1、若某计算机的主频为 800MHz，每个 CPU 周期平均包含 4 个主频周期，每个指令周期平均有 3 个 CPU周期，问：（1）该机平均指令的执行速度为多少 MIPS（百万条指令每秒）？（2）若主频提高到 1000MHz，每个 CPU 周期平均包含 2 个主频周期，采用流水线方式，每个指令周期平均为 1.2 个 CPU 周期，则平均指令的执行速度又是多少 MIPS？答案: 解：（1）因为机器主频为 f800MHz，所以主频周期 T1/(80010 6) 0.00125(s)，每个 CPU 周期平均包含 4 个主频周期，所以 CPU 周期 TCPU4 T 40.00125(s) 0.005(s)
2、指令周期 T 指令 3 T CPU30.0050.015 (s)则指令的执行速度 V11/ T 指令 1/0.015 (s) 66.7 (MIPS)（或 800（43）=66.7 (MIPS) ）（2） 1000（21.2）=416.7 (MIPS)设机器字长为 8 位（运算时为 9 位），已知二进制数 X 101101，Y100110，试用双符号位补码求XY 和 XY 的值，要求写出计算机中的运算步骤，并指出是否有溢出。答案: X补 =111010011 Y补 =000100110 -Y补 =111011010X补 111010011+ Y补 000100110111111001 （无溢出）
3、X补 =111010011+ -Y补 =111011010110101101所以 X+Y 补 =111111001 X+Y=-000111X-Y补 =110101101 X-Y=-1010011一个 32 位的微处理器，它有 16 位外部数据总线，总线的时钟频率是 40MHz，假定一个总线事务的最短周期是 4个时钟周期，问这个处理器的最大数据传输率是多少？如果将数据总线的宽度扩展为 32 位，那么处理器的最大数据传输率提高到多少？这种措施与加倍外部总线时钟频率的措施相比，哪种更好？一种单地址指令格式如下所示，其中 I 为间接特征，X 为寻址模式，D 为形式地址。I，X，D 组成该指令的操作数有
4、效地址 E。设 R1 为变址寄存器， R2 为基址寄存器，PC 为程序计数器，请写出下表中各种寻址方式名称。OP I X D寻址方式名称 I X 有效地址 E立即寻址 0 00 E=D相对寻址 0 01 E=（PC）+D变址寻址 0 10 E=（R）+D寄存寻址 0 11 E=（R）+D，D=0直接寻址 1 00 E=（D）相对间接寻址 1 01 E=（PC）+D）变址间接式 1 10 E=（R）+D）寄存器间接寻址 1 11 E=（R）+D），D=0(1) 立即寻址(2) 相对寻址(3) 变址寻址(4) 寄存寻址(5) 直接寻址(6) 寄存器间接寻址今有 4 级指令流水线，分别完成取指、指令
5、译码并且取数、运算、送结果四步操作。假设完成各步操作的时间依次为 15ns，17ns ，16ns，15ns。请问：(1) 流水线操作的时钟周期应设计为多少？1) 流水线的操作时钟周期 t 应按四步操作中最长时间来考虑, 所以 t=100ns(2) 若相邻两条指令 I 和 I+1 是：ADD R 1，R 3 和 SUB R3，R 5。前者完成 (R1)+(R3) R 3 的操作；后者完成 (R3) - (R5) R 5 的操作，问是否发生数据相关？假设在硬件上不采取措施，那么第 I+1 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？(3)如果硬件上加以改进 (采
6、取旁路技术),这样只需推迟 1 个操作时钟周期就能得到所需数据，即 t=100ns解： (1) 流水线操作的时钟周期应设计为 17ns。(2) 发生数据相关。假设在硬件上不采取措施，那么第 I+1 条指令要推迟两个时钟周期即 34ns 进行。(3) 如果硬件 设计上上加以改进，例如采取内部向前技术，则可不需推迟。有一个具有 20 位地址和 32 位字长的存储器，由 256K8 位 DRAM 芯片构成。问1）该存储器能存储多少个字节的信息？2）总共需要多少 DRAM 芯片？需要多少位地址作芯片选择？3）画出该存储器的组成逻辑框图。存储器容量为 64M 字，字长 64 位，模块数 m = 8，分别
7、用顺序方式和交叉方式进行组织。存储周期 T = 100ns,数据总线宽度为 64 位，总线周期 = 20ns .问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？答案: 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=mT=8100ns=810-7 (s)t1=T+ (m-1) =100+720= 2.410(s)顺序存储器带宽是：W2= q/t2=512（810 -7）=6410 7（位/S ）交叉存储器带宽是：W1=q/t1=512（2.410 -7）=21310 7（位/S ）设机器字长为 8 位，试写出下列十进制数的原码、反码、补码和移码表示。如果
8、是小数，则用定点小数表示；若为整数，则用定点整数表示。(1) 25/128 (2) 38/64 答案: 解：(1)设 X=(25/128)10=(110012-111)2=(0.0011001)2所以X 原 =X反 =X补 =0.0011001，X 移 =20+0.0011001=1.0011001(2)设 X=(38/64) 10=(1001102 -110)2=(0.100110) 2所以X 原 =1.1001100X反 =1.0110011X补 =1.0110100X移 =0.0110100已知二进制数 X=2-101(-0.1001011)，Y=2 -0110.0101011，设阶码为
