進(jìn)行多級(jí)劃分?這種分級(jí)觀點(diǎn)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生什么影響?解:多級(jí)劃分圖見(jiàn)P16圖!.6〇可分為:微程序設(shè)計(jì)級(jí)、一般機(jī)器級(jí)、操作系統(tǒng)級(jí)、匯編語(yǔ)言級(jí)和高級(jí)語(yǔ)言級(jí)。用這種分級(jí)的觀點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī),對(duì)保證產(chǎn)生一個(gè)良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是有很大幫助的。.為什么軟件能夠轉(zhuǎn)化為硬件?硬件能夠轉(zhuǎn)化為軟件?實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的媒介是什么?（略）.〃計(jì)算機(jī)應(yīng)用”與〃應(yīng)用計(jì)算機(jī)”在概念上等價(jià)嗎?用學(xué)科角度和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來(lái)壽命你的觀點(diǎn)。（略）第二章.寫(xiě)出下列各數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼、移碼表示(用8位二進(jìn)制數(shù))。其中MSB是最高位(又是符號(hào)位)LSB是最低位。如果是小數(shù),小數(shù)點(diǎn)在MSB之后;如果是整數(shù),小數(shù)點(diǎn)在LSB之后。-35/64(2)23/128(3)-127(4)用小數(shù)表示-1(5)用整數(shù)表示-1解:(1)先把十進(jìn)制數(shù)一35/64寫(xiě)成二進(jìn)制小數(shù):(-35/64)10-(-100011/1000000)2=(-100011X2-110)2=(-0.100011)2令x=-0.100011B[x]原=1.1000110(注意位數(shù)為8位)[x]反=1.0111001[x]補(bǔ)=1.0111010 [x]移=0.0111010(2)先把十進(jìn)制數(shù)23/128寫(xiě)成二進(jìn)制小數(shù):(23/128)10=(10111/10000000)2=(10111X2-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B，[x]原=0.0001011 [x]反=0.0001011[x]#=0.0001011 [x]移=1.0001011(3)先把十進(jìn)制數(shù)-127寫(xiě)成二進(jìn)制小數(shù):(-127)10=(-1111111)2令x=-1111111B[x]反=1.0000000[x]補(bǔ)[x]補(bǔ)=1.0000001[x]移=1.0000001(4)令x=-l.000000B原碼、反碼無(wú)法表示[x]補(bǔ)[x]補(bǔ)=1.0000000[x]移=0.0000000(5)令丫=ー『ー0000001B[Y]反=11111110[Y][Y]反=11111110[Y]移=01111111[Y]補(bǔ)=11111111.設(shè)區(qū)|補(bǔ)=a0,al,a2…a6,其中ai取〇或L若要x>—0.5,求a0,al,a2,a6的取值。解:a0=1,al=0,a2,???,a6=l…1。.有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù),階碼10位(包括1位階符),用移碼表示;尾數(shù)22位(包括1位尾符)用補(bǔ)碼表示,基數(shù)R=2。請(qǐng)寫(xiě)出:(1)最大數(shù)的二進(jìn)制表示;(2)最小數(shù)的二進(jìn)制表示;(3)規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍;(4)最接近于零的正規(guī)格化數(shù)與負(fù)規(guī)格化數(shù)。解:⑴111111111101111111111111111111111111111111100000000000000000000011111111110111111111111111111111-0111111111100000000000000000000000000000000000000000000000000001?00000000001111111111111111111111.將下列十進(jìn)制數(shù)表示成浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù),階碼3位,用補(bǔ)碼表示;尾數(shù)9位,用補(bǔ)碼表示。27/64-27/64解:(1)27/64=11011BXD=O.011011B=0.11011BX浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù):11110110110000-27/64=-11011BX]=-0.011011B=-0.11011BX浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù):11111001010000.已知X和Y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算X+Y,同時(shí)指出運(yùn)算結(jié)果是否溢出。