《計(jì)算機(jī)組成原理》18章部分課后答案.ppt
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1、第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論,,2020年7月23日星期四,2,,4. 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?,馮諾依曼計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想 存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行 馮諾依曼計(jì)算機(jī)主要包括 存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入和輸出五部分組成,2020年7月23日星期四,3,5. 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?,存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)器所能保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的總數(shù); 常用單位為KB、MB等。 單元地址 用于識(shí)別存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào),即單元地址。 數(shù)據(jù)字 表示計(jì)算機(jī)所要處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)字,稱為數(shù)據(jù)字。 指令字 表示一條指令的計(jì)算機(jī)字,稱為指令字。,2020年7
2、月23日星期四,4,,6. 什么是指令?什么是程序?,指令 由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成 能夠表示計(jì)算機(jī)中的一個(gè)基本操作的代碼或二進(jìn)制串。 程序 用于求解某一問(wèn)題的一串指令序列,稱為該問(wèn)題的計(jì)算程序,簡(jiǎn)稱為程序。,2020年7月23日星期四,5,7. 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)?,計(jì)算機(jī)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠指令的執(zhí)行階段來(lái)決定的; 在取指階段,從存儲(chǔ)器中讀取的均是CPU要執(zhí)行的指令; 在執(zhí)行階段,從存儲(chǔ)器中讀取的一定是指令執(zhí)行所需要的操作數(shù);,2020年7月23日星期四,6,8. 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。,內(nèi)存: 用于存
3、放系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,稱為內(nèi)存儲(chǔ)器,簡(jiǎn)稱內(nèi)存; 外存 用于存放程序和數(shù)據(jù),但不能被CPU直接訪問(wèn)的大容量存儲(chǔ)器,稱為外存儲(chǔ)器,簡(jiǎn)稱為外存; 外存一般包括磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器。 CPU 運(yùn)算器和控制器合稱為中央處理器,簡(jiǎn)稱CPU。 適配器 主機(jī)和不同速度的外設(shè)之間的一種部件,用于主機(jī)和外設(shè)之間的信息轉(zhuǎn)換。,第2章 運(yùn)算方法和運(yùn)算器,,2020年7月23日星期四,8,,1. 用8位編碼表示下列各整數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼。,2020年7月23日星期四,9,若a7 0,則X為正數(shù),顯然a0 a6取任何值均可。 若a7 1,則X為負(fù)數(shù),X移0. a6 a5 a0 0.5D =
4、0.100000B,則0.5D 移0.100000 若要X0.5,即等價(jià)于X移 0.5D 移 即0. a6 a5 a00.100000,因此必須是a5 a0不全為0。 結(jié)論: 如果a7 0, a6 a0取任何值均可; 如果a7 1 ,必須滿足a6 =1 且a5 a0不全為0。,2. 設(shè)X補(bǔ)a7.a6 a5 a0 ,其中ai 取0或1, 若要X-0.5,求a0 a1 a2 a7 的取值。,2020年7月23日星期四,10,,3. 有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù),符號(hào)位1位;階碼8位,用移碼表示;尾數(shù)23位,用補(bǔ)碼表示;基數(shù)為2。請(qǐng)寫出:(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
5、化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍。,設(shè)移碼采用移128碼,且機(jī)器數(shù)格式如右: 最大值(最大正數(shù)) 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 即 x = (1-2-23) * 2127 二進(jìn)制表示: x = (1-0.0000 0000 0000 0000 0000 001) * 2111 1111 最小值(最小負(fù)數(shù)) 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即 x = 1 * 2127 二進(jìn)制表示: x = -1* 2111 1111,2020年7月23日星期四,11,,3. 有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù),符號(hào)位1位;階碼8
