2023年计算机组成原理第四版课后习题答案资料.pdf

第一章1.比较数字计算机和模拟计算机的特点。A解:模拟计算机的特点:数值由连续量来表达,运算过程是连续的；数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表达，运算按位进行。两者重要区别见Pl表l.lo2.数字计算机如何分类？分类的依据是什么？A解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运营的经济性和适应性来划分的。A 通用机的分类依据重要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、A 指令系统规模和机器价格等因素。3.数字计算机有那些重要应用?A（略）4.冯.诺依曼型计算机的重要设计思想是什么？它涉及哪些重要组成部分？解:冯.诺依曼型计算机的重要设计思想是：存储程序和程序控制。A存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中;4 程序控制：控制器顺序执行存储的程序,按指令功能控制全机协调地完毕运算任务。重要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。5.什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？嘛：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容量越大，表达计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。A 单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地A 址。数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要解决的数据，则称数据字。指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。6.什么是指令?什么是程序？解:指令:计算机所执行的每一个基本的操作。A程序:解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。7 M.指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据?岫解:一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。8 .什么是内存？什么是外存？什么是C P U?什么是适配器？简述其功能。*解：内存:一般由半导体存储器构成，装在底版上，可直接和C P U互换信息的存储器称为内存储器，简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。外存:为了扩大存储容量,又不使成本有很大的提高,在计算机中还配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。外存可存储大量的信息，计算机需要使用时,再调入内存。C P U：涉及运算器和控制器。基本功能为:指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。A 适配器：连接主机和外设的部件，起一个转换器的作用，以使主机和外设协调工作。9 .计算机的系统软件涉及哪几类？说明它们的用途。解:系统软件涉及：U)服务程序:诊断、排错等(2)语言程序：汇编、编译、解释等(3)操作系统A(4)数据库管理系统A 用途:用来简化程序设计,简化使用方法,提高计算机的使用效率,发挥和扩大计算机的功能A及用途。1 0.说明软件发展的演变过程。M（略）1 1.现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设计会产生什么影响?M解：多级划分图见p 1 6图1.6。可分为：微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级。用这种分级的观点来设计计算机，对保证产生一个良好的系统结构是有很大帮助的。1 2.为什么软件可以转化为硬件?硬件可以转化为软件?实现这种转化的媒介是什么？（略）1 3.”计算机应用与应用计算机 在概念上等价吗?用学科角度和计算机系统的层次结构来寿命你的观点。（略）第二章1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码表达（用8位二进制数）。其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。