计算机组成原理_第4章作业
计算机组成原理第四章作业答案
第四章作业答案解释概念：主存、辅存，Cache, RAM, SRAM, DRAM, ROM, PROM ,EPROM ,EEPROM CDROM, Flash Memory.解：1主存：主存又称为内存，直接与CPU交换信息。
2辅存：辅存可作为主存的后备存储器，不直接与CPU交换信息，容量比主存大，速度比主存慢。
3 Cache: Cache缓存是为了解决主存和CPU的速度匹配、提高访存速度的一种存储器。
它设在主存和CPU之间，速度比主存快，容量比主存小，存放CPU最近期要用的信息。
4 RAM; RAM是随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出信息又可写入信息。
5 SRAM: 是静态RAM，属于随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出信息又可写入信息。
靠触发器原理存储信息，只要不掉电，信息就不会丢失。
6 DRAM 是动态RAM，属于随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出信息又可写入信息。
靠电容存储电荷原理存储信息，即使电源不掉电，由于电容要放电，信息就会丢失，故需再生。
7 ROM: 是只读存储器，在程序执行过程中只能读出信息，不能写入信息。
8 PROM: 是可一次性编程的只读存储器。
9 EPROM 是可擦洗的只读存储器，可多次编程。
10 EEPROM: 即电可改写型只读存储器，可多次编程。
11 CDROM 即只读型光盘存储器。
12 Flash Memory 即可擦写、非易失性的存储器。
存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。
Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。
主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
计算机组成原理习题答案第四章.
1.指令长度和机器字长有什么关系?半字长指令、单字长指令、双字长指令分别表示什么意思?解:指令长度与机器字长没有固定的关系,指令长度可以等于机器字长,也可以大于或小于机器字长。
通常,把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令;指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令;指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。
2.零地址指令的操作数来自哪里?一地址指令中,另一个操作数的地址通常可采用什么寻址方式获得?各举一例说明。
解:双操作数的零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和次栈顶。
双操作数的一地址指令的另一个操作数通常可采用隐含寻址方式获得,即将另一操作数预先存放在累加器中。
例如,前述零地址和一地址的加法指令。
3.某机为定长指令字结构,指令长度16位;每个操作数的地址码长6位,指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。
若双操作数指令已有K 种,无操作数指令已有L种,问单操作数指令最多可能有多少种?上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少?解:X =(24-K×26-jL26k双操作数指令的最大指令数:24-1。
单操作数指令的最大指令数:15×2 6-1(假设双操作数指令仅1条,为无操作数指令留出1个扩展窗口。
无操作数指令的最大指令数:216-212-26。
其中212为表示某条二地址指令占用的编码数,26为表示某条单地址指令占用的编码数。
此时双操作数和单操作数指令各仅有1条。
4.设某机为定长指令字结构,指令长度12位,每个地址码占3位,试提出一种分配方案,使该指令系统包含:4条三地址指令,8条二地址指令,180条单地址指令。
解:4条三地址指令000XXX YYY ZZZ…011XXX YYY ZZZ8条二地址指令100000XXX YYY…100111XXX YYY180条单地址指令…5.指令格式同上题,能否构成:三地址指令4条,单地址指令255条,零地址指令64条?为什么?解:三地址指令4条000XXX YYY ZZZ…011XXX YYY ZZZ单地址指令255条…只能再扩展出零地址指令8条,所以不能构成这样的指令系统。
计算机组成原理第五版 白中英(详细)第4章习题参考答案
第4章习题参考答案1．ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？答：不合理。
指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。
一个字符的ASCII 是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。
2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。
答：字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。
双操作数指令单操作数指令无操作数指令3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1) 单字长二地址指令。
(2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。
(3) 源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是RR型指令，即两个操作数均在寄存器中。
(4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。
4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
15 10 9 8 7 4 3 0答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)双字长二地址指令，用于访问存储器。
