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计算机组成原理期末复习题 计算机组成原理是计算机科学中的一门重要课程,它研究计算机的基本结构、原理和组成部分。本期末复习题涵盖了计算机组成原理的多个方面,包括交叉存储器、浮点运算、微指令格式等。 交叉存储器是一种高性能的存储器结构,它通过将存储器分成多个模块,来提高存储器的带宽和访问速度。交叉存储器的带宽计算是计算机组成原理中的一道重要题目。假设存储器容量为 32 字,字长为 64 位,模块数为 4,存储周期为 200ns,数据总线宽度为 64 位,总线传送周期为 50ns,则可以计算出交叉存储器的带宽为 730Mb/s,顺序存储器的带宽为 320Mb/s。 浮点运算是计算机组成原理中的一种重要运算方式,它可以实现浮点数的加减乘除运算。例如,设 x=2-011×0.100101, y=2-010×(-0.011110),则可以计算出 x-y 的浮点表示为 11 110, 00.110001。 微指令格式是计算机组成原理中的一种指令格式,它可以实现微程序控制单元的控制。假设微指令格式字长为 24 位,其中下址字段 8 位;判别测试字段 3 位;其余为操作控制字段。则可以计算出这种微指令格式中最多可以表示 2^5×2^3=384 个微命令,一条微指令最多可同时发出 2^5=32 个微命令,直接寻址的控制存储器最大单元数是 2^8=256。 本期末复习题涵盖了计算机组成原理的多个方面,包括交叉存储器、浮点运算、微指令格式等,旨在帮助学生更好地理解和掌握计算机组成原理的知识点。
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计算题:
【第三章】
交叉方式的片选方法,交叉方式的地址分配,交叉存取度的概念,交叉存储器的带宽的计
算
多模块交叉存储器采用低位地址做偏选。
模块存取一个字的存储周期为 T ,总线传送时间为 t ,存储器的交叉模块数为 m,
称 m=T / t 为交叉存取度。
【例 5】存储器容量 32 字,字长 64 位,模块数 m=4,存储周期 T=200ns,数据总线宽
度为 64 位,总线传送周期 t=50ns,若连续读出 4 个字,顺序和交叉的带宽各为多少?
信息总量 q=64b*4=256b
所需时间:交叉 t1=T +(m-1)*t =350ns ;顺序 t2=m*T=800ns;
带宽:交叉 W1=q / t1 =730Mb / s ; 顺序 W2=q / t2 =320Mb / s.
【2007】
1. 设阶码 3 位,尾数 6 位,按浮点运算 方 法 (否则不 计 分 ),完成 x-y 运算 , x=2
-
011
×0.100101, y=2
-010
×(-0.011110)。(共 9 分)
有一个 位的存储器,由 位的 芯片构成。( 分)问:
总共需要多少 芯片( 分) 设计此存储体组成框图。( 分)
已知 要求:共 分
写出变形补码
补
和
补
和
补
; 分
用变形补码计算
补
和
补
,并判断是否溢出。 分
4.已知 x= 0.10101, y=–0.11001,计算[x*y]
补
和其真值(要求有补码直接乘法的算式)。(9
分)
设有一微指令格式字长为 位,其中下址字段 位;判别测试字段 位;其余为操作
控制字段。操作控制字段采用混合编码方式,有 位分别经一个 译码器和一个 译
码器输出,其它均为直接控制。问:共 分,要求有算式
这种指微指令格式中最多可以表示多少个微命令? 分
一条微指令最多可同时发出多少个微命令? 分
可直接寻址的控制存储器最大单元数是多少? 分
答案
. 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:
浮
11101,0.100101
浮
11110, 0.011110
求阶差并对阶
!""""
补
"
补
"
补
"
补
11101
即 !" 为, 阶码小,应使 右移 位," 加
浮
尾数求和
0 0. 0 1 0 0 1 0 (1)
+0 0. 0 1 1 1 1 0
0 0 1 1 0 0 0 0 (1)
规格化
可见尾数运算结果的符号位与最高位不相同,不需要执行规格化处理
舍入处理 0.110001。
判溢出
阶码两符号位为 ,无溢出。
#
↑
↑
R/W
R/W
R/W
R/W
R/W
↑
↑
R/W
R/W
~
~
~
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
R/W
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
R/W
故最后结果为
浮
浮
0.110001, 真值为 2
-2
*0.110001。
.
存储体组成框图如下:
. x= -0.101011 , y=0.111010
补
补
补
补
补
补
补
补
补
没有溢出 有负溢出
解:
补
$,
补
补
%
补
其值 %&&
解:
由题意可知,其操作控制字段共 --= 位, 位的操作控制字段采用混合
编码,直接表示的位数为 位译码后可表示 个微命令, 位译码后可表
示 个微命令,所以该格式最多可以表示 ++= 个微命令。 分
一条微指令最多可同时发出 个微命令 分
因为其下址字段为 位可直接寻址的控制存储器最大单元数是 。 分
【2008】
1 用 8k*2 位的 RAM 构成 32k*8 位的存储器,需要多少片,说明原因,画出组成的逻辑框图。
C
P
U
2:
4
2 用变形补码计算 X-Y ,X+Y,并判别结果的正确性。设:X=0.11011,Y=-0.10010
3 存储器容量为 32 字,字长 64 位,模块数为 8,用交叉方式进行组织,存储周期为
200ns,数据总线宽度为 64 位,总线传输周期为 50ns,问该存储器的带宽是多少?
