计算机组成原理白中英第四版课后习题参考答案(2)

9. 设阶为5位(包括2位阶符), 尾数为8位(包括2位数符), 阶码、尾数均用补码表示（1）X=（2）X=

×0.100101 Y=×（-0.010110） Y=

×(-0.011110) ×(0.010110)

解：（1）将y规格化得：y=

×(-0.111100)

[x]浮=1101，00.100101 [y]浮=1101，11.000100 [-y]浮=1101，00.111100

① 对阶

[ΔE]补=[Ex]补+[-Ey]补=1101+0011=0000 ∴ Ex=Ey ② 尾数相加

相加 相减 00.100101 00.100101 + 11.000100 + 00.111100 ------------ --------------

11.101001 01.100001 [x+y]浮=1101,11.101001 左规 [x+y]浮=1100,11.010010

×(-0.101110)

∴ x+y=

[x-y]浮=1101,01.100001 右规 [x-y]浮=1110,00.1100001

舍入处理得 [x-y]浮=1110,00.110001 ∴ x-y=

×0.110001

（2） [x]浮=1011，11.101010 [y]浮=1100，00.010110 [-y]浮=1100，11.101010

① 对阶

[ΔE]补=[Ex]补+[-Ey]补=1011+0100=1111 ∴ △E= -1 [x]浮=1100，11.110101(0) ② 尾数相加

相加 相减 11.110101(0) 11.110101(0) + 00.010110 + 11.101010 -------------- ------------------

00.001011(0) 11.011111(0) [x+y]浮=1100,00.001011(0) 左规 [x+y]浮=1010,00.1011000

×0.1011B

∴ x+y=

[x-y]浮=1100,11.011111(0) ∴ x-y=

×（-0.100001B）

13. 某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1 ，低位来的信号为C0 ，请分别按下述两

（1） 串行进位方式 （2） 并行进位方式 解 ：（1）串行进位方式：

C1 = G1 + P1 C0 其中： G1 = A1 B1 ， P1 = A1⊕B1

C2 = G2 + P2 C1 G2 = A2 B2 ， P2 = A2⊕B2 C3 = G3 + P3 C2 G3 = A3 B3 ， P3 = A3⊕B3 C4 = G4 + P4 C3 G4 = A4 B4 ， P4 = A4⊕B4 (2) 并行进位方式： C1 = G1 + P1 C0

C2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0

C3 = G3 + P3 G2 + P3 P2 G1 + P3 P2 P1 C0

C4 = G4 + P4 G3 + P4 P3 G2 + P4 P3 P2 G1 + P4 P3 P2 P1 C0 其中 G1-G4 ，P1-P4 表达式与串行进位方式相同。

14. 某机字长16位，使用四片74181组成ALU，设最低位序标注为0位，要求： （1）写出第5位的进位信号C6的逻辑表达式； （2）估算产生C6所需的最长时间； （3）估算最长的求和时间。 解：（1） 组成最低四位的74181进位输出为：C4=G+P C0 ，C0为向第0位的进位 其中：G=y3+x3y2+x2x3y1+x1x2x3y0, P=x0x1x2x3 所以 ：C5=y4+x4C4

C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4

（2） 设标准门延迟时间为T，\与或非\门延迟时间为1.5T，则进位信号C0由最 T+2×1.5T=4T

（3）最长求和时间应从施加操作数到ALU算起：第一片74181有3级\与或非\ T=3×1.5T+2T+2×1.5T+1.5T+1.5T+3T=14T

17．设A，B，C是三个16位的通用寄存器，请设计一个16位定点补码运算器，能（1） A±B→A

（2） B×C→A, C（高位积在寄存器A中） （3） A÷B→C（商在寄存器C中）

解：设计能完成加、减、乘、除运算的16位定点补码运算器框图。 分析各寄存器作用：

加 减 乘 除

A 被加数→和 同左 初始为0 被除数→余数 部分积→乘积（H） 除数 B 加数 同左 被乘数

C -- -- 乘数→乘积（L） 商 ∴ A：累加器（16位），具有输入、输出、累加功能及双向移位功能； B：数据寄存器（16位），具有输入、输出功能； C：乘商寄存器（16位），具有输入、输出功能及双向移位功能。 画出框图：