(2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。
(3)RS型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数在主存中。
有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。
5．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)该指令为单字长双操作数指令，源操作数和目的操作数均由寻址方式和寄存器构成，寄存器均有8个，寻址方式均有8种。
根据寻址方式的不同，指令可以是RR型、RS型、也可以是SS型；(2)因为OP为4位，所以最多可以有16种操作。
计算机组成原理第4章习题参考答案
第4章 数值的机器运算4-2．某加法器采用组内并行，组间并行的进位链，4位一组，写出进位信号C6逻辑表达式。
[解] 组间并行的进位链，产生的最低一组的进位输出为：C4=G1*+P1*C0 （其中：G1*=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1；P1*=P4P3P2P1）然后在组内产生进位信号C6：C6=G6+P6C5=G6+P6G5+P6P5C44-4．已知X和Y，使用它们的变形补码计算出X+Y，并指出结果是否溢出。
（1）X=0.11011，Y=0.11111（2）X=0.11011，Y=-0.10101（3）X=-0.10110，Y=-0.00001（4）X=-0.11011，Y=0.11110[解]（1）[X]补=0.11011，[Y]补=0.1111100.11011 [X]补+00.11111 [Y]补01.11010 [X+Y]补 结果正溢出！（2）[X]补=0.11011，[Y]补=1.0101100.11011 [X]补+11.01011 [Y]补00.00110 [X+Y]补 结果不溢出！X+Y=0.00110（3）[X]补=1.01010，[Y]补=1.1111111.01010 [X]补+11.11111 [Y]补11.01001 [X+Y]补 结果不溢出！X+Y=-0.10111（4）[X]补=1.00101，[Y]补=0.1111011.00101 [X]补+00.11110 [Y]补00.00011 [X+Y]补 结果不溢出！X+Y=0.000114-5．已知X和Y，使用它们的变形补码计算出X-Y，并指出结果是否溢出。
（1）X=0.11011，Y=-0.11111（2）X=0.10111，Y=0.11011（3）X=0.11011，Y=-0.10011（4）X=-0.10110，Y=-0.00001[解]（1）[X]补=0.11011，[Y]补=1.00001， [-Y]补=0.1111100.11011 [X]补+00.11111 [-Y]补01.11010 [X-Y]补 结果正溢出！（2）[X]补=0.10111，[Y]补=0.11011, [-Y]补=1.0010100.10111 [X]补+11.00101 [-Y]补11.11100 [X-Y]补 结果不溢出！X-Y=11.11100（3）[X]补=0.11011，[Y]补=1.01101, [-Y]补=0.1001100.11011 [X]补+00.10011 [-Y]补01.01110 [X-Y]补 结果正溢出！（4）[X]补=1.01010，[Y]补=1.11111，[-Y]补=0.0000111.01010 [X]补+00.00001 [-Y]补11.01011 [X-Y]补 结果不溢出！X-Y=-0.101014-6．已知：X=0.1011，Y=-0.0101求：[X/2]补 ,[X/4]补 ,[-X]补 ,[Y/2]补 ,[Y/4]补 ,[-Y]补,[2Y]补[解] 由[X]补=0.1011,[Y]补=1.1011 得：[X/2]补=0.0101，[X/4]补=0.0010，[-X]补=1.0101[Y/2]补=1.1101，[Y/4]补=1.1110，[-Y]补=0.0101，[2Y]补=1.01104-7. 设下列数据长8位，包括一位符号位，采用补码表示，分别写出每个数右移或左移两位之后的结果（1）0.1100100 (2) 1.0011001 (3) 1.1100110 （4）1.0000111[解] （1）右移两位后为 0.0011001 左移两位后为1.0010000（溢出）或0.0010000 （2）右移两位后为 1.1100110 左移两位后为0.1100100（溢出）或1.1100100（3）右移两位后为1.1111001 左移两位后为 1.0011000（4）右移两位后为 1.11000001 左移两位后为0.0011100（溢出）或1.00111004-8．分别用原码乘法和补码乘法计算X×Y.(1) X=0.11011,Y=－0.11111(2) X=－0.11010,Y=－0.01110[解]原码乘法：（1）|X|=0.11011 → B, |Y|=0.11111 →C，0→A5=1，+ |X|00.1101100.01101 1 0 1 1 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.0100000.10100 0 1 0 1 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.0111100.10111 1 0 1 0 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.1001000.11001 0 1 0 1 0 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.1010000.11010 0 0 1 0 1 0 部分积右移1位所以， |X×Y|=0.1101000101X×Y=-0.1101000101（2） |X|=0.11010 → B， |Y|=0.01110 → C， 0→A5=0，+ 000.0000000.00000 0 0 0 1 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|00.1101000.01101 0 0 0 0 1 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.0011100.10011 1 0 0 0 0 1 部分积右移1位5=1，+ |X|01.0110100.10110 1 