1《计算机组成原理》作业一解答

作业一解答一、名词解释：地址：寻址存储器中存储单元的二进制编号。字长：计算机（或CPU）并行处理的数据字的位数。二、简答题：说明软件与硬件的逻辑等价性。答案：计算机的逻辑功能可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；计算机指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。对于某一具体功能采用硬件方案还是软件方案，取决于器件价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期等因素。简述计算机系统的多级层次结构，为什么会形成这种多级层次结构？答案：计算机系统通常由微程序级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级组成的多层次结构。形成这种结构的原因主要有两个方面：这种多层次结构是人们对于计算机一种深入的、本质的认识和应用，是人们对于计算机系统在不同层次上进行一种抽象的思维；这种多层次结构解决了计算机功能扩展问题，抽象数据结构的层次越高计算机系统的复用性越好、通用性越强。作业二解答一、已知x=11011，y=－10101，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出。答案：[x]补=0011011（或011011），[y]补=1101011（或101011）[x]补0011011+[y]补1101011[x+y]补10000110双符号位相同，无溢出，x+y=110二、已知x=11011,y=－10011，用变形补码计算x－y，同时指出结果是否溢出。答案：[x]补=0011011（或011011），[y]补=1101101（或101101）[-y]补=0010011（或010011）[x]补0011011+[-y]补0010011[x-y]补0101110双符号位不同，结果溢出。三、已知x=0.11011，y=－0.11111，用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算x×y。答案：[x]原=011011，[y]原=111111[x]补=011011，[y]补=100001符号位=0⊕1=1，符号位=0⊕1=1，[x]补、[y]补算前求补：|x|=11011，|y|=11111|x|=11011，|y|=11111无符号阵列乘法：11011无符号阵列乘法：11011×11111×111111101111011110111101111011110111101111011+11011+1101111010001011101000101乘积符号位是1，则：乘积符号位是1，算后求补：[x×y]原=11101000101[x×y]补=10010111011作业三解答一、利用181和182芯片，画出32位的三级先行进位逻辑结构。答案：二、简述定点运算器的功能与主要组成部件。答案：运算器的主要功能是实现对数据执行加、减、乘、除等算术运算和进行与、或、非、移位等逻辑运算。定点运算器主要包括ALU、阵列乘除器、寄存器、多路开关、三态缓冲器、数据总线（数据通路）等逻辑部件。作业四解答一、有一个1024K×32位的存储器，由128K×8位的DRAM芯片构成，问：（1）总共需要多少DRAM芯片？（2）设计此存储体组成框图。（3）采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过8ms，刷新信号周期是多少？答案：（1）片328*12832*1024KK（2）逻辑结构图中标注情况：芯片内寻址地址线（A16~A0，单向），数据线（D31~D0，双向），WE#信号线，R/W#信号线，芯片选择地址线（A19~A17），片选控制信号为MREQ#，片选信号产生电路（3-8译码器），CE#信号线。（3）如果选择一个行地址进行刷新，刷新地址为A0-A8，因此这一行上的2048个存储单元同时进行刷新，即在8ms内进行512个刷新周期。采用异步刷新方式：刷新周期=8ms/512=15.5us。作业五解答一、16位机指令格式如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。15107430OP目标寄存器源寄存器解答：单字长、双操作数指令；RR型指令；操作码字段有6位，所以最多可能有26=64条不同指令；寄存器位都是4位，所以每种寄存器最多有24=16个。二、16位机指令格式如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。15107430OP源寄存器变址寄存器偏移量（16位）解答：双字长二地址指令，可表示26=64条指令；双操作数，可构成RS型指令，其中R由源寄存器确定，可表示24=16个寄存器；S采用变址寻址，访存地址范围216=64K。三、16位机指令格式如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。1512119865320OP寻址方式寄存器寻址方式寄存器源地址目标地址解答：操作码：单字长二地址指令，可表示24=16条指令；操作数：双操作数，可构成RR型与RS型指令，可表示24=16个寄存器，其中，源操作数和目标操作数都可以提供寄存器寻址、寄存器间接寻址等多种寻址方式。补充、16位机指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。3125242320190OPI目标寄存器20位地址解答：操作码：双字长指令，可表示27=128条指令；操作数：双操作数，可构成RS型指令，R由目标寄存器确定，可表示24=16个寄存器，S直接由20位给出物理地址，I表示有直接、间接寻址方式，访存地址范围220=1M。作业六解答一、在单总线CPU结构中试写出读存储器数据到寄存器的指令LOADR0，mem（其中mem为内存地址值）的读取和执行流程以及各执行步骤所需的操作控制信号。解答：指令流程；控制信号（1）PC→MAR，读；PCout、MARin、MemRead（2）PC+1→PC；PC+1（3）DBUS→MDR→IR或：DBUS→MDR，MDR→IR；MDRout、IRin（4）IR（地址段）→MAR，读；IRout、MARin、MemRead（5）DBUS→MDR→R0或：DBUS→MDR，MDR→R0；MDRout、R0in二、在单总线CPU结构中试写出加法指令ADDR0，（R1）的读取和执行流程以及各执行步骤所需的操作控制信号。其中R0表示目的寻址为寄存器寻址；（R1）表示源寻址为寄存器间接寻址。解答：指令流程；控制信号（1）PC→MAR，读；PCout、MARin、MemRead（2）PC+1→PC；PC+1（3）DBUS→MDR→IR或：DBUS→MDR，MDR→IR；MDRout、IRin（4）R1→MAR，读；R1out、MARin（5）DBUS→MDR→Y或：DBUS→MDR，MDR→Y；MDRout、Yin（6）R0+Y→Z；R0out、Yout、Zin、ADD（7）Z→R0；Zout、R0in