第一章?? 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論

1 .?? 什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件？硬件和軟件哪個(gè)更重要？

解： P3

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的綜合體。

計(jì)算機(jī)硬件：指計(jì)算機(jī)中的電子線路和物理裝置。

計(jì)算機(jī)軟件：計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料。

硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。

5.? 馮 ? 諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？

解：馮 ? 諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是： P8

●?? 計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成；

●?? 指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲(chǔ)器內(nèi)，并可以按地址訪問(wèn)；

●?? 指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示；

●?? 指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作碼用來(lái)表示操作的性質(zhì)，地址碼用來(lái)表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置；

●?? 指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行；

●?? 機(jī)器以運(yùn)算器為中心（原始馮 ? 諾依曼機(jī)）。

7.? 解釋下列概念：

主機(jī)、 CPU 、主存、存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)基元、存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)字、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、機(jī)器字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)。

解： P9-10

? 主機(jī)：是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由 CPU 和主存儲(chǔ)器 MM 合成為主機(jī)。

? CPU ：中央處理器，是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成；（早期的運(yùn)算器和控制器不在同一芯片上，現(xiàn)在的 CPU 內(nèi)除含有運(yùn)算器和控制器外還集成了 CACHE ）。

? 主存：計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存取；由存儲(chǔ)體、各種邏輯部件及控制電路組成。

? 存儲(chǔ)單元：可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲(chǔ)地址的存儲(chǔ)單位。

? 存儲(chǔ)元件：存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位，又叫存儲(chǔ)基元或存儲(chǔ)元，不能單獨(dú)存取。

? 存儲(chǔ)字：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位。

? 存儲(chǔ)字長(zhǎng)：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)。

? 存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制代碼的總量；（通常主、輔存容量分開(kāi)描述）。

? 機(jī)器字長(zhǎng)：指 CPU 一次能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與 CPU 的寄存器位數(shù)有關(guān)。

? 指令字長(zhǎng) ： 一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)。

8.? 解釋下列英文縮寫(xiě)的中文含義：

CPU 、 PC 、 IR 、 CU 、 ALU 、 ACC 、 MQ 、 X 、 MAR 、 MDR 、 I/O 、 MIPS 、 CPI 、 FLOPS

解：全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、功能三部分。

CPU ： Central Processing Unit ，中央處理機(jī)（器），是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，主要由運(yùn)算器和控制器組成。

PC ： Program Counter ，程序計(jì)數(shù)器，其功能是存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動(dòng)計(jì)數(shù) 形成下一條指令地址。

IR ： Instruction Register ，指令寄存器，其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。

CU ： Control Unit ，控制單元（部件），為控制器的核心部件，其功能是產(chǎn)生微操作命令序列。

ALU ： Arithmetic Logic Unit ，算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，為運(yùn)算器的核心部件，其功能是進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算。

ACC ： Accumulator ，累加器，是運(yùn)算器中既能存放運(yùn)算前的操作數(shù)，又能存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器。

MQ ： Multiplier-Quotient Register ，乘商寄存器，乘法運(yùn)算時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的寄存器。

X ：此字母沒(méi)有專指的縮寫(xiě)含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數(shù)寄存器，即運(yùn)算器中工作寄存器之一，用來(lái)存放操作數(shù)；

MAR ： Memory Address Register ，存儲(chǔ)器地址寄存器，在主存中用來(lái)存放欲訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的地址。

MDR ： Memory Data Register ，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主存中用來(lái)存放從某單元讀出、或要寫(xiě)入某存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。

I/O ： Input/Output equipment ，輸入 / 輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送。

MIPS ： Million Instruction Per Second ，每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令數(shù)，為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)的一種計(jì)量單位。

9.? 畫(huà)出主機(jī)框圖，分別以存數(shù)指令“ STA M ”和加法指令“ ADD M ”（ M 均為主存地址）為例，在圖中按序標(biāo)出完成該指令（包括取指令階段）的信息流程（如→①）。假設(shè)主存容量為 256M *32 位，在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)相等的條件下，指出圖中各寄存器的位數(shù)。

解：主機(jī)框圖如 P13 圖 1.11 所示。

（ 1 ） STA M 指令： PC → MAR ， MAR → MM ， MM → MDR ， MDR → IR ，

OP(IR)? → CU ， Ad(IR)? → MAR ， ACC → MDR ， MAR → MM ， WR

（ 2 ） ADD M 指令： PC → MAR ， MAR → MM ， MM → MDR ， MDR → IR ，

?OP(IR)? → CU ， Ad(IR)? → MAR ， RD ， MM → MDR ， MDR → X ， ADD ， ALU → ACC ， ACC → MDR ， WR

假設(shè)主存容量 256M *32 位，在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)相等的條件下， ACC 、 X 、 IR 、 MDR 寄存器均為 32 位， PC 和 MAR 寄存器均為 28 位。

10.? 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？

解：計(jì)算機(jī)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下 2 種方法：

●?? 通過(guò)不同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即在取指令階段（或取指微程序）取出的為指令，在執(zhí)行指令階段（或相應(yīng)微程序）取出的即為數(shù)據(jù)。

●?? 通過(guò)地址來(lái)源區(qū)分，由 PC 提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是操作數(shù)。

第 2 章?? 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

1.? 通常計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)？

答： P22

主要以組成計(jì)算機(jī)基本電路的元器件為依據(jù)，如電子管、晶體管、集成電路等。

2.? 舉例說(shuō)明專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別。

答：按照計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性可以將計(jì)算機(jī)劃分為通用計(jì)算機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性，而專用計(jì)算機(jī)是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快的計(jì)算機(jī)，但適應(yīng)性很差。例如個(gè)人電腦和計(jì)算器。

3.? 什么是摩爾定律？該定律是否永遠(yuǎn)生效？為什么？

答： P23 ，否， P36

第 3 章?? 系統(tǒng)總線

1.? 什么是總線？總線傳輸有何特點(diǎn)？為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點(diǎn)？

答： P41. 總線是多個(gè)部件共享的傳輸部件。

總線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：某一時(shí)刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時(shí)使用。

為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過(guò)三態(tài)驅(qū)動(dòng)緩沖電路與總線連通。

?? ?

4.? 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見(jiàn)的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？

答：總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問(wèn)題；

常見(jiàn)的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵儭⒂?jì)數(shù)器定時(shí)查詢、獨(dú)立請(qǐng)求；

特點(diǎn)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制過(guò)程較復(fù)雜；獨(dú)立請(qǐng)求方式速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。

5.? 解釋下列概念：總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。

答： P46 。

總線寬度 ： 通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)；

總線帶寬 ： 總線的數(shù)據(jù)傳輸率，指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)；

總線復(fù)用 ： 指同一條信號(hào)線可以分時(shí)傳輸不同的信號(hào)。

總線的主設(shè)備（主模塊） ： 指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備（模塊）；

總線的從設(shè)備（從模塊） ： 指一次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備（模塊），它只能被動(dòng)接受主設(shè)備發(fā)來(lái)的命令；

總線的傳輸周期 ： 指總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時(shí)間；

總線的通信控制 ： 指總線傳送過(guò)程中雙方的時(shí)間配合方式。

6.? 試比較同步通信和異步通信。

答：同步通信 ： 指由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，控制方式簡(jiǎn)單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場(chǎng)合。

異步通信 ： 指沒(méi)有統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，有利于提高總線工作效率。

8.? 為什么說(shuō)半同步通信同時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)？

答：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不一致，因此工作效率介于兩者之間。

10.? 為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)？你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些？什么叫 plug and play ？哪些總線有這一特點(diǎn)？

