計算機組成原理作業(yè)參考答案

1、作業(yè)一1、計算機的主要性能指標包括哪些？參考答案:計算機的主要技術(shù)性能指標有下面幾項：主頻、字長、存儲容量、 存取周期和運算速度等。(1) 主頻：主頻即時鐘頻率，是指計算機的CPU在單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)。(2) 字長：字長是指計算機的運算部件能同時處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與計算機 的功能和用途有很大的關(guān)系。 字長決定了計算機的運算精度， 字長長，計算機的運算精度就 高。字長也影響機器的運算速度，字長越長，計算機的運算速度越快。(3) 存儲容量：計算機能存儲的信息總字節(jié)量稱為該計算機系統(tǒng)的存儲容量存儲容量 的單位還有 MB (兆字節(jié))、GB (吉字節(jié))和 TB (太字節(jié))。(4) 存取周期：

2、把信息代碼存入存儲器，稱為"寫”；把信息代碼從存儲器中取出，稱為“讀”。存儲器進行一次“讀”或“寫”操作所需的時間稱為存儲器的訪問時間(或讀寫時間)，而連續(xù)啟動兩次獨立的“讀”或“寫”操作 (如連續(xù)的兩次“讀”操作)所需的最 短時間，稱為存取周期(或存儲周期)。(5) 運算速度：運算速度是一項綜合性的性能指標。衡量計算機運算速度的單位是 MIPS(百萬條指令/秒)。因為每種指令的類型不同，執(zhí)行不同指令所需的時間也不一樣。過去以執(zhí)行定點加法指令作標準來計算運算速度，現(xiàn)在用一種等效速度或平均速度來衡量。等效速度由各種指令平均執(zhí)行時間以及相對應(yīng)的指令運行比例計算得出來，即用加權(quán)平均法求得。

3、2、說明常見的計算機分類方法及其類型。參考答案：計算機有多種分類方法。常見的分類方法有以下幾種：(1) 按處理的信息形式分?？煞譃閿?shù)字計算機和模擬計算機。用脈沖編碼表示數(shù)字，處理的是數(shù)字信息，這類計算機是數(shù)字計算機；處理長度、電壓、電流等模擬量的計算機稱為模擬計算機。本書介紹的是數(shù)字計算機的組成原理。(2) 按字長分。可分為 8位機、16位機、32位機和64位機等。(3) 按結(jié)構(gòu)分。可分為單片機、單板機、多芯片機與多板機。(4) 按用途分?？煞譃楣I(yè)控制機與數(shù)據(jù)處理機等。(5) 按規(guī)模分?？煞譃榫扌蜋C、小巨型機、大中型機、小型機、工作站和微型機(PC 機)六類。作業(yè)二1、計算機中為什么采用二進

4、制數(shù)碼?參考答案：這是由計算機電路所采用的器件決定的。計算機中采用了具有兩個穩(wěn)態(tài)的二值電路，用二值電路只能代表兩個數(shù)碼：0和1。比如，采用正邏輯表示，是以低電位表示數(shù)碼“ 0”，高電位表示數(shù)碼“ T ;負邏輯表示，則以高電位表示數(shù)碼“0”，低電位表示數(shù)碼“ T。在計算機中采用二進制，具有運算規(guī)則簡單，物理上實現(xiàn)方便，成本低廉，數(shù)碼“1”和“0” 正好與邏輯命題中的兩個值“True”、“False ”相對應(yīng)，為計算機中實現(xiàn)邏輯運算和程序中的邏輯判斷提供了便利條件等優(yōu)點。2、不同進制之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換計算。1) (15.34) 8轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進制數(shù)、十六進制數(shù)和十進制數(shù)；2) 二進制數(shù)1001110

5、0和0.01011轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。 參考答案：1) (15.34) 8 = (1101.0111) 2= (13.4375) 10= (E.7) 162) (10011100) 2 = (156) 10(0.01011) 2= (0.34375) 103、 把非規(guī)格化的浮點數(shù) N= 2110 X 0.01100110規(guī)格化，參考答案：把浮點數(shù)N的尾數(shù)向左移一位，變成 0. 1100110,同時，階碼遞減1,得到N= 2101 X 0. 1100110 ,即為規(guī)格化的浮點數(shù)。作業(yè)三1、簡單介紹CPU中的主要寄存器的名稱和功能。參考答案：CPU主要有以下寄存器：(1) 指令寄存器(IR )：用來保

