唐朔飞计算机组成原理习题答案.pptx
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1、会计学1唐朔飞计算机组成原理习题答案唐朔飞计算机组成原理习题答案15.15.设设CPUCPU共有共有1616根地址线,根地址线,8 8根数据线,并用根数据线,并用(低电平有效)作访存控制信号,(低电平有效)作访存控制信号,作读写命令信号(高电平为读,低电平为写)。现作读写命令信号(高电平为读,低电平为写)。现有下列存储芯片:有下列存储芯片:ROMROM(2K82K8位,位,4K44K4位,位,8K88K8位)位),RAMRAM(1K41K4位,位,2K82K8位,位,4K84K8位),及位),及7413874138译译码器和其他门电路(门电路自定)。试从上述规格中码器和其他门电路(门电路自定)
2、。试从上述规格中选用合适芯片,画出选用合适芯片,画出CPUCPU和存储芯片的连接图。要求:和存储芯片的连接图。要求:(1 1)最小)最小4K4K地址为系统程序区,地址为系统程序区,409616383409616383地址地址范围为用户程序区。范围为用户程序区。(2 2)指出选用的存储芯片类型及数量。)指出选用的存储芯片类型及数量。(3 3)详细画出片选逻辑。)详细画出片选逻辑。第1页/共42页解:(解:(1 1)地址空间分配图:)地址空间分配图:系统程序区(系统程序区(ROMROM共共4KB4KB):):0000H-0FFFH0000H-0FFFH 用户程序区(用户程序区(RAMRAM共共12
3、KB12KB):):1000H-3FFFH1000H-3FFFH (2 2)选片:)选片:ROMROM:选择:选择4K44K4位芯片位芯片2 2片,位并联片,位并联 RAMRAM:选择:选择4K84K8位芯片位芯片3 3片,字串联片,字串联 (RAM1(RAM1地址范围为地址范围为:1000H-1FFFH,RAM2:1000H-1FFFH,RAM2地址范围为地址范围为2000H-2FFFH,RAM32000H-2FFFH,RAM3地址范围为地址范围为:3000H-3FFFH):3000H-3FFFH)(3 3)各芯片二进制地址分配如下:)各芯片二进制地址分配如下:A15A14A13A12A11
4、A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111第2页/共42页CPUCPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图所示:和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图所示:第3页/共42页 20.20.欲传送的二进制代码为欲传送的二进制代码为10011011001101,用奇校验来,用奇校验来确定其对应的汉明码,若在第确定其
5、对应的汉明码,若在第6 6位出错,说明纠错过程。位出错,说明纠错过程。解:欲传送的二进制代码为解:欲传送的二进制代码为10011011001101,有效信息位,有效信息位数为数为n=7n=7位,则汉明校验的校验位为位,则汉明校验的校验位为k k位,则:位,则:2 2k k=n+k+1=n+k+1,k=4k=4,进行奇校验设校验位为,进行奇校验设校验位为C1C2C3C4C1C2C3C4,汉,汉明码为明码为C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1C1C2B7C3B6B5B4C4B3B2B1,C1=1B7B6B4B3B1=110111=1C1=1B7B6B4B3B1=110111=1C2=1B7
6、B5B4B2B1=110101=0C2=1B7B5B4B2B1=110101=0C3=1B6B5B4=1001=0C3=1B6B5B4=1001=0C4=1B3B2B1=1101=1C4=1B3B2B1=1101=1 故传送的汉明码为故传送的汉明码为1010001110110100011101,若第,若第6 6位位(B5)(B5)出出错,即接收的码字为错,即接收的码字为1010011110110100111101,则,则第4页/共42页P1=1C1B7B6B4B3B1=11P1=1C1B7B6B4B3B1=1110111=010111=0P2=1C2B7B5B4B2B1=10P2=1C2B7B
