計(jì)算機(jī)組成原理課后作業(yè)1-8章ppt課件

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 2020 4 25 2 4 馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是什么 它包括哪些主要組成部分 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想存儲(chǔ)程序并按地址順序執(zhí)行馮諾依曼計(jì)算機(jī)主要包括存儲(chǔ)器 運(yùn)算器 控制器 輸入和輸出五部分組成 2020 4 25 3 5 什么是存儲(chǔ)容量 什么是單元地址 什么是數(shù)據(jù)字 什么是指令字 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)器所能保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)的總數(shù) 常用單位為KB MB等 單元地址用于識(shí)別存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元的編號(hào) 即單元地址 數(shù)據(jù)字表示計(jì)算機(jī)所要處理數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)字 稱(chēng)為數(shù)據(jù)字 指令字表示一條指令的計(jì)算機(jī)字 稱(chēng)為指令字 2020 4 25 4 6 什么是指令 什么是程序 指令由操作碼和操作數(shù)兩部分構(gòu)成能夠表示計(jì)算機(jī)中的一個(gè)基本操作的代碼或二進(jìn)制串 程序用于求解某一問(wèn)題的一串指令序列 稱(chēng)為該問(wèn)題的計(jì)算程序 簡(jiǎn)稱(chēng)為程序 2020 4 25 5 7 指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中 計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)對(duì)指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分是依靠指令的執(zhí)行階段來(lái)決定的 在取指階段 從存儲(chǔ)器中讀取的均是CPU要執(zhí)行的指令 在執(zhí)行階段 從存儲(chǔ)器中讀取的一定是指令執(zhí)行所需要的操作數(shù) 2020 4 25 6 8 什么是內(nèi)存 什么是外存 什么是CPU 什么是適配器 簡(jiǎn)述其功能 內(nèi)存 用于存放系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行所需要的程序和數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 稱(chēng)為內(nèi)存儲(chǔ)器 簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)存 外存用于存放程序和數(shù)據(jù) 但不能被CPU直接訪問(wèn)的大容量存儲(chǔ)器 稱(chēng)為外存儲(chǔ)器 簡(jiǎn)稱(chēng)為外存 外存一般包括磁盤(pán)存儲(chǔ)器和光盤(pán)存儲(chǔ)器 CPU運(yùn)算器和控制器合稱(chēng)為中央處理器 簡(jiǎn)稱(chēng)CPU 適配器主機(jī)和不同速度的外設(shè)之間的一種部件 用于主機(jī)和外設(shè)之間的信息轉(zhuǎn)換 第2章運(yùn)算方法和運(yùn)算器 2020 4 25 8 1 用8位編碼表示下列各整數(shù)的原碼 反碼 補(bǔ)碼 2020 4 25 9 若a7 0 則X為正數(shù) 顯然a0 a6取任何值均可 若a7 1 則X為負(fù)數(shù) X 移 0 a6a5 a0 0 5D 0 100000B 則 0 5D 移 0 100000 若要X 0 5 即等價(jià)于 X 移 0 5D 移即0 a6a5 a0 0 100000 因此必須是a5 a0不全為0 結(jié)論 如果a7 0 a6 a0取任何值均可 如果a7 1 必須滿足a6 1且a5 a0不全為0 2 設(shè) X 補(bǔ) a7 a6a5 a0 其中ai取0或1 若要X 0 5 求a0a1a2 a7的取值 2020 4 25 10 3 有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù) 符號(hào)位1位 階碼8位 用移碼表示 尾數(shù)23位 用補(bǔ)碼表示 基數(shù)為2 請(qǐng)寫(xiě)出 1 最大數(shù)的二進(jìn)制表示 2 最小數(shù)的二進(jìn)制表示 