計算機組成原理習(xí)題答案詳解

1、計算機組成原理復(fù)習(xí)題答案習(xí)題集和解析第一章 計算機系統(tǒng)概論1. 什么是計算機系統(tǒng)、計算機硬件和計算機軟件？硬件和軟件哪個更重要？解：P3計算機系統(tǒng)：由計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的綜合體。計算機硬件：指計算機中的電子線路和物理裝置。計算機軟件：計算機運行所需的程序及相關(guān)資料。硬件和軟件在計算機系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。5. 馮諾依曼計算機的特點是什么？解：馮諾依曼計算機的特點是：P8l 計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成；l 指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲器內(nèi)，并可以按地址訪問；l 指令和數(shù)據(jù)均用二進制表示；l 指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作

2、碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置；l 指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執(zhí)行；l 機器以運算器為中心（原始馮諾依曼機）。7. 解釋下列概念：主機、CPU、主存、存儲單元、存儲元件、存儲基元、存儲元、存儲字、存儲字長、存儲容量、機器字長、指令字長。解：P9-10 主機：是計算機硬件的主體部分，由CPU和主存儲器MM合成為主機。 CPU：中央處理器，是計算機硬件的核心部件，由運算器和控制器組成；（早期的運算器和控制器不在同一芯片上，現(xiàn)在的CPU內(nèi)除含有運算器和控制器外還集成了CACHE）。 主存：計算機中存放正在運行的程序和數(shù)據(jù)的存儲器

3、，為計算機的主要工作存儲器，可隨機存??；由存儲體、各種邏輯部件及控制電路組成。 存儲單元：可存放一個機器字并具有特定存儲地址的存儲單位。 存儲元件：存儲一位二進制信息的物理元件，是存儲器中最小的存儲單位，又叫存儲基元或存儲元，不能單獨存取。 存儲字：一個存儲單元所存二進制代碼的邏輯單位。 存儲字長：一個存儲單元所存二進制代碼的位數(shù)。 存儲容量：存儲器中可存二進制代碼的總量；（通常主、輔存容量分開描述）。 機器字長：指CPU一次能處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)。 指令字長：一條指令的二進制代碼位數(shù)。8.

4、解釋下列英文縮寫的中文含義：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、功能三部分。CPU：Central Processing Unit，中央處理機（器），是計算機硬件的核心部件，主要由運算器和控制器組成。PC：Program Counter，程序計數(shù)器，其功能是存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動計數(shù)形成下一條指令地址。IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。CU：Control Unit，控制單元（部件），為控制器的核心部件，其功能是產(chǎn)生微操作

5、命令序列。ALU：Arithmetic Logic Unit，算術(shù)邏輯運算單元，為運算器的核心部件，其功能是進行算術(shù)、邏輯運算。ACC：Accumulator，累加器，是運算器中既能存放運算前的操作數(shù)，又能存放運算結(jié)果的寄存器。MQ：Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法運算時存放乘數(shù)、除法時存放商的寄存器。X：此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數(shù)寄存器，即運算器中工作寄存器之一，用來存放操作數(shù)；MAR：Memory Address Register，存儲器地址寄存器，在主存中用來存放欲訪問的存儲單元的地址。MDR：Memory Da

6、ta Register，存儲器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主存中用來存放從某單元讀出、或要寫入某存儲單元的數(shù)據(jù)。I/O：Input/Output equipment，輸入/輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計算機內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送。MIPS：Million Instruction Per Second，每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計算機運算速度指標的一種計量單位。9. 畫出主機框圖，分別以存數(shù)指令“STA M”和加法指令“ADD M”（M均為主存地址）為例，在圖中按序標出完成該指令（包括取指令階段）的信息流程（如）。假設(shè)主存容量為256M*32位，在指令字長、存儲字長、機器字長相等的條件下，

7、指出圖中各寄存器的位數(shù)。解：主機框圖如P13圖1.11所示。（1）STA M指令：PCMAR，MARMM，MMMDR，MDRIR，OP(IR) CU，Ad(IR) MAR，ACCMDR，MARMM，WR（2）ADD M指令：PCMAR，MARMM，MMMDR，MDRIR， OP(IR) CU，Ad(IR) MAR，RD，MMMDR，MDRX，ADD，ALUACC，ACCMDR，WR假設(shè)主存容量256M*32位，在指令字長、存儲字長、機器字長相等的條件下，ACC、X、IR、MDR寄存器均為32位，PC和MAR寄存器均為28位。10. 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲器中，計算機如何區(qū)分它們？解：計算機區(qū)分指

