唐朔飞计算机组成原理习题答案.ppt

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1、第第4 4章章 存储器存储器 11.11.一个一个8K88K8位的动态位的动态RAMRAM芯片，其内部结构芯片，其内部结构排列成排列成256256256256形式，存取周期为形式，存取周期为0.1s0.1s。试问采用。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？各为多少？解：采用分散刷新方式刷新间隔为解：采用分散刷新方式刷新间隔为:2ms:2ms，其中，其中刷新死时间为：刷新死时间为：2560.1s=25.6s2560.1s=25.6s 采用分散刷新方式刷新间隔为：采用分散刷新方式刷新间隔为：256 256（0.1s+0.1s0

2、.1s+0.1s）=51.2s=51.2s 采用异步刷新方式刷新间隔为采用异步刷新方式刷新间隔为:2ms:2ms15.15.设设CPUCPU共有共有1616根地址根地址线线，8 8根数据根数据线线，并用，并用（低（低电电平有效）作平有效）作访访存控制信号，存控制信号，作作读读写命令信号（高写命令信号（高电电平平为读为读，低，低电电平平为为写）。写）。现现有下列存有下列存储储芯片：芯片：ROMROM（2K82K8位，位，4K44K4位，位，8K88K8位）位），RAMRAM（1K41K4位，位，2K82K8位，位，4K84K8位），及位），及7413874138译译码码器和其他器和其他门电门电路

3、（路（门电门电路自定）。路自定）。试试从上述从上述规规格中格中选选用合适芯片，画出用合适芯片，画出CPUCPU和存和存储储芯片的芯片的连连接接图图。要求：。要求：（1 1）最小）最小4K4K地址地址为为系系统统程序区，程序区，409616383409616383地址地址范范围为围为用用户户程序区。程序区。（2 2）指出）指出选选用的存用的存储储芯片芯片类类型及数量。型及数量。（3 3）详细详细画出片画出片选逻辑选逻辑。解：（解：（1 1）地址空）地址空间间分配分配图图：系系统统程序区（程序区（ROMROM共共4KB4KB）：）：0000H-0FFFH0000H-0FFFH 用用户户程序区（程序

4、区（RAMRAM共共12KB12KB）：）：1000H-3FFFH1000H-3FFFH （2 2）选选片：片：ROM ROM：选择选择4K44K4位芯片位芯片2 2片，位并片，位并联联 RAM RAM：选择选择4K84K8位芯片位芯片3 3片，字串片，字串联联 (RAM1 (RAM1地址范地址范围为围为:1000H-1FFFH,RAM2:1000H-1FFFH,RAM2地址范地址范围为围为2000H-2FFFH,RAM32000H-2FFFH,RAM3地址范地址范围为围为:3000H-3FFFH):3000H-3FFFH)（3 3）各芯片二）各芯片二进进制地址分配如下：制地址分配如下：A15

5、A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPUCPU和存和存储储器器连连接接逻辑图逻辑图及片及片选逻辑选逻辑如下如下图图所示：所示：20.20.欲欲传传送的二送的二进进制代制代码为码为10011011001101，用奇校，用奇校验验来来确定其确定其对应对应的的汉汉明明码码，若在

6、第，若在第6 6位出位出错错，说说明明纠错过纠错过程。程。解：欲解：欲传传送的二送的二进进制代制代码为码为10011011001101，有效信息位数，有效信息位数为为n=7n=7位，位，则汉则汉明校明校验验的校的校验验位位为为k k位，位，则则：2 2k k=n+k+1=n+k+1，k=4k=4，进进行奇校行奇校验设验设校校验验位位为为C1C2C3C4C1C2C3C4，汉汉明明码为码为C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1，C1=1B7B6B4B3B1=110111=1C1=1B7B6B4B3B1=110111=1C2=1B7B5B4B2B1=

7、110101=0C2=1B7B5B4B2B1=110101=0C3=1B6B5B4=1001=0C3=1B6B5B4=1001=0C4=1B3B2B1=1101=1C4=1B3B2B1=1101=1 故故传传送的送的汉汉明明码为码为，若第，若第6 6位位(B5)(B5)出出错错，即接收的，即接收的码码字字为为，则则P1=1C1B7B6B4B3B1=11P1=1C1B7B6B4B3B1=1110111=010111=0P2=1C2B7B5B4B2B1=10P2=1C2B7B5B4B2B1=1011101=111101=1P3=1C3B6B5B4=10011=1P3=1C3B6B5B4=10011