答：總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問(wèn)題；

目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有： ISA 、 EISA 、 PCI 等；

plug and play ：即插即用， EISA 、 PCI 等具有此功能。

11.? 畫(huà)一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。

答： 在總線的兩端分別配置三態(tài)門，就可以使總線具有雙向傳輸功能。

12.? 設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有 A 、 B 、 C 、 D 四個(gè)寄存器，要求選用合適的 74 系列芯片，完成下列邏輯設(shè)計(jì)：

（ 1 ）?? 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn) D → A 、 D → B 和 D → C 寄存器間的傳送；

（ 2 ）?? 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)下列操作：

T0 時(shí)刻完成 D → 總線；

T1 時(shí)刻完成總線 → A ；

T2 時(shí)刻完成 A → 總線；

T3 時(shí)刻完成總線 → B 。

解：（ 1 ）由 T 打開(kāi)三態(tài)門 將? D 寄存器中的內(nèi)容送至總線 bus ， 由 cp 脈沖同時(shí) 將總線上的數(shù)據(jù) 打入到? A 、 B 、 C 寄存器中。? T 和 cp 的時(shí)間關(guān)系如圖 （ 1 ） 所示。

圖（ 1 ）

（ 2 ）三態(tài)門 1 受 T0 ＋ T1 控制，以確保 T0 時(shí)刻 D →總線，以及 T1 時(shí)刻總線→接收門 1 → A 。三態(tài)門 2 受 T2 ＋ T3 控制，以確保 T2 時(shí)刻 A →總線，以及 T3 時(shí)刻總線→接收門 2 → B 。 T0 、 T1 、 T2 、 T3 波形圖 如 圖 （ 2 ）所示 。

圖 (2)

第?? 四?? 章

3.? 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計(jì)算機(jī)如何管理這些層次？

答：存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在 Cache - 主存和主存 - 輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上。

Cache - 主存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要對(duì) CPU 訪存起加速作用，即從整體運(yùn)行的效果分析， CPU 訪存速度加快，接近于 Cache 的速度，而尋址空間和位價(jià)卻接近于主存。

主存 - 輔存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲(chǔ)器其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主存。

綜合上述兩個(gè)存儲(chǔ)層次的作用，從整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)看，就達(dá)到了速度快、容量大、位價(jià)低的優(yōu)化效果。

主存與 CACHE 之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動(dòng)完成。而主存 與 輔 存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即將主存與輔存的一部分 通過(guò)軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲(chǔ)器，程序員可使用這個(gè)比主存實(shí)際空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，再由軟、硬件自動(dòng)配合完成虛擬地址空間與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)都是透明的。

4.? 說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。

解：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即：

存取周期? =? 存取時(shí)間? +? 恢復(fù)時(shí)間

5.? 什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為 32 位，存取周期為 200ns ，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？

解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。

存儲(chǔ)器帶寬?? =?? 1/200ns? × 32 位?? =? 160M 位 / 秒? = 20MB/ 秒? =? 5M 字 / 秒

注意 ： 字長(zhǎng) 32 位 ， 不是 16 位。（注： 1ns=10 -9 s ）

6.? 某機(jī)字長(zhǎng)為 32 位，其存儲(chǔ)容量是 64KB ，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫(huà)出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。

解：存儲(chǔ)容量是 64KB 時(shí)，按字節(jié)編址的尋址范圍就是 64K ， 如按字編址，其尋址范圍為：

64K?? /? （ 32 /8 ） =?? 16K

主存字地址和字節(jié)地址的分配情況 ：（略） 。

7.? 一個(gè)容量為 16K × 32 位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？

1K × 4 位， 2K × 8 位， 4K × 4 位， 16K × 1 位， 4K × 8 位， 8K × 8 位

解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和? = 14 + 32 = 46 根；

選擇不同的芯片時(shí)， 各需要的片數(shù)為：

1K × 4 ： （ 16K × 32 ）? /? （ 1K × 4 ）? = 16 × 8 = 128 片

2K × 8 ： （ 16K × 32 ）? /? （ 2K × 8 ）? = 8 × 4 = 32 片

4K × 4 ： （ 16K × 32 ）? /? （ 4K × 4 ）? = 4 × 8 = 32 片

16K × 1 ： （ 16K × 32 ） /? （ 16K × 1 ）? =? 1 × 32 =? 32 片

4K × 8 ： （ 16K × 32 ） /? （ 4K × 8 ）? = 4 × 4 = 16 片

8K × 8 ： （ 16K × 32 ）? /? （ 8K × 8 ）? = 2 × 4 = 8 片

8.? 試比較靜態(tài) RAM 和動(dòng)態(tài) RAM 。

答：略。（參看課件）

9. ?什么叫刷新？為什么要刷新？說(shuō)明刷新有幾種方法。

解：刷新 ： 對(duì) DRAM 定期進(jìn)行的全部重寫(xiě)過(guò)程；

刷新原因 ： 因電容泄漏而引起的 DRAM 所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作；

常用的刷新方法有三種 ： 集中式、分散式、異步式。

集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新 ，存在 CPU 訪存死時(shí)間。

分散式：在每個(gè)讀 / 寫(xiě)周期之后插入一個(gè)刷新周期，無(wú) CPU 訪存死時(shí)間。

異步式：是集中式和分散式的折衷。

10.? 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？

解：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。

線選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)器材；

重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過(guò)行、列譯碼信號(hào)的重合來(lái)選址，也稱矩陣譯碼。可大大節(jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式。

11.? 一個(gè) 8K × 8 位的動(dòng)態(tài) RAM 芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成 256 × 256 形式，存取周期為 0.1 μ s 。試問(wèn)采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？

解：采用分散刷新方式刷新間隔為 :2ms ，其中刷新死時(shí)間為： 256 × 0.1 μ s=25.6 μ s

采用分散刷新方式刷新間隔為： 256 × （ 0.1 μ s+ × 0.1 μ s ） =51.2 μ s

采用異步刷新方式刷新間隔為 :2ms

1 2 .? 畫(huà)出用 1024 × 4 位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為 64K × 8 位的存儲(chǔ)器邏輯框圖。要求將 64K 分成 4 個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面分 16 組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片。

解：設(shè)采用 SRAM 芯片， 則：

總片數(shù)? =? （ 64K × 8 位 ）? /? （ 1024 × 4 位 ） = 64 × 2 = 128 片

題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁(yè)面、組三級(jí)，因此畫(huà)圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫(huà)。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量：

頁(yè)面容量? =? 總?cè)萘? /? 頁(yè)面數(shù)? = 64K × 8? / 4 = 16K × 8 位， 4 片 16K × 8 字串聯(lián)成 64K × 8 位

組容量? =? 頁(yè)面容量? /? 組數(shù)? ? = 16K × 8 位? / 16 = 1K × 8 位， 16 片 1K × 8 位字串聯(lián)成 16K × 8 位

組內(nèi)片數(shù)? =? 組容量? /? 片容量? = 1K × 8 位? / 1K × 4 位? = 2 片，兩片 1K × 4 位芯片位并聯(lián)成 1K × 8 位

存儲(chǔ)器邏輯框圖：（ 略 ） 。

13 .? 設(shè)有一個(gè) 64K × 8 位的 RAM 芯片，試問(wèn)該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長(zhǎng)的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說(shuō)明有幾種解答。

解：存儲(chǔ)基元總數(shù)? = 64K × 8 位?? = 512K 位? = 2 19 位；

思路： 如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成 2 的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。

解： 設(shè)地址線根數(shù)為 a ，數(shù)據(jù)線根數(shù)為 b ，則片容量為： 2 a × b = 2 19 ； b = 2 19-a ；

若 a = 19 ， b = 1 ，總和? = 19+1 = 20 ；

?a = 18 ， b = 2 ，總和? = 18+2 = 20 ；

?? a = 17 ， b = 4 ，總和? = 17+4 = 21 ；

?? a = 16 ， b = 8 ，總和? = 16+8 = 24 ；

??? ……? ? ?? ……

由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長(zhǎng)越長(zhǎng)，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù) 減 1 、片位數(shù)均按 2 的冪變化。