假如是小数，小数点在 MSB之后;假如是整数，小数点在LSB之后。(1)-35/64(2)2 3/128(3)-12 7(4)用小数表达-1(5)用整数表达-1 A解：(1)先把十进制数-3 5/64写成二进制小数：(-35/64)1 0=(-100011/10 0 0 0 00)2=(-1 000 1 1X 2-1 1 0)2=(-0.100011)2令 x=-0.100011B x原=1.1000110(注意位数为8 位)x反=1.0111001x补=1.0 1 1 1010 x移=0.0 1 11 0 10A(2)先把十进制数23/128写成二进制小数：a(2 3/128)10=(1 0 111/1 000 0 0 0 0)2=(10111X2-11 1)2=(0.0001 011)2令 x=0.00 0 1011B:.卜 原=0.0 00101 1 x反=0.00 01011X 补=0.0001011 x移=1.000101 1(3)先把十进制数-127写成二进制小数：(-127)10=(-1111111)2令*=-11 1 1 1 1 1B xIM=1.11 11111 x反=1.000000 0 x补=1.00 0 0001 x移=1.0000001(4)令 x=T.0 0 O O O O B A 原码、反码无法表达 x 补=1.0 0 00000 卜 移=0.0 000000(5)令 Y=-1=-0 0 0 0001BA:.Y 原=1 000000 1 丫 反=1 1111110 Y 补=1 11 111 1 1 丫 移=0 1 11 11112.设 乂 补=aO,al,a 2-a 6 ,其中 ai 取 0 或 1,若要 x-0.5,求 a0,a 1,a 2,，a 6 的取值。M解：a 0=1,al=0,a2,a 6=11。3.有一个字长为32位的浮点数,阶码10位(涉 及 1位阶符),用移码表达；尾数22位(涉 及 1位尾符)用补码表达，基数R=2。请写出：(1)最大数的二进制表达；(2)最小数的二进制表达;3(2 规格化数所能表达的数的范围；(4)最接近于零的正规格化数与负规格化数。岫解：(1)A(2)(3)(4)4.将下列十进制数表达成浮点规格化数,阶码3 位,用补码表达;尾数 9 位,用补码表达。1(2 27/64(2)-2 7/6 4 A解：(1)2 7/6 4=1 1 0 1 1 B X 2-6=0.0 1 1 0 1 1 B=0 .1 1 0 I I B X 2 1浮点规格化数：1 1 1 1(2)-2 7/6 4=-1 1 0 1 I B X 2-6=-0.0 1 1 0 1 1 B=-0.I I O I I B X 2 U浮点规格化数：1 1 1 15.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。M l)X=0.1 1 0 1 1 Y =0.0 0 0 1 1(2)X=0.1 1 0 1 1 Y=-0.1 0 1 0 1(3)X=-0.1 0 1 1 0 Y=-0.0 0 0 0 1A解：(D 先写出x 和 y的变形补码再计算它们的和 x 补=0 0.1 1 0 1 1 y 补=0 0.0 0 0 1 1A x+y 补=x 补+y 补=0 0 .1 1 0 1 1+0 0 .0 0 0 1 1=0.1 1 1 1 0:.x+y=0.1 1 1 I B 无溢出。4(2)先写出x 和 y的变形补码再计算它们的和a x 补=0 0.1 1 0 1 1 y 补=1 1.0 1 0 1 10+丫 补=以 补+y 补=0 0.1 1 0 1 1+1 1.0 1 0 1 1=00.0 0 1 1 0 A:.x +y=0.0 0 1 1 B 无溢出。(3)先写出x 和 y的变形补码再计算它们的和 x#=l 1.0 1 0 1 0 y 补=1 1.1 1 1 1 1 x+y#=x#+y#=l l.0 1 0 1 0+1 1.1 1 1 1 1=1 1.01 0 0 1A:.x+y=-0 .1 0 1 1 1 B 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=0.1 1 0 1 1 Y=-o.1 1 1 1 1(2)X=0.1 0 1 1 1 Y=0.1 1 0 1 1(3)X =0.1 1 0 1 1 Y=-0.1 0 0 1 1懈：(1 )先写出x 和 y的变形补码,再计算它们的差A x 补=0 0.1 1 0 1 1 y 补=1 1.0 0 0 0 1 -y 补=0 0.1 1 1 1 1以 切 补=x 补+-y 补=0 0.1 1 0 1 1+0 0.1 1 1 1 1=0 1.1 1 0 1 0 运算结果双符号不相等.