第五六七八章作业部分答案
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5.12现有两个5位数：X=00101,Y=01010,最高位为符 号位，求X+Y和X-Y的结果。
解：[X]原=00101，[Y]原=01010，[X]补=000101，[Y]补 =001010 [-Y]补=110110 [X+Y]补=000101+001010=001111 X+Y=01111 置N=0,V=0,C=0,Z=0 [X-Y]补=000101+110110=111011 X+Y=10101 置N=1,V=0,C=1,Z=0
6.2 2)LOAD(从(rs1)+disp指示的内存单元取数 ，送rs保存) ①取指(公用微指令) (1010 1000 0000 0000 0000 110) ②计算操作数地址 微命令: ⑻rs1→GR, ⑽ (rs1)→ALU, ⑷ disp→ALU, ⒀’+’, ⒆ ALU→AR 微指令： (0001 0001 0100 1000 0010 0××)
7.5 2） ∵每块相互之间不会发生地址冲突 ∴101个字只有第一次读数时：第0-7单元读取时，第0号未命中，第
1-7号命中（cache中第0组任一块），同理，第8、16、24、32、40 、48、56、64、72、80、88、96号单元未命中，其他单元命中 后10次循环读出时，全部命中 ∴命中率= (101×11-13)/（101×11）=98.8%
7.5 2） ∵每个字块8个字，每个字32位(4B),即32个字节 ∴cache有214 /25=29=512(块)，29 /4=128=27组 由于cache采用4路组相联映像，则依次读出0-100 共101个字， 其中：第0-7个字 位于主存第0块，映像到cache第0组 第8-15个字 位于主存第1块，映像到cache第1组 0组 1组 2组 3组 …… 127组 0块 4块 8块 12块 …… 508 1块 5块 9块 13块 …… 509 2块 6块 10块 14块 …… 510 3块 7块 11块 15块 …… 511
？
2）t=95% ×10+5% ×(100+10)=15ns
7.7 1） ∵cache有64个块,每块32个字,容量为2K (211)个字 ∴cache的地址为11位 ∵主存8192（213）个块，容量为256K (218)个字 ∴主存的地址为18位，4路组相联 2） ∵cache有64个块，每组包含4个块 ∴cache有16个组，组地址为4位
6.2 1)JMP(无条件转移到(rs1)+disp) ①取指(公用微指令) (1010 1000 0000 0000 0000 110) ②转移 微命令: ⑻rs1→GR, ⑽ (rs1)→ALU, ⑷ disp→ALU, ⒀’+’, ⑵ ALU→PC 微指令： (0101 0001 0100 1000 0000 0××)
6.2 3)STORE(把rs内容送到(rs1)+disp指示的内 存单元) ①取指(公用微指令) (1010 1000 0000 0000 0000 110) ②计算操作数结果地址 微命令: ⑻rs1→GR, ⑽ (rs1)→ALU, ⑷ disp→ALU, ⒀’+’, ⒆ ALU→AR 微指令： (0001 0001 0100 1000 0010 0××)
8.5假设磁盘组有11个盘片，每片两个记录面，存储 区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为 1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为 2400rpm，问： 4） 数据传输率是多少？ 答：48538×2400＝116491200B/分=1941520B/秒
8.5假设磁盘组有11个盘片，每片两个记录面，存储 区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为 1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为 2400rpm，问： 5） 每扇区存储2KB数据，在寻址命令中如何表示磁 盘地址？ 答：48538/2048≈24 磁盘地址21位 其中记录面号5位(20个记录面) 磁道号11位(1650个磁道) 扇区号5位(24个扇区)
2)LOAD(从(rs1)+disp指示的内存单元取数，送rs保存)
③取操作数 微命令: ⒇AR→AB, (21) ADS,(22) M/#IO=1, (23)W/#R=1 ⑹DB→DR 微指令：(0000 0100 0000 0000 0001 110) ④送rs保存 微命令： ⑼rs→GR,⑿DR→ALU,⒀’+’,⒄ALU→GR 微指令： (0000 0000 1001 1000 1000 0 ××)
3)STORE(把rs内容送到(rs1)+disp指示的内存单元) ③取操作数 微命令: ⑼rs→GR，⑾(rs)→ALU ⒀’+’, ⒅ ALU→DR 微指令：(0000 0000 1010 1000 0100 0 ××) ④存数 微命令： ⑺DR→DB, ⒇ AR→AB, (21) ADS,(22) M/#IO=1, (23)W/#R=1 微指令： (0000 0010 0000 0000 0001 111)
因为a,b,c,d,e命令是同时出现的，分析以上结果，知 能分别与a,b,c,d,e分在一组的信号有： a,i b,f,i,j或b,g,j或b,i,j(f,g和g,i不能在一组) c,f,j d,i,j e,f,h或e,f,j(h,j不能在一组) 微指令控制字格式如下： 部分采取直接控制，部分采用直接译码
主存字块标记 组地址 9位 4位
块内地址 5位
8.5假设磁盘组有11个盘片，每片两个记录面，存储 区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为 1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为 2400rpm，问： 2） 共有多少个柱面？ 答 （5.00-2.36）/2=1.32 1.32×1250＝1650