X=0.11011Y=0.00011X=0.11011Y=-0.10101X=-0.10110Y=-0.00001解:（1）先寫(xiě)出x和y的變形補(bǔ)碼再計(jì)算它們的和[x]補(bǔ)=00.11011[y：補(bǔ)=00.00011[x+y]#=[x]#+[y]#=00.11011+00.00011=0.11110x+y=0.1111B無(wú)溢出。(2)先寫(xiě)出x和y的變形補(bǔ)碼再計(jì)算它們的和[x]補(bǔ)=00.11011[y]補(bǔ)=11.01011[x+y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)=00.11011+11.01011=0〇.00110，x+y=O.0011B無(wú)溢出。(3)先寫(xiě)出x和y的變形補(bǔ)碼再計(jì)算它們的和[x]補(bǔ)=11.01010[y]補(bǔ)=11.11111[x+y]補(bǔ)=[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)=11.01010+11.11111=11.01001，x+y=-0.10111B無(wú)溢出.已知X和Y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算X-Y,同時(shí)指出運(yùn)算結(jié)果是否溢出。X=0.11011Y=-0.11111X=0.10111Y=0.11011X=0.11011Y=-0.10011解:(1)先寫(xiě)出x和y的變形補(bǔ)碼,再計(jì)算它們的差[x]補(bǔ)=00.11011[y]補(bǔ)=11.00001[-y]補(bǔ)=00.11111[x-y]ネト=[x]ネト+[-y]ネト=00.11011+00.11111=01.11010?.?運(yùn)算結(jié)果雙符號(hào)不相等為正溢出X-Y=+l.1101B(2)先寫(xiě)出x和y的變形補(bǔ)碼,再計(jì)算它們的差［x］補(bǔ)=00.10111［y］補(bǔ)=00.11011［-y］補(bǔ)=11.00101［x-y］補(bǔ)=00.10111+11.00101=11.11100x-y=-0.001B無(wú)溢出(3)先寫(xiě)出x和y的變形補(bǔ)碼,再計(jì)算它們的差［x］補(bǔ)=00.11011［y］補(bǔ)=11.01101［-y］補(bǔ)=00.10011［x-y］補(bǔ)=-］補(bǔ)+［-y］補(bǔ)=00.11011+00.10011=01.01110?.?運(yùn)算結(jié)果雙符號(hào)不相等Z,為正溢出X-Y=+1.0111B7.用原碼陣列乘法器、補(bǔ)碼陣列乘法器分別計(jì)算XXY。X=0.11011Y=-0.11111X=-0.11111Y=-0.11011解:(1)用原碼陣列乘法器計(jì)算:［x］補(bǔ)=0.11011［y］補(bǔ)=1.00001(0)1 1 0 1 1X)(1)0 0 0 0 10 0 00 0 00 00(0)(0)0TOC\o"1-5"\h\z(0)0 0(0) 0 00 0 00 0 00 0 0(0)(1)(1)(0)(1)⑴(1)0 0 1 0 1 1 1 0 1 1[xXy]ネト=1.0010111011xXy=-0.11010001018.用原碼陣列除法器計(jì)算X+Y。X=0.11000Y=-0.11111X=-0.01011Y=0.11001解:(1)[x]原=[x]補(bǔ)=0.11000 [-Iy門(mén)補(bǔ)=1.00001被除數(shù)X0.11000+[-Iy丨]補(bǔ)1.00001余數(shù)為負(fù)1.11001fq0=0左移1.10010+[|y|]補(bǔ)0.11111余數(shù)為正0.10001fql=l左移1.00010+[Ty|]補(bǔ)1.00001余數(shù)為正0.00011fq2=l左移0.00110+補(bǔ)!.00001余數(shù)為負(fù)1.00111-q3=0左移0.01110+[|y]]補(bǔ)0.11111余數(shù)為負(fù)1.01101fq4=0左移0.11010+[|y|]補(bǔ)0.11111余數(shù)為負(fù)1.11001-q5=0+[|y|]補(bǔ)0.11111余數(shù)0.11000故［x+y］原=1.11000即x+y=-0.11000B余數(shù)為0.11000BX"0】9.設(shè)階為5位(包括2位階符),尾數(shù)為8位(包括2位數(shù)符),階碼、尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示,完成下列取值的［X+Y］,［X-Y］運(yùn)算:X=2-O11XO.100101 Y=2010X(-0.011110)X=2101X(-0.010110)Y=2100X(0.010110)解:(1)將y規(guī)格化得:y匸X(-0.111100)［x］浮=1101,00.100101［y］浮=1101,11.000100［-y］浮=1101,00.111100①對(duì)階［AE］補(bǔ)=［Ex］補(bǔ)+［-Ey］補(bǔ)=1101+0011=0000?