计算机组成原理课后习题讲解.pptx
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1、计算机组成原理课后习题讲解计算机组成原理课后习题讲解Chp1 计算机系统概论计算机系统概论【1、2】计算机硬件由哪几部分组成?各部分得作计算机硬件由哪几部分组成?各部分得作用就是什么?各部分之间怎样联系得?用就是什么?各部分之间怎样联系得?解答解答:计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、输入输出设备五个部分。运算器对数据进行算术输入输出设备五个部分。运算器对数据进行算术和逻辑运算和逻辑运算;控制器发布控制信号控制器发布控制信号,指挥各部件协指挥各部件协同工作同工作,实现计算机本身运行过程得自动化实现计算机本身运行过程得自动化;存储存储器保存程序和数据器保存
2、程序和数据;输入输出设备完成系统和外输入输出设备完成系统和外界设备得信息交换。各部分通过总线联系。界设备得信息交换。各部分通过总线联系。P22Chp1 计算机系统概论计算机系统概论【1、9】冯冯诺依曼结构得特点就是什么?诺依曼结构得特点就是什么?解答解答:冯冯诺依曼结构特点如下诺依曼结构特点如下:1、计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和、计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。输出设备五部分组成。2、采用存储程序得方式、采用存储程序得方式,程序和数据放在同一存储器程序和数据放在同一存储器中。中。3、数据以二进制码表示。、数据以二进制码表示。4、指令由操作码和地址码组
3、成。、指令由操作码和地址码组成。5、指令在存储器中按执行顺序存放。、指令在存储器中按执行顺序存放。6、机器以运算器为中心、机器以运算器为中心,数据传送都经过运算器。数据传送都经过运算器。P23第三章第三章 运算方法和运算部件运算方法和运算部件Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、8】十进制数十进制数X=(+128、75)2-10P112(1)若若(Y)2=(X)10,用定点数表示用定点数表示Y得值。得值。(2)设用设用21个二进制位表示浮点数个二进制位表示浮点数,阶码用阶码用5位位,其中阶其中阶符符1位位;尾数用尾数用16位位,其中符号用其中符号用1位位,阶码得基数为阶码得基数为
4、2,写写出阶码和尾数均用原码表示得出阶码和尾数均用原码表示得Y得机器数。得机器数。(3)写出阶码和尾数均用反码表示写出阶码和尾数均用反码表示Y得机器数。得机器数。(4)写出阶码和尾数均用补码表示写出阶码和尾数均用补码表示Y得机器数。得机器数。Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件解答解答:(1)X=(+128、75)2-10转二进制转二进制:整数部分整数部分:128=27即即(10000000)2;小数部分小数部分:0、75乘乘2取整得取整得(0、11)2;最终最终,Y=(10000000、11)22-10=(0、0010000000、11)2(2)100000001100000100
5、1001 b 5 b 15 b21b原码表示原码表示:0 101100000(3)反码表示反码表示:0 11101 100000001100000(4)补码表示补码表示:0 11110 100000001100000Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、18】用原码一位乘计算用原码一位乘计算X=0、1101,Y=-0、1011 得积得积X*Y。P113解答解答:X原原=0、1101;Y原原=0、1011部分积单元部分积单元乘数单元乘数单元 0 0.0 0 0 0 1 0 1 1 +0 0.1 1 0 1 0 0.1 1 0 1 0 0.0 1 1 0 1 1 0 1 +0 0.1
6、 1 0 1 0 1.0 0 1 1 0 0.1 0 0 1 1 1 1 0 +0 0.0 0 0 0 部分积单元部分积单元乘数单元乘数单元 0 0.1 0 0 1 0 0.0 1 0 0 1 1 1 1 +0 0.1 1 0 1 0 1.0 0 0 1 0 0.1 0 0 0 1 1 1 1X Y=1、10001111Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、24】用原码两位乘法求用原码两位乘法求X*Y。已知。已知X=0、1011,Y=0、1101。P113解答解答:X原原=0、1011;Y原原=0、1101;-X补补=1、0101X Y=0、10001111 1 1 1.1 1