結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線? = 19 根，數(shù)據(jù)線? = 1 根；或地址線? = 18 根，數(shù)據(jù)線? = 2 根。

1 4 .? 某 8 位微型機(jī)地址碼為 18 位，若使用 4K × 4 位的 RAM 芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問(wèn)：

（ 1 ）該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？

（ 2 ）若每個(gè)模塊板為 32K × 8 位，共需幾個(gè)模塊板？

（ 3 ）每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片 RAM 芯片？

（ 4 ）共有多少片 RAM ？

（ 5 ） CPU 如何選擇各模塊板？

解：（ 1 ）該機(jī)所允許的最大主存空間是 ： 2 18?? ×? 8 位?? = 256K × 8 位? =? 256KB

（ 2 ）模塊板總數(shù)? = 256K × 8 / 32K × 8 = 8 塊

（ 3 ）板內(nèi)片數(shù)? = 32K × 8 位? / 4K × 4 位? = 8 × 2 = 16 片

（ 4 ）總片數(shù)? = 16 片 × 8 = 128 片

（ 5 ） CPU 通過(guò)最高 3 位地址譯碼 輸出 選 擇模板 ，次高 3 位地址譯碼 輸出選擇芯片 。地址格式分配如下：

1 5 .? 設(shè) 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(hào)， 作讀寫(xiě)命令信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫(xiě)）。現(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片： ROM （ 2K × 8 位， 4K × 4 位， 8K × 8 位）， RAM （ 1K × 4 位， 2K × 8 位， 4K × 8 位），及 74138 譯碼器和其他門電路（門電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫(huà)出 CPU 和存儲(chǔ)芯片的連接圖。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 ）指出選用的存儲(chǔ)芯片類型及數(shù)量；

（ 3 ）詳細(xì)畫(huà)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-FFFFH

??? （ 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 2000H-2FFFH,?? RAM3 地址范圍為 :3000H-3FFFH)

??? （ 3 ） 各芯片二進(jìn)制地址分配如下：

?	A15	A14	A13	A12	A11	A10	A9	A8	A7	A6	A5	A4	A3	A2	A1	A 0
ROM1,2	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	?
RAM1	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	?
RAM2	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	?
RAM3	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	?
?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

CPU 和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯 如下圖 (3) 所示 ：

圖（ 3 ）

1 6 . CPU 假設(shè)同上題，現(xiàn)有 8 片 8K × 8 位的 RAM 芯片與 CPU 相連，試回答：

（ 1 ）用 74138 譯碼器畫(huà)出 CPU 與存儲(chǔ)芯片的連接圖；

（ 2 ）寫(xiě)出每片 RAM 的地址范圍；

（ 3 ）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片 RAM 寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以 A000H 為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。

（ 4 ）根據(jù)（ 1 ）的連接圖，若出現(xiàn)地址線 A13 與 CPU 斷線，并搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果？

解：（ 1 ） CPU 與存儲(chǔ)器芯片連接邏輯圖：

?? ? （ 2 ）地址空間分配圖：

?RAM0:0000H-1FFFH

?RAM1:2000H-3FFFH

?RAM2:4000H-5FFFH

?RAM3:6000H-7FFFH

?RAM4:8000H-9FFFH

? RAM 5 : A 000H- B FFFH

?RAM 6 : C 000H- D FFFH

?RAM7:E000H-FFFFH

（ 3 ）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片 RAM 寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，以 A000H 為起始地址的存儲(chǔ)芯片 ( RAM5 ) 都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)?#xff1a;該存儲(chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平。假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的 ， 可能的情況有：

1 ）該片的 -CS 端與 -WE 端錯(cuò)連或短路；

2 ）該片的 -CS 端與 CPU 的 -MREQ 端錯(cuò)連或短路；

3 ）該片的 -CS 端與地線錯(cuò)連或短路 。

（ 4 ）如果地址線 A13 與 CPU 斷線，并搭接到高電平上，將會(huì)出現(xiàn) A13 恒為 “ 1 ” 的情況。此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址 A13=1 的地址空間 ( 奇數(shù)片 ) ， A13=0 的另一半地址空間（偶數(shù)片）將永遠(yuǎn)訪問(wèn)不到。若對(duì) A13=0 的地址空間（偶數(shù)片）進(jìn)行訪問(wèn)，只能錯(cuò)誤地訪問(wèn)到 A13=1 的對(duì)應(yīng)空間 ( 奇數(shù)片 ) 中去。

17.? 寫(xiě)出 1100 、 1101 、 1110 、 1111 對(duì)應(yīng)的漢明碼。

解：有效信息均為 n=4 位，假設(shè)有效信息用 b4b3b2b1 表示

校驗(yàn)位位數(shù) k=3 位，（ 2 k >=n+k+1 ）

設(shè)校驗(yàn)位分別為 c1 、 c2 、 c3 ，則漢明碼共 4+3=7 位，即： c 1c 2b 4c 3b3b2b1

校驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第 1 、 2 、 4 位

c1=b4 ⊕ b3 ⊕ b1

c2=b4 ⊕ b2 ⊕ b1

c3=b3 ⊕ b2 ⊕ b1

當(dāng)有效信息為 1100 時(shí)， c 3c 2c 1=011, 漢明碼為 1110100 。

當(dāng)有效信息為 1101 時(shí)， c 3c 2c 1=100, 漢明碼為 0011101 。

當(dāng)有效信息為 1110 時(shí)， c 3c 2c 1=101, 漢明碼為 1011110 。

當(dāng)有效信息為 1111 時(shí)， c 3c 2c 1=010, 漢明碼為 0110111 。

18.? 已知收到的漢明碼（按配偶原則配置）為 1100100 、 1100111 、 1100000 、 1100001 ，檢查上述代碼是否出錯(cuò)？第幾位出錯(cuò)？

解：假設(shè)接收到的漢明碼為： c 1’ c 2’ b 4’ c 3’ b 3’ b 2’ b 1’

糾錯(cuò)過(guò)程如下：

P1=c 1’ ⊕ b 4’ ⊕ b 3’ ⊕ b 1’

P2=c 2’ ⊕ b 4’ ⊕ b 2’ ⊕ b 1’

P3=c 3’ ⊕ b 3’ ⊕ b 2’ ⊕ b 1’

如果收到的漢明碼為 1100100 ，則 p3p2p1=011 ，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第 3 位（ b 4’ ）出錯(cuò)，有效信息為： 1100

如果收到的漢明碼為 1100111 ，則 p3p2p1=111 ，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第 7 位（ b 1’ ）出錯(cuò)，有效信息為： 0110

如果收到的漢明碼為 1100000 ，則 p3p2p1=110 ，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第 6 位（ b 2’ ）出錯(cuò)，有效信息為： 0010

如果收到的漢明碼為 1100001 ，則 p3p2p1=001 ，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第 1 位（ c 1’ ）出錯(cuò)，有效信息為： 0001

22 .? 某機(jī)字長(zhǎng) 16 位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為 64K 字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到 8 倍，可采取什么措施？畫(huà)圖說(shuō)明。

解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到 8 倍，可采取 八 體交叉存取技術(shù)， 8 體交叉訪問(wèn)時(shí)序 如下圖 ：

18.? 什么是 “ 程序訪問(wèn)的局部性 ” ？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪問(wèn)的局部性原理？

解：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問(wèn)過(guò)的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問(wèn)；在空間上，這些被訪問(wèn)的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問(wèn)順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大? ( 大約? 5:1 ) 。存儲(chǔ)系統(tǒng)中 Cache— 主存層次采用了程序訪問(wèn)的局部性原理。