6、位,用移碼表示;尾數(shù)23位,用補(bǔ)碼表示;基數(shù)為2。請(qǐng)寫出:(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。,設(shè)移碼采用移128碼,且機(jī)器數(shù)格式如右: 規(guī)格化數(shù)表示范圍 最大正數(shù): 0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111 即 x = (1-2-23) * 2127 最小正數(shù): 0 0000 0000 100 0000 0000 0000 0000 0000 即 x = 2-1 * 2-128 最大負(fù)數(shù): 1 0000 0000 011 1111 1111 1111 1111 1111 即
7、 x = -(2-1+2-23) * 2-128 最小負(fù)數(shù): 1 1111 1111 000 0000 0000 0000 0000 0000 即 x = 1 * 2127 規(guī)格化的正數(shù)范圍2-129 (1-2-23) * 2127 負(fù)數(shù)范圍2127 (2-1+2-23) * 2-128,2020年7月23日星期四,12,4、將下列十進(jìn)制數(shù)表示成IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)。,27/64 27/64 = 0.011011B = 1.1011 * 2-2 e=2,則Ee127125 規(guī)格化數(shù) 27/64 27/64 =0.011011B =1.1011 * 2-2 規(guī)格化數(shù)
8、,2020年7月23日星期四,13, y補(bǔ) 00.00011,5、已知x和y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy,同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。,x=0.11011 y=0.00011 x補(bǔ)00.11011 ,y補(bǔ)00.00011 x+y補(bǔ)00.11110,未溢出 x+y = +0.11110,,,,x補(bǔ) 00.11011,00.11110,2020年7月23日星期四,14,x=0.11011 y=0.10101 x補(bǔ)00.11011 ,y補(bǔ)11.01011 x+y補(bǔ) 00.00110 ,未溢出 x+y = +0.00110, y補(bǔ) 11.01011,5、已知x和y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy,同時(shí)指出結(jié)
9、果是否溢出。,,,,x補(bǔ) 00.11011,00.00110,2020年7月23日星期四,15,x=0.10110 y=0.00001 x補(bǔ)11.01010 ,y補(bǔ)11.11111 x+y補(bǔ) 11.01001 ,未溢出 x+y = - 0.10111, y補(bǔ) 11.11111,5、已知x和y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy,同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。,,,,x補(bǔ) 11.01010,11.01001,2020年7月23日星期四,16,6、已知x和y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy,同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。,x=0.11011 y=0.11111 x補(bǔ)00.11011,y補(bǔ) 00.11111 x-y溢出(上溢),,
10、,,x補(bǔ) 00.11011, y補(bǔ) 00.11111,01.11010,2020年7月23日星期四,17,6、已知x和y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy,同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。,x=0.10111 y=0.11011 x補(bǔ)00.10111,y補(bǔ) 11.00101 x-y補(bǔ) 11.11100 ,未溢出 x-y = - 0.00100,,,,x補(bǔ) 00.10111, y補(bǔ) 11.00101,11.11100,2020年7月23日星期四,18,6、已知x和y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算xy,同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。,x=0.11011 y=0.10011 x補(bǔ)00.11011,y補(bǔ) 00.10011 x-y補(bǔ)
11、溢出(上溢),,,,x補(bǔ) 00.11011, y補(bǔ) 00.10011,01.01110,2020年7月23日星期四,19,7、用原碼陣列乘法器計(jì)算xy。,x11011 y11111 機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù): x補(bǔ)0 11011 y補(bǔ)1 00001 符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算: 011 算前求補(bǔ)器輸出: |x|=11011 |y|=11111 乘法陣列: |x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求補(bǔ)器輸出: xy補(bǔ) 1 0010111011 xy = - 1101000101,1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0
12、1 1,1 1 0 1 0 0 0 1 0 1, 1 1 1 1 1,,,,,1 1 0 1 1,2020年7月23日星期四,20,7、用原碼陣列乘法器計(jì)算xy。,x11111 y11011 機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù): x補(bǔ) 1 00001 y補(bǔ) 1 00101 符號(hào)位單獨(dú)考慮:110 算前求補(bǔ)器輸出: |x|= 11111 |y|= 11011 乘法陣列: |x| |y| 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求補(bǔ)輸出: xy補(bǔ) 0 1101000101 xy = 0 1101000101,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1