为正溢出4 X-Y=+1.1 1 0 1 B(2 )先写出x 和 y的变形补码,再计算它们的差 x#=0 0.1 0 1 1 1 y#=0 0.1 1 0 1 1 -y 补=1 1 .0 0 1 01 x-y 补=0 0.1 0 1 1 1+1 1.0 0 1 0 1=1 1.1 1 1 0 0:.x -y=-0.0 0 1 B 无溢出A(3)先写出x 和 y的变形补码，再计算它们的差 x 补=0 0.l i o n -补=1 1.0 1 1 0 1 -y 补=0 0.l o o m x-y 补=x 补+y 补=0 0.1 1 0 1 1+0 0 .1 0 0 1 1=0 1.O H I O 运算结果双符号不相等.为正溢出A X-Y=+1.0 1 1 IB7.用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算X X Y。A(1 )X=0 .1 1 0 1 1 Y=-0.1 1 1 1 1A(2 )X=-0.1 1 1 1 1 Y=-0.1 1 0 11 A解：(1)用原码阵列乘法器计算：A x 补=0.1 1 0 1 1 y 补=1.0 000 1M(0)1 1 0 11X)(1)0 0 0 0 1(0)1 1 0 1 1A(0)0 0 0 0 0(0)0 0 0 0 0 A (0)0 0 0 0 O A(0)0 0 0 0 O A (0)(1)(1)(0)(1)(1)-0)i (A o1 0 1 1 1 0 1 1A 以义丫 补=1.:.x X y=0.8.用原码阵列除法器计算 X+Y。(1)X=O.1 1 0 0 0 Y=-0.1 1 111A(2)X=-0.0 1 0 1 1 Y=0.1 1 0 01A解：(1 )以 原=0 补=0.1 1 0 0 0 -I y I#=1.0 0 0 0 14 被 除 数 X 0.1 1 0 0 0+-I y I#1.0 0 0 0 1 A余数为负 1.11001 f q0=QA左移 1.10 010+I y|补 0.l i n n余数为正0.10001-q l=l左移 1.0001 0 A +l?|y|补 1.0 0 0 014-余数为正 0.00011 f q 2=l A左移 0.0 0 110+-|y|补 1.0 0 0 0 1A-A 余数为负1.00 1 1 1-q 3=0A 左移 0.0 1110+|y|补 0.11111余数为负1.01 101 fq 4=O左移 0.1 1 0 1 0 +|y|补 0.U111A-A 余数为负 1.1100 1 fq5=O +|y|补 0.11111余数 0.1100 0故 x+y 原=1.11000 即 x+y=-0.1 1 OOOBA 余数为 0.1100 0 B X 2-1019.设阶为5位（涉及2位阶符），尾数为8位（涉及2位数符），阶码、尾数均用补码表达，完毕下列取值的 X+Y,X-Y运算：A(l)X=2o l lX O.1 0 0 1 0 1Y=2o l oX(-O.O l 1 1 1 0)(2)X=21 0 1X(-0.0 1 0 1 1 0)Y=21 0 0 X (0.0 1 0 1 1 0)解：将y规格化得:y=2 9nx (-0.1 1 1 1 0 0 )x 浮=1 1 0 1,0 0.1 0 0 1 0 1 y 浮=1 1 0 1 ,1 1.0 0 0 1 0 0-丫 浮=1 1 0 1,0 0.1 1 1 IO OA A 对阶 A E#=E x#+-E y#=l 1 0 1+0 0 1 1=0 0 0 0Ex=Ey尾数相加相加相减0 0.1 0 0 1 0 10 0.1 0 0 1 0 1+1 1.0 0 0 1 0 0+0 0.1 1 1 1 0 0 A1 1.1 0 1 0 0 10 1.1 0 0 0 0 1 x+y 浮=1 1 0 1,1 1.1 0 1 0 0 1 左 规 x +y 浮=1 1 0 0,1 1.01 0 0 1 0 A x+y=2 r X(-0.1 0 1 1 1 0)x-y 浮=1 1 0 1,0 1 .1 0 0 0 0 1 右规 卜-丫 浮=1 1 1 0,0 0.1 1 0 0 0 0 1舍 入 解 决 得 x-y 浮=1 1 1 0,0 0.1 1 0 0 0 1 4：,x-y=2-1 0 X 0.1 1 0 0 0 1A(2)x 浮=1 0 1 1,1 1.1 0 1 0 1 0 y 浮=n 0 0,0 0.0 1 0 1 1 0 -y 浮=1 1 0 0,1 1 .1 0 1 0 1 04 对 A E#=Ex 补+-Ey 补=1 0 1 1+0 1 0 0 =1 1 1 1AE=-1 x 浮=1 1 0 0,1 1.1 1 0 1 0 1(0)尾数相加A相加相减1 1.1 1 0 1 0 1(0)+0 0.0 1 0 1 1 01 1.1 1 0 1 0 l(0)A+1 1.1 0 1 0 1 00 0.0 0 1 0 1 1(0)1 1.0 1 1 1 1 1(0)x+y 浮=1 1 0 0,0 0.0 0 1 0 1 1 (0)左 规 x+y 浮=1 0 1 0,0 0.1 0 1 1 0 0 0 A A x+y=2-1 1 0X 0.1 0 1 1 BA x y 浮=110 0,1 1.0 1 1 1 1 1(0)A X-y=2-1 0 0 X (-0.1 0 0 0 0 1 B)1 3.