8、令和數(shù)據(jù)有以下2種方法：l 通過不同的時間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即在取指令階段（或取指微程序）取出的為指令，在執(zhí)行指令階段（或相應(yīng)微程序）取出的即為數(shù)據(jù)。l 通過地址來源區(qū)分，由PC提供存儲單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供存儲單元地址的取出的是操作數(shù)。第2章 計算機的發(fā)展及應(yīng)用1. 通常計算機的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)？答：P22主要以組成計算機基本電路的元器件為依據(jù)，如電子管、晶體管、集成電路等。2. 舉例說明專用計算機和通用計算機的區(qū)別。答：按照計算機的效率、速度、價格和運行的經(jīng)濟性和實用性可以將計算機劃分為通用計算機和專用計算機。通用計算機適應(yīng)性強，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟性，而專

9、用計算機是最有效、最經(jīng)濟和最快的計算機，但適應(yīng)性很差。例如個人電腦和計算器。3. 什么是摩爾定律？該定律是否永遠生效？為什么？答：P23，否，P36第3章 系統(tǒng)總線1. 什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減輕總線負載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點？答：P41.總線是多個部件共享的傳輸部件?？偩€傳輸?shù)奶攸c是：某一時刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時使用。為了減輕總線負載，總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動緩沖電路與總線連通。4. 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點？哪種方式響應(yīng)時間最快？哪種方式對電路故障最敏感？答：總線判優(yōu)控制解決多個部件同時申請總線時的使用權(quán)分配問題；常

10、見的集中式總線控制有三種：鏈式查詢、計數(shù)器定時查詢、獨立請求；特點：鏈式查詢方式連線簡單，易于擴充，對電路故障最敏感；計數(shù)器定時查詢方式優(yōu)先級設(shè)置較靈活，對故障不敏感，連線及控制過程較復(fù)雜；獨立請求方式速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。5. 解釋下列概念：總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。答：P46。總線寬度：通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)；總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸率，指單位時間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)；總線復(fù)用：指同一條信號線可以分時傳輸不同的信號。總線的主設(shè)備（主模塊）：指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備

11、（模塊）；總線的從設(shè)備（從模塊）：指一次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備（模塊），它只能被動接受主設(shè)備發(fā)來的命令；總線的傳輸周期：指總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時間；總線的通信控制：指總線傳送過程中雙方的時間配合方式。6. 試比較同步通信和異步通信。答：同步通信：指由統(tǒng)一時鐘控制的通信，控制方式簡單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場合。異步通信：指沒有統(tǒng)一時鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進行聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，有利于提高總線工作效率。8. 為什么說半同步通信同時保留了同步通

12、信和異步通信的特點？答：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時間不一致，因此工作效率介于兩者之間。10. 為什么要設(shè)置總線標準？你知道目前流行的總線標準有哪些？什么叫plug and play？哪些總線有這一特點？答：總線標準的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問題；目前流行的總線標準有：ISA、EISA、PCI等；plug and play：即插即用，EISA、PCI等具有此功能。11. 畫一個具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。答：在總線的兩端分別配置三態(tài)門，就可以使總線具有雙向傳輸功能。12. 設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個寄存器，要求選用合適的74

13、系列芯片，完成下列邏輯設(shè)計：（1） 設(shè)計一個電路，在同一時間實現(xiàn)DA、DB和DC寄存器間的傳送；（2） 設(shè)計一個電路，實現(xiàn)下列操作：T0時刻完成D總線；T1時刻完成總線A；T2時刻完成A總線；T3時刻完成總線B。解：（1）由T打開三態(tài)門將 D寄存器中的內(nèi)容送至總線bus，由cp脈沖同時將總線上的數(shù)據(jù)打入到 A、B、C寄存器中。 T和cp的時間關(guān)系如圖（1）所示。圖（1）（2）三態(tài)門1受T0T1控制，以確保T0時刻D總線，以及T1時刻總線接收門1A。三態(tài)門2受T2T3控制，以確保T2時刻A總線，以及T3時刻總線接收門2B。T0、T1、T2、T3波形圖如圖（2）所示。圖(2)第 四 章3. 存儲器