3 規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍 設(shè)移碼采用移128碼 且機(jī)器數(shù)格式如右 最大值 最大正數(shù) 01111111111111111111111111111111即x 1 2 23 2127二進(jìn)制表示 x 1 0 00000000000000000000001 21111111最小值 最小負(fù)數(shù) 11111111100000000000000000000000即x 1 2127二進(jìn)制表示 x 1 21111111 2020 4 25 11 3 有一個(gè)字長(zhǎng)為32位的浮點(diǎn)數(shù) 符號(hào)位1位 階碼8位 用移碼表示 尾數(shù)23位 用補(bǔ)碼表示 基數(shù)為2 請(qǐng)寫(xiě)出 1 最大數(shù)的二進(jìn)制表示 2 最小數(shù)的二進(jìn)制表示 3 規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的范圍 設(shè)移碼采用移128碼 且機(jī)器數(shù)格式如右 規(guī)格化數(shù)表示范圍最大正數(shù) 01111111111111111111111111111111即x 1 2 23 2127最小正數(shù) 00000000010000000000000000000000即x 2 1 2 128最大負(fù)數(shù) 10000000001111111111111111111111即x 2 1 2 23 2 128最小負(fù)數(shù) 11111111100000000000000000000000即x 1 2127規(guī)格化的正數(shù)范圍2 129 1 2 23 2127負(fù)數(shù)范圍 2127 2 1 2 23 2 128 2020 4 25 12 4 將下列十進(jìn)制數(shù)表示成IEEE754標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù) 27 6427 64 0 011011B 1 1011 2 2e 2 則E e 127 125 規(guī)格化數(shù) 27 64 27 64 0 011011B 1 1011 2 2 規(guī)格化數(shù) 2020 4 25 13 y 補(bǔ)00 00011 5 已知x和y 用變形補(bǔ)碼計(jì)算x y 同時(shí)指出結(jié)果是否溢出 x 0 11011y 0 00011 x 補(bǔ) 00 11011 y 補(bǔ) 00 00011 x y 補(bǔ) 00 11110 未溢出x y 0 11110 x 補(bǔ)00 11011 00 11110 2020 4 25 14 x 0 11011y 0 10101 x 補(bǔ) 00 11011 y 補(bǔ) 11 01011 x y 補(bǔ) 00 00110 未溢出x y 0 00110 y 補(bǔ)11 01011 5 已知x和y 用變形補(bǔ)碼計(jì)算x y 同時(shí)指出結(jié)果是否溢出 x 補(bǔ)00 11011 00 00110 2020 4 25 15 x 0 10110y 0 00001 x 補(bǔ) 11 01010 y 補(bǔ) 11 11111 x y 補(bǔ) 11 01001 未溢出x y 0 10111 y 補(bǔ)11 11111 5 已知x和y 用變形補(bǔ)碼計(jì)算x y 同時(shí)指出結(jié)果是否溢出 x 補(bǔ)11 01010 11 01001 2020 4 25 16 6 已知x和y 用變形補(bǔ)碼計(jì)算x y 同時(shí)指出結(jié)果是否溢出 x 0 11011y 0 11111 x 補(bǔ) 00 11011 y 補(bǔ) 00 11111 x y溢出 上溢 x 補(bǔ)00 11011 y 補(bǔ)00 11111 01 11010 2020 4 25 17 6 已知x和y 用變形補(bǔ)碼計(jì)算x y 同時(shí)指出結(jié)果是否溢出 x 0 10111y 0 11011 x 補(bǔ) 00 10111 y 補(bǔ) 11 00101 x y 補(bǔ) 11 11100 未溢出x y 0 00100 x 補(bǔ)00 10111 y 補(bǔ)11 00101 11 11100 2020 4 25 18 6 已知x和y 用變形補(bǔ)碼計(jì)算x y 同時(shí)指出結(jié)果是否溢出 x 0 11011y 0 10011 x 補(bǔ) 00 11011 y 補(bǔ) 00 10011 x y 補(bǔ)溢出 上溢 x 補(bǔ)00 11011 y 補(bǔ)00 10011 01 01110 2020 4 25 19 7 用原碼陣列乘法器計(jì)算x y x 11011y 