《計算機組成原理課后習(xí)題答案第五版白中英》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計算機組成原理課后習(xí)題答案第五版白中英（51頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐彩素 計算機組成原理第五版習(xí)題答案 第一章 1 第二章 3 第三章 14 第四章 19 第五章 21 第六章 27 第七章 A?????.31 第八章 34 第九章 、......36 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐總素 第一章 1. 模擬計算機的特點是數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程也是連續(xù)的。數(shù)字計算機的主要特 點是按位運算，并J1不連續(xù)地跳動計算。模擬計算機用電壓表示數(shù)據(jù)，采用電壓組合和 測量值的計算方式，盤上連線的控制方式，而數(shù)字計算機用數(shù)字0和1表示數(shù)據(jù)，采用 數(shù)字計數(shù)的計算方式，程序控制的控制方式。數(shù)字計算機與模擬計算機相比，稱度高，

2、 數(shù)據(jù)存儲崑大，邏輯判斷能力強。 2. 數(shù)字計算機可分為專用計算機和通用計算機，是根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行 的經(jīng)濟性和適應(yīng)性來劃分的。 3. 科學(xué)計算、自動控制、測量和測試、信息處理、教育和衛(wèi)生、家用電器、人工智能。 4. 主要設(shè)計思想是：采用存儲程序的方式，編制好的程序和數(shù)據(jù)存放在同一存儲器中，計 算機町以在無人干預(yù)的情況卜?自動完成逐條取出韋令和執(zhí)行指令的任務(wù)；在機器內(nèi)部， 指令和數(shù)據(jù)均以二進制碼表示,指令在存儲器中按執(zhí)行順序存放。主要組成部分有：：運 算器、邏輯器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。 / yr 5. 存儲器所有存儲單元的總數(shù)稱為存儲器的存儲容最。每個存儲單元

3、都有編號，稱為單元 地址。如果某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字。如果某字為一條指令，稱為指令字。 6. 計算機硬件可直接執(zhí)行的每一個基本的算術(shù)込篦或邏輯運算操作稱為一條指令，而解算 某一問題的一串指令序列，稱為程序。 鳥 7. 取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流，而在執(zhí)行器周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù) 據(jù)流。 x 8. 半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存，存儲容量更人的磁盤存儲器和光盤存儲器稱為外存，內(nèi)存和外 ?共同用來保存二進制數(shù)據(jù)。運算器和控制器合在一起稱為中央處理器，簡稱CPU,它 用來控制計算機及進行算術(shù)邏輯運算。適配器是外用設(shè)備與主機聯(lián)系的橋梁，它的作用 相當(dāng)于一個轉(zhuǎn)換器，使主機和外圉

4、設(shè)備井行協(xié)調(diào)地工作。 9. 計算機的系統(tǒng)軟件包括系綣程序和應(yīng)用程序。系統(tǒng)程序用來簡化程序設(shè)計,簡化使用方 法，提高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴人計算機的功能用用途；應(yīng)用程序是用戶利用計 算機來解決某些問題而編制的程序。 10. 在早期的計算機中，人們是直接用機器語言來編寫程序的，這種程序稱為手編程序 或目的程序；后來，為了編寫程序方便和提高使用效率，人們使用匯編語言來編寫程序, 稱為匯編程序：為了進一步實現(xiàn)程序自動化和便于程序交流，使不熟悉貝體計算機的人 也能很方便地使用計算機，人們又創(chuàng)造了算法語言，用算法語言編寫的程序稱為源程序, 源程序通過編譯系統(tǒng)產(chǎn)生編譯程序，也可通過解釋系統(tǒng)進行解釋執(zhí)

5、行；隨著計算機技術(shù) 的日益發(fā)展，人們又創(chuàng)造出操作系統(tǒng)；隨著計算機在信息處理、情報檢索及各種管理系 統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展，要求人量處理某些數(shù)據(jù)，建立和檢索人量的表格，于是產(chǎn)生了數(shù)據(jù)庫 管理系統(tǒng)。 第一級是微程序設(shè)計級，這是一個實在的碩件級，它由機器碾件直接執(zhí)行微指令: 第二級是一般機器級，也稱為機器語言級，它由程序解釋機器指令系統(tǒng)；第三級足操作 系統(tǒng)級，它由操作系統(tǒng)實現(xiàn)：第四級是匯編語言級，它給程序人員提供一種符號?形式語 言，以減少程序編寫的復(fù)雜性；第五級是高級語言級，它是面向用戶的，為方便用戶編 寫應(yīng)用程序而設(shè)豐的。用一系列的級來組成計算機的接門對『掌握計算機是如何組成的 提供了一種好的結(jié)構(gòu)和體

6、制，而且用這種分級的觀點來設(shè)計計算機對保證產(chǎn)生一個良好 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也足很有幫助的。 2 計算機如成原理笫五版習(xí)題怎余 11. 內(nèi)為任何操作可以由軟件來實現(xiàn)，也町以由硬件來實現(xiàn)；任何指令的執(zhí)行町以由鎖 件完成，也可以由軟件來完成。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的媒介是軟件與破件的邏輯等價性。 12. 計算機應(yīng)用和應(yīng)用計算機在概念上是不等價的。 計算機應(yīng)用是計算機學(xué)科與其他學(xué)科相結(jié)合的交叉學(xué)科，是計算機學(xué)科的組成部分，分 為數(shù)值計算和非數(shù)值應(yīng)用兩大領(lǐng)域。 應(yīng)用計算機是借助計算機為實現(xiàn)特:定的信息系統(tǒng)功能的于?段。在計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 中，應(yīng)用計算機是賽級計算機系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的報終目標(biāo)，是高級語肓

