组成原理课后习题答案.ppt

课后作业答案,第二章,1. 写出下列各数的原码、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；,4将下列十进制数表示成IEEE754标准的32位浮点规格化数。（2） -27/64 解：27/64=0.011011=1.1011*2-2 E=127-2=125=01111101 则规格化表示为： 1 01111101 10110000000000000000000 =BEC80000H,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=11011 y=00011 解：先写出x和y的变形补码再计算它们的和 x补=0011011 y补=0000011 x+y补=x补+y补=0011011 +0000011 0011110 x+y=11110 无溢出。,（2）x=11011 y=-10101 解：先写出x和y的变形补码再计算它们的和 x补=0011011 y补=1101011 x+y补=x补+y补=0011011 +1101011 10000110 x+y=00110 无溢出。,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=11011 Y=-11111 解：先写出x和y的变形补码，再计算它们的差 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,（3）X=11011 Y=-10011 解：先写出x和y的变形补码，再计算它们的差 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,7. 用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算X×Y。 （2）x = -11111 y = - 11011 解：a）带求补器的原码阵列乘法： |x|=11111, |y|= 11011,x * y=01101000101,b）带求补器的补码阵列 x补 = 100001, y补 = 100101 乘积符号位单独运算110 尾数部分算前求补输出X11111，y11011,（算后的符号为正，不需要求补），得：x*y=01101000101,x * y=01101000101,8用原码阵列除法器计算x÷y。（先乘一个比例因子变成小数） （2）X=-01011 ，Y=11001 解：符号位 Sf = 10 = 1，去掉符号位后： |y|补 = 0011001, -|y|补=1100111, |x|补=01011,9设阶码3位，尾数6位，按浮点运算方法，完成下列取值的x+y,x-y运算。 （1）x = 2-011 * 0.100101 y = 2-010 *（- 0.011110） 解：设两数均以补码表示，阶码采用双符号位，尾数采用单符号位，则它们的浮点表示分别为：x浮=11 101,0.100101 y浮=11 110,1.100010 求和：(1)求阶差并对阶 E=Ex-Ey=Ex补-Ey补=Ex补+-Ey补=11 101 + 00 010 =11 111 即E为-1，x阶码小，应使Mx右移1位，Ex加1，x浮=11 110,0.010010(1) (2)尾数求和 ： 00.010010(1) + 11.100010 11.110100(1) (3)规格化 可见尾数运算结果的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，相应阶码减2，所以结果尾数为1010010，阶码为11 100 (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，故最后结果为x浮+y浮=11 100，1.010010 真值为2-100*(-0.101110) 求差：(2)尾数求差 00.010010(1) + 00.011110 00.110000(1) x浮y浮=11 110，0.110001 真值为2-110*0.110001,10.设数的阶码为3位，尾数6位，用浮点运算方法，计算下列各式 （1）（23 × 13/16）×24 ×（9/16） 解：Ex = 0011, Mx = 0.110100 Ey = 0100, My = -0.100100 Ez = Ex+Ey = 0111 |Mx|*|My| 0. 1 1 0 1 * 0. 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 向左规格化： = 26 *（-0.1110101）,11、某加法器进位链小组信号为C4 C3 C2 C1 ，低位来的进位信号为C0 ，请分另按下述两种方法写出C4 C3 C2 C1 逻辑表达式： （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 = A1B1 P1 = A1B1（A1B1也对） C2 = G2+P2C1 G2 = A2B2 P2 = A2B2 C3 = G3+P3C2 G3 = A3B3 P3 = A3B3 C4 = G4+P4C3 G4 = A4B4 P4 = A4B4 (2)并行进位方式 C1 = G1+P1C0 C2 = G2+P2G1+P2P1C0 C3 = G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1C0 C4 = G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0,第三章,1有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问： （1） 该存储器能存储多少个字节的信息？ （2） 如果存储器由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， 该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1000/512）×（32/8）= 8（片） （3） 需要1位地址作为芯片选择。,2已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M*8位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，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如何选择各内存条? 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(A23A0)完成内存条内存储单元寻址。一共有4个内存条，采用2根高位地址线(A25A24)，通过2：4译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。,3用16K*8位的DRAM芯片构成64K*32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设存储器读/写周期为0.5S，CPU在1S内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少? 解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为 N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片） 每4片组成16K×32位的存储区，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：,(2)根据已知条件，CPU在1us内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us， 假定16K*8位的DRAM芯片用128*1024矩阵存储元构成，如果采用集中刷新，有64us的刷新死时间，肯定不行；如果采用分散刷新，则每1us只能访存一次，也不行。 所以采用异步式刷新方式。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,则两次刷新的最大时间间隔为15.5(S) 对全部存储单元刷新一遍所需实际刷新时间为 t0.5×128=64(S) (注意假设的刷新时间不能大于0.5S）,4有一个1024K*32位的存储器，由128K*8位的DRAM芯片构成。问： (1) 总共需要多少DRAM芯片? (2) 设计此存储体组成框图。 (3) 采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过8ms，则刷新信号周期是多少? 