11111機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù) x 補(bǔ) 011011 y 補(bǔ) 100001符號(hào)位單獨(dú)運(yùn)算 0 1 1算前求補(bǔ)器輸出 x 11011 y 11111乘法陣列 x y 1101000101算后求補(bǔ)器輸出 x y 補(bǔ) 10010111011 x y 1101000101 1101111011110111101111011 1101000101 11111 11011 2020 4 25 20 7 用原碼陣列乘法器計(jì)算x y x 11111y 11011機(jī)器內(nèi)部補(bǔ)碼數(shù)據(jù) x 補(bǔ) 100001 y 補(bǔ) 100101符號(hào)位單獨(dú)考慮 1 1 0算前求補(bǔ)器輸出 x 11111 y 11011乘法陣列 x y 1101000101算后求補(bǔ)輸出 x y 補(bǔ) 01101000101 x y 01101000101 1111111111000001111111111 1101000101 11011 11111 2020 4 25 21 9 1 x 2 011 0 100101 y 2 010 0 011110 求 x y 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x 浮 11101 00 100101 y 浮 11110 11 1000101 求階差并對(duì)階 E Ex Ey Ex 補(bǔ) Ey 補(bǔ) 11101 00010 11111修改后的x表示為 x 浮 11110 0 010010 1 2 尾數(shù)求和MS Mx My 11 110100 1 3 規(guī)格化處理執(zhí)行2次左規(guī)處理 MS 11 010010 0 ES 111004 舍入處理5 判溢出故得最終結(jié)果為x y 2 100 0 101110 00 010010 11 100010 11 110100 采用0舍1入法處理 則舍去0 階碼符號(hào)位為11 不溢出 2020 4 25 22 9 1 x 2 011 0 100101 y 2 010 0 011110 求 x y 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x 浮 11101 00 100101 y 浮 11110 11 1000101 求階差并對(duì)階 E Ex Ey Ex 補(bǔ) Ey 補(bǔ) 11101 00010 11111修改后的x表示為 x 浮 11110 0 010010 1 2 尾數(shù)求差MS Mx My 00 110000 1 3 規(guī)格化處理4 舍入處理5 判溢出故得最終結(jié)果為x y 2 010 0 110001 00 010010 00 011110 00 110000 采用0舍1入法處理 則進(jìn)位 MS 00 110001 階碼符號(hào)位為11 不溢出 My 補(bǔ) Mx 補(bǔ) 不需規(guī)格化 2020 4 25 23 9 2 x 2 101 0 010110 y 2 100 0 010110 求 x y 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x 浮 11011 11 101010 y 浮 11100 00 0101101 求階差并對(duì)階 E Ex Ey Ex 補(bǔ) Ey 補(bǔ) 11011 00100 11111即 E為 1 x的階碼小 應(yīng)使Mx右移1位 Ex加1 x 浮 11100 1 110101 0 2 尾數(shù)求和MS Mx My 00 001011 0 3 規(guī)格化處理執(zhí)行2次左規(guī)處理 MS 00 101000 0 ES 110104 舍入處理5 判溢出故得最終結(jié)果為x y 2 110 0 101100 11 110101 0 00 010110 00 001011 0 采用0舍1入法處理 則舍去0 階碼符號(hào)位為11 不溢出 2020 4 25 24 9 2 x 2 101 0 010110 y 2 100 0 010110 求 x y 設(shè)尾數(shù)階碼均使用雙符號(hào)位的補(bǔ)碼表示 x 浮 11011 11 101010 y 浮 11100 00 0101101 求階差并對(duì)階 E Ex Ey Ex 補(bǔ) Ey 補(bǔ) 11011 00100 11111即 E為 1 x的階碼小 應(yīng)使Mx右移1位 Ex加1 x 浮 11100 1 110101 0 2 尾數(shù)求差MS Mx My 11 011111 0 3 規(guī)格化處理4 舍入處理5 判溢出故得最終結(jié)果為x y 2 100 0 100001 11 110101 11 101010 11 011111 My 補(bǔ) Mx 