第4章存放器11.一個8K×8位動態(tài)RAM芯片，其內部結構排列成256×256形式，存取周期為0.1μs。試問采取集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式刷新間隔各為多少？解：采取分散刷新方式刷新間隔為:2ms，其中刷新死時間為：256×0.1μs=25.6μs采取分散刷新方式刷新間隔為：256×（0.1μs+0.1μs）=51.2μs采取異步刷新方式刷新間隔為:2ms15.設CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用（低電平有效）作訪存控制信號，作讀寫命令信號（高電平為讀，低電平為寫）?，F(xiàn)有以下存放芯片：ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位），RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138譯碼器和其它門電路（門電路自定）。試從上述規(guī)格中選取適當芯片，畫出CPU和存放芯片連接圖。要求：（1）最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，4096~16383地址范圍為用戶程序區(qū)。（2）指出選取存放芯片類型及數(shù)量。（3）詳細畫出片選邏輯。解：（1）地址空間分配圖：系統(tǒng)程序區(qū)（ROM共4KB）：0000H-0FFFH用戶程序區(qū)（RAM共12KB）：1000H-3FFFH

（2）選片：ROM：選擇4K×4位芯片2片，位并聯(lián)

RAM：選擇4K×8位芯片3片，字串聯(lián)(RAM1地址范圍為:1000H-1FFFH,RAM2地址范圍為H-2FFFH,RAM3地址范圍為:3000H-3FFFH)

