1、46某機字長為 32位，其存儲容量是 64KB，按字編址的尋址范圍是多少？若主存按字節編址，試畫出主存字地址和字節地址的分配情況。解：主存容量 64KB，如果按字編址，有 64KB / 4B = 16K 個可尋址單元尋址范圍是 2 或 0 16K-114如果按字節編址，有 64K個可尋址單元。每個字包含 4個字節。0123456789用二進制表示的地址，字地址的最低 2位是 00。0 1 2 30 1 2 30 1 2 3 4、7.一個容量為 16K32位的存儲器，其地址線和數據線的總和是多少？當選用下列不同規格的存儲芯片時，各需要多少片？1K4位，2K8位，4K4位，16K1位，4K8位，8

2、K8位解：地址線和數據線的總和 = 14 + 32 = 46根；選擇不同的芯片時，各需要的片數為：1K416K32） / （1K4） = 168 = 128片2K816K32） / （2K8） = 84 = 32片4K416K32） / （4K4） = 48 = 32片16K116K32）/ （16K1） = 132 = 32片4K816K32）/ （4K8） = 44 = 16片8K816K32） / （8K8） = 24 = 8片MREQ4.15設 CPU共有16根地址線，8根數據線，并用（低電平有效）R/W作訪存控制信號，（2K84K48K8（1K42K8位，4K8 74138合適芯片，

3、畫出 CPU和存儲芯片的連接圖。要求：（1）最小 4K地址為系統程序區，409616383地址范圍為用戶程序區；（2）指出選用的存儲芯片類型及數量；（3）詳細畫出片選邏輯。4K的系統程序區可以用 4K4的 ROM芯片，2片4096-16383的用戶程序區應該用 4K8的 RAM芯片，3片解- 1 -1S Y17譯碼YAAA20 A 000004 4 8 8 8 03030007 /R WR/W4-28設主存容量為256K 字，Cache 容量為 2K 字，塊長為 4。（1）設計 Cache 地址格式，Cache 中可裝入多少塊數據？（2）在直接映射方式下，設計主存地址格式。（3）在四路組相聯映

4、射方式下，設計主存地址格式。（4）在全相聯映射方式下，設計主存地址格式。（5 32 地址格式（1）Cache的塊數 = 2K / 4 = 512Cache的塊地址為 9 位，塊內地址為（2）直接映射主存地址為 18 位，其中塊地址為 16 位，塊內地址為 2 位主存地址的最高 7 位作為 Tag格式：7 位9 位2 位字地址塊地址（3） 四路組相聯Cache的組數 = 512 / 4 = 128Cache的組地址為 7 位。主存地址的最高 7 位和中間 2 位共同作為 Tag主存地址格式：7 位7 位塊地址2 位2 位字地址（4） 全相聯主存地址格式：16 位2位字地址- 2 -（5）32 位

5、字 = 4 字節直接映射7 位9 位塊地址22 位位字地址字節地址四路組相聯7 位7 位塊地址2 位22 位位字地址字節地址全相聯16 位22 位位字地址字節地址4-29假設 CPU執行某段程序時共訪問Cache命中 4800 200次，已知 Cache的存取周期是 30ns 150ns Cache的命中率以及 Cache-主存系統的平均訪問時間和效率，試問該系統的性能提高了多少？Cache的命中率 H= 4800 /（4800+200）= 4800 / 5000 = 0.96T =30 nST = 150 nSCMT = HT +（1H）T = 0.9630+（10.96）150 = 34.

6、8 nSA或者CMT = HT +（1H）(T + T)=0.9630+0.04(150+30) = 36 nSACMCache-主存層次的效率 e =（訪問 Cache的時間 T /平均訪問時間 T）100%CCA=（30 / 36）100% = 83.33%或者 e =（30 / 34.8）100% = 86.2%采用 Cache速度提高倍數 = T / T = 150 / 36 = 4.167MA或者 = T / T = 150 / 34.8 = 4.31MA4-30一個組相連映射的 CACHE由 64 4 4096塊由 128畫出主存地址格式。Cache的組數 = 64 / 4 = 1