\Ex=Ey②尾數(shù)相加相加 相減00.100101 00.100101+00.111100++00.11110011,101001 01.100001［x+y］浮=1101,11.101001左規(guī)［x+y］浮=1100,11.010010x+y=2_100X(-0.101110)［x-y］浮=1101,01.100001右規(guī)［x-y］浮=1110,00.1100001舍入處理得［x-y］浮=1110,00.110001x-y=2'10X0.110001(2)［x］浮=1011,11.101010［y］浮=1100,00.010110［-y］浮=1100,11.101010①對(duì)階［△E］補(bǔ)=［Ex］補(bǔ)+［-Ey］補(bǔ)=1011+0100=1111丄AE=-1［x］浮=1100,11.110101(0)②尾數(shù)相加相加相減11.110101(0)11.110101(0)+00.010110+11.10101000.001011(0)11.011111(0)［x+y］浮=1100,00.001011(0)左規(guī)［x+y］浮=1010,00.1011000x+y=2“°X0.1011B[x-y]浮=1100,11.011in(0)...x-y=2-100X(-0.100001B).某加法器進(jìn)位鏈小組信號(hào)為C4c3c2C1,低位來(lái)的信號(hào)為CO,請(qǐng)分別按下述兩種方式寫(xiě)出C4C3C2C1的邏輯表達(dá)式。(1)串行進(jìn)位方式(2)并行進(jìn)位方式解:(1)串行進(jìn)位方式:Cl= Gl + Pl C0其中:Gl = Al Bl , Pl = A1?B1C2= G2 + P2 Cl G2 = A2 B2 , P2 = A2?B2C3= G3 + P3 C2 G3 = A3 B3 , P3 = A3?B3C4= G4 + P4 C3 G4 = A4 B4 , P4 = A4十B4(2)并行進(jìn)位方式:Cl=Gl+PlCOC2=G2+P2Gl+P2PlCOC3=G3+P3G2+P3P2Gl+P3P2PlCOC4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2Gl+P4P3P2PlCO其中G1-G4,P1-P4表達(dá)式與串行進(jìn)位方式相同。.某機(jī)字長(zhǎng)16位,使用四片74181組成ALU,設(shè)最低位序標(biāo)注為〇位,要求:(1)寫(xiě)出第5位的進(jìn)位信號(hào)C6的邏輯表達(dá)式;（2）估算產(chǎn)生C6所需的最長(zhǎng)時(shí)間;（3）估算最長(zhǎng)的求和時(shí)間。解:（1）組成最低四位的74181進(jìn)位輸出為:C4=G+PCO,CO為向第0位的進(jìn)位其中:G=y3+x3y2+x2x3yl+xlx2x3y0,P=x0xlx2x3所以：C5=y4+x4C4C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4（2）設(shè)標(biāo)準(zhǔn)門(mén)延遲時(shí)間為T(mén),〃與或非”門(mén)延遲時(shí)間為L(zhǎng)5T,則進(jìn)位信號(hào)CO由最低位傳送至C6需經(jīng)ー個(gè)反相器,兩級(jí)“與或非”門(mén),故產(chǎn)生C6的最長(zhǎng)延遲時(shí)間為：T+2X1.5T=4T（3）最長(zhǎng)求和時(shí)間應(yīng)從施加操作數(shù)到ALU算起：第一片74181有3級(jí)"與或非"門(mén)（產(chǎn)生控制參數(shù)xO,yOCn+4）,第二、第三片74181共2級(jí)反相器和2級(jí)"與或非"門(mén)（進(jìn)位鏈）,第四片74181求和邏輯（1級(jí)"與或非"門(mén)和1級(jí)半加器,其延遲時(shí)間為3T）,故總的加法時(shí)間為:T=3X1.5T+2T+2X1.5T+1.5T+1.5T+3T=14T17.設(shè)A,B,C是三個(gè)16位的通用寄存器,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)ー個(gè)16位定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算器,能實(shí)現(xiàn)下述功能:

BXC-A,C（高位積在寄存器A中）A+BfC（商在寄存器C中）解:設(shè)計(jì)能完成加、減、乘、除運(yùn)算的解:設(shè)計(jì)能完成加、減、乘、除運(yùn)算的16位定點(diǎn)補(bǔ)碼運(yùn)算器框圖。分析各寄存器作用:被加數(shù)一和同左初始為O被除數(shù)一余部分積ー乘積被加數(shù)一和同左初始為O被除數(shù)一余部分積ー乘積（H）除數(shù)同左加數(shù)同左乘數(shù)一乘積（L）A：累加器（16位），具有輸入、輸出、累加功能及雙向移位功能;A：累加器（16位），具有輸入、輸出、累加功能及雙向移位功能;B：數(shù)據(jù)寄存器（16位）,具有輸入、輸出功能;C：乘商寄存器（16位）,具有輸入、輸出功能及雙向移位功能。C：畫(huà)出框圖:第三章1.有一個(gè)具有20位地址和32位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器,問(wèn):(1)該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少個(gè)字節(jié)的信息?(2)如果存儲(chǔ)器由512Kx8位SRAM芯片組成,需要多少芯片?(3)需要多少位地址作芯片選擇?解:(1)V220=1M, 該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)的信息為:1MX32/8=4MB(2)(1000/512)X(32/8)=8(片)(3)需要1位地址作為芯片選擇。.