计算机组成原理课后习题1-10章答案(第二版)(编辑修改稿)

计算机组成原理课后习题1-10章答案(第二版)(编辑修改稿)内容摘要：

8 倍，可采取 八 体交叉存取技术， 8 体交叉访问时序 如下图 ： 单 体 访 存 周 期启 动 存 储 体 0启 动 存 储 体 1启 动 存 储 体 2启 动 存 储 体 3启 动 存 储 体 4启 动 存 储 体 5启 动 存 储 体 6启 动 存 储 体 7 18. 什么是 “ 程序访问的局部性 ”。 存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理。 解：程序运行的局部性原理指：在一小段时间内，最近被访 问过的程序和数据很可能再次被访问；在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 )。 存储系统中 Cache— 主存层次采用了程序访问的局部性原理。 25. Cache 做在 CPU 芯片内有什么好处。 将指令 Cache 和数据 Cache 分开又有什么好处。 答： Cache 做在 CPU 芯片内主要有下面几个好处： 1）可提高外部总线的利用率。 因为 Cache 在 CPU 芯片内， CPU 访问 Cache 时不必占用外部总线。 2） Cache 不占用外部总线就意味着外部总 线可更多地支持 I/O 设备与主存的信息传输，增强了系统的整体效率。 3）可提高存取速度。 因为 Cache 与 CPU 之间的数据通路大大缩短 ,故存取速度得以提高。 将指令 Cache 和数据 Cache 分开有如下好处： 1）可支持超前控制和流水线控制，有利于这类控制方式下指令预取操作的完成。 2）指令 Cache 可用 ROM 实现，以提高指令存取的可靠性。 3）数据 Cache 对不同数据类型的支持更为灵活，既可支持整数（例 32 位），也可支持浮点数据（如 64 位）。 补充 ： Cache 结构改进的第三个措施是分级实现，如二级缓存结构，即 在片内 Cache（ L1）和主存之间再设一个片外 Cache（ L2），片外缓存既可以弥补片内缓存容量不够大的缺点，又可在主存与片内缓存间起到平滑速度差的作用，加速片内缓存的调入调出速度。 30. 一个组相连映射的 CACHE 由 64 块组成，每组内包含 4 块。 主存包含 4096 块，每块由128 字组成，访存地址为字地址。 试问主存和高速存储器的地址各为几位。 画出主存地址格式。 解： cache 组数： 64/4=16 ， Cache 容量为： 64*128=213字， cache 地址 13 位 主存共分 4096/16=256 区，每区 16 块 主存容量为： 4096*128=219字，主存地址 19 位，地址格式如下： 主存字块标记（ 8 位） 组地址（ 4 位） 字块内地址（ 7 位） 第 六 章 12. 设浮点数格式为：阶码 5 位 （含 1 位阶符 ）， 尾数 11 位 （含 1 位数符 ）。 写出 51/1227/1024 所对应的机器数。 要求 如下： （ 1）阶码和尾数均为原码。 （ 2）阶码和尾数均为补码。 （ 3）阶码为移码，尾数为补码。 解：据题意画出该浮点数的格式： 阶符 1 位 阶码 4 位 数符 1 位 尾数 10 位 将十进制数转换为二进制： x1= 51/128= = 21 * 011B x2= 27/1024= = 25*(） 则以上各数的浮点规格化数为： （ 1） [x1]浮 =1， 0001； 011 000 0 [x2]浮 =1， 0101； 110 000 0 （ 2） [x1]浮 =1， 1111； 011 000 0 [x2]浮 =1， 1011； 010 000 0 （ 3） [x1]浮 =0， 1111； 011 000 0 [x2]浮 =0， 1011； 010 000 0 16． 设机器数字长为 16 位，写出下列各种情况下它能表示的数的范围。 设机器数采用一位符号位，答案均用十进制表示。 （ 1）无符号数； （ 2）原码表示的定点小数。 （ 3）补码表示的定点小数。 （ 4）补码表示的定点整数。 （ 5）原码表示的定点整数。 （ 6）浮点数的格式为：阶码 6 位 （含 1 位 阶符 ）， 尾数 10 位（ 含 1位 数符）。 分别写出其正数和负数的表示范围。 （ 7）浮点 数格式同（ 6），机器数采用补码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数的真值范围。 解：（ 1） 无符号整数： 0 —— 216 1，即： 0—— 65535； 无符号小数： 0 —— 1 216 ，即： 0 —— ； （ 2）原码定点小数： 1 + 215—— 1 215 ，即： —— （ 3）补码定点小数： 1—— 1 215 ，即： 1—— （ 4）补码定点整数： 215—— 215 1 ，即： 32768—— 32767 （ 5）原码定点整数： 215 + 1—— 215 1，即： 32767—— 32767 （ 6）据题意画出该浮点数格式 ， 当阶 码和 尾 数均 采用 原 码， 非规格化数 表示时： 最大负数 = 1， 11 111； 000 001 ，即 29231 最小负数 = 0， 11 111； 111 111，即 （ 129） 231 则负数表示范围为： （ 129） 231 —— 29231 最大正数 = 0， 11 111； 111 111，即 （ 129） 231 最小正数 = 1， 11 111； 000 001，即 29231 则 正数表示范围为： 29231 —— （ 129） 231 （ 7）当机器数采用补码规格化形式时，若不考虑隐藏位，则 最大负数 =1， 00 000； 111 111，即 21232 最小负数 =0， 11 111； 000 000，即 1231 则负数表示范围为： 1231 —— 21232 最大正数 =0， 11 111； 111 111，即 （ 129） 231 最小正数 =1， 00 000； 000 000，即 21232 则 正数表示范围为： 21232 —— （ 129） 231 17. 