计算机组成原理第3章习题集参考答案解析

第三章（P101）1．(1)M 4832*220= 字节 (2)片84*28*51232*1024==K K(3)1位地址作芯片选择2. (1)个内存条4264*264*222426==(2)328*264*22242=每个内存条内共有32个DRAM 芯片 (3)4*32 = 128个主存共需要128个DRAM 芯片，CPU 通过由高位地址选择各内存条。

3. (1)首先计算所需芯片数目：168*232*21416=片 芯片容量为16K ，所以芯片内部寻址需14位；四个芯片组成一组形成32个位线，共需4组，需2位地址进行组间寻址； 其中使用一片2：4译码器；所以所以采用位并联与地址串联相结合的方法来组成整个存储器，其组成逻辑图如图所示，(2)根据已知条件，CPU 在1us 内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us ，如果采用集中刷新，有64us 的死时间，肯定不行 如果采用分散刷新，则每1us 只能访存一次，也不行 所以采用异步式刷新方式。

假定16K*8位的DRAM 芯片用128*128矩阵存储元构成，刷新时只对128行进行异步方式刷新，则刷新间隔为2ms/128 = 15.5us ，可取刷新信号周期15us 。

刷新一遍所用时间＝15us ×128＝1.92ms4. (1)片328*12832*1024 K K ，共分8组，每组4片；地址线共20位，其中组间寻址需3位，组内17位； (2)(3)如果选择一个行地址进行刷新，刷新地址为A 0-A 8，因此这一行上的2048个存储元同时进行刷新，即在8ms 内进行512个周期（即512行）。

采用异步刷新方式，刷新信号周期为：8ms/512 = 15.5us 。

注：存储器由128K*8位的芯片构成，分8组，每组4片，组内芯片并行工作，需17条地址线进行寻址，其中X 行线为9根，Y 位线为8根，29=512行。

5. 用256K*16位的SRAM 芯片设计1024K*32的存储器，需进行字位同时扩展方式继续拧设计，所需芯片数目:片816*25632*1024 K K ，设计的存储器容量为1M ，字长为32，故需20位地址（A0~A19）；所用芯片存储容量为256K ，字长为16位，故片内寻址需18位（A0~A17）。

计算机组成原理第3章习题参考答案1. （1）B （2）D （3）B （4）C （5）D （6）C （7）A （8）B2. 解：（1）0.00111 （2）0.11001 （3）-0.101003. 解：[X+Y]变补 = （312022）8[X-Y]变补= （110000）8 溢出（两符号位01）4. 解：（运算过程请参考书中例题）（1）1，101011000010（2）0，000011010010（3）1，000011010010（4）0，0110001110015. 解：（运算过程请参考书中例题）（1）[X/Y]原=1，11000；余=0.10101*2-5=1，11010；余=0.11010*2-5（2）[X/Y]原=1，10000；余=0.01011*2-5（3）[X/Y]原（4）溢出6. 答：原码一位乘法运算过程中，每一步相加的和有可能往前有进位，所以部分积的符号位用一位，以保留往前的进位，然后再进行右移操作；原码两位乘法中的运算过程使用了补码运算，由于有乘2运算，也就是往左移操作，每一步相加的和有可能往前有进位，且有可能影响两个符号位，所以部分积的符号位要三位，以保留往前的进位，然后进行右移操作时可以根据最高符号位确定往右补的编码。

7. 答：运算器的基本结构应包括以下几个部分：(1) 能实现算术和逻辑运算功能的部件ALU；(2) 存放待加工的信息或加工后的结果信息的通用寄存器组；(3) 按操作要求控制数据输入的部件：多路开关或数据锁存器；(4) 按操作要求控制数据输出的部件：输出移位和多路开关；(5) 计算器与其它部件进行信息传送的总线以及总线接收器与发送器；总线接收器与发送器通常是由三态门构成的。

8. 答：浮点加减运算的运算步骤包括：对阶、求和、规格化、舍入、溢出判断。

规则及示例请见书中“浮点加减法运算”一节。

9. 解：原码加减交替法的规则是：当余数为正时，商上1，余数左移一位，减除数绝对值得新余数；当余数为负时，商上0，余数左移一位，加除数绝对值得新余数。

第3章习题参考答案1、设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问(1) 该存储器能存储多少字节的信息？(2) 如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成，需要多少片？(3) 需要多少位地址作芯片选择？解：(1) 该存储器能存储：字节4M 832220=⨯(2) 需要片8823228512322192020=⨯⨯=⨯⨯K (3) 用512K ⨯8位的芯片构成字长为32位的存储器，则需要每4片为一组进行字长的位数扩展，然后再由2组进行存储器容量的扩展。

所以只需一位最高位地址进行芯片选择。

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4M ×8位的DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问；(1) 若每个内存条为16M ×64位，共需几个内存条?(2) 每个内存条内共有多少DRAM 芯片?(3) 主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各内存条?解：(1) 共需内存条条4641664226=⨯⨯M (2) 每个内存条内共有个芯片32846416=⨯⨯M M (3) 主存共需多少个RAM 芯片， 共有4个内存条，1288464648464226=⨯⨯=⨯⨯M M M 故CPU 选择内存条用最高两位地址A 24和A 25通过2：4译码器实现；其余的24根地址线用于内存条内部单元的选择。