已知某64位機(jī)主存采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,其地址碼為26位,若使用256KX16位的DRAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間,并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式,問(wèn):(1)每個(gè)模塊板為1024Kx64位,共需幾個(gè)模塊板?(2)個(gè)模塊板內(nèi)共有多少DRAM芯片?(3)主存共需多少DRAM芯片?CPU如何選擇各模塊板?解:(1).共需模塊板數(shù)為m：m=226+220=64(塊)(2),每個(gè)模塊板內(nèi)有DRAM芯片數(shù)為n:n=(22。/218)X(64/16)=16(片)(3)主存共需DRAM芯片為:16X64-1024(片)每個(gè)模塊板有16片DRAM芯片,容量為1024Kx64位,需20根地址線(xiàn)(A19?A0)完成模塊板內(nèi)存儲(chǔ)單元尋址。ー共有64塊模塊板,采用6根高位地址線(xiàn)(A25?A20),通過(guò)6：64譯碼器譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)對(duì)各模塊板進(jìn)行選擇。.用16Kx8位的DRAM芯片組成64Kx32位存儲(chǔ)器,要求:(1)畫(huà)出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。(2)設(shè)存儲(chǔ)器讀/寫(xiě)周期為0.5uS,CPU在luS內(nèi)至少要訪問(wèn)一次。試問(wèn)采用哪種刷新方式比較合理?兩次刷新的最大時(shí)間間隔是多少?對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少?解:(1)組成64Kx32位存儲(chǔ)器需存儲(chǔ)芯片數(shù)為N=(64K/16K)X(32位/8位)=16(片)每4片組成16KX32位的存儲(chǔ)區(qū),有A13-A0作為片內(nèi)地址,用Al5A14經(jīng)2：4譯碼器產(chǎn)生片選信號(hào)西ー瓦,邏輯框圖如下所示:(2)依題意,采用異步刷新方式較合理,可滿(mǎn)足CPU在luS內(nèi)至少訪問(wèn)內(nèi)存一次的要求。設(shè)16Kx8位存儲(chǔ)芯片的陣列結(jié)構(gòu)為!28行X128歹リ,按行刷新,刷新周期T=2ms,則異步刷新的間隔時(shí)間為:?皿(ルS)則兩次刷新的最大時(shí)間間隔發(fā)生的示意圖如下REF| IREFI IREF [5.5卩S 15.5I1S 可見(jiàn),兩次刷新的最大時(shí)間間隔為tmaxtmax=15.5-0.5=15(uS)對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需時(shí)間為tRtR=0.5X128=64 (uS)7.某機(jī)器中,已知配有一個(gè)地址空間為0000H-3FFFH的ROM區(qū)域?，F(xiàn)在再用ー個(gè)RAM芯片(8KX8)形成40KX16位的RAM區(qū)域,起始地

址為6000H,假定RAM芯片有無(wú)和通信號(hào)控制端。CPU的地址總線(xiàn)為A15-A0,數(shù)據(jù)總線(xiàn)為D15-DO,控制信號(hào)為R/琳（讀/寫(xiě)）,肱西。（訪存）,要求:（1）畫(huà)出地址譯碼方案。（2）將ROM與RAM同CPU連接。解:（1）依題意,主存地址空間分布如右圖所示,可選用2片27128（16KX8位）的EPROM作為ROM區(qū);10片的8KX8位RAM片組成40Kxi6位的RAM區(qū)。27128需14位片內(nèi)地址,而RAM需13位片內(nèi)地址,故可用A15-A13三位高地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào),方案如下:MREQCSA15A14A13MREQCSA15A14A130000H「16KX16位3FFFHROM4000H「8KX16位5FFFH_留空」6000H40KX1612FFFFH RAM|

(2)翳(見(jiàn)宙)(ROM)一百一C>ロCSD?"DoQ..ODis-Ds[>7-Do(2)翳(見(jiàn)宙)(ROM)一百一C>ロCSD?"DoQ..ODis-Ds[>7-Do.存儲(chǔ)器容量為64M,字長(zhǎng)64位,模塊數(shù)m=8,分別用順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T=100ns,數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為64位,總線(xiàn)周期t=10ns.問(wèn)順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少?解:信息總量:q=64位X8=512位順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器讀出8個(gè)字的時(shí)間分別是：t2=mT=8X100ns=8X10-7(s)tl=T+(m-1)。=100+7X10=1.7X10-7(s)順序存儲(chǔ)器帶寬是：W2=q/t2=5124-(8X10-7)=64X107(位/S)交叉存儲(chǔ)器帶寬是：Wl=q/tl=5124-(1.7X1Q-7)=301X107(位/S).CPU執(zhí)行ー段程序時(shí),cache完成存取的次數(shù)為2420次,主存完成存取的次數(shù)為80次,已知cache存儲(chǔ)周期為40ns,主存存儲(chǔ)周期為240ns,求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。