13、1 1 1 1 1 1,1 1 0 1 0 0 0 1 0 1, 1 1 0 1 1,,,,,1 1 1 1 1,2020年7月23日星期四,21,9-1、x=2-0110.100101,y=2-010(-0.011110),求x+y,設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮 11 101,00.100101 y浮 11 110,11.100010 1)求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)Ey補(bǔ)11 101 00 01011 111 修改后的x表示為: x浮 11 110,0.010010(1) 2)尾數(shù)求和 MS= Mx+My =11 . 1101 00 (1) 3)規(guī)格化處理
14、執(zhí)行2次左規(guī)處理, MS= 11 . 0 1 0 0 1 0 (0), ES= 11 100 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結(jié)果為 xy2100(0.101110),00. 0 1 0 0 1 0, 11. 1 0 0 0 1 0,11 . 1 1 0 1 0 0,,采用0舍1入法處理,則舍去0,階碼符號(hào)位為11,不溢出,2020年7月23日星期四,22,9-1、x=2-0110.100101,y=2-010(-0.011110),求x-y,設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮 11 101,00.100101 y浮 11 110,11.100010 1)求階差并對(duì)階 EExE
15、yEx補(bǔ)Ey補(bǔ)11 101 00 01011 111 修改后的x表示為: x浮 11 110,0.010010 (1) 2)尾數(shù)求差 MS= Mx My =00. 110000 (1) 3)規(guī)格化處理 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結(jié)果為 xy20100. 110001,00. 0 1 0 0 1 0, 00. 0 1 1 1 1 0,00. 1 1 0 0 0 0,,采用0舍1入法處理,則進(jìn)位,MS= 00.110001,階碼符號(hào)位為11,不溢出,My補(bǔ),Mx補(bǔ),不需規(guī)格化,2020年7月23日星期四,23,9-2、x=2-101(-0.010110)、y=2-1000.0
16、10110 ,求x+y,設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮11 011,11.101010 y浮11 100 ,00.010110 1)求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)Ey補(bǔ)11 011 00 10011 111 即E為1,x的階碼小,應(yīng)使Mx右移1位,Ex加1, x浮 11 100,1.110101 (0) 2)尾數(shù)求和 MS= Mx+My =00. 0 0 1 0 1 1 (0) 3)規(guī)格化處理 執(zhí)行2次左規(guī)處理, MS= 00 . 1 0 1 0 0 0 (0),ES= 11 010 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結(jié)果為 xy2110(0.101100),1
17、1. 1 1 0 1 0 1 (0), 00. 0 1 0 1 1 0,00. 0 0 1 0 1 1 (0),,采用0舍1入法處理,則舍去0,階碼符號(hào)位為11,不溢出,2020年7月23日星期四,24,9-2、 x=2-101(-0.010110) y=2-1000.010110 ,求x-y,設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x浮11 011,11.101010 y浮11 100 ,00.010110 1)求階差并對(duì)階 EExEyEx補(bǔ)Ey補(bǔ)11 011 00 10011 111 即E為1,x的階碼小,應(yīng)使Mx右移1位,Ex加1, x浮 11 100,1.110101 (0)
18、2)尾數(shù)求差 MS= Mx-My =11. 0 1 1 1 1 1 (0) 3)規(guī)格化處理 4)舍入處理 5)判溢出 故得最終結(jié)果為 xy 2100(0.100001),11 . 1 1 0 1 0 1, 11. 1 0 1 0 1 0,11. 0 1 1 1 1 1,,My補(bǔ),Mx補(bǔ),采用0舍1入法處理,則舍去0,階碼符號(hào)位為11,不溢出,不需規(guī)格化,第3章 內(nèi)部存儲(chǔ)器,2020年7月23日星期四,26,1、設(shè)有一個(gè)具有20位地址和32位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器,問(wèn):,該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少字節(jié)的信息? 存儲(chǔ)容量 = 存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)每單元字節(jié)數(shù) = 22032 bit 如果存儲(chǔ)器有512K8位SRAM
