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文檔簡介

1、第一章 計算機系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件有運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。 機器字長是指CPU一次能直接處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù),它決定了寄存器、運算部件、數(shù)據(jù)總線的位數(shù),字長越長,數(shù)的表示范圍也越大,精度越高,但其相應(yīng)的硬件成本也越高。第二章BACBCBBAF)CB(CA)AC(AB)A(ACB)C(CBACACBBAEFBBDCA DEFGEFBBDCAA DEFGEFBACEFBDCAABA DEFGEFBACEFBDCAABDAADFBCDCAABDABFDECECBBCDABACF第三章 P61 第5題、設(shè)浮點數(shù)的格式為:階碼6位移碼,包含一位符號位,尾數(shù)

2、6位原碼,包含一位符號位,排列順序為:則按上述浮點數(shù)的格式:1、若數(shù)Z的浮點數(shù)的16進(jìn)制形式為9F4H,求Z的十進(jìn)制的真值。2、若X =-25/64,Y =2.875,則求 X和Y的規(guī)格化浮點數(shù)表示形式。P61 第5題1、若數(shù)Z的浮點數(shù)的16進(jìn)制形式為0C15DH,求Z的十進(jìn)制的真值。100111 1 10100 BEZ移= 1,00111B MZ原= 1.101000BEZ = 00111B=7 MZ= -0.101000B 所以,Z= MZ2 Ez = -0.101000B 2 7 = -101000B=-80 9F4H=若X =-25/64,Y =2.875 ,則求 X和Y的規(guī)格化浮點數(shù)

3、表示形式。EX = -1 EX補= 1,11111B EX移= 0,11111B MX=- 0.11001B MX原= 1.11001B所以, X浮= 0,11111 1.11001B = 7F9HX =-25/64=-(16+8+1) 2 -6 =-11001B 2 -6 =-0.11001B 2 -1 EY = 2 EY移=1,00010B MY= 0.10111B MY原= 0.10111B所以, Y浮= 1,00010 0.10111B = 897HY = 2.875 =2+0.5+0.25+0.125 =10.111=0.1011122 機器字長16位,求個機器數(shù)的十進(jìn)制真值表示范圍

4、。1)無符號整數(shù) 0 2 21616-1-12 2)原碼定點整數(shù))原碼定點整數(shù) - -(2 21515-1-1) 2 21515-1-13 3)補碼定點整數(shù))補碼定點整數(shù)-2-21515 2 21515-1-14 4)補碼定點小數(shù))補碼定點小數(shù) -1-1 1-21-2-15-15解:解: 128-71 -128-1 -128-7-128-7-127127-7222222-22221MAX22-(1MAX-)()如果階碼為移碼,尾數(shù)用原碼表示呢?如果階碼為原碼,尾數(shù)為補碼呢?第四章 1、X=0.1101,Y=-0.0110 2、已知X和Y,用變形補碼計算X+Y,X-Y,并判溢 (1)X=0.11

5、011,Y=0.11111 (2)X=-0.1101,Y=0.0110 5.1)X=0.011111,Y=-0.11101 原碼一位乘、BOOTH算法 運算器 概念題 證明題 計算題 分析題 存儲器 第一題目目 錄錄某機器字長16位,采用兩位比較法進(jìn)行補碼乘法運算,此時并行加法器應(yīng)該是( 17)位加法器,應(yīng)該進(jìn)行(16)次相加移位操作。(多選題)在下面每小題所列出的若干個答案中,選取所有的正確答案(可能沒有,也可能有一個或多個)補碼加法規(guī)則是()A、所有的操作數(shù)都用補碼表示,結(jié)果也用補碼表示B、若兩數(shù)相同則做加法,異號則做減法。C、符號位和操作數(shù)一樣參與運算D、結(jié)果的符號為1,表示溢出 某浮點