解:先求命中率hh=nc/(nc+nm)=2420?(2420+80)=0.968則平均訪問(wèn)時(shí)間為tata=0.968X40+(1-0.968)X240=46.4(ns)r=240+40=6cache/主存系統(tǒng)的效率為ee=l/[r+(l-r)X0.968]=86.2%.已知Cache存儲(chǔ)周期40ns,主存存儲(chǔ)周期200ns,Cache/主存系統(tǒng)平均訪問(wèn)時(shí)間為50ns,求Cache的命中率是多少?解:*.*ta=tcXh+trX(1-h)h=(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.94.主存容量為4MB,虛存容量為1GB,則虛存地址和物理地址各為多少位?如頁(yè)面大小為4KB,則頁(yè)表長(zhǎng)度是多少?解:已知主存容量為4MB,虛存容量為1GB,/222=4M.??物理地址為22位又V23O=1G.?.虛擬地址為30位頁(yè)表長(zhǎng)度為1GB+4KB=230+212=218=256K.假設(shè)主存只有a,b,c三個(gè)頁(yè)框,組成a進(jìn)c出的FIFO隊(duì)列,進(jìn)程訪問(wèn)頁(yè)面的序列是0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2號(hào)。用列表法求采用LRU替換策略時(shí)的命中率。解:頁(yè)面訪問(wèn)序列01242302132LRUA01242302132B0124230213C011423021命中命中命中.,.命中率為n=—=27.3%.從下列有關(guān)存儲(chǔ)器的描述中,選擇出正確的答案:A.多體交叉存儲(chǔ)主要解決擴(kuò)充容量問(wèn)題;B.訪問(wèn)存儲(chǔ)器的請(qǐng)求是由CPU發(fā)出的;Cache與主存統(tǒng)ー編址,即主存空間的某一部分屬于Cache;Cache的功能全由硬件實(shí)現(xiàn)。解:D16.從下列有關(guān)存儲(chǔ)器的描述中,選擇出正確的答案:A,在虛擬存儲(chǔ)器中,外存和主存ー相同的方式工作,因此允許程序員用比主存空間大得多的外存空間編程;B,在虛擬存儲(chǔ)器中,邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址是由硬件實(shí)現(xiàn)的,僅在頁(yè)面失效時(shí)オ由操作系統(tǒng)將被訪問(wèn)頁(yè)面從外存調(diào)到內(nèi)存,必要時(shí)還要先把被淘汰的頁(yè)面內(nèi)容寫(xiě)入外存;C,存儲(chǔ)保護(hù)的目的是:在多用戶(hù)環(huán)境中,既要防止一個(gè)用戶(hù)程序出錯(cuò)而破壞系統(tǒng)軟件或其他用戶(hù)程序,又要防止一個(gè)用戶(hù)訪問(wèn)不是分配給他的主存區(qū),以達(dá)到數(shù)據(jù)安全和保密的要求。解:c第四章.ASCI!碼是7位,如果設(shè)計(jì)主存單元字長(zhǎng)為32位,指令字長(zhǎng)為12位,是否合理?為什么?解:指令字長(zhǎng)設(shè)計(jì)為12位不是很合理。主存單元字長(zhǎng)為32位,ー個(gè)存儲(chǔ)單元可存放4個(gè)ASCII碼,余下4位可作為ASCII碼的校驗(yàn)位（每個(gè)ASCII碼帶一位校驗(yàn)位）,這樣設(shè)計(jì)還是合理的。但是,設(shè)計(jì)指令字長(zhǎng)為12位就不合理了,12位的指令碼存放在字長(zhǎng)32位的主存單元中，造成19位不能用而浪費(fèi)了存儲(chǔ)空間。.假設(shè)某計(jì)算機(jī)指令長(zhǎng)度為20位,具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無(wú)操作數(shù)三類(lèi)指令形式,每個(gè)操作數(shù)地址規(guī)定用6位表示。問(wèn):若操作碼字段固定為8位,現(xiàn)已設(shè)計(jì)出m條雙操作數(shù)指令,n條無(wú)操作數(shù)指令,在此情況下,這臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以設(shè)計(jì)出多少條單操作數(shù)指令?解:這臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以設(shè)計(jì)出256-m-n條單操作數(shù)指令.指令格式結(jié)構(gòu)如下所示,試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。15 10 7 4 3 0OP目標(biāo)寄存器源寄存器解:指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下:①單字長(zhǎng)二地址指令;②操作碼0P可指定2砧64條指令;③RR型指令,兩個(gè)操作數(shù)均在寄存器中,源和目標(biāo)都是通用寄存器（可分別指定16個(gè)寄存器之ー）；@這種指令格式常用于算術(shù)邏輯類(lèi)指令。4.指令格式結(jié)構(gòu)如下所示,試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。