計(jì)算機(jī)組成原理課后習(xí)題答案

1、第1章習(xí)題參考答案1. 電子數(shù)字計(jì)算機(jī)和電子模擬計(jì)算機(jī)的區(qū)別在哪里？解：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)中處理的信息是在時(shí)間上離散的數(shù)字量，運(yùn)算的過程是不連續(xù)的；電子模擬計(jì)算機(jī)中處理的信息是連續(xù)變化的物理量，運(yùn)算的過程是連續(xù)的。2. 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？其中最主要的一點(diǎn)是什么？解：馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)如下： 計(jì)算機(jī)（指硬件）應(yīng)由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件組成； 計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來表示指令和數(shù)據(jù)； 將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲器中，然后再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作。第點(diǎn)是最主要的一點(diǎn)。3. 計(jì)算機(jī)的硬件是由哪些部件組成的？它們各有哪些功能？解：計(jì)算機(jī)的硬件應(yīng)由運(yùn)算器、存儲器、控制

2、器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件組成。它們各自的功能是： 輸入設(shè)備：把人們編好的程序和原始數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中去，并且將它們轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)內(nèi)部所能識別和接受的信息方式。 輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以人或其他設(shè)備所能接受的形式送出計(jì)算機(jī)。 存儲器：用來存放程序和數(shù)據(jù)。 運(yùn)算器：對信息進(jìn)行處理和運(yùn)算。 控制器：按照人們預(yù)先確定的操作步驟，控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各部件有條不紊地自動(dòng)工作。4. 什么叫總線？簡述單總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。解：總線是一組能為多個(gè)部件服務(wù)的公共信息傳送線路，它能分時(shí)地發(fā)送與接收各部件的信息。單總線結(jié)構(gòu)即各大部件都連接在單一的一組總線上，這個(gè)總線被稱為系精品統(tǒng)總線。CPU與主存、CPU與外設(shè)

3、之間可以直接進(jìn)行信息交換，主存與外設(shè)、外設(shè)與外設(shè)之間也可以直接進(jìn)行信息交換，而無須經(jīng)過cPU的干預(yù)。精品5簡單描述計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)，說明各層次的主要特點(diǎn)。解：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)硬件與軟件組成的綜合體，可以把它看成是按功能劃分的多級層次結(jié)構(gòu)。第0級為硬件組成的實(shí)體。第1級是微程序級。這級的機(jī)器語言是微指令集，程序員用微指令編寫的微程序一般是直接由硬件執(zhí)行的。第2級是傳統(tǒng)機(jī)器級。這級的機(jī)器語言是該機(jī)的指令集，程序員用機(jī)器指令編寫的程序可以由微程序進(jìn)行解釋。第3級是操作系統(tǒng)級。從操作系統(tǒng)的基本功能來看，一方面它要直接管理傳統(tǒng)機(jī)器中的軟硬件資源，另一方面它又是傳統(tǒng)機(jī)器的延伸。第4級是匯編語言級。這級

4、的機(jī)器語言是匯編語言，完成匯編語言翻譯的程序叫做匯編程序。第5級是高級語言級。這級的機(jī)器語言就是各種高級語言，通常用編譯程序來完成高級語言翻譯的工作。第6級是應(yīng)用語言級。這一級是為了使計(jì)算機(jī)滿足某種用途而專門設(shè)計(jì)的，因此這一級語言就是各種面向問題的應(yīng)用語言。6計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？解：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)有：機(jī)器字長、數(shù)據(jù)通路寬度、主存容量和運(yùn)算速度等。機(jī)器字長是指參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù)，它是由加法器、寄存器的位數(shù)決定的。數(shù)據(jù)通路寬度是指數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)。主存容量是指主存儲器所能存儲的全部信息量。運(yùn)算速度與機(jī)器的主頻、執(zhí)行什么樣的操作、主存本身的速度等許多因素有

5、關(guān)。第2章習(xí)題參考答案1已知下列數(shù)的原碼表示，分別寫出它們的補(bǔ)碼表示。X原=0.10100,X=1.10111原原解占X13b=001(X)工堆補(bǔ)=141()01。2. 已知下列數(shù)的補(bǔ)碼表示,分別寫出它們的真值。X補(bǔ)=0.10100,X=1.10111補(bǔ)補(bǔ)解sXi=0,10100、X?=-0,01001o3. 某機(jī)字長16位,簡述下列幾種情況下所能表示數(shù)值的范圍。(1) 無符號整數(shù)(2) 用原碼表示定點(diǎn)小數(shù)(3) 用補(bǔ)碼表示定點(diǎn)小數(shù)(4) 用原碼表示定點(diǎn)整數(shù)(5) 用補(bǔ)碼表示定點(diǎn)整數(shù)解；(2) (12門)WXW(12中)(3) 汙)(4) -(215-1)(215-1)(5) -215X(2U