14、的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計算機如何管理這些層次？答：存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在Cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次上。Cache-主存層次在存儲系統(tǒng)中主要對CPU訪存起加速作用，即從整體運行的效果分析，CPU訪存速度加快，接近于Cache的速度，而尋址空間和位價卻接近于主存。主存-輔存層次在存儲系統(tǒng)中主要起擴容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲器其容量和位價接近于輔存，而速度接近于主存。綜合上述兩個存儲層次的作用，從整個存儲系統(tǒng)來看，就達到了速度快、容量大、位價低的優(yōu)化效果。主存與CACHE之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動完成。而主存與輔存層次的調(diào)度目前廣

15、泛采用虛擬存儲技術(shù)實現(xiàn)，即將主存與輔存的一部分通過軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲器，程序員可使用這個比主存實際空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當(dāng)程序運行時，再由軟、硬件自動配合完成虛擬地址空間與主存實際物理空間的轉(zhuǎn)換。因此，這兩個層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說都是透明的。4. 說明存取周期和存取時間的區(qū)別。解：存取周期和存取時間的主要區(qū)別是：存取時間僅為完成一次操作的時間，而存取周期不僅包含操作時間，還包含操作后線路的恢復(fù)時間。即：存取周期 = 存取時間 + 恢復(fù)時間5. 什么是存儲器的帶寬？若存儲器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲器的帶寬是

16、多少？解：存儲器的帶寬指單位時間內(nèi)從存儲器進出信息的最大數(shù)量。存儲器帶寬 = 1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒注意：字長32位，不是16位。（注：1ns=10-9s）6. 某機字長為32位，其存儲容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。解：存儲容量是64KB時，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64K，如按字編址，其尋址范圍為：64K / （32/8）= 16K主存字地址和字節(jié)地址的分配情況：（略）。7. 一個容量為16K×32位的存儲器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列

17、不同規(guī)格的存儲芯片時，各需要多少片？1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和 = 14 + 32 = 46根；選擇不同的芯片時，各需要的片數(shù)為：1K×4：（16K×32） / （1K×4） = 16×8 = 128片2K×8：（16K×32） / （2K×8） = 8×4 = 32片4K×4：（16K×32） / （4K×4） = 4×8 = 32片16K

18、15;1：（16K×32）/ （16K×1） = 1×32 = 32片4K×8：（16K×32）/ （4K×8） = 4×4 = 16片8K×8：（16K×32） / （8K×8） = 2×4 = 8片8. 試比較靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM。答：略。（參看課件）9. 什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。解：刷新：對DRAM定期進行的全部重寫過程；刷新原因：因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時補充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集

19、中式：在最大刷新間隔時間內(nèi)，集中安排一段時間進行刷新，存在CPU訪存死時間。分散式：在每個讀/寫周期之后插入一個刷新周期，無CPU訪存死時間。異步式：是集中式和分散式的折衷。10. 半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有幾種？解：半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有兩種：線選法和重合法。線選法：地址譯碼信號只選中同一個字的所有位，結(jié)構(gòu)簡單，費器材；重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號的重合來選址，也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動方式。11. 一個8K×8位的動態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256×256形式，

20、存取周期為0.1s。試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？解：采用分散刷新方式刷新間隔為:2ms，其中刷新死時間為：256×0.1s=25.6s采用分散刷新方式刷新間隔為：256×（0.1s+×0.1s）=51.2s采用異步刷新方式刷新間隔為:2ms12. 畫出用1024×4位的存儲芯片組成一個容量為64K×8位的存儲器邏輯框圖。要求將64K分成4個頁面，每個頁面分16組，指出共需多少片存儲芯片。解：設(shè)采用SRAM芯片，則：總片數(shù) = （64K×8位） / （1024×4位）= 64×2

21、= 128片題意分析：本題設(shè)計的存儲器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁面、組三級，因此畫圖時也應(yīng)分三級畫。首先應(yīng)確定各級的容量：頁面容量 = 總?cè)萘?/ 頁面數(shù) = 64K×8 / 4 = 16K×8位，4片16K×8字串聯(lián)成64K×8位組容量 = 頁面容量 / 組數(shù)   = 16K×8位 / 16 = 1K×8位，16片1K×8位字串聯(lián)成16K×8位組內(nèi)片數(shù) = 組容量 / 片容量 = 1K×8位 / 1K×4位 = 2片，兩片1K×4位芯片位并聯(lián)成1K×8位存儲器邏輯框圖：（

22、略）。13. 設(shè)有一個64K×8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路（簡稱存儲基元）？欲設(shè)計一種具有上述同樣多存儲基元的芯片，要求對芯片字長的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。解：存儲基元總數(shù) = 64K×8位 = 512K位 = 219位；思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲元安排在字向，因為地址位數(shù)和字數(shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。解：設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為：2a×b = 219；b = 219-a；若a = 19，b = 1，總和 = 19+1 = 2