15 10 7 4 3 0OP源寄存器變址寄存器偏彳多量（16位）解:指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下:①雙字長(zhǎng)二地址指令;②操作碼0P可指定ジ64條指令;③RS型指令,兩個(gè)操作數(shù)一個(gè)在寄存器中（16個(gè)寄存器之一），另ー個(gè)在存儲(chǔ)器中;（4）有效地址通過(guò)變址求得：E=（變址寄存器）土D,變址寄存器可有!6個(gè)。5.指令格式結(jié)構(gòu)如下所示,試分析指令格式及尋址方式特點(diǎn)。15 1211 98 65 32 0OP尋址方式|寄存器尋it方式|寄榻L 源地址 ル 目的地址解:指令格式及尋址方式特點(diǎn)如下：①單字長(zhǎng)二地址指令;操作碼0P可指定24=16條指令;有8個(gè)通用寄存器,支持8種尋址方式;可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、.一種單地址指令格式如下所示,其中I為間接特征,X為尋址模式,D為形式地址。I,X,D組成該指令的操作數(shù)有效地址E。設(shè)R為變址寄存器,R!為基值寄存器,PC為程序計(jì)數(shù)器,請(qǐng)?jiān)谙卤碇械谝涣形恢锰钊脒m當(dāng)?shù)膶ぶ贩绞矫Q(chēng)。OP I X D尋址方式名練iX盯效地址E①》)0E?D31E-<PC>+D③IUい《R〉+D④11E=(R］：+DLonL)1ID),D-0解:①直接尋址②相對(duì)尋址③變址尋址④基址尋址⑤間接尋址⑥基址間址尋址.某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位,主存容量為64K字,采用單字長(zhǎng)單地址指令,共有40條指令,試采用直接、立即、變址、相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式。解:40條指令需占用操作碼字段（0P）6位,這樣指令余下長(zhǎng)度為10位。為了覆蓋主存640K字的地址空間,設(shè)尋址模式（X）2位,形式地址（D）8位,其指令格式如下:15 10987 0OPXD尋址模式定義如下：X-00直接尋址有效地址E=D（直接尋址為256個(gè)存儲(chǔ)單元）X=01立即尋址D字段為操作數(shù)X=10變址尋址有效地址E=（RX）+D（可尋址64K個(gè)存儲(chǔ)單元）X=11相對(duì)尋址有效地址E=（PC）+D（可尋址64K個(gè)存儲(chǔ)單元）其中RX為變址寄存器（16位），PC為程序計(jì)數(shù)器（16位），在變址和相對(duì)尋址時(shí),位移量D可正可負(fù)。.某機(jī)字長(zhǎng)為32位,主存容量為1M,單字長(zhǎng)指令,有50種操作碼,采用頁(yè)面尋址、立即、直接等尋址方式。CPU中有PC,IR,AR,DR和!6個(gè)通用寄存器,頁(yè)面尋址可用PC高位部分與形式地址部分拼接成有效地址。問(wèn):（1）指令格式如何安排?（2）主存能劃分成多少頁(yè)面?每頁(yè)多少單元?（3）能否增加其他尋址方式?解:(1)依題意,指令字長(zhǎng)32位,主存1M字,需20位地址A19-A0。50種操作碼,需6位OP,指令尋址方式Mode為2位,指定寄存器Rn需4位。設(shè)有單地址指令、雙地址指令和零地址指令,現(xiàn)只討論前二種指令。單地址指令的格式為:31 262524232019 00PModeRnDMode=00時(shí)為立即尋址方式,指令的23-0位為立即數(shù);Mode-01時(shí)為直接尋址方式,指令的19—0位為有效地址。雙地址指令的格式為:31 26252423201918171413 0OPModelRnMode2RnDModel=01時(shí)為寄存器直接尋址方式,操作數(shù)S=(Rn)；Model-11時(shí)為寄存器間址尋址方式,有效地址E-(Rn)。Mode2-00時(shí)為立即尋址方式,指令的13-0位為立即數(shù);Mode2-01時(shí)為頁(yè)面尋址方式;Mode2-10時(shí)為變址尋址方式,E=(Rn)+D；Mode2-ll時(shí)為變址間址尋址方式,E-((Rn)+D)o(2)由于頁(yè)面尋址方式時(shí),D為14位,所以頁(yè)面大小應(yīng)為2“=16K字,則1M字可分為26=64個(gè)頁(yè)面?？捎蒔C的高6位指出頁(yè)面號(hào)。（3）能增加其它尋址方式,例上述間址方式、變址間址尋址方式。14.從以下有關(guān)RISC的描述中,選擇正確答案。A.采用RISC技術(shù)后,計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到早期的比較簡(jiǎn)單的情況。B.為了實(shí)現(xiàn)兼容,新設(shè)計(jì)的RISC,是從原來(lái)CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一部分實(shí)現(xiàn)的。RISC的主要目標(biāo)是減少指令數(shù),提高指令執(zhí)行效率。RISC設(shè)有乘、除法指令和浮點(diǎn)運(yùn)算指令。解:C15.根據(jù)操作數(shù)所在位置,指出其尋址方式（填空）：（1）操作數(shù)在寄存器中,為（A）尋址方式。（2）操作數(shù)地址在寄存器,為（B）尋址方式。（3）操作數(shù)在指令中,為（C）尋址方式。（4）操作數(shù)地址（主存）在指令中,為（D）尋址方式（5）操作數(shù)的地址,為某ー寄存器內(nèi)容與位移量之和可以是（E,F,G）尋址方式。