某加法器进位链小组信号为C 4 c 3 c 2 Cl ,低位来的信号为C0 ,请分别按下述两种方式写出C 4 c3 c 2c l的逻辑表达式。(1)串行进位方式(2)并行进位方式解：(D串行进位方式达 C1 =G1 +P l C O其中：G1 =A1 B l ,P l =A l B lC2 =G2 +P 2 C 1 G2 =A 2 B 2 ,P 2 =A 2 B 2C3 =G3 +P 3 C2G3 =A 3 B 3 ,P 3 =A 3 B 3C4 =G4 +P 4 c3 G4 =A 4 B 4 ,P 4 =A 4 B 4 A (2)并行进位方式：A Cl =G1 +P 1 CO AC2 =G2 +P 2 G1 +P 2 P l COA C 3 =G 3 +P 3 G2+P 3 P 2 G 1 +P 3 P 2 P l C OA C4 =G4 +P 4 G3+P 4 P 3 G 2 +P 4 P 3 P 2 G1 +P 4 P 3 P 2 P l CO其 中 G 1-G 4 ,P 1-P 4 表达式与串行进位方式相同。1 4.某机字长1 6 位，使用四片7 4 1 8 1 组成A LU,设最低位序标注为0 位，规定：(1)写出第5 位的进位信号C 6的逻辑表达式；A(2)估算产生C 6所需的最长时间；3 估算最长的求和时间。外解：(1)组成最低四位的7 4 1 8 1 进位输出为:C4=G+P CO ,CO 为向第。位的进位A 其中:G=y 3+x 3 y 2+x 2 x 3 y l+x l x 2 x 3 y 0,P=x 0 x l x 2 x 3所 以:C 5=y 4+x 4 C4C 6=y 5+x 5 C 5 =y 5+x 5 y 4+x 5 x 4 C4(2)设标准门延迟时间为T,与或非门延迟时间为1.5 T,则进位信号C0 由最低位传送至C6 需经一个反相器,两级 与或非门,故产生C6 的最长延迟时间为：T+2 X 1.5 T=4 TA(3)最长求和时间应从施加操作数到A LU 算起:第一片7 4 1 8 1 有 3 级与或非 门(产生控制参数x 0 ,y O Cn+4),第二、第三片7 4 1 8 1 共 2 级反相器和2 级 与或非”门(进位 链)，第四片7 4 181求和逻辑(1 级 与或非 门和1 级半加器，其延迟时间为3 T）,故总的加法时间为:T=3 X1.5 T+2 T+2 X 1.5 T+1.5 T+1.5 T+3 T=1 4 T1 7.设A,B,C 是三个1 6 位的通用寄存器，请设计一个1 6 位定点补码运算器，能实现下述功能：1。）AB-A2（A）B X C-A,C（高位积在寄存器A中”（3）A 4-B-C（商在寄存器C 中）A解：设计能完毕加、减、乘、除运算的1 6 位定点补码运算器框图。A分析各寄存器作用：A加 减 乘 除aA 被加数f 和 同左 初始为0 被除数一余数A部分积f 乘积（H）除数B 加数 同左 被乘数aC-乘数一乘 积（L）商a,A:累加器（1 6 位），具有输入、输出、累加功能及双向移位功能;B：数据寄存器（1 6 位），具有输入、输出功能；C：乘商寄存器（1 6 位），具有输入、输出功能及双向移位功能。A 画出框图：A第三章1.有一个具有2 0位地址和3 2 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)假如存储器由5 1 2 K X 8 位 S R AM 芯片组成,需要多少芯片？(3)需要多少位地址作芯片选择？a解:(l)T 2 2 0=1M,该存储器能存储的信息为：1M X 3 2/8=4 M BA(2)(1000/5 1 2)X(3 2/8)=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2 6 位，若使用 2 5 6K x 1 6 位的D RA M芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：4(1)每个模块板为10 2 4Kx64 位,共需几个模块板？(2)个模块板内共有多少D R A M 芯片？(3)主存共需多少DR AM 芯片？CP U 如何选择各模块板？她解：(1).