2 5 . Cache 做在 CPU 芯片內(nèi)有什么好處？將指令 Cache 和數(shù)據(jù) Cache 分開(kāi)又有什么好處？

答： Cache 做在 CPU 芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處：

1 ）可提高外部總線的利用率。因?yàn)?Cache 在 CPU 芯片內(nèi)， CPU 訪問(wèn) Cache 時(shí)不必占用外部總線 。

2 ） Cache 不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持 I/O 設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率 。

3 ）可提高存取速度。因?yàn)?Cache 與 CPU 之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短 , 故存取速度得以提高 。

將指令 Cache 和數(shù)據(jù) Cache 分開(kāi)有如下好處：

1 ）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成 。

2 ）指令 Cache 可用 ROM 實(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性 。

3 ）數(shù)據(jù) Cache 對(duì)不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例 32 位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如 64 位）。

補(bǔ)充 ：

Cache 結(jié)構(gòu)改進(jìn)的第三個(gè)措施是分級(jí)實(shí)現(xiàn)，如二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，即在片內(nèi) Cache （ L1 ）和主存之間再設(shè)一個(gè)片外 Cache （ L2 ），片外緩存既可以彌補(bǔ)片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點(diǎn)，又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度。

30 .?? 一個(gè)組相連映射的 CACHE 由 64 塊組成，每組內(nèi)包含 4 塊。主存包含 4096 塊，每塊由 128 字組成，訪存地址為字地址。試問(wèn)主存和高速存儲(chǔ)器的地址各為幾位？畫(huà)出主存地址格式。

解： cache 組數(shù)： 64/4=16?? ， Cache 容量為： 64*128=2 13 字， cache 地址 13 位

主存共分 4096/16=256 區(qū)，每區(qū) 16 塊

主存容量為： 4096*128=2 19 字，主存地址 19 位，地址格式如下：

主存字塊標(biāo)記（ 8 位）	組地址（ 4 位）	字塊內(nèi)地址（ 7 位）
?	?	?

第?? 六?? 章

12.? 設(shè)浮點(diǎn)數(shù)格式為：階碼 5 位 （含 1 位階符 ）， 尾數(shù) 1 1 位 （含 1 位數(shù)符 ） 。寫(xiě)出 51/128 、 -27/1024 所對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)。要求 如下：

（ 1 ）階碼和尾數(shù)均為原碼 。

（ 2 ）階碼和尾數(shù)均為補(bǔ)碼 。

（ 3 ）階碼為移碼，尾數(shù)為補(bǔ)碼。? ? ?

解：據(jù)題意畫(huà)出該浮點(diǎn)數(shù)的格式：

階符 1 位	階碼 4 位	數(shù)符 1 位	尾數(shù) 10 位
?	?	?	?

??? ?? 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制： x1=?? 51/128=? 0.011 001 1B =?? 2 -1?? *? 0.11 0 ?011 B

?? ? x2=?? -27/1024=?? -0.0000011011 B? =?? 2 -5 *( -0.11011 B ）

則以上各數(shù)的浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)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 0

16 ． 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為 16 位，寫(xiě)出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍。設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號(hào)位，答案均用十進(jìn)制表示。

?? ?? （ 1 ）無(wú)符號(hào)數(shù)；

?? ?? （ 2 ）原碼表示的定點(diǎn)小數(shù) 。

?? ?? （ 3 ）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù) 。

?? ?? （ 4 ）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù) 。

?? ?? （ 5 ）原碼表示的定點(diǎn)整數(shù) 。

?? ?? （ 6 ）浮點(diǎn)數(shù)的格式為：階碼 6 位 （含 1 位 階符 ）， 尾數(shù) 10 位（ 含 1 位 數(shù)符）。分別寫(xiě)出其正數(shù)和負(fù)數(shù)的表示范圍 。

?? ?? （ 7 ）浮點(diǎn)數(shù)格式同（ 6 ），機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式，分別寫(xiě)出其對(duì)應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)的真值范圍。

解：（ 1 ） 無(wú)符號(hào)整數(shù)： 0? ——? 2 16? - 1 ，即： 0 ——? 65535 ；

?? ? 無(wú)符號(hào)小數(shù)： 0? ——?? 1 - 2 -16?? ，即： 0? ——? 0.99998 ；?

（ 2 ）原碼定點(diǎn)小數(shù)： -1? +? 2 -15 —— 1 - 2 -15?? ，即： -0.99997? ——? 0.99997

（ 3 ）補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)： - 1 —— 1 - 2 -15???? ，即： -1 —— 0.99997

（ 4 ）補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)： -2 15 —— 2 15? - 1? ，即： -32768 —— 32767

（ 5 ）原碼定點(diǎn)整數(shù)： -2 15? +? 1 —— 2 15? - 1 ，即： -32767 —— 32767

（ 6 ）據(jù)題意畫(huà)出該浮點(diǎn)數(shù)格式 ， 當(dāng)階 碼和 尾 數(shù)均 采用原 碼， 非規(guī)格化數(shù) 表示時(shí)：

最大負(fù)數(shù) =?? 1 ， 11 111 ； 1.000 000 001? ，即? -2 -9? 2 -31

最小負(fù)數(shù) =?? 0 ， 11 111 ； 1.111 111 111 ，即? - （ 1-2 -9 ）? 2 31

則負(fù)數(shù)表示范圍為： - （ 1-2 -9 ）? 2 31?? —— -2 -9? 2 -31

最大正數(shù) = 0 ， 11 111 ； 0.111 111 111 ，即?? （ 1-2 -9 ）? 2 31

最小正數(shù) = 1 ， 11 111 ； 0.000 000 001 ，即? 2 -9? 2 -31

則 正數(shù)表示范圍為： 2 -9? 2 -31?? —— （ 1-2 -9 ）? 2 31

（ 7 ）當(dāng)機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式時(shí)，若不考慮隱藏位，則

最大負(fù)數(shù) =1 ， 00 000 ； 1.011 111 111 ，即? -2 -1? 2 -32

最小負(fù)數(shù) =0 ， 11 111 ； 1.000 000 000 ，即? -1? 2 3 1

則負(fù)數(shù)表示范圍為： -1? 2 3 1? —— -2 -1? 2 -32

最大正數(shù) =0 ， 11 111 ； 0.111 111 111 ，即?? （ 1-2 -9 ）? 2 31?

最小正數(shù) =1 ， 00 000 ； 0.100 000? 000 ，即??? 2 -1? 2 - 3 2

則 正數(shù)表示范圍為： 2 -1? 2 - 3 2? —— （ 1-2 -9 ）? 2 31

17.?? 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為 8 位（包括一位符號(hào)位），對(duì)下列各機(jī)器數(shù)進(jìn)行算術(shù)左移一位、兩位，算術(shù)右移一位、兩位，討論結(jié)果是否正確。

? [x1] 原 =0.001 1010 ； [y1] 補(bǔ) =0.101 0100 ； [z1] 反 =1.010 1111 ；

?? [x2] 原 =1.110 10 0 0 ； [y2] 補(bǔ) =1.110 1000 ； [z2] 反 =1.110 1000 ；

?? [x3] 原 =1.001 1001 ； [y3] 補(bǔ) =1.001 1001 ； [z3] 反 =1.001 1001 。

解： 算術(shù)左移一位：

?[x1] 原 =0.011 0100 ；正確?

[x2] 原 =1.101 0000 ；溢出（丟 1 ）出錯(cuò)?

[x3] 原 =1.011 0010 ；正確?

[y1] 補(bǔ) =0.010 1000 ；溢出（丟 1 ）出錯(cuò)?

[y2] 補(bǔ) =1.101 0000 ；正確?

[y3] 補(bǔ) =1.011 0010 ；溢出（丟 0 ）出錯(cuò)?

[z1] 反 =1.101 1111 ；溢出（丟 0 ）出錯(cuò)?

[z2] 反 =1.101 0001 ；正確?