7、級之上的服務(wù)層次。 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 第二章 1. (1) -35 = (-100011). ■ ［一 3 習(xí)原= 10100011 ［-35］補=11011100 ［一 3 習(xí)反= 11011101 (2) ［127］原= 01111111 ［127］反= 01111111 ［127］補= 01111111 (3) -127 = (-1111111). ［-127］原= 11111111 ［-127］補= 10000001 ［-127］反= 10000000 (4> -1 = (-00000001 )2 ［一 1］原= 10000001

8、 ［-1］補= 11111111 ［一 1］反= 11111110 2. ［x］補=3o? a1a:--a6 解法一、 (1) 若ao?0,則x>0,也滿足x>-0.5 此時ai—ae可任意 (2) 若3o = 1,則x <= 0,要滿足x > -0.5,需a】=1 即 a0 = 1, ai = 1, a2-*a? 有一個不為 0 解法二、 -0.5 = -0.1(2) = -0.100000 = 1, 100000 (1) 若x >= 0,則a0 = 0, aLN任意即可 4 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 [x]補 =x = a0. aia

9、:--a6 （2）若xvo,則 x>-0.5 只需?x < 0.5, -x > 0 [x]補=-X, [0.5]補=01000000 即[-X]補 <01000000 a0 * a{ * a2...a6 +1 < 01000000 aQ^a2...a6 <00111111 aQala2...a6 > 11000000 即aoa^ltaz-ae不全為0或至少有一個為1 （但不是“其余取0”） 3. 字長32位浮點數(shù)，階碼8位，用移碼表示，尾數(shù)23位，用補碼衷示.基為2 Es ElEs Ms M21 Mo （1） 最人的數(shù)的二進制表示 E- 11111111 / M

10、s = 0, M = 11 — 1 （全 1） 1 11111111 01111111111111111111111 ⑵最小的二進制數(shù) / E- 11111111 Ms= l,M = 00—0 （全 0） 1 11111111 1000000000000000000000 （3）規(guī)格化范圍 / 正最人 E ■ 11???1, M ■ 11…1, Ms - 0 8個22個 q即：2八?（1_2也） 正最小 E ■ 00…0, M ■ 100???0. Ms - 0 8個 21個 即：2-：7x2_1 負最大 E?00???0, M - 011 — 1, Ms - 1

11、Cl 8個 21個 （最接近0的負數(shù)）即：_2幾（27+2心） 負最小 E = 11…1, M = 00???0. Ms -1 8個 22個 即：2：7_1x（-1） 規(guī)格化所表示的范圉用集介表示為： [2_2?x2-1 , 22 "1 x （1 - 2-~） ] U [ 22"'1 x （-1）,-2"7x （2-1 + 2'22）] 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎素 4. 在IEEE754標(biāo)準(zhǔn)中，一個規(guī)格化的32位浮點數(shù)x的真值表示為： (-1V Qf-127 X= ' 7 x (l.M) xZ (1) 27/64=0.011011=1.1011 x 2*2

12、 E- -2+127 - 125- 0111 1101 S- 0 M- 1011 0000 0000 0000 0000 000 最后表示為：001111101 10110000000000000000000 (2) -27/64=-0.011011=1.1011X2"2 E= -2+127 = 125= 0111 1101 S= 1 M= 1011 0000 0000 0000 0000 000 最后表示為：1 01111101 10110000000000000000000 5. (1)用變形補碼進行計算： ” y ［x］ 補=00 11011 ［y］補?00 00011 區(qū)

13、］補= 00 11011 W f ［y］ 補= +00 00011 儀+丫］補= 00 11110 結(jié)果沒有溢出，x+y=U110 ⑵［x］補=00 11011 ［y］補=11 01011 兇補= oo noil ［v］補= +H01011 ［x+y］補 oo oono 結(jié)果沒有溢出，x+y二00110 ZSW (3) ［x］?b=ll 01010 ［y］補111111 ［x］補= 00 01010 ［Y］補- ［x+y］補 11 01001 結(jié)果沒有溢出，x+y=-10111 6. ［x■刃補=［x］補+［?y］補 (1) ［x］補=00 11011 ［-y

14、］補=00 11111 ［X］補= 00 11011 卜刃補= +00 11111 ［x-y］補^ 01 11010 結(jié)果有正溢出，x-y=11010 (2) ［x］補=00 10111 ［-y］補=11 00101 ［X］補■ 00 10111 卜 y］補= +1100101 ［x-y］補 11 11100 結(jié)果沒有溢出，x-y=-00100 6 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 1 1 0 1 1 (3) [x]補=00 11011 [?y]補=00 10011 [X]補= 00 11011 [?y]補= +00 10011 [x-y]補^ 01 0111

15、0 結(jié)果有正溢出，x-y=10010 7. (1)用原碼陣列乘法器： [x]原=0 11011 [y]原=4 11111 因符號?位單獨考慮，|x|-11011 |y|-lllll 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 # 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 # 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 1 1 0 1 1 110 11 x) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 110 1 0 110 11 10 11 'I 1 1

16、 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 # 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 # 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 1 1 0 1 1 [xxy]原=1 1101000101 用補碼陣列乘法器： [x]補=0 11011 [y]補=1 00001 乘積符號位為：1 ■ lx =11011 |y =11111 X) 110 11 11111 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 [xXy]補=1 0010111011 (2)用原碼陣列乘法器： [X]原=1 1111