6、機,采用規(guī)格化浮點數(shù)表示,階碼用移碼表示(最高位代表符號位),尾數(shù)用原碼表示,下列的表示中不是規(guī)格化的浮點數(shù)是() A、階碼:1111111 尾數(shù):1.100000 B、階碼:0011111 尾數(shù):1.011101 C、階碼:1000001 尾數(shù):0.111101 D、階碼:0111111 尾數(shù):0.100010 (填空題)設(shè)階碼8位(含1位符號位),用移碼表示,尾數(shù)24位(1位符號位),用規(guī)格化補碼表示,則它所能表示的最大正數(shù)的階碼的十進(jìn)制真值為(A ),尾數(shù)的十進(jìn)制真值為(B );絕對值最小的負(fù)數(shù)的階碼的二進(jìn)制移碼表示為(C),尾數(shù)的二進(jìn)制補碼表示為( D)。2321返回目錄A127BC0

7、0000000D1.01111111111111111111111 1、設(shè) 求證: 根據(jù)定點小數(shù)補碼的定義證明nYYY10Y.補niiiYYY102證明題證明題2、以定點小數(shù)為例證明:3、以定點小數(shù)為例證明: 0補=y-y補補補Y-Y補補補YXYX補補補補補YX 2) (mod YX2 2) (mod YX22YX2) (mod Y2Y2) (mod X2X返回目錄 已知 x = - 0.01111 ,y = +0.11001, 用變形補碼求 x 補 , -x 補 , 2x 補 , x/2補, y 補 , -y 補 , 2y 補 ,y/4補, x + y = ? ,x y = ? 解: x 原

8、 = 11.01111 x 補 = 11.10001 -x 補 = 00.01111 2x補=01.00010 x/2補=01.11000 y 原 =00.11001 y 補 =00.11001 -y 補 =1 1.00111 y/4補=00.001100 x 補 11.10001 x 補 11.10001 + y 補 00.11001 + -y 補 11.00111 x + y 補 00.01010 x - y 補 10.11000 x + y = +0.01010 符號位相異,結(jié)果溢出 x y=-1.01000 設(shè)32位字長的浮點數(shù),其中階符1位,階碼7位,數(shù)符1位,尾數(shù)23位。分別寫出機

9、器數(shù)采用原碼和補碼表示時,所對應(yīng)的最接近0的十進(jìn)制負(fù)數(shù)。 分析:最接近0的十進(jìn)制負(fù)數(shù)表示最大負(fù)數(shù),即絕對值最小的負(fù)數(shù),因此階碼取最小值,尾數(shù)為絕對值最小的非0負(fù)數(shù)。 解:1)原碼表示:階碼范圍 -127127 尾數(shù)24位,絕對值最小的非0負(fù)數(shù)為 -0.0001B(非規(guī)格化)=-2-23 最接近0的十進(jìn)制負(fù)數(shù)為 2)補碼表示:階碼范圍 -128127 尾數(shù)24位,絕對值最小的非0負(fù)數(shù)為 -0.0001B(非規(guī)格化)=-2-23 最接近0的十進(jìn)制負(fù)數(shù)為12823221272322 某機器字長為32位,浮點表示時,指數(shù)部分(即階碼)占8位補碼(含1位符號位),尾數(shù)24位補碼(1位符號位),問: 1)

10、帶符號定點小數(shù)的最大表示范圍是多少?(補碼小數(shù)) -1 2)帶符號定點整數(shù)的最大表示范圍是多少?(補碼整數(shù)) 3)浮點表示最大正數(shù)是多少?MAX+= 4)浮點表示最大負(fù)數(shù)是多少? 5)浮點表示最小的規(guī)格化正數(shù)是多少? 6)浮點表示最小負(fù)數(shù)是多少?MAX-= 浮點表示最小正數(shù)1272322(1)-312-131212311282322128250 .12721- 已知浮點數(shù)運算的中間結(jié)果如下: 階碼 :1,010 尾數(shù):1.0011101 其中,階碼是4位補碼 1) 如果尾數(shù)是8位原碼,求其規(guī)格化的浮點數(shù)表示 2) 如果尾數(shù)是8位補碼,求其規(guī)格化的浮點數(shù)表示 解:1)尾數(shù)為原碼,則不是規(guī)格化表示

11、形式,要左規(guī):尾數(shù)左移2位,尾數(shù)低位補0,階碼減2,E補=1000, 變換后的規(guī)格化浮點數(shù)為1,0001.1110100 2) 如尾數(shù)為補碼,已經(jīng)是規(guī)格化浮點數(shù) 1,01001.0011101 用32位表示一個數(shù),階碼部分占8位(含一位符號位),尾數(shù)部分占24位(含1位符號位)。設(shè), 試寫出補碼浮點數(shù)表示格式(規(guī)格化)。 0000100011.01111111110000000000000 =9BFE000H 111111110.11111110000000000000000 =0FF7F0000H2561275256/,.yx100000000102- .1B-10000000052569.