補(bǔ) 采用0舍1入法處理 則舍去0 階碼符號(hào)位為11 不溢出 不需規(guī)格化 第3章內(nèi)部存儲(chǔ)器 2020 4 25 26 1 設(shè)有一個(gè)具有20位地址和32位字長(zhǎng)的存儲(chǔ)器 問(wèn) 該存儲(chǔ)器能存儲(chǔ)多少字節(jié)的信息 存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù) 每單元字節(jié)數(shù) 220 32bit如果存儲(chǔ)器由512K 8位SRAM芯片組成 需要多少片 需要做存儲(chǔ)芯片的字位擴(kuò)展 位擴(kuò)展 4片512K 8位芯片構(gòu)成512K 32位的存儲(chǔ)組 字?jǐn)U展 2組512K 32位存儲(chǔ)組構(gòu)成1M 32位的存儲(chǔ)器 因此 共需要2 4 8片給定的SRAM芯片需要多少位地址做芯片選擇 字?jǐn)U展的是2個(gè)存儲(chǔ)組 因此 需1位地址做片選 2020 4 25 27 由16K 8位的芯片字位擴(kuò)展構(gòu)成64K 32位的存儲(chǔ)器 位擴(kuò)展 由4片16K 8位的芯片構(gòu)成16K 32位的存儲(chǔ)組 字?jǐn)U展 由4組16K 32位存儲(chǔ)組構(gòu)成64K 32位的存儲(chǔ)器 因此 4個(gè)存儲(chǔ)組的片選信號(hào)應(yīng)由最高兩位地址A14和A15產(chǎn)生 該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖如下 3 用16K 8位的DRAM芯片構(gòu)成64K 32位存儲(chǔ)器 問(wèn) 1 畫(huà)出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖 2020 4 25 28 位擴(kuò)展 CS WE 2020 4 25 29 字?jǐn)U展 WE A13 A0 D31 D0 MREQ A14 A15 2020 4 25 30 3 用16K 8的DRAM芯片構(gòu)成64K 32位存儲(chǔ)器 要求 2 設(shè)儲(chǔ)器讀 寫(xiě)周期為0 5 s CPU在1 s內(nèi)至少要訪問(wèn)一次 試問(wèn)采用哪種方式比較合理 兩次刷新的最大時(shí)間間隔是多少 對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少 假定16K 8位的DRAM芯片的存儲(chǔ)矩陣是128行 128 8 列 若集中刷新 則有128行 0 5us 64us的死時(shí)間 不合適 若分散刷新 則每訪存一次需要1us 也不合適 所以 應(yīng)采用異步式刷新方式 假定DRAM芯片的刷新周期為2ms兩行的刷新間隔為 2ms 128 0 015625ms 15 625us若取15 5us作為實(shí)際的刷新間隔刷新存儲(chǔ)體一遍實(shí)際所用時(shí)間為 15 5us 128 1984us 1 984ms 2020 4 25 31 6 用32K 8位的EPROM芯片組成128K 16位的只讀存儲(chǔ)器 試問(wèn) 數(shù)據(jù)寄存器多少位 因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)據(jù)總線為16位 所以數(shù)據(jù)寄存器16位地址寄存器多少位 因?yàn)榇鎯?chǔ)器容量為128K 需系統(tǒng)地址總線17位 所以地址寄存器17位共需多少個(gè)EPROM芯片 所需芯片總數(shù) 128K 32K 16 8 8片 2020 4 25 32 6 用32K 8位的EPROM芯片組成128K 16位的只讀存儲(chǔ)器 試問(wèn) 4 畫(huà)出此存儲(chǔ)器的組成框圖 2020 4 25 33 8 設(shè)存儲(chǔ)器容量為64M 字長(zhǎng)為64位 模塊數(shù)m 8 分別用順序和交叉方式進(jìn)行組織 存儲(chǔ)周期T 100ns 數(shù)據(jù)總線寬度為64位 總線傳送周期 50ns 求 順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少 順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出m 8個(gè)字的數(shù)據(jù)信息量為 q 8 64 512位順序存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為t1 m T 8 100ns 800ns 8 10 7s故順序存儲(chǔ)器的帶寬為W1 q t1 512 8 10 7 64 107 bit s 交叉存儲(chǔ)器所需要的時(shí)間為t2 T m 1 100ns 8 1 50ns 450ns 4 5 10 