17、1 [y]原=1 11011 因符號位單獨考虎，|x|-lllll |y|-U011 [xxy]原=0 1101000101 用補碼陣列乘法器： [x]補T 00001 [y]補T 00101 乘積符號位為：1 lx =11111 |y =11011 X) 11111 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 9 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 1111 1 110 1 0 0 0 ［xXy］補二0 1101000101 8. (1) ［x］原=兇補=0 11000 卜丨 y 門補=1 00001 被除數(shù)X 0 11000 余數(shù)為負1 11001 ->q

18、0=0 左移1 10010 +［|y|］補 0 11111 余數(shù)為正0 10001 ->ql=l 左移1 00010 +［?|y|］補 1 ooooi 余數(shù)為正0 00011 ->q2=l 左移0 00110 +卜 |y|］補 1 ooooi 余數(shù)為負1 00111->q3=0 左移0 01110 +［|y|］補 0 11111 ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■ 余數(shù)為負1 01101 Tq4=0 左移 0 11010 J+［|y|］補 o him 余數(shù)為負1 11001->q5=0 +［|y|］補 0 11111 (2)［丨 x 門補=0 01011 +［?|y

19、|］補 I 001H 10 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 1111 1 余數(shù)0 11000 故［x*y］原二1.11000 即 x-ry= -0. 11000 余數(shù)為0 11000 卜I y門補=1 00111 被除數(shù)X 001011 余數(shù)為負1 10010->q0=0 (2)［丨 x 門補=0 01011 +［?|y|］補 I 001H 11 計算機紐成慮理弟五版習(xí)趙彩橐 左移1 00100 +[|y|]補 0 11001 余數(shù)為負1 11101 ->ql=0 左移1 11010 +[|y|]補 0 11001 余數(shù)為正0 10011 ->

20、q2=l 左移100110 +[?|y|]補 1 oom 余數(shù)為止001101 ->q3=l 左移0 11010 +[?|y|]補 1 00111 余數(shù)為 lF 0 00001 ->q4=l 余數(shù)為0 00010 左移0 00010 9. (1) x = 2 °山0.100101, y = 2小°*(-0?011110) [X]浮■ lllOhO.lOOlOl 11101+00010=11111 [y].r = 11110,-0.011110 Ex-Ey： [x].f - 11110.0.010010(1) x+y 00. 0 1 00 1 0(1) ■a + 11

21、.1 ooo i o 1 1. 1 1 0 1 00(1) 規(guī)格化處理：1.010010 階碼 11100 x+y- 1.010010*2"* - 2^-O.lOllLO XV 00. 0 1 00 1 0(1) + 0 0. 0 1 1 1 1 0 00 1 1 0000(1) 規(guī)格化處理：0.110000 階碼 11110 x-y=2*2*0.110001 (2) x - 2-lol*(-O.OlOUO), y - 2UOO*0.010110 [x]?- 11011,-0.010110 [v].；= 11100,0.010110 Ex-Ey= 11011+00100

22、= 11111 [x].?= 111004.110101(0) x+y 1 1. 1 1 0 1 0 1 + 00.0 1 0 1 1 0 0 0. 0 0 1 0 1 1 規(guī)格化處理：0.101100 階碼 11010 x+y- 0.101100*2” x-v 1 1.1 1 0 1 0 1 + 1 1?1 0 1 0 1 0 1 1.0 1 1 1 1 1 規(guī)格化處理：1.011111 階碼 11100 x-v=-0.100001 *2^ 10. (1) Ex = 0011, Mx = 0.110100 Ey = 0100. My = 0.100100 Ez =

23、 Ex+Ey = 0111 Mx*My 0. 1 1 0 1 專 0.100 1 0 110 1 00000 00000 01101 / 00000 001110101 規(guī)格化： 26*0.111011 (2) Ex = 1110, Mx = 0.011010 Ey-0011, My-0.111100 > Ez = Ex-Ev= 1110+1101 = 1011 J [Mx]補=00.011010 [My]補=00.11110a[?My]補=H.000100 13 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎余 OOOl 10 10 +[-My] 110001

24、00 1J 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎余 11011110 10111100 +[Mv] 00111100 11111000 0.0 1J 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎余 11110000 +[My] 00111100 00101100 0.01 1J 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎余 01011000 +[-My] 11000100 00011100 0.011 +[-My] +[My] +[-My] 00111000 11000100 11100 11000 00 1 00 1 0.0110 1

25、1100 10 100 0 1 10 1000 1 1 0 00 1 0 0 00 1 0 1 10 0 0.01101 0.01101 1J 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎余 1J 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎余 商=0? 110110*2Y 余數(shù)=0.101100*2^ 11. ?—Bi Th ?—Bi tb) TAi 1J 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎余 4位加法器如上圖, G = Ad + ACt + QCt =A；Bt + (A + Bf )C,_1 =Ad + (A 十 d)Ci (1) 串行進

26、位方式 P1=A!?Bx (Ai+B】也對) Pz — A2 ? Bz Ps = As ? Bj Pi = Ai?Bi Ci = Gi+PjCo 其中：Gi = AjB] G：二 A：B： Gi — AiBi G — G：+P：G G - Gs+PsC, Ci = G1+P4C3 ⑵并行進位方式 C] ■ G1+P1C0 C： ■ Gz+P.Gi+PzPiCo C3 = 6+比5+刊匕5+比門匕5 C4 = G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1+P4P3P2P1C0 1J 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎素 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎

27、素 12. (1)組成最低四位的74181進位輸出為： c4 = Cn7 = G+PCn = G+PCo, Co 為向第 0 位進位 其中，G -y3+y2X3+y1x2X3+yoXiX2x3? P-Xq^xm，所以 c5 = V4+X4C4 c6 = y5+x5C5 = y5+x5*+x5X4C4 (2) 設(shè)標(biāo)準(zhǔn)門延遲時間為T, “與或川“門延遲時間為1.5T,則進位信號Co,由最低位傳 送至C6需經(jīng)一個反相器、兩級“與或非”門，故產(chǎn)生Co的最長延遲時間為 T+2*1.5T = 4T (3) 最長求和時間應(yīng)從施加操作數(shù)到ALU算起：第一片74181有3級“與或非”門(產(chǎn) 生

28、控制參數(shù)Xo, y0, Cn^),第二、三片74181共2級反相器和2級“與或非”門(進 位鏈)，第四片74181求和邏輯(1級與或非門和1級半加器，設(shè)其延遲時間為3T), 故總的加法時間為: t0 = 3*1.5T+2T+2*1.5T+1.5T+3T = 14T ” J1* 13. 設(shè)余三碼編碼的兩個運算數(shù)為X.和X，第一次用二進制加法求和運算的和數(shù)為S門進 位為Cm"校正后所得的余三碼和數(shù)為s’，進位為cm,則有： x. = X“X訂 X,]Xg 丫產(chǎn)丫門丫二丫訂丫詢 sr?Si/s』Sirs/ 13 XI Y訂 當(dāng)C昇=1時, Y13 當(dāng)c*』= o時, s】 = s

29、r+ooii s 產(chǎn) sr+iioi Xi0 Yi0 町畫出余三碼編碼的十進制加法器單元電路如圖所示。 根據(jù)以上分析. 14. - S1=A1B1C1+ A1B1C1+ A1B1C1+ A1B1C1 圖如下: 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐彩素 # 計

30、算機如成慮理弟五版習(xí)罐彩素 # 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐彩素 15.設(shè)計思想：電路由三部分構(gòu)成：ALU立成怎點加減法運算和邏輯運訂?L；?用的陣列乘 法器完成乘法運算，專用的陣列除法器完成除法操作。邏輯圖可參考主教材圖2.7和圖2.9。 16?設(shè)計思想：因為有八種運算，所以控制信號采用三位，S0,Sl.S2o加法和減法操作利用 4位補碼加減法器完成；加1操作可以單獨設(shè)計電路實現(xiàn)，也町以將被加數(shù)強制為+1利用 加減法器實現(xiàn)：傳送操作可以利用加減法器

31、實現(xiàn)，第?.加數(shù)強制為0；邏輯乘和取反操作可 設(shè)計單獨的邏輯運算電路，用與門和反相器實現(xiàn)；取補電路單獨設(shè)計，參見主教材圖2.6： 乘法操作可單獨設(shè)計高速乘法器，電路參見主教材圖2.7。 17.設(shè)計思想：將74181的S3?S0及M等五個控制信號縮減為S2?S0三根信號，主教材 表2.5 （功能表中的算術(shù)運算和邏輯運算相應(yīng)進行?簡化，去除冗余操作和町替代操作： 000?邏輯0 001: AB 010: A+B 011:A?B 100: A 加 B 101:A 減E 減 1 110:A 加 A 111：A 其中，000-011為四種邏輯運算，100 711為四種算術(shù)運算。根據(jù)功能

32、表可以很容易地設(shè) 計出簡化的函數(shù)發(fā)生器。 第三章 l.(l)220 * —= 4A/ 字節(jié) 102黑32—片 51218 (3) 1位地址作芯片選擇 2.(1) 2：6/2：4=4 (塊) ⑵(224/2")x(64 位/8 位)?32 (片) (3) 主存共需DRAM芯片為：4x32=128(片) 每個內(nèi)存條有32片DRAM芯片，容量為16Mx64位，需24根地址線(A23~A0)完成內(nèi) 存條內(nèi)存儲單元尋址。一共有4塊內(nèi)存條，采用2根高位地址線(A25-A24),通過2： 4譯 碼器譯碼產(chǎn)生片選信號對各模塊板進行選擇。 3.(1)根據(jù)題意，存儲總?cè)葑顬?4KB,故地址總線

33、需16位。現(xiàn)使用16K*8位DRAM芯片， 共需16片。芯片本身地址線占14位，所以采用位并聯(lián)與地址串聯(lián)相結(jié)合的方法來組成整 個存儲器，其組成邏輯圖如圖所示，其中使用一片2： 4譯碼器。 (2) 根據(jù)己知條件，CPU在lus內(nèi)至少訪存一次，而整個存儲器的平均讀/寫周期為0.5us, 如果釆用集中刷新，有64us的死時間，肯定不行 如果采用分散刷新，則每lus只能訪存一次，也不行所以采用異步式刷新方式。 假定16K*1位的DRAM芯片用128*128矩陣存儲元構(gòu)成，刷新時只對128行進行異步方 式刷新，則刷新間隔為2ms/128=15.6us,可取刷新信號周期15us。 刷新一遍所用時間

34、= 15usX128=1.92ms 14 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐彩素 # 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐彩素 2： 4譯碼器 1024132 4，U)128/C *8 =32片 # 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 ⑶如果選擇一個行地址進行刷新，刷新地址為Ao-As，因此這r行上的2048個存儲元同 時進行刷新.即在8ms內(nèi)進行512個周期。刷新方式可采用：在8ms中進行512次刷 新操作的集中刷新方式，或按8ms/512 = 15.5US刷新一次的異步刷新方式。 5. 所設(shè)計的存儲器單元數(shù)為1M,字長為32,故地址長度為20位