× × 2位 01 10 11
×
b g j
× 2位 01 10 11
×Βιβλιοθήκη Baidu
e f h
7.3 解:设取指令条数为n 1)无cache的情况： 100n+1/5n×100=120n(ns) 2)有cache的情况： n×98%×10+n× (1-98%) ×(100+10) +1/5n×95%×10+1/5n× (1-95%) ×(100+10)
=15n(ns) 3)120n/15n=8 答：运算速度可提高7倍
7.5 1） ∵cache容量16KB=214B 每个字块8个字，每个字32位(4B),即32个字节 ∴cache有214 /25=29(块)，29 /4=27组 ∵主存容量2M=221 ∴主存地址21位 ∴主存有221/25=216(块) 主存共分为216 /27=29（组） ∵每个字块有8个字∴块内地址需要3位 ∵每个字32位(4B) ∴字内地址需要2位 主存字块 标记 9位 组地址 7位 块内地址 字内地址 3位 2位
设cache存取时间为m,则主存存取时间为5m 则无cache: 101×11 ×5m=5555m 有cache: 13 ×(m+5m)+ (101×11-13)×m=1176m 5555m/1176m=4.72倍 故速度提高了3.72倍
7.6 1） ∵cache容量为4096B，每个存储单元大小为1个字 节 ∴cache的单元编号为0,1,2,…..4095 ∵cache采用直接映像 ∴每次4096-4195替换0-99 循环10次，命中率=0
8.5假设磁盘组有11个盘片，每片两个记录面，存储 区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为 1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为 2400rpm，问： 3） 每道存储多少个字节？盘组总存储容量是多少字 节？ 答：2.36×3.14=7.4104(in) 7.4104×52400≈388304bit=48538B 48538×1650×20=1601754000B
方案一：
× × × 4位 由a,c,d,g直接控制
× × 2位 01 10 11
× × 2位 01 10 11
×
b i j × e f g
× 2位 01 10 11
× 2位 01 10 11
×
e f h × d i j
方案二： × × × 4位 由a,b,c,g直接控制
方案三：
× × × 4位 由a,c,d,i直接控制
6.6通过分析指令表，可以列出以下互斥的命令信号 与a互斥的信号：i 与b互斥的信号：f,g.i.j 与c互斥的信号：f,j 与d互斥的信号：i,j 与e互斥的信号：f,h,j 与f互斥的信号：b,c,e,h,I,j 与g互斥的信号： b,h,j 与h互斥的信号：e,f,g,i 与i互斥的信号：a,b,d,f,h,j 与j互斥的信号：b,c,d,e,f,g,i
解：[X]原=00101，[Y]原=01010，[X]补=000101，[Y]补 =001010 [-Y]补=110110 [X+Y]补=000101+001010=001111 X+Y=01111 置N=0,V=0,C=0,Z=0 [X-Y]补=000101+110110=111011 X+Y=10101 置N=1,V=0,C=1,Z=0
6.2 2)LOAD(从(rs1)+disp指示的内存单元取数 ，送rs保存) ①取指(公用微指令) (1010 1000 0000 0000 0000 110) ②计算操作数地址 微命令: ⑻rs1→GR, ⑽ (rs1)→ALU, ⑷ disp→ALU, ⒀’+’, ⒆ ALU→AR 微指令： (0001 0001 0100 1000 0010 0××)
7.5 2） ∵每块相互之间不会发生地址冲突 ∴101个字只有第一次读数时：第0-7单元读取时，第0号未命中，第
1-7号命中（cache中第0组任一块），同理，第8、16、24、32、40 、48、56、64、72、80、88、96号单元未命中，其他单元命中 后10次循环读出时，全部命中 ∴命中率= (101×11-13)/（101×11）=98.8%
7.5 2） ∵每个字块8个字，每个字32位(4B),即32个字节 ∴cache有214 /25=29=512(块)，29 /4=128=27组 由于cache采用4路组相联映像，则依次读出0-100 共101个字， 其中：第0-7个字 位于主存第0块，映像到cache第0组 第8-15个字 位于主存第1块，映像到cache第1组 0组 1组 2组 3组 …… 127组 0块 4块 8块 12块 …… 508 1块 5块 9块 13块 …… 509 2块 6块 10块 14块 …… 510 3块 7块 11块 15块 …… 511
？
2）t=95% ×10+5% ×(100+10)=15ns
7.7 1） ∵cache有64个块,每块32个字,容量为2K (211)个字 ∴cache的地址为11位 ∵主存8192（213）个块，容量为256K (218)个字 ∴主存的地址为18位，4路组相联 2） ∵cache有64个块，每组包含4个块 ∴cache有16个组，组地址为4位
6.2 1)JMP(无条件转移到(rs1)+disp) ①取指(公用微指令) (1010 1000 0000 0000 0000 110) ②转移 微命令: ⑻rs1→GR, ⑽ (rs1)→ALU, ⑷ disp→ALU, ⒀’+’, ⑵ ALU→PC 微指令： (0101 0001 0100 1000 0000 0××)
6.2 3)STORE(把rs内容送到(rs1)+disp指示的内 存单元) ①取指(公用微指令) (1010 1000 0000 0000 0000 110) ②计算操作数结果地址 微命令: ⑻rs1→GR, ⑽ (rs1)→ALU, ⑷ disp→ALU, ⒀’+’, ⒆ ALU→AR 微指令： (0001 0001 0100 1000 0010 0××)