9、 4 位（含 1 位阶符），用补码表示，尾数为 8 位（含 1 位数符），用补码表示，按浮点运算方法，求 X-Y 的值，结果如需要舍入处理，用0 舍 1 入法。答案: 解：阶和尾数都采用双符号位x浮=11011 ， 11.0110101 y浮=11101 ， 00.0101011-y浮=00011 ，11.1010101 对阶E补 =Ex补 +-Ey补 =11011+00011=11110可见 E=-2， 将 Mx右移 2 位，x 浮 11101，11.11 01101(01) 尾数进行减运算相减11.1101101(01)+11.1010101-11.1000010(01) 结果规格化并进行
10、舍入处理x-y浮=11101, 11.1000010(01) 左规 x-y浮=11100, 11.0000100(1)溢出检查由于两位阶符为 11，不是 01，因此无溢出。最终的结果为x-y=2-100(-0.1111011) 已知二进制数 x0.1011，y0.1101，用原码一位乘法求 xy 的值，要求写出计算机中的运算步骤。答案: 解：x 原 =1.1011，y 原 =0.1101计算过程如下： P 4=0.10001111 , zs=10=1故 xy 原 =1.10001111所以：xy =0.10001111已知二进制数 X=2010 0.101011 ，Y=2 011 (0.110
11、101) ，设阶为 5 位（包括 2 位阶符），用补码表示，尾数为 8 位（包括 2 位尾符），用补码表示，按浮点运算方法，求 X+Y 的值，运算过程阶和尾数均用双符号进行。要求写出机器的运算步骤。答案: 解：x 和 y 的浮点机器数（阶和尾数均用补码表示）x 浮 11110 ，00.101011 y 浮 11101，11.001011 求阶差E 补 E x补 + -Ey补111100001100001可见 E 1，将 My 右移 1 位，y 浮 11110 ，11.100101(1) 尾数相加。Mx补 00.101011 + My补 11.100101(1) 00.010000(1) M x
12、+My补 应左规，阶码减 1。即 xy 补 11101，00.100001 溢出检查运算结果的阶小于所能表示的最大阶，所以无溢出。所以 xy2 -11(0.100001)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 256K8 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？答案: 解：1） 2 20= 1M， 该存储器能存储的信息为：1M32/8=4MB 。2）（1024K/256K）（32/8）= 16（片）； 3）1024K/256K=4，故需要 2 位地址作为芯片选择。若某计算机的指令系统可分为 I1、I
13、2、I3、I4、I5 和 I6 等 6 种类型的指令，这 6 种指令的指令周期分别是 4ns、5ns、3ns、7ns、6ns 和 8ns，在程序出现的频度（概率）分别是 15%、12%、30%、8%、20%和15%，求该机的平均指令执行时间是多少 ns，平均运算速度为多少 MIPS（百万条指令每秒）？答案: 解：平均运算时间：T=415%+512%+330%+78%+620%+815%=5.06 (ns)平均运算速度：v=1/T=1/(5.0610 -9)10-3=197.6 (MIPS)已知 X=0.1001 和 Y=0.1111, 用变形补码计算 X+Y 和 X-Y, 同时指出运算结果是否
14、溢出。答案: 解：x=0.1001 y=0.1111X补 00.1001, Y 补 11.0001, -Y 补 00.1111 X+Y补 00.1001+11.000111.1010 无溢出 X+Y-0.0110 X-Y补 00.1001+00.111101.1000 溢出 X-Y+1.1000 1某指令流水线有取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）、访存（MEM ）和写回寄存器堆（WB ）5 个过程段，各功能段所用的时间分别为 120ns、80ns、90ns、100ns 和 60ns。今有 40 条指令流过此流水线，试求流水线的时钟周期和加速比。答案: 解：流水线的时钟周期 T=max12
15、0，80，90，100，60=120ns 加速比 C=40*（120+80+90+100+60）/(5+40-1）*120=3.41设字长为 32 位的二进制浮点数，阶为 10 位（包括 1 位阶符），尾数为 22 位（包括 1 位尾符），阶和尾数分别用移码和补码表示，基数 R2。求规格化数的表数范围。答案: 解：规格化数的表数范围：(R=2)正数为：2 -5122-1 2 511(12 -21)负数为：2 511(-1) 2 -512(-2-12 -21)某磁盘里，平均找道时间为 TS=10 毫秒，平均旋转等待时间 TL=5 毫秒，数据传输速率为 40MB/s。磁盘机上存放着 250 个文件，每个文件的平均长度为 10MB。现在需将所有文件逐一读出并检查更新，然后写回磁盘机，每个文件平均需要 1 毫秒的额外处理时间。问；(1) 检查并更新所有文件需要占用多少时间?(2) 若磁盘机的旋转速度和数据传输速率都提高一倍，检查并更新全部文件的时间又是多少?答案: 解：(1) 每次磁盘读或写的时间找道时间+ 等待时间+ 数据传输时间，故总的文件更新时间为(2) 若磁盘机的旋转速度提高一倍，则平均旋转等待时间缩短为 10 毫秒；若磁盘机的数据传输率都提高一倍，则变为 4000B/ms，故总的文件更新时间为