19、芯片組成,需要多少片? 需要做存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展; 位擴(kuò)展:4片512K8位芯片構(gòu)成512K32位的存儲(chǔ)組; 字?jǐn)U展:2組512K32位存儲(chǔ)組構(gòu)成1M32位的存儲(chǔ)器; 因此,共需要24=8片給定的SRAM芯片 需要多少位地址做芯片選擇? 字?jǐn)U展的是2個(gè)存儲(chǔ)組,因此,需1位地址做片選。,2020年7月23日星期四,27,由16K8位的芯片字位擴(kuò)展構(gòu)成64K32位的存儲(chǔ)器; 位擴(kuò)展:由4片16K8位的芯片構(gòu)成16K32位的存儲(chǔ)組; 字?jǐn)U展:由4組16K32位存儲(chǔ)組構(gòu)成16K32位的存儲(chǔ)器; 因此,4個(gè)存儲(chǔ)組的片選信號(hào)應(yīng)由最高兩位地址A14和A15產(chǎn)生; 該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖如下:,3、用16K8
20、位的DRAM芯片構(gòu)成64K32位存儲(chǔ)器,問(wèn):(1)畫出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。,2020年7月23日星期四,28,位擴(kuò)展,/CS,/WE,2020年7月23日星期四,29,字?jǐn)U展,/WE,A13A0,D31D0,,/MREQ,,,A14,A15,2020年7月23日星期四,30,3、用16K8的DRAM芯片構(gòu)成64K32位存儲(chǔ)器,要求:(2)設(shè)儲(chǔ)器讀/寫周期為0.5s,CPU在1s內(nèi)至少要訪問(wèn)一次。試問(wèn)采用哪種方式比較合理??jī)纱嗡⑿碌淖畲髸r(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?,假定16K8位的DRAM芯片的存儲(chǔ)矩陣是128行(1288)列; 若集中刷新,則有128行0
21、.5us=64us的死時(shí)間,不合適; 若分散刷新,則每訪存一次需要1us,也不合適; 所以,應(yīng)采用異步式刷新方式。 假定DRAM芯片的刷新周期為2ms 兩行的刷新間隔為:2ms/128 = 0.015625ms=15.625us 若取15.5us作為實(shí)際的刷新間隔 刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為: 15.5us1281984us = 1.984ms,2020年7月23日星期四,31,6、用32K8位的EPROM芯片組成128K16位的只讀存儲(chǔ)器,試問(wèn):,數(shù)據(jù)寄存器多少位? 因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)總線為16位,所以數(shù)據(jù)寄存器16位 地址寄存器多少位? 因?yàn)榇鎯?chǔ)器容量為128K,需系統(tǒng)地址總線17位, 所以
22、地址寄存器17位 共需多少個(gè)EPROM芯片? 所需芯片總數(shù): (128K/32K)(16/8)=8片,2020年7月23日星期四,32,6、用32K8位的EPROM芯片組成128K16位的只讀存儲(chǔ)器,試問(wèn):(4)畫出此存儲(chǔ)器的組成框圖。,2020年7月23日星期四,33,8、設(shè)存儲(chǔ)器容量為64M,字長(zhǎng)為64位,模塊數(shù)m=8,分別用順序和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T=100ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位,總線傳送周期=50ns。求:順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少?,順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出m=8個(gè)字的數(shù)據(jù)信息量為: q = 864 = 512位 順序存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為 t1 = mT
23、=8100ns =800ns =810-7s 故順序存儲(chǔ)器的帶寬為 W1= q/t1 = 512/(810-7) = 64107bit/s 交叉存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為 t2 = T+ (m-1)= 100ns + (8-1)50ns = 450ns =4.510-7s 故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為 W1= q/t2 = 512/(4.510-7) = 113.8107bit/s,2020年7月23日星期四,34,9、CPU執(zhí)行一段程序時(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
24、。,命中率 h = Nc/(Nc+Nm) = 2420/(2420+80) = 0.968 主存與Cache的速度倍率 r = tm/tc = 240ns/40ns = 6 訪問(wèn)效率 e = 1/(r+(1-r)h) = 1/(6+(1-6)0.968) = 86.2% 平均訪問(wèn)時(shí)間 ta = tc/e = 40ns/0.862 = 46.4ns,2020年7月23日星期四,35,10、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?,由 ta = htc+(1-h)tm,可得,2020年7月23日星期四,36,1
25、3、一個(gè)組相聯(lián)Cache由64個(gè)行組成,每組4行。主存儲(chǔ)器包含4K個(gè)塊,每塊128字。請(qǐng)表示內(nèi)存地址的格式。,組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下: 每塊128字,假定主存以字進(jìn)行組織 塊內(nèi)的字地址需要7位 Cache由64個(gè)行組成,每組4行 Cache中共包含16組,需4位組號(hào) 主存包含4K個(gè)塊 主存塊號(hào)為12位 主存標(biāo)記位有124=8位,7位,4位,8位,2020年7月23日星期四,37,14、某機(jī)主存容量1MB,字長(zhǎng)1B,塊大小16B,Cache容量64KB,若Cache采用直接映射方式,請(qǐng)給出2個(gè)不同標(biāo)記的內(nèi)存地址,它們映射到同一個(gè)Cache行。,直接映射下的主存地址格式如下: 每塊16B
