第6章习题讲评(清).ppt

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1、计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评计算机组成原理计算机组成原理习题串讲习题串讲计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评6-7 以以一一条条典典型型的的单单地地址址指指令令为为例例，简简要要说说明明下下列列部部件件在在计计算算机机的的取取指指周周期期和和执执行行周周期期中

2、的作用。中的作用。程序计数器程序计数器PC；指令寄存器指令寄存器IR；算术逻辑运算部件算术逻辑运算部件ALU；存储器数据寄存器存储器数据寄存器MDR；存储器地址寄存器存储器地址寄存器MAR。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评程序计数器程序计数器PC，存放指令地址；，存放指令地址；指令寄存器指令寄存器IR，存放当前指令；，存放当前指令；算术逻辑运算部件算术逻辑运算部件ALU，进行算逻运算；，进行算逻运算；存存储储器器数数据据寄寄存

3、存器器MDR，存存放放写写入入或或读读出出的数据的数据/指令；指令；存存储储器器地地址址寄寄存存器器MAR，存存放放写写入入或或读读出出的数据的数据/指令的地址。指令的地址。以单地址指令加以单地址指令加1为例（为例（INC A），该），该指令分为三个周期：取指周期、分析周期、指令分为三个周期：取指周期、分析周期、执行周期。执行周期。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评 取指周期取指周期 分析周期分析周期 执行周期执行周期PC PC

4、 (PC)MAR(PC)MAR -IR IR 指令指令MDRIRMDRIR -ALU ALU (PC)+1(PC)+1 -(A)+1(A)+1MAR MAR 指令地址指令地址MARMAR AMARAMAR -MDR MDR 指令指令MDRMDR (A)MDR(A)MDR (A)+1MDR(A)+1MDR计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评6-9 指指令令和和数数据据都都存存放放在在主主存存，如如何何识识别别从从主主存储器中取出的是

5、指令还是数据？存储器中取出的是指令还是数据？指令和数据都存放在主存，它们都以二进指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分的方式：制代码形式出现，区分的方式：从主存中取出的机器周期不同从主存中取出的机器周期不同 取指周期取出的是指令，取指周期取出的是指令，分析或执行周期取出的是数据分析或执行周期取出的是数据。取指令和数据时地址的来源不同取指令和数据时地址的来源不同 指令地址来源于程序计数器，指令地址来源于程序计数器，数据地址来源于地址形成部件数据地址来源于地址形成部件。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理

6、2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评6-12 某某计计算算机机的的CPU内内部部结结构构如如图图示示。两两组组总总线线之之间间的的所所有有数数据据传传送送通通过过ALU。ALU还还具具有完成以下功能的能力：有完成以下功能的能力：F=A F=B F=A+1 F=B+1 F=A-1 F=B-1 写写出出转转子子指指令令（JSR）的的取取指指和和执执行行周周期期的的微微操操作作序序列列。JSR指指令令占占两两个个字字，第第一一个个字字是是操操作作码码；第第二二个个字字是是子子程程序序的的入入口口地地址址。返返回回地地址址保保存存在在存存储储器器堆

7、堆栈栈中中，堆堆栈栈指指示器始终指向栈顶。示器始终指向栈顶。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评IRMDRMARPCSPYALUABF计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评 JSR指指令令占占两两个个字字。第第一一个个字字是是操操作作码码；第二个字是子程序的入口地址。第

8、二个字是子程序的入口地址。操作码操作码子程序入口地址子程序入口地址指令需分两次取出。指令需分两次取出。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评 PCout，F=B，MARin，Read；PCout，F=B+1，PCin，Wait；MDRout，F=B，IRin；PCout，F=B，MARin，Read；PCout，F=B+1，PCin，Wait；MDRout，F=B，Yin；SPout，F=B-1，SPin，MARin；PCout，F

9、=B，MDRin，Write；Yout，F=A，PcinEnd取指令的取指令的第一个字第一个字取指令的取指令的第二个字第二个字返回地址返回地址压入堆栈压入堆栈子程序的首地址子程序的首地址PC计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评6-13 某机主要部件如图所示。某机主要部件如图所示。请请补补充充各各部部件件间间的的主主要要连连接接线线，并并注注明明数据流动方向。数据流动方向。拟拟出出指指令令ADD(R2)+,(R1)的的执执行行流流程