23、0； a = 18，b = 2，總和 = 18+2 = 20；  a = 17，b = 4，總和 = 17+4 = 21；  a = 16，b = 8，總和 = 16+8 = 24；      由上可看出：片字數(shù)越少，片字長越長，引腳數(shù)越多。片字數(shù)減1、片位數(shù)均按2的冪變化。結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，這種芯片的引腳分配方案有兩種：地址線 = 19根，數(shù)據(jù)線 = 1根；或地址線 = 18根，數(shù)據(jù)線 = 2根。14. 某8位微型機地址碼為18位，若使用4K×4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲器，試問：（1）該機所允許的最

24、大主存空間是多少？（2）若每個模塊板為32K×8位，共需幾個模塊板？（3）每個模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片？（4）共有多少片RAM？（5）CPU如何選擇各模塊板？解：（1）該機所允許的最大主存空間是：218 × 8位 = 256K×8位 = 256KB（2）模塊板總數(shù) = 256K×8 / 32K×8 = 8塊（3）板內(nèi)片數(shù) = 32K×8位 / 4K×4位 = 8×2 = 16片（4）總片數(shù) = 16片×8 = 128片（5）CPU通過最高3位地址譯碼輸出選擇模板，次高3位地址譯碼輸出選擇芯片。地址格式分

25、配如下：15. 設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用（低電平有效）作訪存控制信號，作讀寫命令信號（高電平為讀，低電平為寫）?，F(xiàn)有下列存儲芯片：ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位），RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138譯碼器和其他門電路（門電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出CPU和存儲芯片的連接圖。要求：（1）最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，409616383地址范圍為用戶程序區(qū)；（2）指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量；（3）詳細畫出片選邏輯。解：（1）地址空間分配圖： 系統(tǒng)程序區(qū)（ROM共4KB）：

26、0000H-0FFFH 用戶程序區(qū)（RAM共12KB）：1000H-FFFFH   （2）選片：ROM：選擇4K×4位芯片2片，位并聯(lián)              RAM：選擇4K×8位芯片3片，字串聯(lián)(RAM1地址范圍為:1000H-1FFFH,RAM2地址范圍為2000H-2FFFH, RAM3地址范圍為:3000H-3FFFH)   （3）各芯片二進制地址分配如下：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,2000000000000000

27、00000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存儲器連接邏輯圖及片選邏輯如下圖(3)所示：圖（3）16. CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8K×8位的RAM芯片與CPU相連，試回答：（1）用74138譯碼器畫出CPU與存儲芯片的連接圖；（2）寫出每片RAM的地址范圍；（3）如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。（

28、4）根據(jù)（1）的連接圖，若出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果？解：（1）CPU與存儲器芯片連接邏輯圖：   （2）地址空間分配圖： RAM0:0000H-1FFFH RAM1:2000H-3FFFH RAM2:4000H-5FFFH RAM3:6000H-7FFFH RAM4:8000H-9FFFH RAM5:A000H-BFFFH RAM6:C000H-DFFFH RAM7:E000H-FFFFH（3）如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲芯片(RAM5)都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因為：該存儲芯片的片選輸

29、入端很可能總是處于低電平。假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的，可能的情況有：1）該片的-CS端與-WE端錯連或短路；2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯連或短路；3）該片的-CS端與地線錯連或短路。（4）如果地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將會出現(xiàn)A13恒為“1”的情況。此時存儲器只能尋址A13=1的地址空間(奇數(shù)片)，A13=0的另一半地址空間（偶數(shù)片）將永遠訪問不到。若對A13=0的地址空間（偶數(shù)片）進行訪問，只能錯誤地訪問到A13=1的對應(yīng)空間(奇數(shù)片)中去。17. 寫出1100、1101、1110、1111對應(yīng)的漢明碼。解：有效信息均為n=4位，假設(shè)有效信息用b4b3b2b

30、1表示校驗位位數(shù)k=3位，（2k>=n+k+1）設(shè)校驗位分別為c1、c2、c3，則漢明碼共4+3=7位，即：c1c2b4c3b3b2b1校驗位在漢明碼中分別處于第1、2、4位c1=b4b3b1c2=b4b2b1c3=b3b2b1當(dāng)有效信息為1100時，c3c2c1=011,漢明碼為1110100。當(dāng)有效信息為1101時，c3c2c1=100,漢明碼為0011101。當(dāng)有效信息為1110時，c3c2c1=101,漢明碼為1011110。當(dāng)有效信息為1111時，c3c2c1=010,漢明碼為0110111。18. 已知收到的漢明碼（按配偶原則配置）為1100100、1100111、11000