12、x-1-821111111021111111256127./y計算題計算題一、設(shè)浮點數(shù)的格式為:階碼5位,包含一位符號位,尾數(shù)5位,包含一位符號位,階碼和尾數(shù)均用補碼表示,排列順序為:則按上述浮點數(shù)的格式:1、若數(shù)Z的浮點數(shù)的16進(jìn)制形式為0EDH,求Z的十進(jìn)制的真值。2、若(X)10 =13/64,(Y)10 = 275,則求 X和Y的規(guī)格化浮點數(shù)表示形式。3、求 X+Y?。ㄒ笥醚a碼計算,列出計算步驟)。4、求 XY?。ㄒ笥醚a碼計算,列出計算步驟)。5、求 X*Y?。ㄒ箅A碼用補碼計算,尾數(shù)用補碼Booth算法計算,列出計算過程和算式)。1、若數(shù)Z的浮點數(shù)的16進(jìn)制形式為0EDH,求Z的

13、十進(jìn)制的真值。解:1、0EDH=0011101101B, Z浮=0,0111 0.1101, 則EZ補=0,0111 =+7MZ補= 0.1101 MZ= +13/16 所以,Z= MZ2 Ez = +13/162 7=+138= +1042、若(X)10 =13/64,(Y)10 = 275,則求 X和Y的規(guī)格化浮點數(shù)表示形式。解:2、(X)10 =13/64 (X)2 =0.001101 = 0.11012-10EX=-10 ,則EX補=1,1110 MX=0.1101 ,則MX補=0.1101 則X浮=1,1110 0.1101 (Y)10 = -2.75, (Y)2 = - 10.11

14、 = - 0.10112+10EY=+10 ,則EY補=0,0010 MY=-0.1011 ,則MY補=1.0101則Y浮=0,0010 1.01013、求 X+Y浮(要求用補碼計算,列出計算步驟)解:對階E=EX-EY=EX補+-EY補 = 11,1110 + 11,1110 = 11,1100E=-40,則EX小,將MX右移4位,EX加4:X浮 = 0,0010 0.0000(1101) 尾數(shù)相加MX補 00.00001101+ MY補 11.0101MX+MY補 11.01011101結(jié)果規(guī)格化:結(jié)果已規(guī)格化舍入。0舍1入:MX+Y補=1.0110 。X+Y浮=0,0010 1.0110

15、4、求 XY?。ㄒ笥醚a碼計算,列出計算步驟)。解:對階:同上。尾數(shù)相減。結(jié)果規(guī)格化:結(jié)果已規(guī)格化舍入。0舍1入:MX-Y補=0.1100 。XY浮=0,0010 0.1100MX補 00.00001101+ -MY補 00.1011MX-MY補 00.101111015、求 X*Y?。ㄒ箅A碼用補碼計算,尾數(shù)用補碼Booth算法計算,列出計算過程和算式)。解:階碼相加。EZ補 = EX補+EY補= 11,1110 + 00,0010 = 00,0000尾數(shù)相乘。MX補=0.1101 -MX補=1.0011 MY補=1.0101EX補 11,1110+ EY補 00,0010EX+EY補 00

16、,0000部分積00.0000乘數(shù)MY (MYn MYn+1)1.0 1 0 1 0操作說明MY4MY5=10,+-MX補11.0011+11.0011右移一位11.10011 1.0 1 0 1MY3MY4=01,+MX補00.1101+00.0110右移一位00.00110 1 1.0 1 0MY2MY3=10,+-MX補11.0011+11.0110右移一位11.10110 0 1 1.0 100.1101+00.1000右移一位00.01000 0 0 1 1.0MY0MY1=10,+-MX補11.0011+11.01110 0 0 1MY1MY2=01,+MX補MX*Y補=1.011