7、5B4B2B1=1011101=111101=1P3=1C3B6B5B4=10011=1P3=1C3B6B5B4=10011=1P4=1C4B3B2B1=11101=0P4=1C4B3B2B1=11101=0P4P3P2P1=0110P4P3P2P1=0110说明第说明第6 6位出错,对第位出错,对第6 6位取反即完成位取反即完成纠错。纠错。第5页/共42页 28.28.设主存容量为设主存容量为256K256K字,字,CacheCache容量为容量为2K2K字,字,块长为块长为4 4。(1 1)设计)设计CacheCache地址格式,地址格式,CacheCache中可装入多少块中可装入多少块数
8、据?数据?(2 2)在直接映射方式下,设计主存地址格式。)在直接映射方式下,设计主存地址格式。(3 3)在四路组相联映射方式下,设计主存地址格)在四路组相联映射方式下,设计主存地址格式。式。(4 4)在全相联映射方式下,设计主存地址格式。)在全相联映射方式下,设计主存地址格式。(5 5)若存储字长为)若存储字长为3232位,存储器按字节寻址,写位,存储器按字节寻址,写出上述三种映射方式下主存的地址格式。出上述三种映射方式下主存的地址格式。解:(解:(1 1)CacheCache容量为容量为2K2K字,块长为字,块长为4 4,CacheCache共有共有2K/4=22K/4=21111/2/22
9、 2=2=29 9=512=512块,块,CacheCache字地址字地址9 9位,字块内位,字块内地址为地址为2 2位,因此,位,因此,CacheCache地址格式设计如下:地址格式设计如下:Cache字块地址(字块地址(9位)位)字块内地址(字块内地址(2位)位)第6页/共42页 (2 2)主存容量为)主存容量为256K256K字字=2=21818字,主存地址共字,主存地址共1818位,位,共分共分256K/4=2256K/4=21616块,主存字块标记为块,主存字块标记为18-9-2=718-9-2=7位。位。直接映射方式下主存地址格式如下:直接映射方式下主存地址格式如下:主存字块标记(
10、主存字块标记(7位)位)Cache字块地址(字块地址(9位)位)字块内地址(字块内地址(2位)位)主存字块标记(主存字块标记(9位)位)组地址(组地址(7位)位)字块内地址(字块内地址(2位)位)(3 3)根据四路组相联的条件,一组内共有)根据四路组相联的条件,一组内共有4 4块,块,得得CacheCache共分为共分为512/4=128=2512/4=128=27 7组,主存字块标记为组,主存字块标记为18-7-2=918-7-2=9位,主存地址格式设计如下:位,主存地址格式设计如下:(4 4)在全相联映射方式下,主存字块标记为)在全相联映射方式下,主存字块标记为18-18-2=162=16
11、位,其地址格式如下:位,其地址格式如下:主存字块标记(主存字块标记(16位)位)字块内地址(字块内地址(2位)位)第7页/共42页 (5 5)若存储字长为)若存储字长为3232位,存储器按字节寻址,则位,存储器按字节寻址,则主存容量为主存容量为256K*32/4=2256K*32/4=22121B B,CacheCache容量为容量为2K*32/4=22K*32/4=21414B B,块长为,块长为4*32/4=32B=24*32/4=32B=25 5B B,字块内地址为,字块内地址为5 5位,在直接位,在直接映射方式下,主存字块标记为映射方式下,主存字块标记为21-9-5=721-9-5=7
12、位,主存地址格位,主存地址格式为:式为:主存字块标记(主存字块标记(7位)位)Cache字块地址(字块地址(9位)位)字块内地址(字块内地址(5位)位)主存字块标记(主存字块标记(9位)位)组地址(组地址(7位)位)字块内地址(字块内地址(5位)位)主存字块标记(主存字块标记(16位)位)字块内地址(字块内地址(5位)位)在四路组相联映射方式下,主存字块标记为在四路组相联映射方式下,主存字块标记为21-7-21-7-5=95=9位,主存地址格式为:位,主存地址格式为:在全相联映射方式下,主存字块标记为在全相联映射方式下,主存字块标记为21-5=1621-5=16位,位,主存地址格式为:主存地址
13、格式为:第8页/共42页 32.32.设某机主存容量为设某机主存容量为4MB4MB,CacheCache容量为容量为16KB16KB,每字块有每字块有8 8个字,每字个字,每字3232位,设计一个四路组相联映射位,设计一个四路组相联映射(即(即CacheCache每组内共有每组内共有4 4个字块)的个字块)的CacheCache组织。组织。(1 1)画出主存地址字段中各段的位数。)画出主存地址字段中各段的位数。(2 2)设)设CacheCache的初态为空,的初态为空,CPUCPU依次从主存第依次从主存第0 0,1 1,2 2,8989号单元读出号单元读出9090个字(主存一次读出一个字)个字