8、=1P4=1C4B3B2B1=11101=0P4=1C4B3B2B1=11101=0P4P3P2P1=0110P4P3P2P1=0110说说明第明第6 6位出位出错错，对对第第6 6位取反即完成位取反即完成纠错纠错。28.28.设设主存容量主存容量为为256K256K字，字，CacheCache容量容量为为2K2K字，字，块长为块长为4 4。（1 1）设计设计CacheCache地址格式，地址格式，CacheCache中可装入多少中可装入多少块块数据？数据？（2 2）在直接映射方式下，）在直接映射方式下，设计设计主存地址格式。主存地址格式。（3 3）在四路）在四路组组相相联联映射方式下，映射方

9、式下，设计设计主存地址格主存地址格式。式。（4 4）在全相）在全相联联映射方式下，映射方式下，设计设计主存地址格式。主存地址格式。（5 5）若存）若存储储字字长为长为3232位，存位，存储储器按字器按字节寻节寻址，写址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。出上述三种映射方式下主存的地址格式。解：（解：（1 1）CacheCache容量容量为为2K2K字，字，块长为块长为4 4，CacheCache共共有有2K/4=22K/4=21111/2/22 2=2=29 9=512=512块块，CacheCache字地址字地址9 9位，字位，字块块内地内地址址为为2 2位，因此，位，因此，CacheC

10、ache地址格式地址格式设计设计如下：如下：Cache字字块块地址（地址（9位）位）字字块块内地址（内地址（2位）位）（2 2）主存容量）主存容量为为256K256K字字=2=21818字，主存地址共字，主存地址共1818位，位，共分共分256K/4=2256K/4=21616块块，主存字，主存字块标记为块标记为18-9-2=718-9-2=7位。位。直接映射方式下主存地址格式如下：直接映射方式下主存地址格式如下：主存字主存字块标记块标记（7位）位）Cache字字块块地址（地址（9位）位）字字块块内地址（内地址（2位）位）主存字主存字块标记块标记（9位）位）组组地址（地址（7位）位）字字块块内

11、地址（内地址（2位）位）（3 3）根据四路）根据四路组组相相联联的条件，一的条件，一组组内共有内共有4 4块块，得得CacheCache共分共分为为512/4=128=2512/4=128=27 7组组，主存字，主存字块标记为块标记为18-7-2=918-7-2=9位，主存地址格式位，主存地址格式设计设计如下：如下：（4 4）在全相）在全相联联映射方式下，主存字映射方式下，主存字块标记为块标记为18-2=1618-2=16位，其地址格式如下：位，其地址格式如下：主存字主存字块标记块标记（16位）位）字字块块内地址（内地址（2位）位）（5 5）若存）若存储储字字长为长为3232位，存位，存储储器

12、按字器按字节寻节寻址，址，则则主存容量主存容量为为256K*32/4=2256K*32/4=22121B B，CacheCache容量容量为为2K*32/4=22K*32/4=21414B B，块长为块长为4*32/4=32B=24*32/4=32B=25 5B B，字，字块块内地址内地址为为5 5位，在直接位，在直接映射方式下，主存字映射方式下，主存字块标记为块标记为21-9-5=721-9-5=7位，主存地址格位，主存地址格式式为为：主存字主存字块标记块标记（7位）位）Cache字字块块地址（地址（9位）位）字字块块内地址（内地址（5位）位）主存字主存字块标记块标记（9位）位）组组地址（地

13、址（7位）位）字字块块内地址（内地址（5位）位）主存字主存字块标记块标记（16位）位）字字块块内地址（内地址（5位）位）在四路在四路组组相相联联映射方式下，主存字映射方式下，主存字块标记为块标记为21-7-21-7-5=95=9位，主存地址格式位，主存地址格式为为：在全相在全相联联映射方式下，主存字映射方式下，主存字块标记为块标记为21-5=1621-5=16位，位，主存地址格式主存地址格式为为：32.32.设设某机主存容量某机主存容量为为4MB4MB，CacheCache容量容量为为16KB16KB，每字每字块块有有8 8个字，每字个字，每字3232位，位，设计设计一个四路一个四路组组相相联