[z3] 反 =1.011 0011 ；溢出（丟 0 ）出錯(cuò)

算術(shù)左移兩位：?

[x1] 原 =0.110 1000 ；正確?

[x2] 原 =1.010 0000 ；溢出（丟 11 ）出錯(cuò)

[x3] 原 =1.110 0100 ；正確

[y1] 補(bǔ) =0.101 0000 ；溢出（丟 10 ）出錯(cuò)?

[y2] 補(bǔ) =1.010 0000 ；正確?

[y3] 補(bǔ) =1.110 0100 ；溢出（丟 00 ）出錯(cuò)?

[z1] 反 =1.011 1111 ；溢出（丟 01 ）出錯(cuò)?

[z2] 反 =1.010 0011 ；正確?

[z3] 反 =1.110 0111 ；溢出（丟 00 ）出錯(cuò)

算術(shù)右移一位：

?[x1] 原 =0.000 1101 ；正確?

[x2] 原 =1.011 0100 ；正確

[x3] 原 =1.000 1100(1) ；丟 1 ，產(chǎn)生誤差?

[y1] 補(bǔ) =0.010 1010 ；正確

[y2] 補(bǔ) =1.111 0100 ；正確

[y3] 補(bǔ) =1.100 1100(1) ；丟 1 ，產(chǎn)生誤差

[z1] 反 =1.101 0111 ；正確

[z2] 反 =1.111 0100(0) ；丟 0 ，產(chǎn)生誤差

[z3] 反 =1.100 1100 ；正確

算術(shù)右移兩位：

?[x1] 原 =0.000 0110 （ 10 ）；產(chǎn)生誤差?

[x2] 原 =1.001 1010 ；正確

[x3] 原 =1.000 0110 （ 01 ）；產(chǎn)生誤差

[y1] 補(bǔ) =0.001 0101 ；正確

[y2] 補(bǔ) =1.111 1010 ；正確

[y3] 補(bǔ) =1.110 0110 （ 01 ）；產(chǎn)生誤差

[z1] 反 =1.110 1011 ；正確

[z2] 反 =1.111 1010 （ 00 ）；產(chǎn)生誤差

[z3] 反 =1.110 0110 （ 01 ）；產(chǎn)生誤差
?

19.? 設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為 8 位（含 1 位符號(hào)位），用補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則計(jì)算下列各題。

??? （ 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 。? ? ?

解：（ 1 ） A=9/64=?? 0.001 0010 B,? B= -13/32=?? -0.011 0100 B

?? ? ? [A] 補(bǔ) =0.001 0010 ,? [B] 補(bǔ) =1.100 1100

[A+B] 補(bǔ) = 0.0010010?? + 1.1001100? =? 1.1011110 —— 無(wú)溢出

A+B=?? -0.010 0010 B? = -17/64

??? （ 2 ） A=19/32=?? 0.100 1100 B,? B= -17/128=?? -0.001 0001 B

?? ? ? ? [A] 補(bǔ) =0.100 1100 ,? [B] 補(bǔ) =1.110 1111? ,? [-B] 補(bǔ) =0.001 0001

?[A-B] 補(bǔ) = 0.1001100?? + 0.0010001 =? 0.1011101 —— 無(wú)溢出

?A-B=?? 0.101 1101 B? = 93/128 B

（ 3 ） A= -3/16=?? -0.001 1000 B,? B=9/32=?? 0.010 0100 B

?? ? [A] 補(bǔ) =1.110 1000 ,? [B] 補(bǔ) = 0.010 0100

?[A+B] 補(bǔ) = 1.1101000?? +?? 0.0100100? =? 0.0001100 ——? 無(wú)溢出

A+B=?? 0.000 1100 B? = 3/32

? （ 4 ）?? A= -87=?? -101 0111 B,? B=53=110 101 B

?? ? ? [A] 補(bǔ) =1?? 010 1001 ,? [B] 補(bǔ) =0?? 011 0101 ,? [-B] 補(bǔ) =1?? 100 1011

[A-B] 補(bǔ) = 1?? 0101001 + 1?? 1001011? =? 0?? 1110100 ——? 溢出

（ 5 ） A=115=?? 111 0011 B,? B= -24=?? -11 000 B

?? ? [A] 補(bǔ) =0?? 1110011 ,? [B] 補(bǔ) =1 ， 110 1000

?[A+B] 補(bǔ) = 0?? 1110011 + 1?? 1101000? =? 0?? 1011011—— 無(wú)溢出

?A+B=?? 101 1011 B? = 91

2 6 . 按機(jī)器補(bǔ)碼浮點(diǎn)運(yùn)算步驟，計(jì)算 [x ± y] 補(bǔ) .

??? （ 1 ） x=2 -011 ×? 0.101 100 ， y=2 -010 × （ -0.011 100 ）；

??? （ 2 ） x=2 -011 × （ -0.100 010 ）， y=2 -010 × （ -0.011 111 ）；

??? （ 3 ） x=2 101 × （ -0.100 101 ）， y=2 100 × （ -0.001 111) 。

解：先將 x 、 y 轉(zhuǎn)換成機(jī)器數(shù)形式：

? （ 1 ） x=2 -011 ×? 0.101 100 ， y=2 -010 × （ -0.011 100 ）

[x] 補(bǔ) =1 ， 101 ； 0.101 100 ,? [y] 補(bǔ) =1 ， 110 ； 1.100 100

? [Ex] 補(bǔ) =1,101,? [y] 補(bǔ) =1 , 110 ,? [Mx] 補(bǔ) = 0.101 100 , ?[My] 補(bǔ) = 1.100 100

?? ??? 1 ）對(duì)階：

[? E] 補(bǔ) =[Ex] 補(bǔ) +[-Ey] 補(bǔ)?? =?? 11 , 101+?? 00 , 010=11 , 111?? <?? 0 ，

應(yīng) Ex 向 Ey 對(duì)齊，則： [Ex] 補(bǔ) +1=11 ， 101+00 ， 001=11 ， 110? = [ Ey] 補(bǔ)

[x] 補(bǔ) =1 ， 110 ； 0.010 110

2 ）尾數(shù)運(yùn)算：

?? [Mx] 補(bǔ) +[My] 補(bǔ) = 0.010 110?? + 1 1 .100 100 = 11.111010

[Mx] 補(bǔ) +[-My] 補(bǔ) =0.010 110?? + 00.011100 =? 00.110? 0 10

?3 ）結(jié)果規(guī)格化：

?? [x+y] 補(bǔ) =11 ， 110 ； 11.111 010 =?? 11 ， 011 ； 11.010 000? （尾數(shù)左規(guī) 3 次，階碼減 3 ）

?? [x-y] 補(bǔ) =11 ， 110 ； 00.110 010 ,?? 已是規(guī)格化數(shù)。?

4 ）舍入：無(wú)

5 ）溢出：無(wú)

則： x+y=2 -101 × （ -0.110 000 ）

?? ? x-y =2 -010 × 0.110 010

（ 2 ） x=2 -011 × （ -0.100010 ） , y=2- 010 × （ -0.011111 ）

?? ? [x] 補(bǔ) =1 ， 101 ； 1.011 110 ,? [y] 補(bǔ) =1 ， 110 ； 1.100 001

1）?? 對(duì)階：過(guò)程同 (1) 的 1 ），則

[ x] 補(bǔ) =1 ， 110 ； 1.101 111

?? 2 ）尾數(shù)運(yùn)算：

?? ? [Mx] 補(bǔ) +[My] 補(bǔ) = 11.101111?? + 11. 100001? =? 11.010000

?? ? [Mx] 補(bǔ) +[-My] 補(bǔ) = 11.101111 + 00.011111? =? 00.001110

3 ）結(jié)果規(guī)格化：

?[x+y] 補(bǔ) =11 ， 110 ； 11.010 000 , 已是規(guī)格化數(shù)

?[x-y] 補(bǔ) =11 ， 110 ； 00.001 110 =11 ， 100 ； 00.111000? （尾數(shù)左規(guī) 2 次，階碼減 2 ）

4 ）舍入：無(wú)?