6、-1)4. 某機(jī)字長32位,試分別寫出無符號整數(shù)和帶符號整數(shù)(補(bǔ)碼)的表示范圍(用十進(jìn)制數(shù)表示)。解t無符號整數(shù)(護(hù)一1)0補(bǔ)碼；-231X=L即XW(24-K.)x26-(L/2()4位忌位石位二最多還可以設(shè)計(jì)出卑操作數(shù)指令L(24-k-(L/26)J條(2)雙換作數(shù)指令的最大指令數(shù)：2匸】：單換作數(shù)指令的最犬扌岸令數(shù)：厲垃叮(假宅雙躁作數(shù)樣令僅：氣為無燥作數(shù)指今留出丨牛護(hù)畏窗口)：無換作數(shù)指令的最大指令數(shù)：巴護(hù)(其中為表示某條二地址粕令占用的編碼數(shù)，2&為表示某條單地址獵令占用的漏碼數(shù)，此時(shí)刃操作數(shù)和單憬作數(shù)指令各僅有】6. 設(shè)某機(jī)為定長指令字結(jié)構(gòu)，指令長度12位，每個(gè)地址碼占3位，試提出

7、一種分配方案，使該指令系統(tǒng)包含：4條三地址指令，8條二地址指令，180條單地址指令。；-tC*OOXXX節(jié)YZZZOJAXXXWYS殺二HfcidT打令LOOODO5CMkwr1OOlilXXXYYiso條也地Jill拆*令LO1DOOOOOXXXwi-ft1111IO011XXX7. 指令格式同上題，能否構(gòu)成：三地址指令4條，單地址指令255條，零地址指令64條？為什么？瞬：一地址惰令弧條000XXXYYYZZZ011XXXYYYZZZ單劉幼1:指令255條100000000XXX111丄丄丄丄丄0YYY只龍冉擴(kuò)展出牢地址指令E條，所以不能構(gòu)成這樣的措令祭統(tǒng)“8. 指令中地址碼的位數(shù)與直接訪

8、問的主存容量和最小尋址單位有什么關(guān)系？解：主存容量越大，所需的地址碼位數(shù)就越長。對于相同容量來說，最小尋址單位越小地址碼的位數(shù)就越長。9. 設(shè)某機(jī)字長32位，CPU有32個(gè)32位的通用寄存器，設(shè)計(jì)一個(gè)能容納64種操作的單字長指令系統(tǒng)。(1) 如果是存儲器間接尋址方式的寄存器一存儲器型指令，能直接尋址的最大主存空間是多少？(2) 如果采用通用寄存器作為基址寄存器，能直接尋址的最大主存空間又是多少？解：因?yàn)橛?jì)算機(jī)中共有64條指令，所以操作碼占6位；32個(gè)通用寄存器，寄存器編號占5位；其余部分為地址碼或標(biāo)志位。(1) 如果是存儲器間接尋址方式的寄存器一存儲器型指令，操作碼6位，寄存器編號5位，間址標(biāo)

9、志1位，地址碼20位，直接尋址的最大主存空間是220字。(2) 如果采用通用寄存器作為基址寄存器，EA=(Rb)+A,能直接尋址的最大主存空間是232字。第4章習(xí)題參考答案1. 設(shè)x補(bǔ)=x0.XxX2X3X4，其中xi取0或1，若要使x0.5，則X。、X、x2、X3、X4的取值應(yīng)滿足什么條件？答：應(yīng)滿足的條件是：x=0；當(dāng)X=1時(shí)，x=1且X、X、X不全為0。0012342. 若32位定點(diǎn)小數(shù)的最高位為符號位，用補(bǔ)碼表示，則所能表示的最大正數(shù)為12-31，最小正數(shù)為2-31，最大負(fù)數(shù)為2-31，最小負(fù)數(shù)為-1:若32位定點(diǎn)整數(shù)的最高位為符號位，用原碼表示，則所能表示的最大正數(shù)為231-1，最小

10、正數(shù)為，最大負(fù)數(shù)為,最小負(fù)數(shù)為(231-1)3. 若機(jī)器字長為32位，在浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示時(shí)階符占1位，階碼值占7位，數(shù)符占1位，尾數(shù)值占23位，階碼用移碼表示，尾數(shù)用原碼表示，則該浮點(diǎn)數(shù)格式所能表示的最大正數(shù)為(1-2-23)X2127，最小正數(shù)為2-151，最大負(fù)數(shù)為_2-151，最小負(fù)數(shù)為-(1-2-23)X2127。4定點(diǎn)補(bǔ)碼加減法運(yùn)算中，產(chǎn)生溢出的條件是什么？溢出判斷的方法有哪幾種？如果是浮點(diǎn)加減運(yùn)算，產(chǎn)生溢出的條件又是什么？答：定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算中，產(chǎn)生溢出的條件是：定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算結(jié)果超出了定點(diǎn)數(shù)的表示范圍。溢出判斷的方法有三種：采用單符號位法；采用進(jìn)位判斷法；采用雙符號位法，這種方法又