（3）各芯片二進制地址分配以下：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存放器連接邏輯圖及片選邏輯以下列圖所表示：20.欲傳送二進制代碼為1001101，用奇校驗來確定其對應漢明碼，若在第6位犯錯，說明糾錯過程。解：欲傳送二進制代碼為1001101，有效信息位數(shù)為n=7位，則漢明校驗校驗位為k位，則：2k>=n+k+1，k=4，進行奇校驗設校驗位為C1C2C3C4，漢明碼為C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1，C1=1⊕B7⊕B6⊕B4⊕B3⊕B1=1⊕1⊕0⊕1⊕1⊕1=1C2=1⊕B7⊕B5⊕B4⊕B2⊕B1=1⊕1⊕0⊕1⊕0⊕1=0C3=1⊕B6⊕B5⊕B4=1⊕0⊕0⊕1=0C4=1⊕B3⊕B2⊕B1=1⊕1⊕0⊕1=1故傳送漢明碼為10100011101，若第6位(B5)犯錯，即接收碼字為10100111101，則P1=1⊕C1’⊕B7’⊕B6’⊕B4’⊕B3’⊕B1’=1⊕1⊕1⊕0⊕1⊕1⊕1=0P2=1⊕C2’⊕B7’⊕B5’⊕B4’⊕B2’⊕B1’=1⊕0⊕1⊕1⊕1⊕0⊕1=1P3=1⊕C3’⊕B6’⊕B5’⊕B4’=1⊕0⊕0⊕1⊕1=1P4=1⊕C4’⊕B3’⊕B2’⊕B1’=1⊕1⊕1⊕0⊕1=0P4P3P2P1=0110說明第6位犯錯，對第6位取反即完成糾錯。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(shù)據(jù)？（2）在直接映射方式下，設計主存地址格式。（3）在四路組相聯(lián)映射方式下，設計主存地址格式。（4）在全相聯(lián)映射方式下，設計主存地址格式。（5）若存放字長為32位，存放器按字節(jié)尋址，寫出上述三種映射方式下主存地址格式。解：（1）Cache容量為2K字，塊長為4，Cache共有2K/4=211/22=29=512塊，Cache字地址9位，字塊內地址為2位，所以，Cache地址格式設計以下：Cache字塊地址（9位）字塊內地址（2位）（2）主存容量為256K字=218字，主存地址共18位，共分256K/4=216塊，主存字塊標識為18-9-2=7位。直接映射方式下主存地址格式以下：主存字塊標識（7位）Cache字塊地址（9位）字塊內地址（2位）主存字塊標識（9位）組地址（7位）字塊內地址（2位）（3）依據(jù)四路組相聯(lián)條件，一組內共有4塊，得Cache共分為512/4=128=27組，主存字塊標識為18-7-2=9位，主存地址格式設計以下：（4）在全相聯(lián)映射方式下，主存字塊標識為18-2=16位，其地址格式以下：主存字塊標識（16位）字塊內地址（2位）（5）若存放字長為32位，存放器按字節(jié)尋址，則主存容量為256K*32/4=221B，Cache容量為2K*32/4=214B，塊長為4*32/4=32B=25B，字塊內地址為5位，在直接映射方式下，主存字塊標識為21-9-5=7位，主存地址格式為：主存字塊標識（7位）Cache字塊地址（9位）字塊內地址（5位）主存字塊標識（9位）組地址（7位）字塊內地址（5位）主存字塊標識（16位）字塊內地址（5位）在四路組相聯(lián)映射方式下，主存字塊標識為21-7-5=9位，主存地址格式為：在全相聯(lián)映射方式下，主存字塊標識為21-5=16位，主存地址格式為：32.設某機主存容量為4MB，Cache容量為16KB，每字塊有8個字，每字32位，設計一個四路組相聯(lián)映射（即Cache每組內共有4個字塊）Cache組織。（1）畫出主存地址字段中各段位數(shù)。（2）設Cache初態(tài)為空，CPU依次從主存第0，1，2，…，89號單元讀出90個字（主存一次讀出一個字），并重復按此次序讀8次，問命中率是多少？（3）若Cache速度是主存6倍，試問有Cache和無Cache相比，速度約提升多少倍？解：（1）依據(jù)每字塊有8個字，每字32位（4字節(jié)），得出主存地址字段中字塊內地址為3+2=5位。依據(jù)Cache容量為16KB=214B，字塊大小為8*32/8=32=25B，得Cache地址共14位，Cache共有214-5=29塊。依據(jù)四路組相聯(lián)映射，Cache共分為29/22=27組。依據(jù)主存容量為4MB=222B，得主存地址共22位，主存字塊標識為22-7-5=10位，故主存地址格式為：主存字塊標識（10位）組地址（7位）字塊內地址（5位）（2）因為每個字塊中有8個字，而且初態(tài)為空，所以CPU讀第0號單元時，未命中，必須訪問主存，同時將該字所在主存塊調入Cache第0組中任一塊內，接著CPU讀第1~7號單元時均命中。同理，CPU讀第8，16，…，88號時均未命中?？梢?，CPU在連續(xù)讀90個字中共有12次未命中，而后8次循環(huán)讀90個字全部命中，命中率為：（3）設Cache周期為t，則主存周期為6t，沒有Cache訪問時間為6t*90*8，有Cache訪問時間為t（90*8-12）+6t*12，則有Cache和無Cache相比，速度提升倍數(shù)為：38.磁盤組有6片磁盤，最外兩側盤面能夠統(tǒng)計，存放區(qū)域內徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內層密度為400位/cm，轉速3600轉/分，問：（1）共有多少存放面可用？（2）共有多少柱面？（3）盤組總存放容量是多少？（4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？解：（1）共有：6×2=12個存放面可用。

（2）有效存放區(qū)域=（33-22）/2=5.5cm（3）內層道周長=×22=69.08cm

道容量=400位/cm×69.08cm=3454B

面容量=3454B×220道=759，880B

盤組總容量=759，880B×12面=9，118，560B柱面數(shù)=40道/cm×5.5=220道（4）轉速=3600轉/60秒=60轉/秒數(shù)據(jù)傳輸率=3454B×60轉/秒=207，240B/S4.42有一個(7，4)碼，生成多項式x3+x+1，寫出代碼1001循環(huán)冗余校驗碼解：代碼為：由(7，4)得：生成多項式為：將代碼左移3位后再被生成多項式模2處，即：故CRC碼為：第5章輸入輸出系統(tǒng)

32.設磁盤存放器轉速為3000轉/分，分8個扇區(qū)，每扇區(qū)存放1K字節(jié)，主存與磁盤存放器數(shù)據(jù)傳送寬度為16位（即每次傳送16位）。假設一條指令最長執(zhí)行時間是25s，是否可采取一條指令執(zhí)行結束時響應DMA請求方案，為何？若不行，應采取什么方案？29結合DMA接口電路說明工作過程?？磿猓合人愠龃疟P傳送速度，然后和指令執(zhí)行速度進行比較得出結論。道容量=1K×8×8位=8KB=4K字數(shù)傳率=4K字×3000轉/分=4K字×50轉/秒=200K字/秒一個字傳送時間=1/200K秒5s（注：在此1K=1024，來自數(shù)據(jù)塊單位縮寫。）因為5s<<25s，所以不能采取一條指令執(zhí)行結束響應DMA請求方案，應采取每個CPU機器周期末查詢及響應DMA請求方案（通常安排CPU機器周期=MM存取周期）。第6章計算機運算方法