5 ）溢出：無(wú)

則： x+y=2 -010 × （ -0.110 000 ）

?? ? x-y =2 -100 × 0.111 000

（ 3 ） x=2 101 × （ -0.100 101 ） , y=2 100 × （ -0.001 111 ）

?? ? [x] 補(bǔ) =0 ， 101 ； 1.011 011 ,? [y] 補(bǔ) =0 ， 100 ； 1.110 001

1 ） 對(duì)階：

[? E] 補(bǔ) =00 ， 101+11 ， 100=00 ， 001 >0 ，應(yīng) Ey 向 Ex 對(duì)齊，則：

[Ey] 補(bǔ) +1=00 ， 100+00 ， 001=00 ， 101 =[ E x ] 補(bǔ)

[y] 補(bǔ) =0 ， 101 ； 1.111 000 （ 1 ）

2 ）尾數(shù)運(yùn)算：

?? [Mx] 補(bǔ) +[My] 補(bǔ) = 11.011011+ 11.111000 （ 1 ） =? 11.010011 （ 1 ）

?? [Mx] 補(bǔ) +[-My] 補(bǔ) = 11.011011+ 00.000111 （ 1 ） =? 11.100010 （ 1 ）

2）?? 結(jié)果規(guī)格化：

?? [x+y] 補(bǔ) =00 ， 101 ； 11.010 011 （ 1 ） ， 已是規(guī)格化數(shù)

?? [x-y] 補(bǔ) =00 ， 101 ； 11.100 010 （ 1 ） =00 ， 100 ； 11.000 101? （尾數(shù)左規(guī) 1 次，階碼減 1 ）

4 ） 舍入：

[x+y] 補(bǔ) =00 ， 101 ； 11.010 011 （舍）

[x-y] 補(bǔ)?? 不變

5 ）溢出：無(wú)

則： x+y=2 101 × （ -0.101 101 ）

x-y =2 100 × （ -0 .111 011 ）

3 2 .? 設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為 16 位，分別按 4 、 4 、 4 、 4 和 5 、 5 、 3 、 3 分組 后 ，

??? （ 1 ）畫(huà)出按兩種分組方案的單重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并比較哪種方案運(yùn)算速度快。

??? （ 2 ）畫(huà)出按兩種分組方案的雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并對(duì)這兩種方案進(jìn)行比較。

??? （ 3 ）用 74181 和 74182 畫(huà)出單重和雙重分組的并行進(jìn)位鏈框圖。

解：（ 1 ） 4—4—4—4 分組的 16 位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖見(jiàn)教材 286 頁(yè)圖 6.22 。

?? ? 5—5—3—3 分組的 16 位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下：

（ 2 ） 4—4—4—4 分組的 16 位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖見(jiàn)教材 289 頁(yè)圖 6.26 。

?? ? 5—5—3—3 分組的 16 位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下：

? ??? 5—5—3—3 分組的進(jìn)位時(shí)間 =2.5ty? 3=7.5ty ；

????? 4—4—4—4 分組的進(jìn)位時(shí)間 =2.5ty? 3=7.5ty ；

可見(jiàn)， 兩種分組方案最長(zhǎng)加法時(shí)間相同。

? 結(jié)論：雙重分組并行進(jìn)位的最長(zhǎng)進(jìn)位時(shí)間只與組數(shù)和級(jí)數(shù)有關(guān)，與組內(nèi)位數(shù)無(wú)關(guān)。

（ 3 ）單重分組 16 位并行加法器邏輯圖如下（正邏輯）：

注意：? 1 ） 74 181 芯片正、負(fù)邏輯的引腳表示方法；

?? 2 ）為強(qiáng)調(diào)可比性， 5-5-3 -3 分組時(shí)不考慮扇入影響；

?? 3 ） 181 芯片只有最高、最低兩個(gè)進(jìn)位輸入 / 輸出端，組內(nèi)進(jìn)位無(wú)引腳；

?? 4 ） 181 為 4 位片，無(wú)法 5-5-3 -3 分組，只能 4-4-4-4 分組；

?? 5 ）單重分組跳躍進(jìn)位只用到 181 ，使用 182 的一定是雙重以上分組跳躍進(jìn)位；

?? 6 ）單重分組跳躍進(jìn)位是并行進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)的結(jié)合；雙重分組跳躍進(jìn)位是二級(jí)并行進(jìn)位技術(shù)；特別注意在位數(shù)較少時(shí)，雙重分組跳躍進(jìn)位可以采用全先行進(jìn)位技術(shù)實(shí)現(xiàn)；位數(shù)較多時(shí)，可采用雙重分組跳躍進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)。

第? ?? 七? ?? 章

1.?? 什么叫機(jī)器指令？什么叫指令系統(tǒng)？為什么說(shuō)指令系統(tǒng)與機(jī)器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu)之間存在著密切的關(guān)系？

答：參考 P300 。

2.?? 什么叫尋址方式？為什么要學(xué)習(xí)尋址方式？

答：參看 P310 。

3.?? 什么是指令字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)？

答：略。

4.?? 零地址指令的操作數(shù)來(lái)自哪里？？各舉一例說(shuō)明。

答：零地址指令的操作數(shù)來(lái)自 ACC ，為隱含約定。

在一地址指令中，另一個(gè)操作數(shù)的地址通常可采用 ACC 隱含尋址方式獲得。

5.?? 對(duì)于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方？舉例說(shuō)明。

答：對(duì)于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在寄存器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。

8.? 某機(jī)指令字長(zhǎng) 16 位，每個(gè)操作數(shù)的地址碼為 6 位，設(shè)操作碼長(zhǎng)度固定，指令分為零地址、一地址和二地址三種格式。若零地址指令有 M 條，一地址指令有 N 種，則二地址指令最多有幾種？若操作碼位數(shù)可變，則二地址指令最多允許有幾種？

解： 1 ）若采用定長(zhǎng)操作碼時(shí)，二地址指令格式如下：

OP （ 4 位）	A1 （ 6 位）	A2 （ 6 位）
?	?	?

設(shè)二地址指令有 K 種，則： K=2 4 -M-N

當(dāng) M=1 （最小值）， N=1 （最小值）時(shí)，二地址指令最多有： Kmax= 16-1-1 =14 種

3）?? 若采用變長(zhǎng)操作碼時(shí)，二地址指令格式仍如 1 ）所示，但操作碼長(zhǎng)度可隨地址碼的個(gè)數(shù)而變。此時(shí)， K= 2 4? - （ N/2 6? + M/2 12?? ）；

? 當(dāng)（ N/2 6? + M/2 12?? ）? 1 時(shí)（ N/2 6? + M/2 12?? 向上取整）， K 最大，則二地址指令最多有： Kmax=16-1=15 種（只留一種編碼作擴(kuò)展標(biāo)志用。）

?