11、稱為“變形補(bǔ)碼”或“模4補(bǔ)碼”。浮點(diǎn)加減運(yùn)算中，產(chǎn)生溢出的條件是：浮點(diǎn)加減運(yùn)算結(jié)果中階碼超出了它的表示范圍。5. 已知X和Y,試用它們的變形補(bǔ)碼計(jì)算出XY,并指出結(jié)果是否溢出。(只做(1)(1) X=O.11O11,Y=-O.lllll(2) X=0.10111,Y=0.11011(3) X=0.11011,Y=0.10011(4) X=0.10110,Y=0.00001溜】X.1101bY#j=1.00001,mil00.:LOUDC樸-00.：I：JTh:L010X-Y結(jié)果正溢出！=D,IIfll：,:-Wrl.OOWlTh站果不溢出!日LD01100.10111+ji.aoioiA_.1

12、1.00X-Y=LL1110011C1L:YK=1.01：01,00.:L011X-YLh結(jié)杲丘溢出!-Y：=0.00001Th:X-Y結(jié)衆(zhòng)不濟(jì)出!-00.100110.01110Lx?=1.01010,IIIILA.01010I.OIOLJX-Y-O.W1016. 分別用原碼乘法和補(bǔ)碼乘法計(jì)算XXY。(只做(1)(1)X=0.11011,Y=.11111.01110(2)X=0.11010,Y=原碼乘法:X=OIO1IfB.Y=0.1|粽-X00.0000000.：101：:00.1101100.0110100.1101101.0100000.1010000.11011-01.0111100

13、.1011100.11011-:0L.10010qo.nooi00.J10U01.10100f00.11010所以，XXY1-0.1101000101XXY=-0.1101000101C*!f扎c:I說開3. :Ticfi.-x|l01：lL部分積右移I位2，-X0|o：l_L部分和右孕1位&巳：tXI011011部分柚右瑤I位1，-Xo1oqo1部分積右琢丨位c3=.t-XG010Jo部井枳右移位町*=1.00001fC,L.00+Xa.1.0010：II.10010Ml-1I0JOQ.Ol10100.00110OOL0000000.00110呱0001：00.ooooo00.0001：00

14、.0000100.00000f-丈kflO.0000：00.00DOO11.0010100.00000-XKIL.Q01Q說也Ci=10,4-部分積右移1位Cb=l.-g部分積右移1位GOOD.+0部分積右移1位C:Ct=00,+(J部分積右移1位Cf0O,-0部分枳壬移位CjCl0r+_工卄IL.00101所以，XXYv=l,0010111011XXY=-0.1101000101原碼乘法：C2)110W-B,Y-0.OHIO-C.07說刪Cr山-0部分積右移I位CH-x|部分積右移I位Q-L-X|部分積右移I位Q-L-X|部分積石移L位c,=o.-0部分枳右移I世IA寄存密|E寄車雪00,0

15、00000.0：IL0-000,00000十匚加0i00.00000000：LI-xoo.holo00.1010F00,0110：0oo0LL+xoo.holoDLOUlllf00.100L：L00100丄+xoo.holo-Ul.01101f00.10110L100100-000.00000uu.luiiuL_f00,01011011000所Ixxy=3.0101LOUOCXXY=-D.)101101WO補(bǔ)碼乘法：2)M.00110-0,YH=1.10010-C,O-A-曲h110104附加恆+0A奇仃注|00.0000000.00000匚奇汗器；說明-0I.L0o:0000.0000000

16、.000000110010菊分秩右移丨堂FTh卜00.11010c&cio.-TLoo.holo.00.011010011001粥分祐右移1住-2JI.D0110CeC-01,-Hh卜11.100L111.11001100I100爺彷秩右移1空tD00.00000c5coo”-011.1100111.111001I0010劭力秩右移1住L撲00,1101000.JOLLO00.010L10II00|:莉分積右移1它-o00.oooooGG二IL-0oo.oiofiu.XXYlirO.OLOllOllOOXXY-0.01011011007. 分別用原碼和補(bǔ)碼加減交替法計(jì)算X三Y。(只做(1)(1

17、) X=O.1O1O1,Y=O.11O11(2) X=-0.10101,Y=0.11011(3)X=0.10001,Y=0.10110(4)X=0.10110,Y=0.11011幼滬LOOH(10,1(110I11.1(110-t-11.101000Q.I1DI1()0.011Ht)O.UIJQ+Y1L0QI01(10,001：11*naooufl+|F|Ml1.0010.111.01011*HHC10那1OO.LIDI11I.IC00I4H.00010屮1(h：rinii11.11IOI那1M.Illj1叩|即IIMMIOOJ1DOD解：(_原碼除戲1410101-1|F|d0UI011-J

18、rw廠儻訊0.0(1MQ-in110(1DQO那分賤為也削h+IM).()001部分余數(shù)為也亦左暮1樁J節(jié)Iolooil刪掬6為正,兩I左移唯J-1aotiio部分余數(shù)為扎削左移謚屮I阿1世部廿余散如.w41anoo那分余礙為角甫q踴-崔緞?dòng)帱c(diǎn)+mft=LffiYt=OD=O|=0.1KXXH-A110曬X廠0.11011WS：III.MJ.IU10I-ArI?I=0.11011*,O*C-yi.iiii00.10101+E”.1LIL0IILI.I01UDOn1JI1+1訕00UIlli0(?.11.Hl11.001n1+i-n#oo.noo11OO.UOl101仙01+環(huán).1L010H0.