31、00、1100001，檢查上述代碼是否出錯？第幾位出錯？解：假設(shè)接收到的漢明碼為：c1c2b4c3b3b2b1糾錯過程如下：P1=c1b4b3b1P2=c2b4b2b1P3=c3b3b2b1如果收到的漢明碼為1100100，則p3p2p1=011，說明代碼有錯，第3位（b4）出錯，有效信息為：1100如果收到的漢明碼為1100111，則p3p2p1=111，說明代碼有錯，第7位（b1）出錯，有效信息為：0110如果收到的漢明碼為1100000，則p3p2p1=110，說明代碼有錯，第6位（b2）出錯，有效信息為：0010如果收到的漢明碼為1100001，則p3p2p1=001，說明代碼有錯，第

32、1位（c1）出錯，有效信息為：000122. 某機字長16位，常規(guī)的存儲空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取什么措施？畫圖說明。解：若想不改用高速存儲芯片，而使訪存速度提高到8倍，可采取八體交叉存取技術(shù)，8體交叉訪問時序如下圖：18. 什么是“程序訪問的局部性”？存儲系統(tǒng)中哪一級采用了程序訪問的局部性原理？解：程序運行的局部性原理指：在一小段時間內(nèi)，最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問；在空間上，這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲區(qū)；在訪問順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大 (大約 5:1 )。存儲系統(tǒng)中Cache主存層次采用了程序訪問

33、的局部性原理。25. Cache做在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開又有什么好處？答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個好處：1）可提高外部總線的利用率。因為Cache在CPU芯片內(nèi)，CPU訪問Cache時不必占用外部總線。2）Cache不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持I/O設(shè)備與主存的信息傳輸，增強了系統(tǒng)的整體效率。3）可提高存取速度。因為Cache與CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短,故存取速度得以提高。將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開有如下好處：1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2）指令Cache可用ROM實

34、現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性。3）數(shù)據(jù)Cache對不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例32位），也可支持浮點數(shù)據(jù)（如64位）。補充：Cache結(jié)構(gòu)改進的第三個措施是分級實現(xiàn)，如二級緩存結(jié)構(gòu)，即在片內(nèi)Cache（L1）和主存之間再設(shè)一個片外Cache（L2），片外緩存既可以彌補片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點，又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度。30. 一個組相連映射的CACHE由64塊組成，每組內(nèi)包含4塊。主存包含4096塊，每塊由128字組成，訪存地址為字地址。試問主存和高速存儲器的地址各為幾位？畫出主存地址格式。解：cache組數(shù)：64/4=16 ，Cac

35、he容量為：64*128=213字，cache地址13位主存共分4096/16=256區(qū)，每區(qū)16塊主存容量為：4096*128=219字，主存地址19位，地址格式如下：主存字塊標記（8位）組地址（4位）字塊內(nèi)地址（7位）第 六 章12. 設(shè)浮點數(shù)格式為：階碼5位（含1位階符），尾數(shù)11位（含1位數(shù)符）。寫出51/128、-27/1024所對應(yīng)的機器數(shù)。要求如下：（1）階碼和尾數(shù)均為原碼。（2）階碼和尾數(shù)均為補碼。（3）階碼為移碼，尾數(shù)為補碼。     解：據(jù)題意畫出該浮點數(shù)的格式：階符1位階碼4位數(shù)符1位尾數(shù)10位      將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為

36、二進制：x1= 51/128= 0.0110011B= 2-1 * 0.110 011B    x2= -27/1024= -0.0000011011B = 2-5*(-0.11011B）則以上各數(shù)的浮點規(guī)格化數(shù)為：（1）x1浮=1，0001；0.110 011 000 0 x2浮=1，0101；1.110 110 000 0（2）x1浮=1，1111；0.110 011 000 0 x2浮=1，1011；1.001 010 000 0（3）x1浮=0，1111；0.110 011 000 0 x2浮=0，1011；1.001 010 000 0 16設(shè)機器數(shù)字長為16位，