35、（A19?A0）,所用芯片存 儲單元數(shù)為256K?字長為16位，故占用的地址長度為18位（A17~A0）。由此可用位并 聯(lián)方式與地址串聯(lián)方式相結(jié)介的方法組成組成帑個存儲器，共8片RAM芯片，并使用一 片2： 4譯碼器。其存儲器結(jié)構(gòu)如圖所示。丄' CPU 6q A]8 YO o > Ylh —頁。?頁3 liTjfr D”D16（奇 16 位） Y2 Y3 C 個— 個二~ 個二 Xlpo XUC52 JaLC53 1256k I JvT/^l J I J 256k w / R *16 " " yTcso Tpbsi yfez yfcs w ik— ik— w >

36、256k ?16 256k *16 _W/R D貫（低16位） W/R 6. （1）系統(tǒng)16位數(shù)據(jù)?所以數(shù)據(jù)寄存器16位 （2） 系統(tǒng)地址128K=217,所以地址寄存器17位 （3） 共需要8片 （4） 組成框圖如下 7?⑴組內(nèi)地址用A12-Ao (2) 小組譯碼器使用3： 8譯碼器 ⑶RAMrRAM5各用兩片8K*8的芯片位并聯(lián)連接 17 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 8?順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出m=8個字的信息總量都定: q = 64 位*8 = 512 位 順序存儲器

37、和交叉存儲器連續(xù)讀出8個字所需的時間分別是： ti-mT-S^lOOns-8*^^ 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 = T + (m - l)r = 100//5 +7* 50〃$ = 450ns = 4.5 *10"7 ns 順序存儲器和交叉存儲器的帶寬分別是： 叱=?/人=512 十(8*10T) = 64xl0[位/s] W2 =q/t2 = 512 -r (4.5 * 10"7?= 113.8 x 107[位/s] 9. cache的命中率 =0.968

38、_ Nc *直 2420 —M + N,“ 一 2420 + 80 Yr - 幾 240 T 40 cache/主存系統(tǒng)效率e為 r + (l-r)H I"" 6 +(1-6)*0.968 [QQ/o~S62/o 平均訪問時間G為 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 40〃$ 0.862//5 =46.4ns _ 50-200 ~ 40-200 = 93.75% 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐彩橐 11 ?設(shè)収指周期為「總線傳送周期為T.指令執(zhí)行時間

39、為5 (1) t - (T+5 t +6to)*8O ■ 80T+400 t +480 t0 (2) t ■ (T+7 t +8to)*6O ■ 60T+420 t +480 t0 故不相等。 12.D 18 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 第四章 1. 不合理。指令最好半字長或單字長，設(shè)16位比較令適。 2.70條指令，所以操作碼至少為7位。 雙操作數(shù)指令格式可以為： 無操作數(shù)指令格式町以為: 7 — 3. (1)RR型指令 " (2) 寄存器尋址 JX (3) 單字長二地址指令 (4) 操作碼字段OP可以指定2°=64種操

40、作 X 4. (1)雙字長二地址指令，用于訪問存儲器。操作碼字段町指定64種操作。 (2) RS型指令，一個操作數(shù)在通用寄存器(共16個)，另一個操作數(shù)在主存中。 (3) 有效地址可通過變址尋址求得，即冇效地址等于變址寄存器(共16個)內(nèi)容加上位移 量。 5. (1)雙操作數(shù)指令 (2) 23-8種尋址方式 (3) 2=16 種操作 I / r 6. (1)直接尋址方式 (2) 相對尋址方式 (3) 變址尋址方式 (4) 基址尋址方式 (5) 間接尋址方式 (6) 基址間接尋址方式 7.40條指令至少需要操作碼字段6位，所以剩下的長度為26位。主存的容量為61M字，則

41、 設(shè)尋址模式(X) 2位，格式如下： 31 26 25 24 23 0 OP X D X=0 0直接尋址有效地址E=D X=01立即尋址D字段為立即數(shù) X= 1 0變址尋址 令效地址E= (RX) + D (可尋址64M個存儲單元) X= 1 1相對尋址 冇效地址E= (PC) +D (可尋址64M個存儲單元) 其中RX為變址寄存器(32位)，PC為程序計數(shù)器(32位)。在相對尋址時，位移最D 計算機如成原理弟五版習(xí)題怎余 可正可負。 8. (1?50種操作弓占6位，4嚴(yán)尋址方式盧2位。以單地址指令為例： | OP (6) | X (2) | D (2

42、4)- X = 00寄存器尋址方式。D字段實際使用4比特選擇16個通用寄存器。 X = 01寄存器間接尋址方式。D字段實際使用4比特選擇16個通用寄存器°E= (RX)o X=10立即尋址方式。D字段給出24位立即數(shù)。 X=ll直接尋址方式。D字段給出24位內(nèi)存地址。E-Do (2)尋址模式字段變成3位，可以支持更多的尋址方式。可増加相對尋址方式，其仃效地 址E = PC+D；還可使用內(nèi)存間接尋址，此時有效地址E= (D)o 9. 16個通用寄存器占4位，64種操作占6位，刺下22位用丁?存儲器地址， OP (6) R (4) D (22) 采用R為基址寄存器尋址，地址=

43、(R)+D ” 當(dāng)基址最大，D也是最大的時候，尋址能力最人 而寄存器是32位的， 丿 Qr 故最大存儲空間是2324-2z: = 4GB-|-4MBo 「 10. 表4.9的指令數(shù)為29,則指令的操作碼至少為5位。設(shè)這些指令支持立即尋址、寄存器 尋址、直接尋址、堆棧尋址、相對尋址、內(nèi)存間接尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、 基址尋址等9種尋址方式。并設(shè)計算機字長為32位： 6 4 8 4 8 OP 目標(biāo)尋址方式 目標(biāo)操作數(shù) 源尋址方式 源操作數(shù) (3) 立即 (4) 直接 相對、基址、變址 20 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 第五章

