组成原理大题

第二章
2
3补码加法基本公式：[x]补+ [y]补= [x+y]补补码规则：正数的补码等于原码，负数的补码等于反码加1。

反码：正数的反码等于原码，负数的反码等于除符号位外其余二进制数码0变成1，1变成0。

4补码减法基本公式：[x]补- [y]补＝[x]补+ [-y]补
对[ｙ]补“包括符号位求反且最末位加1”,即可得到[－ｙ]补
5溢出：在定点数机器中,数的大小超出了定点数能表示的范围，叫溢出。

2）在定点整数机（8位）中数的表示范围是-128<x<127，如果运算过程中出现了大于127或者小于－128的情况。

例如：ｘ＝+1110001 ｙ＝+0110010 求x+y？
[解:][ｘ]补＝01110001 [ｙ]补＝00110010
[ｘ]补01110001
＋[ｙ]补00110010
[ｘ＋ｙ]补10100011
※两个正数相加的结果成为负数,这显然是错误的。

7带符号的并行乘法
[例] 设ｘ＝(+15)10,ｙ＝(-13)10,用原码阵列乘法器求出乘积ｘ·ｙ＝？
输出为11000011，加符号位1，得到：
[x·y]原=111000011, 真值为：(-195)
10
8逻辑运算
逻辑非也称求反例: ｘ1＝01001011,ｘ1＝10110100
逻辑加运算:按位求它们的“或”,又称逻辑或,记号“V”或“＋”
例：ｘ＝10100001,ｙ＝10011011, 求ｘ+ｙ。

1 0 1 0 0 0 0 1 ｘ
+ 1 0 0 1 1 0 1 1 ｙ
1 0 1 1 1 0 1 1 ｚ
即：ｘ+ｙ＝10111011
逻辑乘运算
对两数进行逻辑乘,就是按位求它们的“与”,所以逻辑乘又称“逻辑与”,常用记号“∧”或“·”来表示。

例：ｘ＝10111001,ｙ＝11110011,求ｘ·ｙ
1 0 1 1 1 0 0 1 ｘ
· 1 1 1 1 0 0 1 1 ｙ
1 0 1 1 0 0 0 1 ｚ
即ｘ·ｙ＝10110001
逻辑异运算
对两数进行异就是按位求它们的模2和,所以逻辑异又称“按位加”,常用记号“⊕”表示
例：ｘ＝10101011,ｙ＝11001100,求ｘ⊕ｙ。

1 0 1 0 1 0 1 1 ｘ
⊕ 1 1 0 0 1 1 0 0 ｙ
0 1 1 0 0 1 1 1 ｚ即ｘ⊕ｙ＝01100111
9浮点数运算
浮点数的加减法运算分为六个步骤：
1）0操作数检查
2）比较价码大小并完成对阶
3）尾数进行加减运算
4）结果规格化
5）舍入处理
6）判断结果是否溢出
[例]设ｘ＝2010×0.11011011,ｙ＝2100×(－0.10101100), 求ｘ＋ｙ。

为了便于直观理解,假设两数均以补码表示,阶码和尾数均采用双符号位,则它们的浮点表示分别为
（1）比较价码大小并完成对阶
（2）尾数进行加减运算
（3）结果规格化
尾数运算结果的符号位与最高数值位同值,应执行左规处理，结果为1.00010101(10)，阶码减1，为00 011。

(4) 舍入运算
采用0舍1入法：
11. 0 0 0 1 0 1 0 1(10)＝11. 0 0 0 1 0 1 0 1 + 2-8＝11. 0 0 0 1 0 1 1 0 （5）结果是否溢出
阶码为00 011，阶码的符号位为00，根据补码的双符号检测溢出的方法确定阶码不溢出。