10、程（含含取取指指过过程程与与确确定定后后继继指指令令地地址址）。该该指指令令的的含含义义是是进进行行加加法法操操作作，源源操操作作数数地地址址和和目目的的操操作作数数地地址址分分别别在在寄寄存存器器R1和和R2中中，目目的的操操作作数数寻寻址址方方式式为为自自增增型型寄寄存存器器间址。间址。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评其中：其中：LA A输入选择器输入选择器 LB B输入选择器输入选择器 C、D 暂存器暂存器IR,MARC

11、,R0R3PC,MDRD,R0R3移位器移位器LALBIRPCCDR0MDRMARMR1R2R3ALU+1计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院(R1)+(R2)(R2)(R2)+1 R2习题讲评习题讲评(PC)MARRead(MAR)MDRIR(PC)1PC(R1)MARRead(MAR)MDRC指令指令ADD(R2)+,(R1)源操作数源操作数地址地址目的操作数目的操作数地址地址取指令取指令取被加数取被加数计算机组成原理计算机组成原理计算机组成

12、原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评(R2)MARRead(MAR)MDRD(R2)+1 R2C+D MDRWriteMDR(MAR)取加数取加数修改目的地址修改目的地址求和并保存结果求和并保存结果计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评6-20 某机有某机有8条微指令条微指令I1I8，每条微指令所含，每条微

13、指令所含的微命令控制信号如下表所示：的微命令控制信号如下表所示：微指微指令令微命令信号微命令信号abcdefghijI1I2I3I4I5I6I7 I8计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评 aj分别代表分别代表10种不同性质的微命种不同性质的微命令信号，假设一条微指令的操作控制字令信号，假设一条微指令的操作控制字段为段为8位，请安排微指令的操作控制字段位，请安排微指令的操作控制字段格式，并将全部微指令代码化。格式，并将全部微指令代码

14、化。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评 本系统中有本系统中有10种不同性质的微命令信种不同性质的微命令信号，但一条微指令的操作控制字段只有号，但一条微指令的操作控制字段只有8位，位，所以不能采用直接控制法。所以不能采用直接控制法。微指令中有多个微命令是兼容的微命微指令中有多个微命令是兼容的微命令，必须同时出现，如微指令令，必须同时出现，如微指令I1中的中的ae，故也不可以采用最短编码法。故也不可以采用最短编码法。将互斥的微命令安

15、排在同一组内，兼将互斥的微命令安排在同一组内，兼容的微命令安排在不同的组内。容的微命令安排在不同的组内。最终选用字段编码法和直接控制法相最终选用字段编码法和直接控制法相结合的方法。结合的方法。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评字段字段100 00 无无01 b01 b1010 i i11 j11 j字段字段200 00 无无01 e01 e1010 f f11 h11 h译码器译码器译码器译码器字段字段1字段字段2a ac cd

16、 dg gb b i i j je e f f h h无无无无I1：11100101I2：10110010I3：00000111I4：01000000I5：01011001I6：10001111I7：01100011I8：10000111计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理2008.10北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院习题讲评习题讲评 6-21 在微程序控制器中，微程序计数器在微程序控制器中，微程序计数器 PC可以用具有加可以用具有加1功能的微地址寄存器功能的微地址寄存器 MAR来代替，试问

17、程序计数器来代替，试问程序计数器PC是否可以用具有是否可以用具有加加1功能的存储器地址寄存器功能的存储器地址寄存器MAR代替？代替？不可以不可以。主存中既有指令又有数据，它们都以二主存中既有指令又有数据，它们都以二进制代码形式出现，但取指令和数据时地址进制代码形式出现，但取指令和数据时地址的来源不同。的来源不同。取指令：取指令：(PC)MAR 取数据：取数据：地址形成部件地址形成部件MAR 所以不能用所以不能用MAR代替代替PC。计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理19磁介质存储设备磁介质存储设备设某磁盘有两个记录面，

18、存储区内直径为设某磁盘有两个记录面，存储区内直径为2.36in，外直径为，外直径为5in，道密度为，道密度为1250TPI，位密度为，位密度为52400bpi，转速，转速为为2400RPM。请解答：。请解答：（1）每面有多少磁道，每个磁道能存储多）每面有多少磁道，每个磁道能存储多少字节？少字节？（2）数据传输率为多少？）数据传输率为多少？（3）设寻道时间在）设寻道时间在10ms40ms之间，之间，在一个磁道上写上在一个磁道上写上8000B数据，平均需数据，平均需要多少时间？要多少时间？北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组