26、塊內(nèi)的字節(jié)地址需要4位 Cache容量64KB 共包含4K行 Cache塊號(hào)12位 主存容量1MB 主存地址20位 主存標(biāo)記位20124 = 4位 兩個(gè)滿足題目要求的主存地址: 0000 1001 0000 1110 0000 0001 1001 0000 1110 0000,4位,12位,4位,2020年7月23日星期四,38,15、假設(shè)主存容量16M32位,Cache容量64K32位,主存與Cache之間以每塊432位大小傳送數(shù)據(jù),請(qǐng)確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù),并畫出主存地址格式。,直接映射下的主存地址格式如下: 每塊4字 塊內(nèi)的字地址需要2位 Cache容量64KB Cache共包含16
27、K個(gè)塊 Cache塊號(hào)需要14位 主存16MB 主存地址為24位 主存標(biāo)記位有24142 = 8位,2位,14位,8位,第4章 指令系統(tǒng),,2020年7月23日星期四,40,3、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示,試分析指令格式與尋址方式特點(diǎn)。,單字長(zhǎng)雙地址碼的RR型指令。 操作碼6位,系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令。 源、目的操作數(shù)只能采用寄存器尋址方式。,2020年7月23日星期四,41,4、指令格式結(jié)構(gòu)如下所示,試分析指令格式與尋址方式特點(diǎn)。,雙字長(zhǎng)雙地址碼的RS型指令。 操作碼6位,系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令。 源操作數(shù)只能使用寄存器尋址方式;目的操作數(shù)只能使用變址尋址方式; 其中,變址寄存器可
28、使用16個(gè)通用寄存器之一;偏移量為16位。,2020年7月23日星期四,42,6、一種單地址指令格式如下所示,R變址寄存器,R1基址寄存器,PC程序計(jì)數(shù)器,填寫下列尋址方式。,2020年7月23日星期四,43,7、某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為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。,40條指令 指令操作碼需6位,26=64,其中24種編碼未用; 4種尋址方式 尋址特征需2位; 單字長(zhǎng)單地址指令 剩余8位作為形式地址; 設(shè)計(jì)方案: 方案1:專用變址寄存器; 方案2:通用寄存器作為變址寄存器;,2020年7月23日星期四,44,方案
29、1:專用變址寄存器,各操作數(shù)的尋址范圍: 立即數(shù)尋址方式 指令中的立即數(shù)不能超過(guò)8位; 直接尋址方式 直接地址為8位,可直接尋址范圍為28個(gè)單元; 變址尋址方式 E=(R)+D,其中變址寄存器R為16位; 由于主存容量64K字,可直接尋址整個(gè)主存空間; 相對(duì)尋址方式 E=(PC)+D,可直接尋址整個(gè)主存空間;,2020年7月23日星期四,45,方案2:通用寄存器作為變址寄存器,各操作數(shù)的尋址范圍: 立即數(shù)尋址方式 指令中的立即數(shù)不能超過(guò)4位; 直接尋址方式 直接地址為4位,可直接尋址范圍為24個(gè)單元; 變址尋址方式 E=(R)+D,其中變址寄存器R為16位; 由于主存容量64K字,可直接尋址整
30、個(gè)主存空間; 相對(duì)尋址方式 E=(PC)+D,可直接尋址整個(gè)主存空間;,2020年7月23日星期四,46,9、某機(jī)字長(zhǎng)為32位,CPU中有16個(gè)32位通用寄存器,設(shè)計(jì)一種能容納64種操作的指令系統(tǒng),如果采用通用寄存器作為基址寄存器,則RS型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少?,指令格式 64種操作 操作碼占6位; 16個(gè)通用寄存器一個(gè)操作數(shù)和基址寄存器各占4位; 單字長(zhǎng)指令 形式地址占32 6 4 4 = 18位; 操作數(shù)S的地址E (R1)D,其中R1為32位的; 若系統(tǒng)的地址總線32位,則可尋址整個(gè)主存; 若系統(tǒng)的地址總線32位,則可尋址的最大存儲(chǔ)空間為232+218,6位,4位,4位,18位,20
31、20年7月23日星期四,47,12、根據(jù)操作數(shù)所在的位置,指出其尋址方式。,操作數(shù)在寄存器中,為 尋址方式; 操作地址在寄存器,為 尋址方式; 操作數(shù)在指令中,為 尋址方式; 操作數(shù)地址(主存)在指令中,為 方式; 操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和,可以是 尋址方式;,寄存器,寄存器間接,立即數(shù),直接尋址,相對(duì),基址,變址,第5章 中央處理機(jī),,2020年7月23日星期四,49,2、參見圖5.15的數(shù)據(jù)通路,畫出存數(shù)指令STO R1,(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)為地址的數(shù)存單元中。,,,,指令 地址
32、,,,指令,,,數(shù)據(jù)單元,,,數(shù)據(jù) 地址,,數(shù)據(jù),2020年7月23日星期四,50,存數(shù)指令STO R1,(R2),,(PC)AR,,(M)DR,,(DR)IR,,譯碼,(R2)AR,,(R1)DR,,DRMM,,取指周期,執(zhí)行周期,PC0 G ARi,DR0 G IRi,R20 G ARi,R10 G DRi,2020年7月23日星期四,51,3、參見圖5.15的數(shù)據(jù)通路,畫出取數(shù)指令LAD (R3),R0的指令周期流程圖,其含義是將(R3)為地址數(shù)存單元的內(nèi)容取至寄存器R0中。,,,指令 地址,,,,指令,,,數(shù)據(jù),,,數(shù)據(jù) 地址,,2020年7月23日星期四,52,取數(shù)指令LAD (R3