7、6主存地址的位數 = 12位塊地址+ 7位字地址 = 19位Cache地址的位數 = 4位組地址+ 7位字地址 = 11位4-32設某計算機的主存容量為 Cache 容量為 ，每個字塊有8 個字，每個字有 32 位。設計一個四路組相聯映象的 Cache 組織。（1）畫出主存地址字段中各段的位數。（2）設CacheCPU 依次從主存單元 0189 單元讀出 90 個字（主存一次讀出 1 8 次，問命中率為多少？（3）若 Cache 速度是主存的 6 倍，問采用 Cache 與無 Cache 比較速度提高多少倍？解：- 3 -（1）題目沒有說明主存是按字節編址還是按字編址。如果主存按字編址，容量，

8、有1M 字，每個可尋址單元的容量為1 個 32 位字。1M=2 ， 主存地址為20 位。20如果主存按字節編址，容量 ，每個可尋址單元的容量為 1 個字節。4M=2 ， 主存地址為22 22Cache容量 16KB，每個字是 32bit = ， 需 2 位字節地址。Cache的總字數=16KB/4B = 4K字每行 8 個字，行內的字地址 3 位Cache的行數= 41024/8 = 512 行（四路組相聯）地址結構：Cache的組數= 512/4 = 128 組 組地址 7 位9位7位3位2位字（2） 分析 主存映象關系：主存的第 i 塊映象到 Cache的第 i 組（每組 4 主存的 08

9、9 單元在 011塊中。程序運行時，讀0 單元不命中，將第0 8 個字）裝入Cache的 0 組。接下去讀 17 單元都命中。讀 8 單元不命中，將第 1 塊（8 個字）裝入 Cache 的 1組。接下去讀 915 單元都命中。讀每行的第一個字都不命中。這樣，一直到讀89 單元，總共有 12 次不命中。由于 Cache 有 128 組，所以，Cache 不滿，在這個過程中不發生替換。裝入 Cache的 90 個字在以后的重復訪問中全部命中。命中率 H = 命中次數 / 訪存的總次數H （890-12） /（890）= 708 / 720 = 0.9833T T （1）TACMT / T = T

10、 / T +（1）=0.9833（1/6）+0.0167 = 0.180583AMCM采用 Cache速度提高倍數 = T / T = 1 / 0. 180583 = 5.5376 倍MA4-38磁盤組有6 22cm 33cm，道密度為 40道/cm，內層密度為 400位/cm，轉速 3600轉/分。（1）共有多少存儲面可用？（2）共有多少柱面？（3）盤組總存儲容量是多少？（4）數據傳輸率是多少？解： 每片有 2個記錄面，且最外兩側盤面可以記錄可用存儲面數=26=12 柱面數=3322）2）40=220 每道存儲容量= 22 400 = 27646 bit = 3455 B盤組總存儲容量=每道

11、存儲容量柱面數存儲面數= 220123455 B =9121200 B= 8907.422 KB = 8.7 MB 數據傳輸率= 276463600 / 60 = 1658760 bps = 1.65910 B/S64-39某磁盤存儲器轉速為 3000轉/分，共有 4個記錄盤面，每毫米 5道，每道記錄信息 12 288字節，最小磁道直徑為 230mm，共有 275道，求：（1）磁盤存儲器的存儲容量；（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度；（3）磁盤數據傳輸率；- 4 -（4）平均等待時間設磁盤存儲器轉速為 3000轉/ 4 512288字節，最小磁道直徑為 230mm，共有 275道

12、， 磁盤存儲器的存儲容量 最高位密度和最低位密度 磁盤數據傳輸率 平均等待時間解： 如果該磁盤存儲器的 4個盤面都是用戶可用的，則磁盤存儲器的存儲容量 = 存儲面數柱面數每道存儲容量= 427512288 B = 13516800 B = 13200 KB = 12.89 MB如果該磁盤存儲器的 4個盤面中有 1個是用戶不可用（伺服）的，則磁盤存儲器的存儲容量 = 327512288 B = 10137600 B = 9900 KB 最高位密度是最內層磁道的位密度最高位密度 = 磁道容量 / 最內層磁道的周長 = 12288 B/（230mm ）= 12288 B /（2303.1416）=