6、存當前正在執(zhí)行的一條指令。(2) 程序計數(shù)器(PC):用來確定下一條指令的地址。(3) 地址寄存器(AR):用來保存當前 CPU所訪問的內(nèi)存單元的地址。(4) 緩沖寄存器(DR):<1>作為CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站。<2>補償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的差別。<3>在單累加器結(jié)構(gòu)的運算器中，緩沖寄存器還可兼作為操作數(shù)寄存器。(5) 通用寄存器(AC):當運算器的算術(shù)邏輯單元( ALU )執(zhí)行全部算術(shù)和邏輯運 算時，為ALU提供一個工作區(qū)。(6) 狀態(tài)條件寄存器：保存由算術(shù)指令和邏輯指令運行或測試的結(jié)果建立的各種條件碼內(nèi)容。除此之

7、外，還保存中斷和系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息，以便使CPU和系統(tǒng)能及時了解機器運行狀態(tài)和程序運行狀態(tài)。2、何謂正邏輯？何謂負邏輯？參考答案：正邏輯與負邏輯是把邏輯電路中電平的高低和邏輯變量值0、1聯(lián)系起來的一種概念。正邏輯： 指定邏輯電路中高電平為“ T ,低電平為“ 0”，稱為正邏輯。負邏輯： 指定邏輯電路中低電平為“ T ,高電平為“ 0”，稱為負邏輯。對于一個具體的邏輯電路，判斷它具有什么邏輯功能，首先要看它是用正邏輯表示的，還是用負邏輯表示的，這在分析和綜合邏輯電路時要特別注意。作業(yè)四1、 兩個浮點數(shù) X=201(+0.1101) , Y=211(-0.1010)，求 X+Y=?參考答案：(1)

8、 對階先把X、Y兩數(shù)用補碼表示：兇 補=00 01 ; 00.1101Y 補=00 11 ; 11.0110可以看出，兇 補的階碼小，應(yīng)向Y補階碼看齊，兇 補階碼增2,尾數(shù)向右移2位。對階完畢后，可得兇 補=00 11 ; 00.0011Y 補=00 11 ; 11 0110(2) 尾數(shù)求和00.0011+11 011011 1001(3) 規(guī)格化這是一個非規(guī)格化的數(shù)，對上述結(jié)果規(guī)格化，即進行左規(guī)：尾數(shù)向左移1位，階碼減1。得到最后結(jié)果：X+Y=210X (-0.1110 )2、 已知兩個定點小數(shù) X=0.1101 , Y=-0.0111，用補碼加法求這 X+Y。參考答案：兇補=0.1101

9、, Y補=1.1001兇 補+Y補=0.1101 + 1.1001 = 0.0110所以，X+Y= 0.0110。作業(yè)五1、某計算機指令字長 16位，每個地址碼是 6位，指令有無地址、 一地址和二地址三種 格式，設(shè)有N條二地址指令，無地址指令M條，試問1地址指令最多有多少條？參考答案：設(shè)1地址指令有X條，則有下式成立：(24-N) *26-X) *26=M得：X= (24-N ) *26-M*2-62、試述指令周期、CPU周期和時鐘周期之間的關(guān)系參考答案：指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時間。也就是從取指令開始到執(zhí)行完這條指令為止 的全部時間。一個指令周期由若干個機器周期組成。CPU周期也叫機器

10、周期。是指 CPU訪問一次主存或輸入輸出端口所需要的時間。一個 CPU周期由若干個時鐘周期組成。時鐘周期是CPU理操作的最小時間單位，也叫 T周期指令周期、CPU周期和時鐘周期之間的關(guān)系如下圖所示。n T2 T3 14 n T2 34 II 12 T31_11_ 時鐘周期CPU周期lb_111一 CPU周期3-1_11一 CPU周期R指令周期作業(yè)六1、一個256KX 8的DRAM?片，其地址線和數(shù)據(jù)線分別為多少根?參考答案：地址線有18根，數(shù)據(jù)線有8根。2、主存儲器的性能指標主要有哪些？含義是什么？參考答案：主存儲器的性能指標主要是存儲容量、存取時間、存儲周期可靠性和性能價格比。在一個存儲器中