7、0 1 1 1 1 1 1 +0 0 0.1 0 1 1 0 0 0.1 0 0 0 1 1 1 1 0 部分积单元部分积单元乘数单元乘数单元 0 0 0.0 0 0 0 1 1 0 1 0 +0 0 0.1 0 1 1 0 0 0.1 0 1 1 0 0 0.0 0 1 0 1 1 1 1 0 +1 1 1.0 1 0 1 1 1 1.0 1 1 1 欠位欠位部分积单元部分积单元乘数单元乘数单元欠位欠位大家有疑问的,可以询问和交流大家有疑问的,可以询问和交流可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点可以互相讨论下,但要小声点Chp3 运算方法和运算部件运算
8、方法和运算部件【3、30】设有设有16个信息位个信息位,如果采用海明校验如果采用海明校验,至少至少需要设置多少个校验位?应放在哪些位置上?若校验需要设置多少个校验位?应放在哪些位置上?若校验结果为结果为 S6S5S4S3S2S1=110010,分析出错情况分析出错情况,并说明并说明如何纠错?如何纠错?P114解答解答:2r-1 k+r r=6数据数据 16位位:D16 D1;校验校验 6位位:P6 P1;海明码海明码 22位位:H22 H1、Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件校验位位置校验位位置:Pi 2 i-1 H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1P4P3
9、P2 P1-H22H21H20H19H18H17H16H15H14P6P5海明码排序海明码排序:H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1D9D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1-H22H21H20H19H18H17H16H15H14-P6D16D15D14D13D12P5D11D10Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件校验位对应校验位对应:海明码海明码数据数据/校验校验校验位号校验位号H1P11H2P22H3D11+2H4P34H5D21+4H6D32+4H7D41+2+4H8P48H9D51+8H10D62+8海明码海明码数据数据/校验校验校验位号校
10、验位号H11D71+2+8H12D84+8H13D91+4+8H14D102+4+8H15D111+2+4+8H16P516H17D121+16H18D132+16H19D141+2+16H20D154+16H21D161+4+16H22P622Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件分组偶校验分组偶校验:组号组号偶校验结果偶校验结果1S1=P1D1D2D4D5D7 D9 D11 D12 D14 D162S2=P2D1D3D4D6D7 D10 D11 D13 D143S3=P3D2D3D4D8 D9 D10 D11 D15 D164S4=P4D5D6D7D8 D9 D10 D115S5=
11、P5 D12 D13 D14 D15 D166S6=P6 P5P4P3P2P1 D16 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8D7D6D5D4 D3D2D1Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件S6 S5 S4 S3 S2 S1=1 1 0 0 1 0P5 D12 D13 D14 D15 D16P2 D1 D3 D4 D6 D7 D10 D11 D13 D14出错数据位出错数据位:D13Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件校验纠错电路校验纠错电路:Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件【3、35】(补充题补充题)对对4位有效信息位有效信息(1100
12、)求循环校验求循环校验码码,选择生成多项式选择生成多项式G(x)=x3+x2+1。若接收到得有效。若接收到得有效数据为数据为1101,说明说明CRC就是如何查错和纠错得?就是如何查错和纠错得?P114解答解答:M(x)=1100 M(x)x3=1100000 G(x)=1101 M(x)x3/G(x)=1001+101/1101 循环校验码循环校验码:M(x)x3+R(x)=1100101Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件出错模式出错模式(G(x)=1101):A1A2A3A4A5A6A7余数余数出错位出错位正确正确1100101000错误错误1100100001A71100111