13、12288 B / 722.568= 17 B/ mm =136 bpm最低位密度是最外層磁道的位密度記錄區的外直徑=最小磁道直徑+ 磁道數/道密度= 230 +2275 / 5 = 340 mm最低位密度 = 磁道容量 / 最外層磁道的周長 = 12288 B /（340mm ）= 12288 / （3403.1416）= 12288 B / 1068.144= 11.5 B/ mm = 92 bpm 磁盤的數據傳輸率 = 12288 B3000 / 60 = 614400 B/S = 4915200 bps 平均等待時間是磁盤旋轉半圈的時間平均等待時間 =（60 /每分鐘轉速）1/2 （6

14、0 / 3000）1/2 = 0.001 S =1 ms5.1I/O有哪些編址方式？各有何特點？解：常用的 I/O編址方式有兩種： I/O與內存統一編址和 I/O獨立編址；特點： I/O與內存統一編址方式的 I/O地址采用與主存單元地址完全一樣的格式，I/O設備和主存占用同一個地址空間，CPU可像訪問主存一樣訪問I/O設備，不需要安排專門的 I/O指令。I/O獨立編址方式時機器為I/O設備專門安排一套完全不同于主存地址格式的地址編碼，此時I/OCPU需要通過專門的 I/O指令來訪問 I/O地址空間。5.13 說明中斷向量地址和入口地址的區別和聯系。解： 中斷向量地址和入口地址的區別：項地址編號

15、，中斷入口地址是中斷服務程序首址。中斷向量地址和入口地址的聯系：中斷向量地址可理解為中斷服務程序入口地址指示器（入口地址的地5.15 什么是中斷允許觸發器？它有何作用？ CPU- 5 -5.16 在什么條件和什么時間，CPU可以響應 I/O的中斷請求？解：CPU 響應 I/O 中斷請求的條件和時間是：當中斷允許狀態為 1（EINT=16.1.最少用幾位二進制數即可表示任一五位長的十進制正整數？ 99999滿足條件：216（=65536）99999217（=131072 17位二進制數即可表示任一五位長的十進制正整數。6.4. 設機器數字長為8位（含 1補碼和反碼。-13/6429/128100

16、-87 解：真值與不同機器碼對應關系如下：0000； x5補=10101； x6補=11100； x7補=00111； x8補=10000；解：x補與x原、x的對應關系如下：6.9當十六進制數 9B和 FF分別表示為原碼、補碼、反碼、移碼和無符號數時，所對應的十進制數各為多少（設機器數采用一位符號位）？解：真值和機器數的對應關系如下：6.12. 設浮點數格式為：階碼 5位（含 1 11位（含 1寫出 51/128、-27/1024所對應的機器數。要求如下：- 6 -（1）階碼和尾數均為原碼。（2）階碼和尾數均為補碼。（3）階碼為移碼，尾數為補碼。解：據題意畫出該浮點數的格式：階符1位 階碼 4

17、位數符1位 尾數 10位將十進制數轉換為二進制：x1= 51/128= 0.0110011B= 2 * 0.110 011B-1x2= -27/1024= -0.0000011011B =2 *(-0.11011B）-5則以上各數的浮點規格化數為：（1）x1浮=1，0001；0.110 011 000 0 x2浮=1，0101；1.110 110 000 0（2）x1浮=1，1111；0.110 011 000 0 x2浮=1，1011；1.001 010 000 0（3）x1浮=0，1111；0.110 011 000 0 x2浮=0，1011；1.001 010 000 06.14.設浮點

18、數字長為32位，欲表示6萬間的十進制數，在保證數的最大精度條件下，除階符、數符各取一位外，階碼和尾數各取幾位？按這樣分配，該浮點數溢出的條件是什么？解：若要保證數的最大精度，應取階的基=2。若要表示6 32768（2156萬 65536（216則：階碼除階符外還應取 5位（向上取 2故：尾數位數=32-1-1-5=25位按此格式，該浮點數上溢的條件為：階碼 32該浮點數格式如下：151256.15.取什么機器數形式？什么是機器零？若要求全0表示機器零，浮點數的階碼和尾數應采在數軸上表示為“0”點及其附近的一段區域，即在計算機中小到機器數的精度00”表示浮點機器零，則浮點數的階碼應用移碼、尾數用