44、1. (1) IR、(2)AR、(3)DR、通用寄存器 2. STO RP (R:) PC->AR PC0, G AR. 1 M->DR R/W =R DR->IR DRo.GAK 令 G AR^ L 1 (Rr>DR Rlo, G DR. |dr->m BjW^W 亠 3. LAD (Rj), Ro PC 亠 AR |m->dr DR->IR R3->AR R3o, G AK M->DR —— L~T—~ Bj W =R DR〔& DRo. G R0x 4. 21 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎

45、橐 22 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 # 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 5.節(jié)柏脈沖T3的寬度實際上等丁?時鐘脈沖的周期或是它的倍數(shù)。此處T】■ T： ■ 200ns, T3 = 400ns,所以主脈沖源的頻率應(yīng)為/ = * = 5MHz.。 為了消除節(jié)拍脈沖上的毛刺，環(huán)形脈沖發(fā)生器采用移位寄存器形式。圖中畫出了題目要求 的邏輯電路圖與時序信號關(guān)系圖?根據(jù)時序信號關(guān)系，T>, T2, T,三個節(jié)拍脈沖的邏輯表 達式如下： 「用與門實現(xiàn)，0和T,則用

46、C,的◎端和5的Q端加非門實現(xiàn)，其目的在于保持信號輸 出時延時間的一致性并與壞形脈沖發(fā)生器隔離。 # 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 1 2 3 4 5 6 ±n_n_rum_n_ 23 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 # 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 * * ? * * * * beg Old Ole 10 i q 10 f Hjfl llh b按IR6、IR5轉(zhuǎn)移 * T1 32 6. (80*3 + 1)* —= 964字節(jié) 8 7. M-G

47、 S3 = H+D+F S2 = A+B+H+D-E+F+G SI = A+E+F+G C ■ H-D+Ey+Fy+G 4> &經(jīng)分析，（d.i,j）和（e, f, h）可分別組成兩個小組或兩個字段，然后進行譯碼，可得六 個微命令信號，剩卜的a, b, c, g四個微命令信號可進行直接控制，其整個控制字段組成如 T： 9. P1 P2=l,按進位C轉(zhuǎn)移 微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖： 10?⑴將C, D兩個暫存器直接接到ALU的A, B兩個輸入端上。與此同時，除C, D外, 其余7個寄存器都雙向接到單總線上。 取指 取源操作數(shù) 収目的操作數(shù) 加 存回 修改 送回繼指令地址 11

48、. (1)假設(shè)判別測試字段中每一位作為一個判別標(biāo)志，那么由于有4個轉(zhuǎn)移條件，故該字段 為4位。卜地址字段為9位，肉為控存容量為512單元。微命令字段則是(48斗?9) =35 位。 (2) 對應(yīng)上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖如圖所示。其中微地址寄存器對應(yīng)下地 址字，P字段即為判別測試字段，控制字段即為微命令字段，后兩部分組成微指令寄 存器。地址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器的OP碼、各種狀態(tài)條件以及判別測試字段 所給的判別標(biāo)志(某一位為1),其輸出修改微地址寄存器的適當(dāng)位數(shù)，從而實現(xiàn)微 程序的分支轉(zhuǎn)移。就是說，此處微指令的后繼地址采用斷定方式。 1 3 地址轉(zhuǎn)移 邏輯 微命令

49、信號 1微地址寄存器卜 1 ■ 控制存儲器 ~7 €~ TTT …T P字段 控制字段 1 個 個 狀態(tài)條件 抬令寄存器IR 0P 12. (1)流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最人時間來考虎，即流水線時鐘周期性 t = max{rf} = 100"$ (2) 遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時.就停頓第2條指令的執(zhí)行，直到前面指令的結(jié)果己經(jīng)產(chǎn)生，因此至 少需要延遲2個時鐘周期。 就對使流水線不發(fā)生停頓。 (3) 如果在硬件設(shè)計上加以改進，如采用專用通路技術(shù)， 13.(1) 空間介 / \ / \ / 、/ 、/

50、1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 WB MEM EX ID IF 2 3 4 5 個7 J 、個 20 20 20 20 20 15 16 17 18 時間T 19 20 26 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 20 0 tx t2 t3 t4 t5 t6 t： t8 t9 (2)H ~ (K +

51、n-l)r ~ (5 + 20-1)*100*10-9 ~ 833 10 條/秒 ,上=怛一=20巧*17 Tp (K + 〃-l)r 20 + 5-1 14. 時間T 空間 WB EX ID IF 2 3 4 5 6 7 8 非流水線時間圖 \ / 、八/ \ / 12 I, 】5 I】 12 13 13 L I? 15 1| 15 12 I. 15 空間 WB EX ID IF 時間T 2 3 4 S 6 7 8^ 流水線時間圖 # 計算機

52、紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 # 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 如上芮圖所示，執(zhí)行相同的指令.在8個單位時間內(nèi)，流水計算機完成5條指令，而非 27 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐蓉橐 流水計算機只完成2條?顯然，流水計算機比非流水計算機有更高的吞吐呈。 15. 證：設(shè)11條指令，K級流水，每次流水時間t 則用流水實現(xiàn)Tp = KT+(n-l) t Hp = * Tp 非流水實現(xiàn)Ts = K t n Ts n Hp__Tp__Ts__ Kiit _ Kn _ K ~Hs~~n~Tp~ Kr + (n-l)r - K + 口一廠 K-l Ts n n