33、),R0的指令周期,,(PC)AR,,(M)DR,,(DR)IR,,譯碼,(R3)AR,,MMDR,,DRR0,,取指周期,執(zhí)行周期,PC0 G ARi,DR0 G IRi,R30 G ARi,DR0 G R0i,2020年7月23日星期四,53,6、假設(shè)某機(jī)器有80條指令,平均每條指令有4條微指令組成,其中有一條取值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。,微指令的數(shù)目為803+1=241條; 微指令字長(zhǎng)為32/8=4字節(jié); 故,控制存儲(chǔ)器的容量為 2414=964字節(jié) 該容量為控制存儲(chǔ)器的最小容量。,2020年7月23日星期四,54,8、某機(jī)有8條指令I(lǐng)1I8
34、,每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。aj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僅為8位,請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。,微命令數(shù)目操作控制字段,則采用混合表示法設(shè)計(jì)微指令; 從左表中選擇互斥的微操作; a命令:與i互斥 b命令:與f、g、i、j互斥 c命令:與f、j互斥 d命令:與i、j互斥 e命令:與f、h、j互斥 f命令:與b、c、e、h、i、j互斥 g命令:與b、h、j互斥 h命令:與e、f、g、i互斥 i命令:與a、b、d、f、h、j互斥 j命令:與b、c、d、e、f、g、i互斥 互斥信號(hào)組 e、f、h和b、i、j e、f、h和d、i、j e、f、h和b、
35、g、j i、f、h和b、g、j,2020年7月23日星期四,55,8、某機(jī)有8條指令I(lǐng)1I8,每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示。aj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僅為8位,請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。,解法1: 將 (d, i, j)和(e, f, h)分別組成兩個(gè)小組,進(jìn)行譯碼,可得六個(gè)微命令信號(hào),剩下的a, b, c, g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制,其整個(gè)控制字段組成如右圖所示: 解法2: 將 (b, i, j)和(e, f, h)分別組成兩個(gè)小組,進(jìn)行譯碼,可得六個(gè)微命令信號(hào),剩下的a, b, c, 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
36、組成如右圖所示:,注意:00表示兩位均不產(chǎn)生控制信號(hào),2020年7月23日星期四,56,12、今有4級(jí)流水線,分別完成取指、指令譯碼并取數(shù)、運(yùn)算、送結(jié)果四步操作。假設(shè)完成各步操作的時(shí)間依次為100ns、100ns、80ns、50ns。請(qǐng)問(wèn):,流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少? 流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來(lái)考慮,即流水線時(shí)鐘周期性 ,故取100ns。 若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān),硬件上不采取措施,那么第2條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)行? 遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí),就推遲第2條指令的執(zhí)行; 要推遲到所需讀取的數(shù)據(jù)已產(chǎn)生為止,因此至少需要延遲2個(gè)時(shí)鐘周期。 如果再硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn),至少需推遲多少時(shí)間? 如
37、采用專用通路技術(shù),應(yīng)保證取數(shù)之前結(jié)果已計(jì)算出來(lái); 因此,至少需要延遲1個(gè)時(shí)鐘周期。,流水時(shí)空?qǐng)D,2020年7月23日星期四,57,流水時(shí)空?qǐng)D,,可能出現(xiàn)的 數(shù)據(jù)相關(guān),2020年7月23日星期四,58,13、指令流水線有取指(IF)、譯碼(ID)、執(zhí)行(EX)、訪存(MEM)、寫回寄存器堆(WB)五個(gè)過(guò)程段,共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。,畫出流水處理的時(shí)空?qǐng)D,假設(shè)時(shí)鐘周期為100ns。,EX,2020年7月23日星期四,59,13、指令流水線有取指(IF)、譯碼(ID)、執(zhí)行(EX)、訪存(MEM)、寫回寄存器堆(WB)五個(gè)過(guò)程段,共有20條指令連續(xù)輸入此流水線。,求流水線的實(shí)際吞吐量(單位
38、時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢的指令條數(shù))。 求流水線的加速比。,2020年7月23日星期四,60,16、判斷以下三組指令中各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)?,I1 LDA R1 , A ;M(A)R1I2 ADD R2 , R1 ;(R2)+(R1)R2 I3 ADD R3 , R4 ;(R3)+(R4)R3I4 MUL R4 , R5 ;(R4) (R5) R4 I5 LDA R6 , B ;M(B)R6I6 MUL R6 , R7 ;(R6) (R7) R6,寫后讀相關(guān),讀后寫相關(guān),寫后寫相關(guān),第6章 總線系統(tǒng),,2020年7月23日星期四,62,1、比較單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn)。,單總