14、联映射映射（即（即CacheCache每每组组内共有内共有4 4个字个字块块）的）的CacheCache组织组织。（1 1）画出主存地址字段中各段的位数。）画出主存地址字段中各段的位数。（2 2）设设CacheCache的初的初态为态为空，空，CPUCPU依次从主存第依次从主存第0 0，1 1，2 2，8989号号单单元元读读出出9090个字（主存一次个字（主存一次读读出一个字）出一个字），并重复按此次序，并重复按此次序读读8 8次，次，问问命中率是多少？命中率是多少？（3 3）若）若CacheCache的速度是主存的的速度是主存的6 6倍，倍，试问试问有有CacheCache和和无无Cach

15、eCache相比，速度相比，速度约约提高多少倍？提高多少倍？解：（解：（1 1）根据每字）根据每字块块有有8 8个字，每字个字，每字3232位（位（4 4字字节节），得出主存地址字段中字，得出主存地址字段中字块块内地址内地址为为3+2=53+2=5位。位。根据根据CacheCache容量容量为为16KB=216KB=21414B B，字，字块块大小大小为为8*32/8=32=28*32/8=32=25 5B B，得，得CacheCache地址共地址共1414位，位，CacheCache共有共有2 214-514-5=2=29 9块块。根据四路根据四路组组相相联联映射，映射，CacheCache

16、共分共分为为2 29 9/2/22 2=2=27 7组组。根据主存容量根据主存容量为为4MB=24MB=22222B B，得主存地址共，得主存地址共2222位，主存字位，主存字块标记为块标记为22-7-5=1022-7-5=10位，故主存地址格式位，故主存地址格式为为：主存字主存字块标记块标记（10位）位）组组地址（地址（7位）位）字字块块内地址（内地址（5位）位）（2 2）由于每个字）由于每个字块块中有中有8 8个字，而且初个字，而且初态为态为空，因空，因此此CPUCPU读读第第0 0号号单单元元时时，未命中，必，未命中，必须访问须访问主存，同主存，同时时将将该该字所在的主存字所在的主存块调

17、块调入入CacheCache第第0 0组组中的任一中的任一块块内，内，接着接着CPUCPU读读第第1717号号单单元元时时均命中。同理，均命中。同理，CPUCPU读读第第8 8，1616，8888号号时时均未命中。可均未命中。可见见，CPUCPU在在连续读连续读9090个字个字中共有中共有1212次未命中，而后次未命中，而后8 8次循次循环读环读9090个字全部命中，个字全部命中，命中率命中率为为：（3 3）设设CacheCache的周期的周期为为t t，则则主存周期主存周期为为6t6t，没有，没有CacheCache的的访问时间为访问时间为6t*90*86t*90*8，有，有CacheCac

18、he的的访问时间为访问时间为t t（90*8-1290*8-12）+6t*12+6t*12，则则有有CacheCache和无和无CacheCache相比，速度相比，速度提高的倍数提高的倍数为为：38.磁磁盘组盘组有有6片磁片磁盘盘，最外两，最外两侧盘侧盘面可以面可以记录记录，存，存储储区域内径区域内径22cm，外径，外径33cm，道密度，道密度为为40道道/cm，内，内层层密度密度为为400位位/cm，转转速速3600转转/分，分，问问：（1）共有多少存）共有多少存储储面可用？面可用？（2）共有多少柱面？）共有多少柱面？（3）盘组总盘组总存存储储容量是多少？容量是多少？（4）数据）数据传输传输

19、率是多少？率是多少？解：（解：（1）共有：）共有：62=12个存个存储储面可用。面可用。（2）有效存）有效存储储区域区域=（33-22）/2=5.5cm（3）内）内层层道周道周长长=22=69.08cm道容量道容量=400位位/cm69.08cm=3454B面容量面容量=3454B220道道=759，880B盘组总盘组总容量容量=759，880B12面面=9，118，560B柱面数柱面数=40道道/cm5.5=220道道（4）转转速速=3600转转/60秒秒=60转转/秒秒数据数据传输传输率率=3454B60转转/秒秒=207，240B/S 4.42 4.42 有一个有一个(7(7，4)4)码

