計(jì)算機(jī)組成原理第五版課后答案

計(jì)算機(jī)組成原理第五版課后答案

1.比較數(shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)。

答：（1）模擬計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：數(shù)值由連續(xù)量來表示，運(yùn)算過程

也是連續(xù)的。同時(shí)用電壓表示數(shù)據(jù)，采用電壓組合和測(cè)量值的方式

來進(jìn)行計(jì)算，以及盤上連線的控制方式。

數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)：按位運(yùn)算，并且不連續(xù)地跳動(dòng)計(jì)算。

用數(shù)字0和I表示數(shù)據(jù)，采用數(shù)字計(jì)數(shù)的計(jì)算方式，程序控制的

控制方式。

數(shù)字計(jì)算機(jī)與模擬計(jì)算機(jī)相比，精度高，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，邏輯

判斷能力強(qiáng)。

2.數(shù)字計(jì)算機(jī)如何分類？分類的依據(jù)是什么？

答：數(shù)字計(jì)算機(jī)可分為專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)，是根據(jù)計(jì)算

機(jī)的效率、速度、價(jià)格、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性來劃分的。

3.數(shù)字計(jì)算機(jī)有哪些主要應(yīng)用？

答：數(shù)字計(jì)算機(jī)的主要應(yīng)用有：科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、測(cè)量和

測(cè)試、信息處理、教育和衛(wèi)生、家用電器、人工智能。

4.馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是什么？它包括哪些

主要組成部分？

答：馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是：采用存儲(chǔ)程序的

方式，編制好的程序和數(shù)據(jù)存放在同一存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)可以在無

人干預(yù)的情況下自動(dòng)完成逐條取出指令和執(zhí)行指令的任務(wù)；在機(jī)器

內(nèi)部，指令和數(shù)據(jù)均以二進(jìn)制碼表示,指令在存儲(chǔ)器中按執(zhí)行順序

存放。主要組成部分有：運(yùn)算器、邏輯器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸

出設(shè)備。

5.什么是存儲(chǔ)容量？什么是單元地址？什么是數(shù)據(jù)字？什么

是指令字？

答：（1）存儲(chǔ)器所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)稱為存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。

（2）每個(gè)存儲(chǔ)單元都有編號(hào)，稱為單元地址。

（3）如果某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字。

（4）如果某字為一條指令，稱為指令字。

6.什么是指令？什么是程序？

答：計(jì)算機(jī)硬件可直接執(zhí)行的每一個(gè)基本的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)

算操作稱為一條指令，而解算某一問題的一串指令序列，稱為程

序。

7.指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們是指令

還是數(shù)據(jù)？

答：取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流，它流向控制

器；而在執(zhí)行器周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它流向運(yùn)算

器。

8.什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU?什么是適配器？簡(jiǎn)

述其功能。

答：（1）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器稱為內(nèi)存;

(2)存儲(chǔ)容量更大的磁盤存儲(chǔ)器和光盤存儲(chǔ)器稱為外存，內(nèi)存

和外存共同用來保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

(3)運(yùn)算器和控制器合在一起稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱CPU,它

用來控制計(jì)算機(jī)及進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算。

(4)適配器是外圍設(shè)備與主機(jī)聯(lián)系的橋梁，它的作用相當(dāng)于一

個(gè)轉(zhuǎn)換器，使主機(jī)和外圍設(shè)備并行協(xié)調(diào)地工作。

9.計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件包括哪幾類？說明它們的用途。

答：計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)軟件用來簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化使用方法，提

高計(jì)算機(jī)的使用效率，發(fā)揮和擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的功能用用途；主要包括

以下四類：

(1)各種服務(wù)性程序，如診斷程序、排錯(cuò)程序、練習(xí)程序等；

(2)語言程序，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等，用于把

源程序翻譯或解釋成目標(biāo)程序，

(3)操作系統(tǒng)，用來管理計(jì)算機(jī)資源(如處理器，內(nèi)存，外部

設(shè)備和各種編譯、應(yīng)用程序)和自動(dòng)調(diào)動(dòng)用戶的作業(yè)程序，而使多

個(gè)用戶能有效地共用一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，

(4)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS),實(shí)現(xiàn)有組織的、動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)大