3、用16K ×8位的DRAM 芯片构成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。

试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少?解：(1) 用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，需要用个芯片，其中每4片为一组构成16K ×32位——进行字长位16448163264=⨯=⨯⨯K K数扩展(一组内的4个芯片只有数据信号线不互连——分别接D0~D 7、D 8~D 15、D 16~D 23和D 24~D 31，其余同名引脚互连)，需要低14位地址(A 0~A 13)作为模块内各个芯片的内部单元地址——分成行、列地址两次由A 0~A 6引脚输入；然后再由4组进行存储器容量扩展，用高两位地址A 14、A 15通过2：4译码器实现4组中选择一组。

第3章习题参考答案1、设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问 (1) 该存储器能存储多少字节的信息？(2) 如果存储器由512KX8位SRAM 芯片组成，需要多少片？ (3) 需要多少位地址作芯片选择？ 解：(1) 该存储器能存储：220 x —= 4M 字节8(3)用512Kx8位的芯片构成字长为32位的存储器，则需要每4片为一组进行字 长的位数扩展，然后再由2组进行存储器容量的扩展。

所以只需一位最高位地址 进行芯片选择。

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4MX8位 的DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用存条结构形式，问； (1) 若每个存条为16MX64位，共需几个存条？ (2) 每个存条共有多少DRAM 芯片？(3) 主存共需多少DRAM 芯片？ CPU 如何选择各存条？ 解：226x64(1) 共需4条存条16M x64(2) 每个存条共有16；V/- 64 =32个芯片4Mx8⑶ 主存共需多少=128个RAM 芯片，共有4个存条，故CPU 4M x 8 4M x 8 选择存条用最高两位地址临和他5通过2： 4译码器实现；其余的24根地址线用 于存条部单元的选择。

3、用16KX8位的DRAM 芯片构成64KX32位存储器，要求： (1)画出该存储器的组成逻辑框图。

⑵ 设存储器读/写周期为0.5uS, CPL •在luS 至少要访问一次。

试问采用哪种 刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍 所需的实际刷新时间是多少？ 解：(1)用16KX8位的DRAM 芯片构成64KX32位存储器，需要用64/Cx32 = 4x4 = 16 16K x8 个芯片，其中每4片为一组构成16KX32位一一进行字长位数扩展(一组的4个芯片 只有数据信号线不互连——分别接D 。

〜DM 叭D®〜仏和加〜皿其余同名引脚220 x 32 需要冷22O X 322I9X 8=8片互连)，需要低14位地址(A°〜AQ 作为模块各个芯片的部单元地址一一分成行、列 地址两次由A 。

第3章习题‎答案1、设有一个具‎有20位地‎址和32位‎字长的存储‎器，问 (1) 该存储器能‎存储多少字‎节的信息？ (2) 如果存储器‎由512K ‎×8位SRA ‎M 芯片组成‎，需要多少片‎？ (3) 需要多少位‎地址作芯片‎选择？ 解：(1) 该存储器能‎存储：字节4M 832220=⨯(2) 需要片8823228512322192020=⨯⨯=⨯⨯K(3) 用512K ‎⨯8位的芯片‎构成字长为‎32位的存‎储器，则需要每4‎片为一组进‎行字长的位‎数扩展，然后再由2‎组进行存储‎器容量的扩‎展。

所以只需一‎位最高位地‎址进行芯片‎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4M ‎×8位的DR ‎A M 芯片组‎成该机所允‎许的最大主‎存空间，并选用内存‎条结构形式‎，问； (1) 若每个内存‎条为16M ‎×64位，共需几个内‎存条? (2) 每个内存条‎内共有多少‎D RAM 芯‎片? (3) 主存共需多‎少DRAM ‎芯片? CPU 如何‎选择各内存‎条? 解：(1) 共需内存条‎条4641664226=⨯⨯M (2) 每个内存条‎内共有个芯‎32846416=⨯⨯M M 片 (3) 主存共需多‎少个RAM ‎1288464648464226=⨯⨯=⨯⨯M M M 芯片， 共有4个内‎存条，故CPU 选‎择内存条用‎最高两位地‎址A 24和‎A 25通过‎2：4译码器实‎现；其余的24‎根地址线用‎于内存条内‎部单元的选‎择。

3、用16K ×8位的DR ‎A M 芯片构‎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‎种刷新方式‎比较合理?两次刷新的‎最大时间间‎隔是多少?对全部存储‎单元刷新一‎遍所需的实‎际刷新时间‎是多少? 解：(1) 用16K ×8位的DR ‎A M 芯片构‎成64K ×32位存储‎器，需要用个芯‎16448163264=⨯=⨯⨯K K 片，其中每4片‎为一组构成‎16K ×32位——进行字长位‎数扩展(一组内的4‎个芯片只有‎数据信号线‎不互连——分别接D0‎~D 7、D 8~D 15、D 16~D23和D ‎24~D 31，其余同名引‎脚互连)，需要低14‎位地址(A 0~A 13)作为模块内‎各个芯片的‎内部单元地‎址——分成行、列地址两次‎由A 0~A6引脚输‎入；然后再由4‎组进行存储‎器容量扩展‎，用高两位地‎址A 14、A15通过‎2：4译码器实‎现4组中选‎择一组。