39、線結(jié)構(gòu) 使用一條系統(tǒng)總線來(lái)連接CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備; 特點(diǎn):簡(jiǎn)單易行;系統(tǒng)總線負(fù)載重; 雙總線結(jié)構(gòu) 在CPU和主存之間專門設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線; 保持單總線結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,減輕了CPU的負(fù)擔(dān); 三總線結(jié)構(gòu) 在各外部設(shè)備與通道之間增加一組I/O總線。 提高了CPU工作效率,同時(shí)也最大限度的提高外設(shè)的工作速度;但硬件成本進(jìn)一步增加。,2020年7月23日星期四,63,8、同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率,是因?yàn)橥酵ㄐ牛?)。 A、不需要應(yīng)答信號(hào)B、總線長(zhǎng)度較短 C、用一個(gè)公共時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步 D、各部件存取時(shí)間比較接近 9、在集中式總線仲裁中,( )方式響應(yīng)時(shí)間最快,(
40、 )方式對(duì)( )最敏感。 A、菊花鏈方式B、獨(dú)立請(qǐng)求方式 C、電路故障D、計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式,C,B,A,C,2020年7月23日星期四,64,10、采用串行接口7位ASCII碼傳送,帶有1位奇校驗(yàn)位、1位起始位和1位停止位,當(dāng)波特率為9600波特時(shí),字符傳送速率為( )。 A、960B、873C、1371D、480 11、系統(tǒng)總線中地址線的功能是( )。 A、選擇主存單元地址 B、選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備 C、選擇外存地址 D、指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址 12系統(tǒng)總線中控制線的功能是( )。 A、提供主存、 I/O接口設(shè)備的控制信號(hào)和響應(yīng)信號(hào) B、提供數(shù)據(jù)信息C、提供時(shí)序信號(hào) D
41、、提供主存、 I/O接口設(shè)備的響應(yīng)信號(hào),A,D,A,2020年7月23日星期四,65,總線帶寬Dr 一個(gè)總線周期傳送的字節(jié)數(shù)D總線周期T 一個(gè)總線周期傳送的字節(jié)數(shù)D總線時(shí)鐘頻率f 870M560MB/s,20、某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送8個(gè)字節(jié)的信息,假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期,總線時(shí)鐘頻率為70MHz,總線帶寬是多少?,第7章 外圍設(shè)備,,2020年7月23日星期四,67,1、計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備是指( ) A、輸入/輸出設(shè)備B、外存設(shè)備 C、輸入/輸出設(shè)備及外存儲(chǔ)器 D、除了CPU和內(nèi)存以外的其他設(shè)備 2、打印機(jī)根據(jù)印字方式可分為( )和( )兩大類,在( )類打印機(jī)中,只有(
42、 )型打印機(jī)能打印漢字。 A、針型打印機(jī) B、活字型打印機(jī) C、擊打式 D、非擊打式,D,C,D,C,A,2020年7月23日星期四,68,磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是多少? 每道記錄信息容量 = 12288字節(jié) 每個(gè)記錄面信息容量 = 27512288字節(jié) 磁盤組總?cè)萘繛?:4面27512288字節(jié) = 13516800字節(jié) 最高位密度與最低位密度是多少? 最高位密度D1,即最內(nèi)層磁道的位密度(R1 =115mm) D1 = 12288字節(jié) /( 2R1) = 17字節(jié) / mm 最低位密度D2 ,即最外層磁道的位密度(R2) R2 = R1 + (275 5) = 115 + 55 = 170m
43、m D2 = 12288字節(jié) / (2R2) = 11.5 字節(jié) / mm,,,7、某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分,共有4個(gè)記錄面,每毫米5道,每道記錄信息為12288B,最小磁道直徑為230mm,共有275道。問(wèn):,2020年7月23日星期四,69,磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少? 磁盤傳輸率 C =盤片轉(zhuǎn)速 r 道容量 N 盤片轉(zhuǎn)速 r = 3000 / 60 = 50 周 / 秒 道容量 N = 12288字節(jié)(每道信息容量) C = r N = 50 12288 = 614400字節(jié) / 秒 平均等待時(shí)間是多少? 平均等待時(shí)間 = (1/2)* 1/r = (1 /2)* (1/50) =