19、成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理208.2 磁介质存储设备磁介质存储设备解解（1）每面磁道数）每面磁道数=道密度道密度（外直径（外直径-内直径）内直径）/2=1250（5-2.36）/2=1650 通常位密度是指磁盘的最大位密度，通常位密度是指磁盘的最大位密度，即内径处的位密度。即内径处的位密度。每道存储的字节数每道存储的字节数=内直径内直径位密度位密度=2.36 5240048562B （2）数据传输率）数据传输率=每磁道容量每磁道容量转速转速=48562 2400/60=1942480B 1.94MB/S北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术

20、学院计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理218.2 磁介质存储设备磁介质存储设备（3）平均寻道时间）平均寻道时间=（10+40）/2=25ms平均等待时间平均等待时间=磁盘旋转一圈所需要的时磁盘旋转一圈所需要的时间的一半间的一半=（1/2）（60/2400）1000ms=12.5ms数据传输时间数据传输时间=传输数据量传输数据量/数据传输率数据传输率=(8000/（1.94 106)103=4.12msTsmax+Tsmin 2北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院计算机组成原理计算机组成原理计算

21、机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理228.2 磁介质存储设备磁介质存储设备写入写入8000字节所需要的时间字节所需要的时间T=平均寻道时间平均寻道时间+平均等待时间平均等待时间+数据传数据传输时间输时间=25ms+12.5ms+4.12ms41.6ms北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理23磁介质存储设备磁介质存储设备某盘片组有某盘片组有5个盘片，其中有一个伺服面，其他个盘片，其中有一个伺服面，其他盘面为记录数据的

22、盘面，磁盘转速为盘面为记录数据的盘面，磁盘转速为7200RPM。磁盘存储区内直径为。磁盘存储区内直径为4.1cm，外，外直径为直径为8.9cm，道密度为，道密度为40TPM，位密度为，位密度为300BPM，试计算：，试计算：（1）数据盘面数和柱面数是多少？）数据盘面数和柱面数是多少？（2）盘组容量是多少字节？）盘组容量是多少字节？（3）平均等待时间为多少毫秒？）平均等待时间为多少毫秒？（4）数据传输率是多少字节）数据传输率是多少字节/秒？秒？（5）给出一个磁盘地址格式方案？）给出一个磁盘地址格式方案？北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院计算机组成原理计算机组成原理计算机

23、组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理248.2 磁介质存储设备磁介质存储设备解解（1）5个盘片有个盘片有10个面，其中伺服面不能存个面，其中伺服面不能存放数据，则总共只有放数据，则总共只有9个数据盘面。个数据盘面。柱面数柱面数=每面上的磁道数每面上的磁道数=道密度道密度（外道半径（外道半径-内道半径）内道半径）=40（89-41）/2=960 （2）盘组容量）盘组容量=数据盘面数数据盘面数磁道数磁道数内径周内径周长长位密度位密度=9 960 41300=41711760B （3）平均等待时间）平均等待时间=旋转一圈时间的一半旋转一圈时间的一半=60/（

24、2 7200）=4.167ms北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理258.2 磁介质存储设备磁介质存储设备（4）数据传输率为每秒传输的数据量，即）数据传输率为每秒传输的数据量，即每磁道的数据和传输这些数据的时间的每磁道的数据和传输这些数据的时间的比值。比值。数据传输率数据传输率=41300 7200/60=579330B/s （5）磁盘地址由驱动器号、柱面号、）磁盘地址由驱动器号、柱面号、记录面号和扇区号组成。假定本题只有记录面号和扇区号组成。假定本题只有一台

25、磁盘存储器，不考虑驱动器号。一台磁盘存储器，不考虑驱动器号。北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理268.2 磁介质存储设备磁介质存储设备 有有10个记录面，需要个记录面，需要4位；每个记录面有位；每个记录面有960个磁道，柱面号需要个磁道，柱面号需要10位。假定每个扇区位。假定每个扇区512B。则每个磁道有。则每个磁道有 41300=38622b;3862285129个个扇区，因此扇区号需要扇区，因此扇区号需要4位。由此可得磁盘地位。由此可得磁盘地址格式如图：址格式如图：17 87 43 0 柱面号记录面号 扇区号北京理工大学计算机科学技术学院北京理工大学计算机科学技术学院