9.? 試比較間接尋址和寄存器間接尋址。

答：略。

10.? 試比較基址尋址和變址尋址。

略。

11.? 畫(huà)出先變址再間址及先間址再變址的尋址過(guò)程示意圖。

解： 1 ）先變址再間址尋址過(guò)程簡(jiǎn)單示意如下：

?? ? ? EA=[(IX)+A] ， IX? (IX)+1

2 ）先間址再變址尋址過(guò)程簡(jiǎn)單示意如下： EA=(IX)+(A) ， IX?? (IX)+1

1 6 .? 某機(jī)主存容量為 4M? 16 位，且存儲(chǔ)字長(zhǎng)等于指令字長(zhǎng)，若該機(jī)指令系統(tǒng)可完成 108 種操作， 操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、變址、基址、相對(duì)、立即等六種尋址方式，試回答：（ 1 ）畫(huà)出一地址指令格式并指出各字段的作用；

??? （ 2 ）該指令直接尋址的最大范圍；

??? （ 3 ）一次間址和多次間址的尋址范圍；

??? （ 4 ）立即數(shù)的范圍（十進(jìn)制表示）；

? （ 5 ）相對(duì)尋址的位移量（十進(jìn)制表示）；

? （ 6 ）上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？為什么？哪一種便于程序浮動(dòng)？哪一種最適合處理數(shù)組問(wèn)題？

? （ 7 ）如何修改指令格式，使指令的尋址范圍可擴(kuò)大到 4M ？

? （ 8 ）為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，可采取什么措施？簡(jiǎn)要說(shuō)明之。

解：（ 1 ）單字長(zhǎng)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，可反映 108 種操作；

?M 為尋址方式字段，共 3 位，可反映 6 種尋址操作；

?A 為地址碼字段，共 16-7-3 =6 位。

? （ 2 ）直接尋址的最大范圍為 2 6 =64 。

? （ 3 ） 由于存儲(chǔ)字長(zhǎng)為 16 位，故一次間址的尋址范圍為 2 16 ； 若多次間址，需用存儲(chǔ)字的最高位來(lái)區(qū)別是否繼續(xù)間接尋址，故尋址范圍為 2 15 。

（ 4 ）立即數(shù)的范圍 為 -32 —— 31 （有符號(hào)數(shù)），或 0 —— 63 （ 無(wú)符號(hào)數(shù) ）。

? （ 5 ）相對(duì)尋址的位移量為 -32 —— 31 。

? （ 6 ） 上述六種尋址方式中，因立即數(shù)由指令直接給出，故立即尋址的指令執(zhí)行時(shí)間最短。間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪存 ( 一次間接尋址要兩次訪存，多次間接尋址要多次訪存 ) ，故執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)。變址尋址由于變址寄存器的內(nèi)容由用戶給定，而 且 在程序的執(zhí)行過(guò)程中允許用戶修改，而其形式地址始終不變，故變址尋址的指令便于用戶編制處理數(shù)組問(wèn)題的程序。相對(duì)尋址操作數(shù)的有效地址只與當(dāng)前指令地址相差一定的位移量，與直接尋址相比，更有利于程序浮動(dòng)。

（ 7 ） 方案一 ：為使指令尋址范圍可擴(kuò)大到 4M ，需要有效地址 22 位，此時(shí)可將單字長(zhǎng)一地址指令的格式改為雙字長(zhǎng)，如下圖示：

OP （ 7 位）	MOD （ 3 位）	A （高 6 位）
A （低 16 位）	?	?
?	?	?

???? 方案二 ：如果仍采用單字長(zhǎng)指令（ 16 位）格式，為使指令尋址范圍擴(kuò)大到 4M ，可通過(guò)段尋址方案實(shí)現(xiàn)。安排如下：?

?? ?? 硬件設(shè)段寄存器 DS （ 16 位），用來(lái)存放段地址。在完成指令尋址方式所規(guī)定的尋址操作后，得有效地址 EA （ 6 位），再由硬件自動(dòng)完成段尋址，最后得 22 位物理地址。?? 即： 物理地址 = （ DS ）? 2 6? + EA

注：段尋址方式由硬件隱含實(shí)現(xiàn)。在編程指定的尋址過(guò)程完成、 EA 產(chǎn)生之后由硬件自動(dòng)完成，對(duì)用戶是透明的。

方案三： 在采用單字長(zhǎng)指令（ 16 位）格式時(shí)，還可通過(guò)頁(yè)面尋址方案使指令尋址范圍擴(kuò)大到 4M 。安排如下：

?? ?? 硬件設(shè)頁(yè)面寄存器 PR （ 16 位），用來(lái)存放頁(yè)面地址。指令尋址方式中增設(shè)頁(yè)面尋址。當(dāng)需要使指令尋址范圍擴(kuò)大到 4M 時(shí)，編程選擇頁(yè)面尋址方式，則： EA = （ PR ） ‖ A? （有效地址 = 頁(yè)面地址 “ 拼接 ” 6 位形式地址） ， 這樣得到 22 位有效地址。

（ 8 ） 為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，尋址范圍須達(dá)到 4M ，除了采用 (7)? 方案一中的 雙字長(zhǎng)一地址指令 的格式外，還可配置 22 位的基址寄存器或 22 位的變址寄存器，使 EA =? (BR) + A? （ BR 為 22 位的基址寄存器 ) 或 EA = （ IX ） + A (IX 為 22 位的變址寄存器 ) ，便可訪問(wèn) 4M 存儲(chǔ)空間。還可以通過(guò) 16 位的基址寄存器左移 6 位再和形式地址 A 相加，也可達(dá)到同樣的效果。

?? ? 總之，不論采取何種方式，最終得到的實(shí)際地址應(yīng)是 22 位。

?? ?

1 9 .? 某 CPU 內(nèi)有 32 個(gè) 32 位的通用寄存器，設(shè)計(jì)一種能容納 64 種操作的指令系統(tǒng)。假設(shè)指令字長(zhǎng)等于機(jī)器字長(zhǎng)，試回答 以下問(wèn)題 ：

??? （ 1 ）如果主存可直接或間接尋址，采用寄存器 — 存儲(chǔ)器型指令，能直接尋址的最大存儲(chǔ)空間是多少？畫(huà)出指令格式并說(shuō)明各字段的含義。

??? （ 2 ） 在滿足（ 1 ）的前提下， 如果采用通用寄存器作基址寄存器，則上述寄存器 — 存儲(chǔ)器型指令的指令格式有何特點(diǎn)？畫(huà)出指令格式并指出這類指令可訪問(wèn)多大的存儲(chǔ)空間？

解：（ 1 ）如采用 RS 型指令，則此指令一定是二地址以上的地址格式，指令格式如下：

OP （ 6 位）	R （ 5 位）	I(1 位 )	A （ 20 位）
?	?	?	?

?????? 操作碼字段 OP 占 6 位，因?yàn)?2 6 >=64 ；

寄存器編號(hào) R 占 5 位，因?yàn)?2 5 >=32 ；

間址位 I 占 1 位，當(dāng) I=0 ，存儲(chǔ)器尋址的操作數(shù)為直接尋址，當(dāng) I=1 時(shí)為間接尋址；

形式地址 A 占 20 位，可以直接尋址 2 20 字。

（ 2 ）如采用基址尋址，則指令格式中應(yīng)給出基址寄存器號(hào)，以指定哪一個(gè)通用寄存器用作基址寄存器。指令格式變?yōu)?#xff1a;

OP （ 6 位）	源 R （ 5 位）	I （ 1 位）	X （ 1 位）	目標(biāo) R （ 5 位）	A （ 14 位）
?	?	?	?	?	?