7s故交叉存儲(chǔ)器的帶寬為W1 q t2 512 4 5 10 7 113 8 107 bit s 2020 4 25 34 9 CPU執(zhí)行一段程序時(shí) cache完成存取的次數(shù)為2420次 主存完成存取的次數(shù)為80次 已知cache存儲(chǔ)周期為40ns 主存存儲(chǔ)周期為240ns 求cache 主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間 命中率h Nc Nc Nm 2420 2420 80 0 968主存與Cache的速度倍率r tm tc 240ns 40ns 6訪問(wèn)效率e 1 r 1 r h 1 6 1 6 0 968 86 2 平均訪問(wèn)時(shí)間ta tc e 40ns 0 862 46 4ns 2020 4 25 35 10 已知cache存儲(chǔ)周期40ns 主存存儲(chǔ)周期200ns cache 主存系統(tǒng)平均訪問(wèn)時(shí)間為50ns 求cache的命中率是多少 由ta htc 1 h tm 可得 2020 4 25 36 13 一個(gè)組相聯(lián)Cache由64個(gè)行組成 每組4行 主存儲(chǔ)器包含4K個(gè)塊 每塊128字 請(qǐng)表示內(nèi)存地址的格式 組相聯(lián)映射下的主存地址格式如下 每塊128字 假定主存以字進(jìn)行組織塊內(nèi)的字地址需要7位Cache由64個(gè)行組成 每組4行Cache中共包含16組 需4位組號(hào)主存包含4K個(gè)塊主存塊號(hào)為12位主存標(biāo)記位有12 4 8位 7位 4位 8位 2020 4 25 37 14 某機(jī)主存容量1MB 字長(zhǎng)1B 塊大小16B Cache容量64KB 若Cache采用直接映射方式 請(qǐng)給出2個(gè)不同標(biāo)記的內(nèi)存地址 它們映射到同一個(gè)Cache行 直接映射下的主存地址格式如下 每塊16B 塊內(nèi)的字節(jié)地址需要4位Cache容量64KB 共包含4K行 Cache塊號(hào)12位主存容量1MB 主存地址20位 主存標(biāo)記位20 12 4 4位兩個(gè)滿足題目要求的主存地址 0000100100001110000000011001000011100000 4位 12位 4位 2020 4 25 38 15 假設(shè)主存容量16M 32位 Cache容量64K 32位 主存與Cache之間以每塊4 32位大小傳送數(shù)據(jù) 請(qǐng)確定直接映射方式的有關(guān)參數(shù) 并畫(huà)出主存地址格式 直接映射下的主存地址格式如下 每塊4字 塊內(nèi)的字地址需要2位Cache容量64KB Cache共包含16K個(gè)塊 Cache塊號(hào)需要14位主存16MB 主存地址為24位 主存標(biāo)記位有24 14 2 8位 2位 14位 8位 第4章指令系統(tǒng) 2020 4 25 40 3 指令格式結(jié)構(gòu)如下所示 試分析指令格式與尋址方式特點(diǎn) 單字長(zhǎng)雙地址碼的RR型指令 操作碼6位 系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令 源 目的操作數(shù)只能采用寄存器尋址方式 2020 4 25 41 4 指令格式結(jié)構(gòu)如下所示 試分析指令格式與尋址方式特點(diǎn) 雙字長(zhǎng)雙地址碼的RS型指令 操作碼6位 系統(tǒng)中可以包含64種不同的指令 源操作數(shù)只能使用寄存器尋址方式 目的操作數(shù)只能使用變址尋址方式 其中 變址寄存器可使用16個(gè)通用寄存器之一 偏移量為16位 2020 4 25 42 6 一種單地址指令格式如下所示 R變址寄存器 R1基址寄存器 PC程序計(jì)數(shù)器 填寫(xiě)下列尋址方式 2020 4 25 43 7 某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)為16位 主存容量為64K字 采用單字長(zhǎng)單地址指令 共有40條指令 試采用直接 立即 變址 相對(duì)四種尋址方式設(shè)計(jì)指令格式 40條指令指令操作碼需6位 26 64 其中24種編碼未用 4種尋址方式尋址特征需2位 單字長(zhǎng)單地址指令剩余8位作為形式地址 設(shè)計(jì)方案 方案1 專(zhuān)用變址寄存器 方案2 通用寄存器作為變址寄存器 2020 4 25 44 方案1 專(zhuān)用變址寄存器 各操作數(shù)的尋址范圍 立即數(shù)尋址方式指令中的立即數(shù)不能超過(guò)8位 直接尋址方式直接地址為8位 可直接尋址范圍為28個(gè)單元 變址尋址方式E R D 其中變址寄存器R為16位 由于主存容量64K字 可直接尋址整個(gè)主存空間 