1 0 0 0 0 部分积右移1位5=0，+ 000.1011000.01011 0 1 1 0 0 0 部分积右移1位所以, |X×Y|=0.010*******X×Y=+0.010*******补码乘法：（1）[X]补=0.11011 → B, [Y]补=1.00001 → C， 0 → A[-X]补说明 + [-X]补5C 6=10，+ [-X]补11.0010111.10010 1 1 0 0 0 0 1 部分积右移1位+ [X]补5C 6=01，+ [X]补00.0110100.00110 1 1 1 0 0 0 0 部分积右移1位5C 6=00，+ 000.0011000.00011 0 1 1 1 0 0 0 部分积右移1位5C 6=00，+ 000.0001100.00001 1 0 1 1 1 0 0 部分积右移1位5C 6=00，+ 000.0000100.00000 1 1 0 1 1 1 0 部分积右移1位+ [-X]补 5C 6=10，+ [-X]补所以， [X×Y]补=1.0010111011X×Y =-0.1101000101（2）[X]补=1.00110 → B， [Y]补=1.10010 → C， 0→A[-X]补说明5C 6=00，+ 01位+ [-X]补 00.11010 C 5C 6=10,+ [-X]补00.1101000.01101 0 0 1 1 0 0 1 部分积右移1位+ [X]补 11.00110 C 5C 6=01，+ [X]补11.1001111.11001 1 0 0 1 1 0 0 部分积右移1位+ 0 00.00000 C 5C 6=00，+ 011.1100111.11100 1 1 0 0 1 1 0 部分积右移1位+ [-X]补 00.11010 C 5C 6=10，+[-X]补00.1011000.01011 0 1 1 0 0 1 1 部分积右移1位+ 0 5C 6=11，+ 000.01011所以， [X×Y]补=0.010*******X×Y = 0.010*******4-10．分别用原码和补码加减交替法计算X/Y 。
计算机组成原理 课堂练习-第四章
一、单项选择题1．下列叙述中( )是正确的。
A．主存可由RAM和ROM组成B主存只能由ROM组成C．主存只能由RAM组成D以上答案都不正确2．和辅存相比，主存的特点是( )。
A．容量小：速度快、成本高B．容量小、速度快、成本低C、容量大、速度快、成本高D容量大、速度快、成本低3．一个16 K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是( )。
A．48 B．46 C．38 D．444．一台计算机有64 MB的主存，字长为4字节，那么在存储器中对单个字寻址需要( )位地址。
A．23 B 24 C 25 D．265．某存储器容量为32 K×16位，则( )A、地址线l6根，数据线32根B、地址线32根，数据线16根C、地址线15根，数据线16根D、地址线16根，数据线16根6．某存储器容量为32K×16位，则( )A．其地址线是16根 B 其地址线数与16无关C．其地址线数与16有关 D 无法确定其地址线与16的关系8．DRAM地扯分两次输入(行选通RAS、列选通CAS)的目的是( )。
A．提高速度B．减少芯片引出线C．刷新D电平需要9．在磁盘存储器中，以下正确的描述是( )。
A．各磁道的位密度相等B．内圈磁道的位密度较大C．外圈磁道的位密度较大D．内外圈磁道的位密度相等位密度是磁道单位长度上的记录的二进制代码的位数，由于每个磁道记录的信息量是相等的，而内圈的长度较短，所以内圈磁道的位密度较大。
10．活动头磁盘存储器的寻道时间通常是指( )。
A．最大寻道时间B．最小寻道时间C．最大寻道时间和最小寻道时间的平均值D．最大寻道时间和最小寻道时间之和11．多体交叉存储器主要解决的问题是( )。
A 扩充主存储器的容量B 提高主存储器数据传输率C．减少主存储器芯片数量 D 简化线路结构12．一个四体并行低位交叉存储器，每个模块的容量是64 K×32位，存取周期为200 ns，在下列说法中( )是正确的。
《计算机组成原理》第四章总线与时序练习题及答案
《计算机组成原理》第四章总线与时序练习题及答案选择题目：1. 当M/IO 0=,RD 0=,WR=1时，CPU 完成的操作是（ c ）。
A. 存储器读操作B. 存储器写操作C. IO 端口读操作D. IO 端口写操作2. 8086CPU 的时钟频率为5MHz ，它的典型总线周期为（ c ）A. 200nsB. 400nsC. 800nsD. 1600ns3. 某微机最大可寻址的内存空间为16MB ，则其系统地址总线至少应有（ D）条。
A. 32B. 16C. 20D. 244. 8086的系统总线中，地址总线和数据总线分别为（ B ）位。
A. 16,16B. 20,16C. 16,8D. 20,205. 8086CPU 一个总线周期可以读（或写）的字节数为（ B ）A. 1个B. 2个C. 1个或2个D. 4个8086有16条数据总路线，一次可以传送16位二进制，即两个字节的数6. 当8086CPU 采样到READY 引脚为低电平时，CPU 将（ B ）A. 执行停机指令B. 插入等待周期C. 执行空操作D. 重新发送地址7. 当8086CPU读写内存的一个对准存放的字时，BHE和A0的状态为（ A ）。
A. 00B. 01C. 10D. 118. 当8086CPU采样到READY引脚为低电平时，CPU将（ B ）A. 执行停机指令B. 插入等待周期C. 执行空操作D. 重新发送地址9. 8086CPU的字数据可以存放在偶地址，也可以存放在奇地址。
下列说法正确的是（ A ）A. 堆栈指针最好指向偶地址B. 堆栈指针最好指向奇地址C. 堆栈指针只能指向偶地址D. 堆栈指针只能指向奇地址10. 8086CPU在进行对外设输出操作时，控制信号M/IO和DT/R状态必须是（D ）A. 0,0B. 0,1C. 1,0D. 1,111. 8086CPU复位时，各内部寄存器复位成初值。
复位后重新启动时，计算机将从内存的（ c ）处开始执行指令。
(完整版)计算机组成原理第4章作业参考答案