37、寫出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍。設(shè)機器數(shù)采用一位符號位，答案均用十進制表示。     （1）無符號數(shù)；     （2）原碼表示的定點小數(shù)。     （3）補碼表示的定點小數(shù)。     （4）補碼表示的定點整數(shù)。     （5）原碼表示的定點整數(shù)。     （6）浮點數(shù)的格式為：階碼6位（含1位階符），尾數(shù)10位（含1位數(shù)符）。分別寫出其正數(shù)和負數(shù)的表示范圍。     （7）浮點數(shù)格式同（6），機器數(shù)采用補碼規(guī)格化形式，分別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負數(shù)的真值

38、范圍。解：（1）無符號整數(shù)：0 216 - 1，即：0 65535；    無符號小數(shù)：0 1 - 2-16 ，即：0 0.99998； （2）原碼定點小數(shù)：-1 + 2-151 - 2-15 ，即：-0.99997 0.99997（3）補碼定點小數(shù)：- 11 - 2-15 ，即：-10.99997（4）補碼定點整數(shù)：-215215 - 1 ，即：-3276832767（5）原碼定點整數(shù)：-215 + 1215 - 1，即：-3276732767（6）據(jù)題意畫出該浮點數(shù)格式，當(dāng)階碼和尾數(shù)均采用原碼，非規(guī)格化數(shù)表示時：最大負數(shù)= 1，11 111；1.000 000 001

39、，即 -2-9´2-31最小負數(shù)= 0，11 111；1.111 111 111，即 -（1-2-9）´231則負數(shù)表示范圍為：-（1-2-9）´231 -2-9´2-31最大正數(shù)= 0，11 111；0.111 111 111，即 （1-2-9）´231最小正數(shù)= 1，11 111；0.000 000 001，即 2-9´2-31則正數(shù)表示范圍為：2-9´2-31 （1-2-9）´231（7）當(dāng)機器數(shù)采用補碼規(guī)格化形式時，若不考慮隱藏位，則最大負數(shù)=1，00 000；1.011 111 111，即 -2-1

40、80;2-32最小負數(shù)=0，11 111；1.000 000 000，即 -1´231則負數(shù)表示范圍為：-1´231 -2-1´2-32最大正數(shù)=0，11 111；0.111 111 111，即 （1-2-9）´231 最小正數(shù)=1，00 000；0.100 000 000，即 2-1´2-32則正數(shù)表示范圍為：2-1´2-32 （1-2-9）´23117. 設(shè)機器數(shù)字長為8位（包括一位符號位），對下列各機器數(shù)進行算術(shù)左移一位、兩位，算術(shù)右移一位、兩位，討論結(jié)果是否正確。 x1原=0.001 1010；y1補=0.101 0

41、100；z1反=1.010 1111；   x2原=1.110 1000；y2補=1.110 1000；z2反=1.110 1000；   x3原=1.001 1001；y3補=1.001 1001；z3反=1.001 1001。解：算術(shù)左移一位： x1原=0.011 0100；正確 x2原=1.101 0000；溢出（丟1）出錯 x3原=1.011 0010；正確 y1補=0.010 1000；溢出（丟1）出錯 y2補=1.101 0000；正確 y3補=1.011 0010；溢出（丟0）出錯 z1反=1.101 1111；溢出（丟0）出錯 z2反=1.101 0001；

42、正確 z3反=1.011 0011；溢出（丟0）出錯算術(shù)左移兩位： x1原=0.110 1000；正確 x2原=1.010 0000；溢出（丟11）出錯x3原=1.110 0100；正確y1補=0.101 0000；溢出（丟10）出錯 y2補=1.010 0000；正確 y3補=1.110 0100；溢出（丟00）出錯 z1反=1.011 1111；溢出（丟01）出錯 z2反=1.010 0011；正確 z3反=1.110 0111；溢出（丟00）出錯算術(shù)右移一位： x1原=0.000 1101；正確 x2原=1.011 0100；正確x3原=1.000 1100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差 y1補

43、=0.010 1010；正確y2補=1.111 0100；正確y3補=1.100 1100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差z1反=1.101 0111；正確z2反=1.111 0100(0)；丟0，產(chǎn)生誤差z3反=1.100 1100；正確算術(shù)右移兩位： x1原=0.000 0110（10）；產(chǎn)生誤差 x2原=1.001 1010；正確x3原=1.000 0110（01）；產(chǎn)生誤差y1補=0.001 0101；正確y2補=1.111 1010；正確y3補=1.110 0110（01）；產(chǎn)生誤差z1反=1.110 1011；正確z2反=1.111 1010（00）；產(chǎn)生誤差z3反=1.110 0110（0

