DB A0 A1 A12 R/W CPU MREQ A13 A14 A0 EPROM A1 8K×16 A12 CS A0 SRAM A1 8K×16 A A0 SRAM A1 8K×16 A A0 SRAM A1 8K×16 A A0 SRAM A1 8K×16 A A0 SRAM A1 4K×16 A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A B C 3：8 译码器 图2 主存地址分布及芯片连接图

5、 某计算机指令字长16位，地址码是6位，指令有无地址、一地址和二地址3种格式，

设有N条二地址指令，无地址指令M条，试问1地址指令最多有多少条？ 解：设1地址指令有X条

（（24-N）*26-X）*26=M 得：X=（24-N）*26-M*2-6

6、 假设某计算机指令长度为20位，具有双操作数、单操作数和无操作数3类指令格式，

每个操作数地址规定用6位表示。 问：若操作码字段固定为8位，现已设计出m条双操作数指令，n条无操作数指令，在此情况下，这台计算机最多可以设计出多少条单操作数指令？

答：由于设定全部指令采用8位固定的OP字段，故这台计算机最多的指令条数为28=256 条。因此最多还可以设计出（256-m-n）条单操作数指令。

7、 有4级流水线分别完成取指、指令译码并取数、运算、送结果4步操作，假设完成各步操作的时间依次为100ns、80ns、50ns。

(1) 流水线的操作周期应设计为多少？

(2) 若相邻2条指令发生数据相关，而且在硬件上不采取措施，那么第2条指令要推迟多少时间进行？

(3) 如果在硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间？

解：

（1）流水线的操作时钟周期 t按四步操作中最长时间来考虑,所以t=100ns。 （2）两条指令发生数据相关冲突情况：

ADD R1，R2，R3； R2+R3->R1 SUB R4，R1，R5； R1-R5->R4

两条指令在流水线中执行情况如表6-4所示:

表6-4 指令在流水线上的执行情况 时钟 指令 1 2 3 4 5 6 7 ADD SUB I D I E D W E W

ADD指令在时钟4时将结果写入寄存器堆（R1），但SUB指令在时钟3时读寄存器堆（R1）。本来ADD指令应先写入R1，SUB指令后读R1，结果变成SUB指令先读R1，ADD指令后写R1，因而了发生两条指令间数据相关。如果硬件上不采取措施，第2条指令SUB应至少推迟2个操作时钟周期（2×100ns）。

（3）如果硬件上加以改进（采取旁路技术），可推迟1个操作时钟周期（100ns）。 8、指令流水线右取指(IF) 、译码(ID)、执行 (EX) 、访存(MEM)、写回寄存器堆(WB)五个过程段，共有20条指令连续输入此流水线。

（1）画出流水处理的时空图，假设时钟周期为100ns。

（2）求流水线的实际吞吐率（单位时间里执行完毕的指令数）。 解：（1）

空间S 1 2 3 4 5 15 161 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 5时间TWBMEMEXIDIF? 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t19 t20

（2）

H?n206??8.33*10条/秒 ?9(K?n?1)?(5?20?1)*100*109、 某系统总线的一个存取周期最快为3个总线时钟周期，在一个总线周期中可以存取32位数据。若总线的时钟频率为8.33MHz，则总线的带宽为多少MB/s？

解：总线的带宽=数据宽度×总线周期的最高频率 =（32/8）Byte×（8.33/3）M/s

= 11.1 MB/s

10、 某磁盘组有6片磁盘，每片可有2个记录面，存储区域内径为22cm，外径为33cm，道密度40道/cm，位密度400b/cm，转速2400 r/min。试问：

(1) 共有多少个存储面可用？ (2) 共有多少个圆柱面？

(3) 整个磁盘组的总存储总量有多少？ (4) 数据传送率是多少？

(5) 如果某文件长度超过一个磁盘的容量，应将它记录在同一存储面上还是记录在同一圆柱面上？为什么？

(6) 如果采用定长信息块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？

答：（1）6×2＝12（面），共有12个存储面可用。

（2）40×（33－22）/2＝220（道），共有220个圆柱面。 （3）12×22π×400×220＝73×106（位）。

（4）数据传送率＝（22π×400）/（60/2400）＝1.1×106（b/s）＝0.138×106（B/s）。 （5）记录在同一圆柱面上。因为这样安排存取速度快。