20、，生成多项式码，生成多项式x x3 3+x+1+x+1，写，写出代码出代码10011001的循环冗余校验码的循环冗余校验码 解：解：代码为：代码为：由由(7(7，4)4)得：得：生成多项式为：生成多项式为：将代码左移将代码左移3 3位后再被生成多项式模位后再被生成多项式模2 2处，即：处，即：故故CRCCRC码为：码为：第第5 5章章 输入输出系统输入输出系统 32.设磁盘存储器转速为设磁盘存储器转速为3000转转/分，分分，分8个扇区，每扇区个扇区，每扇区存储存储1K字节，主存与磁盘存储器数据传送的宽度为字节，主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位位（即每次传送（即每次传送16位）。假设一条

21、指令最长执行时间是位）。假设一条指令最长执行时间是25 s，是否可采用一条指令执行结束时响应，是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求请求的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？29 29 结合结合DMADMA接口电路说明工作过程。看书接口电路说明工作过程。看书解：先算出磁盘传送速度，然后和指令执行速度进行比解：先算出磁盘传送速度，然后和指令执行速度进行比较得出结论。较得出结论。道容量道容量=1K88位位=8KB=4K字字数传率数传率=4K字字3000转转/分分=4K字字50转转/秒秒=200K字字/秒秒 一个字的传送时间一个字的传送时间=1/200K

22、=1/200K秒秒 5 5 s s （注：在（注：在此此1K=10241K=1024，来自数据块单位缩写。），来自数据块单位缩写。）因为因为5 5 s25s25 s s，所以不能采用一条指令执行，所以不能采用一条指令执行结束响应结束响应DMADMA请求的方案，应采取每个请求的方案，应采取每个CPUCPU机器周期末机器周期末查询及响应查询及响应DMADMA请求的方案（通常安排请求的方案（通常安排CPUCPU机器周期机器周期=MM=MM存取周期）。存取周期）。第第6 6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 9.9.当十六进制数当十六进制数9B9B和和FFFF分别表示为原码、补码、反码、分别表示为

23、原码、补码、反码、移码和无符号数时，所对应的十进制数各为多少（设移码和无符号数时，所对应的十进制数各为多少（设机器数采用一位符号位）？机器数采用一位符号位）？解：真值和机器数的对应关系如下：解：真值和机器数的对应关系如下：9BH原码补码反码移码无符号数对应十进制数-27-101-100+27155FFH原码补码反码移码无符号数对应十进制数-128-1-0+12825612.12.设设浮点数格式浮点数格式为为：阶码阶码5 5位（含位（含1 1位位阶阶符），尾数符），尾数1111位（含位（含1 1位数符）。写出位数符）。写出51/12851/128、-27/1024-27/1024、7.3757.

24、375、-86.586.5所所对应对应的机器数。要求如下：的机器数。要求如下：（1 1）阶码阶码和尾数均和尾数均为为原原码码。（2 2）阶码阶码和尾数均和尾数均为补码为补码。（3 3）阶码为阶码为移移码码，尾数，尾数为补码为补码。解：据题意画出该浮点数的格式解：据题意画出该浮点数的格式 阶阶符符1位位阶码阶码4位位数符数符1位位尾数尾数10位位 将十进制数转换为二进制：将十进制数转换为二进制：x1=51/128=0.0110011B=2x1=51/128=0.0110011B=2-1-1*0.110 011B*0.110 011Bx2=-2x2=-27 7/1024=-0.0000011011

25、B=2/1024=-0.0000011011B=2-5-5*(-0.11011B*(-0.11011B）x3=7.375=111.011B=2x3=7.375=111.011B=23 3*0.111011B*0.111011Bx4=-86.5=-1010110.1B=2x4=-86.5=-1010110.1B=27 7*(-0.10101101B)*(-0.10101101B)则则以上各数的浮点以上各数的浮点规规格化数格化数为为：（1 1）x1x1浮浮=1=1，00010001；0.110 011 000 00.110 011 000 0 x2 x2浮浮=1=1，01010101；1.110

26、110 000 01.110 110 000 0 x3 x3浮浮=0=0，00110011；0.111 011 000 00.111 011 000 0 x4 x4浮浮=0=0，01110111；1.101 011 010 01.101 011 010 0（2 2）x1x1浮浮=1=1，11111111；0.110 011 000 00.110 011 000 0 x2 x2浮浮=1=1，10111011；1.001 010 000 01.001 010 000 0 x3 x3浮浮=0=0，00110011；0.111 011 000 00.111 011 000 0 x4 x4浮浮=0=0，