设机器数字长为 8 位（包括一位符号位），对下列各机器数进行算术左移一位、两位，算术右移一位、两位，讨论结果是否正确。 [x1]原 = 1010； [y1]补 = 0100； [z1]反 = 1111； [x2]原 = 1000； [y2]补 = 1000； [z2]反 = 1000； [x3]原 = 1001； [y3]补 = 1001； [z3]反 = 1001。 解： 算术左移一位： [x1]原 = 0100；正确 [x2]原 = 0000；溢出（丢 1）出错 [x3]原 = 0010；正确 [y1]补 = 1000；溢出（丢 1）出错 [y2]补 = 0000；正确 [y3]补 = 0010；溢出（丢 0）出错 [z1]反 = 1111；溢出（丢 0）出错 [z2]反 = 0001；正确 [z3]反 = 0011；溢出（丢 0）出错 算术左 移两位： [x1]原 = 1000；正确 [x2]原 = 0000；溢出（丢 11）出错 [x3]原 = 0100；正确 [y1]补 = 0000；溢出（丢 10）出错 [y2]补 = 0000；正确 [y3]补 = 0100；溢出（丢 00）出错 [z1]反 = 1111；溢出（丢 01）出错 [z2]反 = 0011；正确 [z3]反 = 0111；溢出（丢 00）出错 算术右移一位： [x1]原 = 1101；正确 [x2]原 = 0100；正确 [x3]原 = 1100(1)；丢 1，产生误差 [y1]补 = 1010；正确 [y2]补 = 0100；正确 [y3]补 = 1100(1)；丢 1，产生误差 [z1]反 = 0111；正确 [z2]反 = 0100(0)；丢 0，产生误差 [z3]反 = 1100；正确 算术右移两位： [x1]原 = 0110（ 10）；产生误差 [x2]原 = 1010；正确 [x3]原 = 0110（ 01）；产生误差 [y1]补 = 0101；正确 [y2]补 = 1010；正确 [y3]补 = 0110（ 01）；产生误差 [z1]反 = 1011；正确 [z2]反 = 1010（ 00）；产生误差 [z3]反 = 0110（ 01）；产生误差 19. 设机器数字长为 8 位（含 1 位符号位），用补码运算规则计算下列各题。 （ 1） A=9/64， B=13/32，求 A+B。 （ 2） A=19/32， B=17/128，求 AB。 （ 3） A=3/16， B=9/32，求 A+B。 （ 4） A=87， B=53，求 AB。 （ 5） A=115， B=24，求 A+B。 解：（ 1） A=9/64= 0010B, B= 13/32= 0100B [A]补 = 0010, [B]补 = 1100 [A+B]补 = + = —— 无溢出 A+B= 0010B = 17/64 （ 2） A=19/32= 1100B, B= 17/128= 0001B [A]补 = 1100, [B]补 = 1111 , [B]补 = 0001 [AB]补 = + = —— 无溢出 AB= 1101B = 93/128B （ 3） A= 3/16= 1000B, B=9/32= 0100B [A]补 = 1000, [B]补 = 0100 [A+B]补 = + = —— 无溢出 A+B= 1100B = 3/32 （ 4） A= 87= 101 0111B, B=53=110 101B [A]补 =1 010 1001, [B]补 =0 011 0101, [B]补 =1 100 1011 [AB]补 = 1 0101001 + 1 1001011 = 0 1110100 —— 溢出 （ 5） A=115= 111 0011B, B= 24= 11 000B [A]补 =0 1110011, [B]补 =1， 110 1000 [A+B]补 = 0 1110011 + 1 1101000 = 0 1011011—— 无溢出 A+B= 101 1011B = 91 ，计算 [x177。 y] 补 . （ 1） x=2011 100 ， y=2010 （ 100）； （ 2） x=2011 （ 010）， y=2010 （ 111）； （ 3） x=2101 （ 101）， y=2100 （ 111)。 解：先将 x、 y 转换成机器数形式： （ 1） x=2011 100 ， y=2010 （ 100） [x]补 =1， 101； 100, [y]补 =1， 110； 100 [Ex]补 =1,101, [y]补 =1,110, [Mx]补 = 100, [My]补 = 100 1）对阶： [E]补 =[Ex]补 +[Ey]补 = 11,101+ 00,010=11,111 0， 应 Ex 向 Ey 对齐，则： [Ex]补 +1=11， 101+00， 001=11， 110 = [Ey]补 [x]补 =1， 110； 110 2）尾数运算： [Mx]补 +[My]补 = 110 + 100= [Mx]补 +[My]补 = 110 + = 010 3）结果规格化： [x+y]补 =11， 110； 010 = 11， 011； 000 （ 尾数 左规 3 次，阶码减 3） [xy]补 =11， 110； 010, 已是规格化数。 4）舍入：无 5）溢出：无 则： x+y=2101 （ 000） xy =2010 010 （ 2） x=2011 （ ） ,y=2010 （ ） [x]补 =1， 101； 110, [y]补 =1， 110； 001 1） 对阶：过程同 (1)的 1），则 [x]补 =1， 110； 111 2）尾数运算： [Mx]补 +[My]补 = + 11. 100001 = [Mx]补 +[My]补 = + = 3）结果规格化： [x+y]补 =11， 110； 000,已是规格化数 [xy]补 =11， 110；。