53、>8 時 9 ——— > oo Hs n=l時， —=1 ,則可見n>l時Ts>Tp,故流水線有更高吞吐量 16. (1)寫后讀 RAW (2)讀后寫 WAR yACK/ ⑶寫后寫waw / 17. (1) F D E W 7 F D E E W 13 F D E E E W I. F D E E W F D E W 】6 F D E E W 第六章 1. 單總線結(jié)構(gòu)：它是一組總線連接

54、幣個計算機系統(tǒng)的各大功能部件，各大部件之間的所有 的信息傳送都通過這組總線。其結(jié)構(gòu)如圖所示。單總線的優(yōu)點是允許I/O設(shè)備之間或I/O 設(shè)備與內(nèi)存之間直接交換信息，只需CPU分配總線使用權(quán)，不需要CPU干預(yù)信息的交換。 所以總線資源是rhftX功能部件分時共享的。單總線的缺點是rh于全部系統(tǒng)部件都連接在 一組總線上，所以總線的負裁很覓，可能使其吞最達到飽和其至不能勝任的程度。故多為 小型機和微型機采用。 CPU 內(nèi)存 設(shè)備接 11 ? ? ? 設(shè)備接 口 系統(tǒng)總線 29 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐蓉橐 多總線結(jié)構(gòu)：多總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是通過橋，CPU總線，系

55、統(tǒng)總線和高速總線彼此相連，各 人部件的信息傳送不是只通過系統(tǒng)總線：體現(xiàn)了高速，中速，低速設(shè)備連接到不同的總線 匕同時進行匸作，以提高總線的效率和吞吐最，而fl處理器結(jié)構(gòu)的變化不影響高速總線。 2. (1)簡化了碩件的設(shè)計。從硬件的角度看，面向總線是由總線接I I代替了專門的I/O接I I, 由總線規(guī)范給出了傳輸線和信號的規(guī)定，并對存儲器、I/O設(shè)備和CPU如何掛在總線上 都作了具體的規(guī)定，所以，而向總線的微型計算機設(shè)計只要按照這些規(guī)定制作CPU插 件、存儲器插件以及DO插件等，將它們連入總線即可工作，而不必考慮總線的詳細操 作。 (2) 簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，連線少，底板連

56、線可以印刷化。 (3) 系統(tǒng)擴充性好。一是規(guī)模擴充，二是功能擴充。規(guī)模擴充僅僅需要多插一些同類型的 插件；功能擴充僅僅需要按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一些新插件。插件插入機器的位置往往沒有嚴(yán) 格的限制。這就使系統(tǒng)擴充既簡單又快速可靠，而且也便于查錯。 系統(tǒng)更新性能好。因為CPU、存儲器、I/O接II等都足按總線規(guī)約掛到總線上的，因而 只要總線設(shè)計恰當(dāng)，可以隨時隨著處理器芯片以及具他有關(guān)芯片的進展設(shè)計新的插件， 新的插件插到底板上對系統(tǒng)進行更新，而這種更新只需更新需要更新的插件，其他插件 # 計算機如成原理弟五版習(xí)越怎余 和底板連線一般不需更改。 3. “A”的ASCII碼為41H = 0

57、1000001B, 1的個數(shù)為偶數(shù),故校驗位為0； “8”的ASCII 碼為38H-OO11IOOOB, 1的個數(shù)為奇數(shù)，故校驗位為1。 說明：兩個設(shè)備共用總線，每個設(shè)備的總線接II部分 如右圖所示。通過鎖存器保存接收數(shù)據(jù)，并通過三態(tài) 門向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。每個設(shè)備的Rm控制端有效時，鎖 存器保存接收數(shù)據(jù)；每個設(shè)備的Rout信號有效時，鎖 存器保存的數(shù)據(jù)被送上總線。當(dāng)Rout 號無效時，設(shè) 備與總線在電氣上斷開。 CP D r Rm 廠」 停 起 數(shù) 數(shù) 數(shù) 數(shù) 數(shù) 數(shù) 校 起 數(shù) 數(shù) 數(shù) 數(shù) 數(shù) 數(shù) 數(shù) 校 停 止 始

58、 據(jù) 據(jù) 據(jù) 據(jù) 據(jù) 據(jù) 驗 始 據(jù) 據(jù) 據(jù) 據(jù) 據(jù) 據(jù) 據(jù) 驗 止 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 位 0 2 3 0 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 4.邏輯圖如卜 9. E、A、C 10. A / 11. D / 12. A 13. 存儲總線周期用于対內(nèi)存讀寫，I/O總線周期

59、對接II中的端II進行讀寫。 14. D、C、A、B / 15. B、A、E、D、C 16. A、B、C、D 17. PCI總線上月HOST橋、PCI/LAGACY總線橋、PCDPCI橋。橋在PCI總線體系結(jié)構(gòu)中 起著重要作用，它連接兩條總線，使彼此間相互通信。橋是一個總線轉(zhuǎn)換部件，可以把 一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間上，從而使系統(tǒng)中任意一個總線主i殳 備都能看到同樣的一份地址表。橋可以實現(xiàn)總線間的猝發(fā)式傳送，可使所有的存取都按 CPU的需要出現(xiàn)在總線匕。由上町見，以橋連接實現(xiàn)的PCI總線結(jié)構(gòu)只有很好的擴充 性和兼容性，允許影條總線并行工作。 分布式仲裁不需要中央仲裁