44、1）；產(chǎn)生誤差19. 設(shè)機器數(shù)字長為8位（含1位符號位），用補碼運算規(guī)則計算下列各題。   （1）A=9/64， B=-13/32，求A+B。   （2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。   （3）A=-3/16，B=9/32，求A+B。   （4）A=-87，B=53，求A-B。   （5）A=115，B=-24，求A+B。     解：（1）A=9/64= 0.001 0010B, B= -13/32= -0.011 0100B       A補=0.001 0010, B補=

45、1.100 1100A+B補= 0.0010010 + 1.1001100 = 1.1011110 無溢出A+B= -0.010 0010B = -17/64   （2）A=19/32= 0.100 1100B, B= -17/128= -0.001 0001B        A補=0.100 1100, B補=1.110 1111 , -B補=0.001 0001 A-B補= 0.1001100 + 0.0010001= 0.1011101 無溢出 A-B= 0.101 1101B = 93/128B（3）A= -3/16= -0.001 1

46、000B, B=9/32= 0.010 0100B     A補=1.110 1000, B補= 0.010 0100 A+B補= 1.1101000 + 0.0100100 = 0.0001100 無溢出A+B= 0.000 1100B = 3/32 （4） A= -87= -101 0111B, B=53=110 101B      A補=1 010 1001, B補=0 011 0101, -B補=1 100 1011A-B補= 1 0101001 + 1 1001011 = 0 1110100 溢出（5）A=115= 111 0011B

47、, B= -24= -11 000B    A補=0 1110011, B補=1，110 1000 A+B補= 0 1110011 + 1 1101000 = 0 1011011無溢出 A+B= 101 1011B = 9126.按機器補碼浮點運算步驟，計算x±y補.   （1）x=2-011× 0.101 100，y=2-010×（-0.011 100）；   （2）x=2-011×（-0.100 010），y=2-010×（-0.011 111）；   （3）x=2101×（-0.

48、100 101），y=2100×（-0.001 111)。解：先將x、y轉(zhuǎn)換成機器數(shù)形式： （1）x=2-011× 0.101 100，y=2-010×（-0.011 100）x補=1，101；0.101 100, y補=1，110；1.100 100 Ex補=1,101, y補=1,110, Mx補=0.101 100, My補=1.100 100    1）對階：DE補=Ex補+-Ey補 = 11,101+ 00,010=11,111 < 0，應(yīng)Ex向Ey對齊，則：Ex補+1=11，101+00，001=11，110 = Ey補x補=

49、1，110；0.010 110 2）尾數(shù)運算：   Mx補+My補= 0.010 110 + 11.100 100=11.111010Mx補+-My補=0.010 110 + 00.011100= 00.110 010 3）結(jié)果規(guī)格化：   x+y補=11，110；11.111 010 = 11，011；11.010 000 （尾數(shù)左規(guī)3次，階碼減3）   x-y補=11，110；00.110 010, 已是規(guī)格化數(shù)。 4）舍入：無5）溢出：無則：x+y=2-101×（-0.110 000）    x-y =2-010×0.

50、110 010（2）x=2-011×（-0.100010）,y=2-010×（-0.011111）     x補=1，101；1.011 110, y補=1，110；1.100 0011） 對階：過程同(1)的1），則x補=1，110；1.101 111   2）尾數(shù)運算：     Mx補+My補= 11.101111 + 11. 100001 = 11.010000     Mx補+-My補= 11.101111 + 00.011111 = 00.0011103）結(jié)果規(guī)格化： x+y補=11，110；1

51、1.010 000,已是規(guī)格化數(shù) x-y補=11，110；00.001 110 =11，100；00.111000 （尾數(shù)左規(guī)2次，階碼減2）4）舍入：無 5）溢出：無則：x+y=2-010×（-0.110 000）    x-y =2-100×0.111 000（3）x=2101×（-0.100 101）,y=2100×（-0.001 111）     x補=0，101；1.011 011, y補=0，100；1.110 0011）對階：DE補=00，101+11，100=00，001 >0，應(yīng)Ey向Ex對

52、齊，則：Ey補+1=00，100+00，001=00，101=Ex補y補=0，101；1.111 000（1）2）尾數(shù)運算：  Mx補+My補= 11.011011+ 11.111000（1）= 11.010011（1）  Mx補+-My補= 11.011011+ 00.000111（1）= 11.100010（1）2） 結(jié)果規(guī)格化：   x+y補=00，101；11.010 011（1），已是規(guī)格化數(shù)   x-y補=00，101；11.100 010（1）=00，100；11.000 101 （尾數(shù)左規(guī)1次，階碼減1）4）舍入：x+y補=00，101；