14、(主存一次读出一个字),并重复按此次序读,并重复按此次序读8 8次,问命中率是多少?次,问命中率是多少?(3 3)若)若CacheCache的速度是主存的的速度是主存的6 6倍,试问有倍,试问有CacheCache和无和无CacheCache相比,速度约提高多少倍?相比,速度约提高多少倍?第9页/共42页 解:(解:(1 1)根据每字块有)根据每字块有8 8个字,每字个字,每字3232位(位(4 4字节)字节),得出主存地址字段中字块内地址为,得出主存地址字段中字块内地址为3+2=53+2=5位。位。根据根据CacheCache容量为容量为16KB=216KB=21414B B,字块大小为,字
15、块大小为8*32/8=32=28*32/8=32=25 5B B,得,得CacheCache地址共地址共1414位,位,CacheCache共有共有2 214-514-5=2=29 9块。块。根据四路组相联映射,根据四路组相联映射,CacheCache共分为共分为2 29 9/2/22 2=2=27 7组。组。根据主存容量为根据主存容量为4MB=24MB=22222B B,得主存地址共,得主存地址共2222位,主存字位,主存字块标记为块标记为22-7-5=1022-7-5=10位,故主存地址格式为:位,故主存地址格式为:主存字块标记(主存字块标记(10位)位)组地址(组地址(7位)位)字块内地
16、址(字块内地址(5位)位)第10页/共42页 (2 2)由于每个字块中有)由于每个字块中有8 8个字,而且初态为空,因个字,而且初态为空,因此此CPUCPU读第读第0 0号单元时,未命中,必须访问主存,同时号单元时,未命中,必须访问主存,同时将该字所在的主存块调入将该字所在的主存块调入CacheCache第第0 0组中的任一块内,组中的任一块内,接着接着CPUCPU读第读第1717号单元时均命中。同理,号单元时均命中。同理,CPUCPU读第读第8 8,1616,8888号时均未命中。可见,号时均未命中。可见,CPUCPU在连续读在连续读9090个字个字中共有中共有1212次未命中,而后次未命中
17、,而后8 8次循环读次循环读9090个字全部命中,个字全部命中,命中率为:命中率为:第11页/共42页 (3 3)设)设CacheCache的周期为的周期为t t,则主存周期为,则主存周期为6t6t,没有,没有CacheCache的访问时间为的访问时间为6t*90*86t*90*8,有,有CacheCache的访问时间为的访问时间为t t(90*8-1290*8-12)+6t*12+6t*12,则有,则有CacheCache和无和无CacheCache相比,速相比,速度提高的倍数为:度提高的倍数为:第12页/共42页38.磁盘组有磁盘组有6片磁盘,最外两侧盘面可以记录,存片磁盘,最外两侧盘面可
18、以记录,存储区域内径储区域内径22cm,外径,外径33cm,道密度为,道密度为40道道/cm,内,内层密度为层密度为400位位/cm,转速,转速3600转转/分,问:分,问:(1)共有多少存储面可用?)共有多少存储面可用?(2)共有多少柱面?)共有多少柱面?(3)盘组总存储容量是多少?)盘组总存储容量是多少?(4)数据传输率是多少?)数据传输率是多少?解:(解:(1)共有:)共有:62=12个存储面可用。个存储面可用。(2)有效存储区域)有效存储区域=(33-22)/2=5.5cm(3)内层道周长)内层道周长=22=69.08cm道容量道容量=400位位/cm69.08cm=3454B面容量面
19、容量=3454B220道道=759,880B盘组总容量盘组总容量=759,880B12面面=9,118,560B柱面数柱面数=40道道/cm5.5=220道道第13页/共42页(4)转速)转速=3600转转/60秒秒=60转转/秒秒数据传输率数据传输率=3454B60转转/秒秒=207,240B/S第14页/共42页 4.42 4.42 有一个有一个(7(7,4)4)码,生成多项式码,生成多项式x x3 3+x+1+x+1,写,写出代码出代码10011001的循环冗余校验码的循环冗余校验码 解:解:代码为:代码为:由由(7(7,4)4)得:得:生成多项式为:生成多项式为:将代码左移将代码左移3