13、010A61100001100A51101101101A41110101111A31000101011A20100101110A1Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件查错与纠错查错与纠错:(1)假设只有一位出错假设只有一位出错,则错误得则错误得CRC码为码为,系统做如下系统做如下处理处理:1101101/1101=101,查到为查到为A4位出错位出错;CRC码循环左移码循环左移,同时余数做如下变化同时余数做如下变化:101111011110,共移共移3次次;A1位与位与1异或异或;CRC码继续循环左移码继续循环左移,同时余数做如下变化同时余数做如下变化:110001010100101
14、,共移共移4次次,得到正确码。得到正确码。Chp3 运算方法和运算部件运算方法和运算部件(2)不限出错位数不限出错位数,则则4位得位得G(X)只能实现差错只能实现差错,但无但无法纠错。法纠错。若余数为若余数为000,则则CRC码正确。码正确。若余数不为若余数不为000,则则CRC码错误。码错误。3位余数只剩位余数只剩7个不同组合个不同组合,而出错情况多达而出错情况多达98种。无种。无法区分出错得情况法区分出错得情况,也即无法纠错。也即无法纠错。第四章第四章 主存主存储器器Chp4 主存储器主存储器【4、5】有一个有一个512K16得存储器得存储器,由由64K1得得RAM芯片组成芯片组成(芯片内
15、就是芯片内就是4个个128128结构结构),问问:P136(1)总共需要多少个总共需要多少个RAM芯片?芯片?(2)采用分散刷新方式采用分散刷新方式,如单元刷新间隔不超过如单元刷新间隔不超过2ms,则则刷新信号得周期就是多少?刷新信号得周期就是多少?(3)如果采用集中式刷新方式如果采用集中式刷新方式,设读设读/写周期写周期T=0、1us,储存器刷新一遍最少用多少时间?储存器刷新一遍最少用多少时间?Chp4 主存储器主存储器解解:(1)总共需要总共需要512K16/64K1=128片。片。(2)刷新中得几个时间概念刷新中得几个时间概念:刷新周期、集中式刷新得刷新周期、集中式刷新得刷新时间、刷新信
16、号周期、读写周期。刷新时间、刷新信号周期、读写周期。分散分散(非集中非集中)刷新包括分散式刷新和分布式刷新刷新包括分散式刷新和分布式刷新两种情况。两种情况。Chp4 主存储器主存储器分散式刷新分散式刷新:刷新信号周期刷新信号周期=等于读写周期等于读写周期;刷新周期刷新周期=阵列行数阵列行数 读写周期读写周期=128读写周期读写周期;W/RW/R REFREF W/RW/R REFREFW/RW/R REFREFChp4 主存储器主存储器分布式刷新分布式刷新:刷新信号周期刷新信号周期=刷新周期刷新周期/阵列行数阵列行数=2ms/12815、6us 阵列阵列128行即行即128段段,每段末尾占用一
17、个读写周期每段末尾占用一个读写周期对该行进行刷新。对该行进行刷新。综合分散与分布得到信号周期综合分散与分布得到信号周期15、6usChp4 主存储器主存储器集中式刷新集中式刷新:刷新信号周期刷新信号周期=读写周期读写周期;刷新时间刷新时间=阵列行数阵列行数读写周期读写周期=1280、1us=12、8us;刷新周期刷新周期=读写时间读写时间+刷新时间。刷新时间。tCtCtCtCtCtCtCChp4 主存储器主存储器【4、6】机器有一个地址空间为机器有一个地址空间为0000H1FFFH得得ROM区域区域,现在再用现在再用RAM芯片芯片(8K4)形成一个形成一个16K8得得RAM区域区域,起始地址为
18、起始地址为2000H,假设假设RAM芯芯片有片有CS和和WE信号控制端信号控制端,CPU地址总线为地址总线为A15A0,数据总线为数据总线为D7D0,控制信号为控制信号为R/W,MREQ。要求。要求画出逻辑图。画出逻辑图。P136Chp4 主存储器主存储器解解:数据总线数据总线D7D0 储存区域数据宽度为储存区域数据宽度为8;ROM:0000H1FFFH 单元数单元数:213=8K 容量容量:8K8;RAM:容量容量:16K8 需要需要4片片8K4芯片进行综芯片进行综 合扩合扩展展;地址分配地址分配:片内片内A12A0,片选片选A15A13ROM:地址范围地址范围:0000H1FFFH RAM