第3章系统总线1. 什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？P41答：总线是连接多个部件共享的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

总线传输的特点是：某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。

为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。

2.总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类，它们各有何作用,是单向的，还是双向的，他们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？答：总线的分类：（1）按数据传送方式分：并行传输总线和串行传输总线；（2）按总线的使用范围分：计算机总线、测控总线、网络通信总线等；（3）按连接部件分：片内总线、系统总线和通信总线。

系统总线是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。

按系统总线传输信息不同，可分为3类：数据总线、地址总线和控制总线。

（1）数据总线：数据总线是用来传输个功能部件之间的数据信息，它是双向传输总线，其位数与机器字长、存储字长有关，一般为8位、16位或32位。

（2）地址总线：地址总线主要是用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或I/O设备的地址，地址总线上的代码是用来指明CPU欲访问的存储单元或I/O端口的地址，由CPU输出，是单向的，地址线的位数与存储单元的个数有关，如地址线有20根，则对应的存储单元个数为220。

（3）控制总线：控制总线是用来发出各种控制信号的传输线，其传输是单向的。

3.常用的总线结构有几种？不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？举例说明。

答：总线结构通常有单总线结构和多总线结构。

（1）单总线结构是将CPU、主存、I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O 设备之间、I/O设备与CPU之间或I/O设备与主存之间直接交换信息。

这种4.为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？答：总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求；特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

参考答案(笫三章)1、(1) 220X(32/8) = 4 MB(2)位扩展:32 b/8 b = 4(片) 字扩展：220/512k = 2 (模块) 故需要4x2二8片(3)两个模块需2个片选信号，故需1位地址经地址译码后进行两个模块的片选。

2、(1)每个模块板的容量为1024k,每个字为64位而存储器的容量为226X 64位，故需226/ 1024k = 64个模块板。

(2)每个模块中采用字位扩展方式，需(1024k / 256k) x(64b/16b)=16 片256k x 16b 的DRAM。

(3)主存共需16x64= 1024 片256k x 16b 的DRAM。

CPU发出的26位地址中，高6位进行地址译码后进行64 个模块板的片选，低20位地址作为模块内的字地址选择其中的某个字。

(2)、根据已知条件，CPU 在lus 内至少访存一次，而整个存储器的 平均读/写周期为0.5us,如果采用集中刷新，有64us 的死时间，肯定 不行；如果采用分散刷新，则每lus 只能访存一次，也不行；所以采 用异步式刷新方式。

假设16K*1位的DRAM 芯片用128*128矩阵存储元构成，刷新 时只对128行进行异步方式刷新，则刷新间隔为2ms/128=15.6us,可 取刷新信号周期15uso刷新一遍所用时间=15us *128 = 1.92ms4、(1) (1024 k/128 k)x(32/8) = 32 片A14地址怎译码cs16Kx8bCPUDo~D3i(3)如果选择一个行地址进行刷新，刷新地址为A 。

〜A 8,因此这一 行上的2048个存储元同时进行刷新，即在8ms 内进行512个周期。

刷新方式可釆用：在8ms 中进行512次刷新操作的集中式刷新方式, 或按8ms/512=15.5us 刷新一次的异步刷新方式。

6、(1) 每次从ROM 中读出的数据为16位，因此数据寄存器为16位 (2) CPU 发出的地址位数为17位(128K=217), 17地址中高2位经 过地址译码进行4个存储模块的片选，低15位打入ROM 的地址驱 动电路，CPUcscsAn 地址CS 16Kx8b 模块8128Kx8b 模块116Kx8b 模块7故地址寄存器需17位。

第3章习题解答1 1．．指令长度和机器字长有什么关系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么意思? ?解：解：指令长度与机器字长没有固定的关系，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，指令长度可以等于机器字长，指令长度可以等于机器字长，也可以大于或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；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。

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 2．．零地址指令的操作数来自哪里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寻址方式获得??各举一例说明。

各举一例说明。

解：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。

前述零地址和一地址的加法指令。

3 3．某机为定长指令字结构，．某机为定长指令字结构，．某机为定长指令字结构，指令长度指令长度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。

操作数、单操作数和双操作数三类。

若双操作数指令已有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上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少? ? 解：解：解：X= (2X= (24一K)×26一[L/26]双操作数指令的最大指令数：双操作数指令的最大指令数：双操作数指令的最大指令数：224一1。

单操作数指令的最大指令数：15×2单操作数指令的最大指令数：15×26一l(l(假设双操作数指令仅假设双操作数指令仅1条，为无操作数指令留出1个扩展窗口个扩展窗口))。