第4章部分习题参考答案【4-4】已知X和Y，试用它们的变形补码计算出X + Y，并指出结果是否溢出（3）X = -0.10110，Y = -0.00001解：[X]补= 1.01010 [Y]补= 1.111111 1 . 0 1 0 1 0+ 1 1 . 1 1 1 1 11 1 . 0 1 0 0 1无溢出，X+Y = -0.10111【4-5】已知X和Y，试用它们的变形补码计算出X - Y，并指出结果是否溢出（3）X = 0.11011，Y = -0.10011解：[X]补= 0.11011 [-Y]补= 0.100110 0 . 1 1 0 1 1+ 0 0 . 1 0 0 1 10 1 . 0 1 1 1 0结果正溢【4-8】分别用原码乘法和补码乘法计算X * Y（1）X = 0.11011，Y = -0.11111法一：原码一位乘算法解：|X| = 0.11011→B |Y| = 0.11111→C 0→AA C 说明1 1 1 1 1C5 = 1, +|X|1 1 1 1 1 部分积右移一位→C5 = 1, +|X|0 1 1 1 1 部分积右移一位→C5 = 1, +|X|1 0 1 1 1 部分积右移一位→C5 = 1, +|X|0 1 0 1 1 部分积右移一位→C5 = 1, +|X|0 0 1 0 1 部分积右移一位→|X * Y| = 0.1101000101Ps = Xs ⊕ Ys = 0 ⊕ 1 = 1X*Y = -0.1101000101法二：补码一位乘算法解：[X]补= 0.11011→B [Y]补= 1.00001→C [-X]补= 1.00101 0→AA C 附加说明0 0. 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0+1 1. 0 0 1 0 1 C4C5 = 10 -|X|1 1. 0 0 1 0 11 1. 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 部分积右移一位→+0 0. 1 1 0 1 1 C4C5 = 01 +|X|0 0. 0 1 1 0 10 0. 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 部分积右移一位→+0 0. 0 0 0 0 0 C4C5 = 00 +00 0. 0 0 1 1 00 0. 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 部分积右移一位→+0 0. 0 0 0 0 0 C4C5 = 00 +00 0. 0 0 0 1 10 0. 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 部分积右移一位→+0 0. 0 0 0 0 0 C4C5 = 00 +00 0. 0 0 0 0 10 0. 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 部分积右移一位→+1 1. 0 0 1 0 1 C4C5 = 10 -|X|1 1. 0 0 1 0 1[X*Y]补= 11.0010111011X*Y = -0.1101000101【4-10】计算X/Y（2）X = -0.10101，Y = 0.11011原码恢复余数法：解：|X| = -0.101010→A |Y| = 0.110110→B [-|Y|]补= 1.00101 0→C0 0. 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0+1 1. 0 0 1 0 1 -|Y|1 1. 1 1 0 1 0 <0+0 0. 1 1 0 1 1 +|Y|0 0. 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 商00 1. 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 左移←+1 1. 1 1 0 0 1 -|Y|0 0. 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 >0，商10 0. 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 左移←+1 1. 0 0 1 0 1 -|Y|0 0. 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 >0，商10 0. 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 左移←+1 1. 0 0 1 0 1 -|Y|1 1. 0 1 0 1 1 <0+0 0. 1 1 0 1 1 +|Y|0 0. 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 商00 0. 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 左移←+1 1. 0 0 1 0 1 -|Y|1 1．1 0 0 0 1 <0+0 0. 1 1 0 1 1 +|Y|0 0. 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 商00 0. 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 左移←+1 1. 0 0 1 0 1 -|Y|1 1. 1 1 1 0 1 <0+0 0. 1 1 0 1 1 +|Y|0 0. 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 商0Qs = Xs⊕Ys = 0⊕1 = 1Q = -0.11000，R = 0.11000*2-5【4-11】设浮点数的阶码和尾数部分均用补码表示，按照浮点数的运算规则，计算下列各题（2）X = 2-101*0.101100，Y = 2-100*（-0.101000）解：[X]补= 1011；0.101100[Y]补= 1100；1.011000对阶：△E = Ex – Ey = -5 -（-4）= -1Ex < Ey，将Mx右移一位，Ex+1→Ex[X]’补=1011；0.010110尾数求和：0 0. 0 1 0 1 1 0+1 1. 0 1 1 0 0 01 1. 1 0 1 1 1 0尾数结果规格化：尾数左移1位，阶码减1[X+Y]补＝1011；1.011100X+Y = （-0.100100）*2-101减法算法过程略，X-Y = 0.111110 * 2-100【4-13】用流程图描述浮点除法运算的算法步骤设：被除数X = Mx * 2Ex; 除数Y = My * 2 Ey。