（6）如果采用定长信息块记录格式，直接寻址的最小单位是扇区。磁盘地址：驱动器号、圆柱面号、盘面号、扇区号。

11、某磁盘存储器的转速为3000r/min，共有4个记录面，5道/mm，每道记录信息为12288B，最小磁道直径为230mm,共有275道，问：

(1) 磁盘存储器的存储容量是多少？ (2) 最大位密度，最小位密度是多少？ (3) 磁盘数据传输率是多少？ (4) 平均等待时间是多少？

给出一个磁盘地址格式方案。

答：（1）每道记录信息容量=12288字节，每个记录面信息容量=275×12288字节，共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为

4×275×12288字节 = 13516800字节

（2）最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）：

D1 = 12288字节/2πR1= 17字节/mm

最低位密度D2按最大磁道半径R2计算

R2 = R1 +（275/5） = 115 + 55 = 170mm D2 = 12288字节/2πR2 = 11.5字节/mm

（3）磁盘数据传输率

r = 3000/60 = 50周/秒

N = 12288字节（每道信息容量） C = r×N = 50×12288 = 614400字节/秒

（4）平均等待时间 = 1/2r = 1/2×50 = 1/100秒= 10毫秒

（5）本地磁盘存储器假设只有一台。有4个记录面，每个记录面有275个磁道。假设每个扇区记录1024个字节，则需要12288字节/1024字节=12个扇区。由此可得如图9-29的地址格式：

14 6 5 4 3 0 柱面（磁道）号 盘面（磁头）号 扇 区 号 图9-29 地址格式

12、一台有6个盘片的磁盘组，转速为2400r/min(每分钟转速)，盘面有效记录区域的外直径为30cm，内直径为20cm，记录密度为640b/m(每毫米的位数)，磁道间距为0.2cm，盘片设有2个保护面，1个伺服面。试计算：

(1) 盘组的存储容量。 (2) 数据传输率。

解： （注意，需要统一单位）

（1）（2*6-3）*（30-20）/2/0.2*(2*20/2*PI*640) （2） (2*20/2*PI*640)*2400/60 13、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。

解：

因x?y?2EX(Sx?Sy)（1）对阶：

△J=Ex－Ey=（-10）2－（+10）2=（-100）2 所以Ex

2=（10）2=Ey。Sx右移四位后

求X+Y要经过对阶、尾数求和及规格化等步骤。 (Ex?EY)，

Sx=0.00001001，经过舍入后SX=0001，经过对阶、舍入后，

x?2(10)2?(0.0001)2。

（2）尾数求和： Sx+Sy

0.0001（Sx）

+ 0.1011（Sy） Sx+Sy=0.1100 结果为规格化数。

x?y?2(10)2?(Sx?Sy)?2(10)2(0.1100)2?(11.00)2

14、设有两个十进制数，x = -0.875 × 21，y = 0.625 × 22：

(1) 将x、y的尾数转换为二进制补码形式。

(2) 设阶码2位，阶符1位，数符1位，尾数3位，通过补码运算规则求出z = x – y的二进制浮点规格化结果。

解：

（1）设S1为x的尾数，S2为y的尾数，则 S1 = （-0.875）10 = （-0.111）2 [S1]补 = 1.001

S2 = （0.625）10 = （+0.101）2 [S2]补 = 0.101

（2）求z = x – y的二进制浮点规格化结果。

（A）对阶：

设x的阶码为jx,y的阶码为jy, jx = （+01）2，jy = （+10）2, jx – jy = （01）2 – （10）2 = （-01）2，小阶的尾数S1右移一位， S1 = （-0.0111）2，jx阶码加１，则jx = （10）2 = jy，经舍入后， S1 = （-0,100）2，对阶完毕。 x?2jX?S1?2(10)2?(?0.100)2 y?2jy?S2?2(10)2?(?0.101)2

（B）尾数相减

[S1]补= 11.100

+ [-S2]补= 11.011 [S1-S2]补= 10.111 尾数求和绝对值大于1

尾数右移一位，最低有效位舍掉，阶码加１（右规），则[S1-S2]补 = 11.011（规

格化数），jx = jy = 11 （C）规格化结果011.1011