27、01110111；1.010 100 110 01.010 100 110 0（3 3）x1x1浮浮=0=0，11111111；0.110 011 000 00.110 011 000 0 x2 x2浮浮=0=0，10111011；1.001 010 000 0 1.001 010 000 0 x3 x3浮浮=1=1，00110011；0.111 011 000 00.111 011 000 0 x4 x4浮浮=1=1，01110111；1.010 100 110 01.010 100 110 01616设设机器数字机器数字长为长为1616位，写出下列各种情况下它位，写出下列各种情况下它能表示

28、的数的范能表示的数的范围围。设设机器数采用一位符号位，答案机器数采用一位符号位，答案均用十均用十进进制表示。制表示。（1 1）无符号数；）无符号数；（2 2）原）原码码表示的定点小数。表示的定点小数。（3 3）补码补码表示的定点小数。表示的定点小数。（4 4）补码补码表示的定点整数。表示的定点整数。（5 5）原）原码码表示的定点整数。表示的定点整数。（6 6）浮点数的格式）浮点数的格式为为：阶码阶码6 6位（含位（含1 1位位阶阶符），符），尾数尾数1010位（含位（含1 1位数符）。分位数符）。分别别写出其正数和写出其正数和负负数的数的表示范表示范围围。（7 7）浮点数格式同（）浮点数格式同

29、（6 6），机器数采用），机器数采用补码规补码规格格化形式，分化形式，分别别写出其写出其对应对应的正数和的正数和负负数的真数的真值值范范围围。解：（解：（1）无符号整数：）无符号整数：0216-1，即：，即：065535；无符号小数：无符号小数：01-2-16，即：，即：00.99998；（2）原码定点小数：）原码定点小数：-1+2-151-2-15，即：，即：-0.999970.99997（3）补码定点小数：）补码定点小数：-11-2-15，即：，即：-10.99997（4）补码定点整数：）补码定点整数：-215215-1，即：，即：-3276832767（5）原码定点整数：）原码定点整数：

30、-215+1215-1，即：，即：-3276732767（6）据题意画出该浮点数格式，当阶码和尾数均采用原）据题意画出该浮点数格式，当阶码和尾数均采用原码，非规格化数表示时：码，非规格化数表示时：最大负数最大负数=1，11111；1.000000001，即，即-2-9 2-31最小负数最小负数=0，11111；1.111111111，即，即-（1-2-9）231则负数表示范围为：则负数表示范围为：-（1-2-9）231-2-9 2-31最大正数最大正数=0，11111；0.111111111，即，即（1-2-9）231最小正数最小正数=1，11111；0.000000001，即，即2-9 2-

31、31则正数表示范围为：则正数表示范围为：2-9 2-31（1-2-9）231（7）当机器数采用补码规格化形式时，若不考虑隐藏位，）当机器数采用补码规格化形式时，若不考虑隐藏位，则则最大负数最大负数=1，00000；1.011111111，即，即-2-1 2-32最小负数最小负数=0，11111；1.000000000，即，即-1 231则负数表示范围为：则负数表示范围为：-1 231-2-1 2-32最大正数最大正数=0，11111；0.111111111，即，即（1-2-9）231最小正数最小正数=1，00000；0.100000000，即，即2-1 2-32则正数表示范围为：则正数表示范围

32、为：2-1 2-32（1-2-9）23120.用原用原码码一位乘、两位乘和一位乘、两位乘和补码补码一位乘（一位乘（Booth算法）算法）、两位乘、两位乘计计算算xy。（1）x=0.110111，y=-0.101110；（2）x=-0.010111，y=-0.010101；（3）x=19，y=35；（4）x=0.11011，y=-0.11101。解：先将数据解：先将数据转换转换成所需的机器数，然后成所需的机器数，然后计计算，最后算，最后结结果果转换转换成真成真值值。（1）x原原=0.110111，y原原=1.101110，x*=0.110111，y*=0.101110原原码码一位乘：一位乘：部分