17、10001 結(jié)果規(guī)格化:已規(guī)格化。舍入。舍去:MX*Y補=1.0111 X*Y浮=0,0000 1.0111返回目錄某加法器進(jìn)位鏈小組信號為C4C3C2C1 ,低位來的信號為C0 ,請分別按下述兩種方式寫出C4C3C2C1的邏輯表達(dá)式。(1) 串行進(jìn)位方式 (2) 并行進(jìn)位方式解 :(1)串行進(jìn)位方式:C1 = G1 + P1 C0 其中: G1 = A1 B1 ,P1 = A1B1C2 = G2 + P2 C1 G2 = A2 B2 ,P2 = A2B2 C3 = G3 + P3 C2 G3 = A3 B3 , P3 = A3B3C4 = G4 + P4 C3 G4 = A4 B4 , P4

18、 = A4B4 (2) 并行進(jìn)位方式: C1 = G1 + P1 C0 C2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0C3 = G3 + P3 G2 + P3 P2 G1 + P3 P2 P1 C0C4 = G4 + P4 G3 + P4 P3 G2 + P4P3 P2 G1 + P4 P3 P2 P1 C0其中 G1G4 ,P1P4 表達(dá)式與串行進(jìn)位方式相同。返回目錄存儲器存儲器一、某機字長16 位,CPU地址總線18位,數(shù)據(jù)總線16位,存儲器按字編址按字編址,CPU 的控制信號線有:MREQ#(存儲器訪問請求,低電平有效),R/W#(讀寫控制,低電平為寫信號,高電平為讀信號)。試問:

19、1、該機最大主存容量為多少?2、若該機主存采用64K1bit的DRAM芯片(內(nèi)部為4個128128陣列)構(gòu)成最大主存空間,則共需多少個芯片?若采用分散刷新方式,單元刷新間隔為2ms,則刷新信號的周期為多少時間?3、若為該機配備16K16位的Cache,每字塊16字,采用4路組相聯(lián)映象,試寫出對主存地址各個字段的劃分(標(biāo)出各個字段的位數(shù));若主存地址為12345H,則該地址映象到的Cache的哪一組?4、若現(xiàn)在用若干個32K8位的SRAM芯片形成96K16位的RAM存儲區(qū)域,起始地址為00000H,假設(shè)SRAM芯片有CS#(片選,低電平有效)和WE#(寫使能,低電平有效)信號控制端;試寫出RAM

20、的地址范圍,并畫出SRAM與CPU的連接圖,請標(biāo)明SRAM芯片個數(shù)、譯碼器的輸入輸出線、地址線、數(shù)據(jù)線、控制線及其連接。1、該機最大主存容量為多少?2、若該機主存采用64K1bit的DRAM芯片(內(nèi)部為4個128128陣列)構(gòu)成最大主存空間,則共需多少個芯片?若采用分散刷新方式,單元刷新間隔為2ms,則刷新信號的周期為多少時間?解:1、該機最大主存容量為21816位=512KB。2、若該機主存采用64K1bit的DRAM芯片(內(nèi)部為4個128128陣列)構(gòu)成最大主存空間,則共需 個芯片。刷新信號的間隔為 64121621K64162161818sms625.1512823、若為該機配備16K1

21、6位的Cache,每字塊16字,采用4路組相聯(lián)映象,試寫出對主存地址各個字段的劃分(標(biāo)出各個字段的位數(shù));若主存地址為12345H,則該地址映象到的Cache的哪一組?解:若為該機配備16K16位的Cache,每字塊16字,采用4路組相聯(lián)映象,則:Cache共有 塊,可以分為 組。所以,對主存18位地址劃分如下: 若主存地址為12345H,則該地址映象到的Cache的第34H組。104142162162161616K168102424、若現(xiàn)在用若干個32K8位的SRAM芯片形成96K16位的RAM存儲區(qū)域,起始地址為00000H,假設(shè)SRAM芯片有CS#(片選,低電平有效)和WE#(寫使能,低

22、電平有效)信號控制端;試寫出RAM的地址范圍,并畫出SRAM與CPU的連接圖,請標(biāo)明SRAM芯片個數(shù)、譯碼器的輸入輸出線、地址線、數(shù)據(jù)線、控制線及其連接。解:需用6個32K8位的SRAM芯片形成96K16位的RAM存儲區(qū)域,地址范圍為00000H5FFFFH,兩片一組,共3組。CPUA153:8譯碼Y7Y6Y5Y4BAA17A16Y3Y2Y1Y0CENMREQD7D0 (2)32K8RAM(1)ADCSWEDCSWE (4)32K8RAM(3)ADCSWEDCSWE (6)32K8RAM(5)ADCSWEDCSWEA14A0R/WD15D88888151500000H-07FFFH08000H