19、補碼表示（此時階碼為00”，拼起來正好為一串 06.16設機器數字長為16位，寫出下列各種情況下它能表示的數的范圍。設機器數采用一位符號位，答案均用十進制表示。（1）無符號數；（2）原碼表示的定點小數。（3）補碼表示的定點小數。（4）補碼表示的定點整數。（5）原碼表示的定點整數。（6 6 1 10 1分別寫出其正數和負數的表示范圍。- 7 -（7）浮點數格式同（6正數和負數的真值范圍。1）無符號整數：0 2 - 1，即：0 65535；16無符號小數：0 1 - 2 ，即：0 0.99998；-16（2）原碼定點小數：-1 + 2 1 - 2 ，即：-0.99997 0.99997-15 -1

20、5（3）補碼定點小數：- 11 - 2-15 ，即：-10.99997（4）補碼定點整數：-2 2 - 1 ，即：-32768327671515（5）原碼定點整數：-2 + 12 - 1，即：-327673276715 15（6時：最大負數= 1，11 111；1.000 000 001 ，即 -2 2-9-31最小負數= 0，11 111；1.111 111 111，即 -（1-2 ）2-931則負數表示范圍為：-（1-2 ）2 -2 2-931-9-31最大正數= 0，11 111；0.111 111 111，即 （1-2 ）2-931最小正數= 1，11 111；0.000 000 00

21、1，即 2 2-9-31則正數表示范圍為：2 2 （1-2 ）2-9-31-931（7）當機器數采用補碼規格化形式時，若不考慮隱藏位，則最大負數=1，00 000；1.011 111 111，即 -2 2-1最小負數=0，11 111；1.000 000 000，即 -1231則負數表示范圍為：-12 -2 2-3231-1-32最大正數=0，11 111；0.111 111 111，即 （1-2 ）2-931最小正數=1，00 000；0.100 000 000，即 2 2-1-32則正數表示范圍為：2 2 （1-2 ）2-1-32-9316.17. 設機器數字長為 8一位、兩位，算術右移一

22、位、兩位，討論結果是否正確。x1原=0.001 1010；y1補=0.101 0100；z1反=1.010 1111；解：算術左移一位：x1原=0.011 0100；正確 y1補=0.010 1000；溢出（丟 1）出錯 z1反=1.101 1111；溢出（丟 0）出錯算術左移兩位： x1原=0.110 1000；正確 y1補=0.101 0000；溢出（丟 10）出錯 z1反=1.011 1111；溢出（丟 01）出錯算術右移一位：x1原=0.000 1101；正確y1補=0.010 1010；正確算術右移兩位：x1原=0.000 0110（10z1反=1.101 0111；正確y1補=0.

23、001 0101；正確 z1反=1.110 1011；正確6.19. 設機器數字長為 8位（含 1（1）A=9/64， B=-13/32，求 A+B。（2）A=19/32，B=-17/128，求 A-B。（3）A=-3/16，B=9/32，求 A+B。（4）A=-87，B=53，求 A-B。（5）A=115，B=-24，求 A+B。1）A=9/64= 0.001 0010B, B= -13/32= -0.011 0100BA補=0.001 0010, B補=1.100 1100A+B補= 0.0010010 + 1.1001100 = 1.1011110 無溢出- 8 -A+B= -0.010

24、 0010B = -17/64（2）A=19/32= 0.100 1100B, B= -17/128= -0.001 0001BA補=0.100 1100, B補=1.110 1111 , -B補=0.001 0001A-B補= 0.1001100 + 0.0010001= 0.1011101 無溢出A-B= 0.101 1101B = 93/128B（3）A= -3/16= -0.001 1000B, B=9/32= 0.010 0100BA補=1.110 1000, B補= 0.010 0100A+B補= 1.1101000 + 0.0100100 = 0.0001100 無溢出A+B=