最终结果为：
[x+y]浮＝00 011，11. 0 0 0 1 0 1 1 0
[x+y]浮＝2011×(－0.11101010)
第三章
2Cache的命中率
设Nc表示Cache完成存取的总次数，Nm表示主存完成存取的总次数，h定义为命中率，则有：
若tc表示命中时的Cache访问时间，tm表示未命中时的主存访问时间，则Cache/主存系统的平均访问时间ta为：ta=h×tc+(1-h)×tm
效率：
例：CPU执行一段程序时，Cache完成存取的次数为1900次，主存完成存取的次数为100次，已知Cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns，求Cache/主存系统的平均访问时间和效率
求命中率：
h=Nc/(Nc+Nm)=1900/(1900+100)=0.95
求平均访问时间：
ta=h×tc+(1-h)×tm＝0.95×50+0.05×250＝60ns
求访问效率：
e＝tc/ta＝50/60＝0.833＝83.3％
第4章指令系统
1、某16位机指令格式如下所示，其中OP为操作码，试分析指令格式的特点。

第五章
第六章 总线系统
P185例：
1)某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于一个时钟周期，总线时钟频率为33MHz ，则总线带宽是多少?
2)如果一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟频率提升为66MHz ，则总线带宽是多少?
解：
1)设总线带宽用Dr 表示，总线时钟周期用T=1/f 表示，一个总线周期传送的数据
量用D表示，则
Dr = D/T = D×1/T= D×f =4B×33×1000000/s=132MB/s
2) Dr = D/T = D×1/T= D×f =8B×66×1000000/s=528MB/s
P193例：利用串行方式传送字符，假设数据传送速率是120个字符/秒，每一个字符格式规定包含10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，问传送的波特率是多少？每位占用时间是多少？
由题意波特率为：10位×120/秒=1200波特
每位占用的时间Td是：Td=1/1200=0.833×0.001s=0.833ms
第七章外围设备
P217 例：磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。

存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速2400转/分。

1) 共有多少磁道?
有效存储区域=16.5-11=5.5(cm)
道密度=40道/cm，所以40×5.5=220道，即220个磁道
2) 磁盘组总存储容量是多少?
内层磁道周长为2πR=2×3.14×11=69.08(cm)
每道信息量=400位/cm×69.08cm=27632位=3454B
每面信息量=3454B×220=759880B
盘组总容量=759880B×10=7598800B
3)数据传输率多少?
磁盘数据传输率Dr=rN，N为每条磁道容量为3454B,r为磁盘转速为2400转/60秒=40转/秒
Dr=rN=40×3454B=13816B/s
第八章输入输出系统
P249例：参见前面所示的二维中断系统。

请问：
(1)在中断情况下，CPU和设备的优先级如何考虑?请按降序排列各设备的中断优先级。

答：在中断情况下，CPU的优先级最低。

各设备的优先次序是：A→B→C→D→E→F→G→H→I→CPU。

(2)若CPU现执行设备B的中断服务程序，IM2，IM1，IM0的状态是什么?如果CPU执行设备D的中断服务程序，IM2，IM1，IM0的状态又是什么?
答：执行设备B的中断服务程序时IM2IM1IM0=111；执行设备D的中断服务程序时，IM2IM1IM0=011。

(3)每一级的IM能否对某个优先级的个别设备单独进行屏蔽?如果不能，采取什么办法可达到目的?
答：每一级的IM标志不能对某个优先级的个别设备进行单独屏蔽。

可将接口中的EI(中断允许)标志清“0”，它禁止设备发出中断请求。

P 250
例：参见前面所示的串行排队链构成的单级中断系统，IR1～IR3分别对应设备A，B，C。

假设：
(1)CPU在响应一个新的中断之前，先要让被中断的程序的一条指令一定要执行完毕；
(2)TDC为查询链中每个设备的延迟时间；
(3)TA，TB，TC分别为设备A，B，C的服务程序所需的执行时间；
(4)TS,TR为保存现场和恢复现场所需的时间；
(5)主存工作周期为TM。

试问：就这个中断请求环境来说，系统在什么情况下达到中断饱和?
答：假设执行一条指令的时间为TM。

如果三个设备同时发出中断请求，那么依次分别处理设备A、设备B、设备C的时间如下：
tA = 2TM + TDC + TS + TA + TR
tB = 2TM + 2TDC + TS + TB + TR
tC = 2TM + 3TDC + TS + TC + TR
处理三个设备所需的总时间为：T=tA+tB+tC
T是达到中断饱和的最小时间，即中断极限频率为：f=1/T。