共需模块板数为m:A m=22 6 4-22 0=6 4 (块)(2).每个模块板内有DR AM 芯片数为n：A n =(22 0/2 18)X (64/1 6)=1 6(片)(3)主存共需D R A M 芯片为:1 6 X 64=1 02 4 (片)A 每个模块板有1 6 片DR AM 芯片,容量为102 4 K X 64 位，需 2 0根地址线(A19 A0)完毕模奥 板内存储单元寻址。一共有64 块模块板，采用6根高位地址线(A25A 20),通过A 6：6 4译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。3.用1 6 K x 8位的DRAM芯片组成64Kx32位存储器，规定：(1)画出该存储器的组成逻辑框图。(2)设存储器读/写周期为0.5 U S,C P U在1 U S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？对所有存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？A解：(1)组成64KX 3 2位存储器需存储芯片数为a N=(64K/16K)X(32 位/8 位)=16(片)每4片组成16K X 32位的存储区,有A13-A0作为片内地址,用A15 A 1 4经2：4译码器产生片选信号函-西,逻辑框图如下所示：4(2)依题意,采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1 口 S内至少访问内存一次的规定。设16Kx 8位存储芯片的阵列结构为12 8行X 12 8歹!,按行刷新，刷新周期T=2ms,则异步A 刷新的间隔时间为：at=1D J k M 128 A 则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下REF|IREFI IREF&-15.5HS 玉 15.5US。儿 可见，两次刷新的最大时间间隔为tm a xt m a x=15.5-0.5=15(u S)对所有存储单元刷新一遍所需时间为t RA t R=0.5X 128=64(uS)7.某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3F F F H的ROM区域。现在再用一个RAM芯片(8 K X 8)形成4 0 K x i6位的RAM区域，起始地址为6 0 00H,假定RAM芯片有反和质信号控制端。C P U的地址总线为A 1 5-A 0,数据总线为D 1 5-D 0,控制信号为R/谛(读/写)，府 题(访存)，规定：(1)画出地址译码方案。4(2)将ROM与RAM同CPU连接。岫解:(1)依题意,主存地址空间分布如右图所示，可选用2片27128(16KX8 位)的 EPROM 作为ROM区；10片的8KX 8位RAM片组成4 0 K X 1 6位的RAM区。271 2 8需14位片内地址，而RAM需13位a 片内地址,故可用A 1 5-A 1 3三位高地址经译码产生片选信号，方案如下：OOOOH3FFFH4000H5FFFH6000HFFFFH16K xi6 位R O M8 K x i6 位留空4 0 K x i6 位R A MCS(ROM)丫3-丫7每条线与门NC 控制 8 K x i6 的 RAMMREQ一&一胃(见宙)8.存储器容量为64M,字长6 4 位,模块数m =8,分别用顺序方式和交叉方式进行组织。存储周期T=10 0 n s,数据总线宽度为6 4位，总线周期T=10ns.问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？A解:信息总量：q=64位 X 8=5 12位顺序存储器和交叉存储器读出8 个字的时间分别是：t2=m T=8X100n s=8X 1 0-7(S)A tl=T+(m-I)1=10 0+7 X 1 0 =1.7 X10-7(S)A 顺序存储器带宽是：A W2=q/t2=5124-(8X10 力=64 X 1(T(位/S)交叉存储器带宽是：A W 1=q/t 1=5124-(1.7 XI0-7)=3 01 X IO 7(位/S)9.CP U执行一段程序时，c a ch e完毕存取的次数为2 42 0次，主存完毕存取的次数为8 0 ,已知cache存储周期为4 0 n s,主存存储周期为240ns,求 c a c h e/主存系统的效率和平均访问时间。解:先求命中率hh=nc/(nc+nm)=24204-(242 0+80)=0.9 6 8A 贝(j平均访问时间为tata=O.9 68X40+(1-0.968)X 2 40=4 6.4(ns)A r=240+40=外 each e/主存系统的效率为e a e=l/r +(l-r)X 0.968=8 6.2%10.