华师网络学院作业答案-计算机组成原理计算题

若某计算机的主频为800MHz，每个CPU周期平均包含4个主频周期，每个指令周期平均有3个CPU 周期，问：

（1）该机平均指令的执行速度为多少MIPS（百万条指令每秒）？

（2）若主频提高到1000MHz，每个CPU周期平均包含2个主频周期，采用流水线方式，每个指令周期平均为1.2个CPU周期，则平均指令的执行速度又是多少MIPS？

答案:

解：（1）因为机器主频为f＝800MHz，所以主频周期T＝1/(800×106) ＝0.00125(μs)，每个CPU周期平均包含4个主频周期，所以CPU周期T CPU＝4 T＝4×0.00125(μs)＝0.005(μs)

指令周期T

指令

＝3 T CPU＝3×0.005＝0.015 (μs)

则指令的执行速度V1＝1/ T

指令

＝1/0.015 (μs) ＝66.7 (MIPS)

（或800÷（4×3）=66.7 (MIPS) ）

（2）1000÷（2×1.2）=416.7 (MIPS)

设机器字长为8位（运算时为9位），已知二进制数X＝－101101，Y＝100110，试用双符号位补码求X＋Y和X－Y的值，要求写出计算机中的运算步骤，并指出是否有溢出。

答案:

[X]

补=111010011 [Y]

补

=000100110 [-Y]

补

=111011010

[X]

补

111010011

+ [Y]

补

000100110

111111001 （无溢出）

[X]

补

=111010011

+ [-Y]

补

=111011010

110101101

所以 [X+Y]

补

=111111001 X+Y=-000111

[X-Y]

补

=110101101 X-Y=-1010011

一个32位的微处理器，它有16位外部数据总线，总线的时钟频率是40MHz，假定一个总线事务的最短周期是4个时钟周期，问这个处理器的最大数据传输率是多少？如果将数据总线的宽度扩展为32位，那么处理器的最大数据传输率提高到多少？这种措施与加倍外部总线时钟频率的措施相比，哪种更好？

一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特征，X为寻址模式，D为形式地址。I，X，D组成该指令的操作数有效地址E。设R1为变址寄存器，R2为基址寄存器，PC为程序计数器，请写出下表中各种寻址方式名称。

(1)立即寻址

(2)相对寻址

(3)变址寻址

(4)寄存寻址

(5)直接寻址

(6)寄存器间接寻址

今有4级指令流水线，分别完成取指、指令译码并且取数、运算、送结果四步操作。假设完成各步操作的时间依次为15ns，17ns，16ns，15ns。请问：

(1) 流水线操作的时钟周期应设计为多少？

1) 流水线的操作时钟周期 t应按四步操作中最长时间来考虑, 所以t=100ns

(2) 若相邻两条指令I和I+1是：ADD R1，R3和SUB R3，R5。前者完成(R1)+(R3) → R3的操作；

后者完成(R3) - (R5) → R5的操作，问是否发生数据相关？假设在硬件上不采取措施，那么第I+1条指令要推迟多少时间进行？

(3) 如果在硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间？

(3)如果硬件上加以改进(采取旁路技术),这样只需推迟1个操作时钟周期就能得到所需数据，即t=100ns

解：(1) 流水线操作的时钟周期应设计为17ns。

(2) 发生数据相关。假设在硬件上不采取措施，那么第I+1条指令要推迟两个时钟周期即34ns进

行。

(3) 如果硬件设计上上加以改进，例如采取内部向前技术，则可不需推迟。

有一个具有20位地址和32位字长的存储器，由256K×8位DRAM芯片构成。问

1）该存储器能存储多少个字节的信息？

2）总共需要多少DRAM芯片？需要多少位地址作芯片选择？

3）画出该存储器的组成逻辑框图。

存储器容量为64M字，字长64位，模块数m = 8，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。存储周期T = 100ns,数据总线宽度为64位，总线周期τ= 20ns .问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？

答案:

解：信息总量：q=64位×8=512位

顺序存储器和交叉存储器读出8个字的时间分别是：

t2=mT=8×100ns=8×10-7 (s)

t1=T+ (m-1)τ =100+7×20= 2.4×10(s)

顺序存储器带宽是：

W2= q/t2=512÷（8×10-7）=64×107（位/S）

交叉存储器带宽是：

W1=q/t1=512÷（2.4×10-7）=213×107（位/S）

设机器字长为8位，试写出下列十进制数的原码、反码、补码和移码表示。如果是小数，则用定点小数表示；若为整数，则用定点整数表示。

(1) 25/128 (2) －38/64

答案:

解：(1)设X=(25/128)10=(11001×2-111)2=(0.0011001)2

所以[X]

原=[X]

反

=[X]

补

=0.0011001，[X]

移

=20+0.0011001=1.0011001

(2)设X=(－38/64)10=(－100110×2-110)2=(－0.100110)2

所以[X]

原

=1.1001100

[X]反=1.0110011

[X]补=1.0110100

[X]移=0.0110100

已知二进制数X=2-101×(-0.1001011)，Y=2-011×0.0101011，设阶码为4位（含1位阶符），用补码表示，尾数为8位（含1位数符），用补码表示，按浮点运算方法，求X-Y的值，结果如需要舍入处理，用0舍1入法。

答案:

解：阶和尾数都采用双符号位

[x]浮=11011，11.0110101

[y]浮=11101，00.0101011

[-y]浮=00011，11.1010101

①对阶

[ΔE]

补=[Ex]

补

+[-Ey]

补

=11011+00011=11110

可见ΔE=-2，将M

x 右移2位，[x]

浮

＝11101，11.11 01101(01)

②尾数进行减运算

相减

11.1101101(01)

+11.1010101

------------------------

11.1000010(01)

③结果规格化并进行舍入处理

[x-y]浮=11101, 11.1000010(01) 左规[x-y]浮=11100, 11.0000100(1)