19、1U1D0G.11011川1-丨1.1000111.0001000.1toil*卜外ii.winiO.ftOOi)amO.CHOJ00Il.l10lUfk、同號十帀和甘異號，io-DI.Fh-Q號，向L左暮1也外、*|-HnIF卜同T,商L1iO張卩施fllOD1TrinHo+ir卜刃”異別商o左勒壷.所以川=fllloni_LXLA2i11001d.1101廣丄01+Oi_1Cil中間過程略$原碼除扶決F=oM0E+叫半胎補(bǔ)碼除法：.XY=-0.1LOD1-(LfflmiX2Z!0.11011口）中間過程略原碼除-Io.11000+補(bǔ)碼除法打.-，-門O.OOL01X2-5t-k-).110

20、01-01I0110I葩陽瓊怨;護(hù);X=0(k：.J10Lh|=00.1011li,0CY1=11,0010久寄存弗下Tc:左存器說明0O.I0L0J0.0Dgo.iio.山仇o.I.L.T7i0.QLL0101110.I0!10-+Y00.101L1000一11.0(10+|Y001011-1110+Y06110110.01011Ooi0I1000ILD00+|11.0(I1010.0001100.00D+丨臥1L.0010Loo,iiooo底符；S-XsfSYs-lfl-1臨商=-Ol11000X/Y=-D,1000-(0.ILOOKS1)/O.I10111:中括號蟲余進(jìn)羽的務(wù):利分母祠;

21、ik正余數(shù)為負(fù)W0左尊一世_丫議數(shù)酣.-：商I左尊一位余披空正.WL左鑲一位顯敢為負(fù)，商0它移一也+1Y彖我為負(fù).iUiCi左穆一位-、余數(shù)為旬向D-Y烘圮親教IL.00I0IlioiiT1:.oi01:0.00000十了40壓1i0I10CI；001100.0000：L00.0L100-ThI140I011:.l000:0.00001:00010:-Yr0Oi10I11:.l110:0.0000-s11;1L01-m0oii:0110oii01&:0.00Q1-su1.0L010-71.0010100.0L11010011rfl0Ot1L110-V：巴1公20I00oio001:1.0011

22、1:*商w=-L.0011：押碼除法:X=-0.10JQ1.Y=0.L101LMnlL.010Ll-*AtAo.oomoxy0.11011o-*c:-Y.-11.00101說明小與科異號,t：YHkh與Yh同號*商1左移一f立-丫“r.G與丫*異號.商0左移一住X】*小異號，+YKEh與*異號,商0左移一位%h占Y補(bǔ)異號，+一丫*與D同號.商1左移一位十卜丫伸kh與圧丄同號，商1左移一位十g末位恒宣1(4)中間過程略.原碼除法：才壬F=0.1丄010+srinnIy?-5補(bǔ)硏除法：.-r=o.11011-jn-jj-原碼除法：少4)X=-0.LOllOiY=-0,1L011X|=OO.lGll

23、O-A,|=00.HOll-B,O-CY|lh0010100.10：D：-.00000y11.00：01JrJ*=沿潛了X000+|Y|00.110.100.100CL(Ir.ac0f(rk0000:-.Y或*11.00:000.001.10,0OiD1:-a00.0:0-LY好11.00：01：100：1k0；0110：.00：0+V00.10：100.00001Qjo.10：=00.000.0+|Y|h*11.0.01：1.00：:1i().:1010A吏存器一C寄存器-|y|00.110:1說明余數(shù)為負(fù)，商02後一位_丫余數(shù)為正，商L左移一位-1Y余豔為正.商1左移一也余數(shù)為負(fù)：商01移

24、一位-|V余數(shù)為正，商12後一位_|Y余數(shù)為負(fù)，商b-Y恢宦余敷00,000D商符：Qg二XeSYe二ie:二0h商=0.11010X/Y=-Q11010-(0.00010*2/0.110LI補(bǔ)碼除法：K=-0.10110,=-0.11011X薩11.OlOgfA,Vw=ll.00101比0C；H=00.11011AC說明1：.0L0100.00000；+卜丫，0Di1:01,4與Y補(bǔ)風(fēng)號*-Th0田00100.00000匕二月【丫打異號.帝0-0攜01010左移一位Fh:1;00101-y.*1：.01110.000：01ti樸與m同號,商1-10:11:10左移一位十0硏1:011幻卜與Y