已知C ache存储周期4 0 n s,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?就 解：Vta=tcX h+t r X(1-h):.h=(ta-tr)/(t c-t r)=(5 0-200)/(40-2 0 0)=1 5/16=0.9411.主存容量为4 M B,虚存容量为1G B,则虚存地址和物理地址各为多少位？如页面大小为4 KB,则页表长度是多少?足解:已知主存容量为4MB,虚存容量为1GB 222=4M 物理地址为22位又 V 2S0=1 G,虚拟地址为30位A页表长度为1GB+4KB=23 0 2 12=2 1 8=25 6 K14.假设主存只有a,b,c 三个页框，组成a 进 c 出的FIFO队列，进程访问页面的序列是0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2 号。用列表法求采用LRU替换策略时的命中率。岫解：页面访问序列01242302132LRUA01242302132B0124230213C011423021命中命中命中乐.命中率为n=27.3%111 5 .从下列有关存储器的描述中，选择出对的的答案：A A.多体交叉存储重要解决扩充容量问题;A B.访问存储器的请求是由CPU发出 的 鸿C.C a c h e与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于C ach e;A D.C a ch e的功能全由硬件实现。A解：D1 6.从下列有关存储器的描述中，选择出对的的答案：A.在虚拟存储器中，外存和主存一相同的方式工作,因此允许程序员用比主存空间大铮 多的外存空间编程;A B.在虚拟存储器中，逻辑地址转换成物理地址是由硬件实现的,仅在页面失效时才由操作系统将被访问页面从外存调到内存，必要时还要先把被淘汰的页面内容写入外存；A C.存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序犯错而破坏系统软件或其他用户程序,又要防止一个用户访问不是分派给他的主存区，以达成数据安全和保a 密的规定。嘛:C第四章1.A S C I I码 是7位，假如设计主存单元字长为3 2位,指令字长为1 2位,是否合理？为 什 以？A解：指令字长设计为1 2位不是很合理。主存单元字长为3 2位，一个存储单元可存放4个A S C I I码,A 余 下4位可作为A S CH码的校验 位（每个A S C I I码带一位校验位），这样设计还是合理的。A 但是,设计指令字长为12位就不合理了，1 2位的指令码存放在字长32位的主存单元中，导致1 9 位不能用而浪费了存储空间。磁.假设某计算机指令长度为2 0 位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，每个操作数地址规定用6 位表达。问：若操作码字段固定为8 位，现已设计出m条双操作数指令，n 条无操作数指令,在此情况下，这台计算机最多可以设计出多少条单操作数指令?M解：这台计算机最多可以设计出2 5 6 -m-n条单操作数指令3.指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。15 10 7 4 3 0OP目标寄存器源寄存器解：指令格式及寻址方式特点如下：单字长二地址指令；A 操作码0 P 可指定2 6=6 4 条指令;A RR型指令，两个操作数均在寄存器中，源和目的都是通用寄存器（可分别指定1 6 个寄存熟 之一）津这种指令格式常用于算术逻辑类指令。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。15 10 7 4 3 0OP源寄存器变址寄存器偏 彳 修量（16位）A解：指令格式及寻址方式特点如下:A双字长二地址指令;A 操作码0 P 可指定2 6=6 4 条指令；R S 型指令，两个操作数一个在寄存器中（1 6 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)土 D,变址寄存器可有1 6个。5.指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。15 12 11 9 8 6 5 3 2 00P寻址方式寄存器寻 址 方 式I寄存器U_源 地 址 _山 _目的地址_d解：指令格式及寻址方式特点如下：A 单字长二地址指令;A 操作码0 P可指定24=1 6条指令；有8个通用寄存器，支持8种 寻 址 方 式 淖(4)可以是RR型指令、SS型指令、R S型指令、6.