33、部分积积乘数乘数y*说说明明0.000000+0.000000101110部分部分积积初初值为值为0，乘数，乘数为为0加加00.0000000.000000+0.110111010111右移一位右移一位乘数乘数为为1，加上，加上x*0.1101110.011011+0.110111101011右移一位右移一位乘数乘数为为1，加上，加上x*1.0100100.101001+0.110111010101右移一位右移一位乘数乘数为为1，加上，加上x*1.1000000.110000+0.000000001010右移一位右移一位乘数乘数为为0，加上，加上00.1100000.011000+0.1101

34、11000101右移一位右移一位乘数乘数为为1，加上，加上x*1.0011110.100111100010右移一位右移一位即即x*y*=0.100 111 100 010 x*y*=0.100 111 100 010，z0=x0z0=x0 y0=0 y0=0 1=11=1，xyxy原原=1.100 111 100 010=1.100 111 100 010，xy=-0.100 111 100 010 xy=-0.100 111 100 010补码补码一位乘：一位乘：x补补=0.110111，-x补补=1.001001，y补补=1.010010部分部分积积乘数乘数Yn+1说说明明00.00000

35、000.000000+11.0010011010010010100100Ynyn+1=00，部分，部分积积右移右移1位位Ynyn+1=10，部分，部分积积加加-x补补11.001001右移右移1位位11.100100+00.11011110101001Ynyn+1=01，部分，部分积积加加x补补00.011011右移右移1位位00.00110100.000110+11.0010011101010111010100Ynyn+1=00，部分，部分积积右移右移1位位Ynyn+1=10，部分，部分积积加加-x补补11.001111右移右移1位位11.100111+00.11011111110101Yn

36、yn+1=01，部分，部分积积加加x补补00.01111000.001111+11.00100101111010右移右移1位位Ynyn+1=10，部分，部分积积加加-x补补11.011000011110即即 xy xy补补=1.011 000 011 110=1.011 000 011 110，xy=-0.100 111 100 010 xy=-0.100 111 100 010第第7章章指令系统指令系统15一相一相对寻对寻址的址的转转移指令占移指令占3个字个字节节，第一字，第一字节节是是操作操作码码，第二、三字，第二、三字节为节为相相对对位移量，而且数据在存位移量，而且数据在存储储器中采用以

37、高字器中采用以高字节节地址地址为为字地址的存放方式。假字地址的存放方式。假设设PC当前当前值为值为4000H。试问试问当当结结果果为为0，执执行行“JZ*+35”和和JZ*-17”指令指令时时，该该指令的第二、第三字指令的第二、第三字节节的的机器代机器代码码各各为为多少？多少？解：当解：当结结果果为为0，执执行行“JZ*+35”时时，指令的相，指令的相对对位位移量移量为为35(D)=23H，该该该该指令的第二字指令的第二字节节的机器代的机器代码码为为00H，第三字，第三字节节的机器代的机器代码为码为23H当当结结果果为为0，执执行行“JZ*-17”时时，指令的相，指令的相对对位移位移量量为为-

38、17(D)=EFH(补码补码)，该该该该指令的第二字指令的第二字节节的机器的机器代代码为码为FFH，第三字，第三字节节的机器代的机器代码为码为EFH16.某机主存容量某机主存容量为为4M 16位，且存位，且存储储字字长长等于指令等于指令字字长长，若，若该该机指令系机指令系统统可完成可完成108种操作，操作种操作，操作码码位数固位数固定，且具有直接、定，且具有直接、间间接、接、变变址、基址、相址、基址、相对对、立即等六、立即等六种种寻寻址方式，址方式，试试回答：（回答：（1）画出一地址指令格式并指出）画出一地址指令格式并指出各字段的作用；各字段的作用；（2）该该指令直接指令直接寻寻址的最大范址的

39、最大范围围；（3）一次）一次间间址和多次址和多次间间址的址的寻寻址范址范围围；（4）立即数的范）立即数的范围围（十（十进进制表示）；制表示）；（5）相）相对寻对寻址的位移量（十址的位移量（十进进制表示）；制表示）；（6）上述六种）上述六种寻寻址方式的指令哪一种址方式的指令哪一种执执行行时间时间最短？最短？哪一种最哪一种最长长？为为什么？哪一种便于程序浮什么？哪一种便于程序浮动动？哪一种最？哪一种最适合适合处处理数理数组问题组问题？（7）如何修改指令格式，使指令的）如何修改指令格式，使指令的寻寻址范址范围围可可扩扩大到大到4M？（8）为为使一条使一条转转移指令能移指令能转转移到主存的任一位置，可