9.當十六進制數(shù)9B和FF分別表示為原碼、補碼、反碼、移碼和無符號數(shù)時，所對應十進制數(shù)各為多少（設機器數(shù)采取一位符號位）？解：真值和機器數(shù)對應關系以下：9BH原碼補碼反碼移碼無符號數(shù)對應十進制數(shù)-27-101-100+27155FFH原碼補碼反碼移碼無符號數(shù)對應十進制數(shù)-128-1-0+12825612.設浮點數(shù)格式為：階碼5位（含1位階符），尾數(shù)11位（含1位數(shù)符）。寫出51/128、-27/1024、7.375、-86.5所對應機器數(shù)。要求以下：（1）階碼和尾數(shù)均為原碼。（2）階碼和尾數(shù)均為補碼。（3）階碼為移碼，尾數(shù)為補碼。

解：據(jù)題意畫出該浮點數(shù)格式階符1位階碼4位數(shù)符1位尾數(shù)10位將十進制數(shù)轉換為二進制：x1=51/128=0.0110011B=2-1*0.110011Bx2=-27/1024=-0.0000011011B=2-5*(-0.11011B）x3=7.375=111.011B=23*0.111011Bx4=-86.5=-1010110.1B=27*(-0.10101101B)則以上各數(shù)浮點規(guī)格化數(shù)為：（1）[x1]浮=1，0001；0.1100110000[x2]浮=1，0101；1.1101100000[x3]浮=0，0011；0.1110110000[x4]浮=0，0111；1.1010110100（2）[x1]浮=1，1111；0.1100110000[x2]浮=1，1011；1.0010100000[x3]浮=0，0011；0.1110110000[x4]浮=0，0111；1.0101001100（3）[x1]浮=0，1111；0.1100110000[x2]浮=0，1011；1.0010100000[x3]浮=1，0011；0.1110110000[x4]浮=1，0111；1.010100110016．設機器數(shù)字長為16位，寫出以下各種情況下它能表示數(shù)范圍。設機器數(shù)采取一位符號位，答案均用十進制表示。

（1）無符號數(shù)；

（2）原碼表示定點小數(shù)。（3）補碼表示定點小數(shù)。（4）補碼表示定點整數(shù)。

（5）原碼表示定點整數(shù)。

（6）浮點數(shù)格式為：階碼6位（含1位階符），尾數(shù)10位（含1位數(shù)符）。分別寫出其正數(shù)和負數(shù)表示范圍。（7）浮點數(shù)格式同（6），機器數(shù)采取補碼規(guī)格化形式，分別寫出其對應正數(shù)和負數(shù)真值范圍。解：（1）無符號整數(shù)：0~216-1，即：0~65535；

無符號小數(shù)：0~1-2-16，即：0~0.99998；（2）原碼定點小數(shù)：-1+2-15~1-2-15，即：-0.99997~0.99997（3）補碼定點小數(shù)：-1~1-2-15，即：-1~0.99997（4）補碼定點整數(shù)：-215~215-1，即：-32768~32767（5）原碼定點整數(shù)：-215+1~215-1，即：-32767~32767（6）據(jù)題意畫出該浮點數(shù)格式，當階碼和尾數(shù)均采取原碼，非規(guī)格化數(shù)表示時：最大負數(shù)=1，11111；1.000000001，即-2-92-31最小負數(shù)=0，11111；1.111111111，即-（1-2-9）231則負數(shù)表示范圍為：-（1-2-9）231——-2-92-31最大正數(shù)=0，11111；0.111111111，即（1-2-9）231最小正數(shù)=1，11111；0.000000001，即2-92-31則正數(shù)表示范圍為：2-92-31——（1-2-9）231（7）當機器數(shù)采取補碼規(guī)格化形式時，若不考慮隱藏位，則最大負數(shù)=1，00000；1.011111111，即-2-12-32最小負數(shù)=0，11111；1.000000000，即-1231則負數(shù)表示范圍為：-1231——-2-12-32最大正數(shù)=0，11111；0.111111111，即（1-2-9）231