25、h同號，+-Yft11;11000.00&11n角同號:商11.10010左孕一垃-心0D;1101心與弘同號*+T】*0a:o1010.0L10匚與口一異號商D00：11(.i10左移一垃-h11.00101I-111001101rh與【丫卄同號,商丨1.110左證一位Yh0D；1:011兇，與Yh冋號，Y*00：1L001jo,i1011末位恒直1商h=L.00111第五章習(xí)題參考答案1如何區(qū)別存儲器和寄存器？兩者是一回事的說法對嗎？答：存儲器和寄存器不是一回事。存儲器在CPU的外邊，專門用來存放程序和數(shù)據(jù)，訪問存儲器的速度較慢。寄存器屬于CPU的一部分，訪問寄存器的速度很快。2存儲器的主

26、要功能是什么？為什么要把存儲系統(tǒng)分成若干個(gè)不同層次？主要有哪些層次？答：存儲器的主要功能是用來保存程序和數(shù)據(jù)。存儲系統(tǒng)是由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格各不相同的存儲器用硬件、軟件、硬件與軟件相結(jié)合的方法連接起來的系統(tǒng)。把存儲系統(tǒng)分成若干個(gè)不同層次的目的是為了解決存儲容量、存取速度和價(jià)格之間的矛盾。由高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器構(gòu)成的三級存儲系統(tǒng)可以分為兩個(gè)層次，其中高速緩存和主存間稱為Cache-主存存儲層次(Cache存儲系統(tǒng))；主存和輔存間稱為主存-輔存存儲層次(虛擬存儲系統(tǒng))。3說明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。答：存取周期是指主存進(jìn)行一次完整的讀寫操作所需的全部時(shí)間，即連續(xù)兩次訪問存儲器操

27、作之間所需要的最短時(shí)間。存取時(shí)間是指從啟動(dòng)一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。存取周期一定大于存取時(shí)間。4. 現(xiàn)有1024X1的存儲芯片，若用它組成容量為16KX8的存儲器。試求：(1) 實(shí)現(xiàn)該存儲器所需的芯片數(shù)量？(2) 若將這些芯片分裝在若干塊板上，每塊板的容量為4KX8，該存儲器所需的地址線總位數(shù)是多少？其中幾位用于選板？幾位用于選片？幾位用作片內(nèi)地址？答：(1)需1024X1的芯片128片。(2)該存儲器所需的地址線總位數(shù)是14位，其中2位用于選板，2位用于選片,10位用作片內(nèi)地址。5. 已知某機(jī)字長8位，現(xiàn)采用半導(dǎo)體存儲器作主存，其地址線為16位，若使用1KX4的SRAM芯片組成

28、該機(jī)所允許的最大主存空間，并采用存儲模板結(jié)構(gòu)形式。（1）若每塊模板容量為4KX8，共需多少塊存儲模板？（2）畫出一個(gè)模板內(nèi)各芯片的連接邏輯圖。答：（1）根據(jù)題干可知存儲器容量為216=64KB，故共需16塊存儲模板。2）一個(gè)模板內(nèi)各芯片的連接邏輯圖如下圖所示。模板內(nèi)各芯片的連接邏輯圖6. 用容量為16KX1的DRAM芯片構(gòu)成64KB的存儲器，設(shè)存儲器的讀/寫周期均為0.5us,CPU在1us內(nèi)至少要訪存一次，試問采用哪種刷新方式比較合理？相鄰兩行之間的刷新間隔是多少？對全部存儲單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少？答：因?yàn)橐驝PU在1us內(nèi)至少要訪存一次，所以不能使用集中刷新方式，分散和異步

29、刷新方式都可以使用，但異步刷新方式比較合理。相鄰兩行之間的刷新間隔=最大刷新間隔時(shí)間三行數(shù)=2msF128=15.625us。取15.5卩s,即進(jìn)行讀或?qū)懖僮?1次之后刷新一行。對全部存儲單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間=0.5卩sX128=64卩s。7. 什么是高速緩沖存儲器？它與主存是什么關(guān)系？其基本工作過程如何？答：高速緩沖存儲器位于主存和CPU之間，用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)中的活躍部分，使CPU的訪存操作大多數(shù)針對Cache進(jìn)行，從而使程序的執(zhí)行速度大大提高。高速緩沖存儲器的存取速度接近于CPU的速度，但是容量較小，它保存的信息只是主存中最急需處理的若干塊的副本。當(dāng)CPU發(fā)出讀

30、請求時(shí)，如果Cache命中，就直接對Cache進(jìn)行讀操作，與主存無關(guān)；如果Cache不命中，則仍需訪問主存，并把該塊信息一次從主存調(diào)入Cache內(nèi)。若此時(shí)Cache已滿，則須根據(jù)某種替換算法，用這個(gè)塊替換掉Cache中原來的某塊信息。第六章習(xí)題參考答案1中央處理器有哪些功能？它由哪些基本部件所組成？答：從程序運(yùn)行的角度來看，CPU的基本功能就是對指令流和數(shù)據(jù)流在時(shí)間與空間上實(shí)施正確的控制。對于馮諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)而言，數(shù)據(jù)流是根據(jù)指令流的操作而形成的，也就是說數(shù)據(jù)流是由指令流來驅(qū)動(dòng)的。中央處理器由運(yùn)算器和控制器組成。2中央處理器中有哪幾個(gè)主要寄存器？試說明它們的結(jié)構(gòu)和功能。答：CPU中的寄存器