相對(duì)尋址方式E PC D 可直接尋址整個(gè)主存空間 2020 4 25 45 方案2 通用寄存器作為變址寄存器 各操作數(shù)的尋址范圍 立即數(shù)尋址方式指令中的立即數(shù)不能超過(guò)4位 直接尋址方式直接地址為4位 可直接尋址范圍為24個(gè)單元 變址尋址方式E R D 其中變址寄存器R為16位 由于主存容量64K字 可直接尋址整個(gè)主存空間 相對(duì)尋址方式E PC D 可直接尋址整個(gè)主存空間 2020 4 25 46 9 某機(jī)字長(zhǎng)為32位 CPU中有16個(gè)32位通用寄存器 設(shè)計(jì)一種能容納64種操作的指令系統(tǒng) 如果采用通用寄存器作為基址寄存器 則RS型指令的最大存儲(chǔ)空間是多少 指令格式64種操作 操作碼占6位 16個(gè)通用寄存器 一個(gè)操作數(shù)和基址寄存器各占4位 單字長(zhǎng)指令 形式地址占32 6 4 4 18位 操作數(shù)S的地址E R1 D 其中R1為32位的 若系統(tǒng)的地址總線 32位 則可尋址整個(gè)主存 若系統(tǒng)的地址總線 32位 則可尋址的最大存儲(chǔ)空間為232 218 6位 4位 4位 18位 2020 4 25 47 12 根據(jù)操作數(shù)所在的位置 指出其尋址方式 操作數(shù)在寄存器中 為尋址方式 操作地址在寄存器 為尋址方式 操作數(shù)在指令中 為尋址方式 操作數(shù)地址 主存 在指令中 為方式 操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和 可以是尋址方式 寄存器 寄存器間接 立即數(shù) 直接尋址 相對(duì) 基址 變址 第5章中央處理機(jī) 2020 4 25 49 2 參見(jiàn)圖5 15的數(shù)據(jù)通路 畫(huà)出存數(shù)指令STOR1 R2 的指令周期流程圖 其含義是將寄存器R1的內(nèi)容傳送至 R2 為地址的數(shù)存單元中 指令地址 指令 數(shù)據(jù)單元 數(shù)據(jù)地址 數(shù)據(jù) 2020 4 25 50 存數(shù)指令STOR1 R2 PC AR M DR DR IR 譯碼 R2 AR R1 DR DR MM 取指周期 執(zhí)行周期 PC0GARi DR0GIRi R20GARi R10GDRi 2020 4 25 51 3 參見(jiàn)圖5 15的數(shù)據(jù)通路 畫(huà)出取數(shù)指令LAD R3 R0的指令周期流程圖 其含義是將 R3 為地址數(shù)存單元的內(nèi)容取至寄存器R0中 指令地址 指令 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)地址 2020 4 25 52 取數(shù)指令LAD R3 R0的指令周期 PC AR M DR DR IR 譯碼 R3 AR MM DR DR R0 取指周期 執(zhí)行周期 PC0GARi DR0GIRi R30GARi DR0GR0i 2020 4 25 53 6 假設(shè)某機(jī)器有80條指令 平均每條指令有4條微指令組成 其中有一條取值微指令是所有指令公用的 已知微指令長(zhǎng)度為32位 請(qǐng)估算控制存儲(chǔ)器容量 微指令的數(shù)目為80 3 1 241條 微指令字長(zhǎng)為32 8 4字節(jié) 故 控制存儲(chǔ)器的容量為241 4 964字節(jié)該容量為控制存儲(chǔ)器的最小容量 2020 4 25 54 8 某機(jī)有8條指令I(lǐng)1 I8 每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示 a j分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào) 假設(shè)一條微指令的控制字段僅為8位 請(qǐng)安排微指令的控制字段格式 微命令數(shù)目 操作控制字段 則采用混合表示法設(shè)計(jì)微指令 從左表中選擇互斥的微操作 a命令 與i互斥b命令 與f g i j互斥c命令 與f j互斥d命令 與i j互斥e命令 與f h j互斥f命令 與b c e h i j互斥g命令 與b h j互斥h命令 與e f g i互斥i命令 與a b d f h j互斥j命令 與b c d e f g i互斥互斥信號(hào)組e f h和b i je f h和d i je f h和b g ji f h和b g j 2020 4 25 55 8 某機(jī)有8條指令I(lǐng)1 I8 每條微指令所包含的微命令控制信號(hào)如下表所示 a j分別對(duì)應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào) 假設(shè)一條微指令的控制字段僅為8位 