解：(1),(2),(3)如果选择一个行地址进行刷新，刷新地址为A0-A8，因此这一行上的2048个 存储元同时进行刷新，即在8ms内进行512个周期。刷新方式可采用：在8ms中 进行512次刷新操作的集中刷新方式，或按8ms/512 = 15.5us刷新一次的异步刷 新方式。,7某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。现在再用一个RAM芯片(8K×8)形成40K×16位的RAM区域，起始地址为6000H,假定RAM芯片有 和 信号控制端。CPU的地址总线为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示，可选用2片27128(16K×8位)的EPROM作为ROM区；10片的8K×8位RAM片组成40K×16位的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,方案如下:,8设存储器容量为64M，字长为64位，模块数m=8，分别用顺序和交叉方式进行组织。存储周期T100ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期=50ns。求：顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少? 解：顺序存储器和交叉存储器连续读出m = 8个字的信息总量都是：q = 64位*8 = 512位 顺序存储器和交叉存储器连续读出8个字所需的时间分别是： t1 = mT = 8*100ns = 8*10-7s 顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是：,9CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420次，主存完成存取的次数为80次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为240ns，求cache主存系统的效率和平均访问时间。 解：cache的命中率 主存慢于cache的倍率 cache/主存系统效率e为 平均访问时间Ta为,10已知cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，cache主存系统平均访问时间为50ns，求cache的命中率是多少? 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-tm h=(50-tm)/(tc-tm)=(50-200)/(40-200)=150/160=93.75%,第四章,4.指令格式结构如下所示，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如下： 双字长二地址指令,用于访问存储器； 操作码OP可指定26 =64条指令； RS型指令，两个操作数一个在寄存器中（16个寄存器之一），另一个在存储器中； 有效地址通过变址求得：E=（变址寄存器）± D，变址寄存器可有16个。,6.一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。I，X，D组成该指令的操作数有效地址E。设R为变址寄存器，R1 为基值寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名称。,解： 直接寻址 相对寻址 变址寻址 基址寻址 间接寻址 基址间址寻址,第五章,1请在括号内填入适当答案。在CPU中: (1)保存当前正在执行的指令的寄存器是 ，(2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是 ；(3)算术逻辑运算结果通常放在 和 。 答：(1)IR; (2)AR; (3)通用寄存器（R?)和数据缓冲寄存器（DR)还有状态字寄存器（PSW）。,2参见下图（课本P140图5.15）的数据通路。画出存数指令“STA R1 ，(R2)“的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。,解：“STA R1 ，(R2)”指令是一条存数指令， 其指令周期流程图 如下图所示：,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所有指令公用的。已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。 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,8某机有8条微指令I1-I8，每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示。 a-j分别对应10种不同性质的微命令信号。假设一条微指令的控制字段为8位，请安排微指令的控制字段格式。,解：为了压缩控制字段的长度，必须设法把一个微指令周期中的 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的互斥信号，所以可 将其通过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。因此可用以下两种形式安排控制字段格式。,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的信号，找两个同时出现频率较多的（ij）和（fh）。 11已知某机采用微程序控制方式，控存容量为512*48位。微程序可在整个控存中实现转移，控制微程序转移的条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式。请问； (1)微指令的三个字段分别应为多少位? (2)画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。,答：(1)假设判别测试字段中每一位作为一个判别标志，那么由于有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的微程序控制器逻辑框图如图所示。其中微地址寄存器对应下地址字，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寄存器。地址转移逻辑的输入是指令寄存器的OP码、各种状态条件以及判别测试字段所给的判别标志（某一位为1），其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序的分支转移。就是说，此处微指令的后继地址采用断定方式。,第七章,7、某磁盘存贮器转速为3000转 / 分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道。问： （1） 磁盘存贮器的容量是多少？ （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？ （4） 平均等待时间是多少？ （5） 给出一个磁盘地址格式方案。 解： （1） 每道记录信息容量 = 12288字节 每个记录面信息容量 = 275×12288字节 共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为 ： 4 ×275×12288字节 = 13516800字节 （2） 最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）： D1 = 12288字节 / 2R1 = 17字节 / mm 最低位密度D2按最大磁道半径R2计算： R2 = R1 + （275 ÷ 5） = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288字节 / 2R2 = 11.5 字节 / mm,（3） 磁盘传输率 C = r · N r = 3000 / 60 = 50 周 / 秒 N = 12288字节（信道信息容量） C = r · N = 50 × 12288 = 614400字节 / 秒 （4）平均等待时间 = 1/2r = 1 / (2×50) = 10毫秒 （5）磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址。有4个记录面，每个记录面有275个磁 道。假定每个扇区记录1024个字节，则需要12288 ÷1024字节 = 12个扇区。由此可得如下地址格式：,(5)给出一个磁盘地址格式方案。 设每个扇区为512字区，则12288/512=24，所以地址为5位； 因记录面为4，所地址为2位，道数为275，所以地址为9位，因此整个地址格式为16位，即柱面号（9位）盘面号（2位）扇区号（5位）。,