31、是用來暫時(shí)保存運(yùn)算和控制過程中的中間結(jié)果、最終結(jié)果及控制、狀態(tài)信息的，它可分為通用寄存器和專用寄存器兩大類。通用寄存器可用來存放原始數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果，有的還可以作為變址寄存器、計(jì)數(shù)器、地址指針等。專用寄存器是專門用來完成某一種特殊功能的寄存器，如程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、存儲器地址寄存器MAR、存儲器數(shù)據(jù)寄存器MDR、狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSWR等。3控制器有哪些基本功能？它可分為哪幾類？分類的依據(jù)是什么？答：控制器的基本功能有：（1）從主存中取出一條指令，并指出下一條指令在主存中的位置。（2）對指令進(jìn)行譯碼或測試，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作。（3）指揮并控制CPU、主存和輸入輸

32、出設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)?？刂破骺煞譃榻M合邏輯型、存儲邏輯型、組合邏輯與存儲邏輯結(jié)合型3類，分類的依據(jù)在于控制器的核心一微操作信號發(fā)生器（控制單元CU）的實(shí)現(xiàn)方法不同。4控制器有哪幾種控制方式？各有何特點(diǎn)？答：控制器的控制方式可以分為3種：同步控制方式、異步控制方式和聯(lián)合控制方式。同步控制方式的各項(xiàng)操作都由統(tǒng)一的時(shí)序信號控制，在每個(gè)機(jī)器周期中產(chǎn)生統(tǒng)一數(shù)目的節(jié)拍電位和工作脈沖。這種控制方式設(shè)計(jì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)；但是對于許多簡單指令來說會有較多的空閑時(shí)間，造成較大數(shù)量的時(shí)間浪費(fèi)，從而影響了指令的執(zhí)行速度。異步控制方式的各項(xiàng)操作不采用統(tǒng)一的時(shí)序信號控制，而根據(jù)指令或部件的具體情況決定，需要多少時(shí)間，就占用

33、多少時(shí)間。異步控制方式?jīng)]有時(shí)間上的浪費(fèi)，因而提高了機(jī)器的效率，但是控制比較復(fù)雜。聯(lián)合控制方式是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。5什么是三級時(shí)序系統(tǒng)？答：三級時(shí)序系統(tǒng)是指機(jī)器周期、節(jié)拍和工作脈沖。計(jì)算機(jī)中每個(gè)指令周期劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期劃分為若干個(gè)節(jié)拍，每個(gè)節(jié)拍中設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)工作脈沖。6什么是指令周期？什么是CPU周期？它們之間有什么關(guān)系？答：指令周期是指取指令、分析取數(shù)到執(zhí)行指令所需的全部時(shí)間。CPU周期（機(jī)器周期）是完成一個(gè)基本操作的時(shí)間。一個(gè)指令周期劃分為若干個(gè)CPU周期。7指令和數(shù)據(jù)都存放在主存，如何識別從主存儲器中取出的是指令還是數(shù)據(jù)？答：指令和數(shù)據(jù)都存放在主存，它們都

34、以二進(jìn)制代碼形式出現(xiàn)，區(qū)分的方法為：（1）取指令或數(shù)據(jù)時(shí)所處的機(jī)器周期不同：取指周期取出的是指令；分析取數(shù)或執(zhí)行周期取出的是數(shù)據(jù)。（2）取指令或數(shù)據(jù)時(shí)地址的來源不同：指令地址來源于程序計(jì)數(shù)器；數(shù)據(jù)地址來源于地址形成部件。8. CPU中指令寄存器是否可以不要？指令譯碼器是否能直接對存儲器數(shù)據(jù)寄存器MDR中的信息譯碼？為什么？請以無條件轉(zhuǎn)移指令JMPA為例說明。答：指令寄存器不可以不要。指令譯碼器不能直接對MDR中的信息譯碼，因?yàn)樵谌≈钢芷贛DR的內(nèi)容是指令，而在取數(shù)周期MDR的內(nèi)容是操作數(shù)。以JMPA指令為例，假設(shè)指令占兩個(gè)字，第一個(gè)字為操作碼，第二個(gè)字為轉(zhuǎn)移地址，它們從主存中取出時(shí)都需要經(jīng)過M

35、DR，其中只有第一個(gè)字需要送至指令寄存器，并且進(jìn)行指令的譯碼，而第二個(gè)字不需要送指令寄存器。9. 什么是微命令和微操作？什么是微指令？微程序和機(jī)器指令有何關(guān)系？微程序和程序之間有何關(guān)系？答：微命令是控制計(jì)算機(jī)各部件完成某個(gè)基本微操作的命令。微操作是指計(jì)算機(jī)中最基本的、不可再分解的操作。微命令和微操作是一一對應(yīng)的，微命令是微操作的控制信號，微操作是微命令的操作過程。微令是若干個(gè)微命令的集合。微程序是機(jī)器指令的實(shí)時(shí)解釋器，每一條機(jī)器指令都對應(yīng)一個(gè)微程序。微程序和程序是兩個(gè)不同的概念。微程序是由微指令組成的，用于描述機(jī)器指令，實(shí)際上是機(jī)器指令的實(shí)時(shí)解釋器，微程序是由計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者事先編制好并存放在控

