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  • 计算机组成原理第6章习题参考答案
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    2021-07-16 00:53:18

    计算机组成原理习题参考答案

    第6章 中央处理器

    6-6.某机CPU芯片的主振频率为8MHz,其时钟周期是多少uS?若已知每个机器周期平均包含4个时钟周期,该机的平均指令执行速度为0.8MIPS,试问:

    (1)平均指令周期是多少?

    (2)平均每个指令周期含有多少个机器周期?

    (3)若改用时钟周期为0.4uS的CPU芯片,则计算机的平均指令执行速度又是多少MIPS?

    (4)若要得到40万次/S的指令执行速度,则应采用主振频率为多少MHz的CPU芯片?

    [解] 时钟周期 = 1÷8MHz = 0.125uS

    (1)平均指令周期 = 1÷0.8MIPS = 1.25uS

    (2)机器周期 = 0.125uS×4 = 0.5uS

    平均每个指令周期的机器周期数 = 1.25uS÷0.5uS = 2.5

    (3)平均指令执行速度 = 1÷(0.4×4×2.5)= 0.25 MIPS

    (4)主振频率 = 8MHz/(0.8MIPS/0.4MIPS) = 4MHz

    6-7.以一条典型的单地址指令为例,简要说明下列部件在计算机的取指周期和执行周期中的作用。

    (1)程序计数器PC

    (2)指令寄存器IR

    (3)算术逻辑运算部件ALU

    (4)存储器数据寄存器MDR

    (5)存储器地址寄存器MAR

    [解]

    (1)程序计数器PC:存放指令地址

    (2)指令寄存器IR:存放当前指令

    (3)算术逻辑运算部件ALU:进行算逻运算

    (4)存储器数据寄存器MDR:存放写入到内存或从内存读出的数据或指令

    (5)存储器地址寄存器MAR:存放写入到内存或从内存读出的数据或指令的地址 以单地址指令“加1(INC A)”为例,该指令分为3个周期:取指周期、分析取数周期、执行周期。3个周期完成的操作如表所示。 取指周期 分析取数周期 执行周期

    (A)+1

    (A)+1→MDR PC (PC)→ MAR — IR 指令→MDR→IR — ALU (PC)+1 — MAR 指令地址→MAR A→MAR MDR 指令→MDR (A)→MDR

    6-9.指令和数据都存放在主存,如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据?

    [解] 指令和数据都存放在主存,它们都以二进制代码形式出现,区分方法为:

    (1)取指令或数据时所处的机器周期不同:取指令周期取出的是指令;分析取数或执

    行周期取出的是数据。

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    2、:x补=10011 , y补=10101 x补 1 0 0 1 1 x补 1 0 1 0 1 x+y补 0 1 0 0 0 两个负数相加的结果成为正数,表示负溢。,2.2.3 溢出概念与检测方法,溢出的概念,2.2.2 溢出的检测,一、检测方法 1、双符号位法(参与加减运算的数采用变形补码表示) 什么是变形补码? 对于定点小数:x0.x1x2xn x 1x0 x补= 4+x 0x -1,2.2.3 溢出概念与检测方法,定点整数x0 x1x2xn x 2nx0 x补= 2n+2+x 0x -2n,举例: 0.1100, 0.1000, X,y的变形补码: x补 0 0 . 1 1 0 0 y补 。

    3、0 0 . 1 0 0 0,双符号位,举例: x=-1100 , y=-1000 , X和y的变形补码: 。 x补=24+2 +(-1100) =1000000-1100 =1 1 0 1 0 0 y补=24+2 +(-1000) =1000000-1000 =1 1 1 0 0 0,双符号位,变形补码运算结果的两个符号位: Sf1 Sf2 0 0 正确(正数) 0 1 正溢 1 0 负溢 1 1 正确(负数) Sf1 表示正确的符号, 逻辑表达式为V=Sf1Sf2, V=1表示溢出产生 可以用异或门来实现,2.2.3溢出的检测,举例: 0.1100, 0.1000,求 x补 0 0 . 1 。

    4、1 0 0 y补 0 0 . 1 0 0 0 0 1 . 0 1 0 0,0.1100, -0.1000,求 x补 1 1 . 0 1 0 0 y补 1 1 . 1 0 0 0 1 0 . 1 1 0 0,例17 x=+1100 , y=+1000 , 求 x+y 。 解: x补 = 001100 , y补 = 001000 x补 0 0 1 1 0 0 y补 0 0 1 0 0 0 x+y补 0 1 0 1 0 0 (表示正溢),例18 x=-1100 , y=-1000 , 求 x+y 。 解: x补 = 110100 , y补 = 111000 x补 1 1 0 1 0 0 y补 1 1。

    5、 1 0 0 0 x+y补 1 0 1 1 0 0 (表示负溢),2.2.3 溢出的检测,2、单符号位法 定义: Cf为符号位产生的进位, C0为最高有效位产生的进位 V=Cf C0 ,V=1表示溢出 Cf C0 0 0 正确(正数) 0 1 正溢 1 0 负溢 1 1 正确(负数),例 x=-1100 , y=-1000 , 求 x+y 。 解: x补 = 10100 , y补 = 11000 x补 1 0 1 0 0 y补 1 1 0 0 0 x+y补 0 1 1 0 0 进位: 1 0 (表示负溢),例 x=+1100 , y=+1000 , 求 x+y 。 解: x补 = 01100 。