一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特性,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，R 1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。OP I X D0址方式名整1X盯奴他址E30E3)1E T P G +D101 1E=(Ri)+D1onF=G)101E-T c+T r 满足时，Pm比P 1 具有更大的带宽。16.流水线中有三类数据相关冲突：写后读(R AW)相关;读后写(W AR)相关；写后写M W AW)相关。判断以下三组指令各存在哪种类型的数据相关。1(A)I 1 L AD R I,A;M(A)-*R 1 ,M(A)是存储器单元a I 2 ADD R 2,R I ；(R 2)+(R I)-R 2(2)1 3 ADD R 3 ,R 4 ;(R 3)+(R 4 )-*R 31 4 M U L R 4,R 5 ;(R 4)X (R 5)-*R 4(3 )1 5 LA D R 6,B;M (B)f R 6 ,M (B)是存储器单元1 6 M U L R 6,R 7 ；(R 6)X (R 7)-R 6A解：(1)写后读(R AW)相关;A(2)读后写(W AR)相关，但不会引起相关冲突；a (3)写后读(R AW)相关、写后写(W AW)相关1 7 .参考教科书图5.4 2 所示的超标量流水线结构模型,现有如下6条指令序列:A I 1 L AD R I,B;M(B)f R 1,M (B)是存储器单元A 1 2 S U B R 2,R I;(R 2)-(R 1)-R 21 3 M U L R 3,R 4 ;(R 3)X(R 4)R 31 4 ADD R 4,R 5 ;很 4)+(R 5)f R 仙 I 5 L AD R 6,A;M(A)f R 6,M(A)是存储器单元A I 6 ADDR 6,R 7；(R 6)+(R 7)-R g 请画出：(1)按序发射按序完毕各段推动情况图。(2)按序发射按序完毕的流水线时空图。A解：(1)A译码段执行段写回段忤 中11 1221211313 141211415 1612 14 135161514 131261516 14 137151613 148161591610II12时钟FDEW-FDEEW13FDEEEW14FDEEW15FDEW16FDEEv第六章1.比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。3.用异步通信方式传送字符 A 和 8,数据有7 位，偶校验1位。起始位1 位，M亭止位1 位,请分别画出波形图。A解：字符A的A S C I I 码 为 41 H=1 0 0 0 00 1 B;A 字符8 的A S C II 码 为 38H=01 1 1 000B;A 串行传送波形图为：-B ITl o o o o o Fc FB o o o|i i h.I o|c k 空闲位I I I I I I I I Ih-A”-8”-H注：B:起始位4 C：校验位A s：停止位8.同步通信之所以比异步通信具有较高的传输频率，是由于同步通信 o A A.不需要应答信号；A B.总线长度较短；C.用一个公共时钟信号进行同步;a D.各部件存取时间比较接近。嘛：C9.在集中式总线仲裁中,方式响应时间最快,方式对最敏感。M.菊 花链方式B.独立请求方式C.电 路 故 障 D.计数器定期查询方式A解：B A C1 0 .采月串行接口进行7 位 A S C I I 码传送，带有1 位奇校验位,1位起始位和1 位停止位,当传输率为9 600波特时,字符传送速率为A.9 60 B.873.C.1 372 D.4 80A解：A11.系统总线中地址线的功能是 OA.选择主存单元地址B.选择进行信息传输的设备C.选择外存地址A D.指定主存和I/O设备接口电路的地址站解：D1 2.系统总线中控制器的功能是 oA.提供主存、I/O接口设备的控制信号和响应信号A B.提供数据信息C.提供时序信号a D.提供主存、I/O 接口设备的响应信号解：D1 4.PCI是 一 个 与 解 决 器 无 关 的,它采用时序协议和式仲裁策略,并具有 能力。M.集 中 B.自动配置C.同步D.高速外围总线解:D C A B15.PCI总线的基本传输机制是_ _ _ _ _ 传送。运用 可以实现总线间的_ _ _ _ 传送，使所有的存取都按C P U 的需要出现在总线上。PC I允许 总线 工作0A A.桥 B.猝发式C.并 行 D.多 条 E.猝发式嘛：B A C D E17.PCI总线中三种桥的名称是什么？桥的功能是什么？