计算机组成原理重点整理(白中英版) 考试必备

一、浮点存储：1．若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)16，求其浮点数的十进制数值。

解：将16进制数展开后，可得二制数格式为0 100 00010011 0110 0000 0000 00000000S 阶码(8位) 尾数(23位)指数e=阶码-127=10000010-01111111=00000011=(3)10包括隐藏位1的尾数1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011于是有x=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)10 2.将数(20.59375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。

解:首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：20.59375=10100.10011然后移动小数点，使其在第1，2位之间10100.10011=1.010010011×24e=4于是得到：S=0, E=4+127=131, M=010010011最后得到32位浮点数的二进制存储格式为：01000001101001001100000000000000=(41A4C000)163.假设由S,E,M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化浮点数ｘ,真值表示为（非IEEE754标准）：ｘ＝(－1)s×(1.M)×2E128问：它所表示的规格化的最大正数、最小正数、最大负数、最小负数是多少？(1)最大正数0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111ｘ＝[1＋(1－2-23)]×2127(2)最小正数000 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝1.0×2128(3)最小负数111 111 111111 111 111 111 111 111 111 11ｘ＝－[1＋(1－223)]×2127(4)最大负数100 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝－1.0×21284.用源码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算xXy。

（1）x=11000 y=11111 (2) x=-01011 y=11001（1）原码阵列x = 0.11011, y = -0.11111符号位: x0⊕y0 = 0⊕1 = 1[x] = 11011, [y] = 11111[x*y]= 1，11 0100 0101带求补器的补码阵列[x]补= 0 11011, [y]补= 1 00001乘积符号位单独运算0⊕1＝1尾数部分算前求补输出│X│＝11011，│y│＝11111X×Y＝-0.1101000101(2) 原码阵列x = -0.11111, y = -0.11011符号位: x0⊕y0 = 1⊕1 = 0[x]补 = 11111, [y]补 = 11011[x*y]补 = 0,11010,00101带求补器的补码阵列[x]补= 1 00001, [y]补= 1 00101乘积符号位单独运算1⊕1＝0尾数部分算前求补输出│X│＝11111，│y│＝11011X×Y＝0.11010001015. 计算浮点数x+y、x-yx = 2-101*(-0.010110), y = 2-100*0.010110[x]= 11011,-0.010110[y]= 11100,0.010110Ex-Ey = 11011+00100 = 11111规格化处理: 0.101100 阶码11010x+y= 0.101100*2-6规格化处理: 1.011111 阶码11100x-y=-0.100001*2-46.设过程段S i所需的时间为τi,缓冲寄存器的延时为τl,线性流水线的时钟周期定义为τ＝max{τi}＋τl＝τm＋τl流水线处理的频率为f＝1/τ。

●一个具有k 级过程段的流水线处理n 个任务需要的时钟周期数为T k＝k＋(n－1)，所需要的时间为：T＝T k×τ而同时，顺序完成的时间为：T＝n×k×τ●k级线性流水线的加速比：*C k = TL n·kTk k＋(n－1)二、内部存储器*闪存：高性能、低功耗、高可靠性以及移动性编程操作：实际上是写操作。

所有存储元的原始状态均处“1”状态，这是因为擦除操作时控制栅不加正电压。

编程操作的目的是为存储元的浮空栅补充电子，从而使存储元改写成“0”状态。

如果某存储元仍保持“1”状态，则控制栅就不加正电压。

如图(a)表示编程操作时存储元写0、写1的情况。

实际上编程时只写0，不写1，因为存储元擦除后原始状态全为1。

要写0，就是要在控制栅C上加正电压。

一旦存储元被编程，存储的数据可保持100年之久而无需外电源。

读取操作：控制栅加上正电压。

浮空栅上的负电荷量将决定是否可以开启MOS晶体管。

如果存储元原存1，可认为浮空栅不带负电，控制栅上的正电压足以开启晶体管。

如果存储元原存0，可认为浮空栅带负电，控制栅上的正电压不足以克服浮动栅上的负电量，晶体管不能开启导通。

当MOS晶体管开启导通时，电源VD提供从漏极D到源极S的电流。

读出电路检测到有电流，表示存储元中存1，若读出电路检测到无电流，表示存储元中存0，如图(b)所示。

擦除操作：所有的存储元中浮空栅上的负电荷要全部洩放出去。

为此晶体管源极S加上正电压，这与编程操作正好相反，见图(c)所示。

源极S上的正电压吸收浮空栅中的电子，从而使全部存储元变成1状态。

*cache：设存储器容量为32字，字长64位，模块数m=4，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。

存储周期T=200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期=50ns。

若连续读出4个字，问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少?解：顺序存储器和交叉存储器连续读出m=4个字的信息总量都是：q=64b×4=256b顺序存储器和交叉存储器连续读出4个字所需的时间分别是：t2=mT=4×200ns=800ns=8×10-7st1=T+(m-1)=200ns+350ns=350ns=35×10-7s顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是：W2=q/t2=256b÷(8×10-7)s=320Mb/sW1=q/t1=256b÷(35×10-7)s=730Mb/s*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/主存系统的效率和平均访问时间。

解：h=Nc/（Nc+Nm）=1900/(1900+100)=0.95r=tm/tc=250ns/50ns=5e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)×0.95=83.3%ta=tc/e=50ns/0.833=60ns*存储器：已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256K×16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1）每个模块板为1024K×64位，共需几个模块板？（2）个模块板内共有多少DRAM芯片?（3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？(1)个模块64264*264*262026==(2)1616*2*264*281020=每个模块要16个DRAM芯片(3)64*16 = 1024块由高位地址选模块*用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。

(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。

试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：(1)根据题意，存储总容量为64KB，故地址总线需16位。

现使用16K*8位DRAM芯片，共需16片。

芯片本身地址线占14位，所以采用位并联与地址串联相结合的方法来组成整个存储器，其组成逻辑图如图所示，其中使用一片2：4译码器。

(2)根据已知条件，CPU在1us内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us，如果采用集中刷新，有64us的死时间，肯定不行如果采用分散刷新，则每1us只能访存一次，也不行所以采用异步式刷新方式。

假定16K*1位的DRAM芯片用128*128矩阵存储元构成，刷新时只对128行进行异步方式刷新，则刷新间隔为2ms/128 = 15.6us，可取刷新信号周期15us。

刷新一遍所用时间＝15us×128＝1.92ms1 1 0 1 1* 1 1 1 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 11 1 1 1 1*1 1 0 1 11 1 1 1 11 1 1 1 10 0 0 0 01 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 11 1 1 1 1*1 1 0 1 11 1 1 1 11 1 1 1 10 0 0 0 01 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1x+y 1 1. 1 1 0 1 0 1+ 0 0. 0 1 0 1 1 00 0. 0 0 1 0 1 1x-y 1 1.1 1 0 1 0 1+ 1 1.1 0 1 0 1 01 1.0 1 1 1 1 11 1 0 1 1* 1 1 1 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1三、指令系统*某计算机字长16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有40条指令，试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。

解：40条指令需占用操作码字段（OP）6位，这样指令余下长度为10位。

为了覆盖主存640K字的地址空间，设寻址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：寻址模式定义如下：X= 0 0 直接寻址有效地址E=D（直接寻址为256个存储单元）X= 0 1 立即寻址D字段为操作数X= 1 0 变址寻址有效地址E= (RX)＋D （可寻址64K个存储单元）X= 1 1 相对寻址有效地址E=（PC）＋D （可寻址64K个存储单元）其中RX为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位），在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。