计算机组成原理白中英版第五版课后答案资料下载.pdf
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什么是程序?
什么是指令?
指令指令由操作码和操作数两部分构成由操作码和操作数两部分构成能够表示计算机中的一个基本操作的代码或二进制串。
能够表示计算机中的一个基本操作的代码或二进制串。
程序程序用于求解某一问题的一串指令序列,称为该问题的计算程序,简称为程序。
用于求解某一问题的一串指令序列,称为该问题的计算程序,简称为程序。
2015年3月25日星期三57.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?
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?
计算机对指令和数据的区分是依靠计算机对指令和数据的区分是依靠指令的执行阶段指令的执行阶段来决定的;
来决定的;
在取指阶段,从存储器中读取的均是在取指阶段,从存储器中读取的均是CPU要执行的指令;
要执行的指令;
在执行阶段,从存储器中读取的一定是指令执行所需要的操作数;
2015年3月25日星期三68.什么是内存?
什么是外存?
什么是什么是内存?
什么是CPU?
什么是适配器?
简述其功能。
?
内存:
用于存放系统当前运行所需要的程序和数据的半导体存储器,称为内存储器,简称内存;
外存外存用于存放程序和数据,但不能被用于存放程序和数据,但不能被CPU直接访问的大容量存储器,称为外存储器,简称为外存;
直接访问的大容量存储器,称为外存储器,简称为外存;
外存一般包括磁盘存储器和光盘存储器。
CPU运算器和控制器合称为中央处理器,简称运算器和控制器合称为中央处理器,简称CPU。
适配器适配器主机和不同速度的外设之间的一种部件,用于主机和外设主机和不同速度的外设之间的一种部件,用于主机和外设之间的信息转换。
之间的信息转换。
第2章运算方法和运算器2015年3月25日星期三81.用用8位编码表示下列各整数的原码、反码、补码。
位编码表示下列各整数的原码、反码、补码。
-1-127127-35111111111111111010000001-0000001100000011000000011111111-1111111011111110111111101111111+1111111110111011101110010100011-0100011补码反码原码真值补码反码原码真值2015年3月25日星期三9若若a70,则,则X为正数,显然为正数,显然a0a6取任何值均可。
取任何值均可。
若若a71,则,则X为负数,为负数,X移移0.a6a5a00.5D=0.100000B,则,则0.5D移移0.100000若要若要X0.5,即等价于,即等价于X移移0.5D移移即即0.a6a5a00.100000,因此必须是,因此必须是a5a0不全为不全为0。
结论:
如果如果a70,a6a0取任何值均可;
取任何值均可;
如果如果a71,必须满足,必须满足a6=1且且a5a0不全为不全为0。
2.设设X补补a7.a6a5a0,其中,其中ai取取0或或1,若要若要X-0.5,求,求a0a1a2a7的取值。
的取值。
2015年3月25日星期三103.有一个字长为有一个字长为32位的浮点数,符号位位的浮点数,符号位1位;
阶码位;
阶码8位,用移码表示;
尾数位,用移码表示;
尾数23位,用补码表示;
基数为位,用补码表示;
基数为2。
请写出:
。
(1)最大数的二进制表示,最大数的二进制表示,
(2)最小数的二进制表示,最小数的二进制表示,(3)规格化数规格化数所能表示的数的范围。
所能表示的数的范围。
设移码采用移设移码采用移128码,且机器数格式如右:
码,且机器数格式如右:
最大值(最大正数)最大值(最大正数)01111111111111111111111111111111即即x=(1-2-23)*2127二进制表示:
二进制表示:
x=(1-0.00000000000000000000001)*21111111最小值(最小负数)最小值(最小负数)11111111100000000000000000000000即即x=1*2127二进制表示:
x=-1*21111111尾数M(23位)阶码E(8位)符号位S(1位)尾数M(23位)阶码E(8位)符号位S(1位)2015年3月25日星期三113.有一个字长为有一个字长为32位的浮点数,符号位位的浮点数,符号位1位;
规格化数表示范围规格化数表示范围最大正数:
最大正数:
01111111111111111111111111111111即即x=(1-2-23)*2127最小正数:
最小正数:
00000000010000000000000000000000即即x=2-1*2-128最大负数:
最大负数:
10000000001111111111111111111111即即x=-(2-1+2-23)*2-128最小负数:
最小负数:
11111111100000000000000000000000即即x=1*2127规格化的正数范围规格化的正数范围2-129(1-2-23)*2127负数范围负数范围2127(2-1+2-23)*2-128尾数M(23位)阶码E(8位)符号位S(1位)尾数M(23位)阶码E(8位)符号位S(1位)2015年3月25日星期三124、将下列十进制数表示成、将下列十进制数表示成IEEE754标准的标准的32位浮点规格化数。