60、器，每個潛在的主方功能模塊都冇口己的仲裁號和仲裁器。 當(dāng)它們有總線請求時，把它們唯一的仲裁號發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個仲裁器將仲 裁總線卜?得到的號與自己的號進行比較。如果仲裁總線上的號人，則它的總線請求不予 響應(yīng)，并撤消它的仲裁號。敲后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上，分布式仲裁是以 優(yōu)先級仲裁策略為基礎(chǔ)。 31 計算機紐成慮理弟五版習(xí)罐彩余 18. 總線的一次信息傳送過程，大致可分為：請求總線，總線仲裁，尋址，信息傳送，狀態(tài) 返回。 啟動信號一I 地址線 數(shù)臧 總線時鐘一r~i~~I~I~廠L_「~i_ 認可 1 19. 設(shè)總線帯寬用Di表示，總線時鐘周期

61、用T=l/f表示，?個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D 表示， 根據(jù)定義可得： Di = T/D = Dxl/f =8Bx70 = 560MHz/s 20. PCI總線：是一種不依附于某個典體處理器的局部總線，支持10種外設(shè)，并能在高時鐘 頻率下保持高性能?？偩€時鐘頻率為33.3MHz 66MHz,最大數(shù)據(jù)傳輸速率133MB/S, 采用時鐘同步方式，與CPU及時鐘頻率無關(guān)，總線寬度32位(5V) /64位(3.3V), 能自動識別外設(shè)?？偩€只有與處理器和存儲器子系統(tǒng)完全并行操作的能力，具有隱含的 中央仲裁系統(tǒng)，采用多路復(fù)用方式(地址線和數(shù)據(jù)線)減少了引腳數(shù)，支持64位尋址, 具有完全的多總線主

62、控能力。 InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)：針對處理器和智能IQ設(shè)備之間數(shù)據(jù)流而提出的一種新體系結(jié)構(gòu)，用于 在服務(wù)器中取代PCI總線，采用InfimBand結(jié)構(gòu)將允許服務(wù)器提供更高的帶寬和可擴展 能力，并增強了存儲設(shè)備擴充的靈活性。InfiniBand允許服務(wù)器，遠程存儲器，其他網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備接入到一個由開關(guān)和鏈路組成的中央開關(guān)網(wǎng)帶，可連接多達64000個服務(wù)器， 存儲系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 32 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 8. 33 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐怎橐 第七章 1. D 2. C、D、C. A 1024*1024*256 3. =

63、1MB 8*8 4. 格式化容最=扇區(qū)容杲*每道扇區(qū)數(shù)*磁道總數(shù) =512^9*100*2=921600B 5. i殳讀寫一塊信息所需總時間為g,平均找道時間為J平均等待時間為S讀寫一?塊信息 的傳輸時間為J，則 t—E+h+tm / 假設(shè)磁盤以每秒［轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)，每條磁道容量為N個字，則數(shù)據(jù)傳輸率=IN個字/秒。 又假設(shè)每塊的字數(shù)為m因而一旦讀寫頭定位在該塊始端.就能在-7/rN）秒的時 間中傳輸完畢。 U是磁盤旋轉(zhuǎn)半周的時間，n= （l/2r）秒。由此可得: /宀+卜+韋［秒］ 2r rN 6 牆篇=27753/轉(zhuǎn)= 2775B/道 2*220*2775 = 1.1

64、6NIB 7. (1)275*12288*4 = 12.89MB 《^廠 (2) 最高位密度D1按最小磁道半徑R1計算(Rl = 115mm)： D1 - 12288 字節(jié) /2tiR1 = 17 字節(jié) / nun 最低位密度D2按最大磁道半徑R2計算： R2 = R1 + (275-5) = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288 字節(jié) /2nR2= 11.5 字節(jié) /mill (3) ^^*12288 = 6000/5 (4) -?-^-*1000=10/7/5 2 3000 (5) 60 1臺號 柱面（磁道）號 盤面（磁頭）號 扇區(qū)號1

65、6 5 4 3 0 16 15 14 此地址格式表示有4臺磁盤，每臺有4個記錄而，每個記錄面址多可容納512個磁道, 每道有16個扇區(qū)。 存取時間=平均查找時間+平均等待時間 1 60 = 60 + -* ? 1000 = 72.5ms 2 2400 8. # 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐總橐 # 計算機如成慮理弟五版習(xí)罐總橐

66、 彷=96*轡=480加$ 9. 128000字節(jié)/秒= 64000字節(jié)加 2m/s (2)傳送一個數(shù)據(jù)塊所需時間為 -1°24字節(jié)—丄秒 128000字節(jié) / 秒 125 一個數(shù)據(jù)塊占用長度為 / = v*r = 2m/ s = 0.016/?/ 125 ySf/ 每塊間隙L = 0.014m,數(shù)據(jù)塊總數(shù)為 ” J* 竽二= 19867塊 AX / +厶 故磁帶存儲器有效存儲容量為 f 19867 塊"K 字節(jié)=19867K 字節(jié) 10. (1)磁盤內(nèi)徑為：9英寸?5英寸?4英寸 / 內(nèi)層磁道周長為2欣=2*3.14*5 = 31.4英寸 每道信息量=1000位/英寸*31.4英寸=3.14*104位 磁盤有100道/英寸審5英寸=500道 盤片組總?cè)萘浚?0*500*3.14*104 = 3.14*10s位=314 兆位 (2)每轉(zhuǎn)即每道含有信息量3.14*104位，即3.925*10JB —— =267轉(zhuǎn)/$ = 16020轉(zhuǎn)/分鐘 3.925*10'〃/轉(zhuǎn) AgW 11. (1)[(30*10-5+10*10-5+3000/50