23、-0FFFFH10000H-17FFFH返回目錄P167 3(4)1、求芯片數(shù) SRAM 128K 16/(16K 8) =8*2=16片 ,8組,每組2片 ROM 1片 8K 16位2、確定芯片的AB、DB位數(shù) SRAM 16K 8位 AB14位,DB8位 ROM AB13位,DB16位3、分析芯片的地址范圍 A17 A16 A15 A14 A13 A12 A0 00000h-03Fffh 0 0 0 0 0 0-0 1 1-1 04000h-07Fffh 0 0 0 1 0 0-0 1 1-1 08000h-0BFffh 0 0 1 0 0 0-0 1 1-1 0C000h-0FFffh

24、0 0 1 1 0 0-0 1 1-1 10000h-13Fffh 0 1 0 0 0 0-0 1 1-1 14000h-17Fffh 0 1 0 1 0 0-0 1 1-1 18000h-1BFffh 0 1 1 0 0 0-0 1 1-1 1C000h-1FFffh 0 1 1 1 0 0-0 1 1-1 3e000h-3ffffh 1 1 1 1 1 0-0 1-1OP(4位)位)SR(2位)位)DR(2位)位)A DDR/ DATA / DISP作業(yè):除了HALT指令為單字指令外,其他指令均為雙字指令;其中, SR為源寄存器號, DR為目的寄存器號,指令第二字為地址、數(shù)據(jù)或偏移量。指令

25、助記符指令助記符功能功能OPMOV1DR,#DATADATADR 0000MOV2ADDR,SR(SR)ADDR0001ADD DR,ADDR(DR)()(ADDR)DR1000SUB DR,SI+ DISP(DR)()(SI)+ DISP)DR1001JC DISP結(jié)果有進(jìn)位(結(jié)果有進(jìn)位(PC)DISPPC,否,否則,順序執(zhí)行程序則,順序執(zhí)行程序1100HALT停機停機1111若(若(PC)1EH,變址寄存器(,變址寄存器(SI)10H,則此時啟動程序,則此時啟動程序執(zhí)行,問執(zhí)行了幾條指令程序停止?寫出每條指令的助記符、執(zhí)行,問執(zhí)行了幾條指令程序停止?寫出每條指令的助記符、尋址方式、操作數(shù)和

26、執(zhí)行結(jié)果。尋址方式、操作數(shù)和執(zhí)行結(jié)果。 地址地址 內(nèi)容內(nèi)容 1CH: 10H 1DH: 27H1EH: 01H1FH: 23H20H:81H 21H:1DH 22H:C0H23H:02H 24H:91H 25H:0CH26H:F0H27H:20HPC IR 助記符助記符 尋址方式尋址方式 EA 操作數(shù)操作數(shù) 結(jié)果結(jié)果1EH 01H MOV1 R1,#23H 立即立即 23H R1=23H 23H 20H 81H ADD R1,1DH 間接尋址間接尋址 27H 20H R1=43H 1DH22H C0H JC 02H 相對尋址相對尋址 24H 02H24H 91H SUB R1,SI+0CH 變

27、址尋址變址尋址 1CH 10H R0=33H 0CH 26H F0H HLTPC AR,PC+1RAM IR,J(1)散 轉(zhuǎn)PC AR,PC+1RAM DA1DR DA2DA2-DA1 DR寫出上述寫出上述JMP指令的微指令的微程序流程圖程序流程圖某條指令的微某條指令的微程序流程如圖程序流程如圖1,寫出該指,寫出該指令的功能、指令的功能、指令格式和尋址令格式和尋址方式及指令第方式及指令第二字的含義,二字的含義,并分析第二個并分析第二個機器周期的微機器周期的微操作信號。操作信號。611 設(shè)某機寄存器字長設(shè)某機寄存器字長16位,用位,用16進(jìn)制表示,已知:變址寄存器內(nèi)容為進(jìn)制表示,已知:變址寄存器