第三章存储系统习题参考答案 1．有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问： （1） 该存储器能存储多少个字节的信息？ （2） 如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？ （3） 需要多少位地址作芯片选择？ 解：（1）∵ 220= 1M， ∴ 该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1000/512）×（32/8）= 8（片） （3） 需要1位地址作为芯片选择。

2. 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×（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？ 解：(1). 共需模块板数为m： m=

÷

=64 (块)

(2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n: n=(

/

) ×(64/16)=16 (片)

(3) 主存共需DRAM芯片为：16×64=1024 (片)

每个模块板有16片DRAM芯片，容量为1024K×64位，需20根

板内存储单元寻址。一共有64块模块板，采用6根高位地址线(A

6：64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。 3． 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。试问采用哪解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为 N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片） 每4片组成16K×32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A1

（2）依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1μS内至少访问内 设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周 刷新的间隔时间为：

则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下

可见，两次刷新的最大时间间隔为ｔｍａｘ ｔｍａｘ＝15.5-0.5=15 (μS)

对全部存储单元刷新一遍所需时间为t R

t R ＝0.5×128=64 (μS)

7．某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。现在再（1） 画出地址译码方案。

（2） 将ROM与RAM同CPU连接。 解：（1）依题意，主存地址空间分布如右图所示，可选用2片27128(16K×8位ROM区；10片的8K×8位RAM片组成40K×16位的RAM区。27128需14位片内地址，故可用A15-A13三位高地址经译码产生片选信号,方案如下:

（2）

8． 存储器容量为64M，字长64位，模块数m = 8，分别用顺序方式和交叉方解：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 = m T = 8×100ns =8×10 t1 = T + (m - 1) 顺序存储器带宽是： W2 = q / t2 = 512÷（8×10 交叉存储器带宽是： W1 = q / t1 = 512÷（1.7 ×10

）= 301 ×10

（位/ S）

）= 64 ×10

（位/ S）

(s)

(s)

= 100 + 7×10 = 1.7 ×10

9． CPU执行一段程序时, cache完成存取的次数为2420次，主存完成存取的次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为240ns，求cache/主存系统解：先求命中率h

h=nc/(nc +nm )＝2420÷(2420＋80)＝0.968 则平均访问时间为ta ta＝0.968×40＋(1-0.968) ×240＝46.4(ns) r ＝240÷40＝6

cache/主存系统的效率为e e＝1/[r＋(1－r)×0.968]＝86.2％

10．已知Cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，Cache/主存系统平均访解： ∵ ta = tc× h +tr×(1-h)

∴ h =(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.94

11．主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚存地址和物理地址各为多少位解：已知主存容量为4MB，虚存容量为1GB

∵ 又 ∵

＝4M ∴物理地址为22位 ＝1G ∴虚拟地址为30位

页表长度为 1GB÷4KB＝230÷212=218=256K

14．假设主存只有a,b,c三个页框，组成a进c出的FIFO队列，进程访问页面解：

∴命中率为

15．从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案： A． 多体交叉存储主要解决扩充容量问题； B． 访问存储器的请求是由CPU发出的；

C． Cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于Cache; D． Cache的功能全由硬件实现。 解： D

16．从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：

A．在虚拟存储器中，外存和主存一相同的方式工作，因此允许程序员用比 多的外存空间编程；

B．在虚拟存储器中，逻辑地址转换成物理地址是由硬件实现的，仅在页面 作系统将被访问页面从外存调到内存，必要时还要先把被淘汰的页面内 C．存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破 其他用户程序，又要防止一个用户访问不是分配给他的主存区，以达到 密的要求。 解：C

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