25、0.000 1100B = 3/32（4） A= -87= -101 0111B, B=53=110 101BA補=1 010 1001, B補=0 011 0101, -B補=1 100 1011A-B補= 1 0101001 + 1 1001011 = 0 1110100 溢出（5）A=115= 111 0011B, B= -24= -11 000BA補=0 1110011, B補=1，110 1000A+B補= 0 1110011 + 1 1101000 = 0 1011011無溢出A+B= 101 1011B = 916.26.按機器補碼浮點運算步驟，計算xy補.（1）x=2 0.10

26、1 100，y=2 （-0.011 100-011-010（2）x=2 （-0.100 010y=2 （-0.011 111-011 -010（3）x=2 （-0.100 101y=2 （-0.001 111)。101 100解：先將 x、y轉換成機器數形式：（1）x=2 0.101 100，y=2 （-0.011 100）-011 -010 x補=1，101；0.101 100, y補=1，110；1.100 100Ex補=1,101, y補=1,110, Mx補=0.101 100, My補=1.100 1001）對階： E補=Ex補+-Ey補 = 11,101+ 00,010=11,11

27、1 0，應 Ey向 Ex對齊，則：Ey補+1=00，100+00，001=00，101=Ex補y補=0，101；1.111 000（1）2）尾數運算：Mx補+My補= 11.011011+ 11.111000（1）= 11.010011（1）Mx補+-My補= 11.011011+ 00.000111（1）= 11.100010（1）2） 結果規格化：x+y補=00，101；11.010 011（1x-y補=00，101；11.100010（1）=00，100；11.000101 （尾數左規 1次，階碼減 1）4）舍入：x+y補=00，101；11.010 011（舍）x-y補 不變5）溢出：

28、無 則：x+y=2 （-0.101 101）101x-y =2 （-0.111 011）1007-6 某指令系統字長為 16位，地址碼取 4位，試提出一種方案，使該指令系統有 8條三地址指令、16條二地址指令、100條一地址指令。解：8條三地址指令16條二地址指令操作碼 00000111操作碼 1000 00001000 1111100條一地址指令 操作碼 1100000000001100 0110 00117-7設指令字長為 16位，采用擴展操作碼技術，每個操作數的地址為 6位。如果定義了 13條二地址指令，試問還可安排多少條一地址指令？解 二地址指令的操作碼位數=1626 = 4 位161

29、3 = 3 還可以有 3個碼字作為擴展標志一地址指令最多可以有 32 = 192條67-8某機指令字長 16位，每個操作數的地址碼為 6位，設操作碼長度固定，指 MN種，則二地址指令最多有幾種？若操作碼位數可變，則二地址指令最多允許有幾種？1）如果操作碼長度固定設操作碼長度= K位則二地址指令最多可以有 2MN 條K- 10 -（2）如果操作碼長度可變采用操作碼擴展技術基本操作碼位數=1626 = 4 位當留下一個碼字作為擴展標志時，二地址指令數為最多二地址指令最多可以有 21 = 15條47.10. 試比較基址尋址和變址尋址。解：比較如下：1）都可有效地擴大指令尋址范圍。2）基址尋址時，基準

30、地址由基址寄存器給出，地址的改變反映在位移量 A A改上，變址值由變址寄存器給出。34適用場合不同。7-18 某計算機能完成 78種操作，指令字長為 16位。一地址格式的指令地址碼可取幾位？要想使指令的尋址范圍擴大到 2 ，可采用哪些方法？16解：78種操作就需要有 78條指令。固定長度操作碼，操作碼位數= 7位 （2 = 128 78）7一地址格式指令的地址碼的位數= 167 = 9位 （尋址范圍為 2）9要想使指令的尋址范圍擴大到 2 ，可采用：寄存器間接尋址，基址尋址，16相對尋址，變址尋址，等方法。如果存儲字長=16 位，則用間接尋址方式也可以使指令的尋址范圍擴大到2 。169.3.