36、制存儲器中的，一般不提供給用戶；程序是由機(jī)器指令組成的，由程序員事先編制好并存放在主存儲器中。10. 某機(jī)的微指令格式中有10個(gè)獨(dú)立的控制字段COC9，每個(gè)控制字段有Ni個(gè)互斥控制信號，Ni的值如下：JFjcCc1C-爲(wèi)C.4S3|11571：S15請回答：（1）如果這10個(gè)控制字段，采用編碼表示法，需要多少控制位？（2）如果采用完全水平型編碼方式，需要多少控制位？答：（1）如果這10個(gè)控制字段，采用編碼表示法，需要31位控制位；（2）如果采用完全水平型編碼方式，需要69位控制位。11假設(shè)微地址轉(zhuǎn)移邏輯表達(dá)式如下：uA4=P2ZFT4uA3=P1IR15T4uA2=P1IR14T4uA1=P1

37、IR13T4uA0=P1IR12T4其中uA4uA0為微地址寄存器的相應(yīng)位,Pl和P2為判別標(biāo)志,F為零標(biāo)志，IR15IR12為指令寄存器IR的相應(yīng)位，4為時(shí)鐘脈沖信號。試說明上述邏輯表達(dá)式的含義,畫出微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖。答：邏輯表達(dá)式的含義為：（1）在進(jìn)行P1測試時(shí)，根據(jù)指令寄存器IR中的IR15IR12修改UA3uAO,進(jìn)行16路分支；（2）在進(jìn)行P2測試時(shí)，根據(jù)零標(biāo)志ZF修改uA4，進(jìn)行2路分支：（3）所有的表達(dá)式均分別和T4相與，表示在T4內(nèi)形成后繼微指令的微地址。微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖如下圖所示，圖中S4SO分別對應(yīng)微地址寄存器uA4uA0的異步置“1”端，低電平有效。微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖12.

38、已知某機(jī)采用微程序控制方式，其控制存儲器容量為512X48位。微指令字長為48位，微程序可在整個(gè)控制存儲器中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共4個(gè)（直接控制），微指令采用水平型格式，如下圖所示。做命辱段判別撫賦字段直接懾地uE宇段操作控制*順序控制微指令格式(1)微指令格式中的三個(gè)字段分別應(yīng)為多少位？(2)畫出圍繞這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。答：(1)判別測試字段占4位，直接微地址字段占9位，操作控制字段占35位(2)微程序控制器邏輯框圖如下圖所示。微程序控制器邏輯框圖第7章習(xí)題參考答案1. 外部設(shè)備有哪些主要功能？可以分為哪些大類？各類中有哪些典型設(shè)備？解：外部設(shè)備的主要功能有數(shù)據(jù)

39、的輸入、輸出、成批存儲以及對信息的加工處理等。外部設(shè)備可以分為五大類：輸入輸出設(shè)備、輔助存儲器、終端設(shè)備、過程控制設(shè)備和脫機(jī)設(shè)備。其典型設(shè)備有鍵盤、打印機(jī)、磁盤、智能終端、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和鍵盤軟盤數(shù)據(jù)站等。2. 說明磁介質(zhì)存儲器的存儲原理。解：磁介質(zhì)存儲器的存儲過程是一種電磁轉(zhuǎn)換的過程。在磁介質(zhì)存儲器中，信息是記錄在一薄層磁性材料上的，這個(gè)薄層稱為磁層。磁層與所附著的載體稱為記錄介質(zhì)或記錄媒體。磁頭是磁記錄設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，是一種電磁轉(zhuǎn)換元件，能把電脈沖表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成磁記錄介質(zhì)上的磁化狀態(tài)，即電f磁轉(zhuǎn)換；反過來，能把磁記錄介質(zhì)上的磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電脈沖，即磁一電轉(zhuǎn)換。3主存儲器與磁介質(zhì)存儲

40、器在工作速度方面的指標(biāo)有什么不同？為什么磁盤存儲器采用兩個(gè)以上的指標(biāo)來說明其工作速度？解：主存儲器速度指標(biāo)主要有存取速度和存取周期，而磁介質(zhì)存儲器速度指標(biāo)為平均存取時(shí)間，這是因?yàn)榇沤橘|(zhì)存儲器采用順序存取或直接存取方式。磁盤存儲器的平均存取時(shí)間至少應(yīng)當(dāng)包括平均尋道時(shí)間和平均等待時(shí)間兩部分，因?yàn)榇疟P存儲器首先需要將磁頭移動(dòng)到指定的磁道上，然后將記錄塊旋轉(zhuǎn)到磁頭下方才能進(jìn)行讀寫。4. 某磁盤組有六片磁盤，每片可有兩個(gè)記錄面，存儲區(qū)域內(nèi)徑為22cm，外徑為33cm，道密度40道/cm，位密度400b/cm，轉(zhuǎn)速2400r/min。試問：(1)共有多少個(gè)存儲面可用？(2)共有多少個(gè)圓柱面？(3) 整個(gè)磁