? 增加尋址特征位 X ，當(dāng) X=1 時(shí)，以目標(biāo)寄存器 R 作為基址寄存器進(jìn)行基址尋址。

? 基址尋址可訪問(wèn)存儲(chǔ)空間為： 2 32 字。

第八章

1. CPU 有哪些功能？畫(huà)出其結(jié)構(gòu)框圖并簡(jiǎn)要說(shuō)明各個(gè)部件的作用。

答：參考 P328 和圖 8.2 。

2.? 什么是指令周期？指令周期是否有一個(gè)固定值？為什么？

解：指令周期是指 取出并執(zhí)行完 一條指令 所需的 時(shí)間。

??? 由于計(jì)算機(jī)中各種指令執(zhí)行所需的時(shí)間差異很大，因此為了提高 CPU 運(yùn)行效率，即使在同步控制的機(jī)器中，不同指令的指令周期長(zhǎng)度都是不一致的，也就是說(shuō)指令周期對(duì)于不同的指令來(lái)說(shuō)不是一個(gè)固定值。

3.? 畫(huà)出指令周期的流程圖，分析說(shuō)明圖中每個(gè)子周期的作用。

答：參看 P343 及圖 8.8 。

4.? 設(shè) CPU 內(nèi)有下列部件： PC 、 IR 、 SP 、 AC 、 MAR 、 MDR 和 CU 。

??? （ 1 ）畫(huà)出完成間接尋址的取數(shù)指令 LDA@X （將主存某地址單元 X 的內(nèi)容取至 AC 中）的數(shù)據(jù)流（從取指令開(kāi)始）。

??? （ 2 ）畫(huà)出中斷周期的數(shù)據(jù)流。

解： CPU 中的數(shù)據(jù)流向與所采用的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，不同的數(shù)據(jù)通路中的數(shù)據(jù)流是不一樣的。常用的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)方式有直接連線、單總線、雙總線、三總線等形式，目前大多采用總線結(jié)構(gòu)，直接連線方式僅適用于結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單的機(jī)器中。

為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本題采用單總線將題 中 所給部件連接起來(lái)，框圖如下：

? ? ? ? ? ? ?? （ 1 ） LDA@X 指令周期 數(shù)據(jù) 流程圖：

（ 2 ）中斷周期流程圖如下：

? 注 ： 解這道題有兩個(gè)要素，首先要根據(jù)所給部件設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)通路，即確定信息流動(dòng)的載體。其次選擇好描述數(shù)據(jù)流的方法，無(wú)論采用什么樣的表達(dá)方式，其關(guān)鍵都要能清楚地反映數(shù)據(jù)在通路上流動(dòng)的順序，即強(qiáng)調(diào)一個(gè) “ 流 ” 字。較好的表達(dá)方式是流程圖的形式。

5.? 中斷周期前是什么階段？中斷周期后又是什么階段？在中斷周期 CPU 應(yīng)完成什么操作？

答：中斷周期前是執(zhí)行周期，中斷周期后是取指周期。在中斷周期， CPU 應(yīng)完成保存斷點(diǎn)、將中斷向量送 PC 和關(guān)中斷等工作。

7.? 什么叫系統(tǒng)的并行性？粗粒度并行和細(xì)粒度并行有何區(qū)別？

答：所謂并行性包含同時(shí)性和并發(fā)性。同時(shí)性是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)刻發(fā)生，并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間段發(fā)生。即在同一時(shí)刻或同一時(shí)間段內(nèi)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上性質(zhì)相同或性質(zhì)不同的功能，只要在時(shí)間上存在相互重疊，就存在并行性。

并行性又分為粗粒度并行和細(xì)粒度并行兩類。粗粒度并行是指在多個(gè)處理機(jī)上分別運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，由多臺(tái)處理機(jī)合作完成一個(gè)程序，一般用算法實(shí)現(xiàn)。細(xì)粒度并行是指在處理機(jī)的指令級(jí) 和操作級(jí)的并行性。

8.? 什么是指令流水？畫(huà)出指令二級(jí)流水和四級(jí)流水的示意圖，它們中哪個(gè)更能提高處理機(jī)速度，為什么？

答：指令流水是指將一條指令的執(zhí)行過(guò)程分為 n 個(gè)操作時(shí)間大致相等的階段，每個(gè)階段由一個(gè)獨(dú)立的功能部件來(lái)完成，這樣 n 個(gè)部件就可以同時(shí)執(zhí)行 n 條指令的不同階段，從而大大提高 CPU 的吞吐率。

指令二級(jí)流水和四級(jí)流水示意圖如下：

? 四級(jí)流水更能提高處理機(jī)的速度。分析如下：

? 假設(shè) IF 、 ID 、 EX 、 WR 每個(gè)階段耗時(shí)為 t ，則連續(xù)執(zhí)行 n 條指令

采用二級(jí)流水線時(shí)，耗時(shí)為： 4t+(n-1)2t=(2n+2)t

采用四級(jí)流水線時(shí)，耗時(shí)為： 4t+(n-1)t=(n+3)t

在 n>1 時(shí)， n+3<2n+2 ，可見(jiàn)四級(jí)流水線耗時(shí)比二級(jí)流水線耗時(shí)短，因此 更能提高處理機(jī)速度。

1 7 .? 在中斷系統(tǒng)中 INTR 、 INT 、 EINT 三個(gè)觸發(fā)器各有何作用？

解： INTR—— 中斷請(qǐng)求觸發(fā)器，用來(lái)登記中斷源發(fā)出的隨機(jī)性中斷請(qǐng)求信號(hào)，以便為 CPU 查詢中斷及中斷排隊(duì)判優(yōu)線路提供穩(wěn)定的中斷請(qǐng)求信號(hào) 。

EINT—— 中斷允許觸發(fā)器， CPU 中的中斷總開(kāi)關(guān)。當(dāng) EINT=1 時(shí)，表示允許中斷（開(kāi)中斷），當(dāng) EINT=0 時(shí)，表示禁止中斷（關(guān)中斷）。其狀態(tài)可由開(kāi)、關(guān)中斷等指令設(shè)置 。

INT—— 中斷標(biāo)記觸發(fā)器，控制器時(shí)序系統(tǒng)中周期狀態(tài)分配電路的一部分，表示中斷周期標(biāo)記。當(dāng) INT=1 時(shí)，進(jìn)入中斷周期，執(zhí)行中斷隱指令的操作。

2 4 .? 現(xiàn)有 A 、 B 、 C 、 D 四個(gè)中斷源，其優(yōu)先級(jí)由高向低按 A 、 B 、 C 、 D 順序排列。若中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為 20 μ s ，請(qǐng)根據(jù)下圖所示時(shí)間軸給出的中斷源請(qǐng)求中斷的時(shí)刻，畫(huà)出 CPU 執(zhí)行程序的軌跡。

解： A 、 B 、 C 、 D 的響優(yōu)先級(jí)即處理優(yōu)先級(jí)。 CPU 執(zhí)行程序的軌跡圖如下：

2 5 .? 某機(jī)有五個(gè)中斷源 L0 、 L1 、 L2 、? L3 、 L4 ，按中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序由高向低排序?yàn)?L 0??? L 1? L 2? L 3? L4 ，根據(jù)下示格式，現(xiàn)要求中斷處理次序改為 L 1? L 4? L 2? L 0? L3 ，根據(jù)下面的格式，寫(xiě)出各中斷源的屏蔽字。

解：各中斷源屏蔽狀態(tài)見(jiàn)下表 ：

中斷源	屏蔽字	?	?	?	?
0	1	2	3	4	?
I0	1	0	0	1	0
I1	1	1	1	1	1
I2	1	0	1	1	0
I3	0	0	0	1	0
I4	1	0	1	1	1
?	?	?	?	?	?

表中：設(shè)屏蔽位 =1 ，表示屏蔽；屏蔽位 =0 ，表示中斷開(kāi)放。

2 6 .? 設(shè)某機(jī)配有 A 、 B 、 C 三臺(tái)設(shè)備，其優(yōu)先順序 按 A? B? C 降序排列，為改變中斷處理次序，它們的中斷 屏蔽字 設(shè)置如下：

設(shè)備	屏蔽字
A	111
B	010
C	011
?	?

?? ? 請(qǐng)按下圖所示時(shí)間軸給出的設(shè)備請(qǐng)求中斷的時(shí)刻，畫(huà)出 CPU 執(zhí)行程序的軌跡。設(shè) A 、 B 、 C 中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間均為 20??? s 。

解： A 、 B 、 C 設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為 A 最高、 B 次之、 C 最低，處理優(yōu)先級(jí)為 A 最高、 C 次之、 B 最低。 CPU 執(zhí)行程序的軌跡圖如下：

總結(jié)

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