最小正數(shù)=1，00000；0.100000000，即2-12-32則正數(shù)表示范圍為：2-12-32——（1-2-9）23120.用原碼一位乘、兩位乘和補碼一位乘（Booth算法）、兩位乘計算x·y。（1）x=0.110111，y=-0.101110；（2）x=-0.010111，y=-0.010101；（3）x=19，y=35；（4）x=0.11011，y=-0.11101。解：先將數(shù)據(jù)轉換成所需機器數(shù)，然后計算，最終結果轉換成真值。（1）[x]原=0.110111，[y]原=1.101110，x*=0.110111，y*=0.101110原碼一位乘：部分積乘數(shù)y*說明0.000000+0.000000101110部分積初值為0，乘數(shù)為0加00.0000000.000000+0.110111010111右移一位乘數(shù)為1，加上x*0.1101110.011011+0.110111101011右移一位乘數(shù)為1，加上x*1.0100100.101001+0.110111010101右移一位乘數(shù)為1，加上x*1.1000000.110000+0.000000001010右移一位乘數(shù)為0，加上00.1100000.011000+0.110111000101右移一位乘數(shù)為1，加上x*1.0011110.100111100010右移一位即x*×y*=0.100111100010，z0=x0y0=01=1，[x×y]原=1.100111100010，x·y=-0.100111100010補碼一位乘：[x]補=0.110111，[-x]補=1.001001，[y]補=1.010010部分積乘數(shù)Yn+1說明00.00000000.000000+11.0010011010010010100100Ynyn+1=00，部分積右移1位Ynyn+1=10，部分積加[-x]補11.001001右移1位11.100100+00.11011110101001Ynyn+1=01，部分積加[x]補00.011011右移1位00.00110100.000110+11.0010011101010111010100Ynyn+1=00，部分積右移1位Ynyn+1=10，部分積加[-x]補11.001111右移1位11.100111+00.11011111110101Ynyn+1=01，部分積加[x]補00.01111000.001111+11.00100101111010右移1位Ynyn+1=10，部分積加[-x]補11.011000011110即[x×y]補=1.011000011110，x·y=-0.100111100010第7章指令系統(tǒng)15一相對尋址轉移指令占3個字節(jié)，第一字節(jié)是操作碼，第二、三字節(jié)為相對位移量，而且數(shù)據(jù)在存放器中采取以高字節(jié)地址為字地址存放方式。假設PC當前值為4000H。試問當結果為0，執(zhí)行“JZ*+35”和JZ*-17”指令時，該指令第二、第三字節(jié)機器代碼各為多少？解：當結果為0，執(zhí)行“JZ*+35”時，指令相對位移量為35(D)=23H，該該指令第二字節(jié)機器代碼為00H，第三字節(jié)機器代碼為23H當結果為0，執(zhí)行“JZ*-17”時，指令相對位移量為-17(D)=EFH(補碼)，該該指令第二字節(jié)機器代碼為FFH，第三字節(jié)機器代碼為EFH16.某機主存容量為4M16位，且存放字長等于指令字長，若該機指令系統(tǒng)可完成108種操作，操作碼位數(shù)固定，且含有直接、間接、變址、基址、相對、馬上等六種尋址方式，試回答：（1）畫出一地址指令格式并指出各字段作用；（2）該指令直接尋址最大范圍；（3）一次間址和屢次間址尋址范圍；（4）馬上數(shù)范圍（十進制表示）；（5）相對尋址位移量（十進制表示）；（6）上述六種尋址方式指令哪一個執(zhí)行時間最短？哪一個最長？為何？哪一個便于程序浮動？哪一個最適合處理數(shù)組問題？