位浮点规格化数。
27/6427/64=0.011011B=1.1011*2-2e=2,则,则Ee127125规格化数规格化数27/6427/64=0.011011B=1.1011*2-2规格化数规格化数符号位阶码(8)尾数(23)00111110110110000000000000000000符号位阶码(8)尾数(23)00111110110110000000000000000000符号位阶码(8)尾数(23)符号位阶码(8)尾数(23)10111110110110000000000000000000101111101101100000000000000000002015年3月25日星期三13y补补00.000115、已知、已知x和和y,用变形补码计算,用变形补码计算xy,同时指出结果是否溢出。
,同时指出结果是否溢出。
x=0.11011y=0.00011x补补00.11011,y补补00.00011x+y补补00.11110,未溢出,未溢出x+y=+0.11110x补补00.1101100.111102015年3月25日星期三14x=0.11011y=0.10101x补补00.11011,y补补11.01011x+y补补00.00110,未溢出,未溢出x+y=+0.00110y补补11.010115、已知、已知x和和y,用变形补码计算,用变形补码计算xy,同时指出结果是否溢出。
x补补00.1101100.001102015年3月25日星期三15x=0.10110y=0.00001x补补11.01010,y补补11.11111x+y补补11.01001,未溢出,未溢出x+y=-0.10111y补补11.111115、已知、已知x和和y,用变形补码计算,用变形补码计算xy,同时指出结果是否溢出。
x补补11.0101011.010012015年3月25日星期三166、已知、已知x和和y,用变形补码计算,用变形补码计算xy,同时指出结果是否溢出。
x=0.11011y=0.11111x补补00.11011,y补补00.11111x-y溢出(上溢)溢出(上溢)x补补00.11011y补补00.1111101.110102015年3月25日星期三176、已知、已知x和和y,用变形补码计算,用变形补码计算xy,同时指出结果是否溢出。
x=0.10111y=0.11011x补补00.10111,y补补11.00101x-y补补11.11100,未溢出,未溢出x-y=-0.00100x补补00.10111y补补11.0010111.111002015年3月25日星期三186、已知、已知x和和y,用变形补码计算,用变形补码计算xy,同时指出结果是否溢出。
x=0.11011y=0.10011x补补00.11011,y补补00.10011x-y补补溢出(上溢)溢出(上溢)x补补00.11011y补补00.1001101.011102015年3月25日星期三197、用原码阵列乘法器计算、用原码阵列乘法器计算xy。
x11011y11111机器内部补码数据:
机器内部补码数据:
x补补011011y补补100001符号位单独运算:
符号位单独运算:
011算前求补器输出:
算前求补器输出:
|x|=11011|y|=11111乘法阵列:
乘法阵列:
|x|y|1101000101算后求补器输出:
算后求补器输出:
xy补补10010111011xy=-11010001011101111011110111101111011110100010111111110112015年3月25日星期三207、用原码阵列乘法器计算、用原码阵列乘法器计算xy。
x11111y11011机器内部补码数据:
x补补100001y补补100101符号位单独考虑:
符号位单独考虑:
110算前求补器输出:
|x|=11111|y|=11011乘法阵列:
|x|y|1101000101算后求补输出:
算后求补输出:
xy补补01101000101xy=011010001011111111111000001111111111110100010111011111112015年3月25日星期三219-1、x=2-0110.100101,y=2-010(-0.011110),求,求x+y设尾数阶码均使用双符号位的补码表示设尾数阶码均使用双符号位的补码表示x浮浮11101,00.100101y浮浮11110,11.1000101)求阶差并对阶求阶差并对阶EExEyEx补补Ey补补111010001011111修改后的修改后的x表示为:
表示为:
x浮浮11110,0.010010
(1)2)尾数求和尾数求和MS=Mx+My=11.110100
(1)3)规格化处理规格化处理执行执行2次左规处理,次左规处理,MS=11.010010(0),ES=111004)舍入处理舍入处理5)判溢出判溢出故得最终结果为故得最终结果为xy2100(0.101110)00.01001011.10001011.110100采用采用0舍舍1入法处理,则舍去入法处理,则舍去0阶码符号位为阶码符号位为11,不溢出,不溢出2015年3月25日星期三229-1、x=2-0110.100101,y=2-010(-0.011110),求,求x-y设尾数阶码均使用双符号位的补码表示设尾数阶码均使用双符号位的补码表示x浮浮11101,00.100101y浮浮11110,11.1000101)求阶差并对阶求阶差并对阶EExEyEx补补Ey补补111010001011111修改后的修改后的x表示为:
x浮浮11110,0.010010
(1)2)尾数求差尾数求差MS=MxMy=00.110000
(1)3)规格化处理规格化处理4)舍入处理舍入处理5)判溢出判溢出故得最终结果为故得最终结果为xy20100.11000100.01001000.01111000.110000采用0舍1入法处理,则进位,采用0舍1入法处理,则进位,MS=00.110001阶码符号位为阶码符号位为11,不溢出,不溢出My补补Mx补补不需规格化不需规格化2015年3月25日星期三239-2、x=2-101(-0.010110)、y=2-1000.010110,求,求x+y设尾数阶码均使用双符号位的补码表示设尾数阶码均使用双符号位的补码表示x浮浮11011,11.101010y浮浮11100,00.0101101)求阶差并对阶求阶差并对阶EExEyEx补补Ey补补110110010011111即即E为为1,x的阶码小,应使的阶码小,应使Mx右移右移1位,位,Ex加加1,x浮浮11100,1.110101(0)2)尾数求和尾数求和MS=Mx+My=00.001011(0)3)规格化处理规格化处理执行执行2次左规处理,次左规处理,MS=00.101000(0),ES=110104)舍入处理舍入处理5)判溢出判溢出故得最终结果为故得最终结果为xy2110(0.101100)11.110101(0)00.01011000.001011(0)采用采用0舍舍1入法处理,则舍去入法处理,则舍去0阶码符号位为阶码符号位为11,不溢出,不溢出2015年3月25日星期三249-2、x=2-101(-0.010110)y=2-1000.010110,求,求x-y设尾数阶码均使用双符号位的补码表示设尾数阶码均使用双符号位的补码表示x浮浮11011,11.101010y浮浮11100,00.0101101)求阶差并对阶求阶差并对阶EExEyEx补补Ey补补110110010011111即即E为为1,x的阶码小,应使的阶码小,应使Mx右移右移1位,位,Ex加加1,x浮浮11100,1.110101(0)2)尾数求差尾数求差MS=Mx-My=11.011111(0)3)规格化处理规格化处理4)舍入处理舍入处理5)判溢出判溢出故得最终结果为故得最终结果为xy2100(0.100001)11.11010111.10101011.011111My补补Mx补补采用0舍1入法处理,则舍去0阶码符号位为采用0舍1入法处理,则舍去0阶码符号位为11,不溢出不需规格化,不溢出不需规格化第第3章章内部存储器内部存储器2015年3月25日星期三261、设有一个具有、设有一个具有20位地址和位地址和32位字长的存储器,问:
位字长的存储器,问:
该存储器能存储多少字节的信息?
存储容量存储容量=存储单元个数存储单元个数每单元字节数每单元字节数=22032bit如果存储器有如果存储器有512K8位位SRAM芯片组成,需要多少片芯片组成,需要多少片?
需要做存储芯片的字位扩展;
位扩展:
4片片512K8位芯片构成位芯片构成512K32位的存储组;
位的存储组;
字扩展:
2组组512K32位存储组构成位存储组构成1M32位的存储器;
位的存储器;
因此,共需要因此,共需要24=8片给定的片给定的SRAM芯片芯片需要多少位地址做芯片选择?
需要多少位地址做芯片选择?
字扩展的是字扩展的是2个存储组,因此,需个存储组,因此,需1位地址做片选。
位地址做片选。
4M字节832*24M字节832*220208片4*28*512K32*1024K8片4*28*512K32*1024K2015年3月25日星期三27由由16K8位的芯片位的芯片字位扩展字位扩展构成构成64K32位的存储器;
位扩展位扩展:
由:
由4片片16K8位的芯片构成位的芯片构成16K32位的存储组;
字扩展字扩展:
由4组组16K32位存储组构成位存储组构成16K32位的存储器;
因此,因此,4个存储组的片选信号应由最高两位地址个存储组的片选信号应由最高两位地址A14和和A15产生;
产生;
该存储器的组成逻辑框图如下:
3、用、用16K8位的位的DRAM芯片构成芯片构成64K32位存储器,问:
(位存储器,问:
(1)画出该存储器的组成逻辑框图。
)画出该存储器的组成逻辑框图。
2:
4译码器A14A15CS3CS2CS0CS1A13A0D0D7/WE2015年3月25日星期三28位扩展位扩展16K8RAMA13A0D7D0/WE/CS16K8RAMA13A0D7D0/WE/CSA13A0D7D0D15D816K8RAMA13A0D7D0/CS/WE16K8RAMA13A0D7D0/CS/WED23D16D31D23/CS/WE2015年3月25日星期三29字扩展字扩展16K32存储组存储组A13A0D31D0/WE/CS16K32存储组存储组A13A0D31D0/WE/CS16K32存储组存储组A13A0D31D0/WE/CS16K32存储组存储组A13A0D31D0/CS/WE/WEA13A0D31D074LS139/G1BA/Y0/Y1/Y2/Y3/MREQA14A152015年3月25日星期三303、用、用16K8的的DRAM芯片构成芯片构成64K32位存储器,要求:
位存储器,要求:
(2)设储器读设储器读/写周期为写周期为0.5s,CPU在在1s内至少要访问一次。
试问采用哪种方式比较合理?