31、什么是指令周期、機器周期和時鐘周期？三者有何關系？答：CPU每取出并執行一條指令所需的全部時間叫指令周期；令步）所需時間，通常安排機器周期長度等于主存周期；位，對應完成一個微操作所需時間，通常時鐘周期等于計算機主頻的倒數。9-5 設機器 A的 CPU主頻為 8MHz，機器周期含 4個時鐘周期，且該機的平均指令執行速度是 0.4 MIPS，試求該機的平均指令周期和機器周期，每個指令周期中含幾個機器周期？如果機器 B的 CPU主頻為 12MHz 4個時鐘周期，試問 B機的平均指令執行速度是多少 MIPS？解：(1) 機器 A的主頻= 8MHz，時鐘周期 T =1/8MHz =0.12510 S =

32、 0.1256CA s機器周期 T = 40.125 s= 0.5 sMA平均指令周期 T = 1/0.4 MIPS = 2.5 sIA平均每個指令周期中含 5個機器周期。(2) 機器 B的主頻= ，時鐘周期 T =1/12MHz 10 S = 0.083 s6CA機器周期 T = 40.083 s= 0.333 sMB指令周期 T =50.333 s = 1.666 sIB平均指令執行速度 = 1/ 1.666 s= 0.6 MIPS B的主頻是機器 A的主頻的 1.5均指令執行速度也應該是機器 A的 1.5倍，即 0.6 MIPS。9-6 設某計算機的 CPU主頻為 8MHz，每個機器周期

33、平均含 2個時鐘周期，每條- 11 -指令平均有 4個機器周期，試問該計算機的平均指令執行速度是多少 MIPS？若CPU的主頻不變，但每個機器周期平均含4個時鐘周期，每條指令平均有4個機器周期，則該機的平均指令執行速度又是多少 MIPS？解：(1) 機器的主頻= 8MHz，時鐘周期 T =1/8MHz =0.12510 S = 0.125 s6C機器周期 T = 20.125 s= 0.25 sM1指令周期 T = 40.25 s = 1.0 sI平均指令執行速度=1 MIPS(2) 機器周期 T = 40.125 s= 0.5 sM2指令周期 T = 40.5 s = 2.0 sI平均指令執

34、行速度=0.5 MIPS9-7 某 CPU的主頻為 ，若已知每個機器周期平均含4個時鐘周期，該機的平均指令執行速度為 1 MIPS，試求該機的平均指令周期及每個指令周期含幾個機器周期？若改用時鐘周期為 0.4 s的 CPU芯片，則計算機的平均指令執行速度是多少 MIPS？若要得到平均每秒 80少的 CPU芯片？解：(1) 主頻= 10MHz，時鐘周期 T =1/10MHz =0.110 S = 0.1 s6C機器周期 T = 40.1 s= 0.4 sM平均指令周期 T = 1/1 MIPS = 1 sI每個指令周期含 2.5個機器周期。(2) 若改用時鐘周期為 0.4 s的 CPU芯片，則機

35、器周期 T = 0.4 s= Ms平均指令周期 T =2.51.6 s = 4 sI平均指令執行速度= 1/4 s =0.25 MIPS(3) 要得到平均每秒 80萬次的指令執行速度，則平均指令周期 T=1/80萬 秒I= 0.12510 秒-5時鐘周期= 平均指令周期1/10 = 0.12510 秒=0.125 s-6主頻= 8MHz9-11設 CPU內部結構如圖9.4所示，此外還設有BCDEHL六個寄存器，它們各自的輸入和輸出端都與內部總線相通，并分別受控制信號控制（如 Bi為寄存器 BBo為 B指令所需的全部微操作和控制信號。（1）ADD B，C（2）SUB A,H(B)+(C) B)(

36、AC)-(H) AC)(1) 加法指令 ADD B, C兩個操作數都是寄存器尋址。該指令實現如下操作：(B)+(C) B微操作和控制信號如下： 取指周期（PC）MARAB； （PC ，MAR 有效）inout1R；M（MAR）MDR；（MDR）IR； （MDR ，IR 有效）inout（PC）+1PC。 執行周期（C）Y； （C ，Y 有效）outin- 12 -（B）+YZ； （B ，ALU ，+，Z 有效）out ininZB。 （Z ，B 有效）outin(2) 減法指令 SUB A，H兩個操作數都是寄存器尋址。該指令實現如下操作：微操作和控制信號如下： 取指周期同前(AC) - (H) AC 執行周期（H）Y； （H ，Y 有效）outin（AC）- YZ； （AC ，ALU ，-，Z 有效）outZAC。 （Z ，AC