11、可以容納的存儲單元總數(shù)通常稱為該存儲器的存儲容量。存取時間又稱存儲訪問時間，是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。存儲周期是指連續(xù)兩次獨立的存儲器操作（如連續(xù)兩次讀操作）所需間隔的最小時間?？煽啃允侵冈谝?guī)定的時間內(nèi)，存儲器無故障工作的時間。通常用平均無故障時間MTBF來衡量。性能與價格的比值是衡量存儲器經(jīng)濟性能好壞的綜合性指標。3、用16kX 8位的SRA姑片構(gòu)成64KX 16位的存儲器，要求畫出該存儲器的組成邏輯 框圖。參考答案：存儲器容量為64KX 16位，其地址線為16位（Ai5 A），數(shù)據(jù)線也是16位（Ds Db） SRA祇片容量為16KX 8位，其地址線為14位，數(shù)據(jù)線為

12、8位，因此組成存儲器時須字位 同時擴展。字擴展采用 2 : 4譯碼器，以16K為一個模塊，共4個模塊。位擴展采用兩片串 接。邏輯框圖如下圖所示。AlfiAmD15D8CPUR/WDTDO數(shù)據(jù)繡（高8位）nr恤址線CS作業(yè)七1、CPU結(jié)構(gòu)如圖所示，其中一個累加寄存器AC, 一個狀態(tài)條件寄存器和其它四個寄存器，各部分之間的連線表示數(shù)據(jù)通路，箭頭表示信息傳送方向。（1）標明圖中四個寄存器的名稱。（2）簡述指令從主存取到控制器的數(shù)據(jù)通路。參考答案:(1) a為數(shù)據(jù)緩沖寄存器 DR b為指令寄存器IR , c為主存地址寄存器 AR d為程序 計數(shù)器PC(2) P->AF主存> 緩沖寄存器DR

13、 >指令寄存器IR ->操作控制器2、解釋下列基本術(shù)語：微命令、微操作、微指令和微程序參考答案：微命令通常是指那些能直接作用于某部件控制門的命令，它是構(gòu)成控制信號序列的最 小單位。執(zhí)行部件接受微命令后進行的操作稱為微操作。在一個CPU周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合，稱為微指令。對應(yīng)于程序指令的概念，微指令的有序集合稱為微程序。一般一條機器指令的功能由 對應(yīng)的一段微程序來實現(xiàn)。作業(yè)八1、分析獨立請求總線控制方式的優(yōu)缺點。參考答案：獨立請求總線控制方式的優(yōu)點是：響應(yīng)時間快，對優(yōu)先次序的控制也相當?shù)仂`活，它可以預先固定優(yōu)先次序，也可以通過程序來改變優(yōu)先次序。并且在必要時屏蔽某

14、些設(shè)備的請求。缺點是：控制線的數(shù)量多。比如要控制n個設(shè)備，必須有n根“總線請求”線和 n根“總線同意”線，相比之下，鏈式查詢方式只需2根，計數(shù)器定時查詢方式只需約log 2n 根。另外，獨立請求總線控制方式的控制器也要復雜得多。2、總線有哪些分類方式，數(shù)據(jù)總線和地址總線的特點各是什么？ 參考答案：根據(jù)總線所傳輸?shù)男畔?nèi)容的不同，總線可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。根據(jù)總線在計算機系統(tǒng)中所處的位置不同，總線又有片級總線、內(nèi)部總線和外部總線 之分。根據(jù)二進制數(shù)碼的傳送方式，總線有并行總線和串行總線兩種。根據(jù)數(shù)據(jù)的傳送方向，總線有單向總線和雙向總線兩種。數(shù)據(jù)總線的特點是：雙向傳輸；地址總線的特點