40、移到主存的任一位置，可采取什么措施？采取什么措施？简简要要说说明之。明之。解：（解：（1）单单字字长长一地址指令格式：一地址指令格式：OP（7位）M（3位）A（6位）OP为为操作操作码码字段，共字段，共7位，可反映位，可反映108种操作；种操作；M为寻为寻址方式字段，共址方式字段，共3位，可反映位，可反映6种种寻寻址操作；址操作；A为为地址地址码码字段，共字段，共16-7-3=6位。位。（2）直接）直接寻寻址的最大范址的最大范围为围为26=64。（3）由于存）由于存储储字字长为长为16位，故一次位，故一次间间址的址的寻寻址址范范围为围为216；若多次；若多次间间址，需用存址，需用存储储字的最高

41、位来区字的最高位来区别别是否是否继续间继续间接接寻寻址，故址，故寻寻址范址范围为围为215。（4）立即数的范）立即数的范围为围为-3231（有符号数），（有符号数），或或063（无符号数）。（无符号数）。（5）相）相对寻对寻址的位移量址的位移量为为-3231。（6）上述六种）上述六种寻寻址方式中，因立即数由指令直接址方式中，因立即数由指令直接给给出，故立即出，故立即寻寻址的指令址的指令执执行行时间时间最短。最短。间间接接寻寻址址在指令的在指令的执执行行阶阶段要多次段要多次访访存存(一次一次间间接接寻寻址要两次址要两次访访存，多次存，多次间间接接寻寻址要多次址要多次访访存存)，故，故执执行行时间

42、时间最最长长。变变址址寻寻址由于址由于变变址寄存器的内容由用址寄存器的内容由用户给户给定，而且定，而且在程序的在程序的执执行行过过程中允程中允许许用用户户修改，而其形式地址修改，而其形式地址始始终终不不变变，故，故变变址址寻寻址的指令便于用址的指令便于用户编户编制制处处理数理数组问题组问题的程序。相的程序。相对寻对寻址操作数的有效地址只与当址操作数的有效地址只与当前指令地址相差一定的位移量，与直接前指令地址相差一定的位移量，与直接寻寻址相比，址相比，更有利于程序浮更有利于程序浮动动。（7）方案一：）方案一：为为使指令使指令寻寻址范址范围围可可扩扩大到大到4M，需，需要有效地址要有效地址22位，

43、此位，此时时可将可将单单字字长长一地址指令的格一地址指令的格式改式改为为双字双字长长，如下，如下图图示：示：OP（7位）位）MOD（3位）位）A（高（高6位）位）A（低（低16位）位）方案二：如果仍采用方案二：如果仍采用单单字字长长指令（指令（16位）格式，位）格式，为为使指令使指令寻寻址范址范围扩围扩大到大到4M，可通，可通过过段段寻寻址方案址方案实实现现。安排如下：。安排如下：硬件硬件设设段寄存器段寄存器DS（16位），用来存放段地位），用来存放段地址。在完成指令址。在完成指令寻寻址方式所址方式所规规定的定的寻寻址操作后，得址操作后，得有效地址有效地址EA（6位），再由硬件自位），再由硬件

44、自动动完成段完成段寻寻址，最址，最后得后得22位物理地址。位物理地址。即：物理地址即：物理地址=（DS）26+EA注：段注：段寻寻址方式由硬件址方式由硬件隐隐含含实现实现。在。在编编程指定的程指定的寻寻址址过过程完成、程完成、EA产产生之后由硬件自生之后由硬件自动动完成，完成，对对用用户户是透是透明的。明的。方案三：在采用方案三：在采用单单字字长长指令（指令（16位）格式位）格式时时，还还可通可通过页过页面面寻寻址方案使指令址方案使指令寻寻址范址范围扩围扩大到大到4M。安排如下：安排如下：硬件硬件设页设页面寄存器面寄存器PR（16位），用来存放位），用来存放页页面地址。指令面地址。指令寻寻址方