山东大学计算机组成原理第四章作业题及参考答案
第四章部分作业题参考答案4.3 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：1）存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。
2）Cache—主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题，在存储系统中主要对CPU访存起加速作用。
从CPU的角度看，该层次的速度接近于Cache，而容量和每位价格却接近于主存。
这就解决了存储器的高速度和低成本之间的矛盾；主存—辅存层次主要解决存储系统的容量问题，在存储系统中主要起扩容作用。
从程序员的角度看，其所使用的存储器的容量和每位价格接近于辅存，而速度接近于主存。
该层次解决了大容量和低成本之间的矛盾。
3）主存与Cache之间的数据调度是由硬件自动完成的，对程序员是透明的。
而主存—辅存之间的数据调动，是由硬件和操作系统共同完成的。
换言之，即采用虚拟存储技术实现。
4.5 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？答：1）存储器的带宽指单位时间内存储器存取的信息量。
2）存储器带宽= 1/200ns ×32位= 160M位/秒= 20MB/S （此处1M=106 ）4.7 题目略。
解：地址线和数据线的总和= 14 + 32 = 46根各需128、32、32、32、16和8片。
4.8试比较静态RAM和动态RAM。
答案要点：1）静态RAM的特点：依靠双稳态触发器保存信息，不断电信息不丢失；功耗较大，集成度较低，速度快，每位价格高，适合于作Cache或存取速度要求较高的小容量主存。
2）动态RAM的特点：依靠电容存储电荷来保存信息，需刷新电路进行动态刷新；功耗较小，集成度高，每位价格较低，适合于作大容量主存。
4.14 题目略解：1）256KB ；2）8块模板；3）16片；4）128片；5）CPU 通过最高3位地址译码选模板，次高3位地址译码选择模板内芯片。
计算机组成原理第四章要求作业参考答案
习题4 4.1设X=0.1101，Y= -0.0110，求：（1）[X]补（2）[-X]补（3）[2X]补（4）[-2X]补（5）[X/2]补（6）[-X/2]补（7）[Y]补（8）[-Y]补（9）[2Y]补（10）[-2Y]补（11）[Y/2]补（12）[-Y/2]补（13）[-Y/4]补1. （1） [X]补= 0.1101（2） [-X]补= 1.0011（3） [2X]补= 0.1010 溢出（4） [-2X]补= 1.0110 溢出（5）[X/2]补= 0.0110注意：参见P109中的补码算术移位规则，以及P110的例4.4（6）[-X/2]补= 1.1001（7）[Y]补= 1.1010（8） [-Y]补= 0.0110（9） [2Y]补=1.0100（10）[-2Y]补=0.1100（11）[Y/2]补=1.1101（12）[-Y/2]补= 0.0010(13) [-Y/4]补= 0.00014.2 已知X和Y，用变形补码计算X+Y和X-Y，并指出运算结果是否溢出：(1) X=0.11011，Y=0.11111(2) X=-0.1101，Y=0.0110答：.（1）[X]补＝00.11011 [Y]补＝00.11111 [-Y]补＝11.00001[X]补 00.11011+ [Y]补 00.11111 [X+ Y]补 01.11010 [X]补 00.11011 + [-Y]补 11.00001 [X-Y]补 11.11100 S f1与S f2不同，溢出S f1与S f2相同，无溢出所以：[X+Y]补：发生溢出[X－Y]补= 1.11100注意：参见P107中的双符号位判溢方法原理。
（２） [X+Y]补=1.1001[X－Y]补：溢出4.4 使用原码一位乘法计算X*Y ： (1) X=0.11101，Y=0.01111 (2) X=-0.10011，Y=0.11010答： （１）[X]原＝0.11101 [Y]原＝0.01111000s s s P X Y =⊕=⊕=部分积0.00000乘数|Y|操作说明Y 5=1，+|X |0.11101+0.11101右移一位0.011100.11101+1.01011右移一位0.10101Y 2=1，+|X |0.11101+1.10010右移一位0.11001Y 1=0，+00.11101+1.10110右移一位0.11011+0.110110.00000 0011 01 0111011 0111 01101111右移一位Y 4=1，+|X |Y 3=1，+|X |100110.01101[]0.01101100110.0110110011P X Y ∴=∴⨯=+原4.5 使用补码Booth 乘法计算X*Y ： (1) X=0.01111，Y=-0.11101 (2) X=-0.10011，Y=-0.11010答：（１）［X ］补＝00.01111 ［Y ］补＝11.00011 ［-X ］补＝11.10001部分积00.00000乘数Y(Y n Y n+1)操作说明11.10001+11.1000111.1100000.00000+11.1100011.1110000.01111+00.01011右移一位00.0010100.00000+00.00101右移一位00.0001000.00000+00.0001000.0000111.1000111.10010+1.0001101 1.000110 1 1.00011 0 1 1.0001101 1.00Y 5Y 6=10，+[-X ]补右移一位Y 4Y 5=11，+0右移一位Y 0Y 1=10，+[-X ]补Y 1Y 2=00，+001101 1.001101右移一位Y 3Y 4=01，+[X ]补Y 2Y 3=00，+0所以：［X*Y ］补＝1.1001001101X*Y ＝-0.01101100114.6 分别使用原码恢复余数除法和原码加减交替除法计算X/Y ： (1) X=0.0111，Y=0.1101 (2) X=0.1011，Y=-0.1110 答：（１）原码恢复余数除法注意：参见P124中例4.9。
计算机组成原理第四章答案
第4章习题参考答案1．ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？答：不合理。
指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。