44、 10 ms,7、某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分,共有4個(gè)記錄面,每毫米5道,每道記錄信息為12288B,最小磁道直徑為230mm,共有275道。問(wèn):,2020年7月23日星期四,70,存取時(shí)間平均找道時(shí)間平均等待時(shí)間 數(shù)據(jù)傳播率DrrN,r為磁盤轉(zhuǎn)速,N為每道容量,,,,,8、已知某磁盤存儲(chǔ)器的轉(zhuǎn)速為2400轉(zhuǎn)/分,每個(gè)記錄面道數(shù)為200道,平均找道時(shí)間為60ms,每道存儲(chǔ)容量為96Kbit,求磁盤的存取時(shí)間與數(shù)據(jù)傳播率。,第8章 輸入輸出系統(tǒng),,2020年7月23日星期四,72,1、如果認(rèn)為CPU等待設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)是處于非工作狀態(tài)(即踏步等待),那么在下面幾種主機(jī)與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送中,
45、( )主機(jī)與設(shè)備是串行工作的;( )主機(jī)與設(shè)備是并行工作的;( )主機(jī)程序與設(shè)備是并行運(yùn)行的。 A、程序查詢方式 B、程序中斷方式 C、DMA方式 2、中斷向量的地址是( )。 A、子程序入口地址 B、中斷服務(wù)程序入口地址 C、中斷服務(wù)程序入口地址指示器 D、例行程序入口地址 4、采用DMA方式傳送數(shù)據(jù)時(shí),每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)就要占用一個(gè)( )的時(shí)間。 A、指令周期 B、機(jī)器周期 C、存儲(chǔ)周期 D、總線周期,A,C,B,B,C,2020年7月23日星期四,73,(1)將表中各級(jí)中斷處理程序的各中斷屏蔽值如何設(shè)置? 每級(jí)對(duì)應(yīng)一位,該位為0表示允許中斷,為1表示中斷屏蔽,,8、設(shè)某機(jī)器有5級(jí)中
46、斷:L0,L1,L2,L3,L4,其中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?yàn)椋篖0最高,L1次之,L4最低,現(xiàn)在要求將中斷處理次序改為L(zhǎng)1L3L0L4L2,試問(wèn):,2020年7月23日星期四,74,按優(yōu)先次序先調(diào)用L0,L0屏蔽了本級(jí)和低級(jí)中斷請(qǐng)求,而L1的中斷請(qǐng)求未屏蔽,則L1發(fā)生中斷嵌套響應(yīng); L1中斷時(shí),不允許任何中斷,服務(wù)完畢后,退回到L0的中斷服務(wù)程序,這時(shí),允許L3的中斷嵌套響應(yīng); L3服務(wù)完畢后,返回L0中斷服務(wù)程序; L0服務(wù)完畢后,按照順序應(yīng)處理L2,L2開放了更高級(jí)中斷L4,因此響應(yīng)了L4,L4響應(yīng)完成后再繼續(xù)執(zhí)行L2級(jí)中斷服務(wù)程序。,,(2) 若這5級(jí)中斷同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求,按更改后的次序畫出進(jìn)
47、入各級(jí)中斷處理程序的過(guò)程示意圖。( L1L3L0L4L2),2020年7月23日星期四,75,12、下列陳述中正確的是( ) A、在DMA周期內(nèi),CPU不能執(zhí)行程序 B、中斷發(fā)生時(shí),CPU首先執(zhí)行入棧指令將程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容保護(hù)起來(lái) C、DMA傳送方式中,DMA控制器每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)就竊取一個(gè)指令周期 D、輸入輸出操作的最終目的是要實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸 14、IEEE1394是( )I/O標(biāo)準(zhǔn)接口,與SCSI( ) I/O標(biāo)準(zhǔn)接口相比,它具有更高的( ),更強(qiáng)的( ),體積( ),連接方便。 A、并行 B、串行 C、數(shù)據(jù)傳輸速率 D、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性E、小,D,D,B,C,A
48、,E,2020年7月23日星期四,76,14、Pentium系統(tǒng)有兩類中斷源:由CPU外部的硬件信號(hào)引發(fā)的稱為_________,它分為__________和__________;由指令引發(fā)的稱為_________,其中一種是_________,另一種是____________。 15、SCSI是系統(tǒng)級(jí)( ),是處于主適配器和智能設(shè)備控制器之間的( )IO接口。SCSI-3標(biāo)準(zhǔn)允許SCSI總線上連接的設(shè)備由( )個(gè)提高到( )個(gè),可支持( )位數(shù)據(jù)傳輸。 A. 并行 B. 接口 C. 16 D. 8 E. 16,B,A,D,C,E,外部中斷,可屏蔽中斷,非屏蔽中斷,異常中斷,執(zhí)行異常,指令中斷,2020年7月23日星期四,77,通道方式 利用通道來(lái)管理外設(shè)的工作,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的統(tǒng)一管理和外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送,減輕了CPU的負(fù)擔(dān),大大提高了CPU的工作效率。 DMA方式 需要硬件DMAC的控制管理主存與高速外設(shè)之間大批數(shù)據(jù)交換; 數(shù)據(jù)傳送速度很高,傳送速率僅受到內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間的限制。 中斷方式 一般適用于隨機(jī)出現(xiàn)的慢速外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送服務(wù); 一旦提出請(qǐng)求應(yīng)立即進(jìn)行,節(jié)省了CPU的時(shí)間開銷,但硬件結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜一些。,16、比較通道、DMA、中斷三種基本I/O方式的異同點(diǎn)。,
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