28、內(nèi)容為0004H,PC的內(nèi)容為的內(nèi)容為0003H,內(nèi)存中部分單元內(nèi)容如下:,內(nèi)存中部分單元內(nèi)容如下: 地址:內(nèi)容地址:內(nèi)容 地址:內(nèi)容地址:內(nèi)容 0002H:000AH 0007H:000AH 0003H:0002H 0008H:0002H 0004H:0007H 0009H:0003H 0005H:0004H 000AH:0009H 0006H:0005H 000BH:0008H指令為雙字長指令,格式如下:指令為雙字長指令,格式如下:操作碼,尋址方式碼,寄存器號操作碼,尋址方式碼,寄存器號(16(16位位) )直接地址直接地址/ /間接地址間接地址/ /立即數(shù)立即數(shù)/ /相對位移量相對位移量

29、/ /形式地址形式地址(16(16位位) )尋址方式尋址方式操作數(shù)操作數(shù)直接直接間接間接立即立即變址變址第7章 11浮點數(shù)表示及計算 1、設(shè)浮點數(shù)的格式為:階碼、設(shè)浮點數(shù)的格式為:階碼4位,包含一位符號位,尾數(shù)位,包含一位符號位,尾數(shù)6位,包含一位符號位,階碼用移碼表示,尾數(shù)用補碼表示,位,包含一位符號位,階碼用移碼表示,尾數(shù)用補碼表示,排列順序為:排列順序為: 階符(階符(1位)階碼(位)階碼(3位)數(shù)符(位)數(shù)符(1位)尾數(shù)(位)尾數(shù)(5位)位) 則按上述浮點數(shù)的格式:則按上述浮點數(shù)的格式: (1) 若(若(X)10 = 12.5,則求,則求 X的規(guī)格化浮點數(shù)表示的規(guī)格化浮點數(shù)表示形式。形

30、式。 (2)已知)已知Y的規(guī)格化浮點表示為的規(guī)格化浮點表示為 3 9AH,求,求Y的十進(jìn)制真值。的十進(jìn)制真值。 (3)浮點數(shù)表示范圍?)浮點數(shù)表示范圍? (4)求)求X+Y浮浮Cache計算 某機字長某機字長32 位,位,CPU地址總線地址總線16位,數(shù)據(jù)總線位,數(shù)據(jù)總線32位,位,存儲器按字編址。存儲器按字編址。 若為該機配備若為該機配備51216位的位的Cache,每塊每塊4字節(jié),采用字節(jié),采用2路組相聯(lián)映象,求主存塊數(shù)、路組相聯(lián)映象,求主存塊數(shù)、Cache組數(shù)、寫出主存地址各個字段的劃分(標(biāo)出各組數(shù)、寫出主存地址各個字段的劃分(標(biāo)出各個字段的位數(shù));若主存地址為個字段的位數(shù));若主存地址

31、為3280H,則該地址可,則該地址可映象到的映象到的Cache的哪些行?的哪些行? 假設(shè)假設(shè)CPU總是從總是從Cache取得數(shù)據(jù),在一段時間內(nèi),取得數(shù)據(jù),在一段時間內(nèi),Cache完成存取的次數(shù)為完成存取的次數(shù)為90次,主存完成的存取次數(shù)次,主存完成的存取次數(shù)為為10次,已知次,已知cache的存儲周期為的存儲周期為20ns,主存的存儲,主存的存儲周期為周期為50ns。求。求: (1) Cache的命中率的命中率h; (2)Cache/主存系統(tǒng)的平均訪主存系統(tǒng)的平均訪問時間問時間ta; (3Cache/主存系統(tǒng)的效率主存系統(tǒng)的效率e;多體交叉存儲器設(shè)計及計算 設(shè)有存儲器一個模塊容量為設(shè)有存儲器一個模塊容量為16字,字長字,字長32位,位,模塊數(shù)模塊數(shù)M=8,采用交叉方式組織。存儲周期,采用交叉方式組織。存儲周期T=200ns,數(shù)據(jù)總線寬度為,數(shù)據(jù)總線寬度為32位,總線傳輸位,總線傳輸周期周期t25ns。試比較當(dāng)連

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