一个字符的ASCII 是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。
2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。
答：字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。
双操作数指令3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1) 单字长二XXX指令。
(2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。
(3) 源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是RR型指令，即两个操作数均在寄存器中。
(4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。
4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
15 10 9 8 7 4 3 0答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)双字长二XXX指令，用于访问存储器。
(2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。
(3)RS型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数在主存中。
有效XXX可通过变址寻址求得，即有效XXX等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。
5．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。
答：该指令格式及寻址方式特点如下：(1)该指令为单字长双操作数指令，源操作数和目的操作数均由寻址方式和寄存器构成，寄存器均有8个，寻址方式均有8种。
根据寻址方式的不同，指令可以是RR型、RS型、也可以是SS型；(2)因为OP为4位，所以最多可以有16种操作。
计算机组成原理习题 第四章
第四章一．填空题1.根据操作数所在位置，指出其寻址方式：操作数在寄存器中，称为寻址方式；操作数地址在寄存器中，称为寻址方式；操作数在指令中，称为寻址方式；操作数地址在指令中，为寻址方式。
操作数的地址，为某一个寄存器中的内容与位移之和，则可以是、和寻址方式。
2.设字长和指令长度均为24位，若指令系统可完成108种操作，且具有直接、间接（一次间址）、变址、基址、相对、立即等6种寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占位，寻址特征位占位，可直接寻址的范围是，一次间址的范围是。
3.指令字中的地址码字段（形式地址）有不同的含意，它是通过体现的，因为通过某种方式的变换，可以得出地址。
常用的指令地址格式有、、和四种。
4.立即寻址的指令其指令的地址字段指出的不是，而是。
5.寄存器直接寻址操作数在中，寄存器间接寻址操作数在中，所以执行指令的速度前者比后者。
6.设形式地址为X，则直接寻址方式中，操作数的有效地址为；间接寻址方式中，操作数的有效地址为；相对寻址中，操作数的有效地址为。
7.变址寻址和基址寻址的区别是：基址寻址中基址寄存器提供，指令的地址码字段提供。
而变址寻址中变址寄存器提供，指令的地址码字段提供。
8.指令寻址的基本方式有两种，一种是寻址方式，其指令地址由给出，另一种是寻址方式，其指令地址由给出。
9.不同机器的指令系统各不相同，一个较完善的指令系统应该包括、、、、、等类指令。
10.常见的数据传送类指令的功能可实现和之间或和之间的数据传送。
11.设指令字长等于存储字长，均为24位，某指令系统可完成108种操作，操作码擦汗高难度固定，且具有直接、间接（一次间址）、变址、基址、相对、立即等寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，指令字中操作码占位，寻址特征占位，可直接寻址的范围是，一次间址的范围是。
12.设计器指令系统可完成98种操作，指令字长为16位，操作码长度固定。
若该指令系统具有直接、间接、变址、基址、相对、立即等六种寻址方式，则在保证最大范围内直接寻址的前提下，其指令代码中操作码占位，寻址特征占位，形式地址码占位，一次间址的范围是。
计算机组成原理第四章课后习题及答案唐朔飞完整版
第4章存储器1. 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
答：主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。
CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。
辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。
Cache：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。
RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。
SRAM：静态半导体随机存取存储器。
DRAM：动态半导体随机存取存储器。
ROM：掩膜式半导体只读存储器。
由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。
PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。
EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。
需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。
擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。
EEPROM：电擦写可编程只读存储器。
CDROM：只读型光盘。
Flash Memory：闪速存储器。
或称快擦型存储器。
2. 计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/位排序说明。