8.5假设磁盘组有11个盘片，每片两个记录面，存储 区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为 1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为 2400rpm，问： 4） 数据传输率是多少？ 答：48538×2400＝116491200B/分=1941520B/秒
8.5假设磁盘组有11个盘片，每片两个记录面，存储 区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为 1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为 2400rpm，问： 5） 每扇区存储2KB数据，在寻址命令中如何表示磁 盘地址？ 答：48538/2048≈24 磁盘地址21位 其中记录面号5位(20个记录面) 磁道号11位(1650个磁道) 扇区号5位(24个扇区)
2)LOAD(从(rs1)+disp指示的内存单元取数，送rs保存)
③取操作数 微命令: ⒇AR→AB, (21) ADS,(22) M/#IO=1, (23)W/#R=1 ⑹DB→DR 微指令：(0000 0100 0000 0000 0001 110) ④送rs保存 微命令： ⑼rs→GR,⑿DR→ALU,⒀’+’,⒄ALU→GR 微指令： (0000 0000 1001 1000 1000 0 ××)
3)STORE(把rs内容送到(rs1)+disp指示的内存单元) ③取操作数 微命令: ⑼rs→GR，⑾(rs)→ALU ⒀’+’, ⒅ ALU→DR 微指令：(0000 0000 1010 1000 0100 0 ××) ④存数 微命令： ⑺DR→DB, ⒇ AR→AB, (21) ADS,(22) M/#IO=1, (23)W/#R=1 微指令： (0000 0010 0000 0000 0001 111)
因为a,b,c,d,e命令是同时出现的，分析以上结果，知 能分别与a,b,c,d,e分在一组的信号有： a,i b,f,i,j或b,g,j或b,i,j(f,g和g,i不能在一组) c,f,j d,i,j e,f,h或e,f,j(h,j不能在一组) 微指令控制字格式如下： 部分采取直接控制，部分采用直接译码
主存字块标记 组地址 9位 4位
块内地址 5位
8.5假设磁盘组有11个盘片，每片两个记录面，存储 区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为 1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为 2400rpm，问： 2） 共有多少个柱面？ 答 （5.00-2.36）/2=1.32 1.32×1250＝1650
× × 2位 01 10 11
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b g j
× 2位 01 10 11
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e f h
7.3 解:设取指令条数为n 1)无cache的情况： 100n+1/5n×100=120n(ns) 2)有cache的情况： n×98%×10+n× (1-98%) ×(100+10) +1/5n×95%×10+1/5n× (1-95%) ×(100+10)
=15n(ns) 3)120n/15n=8 答：运算速度可提高7倍
7.5 1） ∵cache容量16KB=214B 每个字块8个字，每个字32位(4B),即32个字节 ∴cache有214 /25=29(块)，29 /4=27组 ∵主存容量2M=221 ∴主存地址21位 ∴主存有221/25=216(块) 主存共分为216 /27=29（组） ∵每个字块有8个字∴块内地址需要3位 ∵每个字32位(4B) ∴字内地址需要2位 主存字块 标记 9位 组地址 7位 块内地址 字内地址 3位 2位
设cache存取时间为m,则主存存取时间为5m 则无cache: 101×11 ×5m=5555m 有cache: 13 ×(m+5m)+ (101×11-13)×m=1176m 5555m/1176m=4.72倍 故速度提高了3.72倍
7.6 1） ∵cache容量为4096B，每个存储单元大小为1个字 节 ∴cache的单元编号为0,1,2,…..4095 ∵cache采用直接映像 ∴每次4096-4195替换0-99 循环10次，命中率=0
8.5假设磁盘组有11个盘片，每片两个记录面，存储 区域内直径2.36in，外直径5.00in；道密度为 1250tpi，内层位密度为52400bpi，转速为 2400rpm，问： 3） 每道存储多少个字节？盘组总存储容量是多少字 节？ 答：2.36×3.14=7.4104(in) 7.4104×52400≈388304bit=48538B 48538×1650×20=1601754000B
方案一：
× × × 4位 由a,c,d,g直接控制
× × 2位 01 10 11
× × 2位 01 10 11
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b i j × e f g
× 2位 01 10 11
× 2位 01 10 11
×
e f h × d i j
方案二： × × × 4位 由a,b,c,g直接控制
方案三：
× × × 4位 由a,c,d,i直接控制
6.6通过分析指令表，可以列出以下互斥的命令信号 与a互斥的信号：i 与b互斥的信号：f,g.i.j 与c互斥的信号：f,j 与d互斥的信号：i,j 与e互斥的信号：f,h,j 与f互斥的信号：b,c,e,h,I,j 与g互斥的信号： b,h,j 与h互斥的信号：e,f,g,i 与i互斥的信号：a,b,d,f,h,j 与j互斥的信号：b,c,d,e,f,g,i