15、是：單向傳輸。3、說明計數(shù)器定時查詢工作原理。參考答案：計數(shù)器定時查詢工作原理：總線上任一設(shè)備要求使用總線時，通過“總線請求” （B0線發(fā)出總線請求信號，總線控制器接到請求信號后，在“總線忙” （BS為復位的情況下，讓計數(shù)器開始計數(shù)，計數(shù)值通過一組地址線發(fā)至各設(shè)備。每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路，當?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設(shè)備地址一致時，該設(shè)備把“總線忙”（BS）置位，獲得了總線控制權(quán)。此時，終止計數(shù)查詢。作業(yè)九1、 某雙面磁盤，每面有 220道，內(nèi)層磁道周長為 70cm內(nèi)層位密度 400位/cm,轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，問：（1）磁盤存儲容量是多少？（2）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？參考答案：（

16、1）每道信息量=400 位/cm >70cm=28000 位=3500B每面信息量=3500BX220=770000B磁盤總?cè)萘?770000BX2=1540000B（2） 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率，也即磁盤的帶寬Dr=r NN為每條磁道容量，N=3500Br為磁盤轉(zhuǎn)速r=3000轉(zhuǎn)/60S=50轉(zhuǎn)/S所以，Dr=r XN=50/S X3500B=175000B/S2、磁記錄設(shè)備的寫電流波形主要有哪幾種方式，各自的記錄特點分別是什么？參考答案：磁記錄設(shè)備的寫電流波形主要有歸零制、不歸零制、調(diào)相制、調(diào)頻制和改進的調(diào)頻制 等幾大類。歸零制記錄方式的特點是：正向電流代表“1”,負向電流代表“0”,不論某

17、存儲元記錄的代碼是“ 0”還是“ T ,記錄電流都要恢復到零電流（即沒有電流） 。不歸零制有兩種方式，一種是一般的不歸零制，另一種是見“1”就翻不歸零制。一般的不歸零制在記錄數(shù)據(jù)時，磁頭線圈中不是有正向電流，就是有反向電流，即磁頭線圈總 是有電流流過。它的特點是： 對連續(xù)記錄的“ T或“ 0”，寫電流不改變方向。見“ T就 翻的不歸零制在記錄數(shù)據(jù)時，磁頭線圈中始終有電流。和一般的不歸零制的顯著不同之處是： 流過磁頭的電流在記錄"1"時改變方向，在記錄"0"時，電流方向不變。調(diào)相制記錄方式在一個位周期的中間位置，電流由負到正變化為“ T ,由正到負為 “0

18、”。調(diào)頻制在記錄數(shù)字“ T時，電流不僅在位周期的中心位置翻轉(zhuǎn)一次，而且在位與位之間也發(fā)生翻轉(zhuǎn)。在記錄數(shù)字“ 0”時，在位位置的中心不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，但在位與位之間的邊 界要翻轉(zhuǎn)一次。改進的調(diào)頻制在記錄“ T時，電流在位中心位置翻轉(zhuǎn)一次，在記錄“0”時，電流方向不翻轉(zhuǎn)， 只有連續(xù)記錄兩個或兩個以上“ 0”時，才在位周期的起始處翻轉(zhuǎn)一次作業(yè)十1、DMA專送方式有哪幾種？各自有何優(yōu)點？ 參考答案：DMAS制器和CPU分時使用總線的方式有以下三種：停止CPU訪問；周期挪用；DMA控制器和CPU替訪問內(nèi)存。停止CPU訪問傳送方式的優(yōu)點是控制簡單，它適用于高速的外圍設(shè)備與內(nèi)存之間實現(xiàn) 成組的數(shù)據(jù)傳輸。由于外圍設(shè)備和內(nèi)存?zhèn)鬏攦蓚€數(shù)據(jù)之間的間隔一般總是大于內(nèi)存存儲周 期，因此，在DM制間，一部分內(nèi)存的工作周期處于空閑狀態(tài)，內(nèi)存的效能未得到充分發(fā)揮。周期挪用的方式與停止 CPU訪問內(nèi)存的方式比較，既實現(xiàn)了外圍設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù) 據(jù)傳送，又較好地發(fā)揮了內(nèi)存和 CPU的效率。但是，外圍設(shè)備每次周期挪用都要申請總線的 控制權(quán)、建立總線控制權(quán)和歸