（7）怎樣修改指令格式，使指令尋址范圍可擴大到4M？（8）為使一條轉移指令能轉移到主存任一位置，可采取什么辦法？簡明說明之。解：（1）單字長一地址指令格式：OP（7位）M（3位）A（6位）OP為操作碼字段，共7位，可反應108種操作；M為尋址方式字段，共3位，可反應6種尋址操作；A為地址碼字段，共16-7-3=6位。（2）直接尋址最大范圍為26=64。（3）因為存放字長為16位，故一次間址尋址范圍為216；若屢次間址，需用存放字最高位來區(qū)分是否繼續(xù)間接尋址，故尋址范圍為215。（4）馬上數(shù)范圍為-32——31（有符號數(shù)），或0——63（無符號數(shù)）。（5）相對尋址位移量為-32——31。（6）上述六種尋址方式中，因馬上數(shù)由指令直接給出，故馬上尋址指令執(zhí)行時間最短。間接尋址在指令執(zhí)行階段要屢次訪存(一次間接尋址要兩次訪存，屢次間接尋址要屢次訪存)，故執(zhí)行時間最長。變址尋址因為變址存放器內容由用戶給定，而且在程序執(zhí)行過程中允許用戶修改，而其形式地址一直不變，故變址尋址指令便于用戶編制處理數(shù)組問題程序。相對尋址操作數(shù)有效地址只與當前指令地址相差一定位移量，與直接尋址相比，更有利于程序浮動。（7）方案一：為使指令尋址范圍可擴大到4M，需要有效地址22位，此時可將單字長一地址指令格式改為雙字長，以下列圖示：OP（7位）MOD（3位）A（高6位）A（低16位）方案二：假如仍采取單字長指令（16位）格式，為使指令尋址范圍擴大到4M，可經過段尋址方案實現(xiàn)。安排以下：硬件設段存放器DS（16位），用來存放段地址。在完成指令尋址方式所要求尋址操作后，得有效地址EA（6位），再由硬件自動完成段尋址，最終得22位物理地址。即：物理地址=（DS）26+EA注：段尋址方式由硬件隱含實現(xiàn)。在編程指定尋址過程完成、EA產生之后由硬件自動完成，對用戶是透明。方案三：在采取單字長指令（16位）格式時，還可經過頁面尋址方案使指令尋址范圍擴大到4M。安排以下：硬件設頁面存放器PR（16位），用來存放頁面地址。指令尋址方式中增設頁面尋址。當需要使指令尋址范圍擴大到4M時，編程選擇頁面尋址方式，則：EA=（PR）‖A（有效地址=頁面地址“拼接”6位形式地址），這么得到22位有效地址。（8）為使一條轉移指令能轉移到主存任一位置，尋址范圍須到達4M，除了采取(7)方案一中雙字長一地址指令格式外，還可配置22位基址存放器或22位變址存放器，使EA=(BR)+A（BR為22位基址存放器)或EA=（IX）+A(IX為22位變址存放器)，便可訪問4M存放空間。還能夠經過16位基址存放器左移6位再和形式地址A相加，也可到達一樣效果。總之，不論采取何種方式，最終得到實際地址應是22位。第8章CPU結構和功效12在5個功效段指令流水線中，假設每段執(zhí)行時間分別是10ns、8ns、10ns、10ns和7ns。對于完成12條指令流水線而言，其加速比為多少？該流水線實際吞吐率為多少？解：由題意可知，各段執(zhí)行時間最多為20ns，即：加速比：實際吞吐率：26.設某機配有A、B、C三臺設備，其優(yōu)先次序按ABC降序排列，為改變中止處理次序，它們中止屏蔽字設置以下：設備屏蔽字A111B010C011請按下列圖所表示時間軸給出設備請求中止時刻，畫出CPU執(zhí)行程序軌跡。設A、B、C中止服務程序執(zhí)行時間均為20s。解：A、B、C設備響應優(yōu)先級為A最高、B次之、C最低，處理優(yōu)先級為A最高、C次之、B最低。CPU執(zhí)行程序軌跡圖以下：15.設控制存放器容量為512×48位，微程序可在整個控存空間實現(xiàn)轉移，而控制微程序轉移條件共有4個（采取直接控制），微指令格式以下：第10章控制單元設計解：因為控制存放器共有512*48=29*48所以，下址字段應有9位，微指令字長48位又因為控制微程序轉移條件有4個，4+1<=23所以判斷測試字段占3位所以控制字段位數(shù)為：48-9-3=36微指令格式為：4813121091

控制字