解：PC I 总线有三种桥，即 HOST/PCI桥（简称HOST桥），PCI/PCI 桥和 PCI/LAGACY 桥。在 P C I 总线体系结构中，桥起着重要作用：（1）接两条总线，使总线间互相通信；（2）是一个总线转换部件,可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上，从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表。A（3）运用桥可以实现总线间的卒发式传送。19.总线的一次信息传送过程大体分哪几个阶段?若采用同步定期协议，请画出A读数据的同步时序图。A解：分五个阶段：请求总线、总线仲裁、寻 址（目的地址）、信息传送、状态返回（错误报告）。读数据的同步时序图为：总线时钟启动信号一 -读命令-地址线一 地址）一,.数据线-认可 L一一20.某总线在一个总线周期中并行传送8 个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为70MHz,求总线带宽是多少？A解:设总线带宽用Dr表达，总线时钟周期用T=1/f表达，一个总线周期传送的数据量用D表达，根据定义可得：Dr=T/D =D X l/f=8B X 70X 1 0 6/s =560MB/第七章1.计算机的外围设备是指（/A.输入/输出设备 B.外存储器C.输入/输出设备及外存储器 D.除了 CPU和内存以外的其他设备岫解：D2.打印机根据印字方式可以分为（）和（）两大类，在（）类打印机中，只有（）型打印机能打印汉字，请从下面答案中选择填空。AA.针型打印机B.活字型打印机K.击打式 D.非击打式A解：C D C A7.试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式。A解:设读写一块信息所需总时间为Tb,平均找道时间为Ts,平均等待时间为TL,读写一块信息的A传输时间为Tm,则：Tb=T s+TL+Tm0假设磁盘以每秒r 转速率旋转,每条磁道容量为N个字，则数据传输率=rN个字/秒。又假设每块的字数为n,因而一旦读写头定位在该块始端，就能在A Tm(n/rN)秒的时间中传输完毕。TL是磁盘旋转半周的时间,TL=(1/2 r)秒,4 由此可得：ATb=Ts+l/2 r+n /rN 秒8.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27 5道。问：1 磁盘存贮器的容量是多少?M 2)最高位密度与最低位密度是多少?3 G)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。岫解：A(1)每道记录信息容量=1228 8 字节每个记录面信息容量=2 75X12 28 8 字节共有4 个记录面，所以磁盘存储器总容量为：a 4X275X1 2 288字 节=13516800字节a(2)最高位密度D 1按最小磁道半径R 1计 算(RI=115mm)：A D 1=1 2 288字节/2 兀 RI=1 7 字节/m m最低位密度D2按最大磁道半径R 2 计算：a R2=R 1+(275 4-5)=1 1 5+55=1 7 OmmA D2=1 2288 字节/2 Ji R2=1 1.5 字节/m m A (3)磁盘传输率 C=r Nr=3 0 0 0 /60=50 周/秒N =1 22 8 8 字节(信道信息容量)a C=rN=5 0 X 1 228 8=6 1 44 00字 节/秒 a (4)平均等待时间=l/2r=1/(2X50)=10毫 秒A(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10 2 4 个字节，则需要1 2288 4-1024字 节=12个扇区。由此可得如A 下地址格14 6 5 4 3 0柱 面(磁 道)号盘 面(磁 头)号扇区号14.有一台磁盘机,其平均寻道时间为了 30ms,平均旋转等待时间为1 20m s,数据传输速率为500 B/ms,磁盘机上存放着1 0 0 0 件每件3000B的数据。现欲把一件数据取走，更新后在放回原地，假设一次取出或写入所需时间为：平均寻道时间+平均等待时间+数据传送时间此外,使用CPU更新信息所需时间为4m s,并且更新时间同输入输出操作不相重叠。试问:A(1)盘上所有数据需要多少时间？2(3 若磁盘及旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新所有数据需要多少间？解：(1)磁盘上总数据量=1 00 0 X3000B=3000000B读出所有数据所需时间为3000 0 00B+500B/ms=6000msA 重新写入所有数据所需时间=60 0 OmsA所以，更新磁盘上所有数据所需的时间为：A