45、式中增址方式中增设页设页面面寻寻址。当需要使址。当需要使指令指令寻寻址范址范围扩围扩大到大到4M时时，编编程程选择页选择页面面寻寻址方式，址方式，则则：EA=（PR）A（有效地址（有效地址=页页面地址面地址“拼接拼接”6位形式地址），位形式地址），这样这样得到得到22位有效地址。位有效地址。（8）为为使一条使一条转转移指令能移指令能转转移到主存的任一位置，移到主存的任一位置，寻寻址范址范围须围须达到达到4M，除了采用，除了采用(7)方案一中的双字方案一中的双字长长一地址指令的格式外，一地址指令的格式外，还还可配置可配置22位的基址寄存位的基址寄存器或器或22位的位的变变址寄存器，使址寄存器，使

46、EA=(BR)+A（BR为为22位的基址寄存器位的基址寄存器)或或EA=（IX）+A(IX为为22位的位的变变址寄存器址寄存器)，便可，便可访问访问4M存存储储空空间间。还还可以通可以通过过16位位的基址寄存器左移的基址寄存器左移6位再和形式地址位再和形式地址A相加，也可达相加，也可达到同到同样样的效果。的效果。总总之，不之，不论论采取何种方式，最采取何种方式，最终终得到的得到的实际实际地地址址应应是是22位。位。第第8章章CPU的结构和功能的结构和功能12在在5个功能段的指令流水个功能段的指令流水线线中，假中，假设设每段的每段的执执行行时时间间分分别别是是10ns、8ns、10ns、10ns

47、和和7ns。对对于完成于完成12条条指令的流水指令的流水线线而言，其加速比而言，其加速比为为多少？多少？该该流水流水线线的的实际实际吞吐率吞吐率为为多少？多少？解：解：由由题题意可知，各段意可知，各段执执行行时间时间最多最多为为20ns，即：，即：加速比：加速比：实际实际吞吐率：吞吐率：26.设设某机配有某机配有A、B、C三台三台设备设备，其，其优优先先顺顺序按序按ABC降序排列，降序排列，为为改改变变中断中断处处理次序，它理次序，它们们的中的中断屏蔽字断屏蔽字设设置如下：置如下：设备设备屏蔽字屏蔽字A111B010C011请请按下按下图图所示所示时间轴给时间轴给出的出的设备请设备请求中断的求

48、中断的时时刻，画出刻，画出CPU执执行程序的行程序的轨轨迹。迹。设设A、B、C中断服中断服务务程序的程序的执执行行时间时间均均为为20 s。解：解：A、B、C设备设备的响的响应优应优先先级为级为A最高、最高、B次之、次之、C最低，最低，处处理理优优先先级为级为A最高、最高、C次之、次之、B最低。最低。CPU执执行程序的行程序的轨轨迹迹图图如下：如下：15.设设控制存控制存储储器的容量器的容量为为51248位，微程序可在位，微程序可在整个控存空整个控存空间实现转间实现转移，而控制微程序移，而控制微程序转转移的条件共移的条件共有有4个（采用直接控制），微指令格式如下：个（采用直接控制），微指令格式

49、如下：第第10章章控制单元的设计控制单元的设计解：因解：因为为控制存控制存储储器共有器共有512*48=29*48所以，下址字段所以，下址字段应应有有9位，微指令字位，微指令字长长48位位又因又因为为控制微程序控制微程序转转移的条件有移的条件有4个，个，4+1=23所以判断所以判断测试测试字段占字段占3位位因此控制字段位数因此控制字段位数为为：48-9-3=36微指令格式微指令格式为为：4813121091控制字段控制字段测试字段测试字段下址字段下址字段19.假假设设机器的主要部件有程序机器的主要部件有程序计计数器数器PC，指令寄存，指令寄存器器IR，通用寄存器，通用寄存器R0、R1、R2、R

50、3，暂暂存器存器C、D，ALU，移位器，存，移位器，存储储器地址寄存器器地址寄存器MAR，存，存储储器数据器数据寄存器寄存器MDR及存及存储储矩矩阵阵M。(1)要求采用要求采用单总线结单总线结构画出包含上述部件的硬件构画出包含上述部件的硬件框框图图，并注明数据流，并注明数据流动动方向。方向。(2)画出画出“ADD(R1)，(R2)”指令在取指指令在取指阶阶段和段和执执行行阶阶段的信息流程段的信息流程图图。R1寄存器存放源操作数地址，寄存器存放源操作数地址，R2寄存器存放目的操作数的地址。寄存器存放目的操作数的地址。(3)写出写出对应该对应该流程流程图图所需的全部微操作命令。所需的全部微操作命令