解:A：寄存器直接;B：寄存器間接;C；立即;D:直接;D:直接;E;相對(duì);F:基值;G:變址第五章.請(qǐng)?jiān)诶ㄌ?hào)內(nèi)填入適當(dāng)答案。在CPU中:(1)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的寄存器是(指令寄存器IR)；(2)保存當(dāng)前正要執(zhí)行的指令地址的寄存器是(程序計(jì)數(shù)器PC)；(3)算術(shù)邏輯運(yùn)算結(jié)果通常放在(通用寄存器)和(數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR)。.參見(jiàn)下圖(課本P166圖5.15)的數(shù)據(jù)通路。畫(huà)出存數(shù)指令"STAR1,(R2)"的指令周期流程圖,其含義是將寄存器R1的內(nèi)容傳送至(R2)為地址的主存單元中。標(biāo)出各微操作信號(hào)序列。圖B12.圖B12.1解:〃STARI,(R2)〃指令是一條存數(shù)指令,其指令周期流程圖如下圖所示:PCd,PCd,G,AR,R屈ニR.參見(jiàn)課本P166圖5.15的數(shù)據(jù)通路,畫(huà)出取數(shù)指令"LDA(R3),R0”的指令周期流程圖,其含義是將(R3)為地址的主存單元的內(nèi)容取至寄存器R0中,標(biāo)出各微操作控制信號(hào)序列。5.如果在ー個(gè)CPU周期中要產(chǎn)生3個(gè)脈沖Tl=200ns,T2=400ns,T3=200ns,試畫(huà)出時(shí)序產(chǎn)生器邏輯圖。解:節(jié)拍脈沖Tl,T2,T3的寬度實(shí)際等于時(shí)鐘脈沖的周期或是它的倍數(shù),此時(shí)Tl=T3=200ns,T2=400ns,所以主脈沖源的頻率應(yīng)為f=1/Tl=5MHZ〇為了消除節(jié)拍脈沖上的毛刺,環(huán)型脈沖發(fā)生器可采用移位寄存器形式。下圖畫(huà)出了題目要求的邏輯電路圖和時(shí)序信號(hào)關(guān)系。根據(jù)關(guān)系,節(jié)拍脈沖Tl,T2,T3的邏輯表達(dá)式如下:Tl=C1?區(qū),T2=區(qū),T3=百R 尸 I j 1 !」.假設(shè)某機(jī)器有80條指令,平均每條指令由4條微指令組成,其中有一條取指微指令是所有指令公用的。已知微指令長(zhǎng)度為32位,請(qǐng)估算控制存儲(chǔ)器容量。解:微指令條數(shù)為:（4-1）X80+l=241條取控存容量為:256X32位=1KB.某ALU器件使用模式控制碼M,S3,S2,SI,C來(lái)控制執(zhí)行不同的算術(shù)運(yùn)算和邏輯操作。下表列出各條指令所要求的模式控制碼,其中y為ニ進(jìn)制變量,F為0或1任選。試以指令碼(A,B,H,D,E,F,G)為輸入變量,寫(xiě)出控制參數(shù)M,S3,S2,SI,C的邏輯表達(dá)式。指令碼MS3S2S1CA,B00110H,D01101E0010yF0111YG1011①解:M=GS3=H+D+FS2=lS1=H+D+EC=H+D+(E+F)y8.某機(jī)有8條微指令I(lǐng)1-I8,每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。a-j分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段為8位,請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。解:經(jīng)分析,（e,f,h）和（b,i,j）可分別組成兩個(gè)小組或兩個(gè)字段,然后進(jìn)行譯碼,可得六個(gè)微命令信號(hào),剩下的a,c,d,g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制,其整個(gè)控制字段組成如下:11.已知某機(jī)采用微程序控制方式,其控制存儲(chǔ)器容量為512X48（位）。微程序可在整個(gè)控制存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移,可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共4個(gè),微指令采用水平型格式,后繼微指令地址采用斷定方式。請(qǐng)問(wèn):（1）微指令中的三個(gè)字段分別應(yīng)為多少位?（2）畫(huà)出圍繞這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。解:（1）假設(shè)判別測(cè)試字段中每一位作為ー個(gè)判別標(biāo)志,那么由于有4個(gè)轉(zhuǎn)移條件,故該字段為4位;又因?yàn)榭卮嫒萘繛?12單元,所以下地址字段為9位,。微命令字段則是:（48-4-9）=35位。（2）對(duì)應(yīng)上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖如下圖所示。其中微地址寄存器對(duì)應(yīng)下地址字,P字段即為判別測(cè)試字段,控制字段即為微命令字段,后兩部分組成微指令寄存器。地 址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器的0P碼、各種狀態(tài)條件以及判別測(cè)試字段所給的判別標(biāo)志（某一位為1）,其輸出用于控制修改微地址寄存器的適當(dāng)位數(shù),從而實(shí)現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移 （此例微指令的后繼地址采用斷定方式）。