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?
内至少要访问一次。
假定假定16K8位的位的DRAM芯片的存储矩阵是芯片的存储矩阵是128行行(1288)列列;
若集中刷新,则有若集中刷新,则有128行行0.5us=64us的死时间,不合适;
的死时间,不合适;
若分散刷新,则每访存一次需要若分散刷新,则每访存一次需要1us,也不合适;
,也不合适;
所以,应采用异步式刷新方式。
假定假定DRAM芯片的芯片的刷新周期为刷新周期为2ms两行的刷新间隔为:
两行的刷新间隔为:
2ms/128=0.015625ms=15.625us若取若取15.5us作为实际的刷新间隔作为实际的刷新间隔刷新存储体一遍实际所用时间为:
刷新存储体一遍实际所用时间为:
15.5us1281984us=1.984ms2015年3月25日星期三316、用用32K8位的位的EPROM芯片组成芯片组成128K16位的只读存储器,试问:
位的只读存储器,试问:
数据寄存器多少位?
因为系统数据总线为因为系统数据总线为16位,所以数据寄存器位,所以数据寄存器16位位地址寄存器多少位?
地址寄存器多少位?
因为存储器容量为因为存储器容量为128K,需系统地址总线,需系统地址总线17位,位,所以地址寄存器所以地址寄存器17位位共需多少个共需多少个EPROM芯片?
芯片?
所需芯片总数:
(128K/32K)(16/8)=8片片2015年3月25日星期三326、用、用32K8位的位的EPROM芯片组成芯片组成128K16位的只读存储器,试问:
(位的只读存储器,试问:
(4)画出此存储器的组成框图。
)画出此存储器的组成框图。
CPU地址寄存器地址寄存器数据寄存器数据寄存器32K832K832K832K832K832K832K832K8CS3CS2CS1CS02:
4译码器译码器CS0CS3A16A152015年3月25日星期三338、设存储器容量为、设存储器容量为64M,字长为,字长为64位,模块数位,模块数m=8,分别用顺序和交叉方式进行组织。
存储周期,分别用顺序和交叉方式进行组织。
存储周期T=100ns,数据总线宽度为,数据总线宽度为64位,总线传送周期位,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?
顺序存储器和交叉存储器连续读出顺序存储器和交叉存储器连续读出m=8个字的数据信息量为:
个字的数据信息量为:
q=864=512位位顺序存储器所需要的时间为顺序存储器所需要的时间为t1=mT=8100ns=800ns=810-7s故顺序存储器的带宽为故顺序存储器的带宽为W1=q/t1=512/(810-7)=64107bit/s交叉存储器所需要的时间为交叉存储器所需要的时间为t2=T+(m-1)=100ns+(8-1)50ns=450ns=4.510-7s故交叉存储器的带宽为故交叉存储器的带宽为W1=q/t2=512/(4.510-7)=113.8107bit/s2015年3月25日星期三349、CPU执行一段程序时,执行一段程序时,cache完成存取的次数为完成存取的次数为2420次,主存完成存取的次数为次,主存完成存取的次数为80次,已知次,已知cache存储周期为存储周期为40ns,主存存储周期为,主存存储周期为240ns,求,求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
主存系统的效率和平均访问时间。
命中率命中率h=Nc/(Nc+Nm)=2420/(2420+80)=0.968主存与主存与Cache的速度倍率的速度倍率r=tm/tc=240ns/40ns=6访问效率访问效率e=1/(r+(1-r)h)=1/(6+(1-6)0.968)=86.2%平均访问时间平均访问时间ta=tc/e=40ns/0.862=46.4ns2015年3月25日星期三3510、已知、已知cache存储周期存储周期40ns,主存存储周期,主存存储周期200ns,cache/主存系统平均访问时间为主存系统平均访问时间为50ns,求,求cache的命中率是多少?
的命中率是多少?
由由ta=htc+(1-h)tm,可得,可得%75.93200
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