19、(12#):地址范围地址范围:2000H3FFFHRAM(34#):地址范围地址范围:4000H5FFFHChp4 主存储器主存储器片选方式片选方式:方式一方式一:A15A13接接3:8译码器输入。译码器输入。方式二方式二:A14、A13接接2:4译码器输入译码器输入,A15接地。接地。方式三方式三:A15A13分别接每组芯片得分别接每组芯片得CS端端,此种方此种方式会造成地址不连续。式会造成地址不连续。作图作图:参见参见 P440(方式一方式一)。Chp4 主存储器主存储器Chp4 主存储器主存储器【4、12】设某主存储器访问一次存储器得时间如下设某主存储器访问一次存储器得时间如下:传送地址
20、传送地址1个时钟周期个时钟周期,读读/写写4个时钟周期个时钟周期,数据传送数据传送1个时钟周期个时钟周期,采用下述采用下述3种主存结构读取种主存结构读取16个字得数个字得数据块据块,各需多少时钟周期?各需多少时钟周期?P137(1)单自宽主存单自宽主存,一次只能读一次只能读/写写1个字。个字。(2)4字宽主存字宽主存,一次可读写一次可读写4个字个字,但但CPU与主存得数与主存得数据传送宽度为据传送宽度为1个字。个字。(3)4体交叉存储器体交叉存储器,每个存储器为单自宽。每个存储器为单自宽。【4、7】SRAM和和DRAM得主要差别就是什么?得主要差别就是什么?(略略)Chp4 主存储器主存储器解
21、解:即本题中即本题中,一个存储周期为一个存储周期为1+4+1=6T。即连续。即连续两次读写间隔至少保持两次读写间隔至少保持6个个T。存储周期存储周期:连续启动两次独立得存储器操作所需连续启动两次独立得存储器操作所需间隔得间隔得最小时间最小时间。存储器在读存储器在读/写操作时写操作时,不允许改变数据地址。不允许改变数据地址。Chp4 主存储器主存储器(1)操作方式为操作方式为:T T T TTT传送地址传送地址读写操作读写操作传送数据传送数据12T T T TTT5T正确操作方式为正确操作方式为:T T T TTT12T T T TTT6T需要周期需要周期:166T=96TChp4 主存储器主存
22、储器(2)操作方式为操作方式为:T T T TTT传送地址传送地址读写操作读写操作传送数据传送数据145TT T T58T T T TTT T T T正确操作方式为正确操作方式为:T T T TTT T T TT T T TTT T T TT T T TTT T T TT T T TTT T T T145891213166T6T6T9T需要周期需要周期:36T+9T=27 TChp4 主存储器主存储器(3)单自宽单自宽4体交叉存储体交叉存储:需要周期需要周期=T+(m-1)=(m+3)t/4=(16+3)6T/4=28、5Tt原因原因:=t/4=1、5T不就是一个整周期。不就是一个整周期。而题
23、中将一个存储周而题中将一个存储周期分为了期分为了6个整周期个整周期T。Chp4 主存储器主存储器正确方法正确方法:多体交叉存储器特征多体交叉存储器特征:每个模块都有独立得读写控制电路、地址寄存器每个模块都有独立得读写控制电路、地址寄存器和数据寄存器和数据寄存器,各自以等同方式与各自以等同方式与CPU传送信息。传送信息。1、CPU将地址送达将地址送达1个模块个模块,即被该模块得即被该模块得AR读取读取,此后可以继续送出第二个地址到下一个模块。此后可以继续送出第二个地址到下一个模块。注意注意:2、每个模块单独得存储周期仍就是、每个模块单独得存储周期仍就是6T,即每个模块中即每个模块中两个字得存储间
24、隔至少保持两个字得存储间隔至少保持6T。Chp4 主存储器主存储器T T T TTT1T T T TTT2T T T TTT3T T T TTT4T T T TTT5T T T TTT6T T T TTT7T T T TTT8T T T TTT9T T T TTT10T T T TTT11T T T TTT12T T T TTT13T T T TTT14T T T TTT15T T T TTT16M0M1M3M4M0M1M3M4M0M1M3M4M0M1M3M46T6T6T9T需要周期需要周期:36T+9T=27 TChp4 主存储器主存储器【4、14】补充作业补充作业:CPU有有16根地址线、
25、根地址线、16根数据线根数据线,MREQ为为访存信号访存信号,W/R为读写控制信号。现有为读写控制信号。现有ROM芯芯片两种片两种(2K8、8K4)、RAM芯片三种芯片三种(1K4、2K8、8K8)。请选择合适得芯片设计主存。请选择合适得芯片设计主存,要要求求000H7FFH为系统区为系统区,800H 17FFH 为用户区为用户区,画出逻辑图。画出逻辑图。Chp4 主存储器主存储器解解:CPU16根数据线根数据线字长字长16位位;系统区系统区:000H7FFH 空间大小空间大小21116=2K16。选用选用2K8芯片芯片,需需2片。片。用户区用户区:800H 17FFH 区间容量区间容量:17
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