4 已知某机采用微程序控制,其控制存储器容量为 512×48 位。微程序可在控制存储器中实
现转移,可控制微程序转移的条件共 4 个。微指令采用水平型格式,微命令采用直接控制,
后继微指令地址采用断定方式,问微指令格式中三个字段分别应为多少位?
5 已知 x= 0.10101, y=–0.11001,计算[x*y]
补
和其真值(要求有补码直接乘法的算式)
-------------------------------答案-------------------------------------
1 (32k*8)/(8k*2)=4*4=16
4 片为一组,共需要 4 组。
'
补
(
补
(
补
)))))))'
补
(
补
溢出
)))))))'
补
(
补
无溢出 '(
连续读出 个字的信息量是 位 位
连续读出 个字所需的时间是
*
交叉存储器的带宽是 位&
*
位&*
假设判别字段中每一位作为一个判别标志,那么由于有 个转移条件,故该
字段为 位。由于控存容量为 单元,所以下地址字段为 位。故微命
令字段字长为 位。
解:
补
$,
补
补
%
补
其值 %&&
其值 %&&
【2009】
1. 设有两个浮点数 x=2
Ex
×Sx,y=2
Ey
×Sy,Ex=(-10)
2
,Sx=(+0.1001)
2
,Ey=(+10)
2
,Sy=(+0.1011)
2
。
若尾数 4 位,数符 1 位,阶码 2 位,阶符 1 位,求 x+y=?并写出运算步骤及结果。(7 分)
2 已知 X=-0.01111,Y=+0.11001,求[X]补,[-X]补,[Y]补,[-Y]补,X+Y=?,X-Y=?
(用变形补码计算,并说明结果是否出现溢出)。(6 分)
3 如下图所示的 CPU 逻辑框图中,有两条独立的总线和两个独立的存储器。已知指令存储
器 IM 最大容量为 16384 字(字长 18 位),数据存储器 DM 最大容量是 65536 字(字长 16
位)。各寄存器均有“打入”(R
in
)“送出”(R
out
)控制命令,但图中未标出。(8 分)
(1)指出下列寄存器的位数:
程序计数器 PC,指令寄存器 IR,累加器 AC0、AC1,通用寄存器 R0~R3,指令存储器地
址寄存器 IAR,,指令存储器数据存储器 IDR,数据存储器地址寄存器 DAR,数据存储器数据
寄存器 DDR。(3 分)
(2) 设机器指令格式为
17 13 12 0
OP X
加法指令可写为“'
+
,其功能是#
+
'-#
其中
+
'部分通
过寻址方式指向数据存储器 。现取
+
为
。画出 指令的指令周期流程图,写明
“数据通路”和相应的微操作控制信号。( 分)
4 某计算机的主存地址空间大小为 256 MB,按字节编址。指令 Cache 和数据 Cache 分离,
均有 8 个 Cache 行,每个 Cache 行大小为 64 B,数据 Cache 采用直接映射方式。现有两个功
能相同的程序 A 和 B,其伪代码如下所示:
程序 A: 程序 B:
int a[256][256]; int a[256][256];
… …
int sum_array1() int sum_array2()
{ {
int i,j,sum=0; int i,j,sum=0;
for (i=0;i<256;i++) for (j=0;j<256;j++)
for(j=0;j<256;j++) for(i=0;i<256;i++)
sum+=a[i][j]; sum+=a[i][j];
return sum; return sum;
} }
假定 int 类型数据用 32 位补码表示,程序编译时 i, j, sum 均分配在寄存器中,数组 a 按行优
先方式存放,其首地址为 320(十进制数)。请回答下列问题,要求说明理由或给出计算
过程。(5 分)
(1)若不考虑用于 Cache 一致性维护和替换算法的控制位,则数据 Cache 的总容量为多少?
(2 分)
(2)数组元素 a[0][31]和 a[1][1]各自所在的主存块对应的 Cache 行号分别是多少(Cache 行
号从 0 开始)?(2 分)
(3)程序 A 和 B 的数据访问命中率各是多少?哪个程序的执行时间更短?(1 分)
5 有一个 位的存储器,由 位的 芯片构成( 分)。问:
总共需要多少 芯片( 分) 设计此存储体组成框图。( 分)
已知 x= 0.11101, y=–0.10011,计算[x*y]
补
和其真值(要求有补码直接乘法的算式)(4
分)
-----------------------答案--------------------------
1 对阶:
.J=Ex - E
Y
= ( -10 )
2
- ( +10 )
2
= ( -100 )
2
所 以 Ex<E
Y
, 则 Sx 右 移 4 位 ,
Ex+(100)
2
=(10)
2
=E
Y
。SX 右移四位后 S
X
=0.00001001,经过舍入后 S
X
=0001,经过对阶、舍
入后,X=2
(
10
)
2
()
2
尾数求和: S
X
+S
Y
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