20、 3位后再被生成多项式模位后再被生成多项式模2 2处,即:处,即:故故CRCCRC码为:码为:第15页/共42页第第5 5章章 输入输出系统输入输出系统 32.设磁盘存储器转速为设磁盘存储器转速为3000转转/分,分分,分8个扇区,每扇区个扇区,每扇区存储存储1K字节,主存与磁盘存储器数据传送的宽度为字节,主存与磁盘存储器数据传送的宽度为16位位(即每次传送(即每次传送16位)。假设一条指令最长执行时间是位)。假设一条指令最长执行时间是25 s,是否可采用一条指令执行结束时响应,是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求请求的方案,为什么?若不行,应采取什么方案?的方案,为什么?若不行,应采取
21、什么方案?29 29 结合结合DMADMA接口电路说明工作过程。看书接口电路说明工作过程。看书解:先算出磁盘传送速度,然后和指令执行速度进行比解:先算出磁盘传送速度,然后和指令执行速度进行比较得出结论。较得出结论。道容量道容量=1K88位位=8KB=4K字字数传率数传率=4K字字3000转转/分分=4K字字50转转/秒秒=200K字字/秒秒第16页/共42页 一个字的传送时间一个字的传送时间=1/200K=1/200K秒秒 5 5 s s (注:在(注:在此此1K=10241K=1024,来自数据块单位缩写。),来自数据块单位缩写。)因为因为5 5 s25s25 s s,所以不能采用一条指令执
22、行,所以不能采用一条指令执行结束响应结束响应DMADMA请求的方案,应采取每个请求的方案,应采取每个CPUCPU机器周期末机器周期末查询及响应查询及响应DMADMA请求的方案(通常安排请求的方案(通常安排CPUCPU机器周期机器周期=MM=MM存取周期)。存取周期)。第17页/共42页第第6 6章章 计算机的运算方法计算机的运算方法 9.9.当十六进制数当十六进制数9B9B和和FFFF分别表示为原码、补码、反码、分别表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时,所对应的十进制数各为多少(设移码和无符号数时,所对应的十进制数各为多少(设机器数采用一位符号位)?机器数采用一位符号位)?解:真值和机器数
23、的对应关系如下:解:真值和机器数的对应关系如下:9BH原码补码反码移码无符号数对应十进制数-27-101-100+27155FFH原码补码反码移码无符号数对应十进制数-128-1-0+128256第18页/共42页12.12.设浮点数格式为:阶码设浮点数格式为:阶码5 5位(含位(含1 1位阶符),尾数位阶符),尾数1111位(含位(含1 1位数符)。写出位数符)。写出51/12851/128、-27/1024-27/1024、7.3757.375、-86.586.5所对应的机器数。要求如下:所对应的机器数。要求如下:(1 1)阶码和尾数均为原码。)阶码和尾数均为原码。(2 2)阶码和尾数均为
24、补码。)阶码和尾数均为补码。(3 3)阶码为移码,尾数为补码。)阶码为移码,尾数为补码。解:据题意画出该浮点数的格式解:据题意画出该浮点数的格式 阶符阶符1位位阶码阶码4位位数符数符1位位尾数尾数10位位 将十进制数转换为二进制:将十进制数转换为二进制:x1=51/128=0.0110011B=2x1=51/128=0.0110011B=2-1-1*0.110 011B*0.110 011Bx2=-2x2=-27 7/1024=-0.0000011011B=2/1024=-0.0000011011B=2-5-5*(-*(-0.11011B0.11011B)x3=7.375=111.011B=2
25、x3=7.375=111.011B=23 3*0.111011B*0.111011Bx4=-86.5=-1010110.1B=2x4=-86.5=-1010110.1B=27 7*(-0.10101101B)*(-0.10101101B)第19页/共42页则以上各数的浮点规格化数为:则以上各数的浮点规格化数为:(1 1)x1x1浮浮=1=1,00010001;0.110 011 000 00.110 011 000 0 x2 x2浮浮=1=1,01010101;1.110 110 000 01.110 110 000 0 x3 x3浮浮=0=0,00110011;0.111 011 000 0
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