53、11.010 011（舍）x-y補 不變5）溢出：無則：x+y=2101×（-0.101 101）x-y =2100×（-0.111 011）32. 設(shè)機器字長為16位，分別按4、4、4、4和5、5、3、3分組后，   （1）畫出按兩種分組方案的單重分組并行進位鏈框圖，并比較哪種方案運算速度快。  （2）畫出按兩種分組方案的雙重分組并行進位鏈框圖，并對這兩種方案進行比較。  （3）用74181和74182畫出單重和雙重分組的并行進位鏈框圖。解：（1）4444分組的16位單重分組并行進位鏈框圖見教材286頁圖6.22。   

54、5533分組的16位單重分組并行進位鏈框圖如下：（2）4444分組的16位雙重分組并行進位鏈框圖見教材289頁圖6.26。    5533分組的16位雙重分組并行進位鏈框圖如下：   5533分組的進位時間=2.5ty´3=7.5ty；  4444分組的進位時間=2.5ty´3=7.5ty；可見，兩種分組方案最長加法時間相同。 結(jié)論：雙重分組并行進位的最長進位時間只與組數(shù)和級數(shù)有關(guān)，與組內(nèi)位數(shù)無關(guān)。（3）單重分組16位并行加法器邏輯圖如下（正邏輯）：注意： 1）74181芯片正、負邏輯的引腳表示方法；   2）為強

55、調(diào)可比性，5-5-3-3分組時不考慮扇入影響；   3）181芯片只有最高、最低兩個進位輸入/輸出端，組內(nèi)進位無引腳；   4）181為4位片，無法5-5-3-3分組，只能4-4-4-4分組；   5）單重分組跳躍進位只用到181，使用182的一定是雙重以上分組跳躍進位；   6）單重分組跳躍進位是并行進位和串行進位技術(shù)的結(jié)合；雙重分組跳躍進位是二級并行進位技術(shù)；特別注意在位數(shù)較少時，雙重分組跳躍進位可以采用全先行進位技術(shù)實現(xiàn)；位數(shù)較多時，可采用雙重分組跳躍進位和串行進位技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)。第   七   章1. 什么叫機器指令？什么叫指令

56、系統(tǒng)？為什么說指令系統(tǒng)與機器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu)之間存在著密切的關(guān)系？答：參考P300。2. 什么叫尋址方式？為什么要學(xué)習(xí)尋址方式？答：參看P310。3. 什么是指令字長、機器字長和存儲字長？答：略。4. 零地址指令的操作數(shù)來自哪里？各舉一例說明。答：零地址指令的操作數(shù)來自ACC，為隱含約定。在一地址指令中，另一個操作數(shù)的地址通?？刹捎肁CC隱含尋址方式獲得。5. 對于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方？舉例說明。答：對于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在寄存器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。8. 某機指令字長16位，每個操作數(shù)的地址碼為6位，設(shè)操作碼長度固定，指令分為零地址

57、、一地址和二地址三種格式。若零地址指令有M條，一地址指令有N種，則二地址指令最多有幾種？若操作碼位數(shù)可變，則二地址指令最多允許有幾種？解：1）若采用定長操作碼時，二地址指令格式如下：OP（4位）A1（6位）A2（6位）設(shè)二地址指令有K種，則：K=24-M-N當(dāng)M=1（最小值），N=1（最小值）時，二地址指令最多有：Kmax=16-1-1=14種3） 若采用變長操作碼時，二地址指令格式仍如1）所示，但操作碼長度可隨地址碼的個數(shù)而變。此時，K= 24 -（N/26 + M/212 ）； 當(dāng)（N/26 + M/212 ）£1時（N/26 + M/212 向上取整），K最大，則二地址指令最多

58、有：Kmax=16-1=15種（只留一種編碼作擴展標志用。）9. 試比較間接尋址和寄存器間接尋址。答：略。10. 試比較基址尋址和變址尋址。略。11. 畫出先變址再間址及先間址再變址的尋址過程示意圖。解：1）先變址再間址尋址過程簡單示意如下：       EA=(IX)+A，IX®(IX)+12）先間址再變址尋址過程簡單示意如下：EA=(IX)+(A)，IX® (IX)+116. 某機主存容量為4M´16位，且存儲字長等于指令字長，若該機指令系統(tǒng)可完成108種操作，操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、變址、基址、相對、立即等六種尋址方式，試回答：（1）畫出一地址指令格式并指出各字段的作用；  （2）該指令直接