答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。
按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。
3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。
Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。
主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
计算机组成原理习题答案第四章
１．指令长度和机器字长有什么关系？半字长指令、单字长指令、双字长指令分别表示什么意思？解：指令长度与机器字长没有固定的关系，指令长度可以等于机器字长，也可以大于或小于机器字长。
通常，把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。
２．零地址指令的操作数来自哪里？一地址指令中，另一个操作数的地址通常可采用什么寻址方式获得？各举一例说明。
解：双操作数的零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和次栈顶。
双操作数的一地址指令的另一个操作数通常可采用隐含寻址方式获得，即将另一操作数预先存放在累加器中。
例如，前述零地址和一地址的加法指令。
３．某机为定长指令字结构，指令长度１６位；每个操作数的地址码长６位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。
若双操作数指令已有K 种，无操作数指令已有L种，问单操作数指令最多可能有多少种？上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少？解：X ＝（２４－K）×２６－jL２６k双操作数指令的最大指令数：２４－１。
单操作数指令的最大指令数：１５×２６－１（假设双操作数指令仅１条，为无操作数指令留出１个扩展窗口）。
无操作数指令的最大指令数：２１６－２１２－２６。
其中２１２为表示某条二地址指令占用的编码数，２６为表示某条单地址指令占用的编码数。
此时双操作数和单操作数指令各仅有１条。
４．设某机为定长指令字结构，指令长度１２位，每个地址码占３位，试提出一种分配方案，使该指令系统包含：４条三地址指令，８条二地址指令，１８０条单地址指令。
解：４条三地址指令０００XXX YYY ZZZ…０１１XXX YYY ZZZ８条二地址指令１０００００XXX YYY…１００１１１XXX YYY１８０条单地址指令１０１００００００XXX…１１１１１００１１XXX５．指令格式同上题，能否构成：三地址指令４条，单地址指令２５５条，零地址指令６４条？为什么？解：三地址指令４条０００XXX YYY ZZZ…０１１XXX YYY ZZZ单地址指令２５５条１００００００００XXX…１１１１１１１１０YYY只能再扩展出零地址指令８条，所以不能构成这样的指令系统。
计算机组成原理第4章习题指导
0 1 1 0 1 0 0000000000 "" 0 1 1 0 1 0 1111111111
用户程序区 1K×8 位
第二步，根据地址范围的容量以及该范围在计算机系统中的作用，选择存储芯片。
根据 6000H～67FFH 为系统程序区的范围，应选 1 片 2K×8 位的 ROM，若选 4K×8 位或 8K
顺序存储（高位交叉编址）和交叉存储（低位交叉编址）连续读出 4 个字的信息量是 32×4 = 128 位。
顺序存储存储器连续读出 4 个字的时间是 200ns×4 = 800ns = 8×10-7s 交叉存储存储器连续读出 4 个字的时间是 200ns＋50ns×(4-1) = 350ns = 3.5×10-7s 顺序存储器的带宽是 128/(8×10-7) = 16×107bps 交叉存储器的带宽是 128/(3.5×10-7) = 37×107bps 例 4.7 假设 CPU 执行某段程序时，共访问 Cache 2000 次，访问主存 50 次。已知 Cache 的存 取周期为 50ns，主存的存取周期为 200ns。求 Cache－主存系统的命中率、效率和平均访问时间。 解：
1 片 32K×8 位（偶）
该题的难点在于片选逻辑。由于 CPU 按字访问还是按字节访问受 BHE 和 A0 的控制，因此可
用 BHE 和 A0 分别控制 138 译码器的输入端 B 和 A，而 A15～A1 与存储芯片的地址线相连，余下
的 A16 接 138 的输入端 C。A19、A18、A17 作为与门的输入端，与门输出接至 138 译码器的 G1 端，
×8 位的 ROM，都超出了 2K×8 位的系统程序区范围。
1
计算机组成原理第 4 章习题
计算机组成原理第四章作业
按照配奇原则:
C 1 C2 1
C4
1
0
1
按照配偶原则:
C 1= 3 C 2= 3 C 4= 5
5 6 6
7=0 7=1 7=1
C1= 3 C2= 3 C4= 5
5 6 6
7=1 7=0 7=0
1101的汉明码为0111101 1101的汉明码为1010101
C 2= 3
5
6
7=1
7=0
C1= 3 C2= 3 C4= 5
5 6 6
7=0 7=1 7=1
C4= 5
6
Hale Waihona Puke 7=01100的汉明码为1010100 1100的汉明码为0111100
4.17 写出1100、1101、1110、1111对应的汉明码 解： ∵ n = 4 根据 2k ≥ n + k + 1 取k=3 二进制序号 1 2 3 4 5 6 7
…
4K ×8位 RAM
…
4K ×8位 RAM
…
… …
…
… …
(4) CPU 与存储器的连接图 ---2片2K*8
+5V
A15 A14 A13 A12
MREQ
G1 G2A G2B C B A
Y3
Y2
Y1
请自己补充
Y0
&
&
A11
10
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4K ×8位 RAM
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2K ×8位 ROM
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4K ×8位 RAM
选择两片：2K*8位芯片或者4K*4位芯片
当存在两种选择时，建议扩展数据线，而不是 扩展地址线，原因是处理简单!