12.今有4級(jí)流水線(xiàn)分別完成取值、指令譯碼并取數(shù)、運(yùn)算、送結(jié)果四步操作,今假設(shè)完成各步操作的時(shí)間依次為100ns,100ns,80ns,50ns〇請(qǐng)問(wèn):(1)流水線(xiàn)的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少?(2)若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān),而且在硬件上不采取措施,那么第二條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)行。(3)如果在硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn),至少需推遲多少時(shí)間?解:(1)流水線(xiàn)的操作時(shí)鐘周期t應(yīng)按四步操作中最長(zhǎng)時(shí)間來(lái)考慮,所以t=100ns；(2)兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突情況:：ADDR1,R2,R3;R2+R3-R1SUBR4,R1,R5;RI-R5-R4兩條指令在流水線(xiàn)中執(zhí)行情況如下表所示:、時(shí)鐘扌1234567ADDIFIDEXWBSUBIFIDEXWB不采取措施IFIDEXWB采取措施IFIDEXWBADD指令在時(shí)鐘4時(shí)オ將結(jié)果寫(xiě)入寄存器R1中,但SUB指令在時(shí)鐘3時(shí)就需讀寄存器R1了,顯然發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān),不能讀到所需數(shù)據(jù),只能等待。如果硬件上不采取措施,第2條指令SUB至少應(yīng)推遲2個(gè)操作時(shí)鐘周期,即t=2X100ns=200ns；⑶如果硬件上加以改進(jìn)(采取旁路技術(shù)),這樣只需推遲1個(gè)操作時(shí)鐘周期就能得到所需數(shù)據(jù),即t=100nso.用定量描述法證明流水計(jì)算機(jī)比非流水計(jì)算機(jī)具有更高的吞吐率。解:衡量并行處理器性能的ー個(gè)有效參數(shù)是數(shù)據(jù)帶寬(最大吞吐量),它定義為單位時(shí)間內(nèi)可以產(chǎn)生的最大運(yùn)算結(jié)果個(gè)數(shù)。設(shè)P1是有總延時(shí)T1的非流水處理器,故其帶寬為1/T1。又設(shè)Pm是相當(dāng)于Plm段流水處理器延遲時(shí)間Tr,故Pm的帶寬為1/(Tc+Tr)〇如果Pm是將P1劃分成相同延遲的若干段形成的,則T1のmTc因此P1的帶寬接近于1/mTc,由此可見(jiàn),當(dāng)mTc>Tc+Tr滿(mǎn)足時(shí),Pm比Pl具有更大的帶寬。.流水線(xiàn)中有三類(lèi)數(shù)據(jù)相關(guān)沖突:寫(xiě)后讀(RAW)相關(guān);讀后寫(xiě)(WAR)相關(guān);寫(xiě)后寫(xiě)(WAW)相關(guān)。判斷以下三組指令各存在哪種類(lèi)型的數(shù)據(jù)相關(guān)。IlLADRI,A；M(A)-RI,M(A)是存儲(chǔ)器單元12ADDR2,RI；(R2)+(RI)-R213ADDR3,R4；(R3)+(R4)-R314MULR4,R5；(R4)X(R5)-*R415LADR6,B；M(B)-R6,M(B)是存儲(chǔ)器單元16MULR6,R7；(R6)X(R7)-*R6解:(1)寫(xiě)后讀(RAW)相關(guān);(2)讀后寫(xiě)(WAR)相關(guān),但不會(huì)引起相關(guān)沖突;(3)寫(xiě)后讀(RAW)相關(guān)、寫(xiě)后寫(xiě)(WAW)相關(guān)17.參考教科書(shū)圖5.42所示的超標(biāo)量流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)模型,現(xiàn)有如下6條指令序列:IlLADRI,B;M(B)-RI,M(B)是存儲(chǔ)器單元12SUBR2,RI;(R2)-(R1)-R213MULR3,R4;(R3)X(R4)-R314ADDR4,R5;(R4)+(R5)-R415LADR6,A;M(A)-*R6,M(A)是存儲(chǔ)器單元16ADDR6,R7;(R6)+(R7)-R6請(qǐng)畫(huà)出:(1)按序發(fā)射按序完成各段推進(jìn)情況圖。(2)按序發(fā)射按序完成的流水線(xiàn)時(shí)空?qǐng)D。

解:（1）譯書(shū)股執(zhí)行段寫(xiě)回段07卿1112212113131412114151612 141351615141312615161413715161314856789 101.比較單總線(xiàn)、雙總線(xiàn)、三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。3.用異步通信方式傳送字符"A"和”8〃,數(shù)據(jù)有7位,偶校驗(yàn)1位。起始位1位,停止位1位,請(qǐng)分別畫(huà)出波形圖。解:字符A的ASCH碼為41H=1000001B；字符8的ASCII碼為38H=0111000B；串行傳送波形圖為:BIOOOOOICSBOOO1'1"10C1空閑位