請(qǐng)安排微指令的控制字段格式 解法1 將 d i j 和 e f h 分別組成兩個(gè)小組 進(jìn)行譯碼 可得六個(gè)微命令信號(hào) 剩下的a b c g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制 其整個(gè)控制字段組成如右圖所示 解法2 將 b i j 和 e f h 分別組成兩個(gè)小組 進(jìn)行譯碼 可得六個(gè)微命令信號(hào) 剩下的a b c g四個(gè)微命令信號(hào)可進(jìn)行直接控制 其整個(gè)控制字段組成如右圖所示 注意 00表示兩位均不產(chǎn)生控制信號(hào) 2020 4 25 56 12 今有4級(jí)流水線 分別完成取指 指令譯碼并取數(shù) 運(yùn)算 送結(jié)果四步操作 假設(shè)完成各步操作的時(shí)間依次為100ns 100ns 80ns 50ns 請(qǐng)問(wèn) 流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計(jì)為多少 流水線的操作周期應(yīng)按各步操作的最大時(shí)間來(lái)考慮 即流水線時(shí)鐘周期性 故取100ns 若相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān) 硬件上不采取措施 那么第2條指令要推遲多少時(shí)間進(jìn)行 遇到數(shù)據(jù)相關(guān)時(shí) 就推遲第2條指令的執(zhí)行 要推遲到所需讀取的數(shù)據(jù)已產(chǎn)生為止 因此至少需要延遲2個(gè)時(shí)鐘周期 如果再硬件設(shè)計(jì)上加以改進(jìn) 至少需推遲多少時(shí)間 如采用專(zhuān)用通路技術(shù) 應(yīng)保證取數(shù)之前結(jié)果已計(jì)算出來(lái) 因此 至少需要延遲1個(gè)時(shí)鐘周期 流水時(shí)空?qǐng)D 2020 4 25 57 流水時(shí)空?qǐng)D 可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)相關(guān) 2020 4 25 58 13 指令流水線有取指 IF 譯碼 ID 執(zhí)行 EX 訪存 MEM 寫(xiě)回寄存器堆 WB 五個(gè)過(guò)程段 共有20條指令連續(xù)輸入此流水線 畫(huà)出流水處理的時(shí)空?qǐng)D 假設(shè)時(shí)鐘周期為100ns 2020 4 25 59 13 指令流水線有取指 IF 譯碼 ID 執(zhí)行 EX 訪存 MEM 寫(xiě)回寄存器堆 WB 五個(gè)過(guò)程段 共有20條指令連續(xù)輸入此流水線 求流水線的實(shí)際吞吐量 單位時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完畢的指令條數(shù) 求流水線的加速比 2020 4 25 60 16 判斷以下三組指令中各存在哪種類(lèi)型的數(shù)據(jù)相關(guān) I1LDAR1 A M A R1I2ADDR2 R1 R2 R1 R2I3ADDR3 R4 R3 R4 R3I4MULR4 R5 R4 R5 R4I5LDAR6 B M B R6I6MULR6 R7 R6 R7 R6 寫(xiě)后讀相關(guān) 讀后寫(xiě)相關(guān) 寫(xiě)后寫(xiě)相關(guān) 第6章總線系統(tǒng) 2020 4 25 62 1 比較單總線 雙總線 三總線結(jié)構(gòu)的性能特點(diǎn) 單總線結(jié)構(gòu)使用一條系統(tǒng)總線來(lái)連接CPU 內(nèi)存和I O設(shè)備 特點(diǎn) 簡(jiǎn)單易行 系統(tǒng)總線負(fù)載重 雙總線結(jié)構(gòu)在CPU和主存之間專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一組高速的存儲(chǔ)總線 保持單總線結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上 減輕了CPU的負(fù)擔(dān) 三總線結(jié)構(gòu)在各外部設(shè)備與通道之間增加一組I O總線 提高了CPU工作效率 同時(shí)也最大限度的提高外設(shè)的工作速度 但硬件成本進(jìn)一步增加 2020 4 25 63 8 同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率 是因?yàn)橥酵ㄐ?A 不需要應(yīng)答信號(hào)B 總線長(zhǎng)度較短C 用一個(gè)公共時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步D 各部件存取時(shí)間比較接近9 在集中式總線仲裁中 