    6、, y补 = 01000 x补 0 1 1 0 0 y补 0 1 0 0 0 x+y补 1 0 1 0 0 进位: 0 1 (表示正溢),例 0.0100, 0.1000,求 解: x补 = 1.1100 , y补 =0.1000 x补 1 . 1 1 0 0 y补 0 . 1 0 0 0 0 . 0 1 0 0 进位: 1 1 (正确) 这里所说的进位是整个运算过程中出现的进位,例0.1100, 0.1000, 求 解: x补 = 0.1100 , y补 =0.1000 x补 0 . 1 1 0 0 y补 0 . 1 0 0 0 1 . 0 1 0 0 进位: 0 1 (表示正溢),两种溢出检测方法均可使用异或门实现 A: Sf1 或者 Cf B: Sf2 或者 C0,截止目前,学习了计算机内执行加减法运算的基本理论 具体地,在计算机的硬件上怎样实现。

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    第章参考答案

    I/O设备之间或I/O设备与内存之间直接交换信息,只需CPU分配总线使用权,不需要CPU干预信息的交换。所以总线资源是由各大功能部件分时共享的。单总线的缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上,所以总线的负载很重,可能使其吞吐量达到饱和甚至不能胜任的程度。故多为小型机和微型机采用。

    多总线结构:多总线结构是通过桥、CPU总线、系统总线和高速总线彼此相连,各大部件的信息传送不是只通过系统总线;体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作,以提高总线的效率和吞吐量,而且处理器结构的变化不影响高速总线。

    2.说明总线结构对计算机系统性能的影响。

    答:(1)简化了硬件的设计。从硬件的角度看,面向总线是由总线接口代替了专门的I/O接口,由总线规范给出了传输线和信号的规定,并对存储器、I/O设备和CPU如何挂在总线上都作了具体的规定,所以,面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作CPU插件、存储器插件以及I/O插件等,将它们连入总线即可工作,而不必考虑总线的详细操作。

    (2)简化了系统结构。整个系统结构清晰,连线少,底板连线可以印刷化。

    (3)系统扩充性好。一是规模扩充,二是功能扩充。规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件;功能扩充仅仅需要按总线标准设计一些新插件。插件插入机器的位置往往没有严格的限制。这就使系统扩充既简单又快速可靠,而且也便于查错。

    (4)系统更新性能好。因为CPU、存储器、I/O接口等都是按总线规约挂到总线上的,因而只要总线设计恰当,可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件,新的插件插到底板上对系统进行更新,而这种更新只需更新需要更新的插件,其他插件和底板连线一般不需更改。

    3.用异步通信方式传送字符“A”和“8”,数据有7位,偶校验1位,起始位l位,停止位1位,请分别画出波形图。

    答: “A”的ASCII码为41H =,1的个数为偶数,故校验位为0;“8”的ASCII码为38H =,1的个数为奇数,故校验位为1。

    4. 总线上挂两个设备,每个设备能收能发,还能从电气上和总线断开,画出逻辑图,画出逻辑图,并作简要说明。

    5.画出菊花链方式的优先级判决逻辑电路图。

    6.画出独立请求方式的优先级判决逻辑电路图。

    7.画出分布式仲裁器逻辑电路图。

    8.同步通信之所以比异步通信具有较高的传输频率,是因为同步通信 C 。

    A.不需要应答信号 B.总线长度较短

    C.用一个公共时钟信号进行同步

    D.各部件存取时间比较接近

    9.在集中式总线仲裁中, B 方式响应时间最快, A 方式对 C 最敏感。

    A.菊花链方式 B.独立请求方式

    C.电路故障 D. 计数器定时查询方式

    10.采用串行接口进行7位ASCII码传送,带有一位奇校验位、1位起始位和1位停止位,当波特率为9600波特时,字符传送速率为 A 。

    A.960 B.873 C.1371 D.480

    11.系统总线中地址线的功能是 D 。

    A.选择主存单元地址 B.选择进行信息传输的设备

    C.选择外存地址 D.指定主存和I/O设备接口电路的地址

    12.系统总线中控制线的功能是 A 。

    A.提供主存、I/O接口设备的控制信号和响应信号

    B.提供数据信息

    C.提供时序信号

    D.提供主存、I/O接口设备的响应信号

    13.说明存储器总线周期与I/O总线周期的异同点。

    答:存储总线周期用于对内存读写;I/O总线周期对接口中的端口进行读写。

    14.PCI是一个与处理器无关的 D ,它采用 C 时序协议和 A 式仲裁策略,并具有 B 能力。

    A.集中 B.自动配置 C.同步 D.高速外围总线

    15.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送。利用 A 可以实现总线间的 B 传送,使所有的存取都按CPU的需要出现在总线上。PCI允许 D 总线 C 工作。

    A.桥 B.猝发式 C.并行 D.多条

    16.InfiniBand是一个高性能的 A 总线标准,数据传送率高达 B ,它可连接 C 台服务器,适合于高成本的 D 计算机的系统。

    A.I/O B.30GB/S C.64000 D.较大规模

    17.PCI总线中三种桥的名称是什么?桥的功能是什么?

    答:在PCI总线体系结构中有三种桥:即HOST桥、PCI/LAGACY总线桥、PCI/PCI桥。

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