41、盤組的總存儲容量有多少？(4) 數(shù)據(jù)傳送率是多少？(5) 如果某文件長度超過一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一存儲面上還是記錄在同一圓柱面上？為什么？(6) 如果采用定長信息塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么？尋址命令中如何表示磁盤地址？解-(1)5X2=12共有12亍存僻面可用.2)40X2=220(51)220個(gè)圓柱面.12X22X400X220=73X10他.數(shù)據(jù)愕注率=-224M1=i.lX10t(bA)=0.138xitf2400宙)記錄在同“圓柱面丄.因?yàn)檫@樣安排存取速度快.3)如眾采用運(yùn)It信總快記錄榊式立接尋址的毘小單位是剜匚磁盤地址為耶動(dòng)器號.風(fēng)柱面朿，盤面號.扇區(qū)號.III

42、II5. 鍵盤屬于什么設(shè)備？它有哪些類型？如何消除鍵開關(guān)的抖動(dòng)？簡述非編碼鍵盤查詢鍵位置碼的過程。解：鍵盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的輸入設(shè)備。鍵盤可分為兩大類型：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。非編碼鍵盤用較為簡單的硬件和專門的鍵盤掃描程序來識別按鍵的位置。消除鍵開關(guān)抖動(dòng)的方法分硬件和軟件兩種。硬件的方法是增設(shè)去抖電路；軟件的方法是在鍵盤程序中加入延時(shí)子程序，以避開抖動(dòng)時(shí)間。鍵盤掃描程序查詢鍵位置碼的過程為： 查詢是否有鍵按下。 查詢已按下鍵的位置。 按行號和列號求鍵的位置碼第8章習(xí)題參考答案1什么是計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)？輸入輸出設(shè)備有哪些編址方式？有什么特點(diǎn)？解：計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)包括輸入輸出接口和輸入

43、輸出信息傳送控制方式等，它們是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最具有多樣性和復(fù)雜性的部分。輸入輸出設(shè)備有兩種編址方式：I/O映射方式（獨(dú)立編址）和存儲器映射方式（統(tǒng)一編址），獨(dú)立編址的優(yōu)點(diǎn)是I/O指令和訪存指令容易區(qū)分，外設(shè)地址線少，譯碼簡單，主存空間不會減少，缺點(diǎn)是控制線增加了I/O讀和I/O寫信號；統(tǒng)一編址的優(yōu)點(diǎn)是總線結(jié)構(gòu)簡單，全部訪存類指令都可用于控制外設(shè)，可直接對外設(shè)寄存器進(jìn)行各種運(yùn)算，占用主存一部分地址，縮小了可用的主存空間。2. 什么是I/O接口？I/O接口有哪些特點(diǎn)和功能？接口有哪些類型？解：I/O接口是主機(jī)和外設(shè)之間的交接界面，通過接口可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)之間的信息交換。接口的基本功能有：實(shí)現(xiàn)主

44、機(jī)和外設(shè)的通信聯(lián)絡(luò)控制；進(jìn)行地址譯碼和設(shè)備選擇；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖；完成數(shù)據(jù)格式的變換；傳遞控制命令和狀態(tài)信息。接口按數(shù)據(jù)傳送方式分類，有串行接口和并行接口；按控制方式分類，有程序查詢接口、程序中斷接口、DMA接口；按靈活性分類，有可編程接口和不可編程接口；按通用性分類，有通用接口和專用接口；按I/O信號分類，有數(shù)字接口和模擬接口；按應(yīng)用分類，有運(yùn)行輔助接口、用戶交互接口、傳感接口、控制接口。3. 并行接口和串行接口實(shí)質(zhì)上的區(qū)別是什么？其界面如何劃分？各有什么特點(diǎn)？解：有串行接口和并行接口。兩者的實(shí)質(zhì)區(qū)別在于外設(shè)和接口一側(cè)的傳送方式不同，而在主機(jī)和接口一側(cè)，數(shù)據(jù)總是并行傳送的。在并行接口中，外設(shè)和接口間的傳送寬度是一個(gè)字節(jié)（或字）的所有位，一次傳輸?shù)男畔⒘看?，但?shù)據(jù)線的數(shù)目將隨著傳送數(shù)據(jù)寬度的增加而增加。在串行接口中，外設(shè)和接口間的數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的，一次傳輸?shù)男畔⒘啃?，但只需一根?shù)據(jù)線。在遠(yuǎn)程終端和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備離主機(jī)較遠(yuǎn)的場合下，用串行接口比較經(jīng)濟(jì)劃算。4.1/0數(shù)據(jù)傳送可以采用哪些方式？它們各有什么特點(diǎn)及應(yīng)用場所？試比較之。解：主機(jī)和外設(shè)之間的信息傳送控制方式，經(jīng)歷了由低級到