方式響應(yīng)時(shí)間最快 方式對(duì) 最敏感 A 菊花鏈方式B 獨(dú)立請(qǐng)求方式C 電路故障D 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式 C B A C 2020 4 25 64 10 采用串行接口7位ASCII碼傳送 帶有1位奇校驗(yàn)位 1位起始位和1位停止位 當(dāng)波特率為9600波特時(shí) 字符傳送速率為 A 960B 873C 1371D 48011 系統(tǒng)總線中地址線的功能是 A 選擇主存單元地址B 選擇進(jìn)行信息傳輸?shù)脑O(shè)備C 選擇外存地址D 指定主存和I O設(shè)備接口電路的地址12系統(tǒng)總線中控制線的功能是 A 提供主存 I O接口設(shè)備的控制信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)B 提供數(shù)據(jù)信息C 提供時(shí)序信號(hào)D 提供主存 I O接口設(shè)備的響應(yīng)信號(hào) A D A 2020 4 25 65 總線帶寬Dr 一個(gè)總線周期傳送的字節(jié)數(shù)D 總線周期T 一個(gè)總線周期傳送的字節(jié)數(shù)D 總線時(shí)鐘頻率f 8 70M 560MB s 20 某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送8個(gè)字節(jié)的信息 假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期 總線時(shí)鐘頻率為70MHz 總線帶寬是多少 第7章外圍設(shè)備 2020 4 25 67 1 計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備是指 A 輸入 輸出設(shè)備B 外存設(shè)備C 輸入 輸出設(shè)備及外存儲(chǔ)器D 除了CPU和內(nèi)存以外的其他設(shè)備2 打印機(jī)根據(jù)印字方式可分為 和 兩大類(lèi) 在 類(lèi)打印機(jī)中 只有 型打印機(jī)能打印漢字 A 針型打印機(jī)B 活字型打印機(jī)C 擊打式D 非擊打式 D C D C A 2020 4 25 68 磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量是多少 每道記錄信息容量 12288字節(jié)每個(gè)記錄面信息容量 275 12288字節(jié)磁盤(pán)組總?cè)萘繛?4面 275 12288字節(jié) 13516800字節(jié)最高位密度與最低位密度是多少 最高位密度D1 即最內(nèi)層磁道的位密度 R1 115mm D1 12288字節(jié) 2 R1 17字節(jié) mm最低位密度D2 即最外層磁道的位密度 R2 R2 R1 275 5 115 55 170mmD2 12288字節(jié) 2 R2 11 5字節(jié) mm 7 某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn) 分 共有4個(gè)記錄面 每毫米5道 每道記錄信息為12288B 最小磁道直徑為230mm 共有275道 問(wèn) 2020 4 25 69 磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率是多少 磁盤(pán)傳輸率C 盤(pán)片轉(zhuǎn)速r 道容量N盤(pán)片轉(zhuǎn)速r 3000 60 50周 秒道容量N 12288字節(jié) 每道信息容量 C r N 50 12288 614400字節(jié) 秒平均等待時(shí)間是多少 平均等待時(shí)間 1 2 1 r 1 2 1 50 10ms 7 某磁盤(pán)存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn) 分 共有4個(gè)記錄面 每毫米5道 每道記錄信息為12288B 最小磁道直徑為230mm 共有275道 問(wèn) 2020 4 25 70 存取時(shí)間 平均找道時(shí)間 平均等待時(shí)間數(shù)據(jù)傳播率Dr rN r為磁盤(pán)轉(zhuǎn)速 N為每道容量 8 已知某磁盤(pán)存儲(chǔ)器的轉(zhuǎn)速為2400轉(zhuǎn) 分 每個(gè)記錄面道數(shù)為200道 平均找道時(shí)間為60ms 每道存儲(chǔ)容量為96Kbit 求磁盤(pán)的存取時(shí)間與數(shù)據(jù)傳播率 第8章輸入輸出系統(tǒng) 2020 4 25 72 1 如果認(rèn)為CPU等待設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)是處于