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计算机组成原理作业（第四章）
4.1 解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
主存，Memory，也称内存，其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。
辅存，外部存储器，存储容量大、成本低、存取速度慢，可以永久地脱机保存信息。
Cache，高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。
RAM，Random Access Memory，随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。
SRAM，Static RAM，静态半导体随机存取存储器，具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
DRAM，Dynamic RAM，动态半导体随机存取存储器,具有动态存取功能的内存，每隔一段时间，要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失。
ROM，Read Only Memory，只读存储器，指只能从该设备中读取数据而不能往里面写数据的存储器。
PROM，Programmable ROM，可编程只读存储器，由用户根据需要，进行一次性写入操作。
EPROM，Erasable Programmable ROM，紫外线擦写可编程只读存储器，可进行重复擦除和写入操作，解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。
EEPROM，Electrically Erasable Programmable ROM，电擦写可编程只读存储器，一种断电后数据不丢失的存储芯片。
CD-ROM，Compact Disc ROM，只读型光盘，这种光碟只能写入数据一次，信息将永久保存在光碟上，使用时通过光碟驱动器读出信息。
Flash Memory，闪速存储器，一种长寿命的，在断电情况下存储数据不丢失的，运行速度较快的存储器，是EEPROM的一个变种。
4.3（1）存储器的层次结构主要体现在什么地方？（2）为什么要分这些层次？（3）计算机如何管理这些层次？
（1）存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个层次上：Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用。
CPU访存速度加快，接近于Cache的速度，而其寻址空间和位价却接近于主存。
主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用。
即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。
（2）综合上述两个存储层次的作用，整个存储系统就达到了速度快、容量大、价位低的性能效果。
（3）主存与Cache之间的信息调度功能全部由硬件自动完成,而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器；当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。
因此，在这两个层次上的调度操作，对于程序员来说都是看不见的。
4.5 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？
存储器的带宽，指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。
带宽 = 32位/(1/200ns) = 160M位/秒 = 20M字节/秒 = 20MB/s = 5M字/秒
4.6 某机字长为32位，其存储容量是64KB，按字编址它的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。
4.7 一个容量为16K*32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？
1K*4位，2K*8位，4K*4位，16K*1位，4K*8位，8K*8位
4.14 某8位微型机地址码为18位，若使用4K*4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，试问：
（1）该机所允许的最大主存空间是多少？
（2）若每个模块板为32K*8位，共需几个模块板？
（3）每个模块板内共有几片RAM芯片？
（4）共有多少片RAM？
（5）CPU如何选择各模块板？
4.15 设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用-MREQ（低电平有效）作访存控制信号，R/-W作读写命令信号（高电平为读，低电评为写）。
现有下列存储芯片：ROM（2K*8位，4K*4位，8K*8位），RAM（1K*4位，2K*8位，4K*8位），及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。
试从上述规格中选用合适芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。
要求：
（1）最小4K地址为系统程序区，4096-16383地址范围为用户程序区；
（2）指出选用的存储芯片类型及数量；
（3）详细画出片选逻辑。
4.16 CPU假设同上题，现有8片8K*8位的RAM芯片与CPU相连，试回答：
（1）用74138译码器画出CPU与存储芯片的连接图；
（2）写出每片RAM的地址范围；
（3）如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据后，以A000H为起始地址的存储芯片都有与其相同的数据，分析故障原因。
（4）根据（1）的连接图，若出现地址线A13与CPU断线，并搭接到高电平上，将出现什么后果？
4.28 设主存容量为256K字，Cache容量为2K字，块长为4。
（1）设计Cache地址格式，Cache中可装入多少块数据？
（2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。
（3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。
（4）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。
（5）若存储字长为32位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。
4.29 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次，已知Cache 的存取周期为30ns，主存的存取周期为150ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性能提高了多少倍？
4.31 设主存容量为1MB，采用直接映射方式的Cache容量为16KB，块长为4，每字32位。
试问主存地址为ABCDEH的存储单元在Cache中的什么位置？
4.32 设某机主存容量为4MB，Cache容量为16KB，每字块有8个字，每字32位，设计一个四路组相联映射（即Cache每组内共有4个字块）的Cache组织。
（1）画出主存地址字段中各段的位数。
（2）设Cache的初态为空，CPU依次从主存第0，1，2，…，89号单元读出90个字（主存一次读出一个字），并重复按此次序读8次，问命中率是多少？
（3）若Cache的速度是主存的6倍，试问有Cache和无Cache相比，速度约提高多少倍？。