計算機組成原理-第二版-唐朔飛著-課后習(xí)題詳解

第1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。2.如何理解計算機的層次結(jié)構(gòu)？答：計算機硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件構(gòu)成了計算機系統(tǒng)的三個層次結(jié)構(gòu)。（1）硬件系統(tǒng)是最內(nèi)層的，它是整個計算機系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。（2）系統(tǒng)軟件在硬件之外，為用戶提供一個基本操作界面。（3）應(yīng)用軟件在最外層，為用戶提供解決具體問題的應(yīng)用系統(tǒng)界面。通常將硬件系統(tǒng)之外的其余層稱為虛擬機。各層次之間關(guān)系密切，上層是下層的擴展，下層是上層的基礎(chǔ)，各層次的劃分不是絕對的。3.說明高級語言、匯編語言和機器語言的差別及其聯(lián)系。答：機器語言是計算機硬件能夠直接識別的語言，匯編語言是機器語言的符號表示，高級語言是面向算法的語言。高級語言編寫的程序（源程序）處于最高層，必須翻譯成匯編語言，再由匯編程序匯編成機器語言（目標(biāo)程序）之后才能被執(zhí)行。4.如何理解計算機組成和計算機體系結(jié)構(gòu)？答：計算機體系結(jié)構(gòu)是指那些能夠被程序員所見到的計算機系統(tǒng)的屬性，如指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)類型、尋址技術(shù)組成及I/O機理等。計算機組成是指如何實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性，包含對程序員透明的硬件細(xì)節(jié)，如組成計算機系統(tǒng)的各個功能部件的結(jié)構(gòu)和功能，及相互連接方法等。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：P8●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；●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；●指令和數(shù)據(jù)均用二進制表示；●指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作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；●指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執(zhí)行；●機器以運算器為中心（原始馮?諾依曼機）。6.畫出計算機硬件組成框圖，說明各部件的作用及計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)。答：計算機硬件組成框圖如下：各部件的作用如下：控制器：整機的指揮中心，它使計算機的各個部件自動協(xié)調(diào)工作。運算器：對數(shù)據(jù)信息進行處理的部件，用來進行算術(shù)運算和邏輯運算。存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)，是計算機實現(xiàn)“存儲程序控制”的基礎(chǔ)。輸入設(shè)備：將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換成計算機可以接受并識別的信息形式的設(shè)備。輸出設(shè)備：將計算機處理的結(jié)果（二進制信息）轉(zhuǎn)換成人類或其它設(shè)備可以接收和識別的信息形式的設(shè)備。計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)有：機器字長：指CPU一次能處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)。通常與CPU的寄存器的位數(shù)有關(guān)，字長越長，數(shù)的表示范圍越大，精度也越高。機器字長也會影響計算機的運算速度。數(shù)據(jù)通路寬度：數(shù)據(jù)總線一次能并行傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)。存儲容量：指能存儲信息的最大容量，通常以字節(jié)來衡量。一般包含主存容量和輔存容量。運算速度：通常用MIPS（每秒百萬條指令）、MFLOPS（每秒百萬次浮點運算）或CPI（執(zhí)行一條指令所需的時鐘周期數(shù)）來衡量。CPU執(zhí)行時間是指CPU對特定程序的執(zhí)行時間。主頻：機器內(nèi)部主時鐘的運行頻率，是衡量機器速度的重要參數(shù)。吞吐量：指流入、處理和流出系統(tǒng)的信息速率。它主要取決于主存的存取周期。響應(yīng)時間：計算機系統(tǒng)對特定事件的響應(yīng)時間，如實時響應(yīng)外部中斷的時間等。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，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：一個存儲單元所存儲的二進制代碼的總位數(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：機器指令中二進制代碼的總位數(shù)。8.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：CentralProcessingUnit，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：ProgramCounter，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：InstructionRegister，指令寄存器，其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。CU：ControlUnit，控制單元（部件），為控制器的核心部件，其功能是產(chǎn)生微操作命令序列。ALU：ArithmeticLogicUnit，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-QuotientRegister，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：MemoryAddressRegister，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：MemoryDataRegister，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/Outputequipment，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：MillionInstructionPerSecond，每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計算機運算速度指標(biāo)的一種計量單位。9.畫出主機框圖，分別以存數(shù)指令“STAM”和加法指令“ADDM”（M均為主存地址）為例，在圖中按序標(biāo)出完成該指令（包括取指令階段）的信息流程（如→①）。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，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）STAM指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR)→CU，Ad(IR)→MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR（2）ADDM指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR)→CU，Ad(IR)→MAR，RD，MM→MDR，MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，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)分指令和數(shù)據(jù)有以下2種方法：●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)?！裢ㄟ^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(yuǎn)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(fù)載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點？答：P41.總線是一種能由多個部件分時共享的公共信息傳送線路?？偩€傳輸?shù)奶攸c是：某一時刻只允許有一個部件向總線發(fā)送信息，但多個部件可以同時從總線上接收相同的信息。為了減輕總線負(fù)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。2.總線如何分類？什么是系統(tǒng)總線？系統(tǒng)總線又分為幾類，它們各有何作用，是單向的，還是雙向的，它們與機器字長、存儲字長、存儲單元有何關(guān)系？答：按照連接部件的不同，總線可以分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和通信總線。系統(tǒng)總線是連接CPU、主存、I/O各部件之間的信息傳輸線。系統(tǒng)總線按照傳輸信息不同又分為地址線、數(shù)據(jù)線和控制線。地址線是單向的，其根數(shù)越多，尋址空間越大，即CPU能訪問的存儲單元的個數(shù)越多；數(shù)