量相關(guān)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問計(jì)算機(jī)軟硬件資源。

10.說明軟件發(fā)展的演變過程。

答：軟件的發(fā)展演變主要有以下幾個(gè)過程：

(1)在早期的計(jì)算機(jī)中，人們是直接用機(jī)器語言來編寫程序

的，這種程序稱為手編程序或目的程序;

(2)后來，為了編寫程序方便和提高使用效率，人們使用匯編

語言來編寫程序，稱為匯編程序；

(3)為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)化和便于程序交流，使不熟悉具

體計(jì)算機(jī)的人也能很方便地使用計(jì)算機(jī)，人們又創(chuàng)造了算法語言，

用算法語言編寫的程序稱為源程序，源程序通過編譯系統(tǒng)產(chǎn)生編譯

程序，也可通過解釋系統(tǒng)進(jìn)行解釋執(zhí)行；

(4)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，人們又創(chuàng)造出操作系統(tǒng)；

(5)隨著計(jì)算機(jī)在信息處理、情報(bào)檢索及各種管理系統(tǒng)中應(yīng)

用的發(fā)展，要求大量處理某些數(shù)據(jù)，建立和檢索大量的表格，于是

產(chǎn)生了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

11.現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)如何進(jìn)行多級(jí)劃分？這種分級(jí)觀點(diǎn)對(duì)計(jì)算

機(jī)設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生什么影響？

答：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以分為五個(gè)層次

(1)第一級(jí)是微程序設(shè)計(jì)級(jí)，這是一個(gè)實(shí)在的硬件級(jí)，它由機(jī)

器硬件直接執(zhí)行微指令；

(2)第二級(jí)是一般機(jī)器級(jí)，也稱為機(jī)器語言級(jí)，它由程序解釋

機(jī)器指令系統(tǒng)；

(3)第三級(jí)是操作系統(tǒng)級(jí)，它由操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；

(4)第四級(jí)是匯編語言級(jí)，它給程序人員提供一種符號(hào)形式語

言，以減少程序編寫的復(fù)雜性；

(5)第五級(jí)是高級(jí)語言級(jí)，它是面向用戶的，為方便用戶編

寫應(yīng)用程序而設(shè)置的。

系統(tǒng)分級(jí)對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的影響

用一系列的級(jí)來組成計(jì)算機(jī)的接口對(duì)于掌握計(jì)算機(jī)是如何組成

的提供了一種好的結(jié)構(gòu)和體制，而且用這種分級(jí)的觀點(diǎn)來設(shè)計(jì)計(jì)算

機(jī)對(duì)保證產(chǎn)生一個(gè)良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也是很有幫助的。

12.為什么軟件能夠轉(zhuǎn)化為硬件，硬件能夠轉(zhuǎn)化為軟件？實(shí)現(xiàn)

這種轉(zhuǎn)化的媒介是什么？

答：軟件能夠轉(zhuǎn)化為硬件，硬件能夠轉(zhuǎn)化為軟件的原因如下：

(1)容量大，價(jià)格低，體積小，可改寫的只讀存儲(chǔ)器提供了軟

化固化的良好物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)在己經(jīng)可以把許多復(fù)雜的常用的程序制

作成固件，就它的功能來說，固件是軟件，但從形態(tài)來說估計(jì)又是

硬件。

(2)目前在一片硅單晶芯片上制作復(fù)雜的邏輯電路，已經(jīng)是實(shí)

際可行的，這又為擴(kuò)大指令的功能提供了相應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此本

來通過軟件手段來實(shí)現(xiàn)的某種功能，現(xiàn)在可以通過硬件來直接解釋

執(zhí)行，傳統(tǒng)的軟件部分，今后完全有可能“固化”甚至“硬化”。

(3)因?yàn)槿魏尾僮髫耙杂绍浖韺?shí)現(xiàn)，也可以由硬件來實(shí)現(xiàn)；

任何指令的執(zhí)行可以由硬件完成，也可以由軟件來完成。實(shí)現(xiàn)這種

轉(zhuǎn)化的媒介是軟件與硬件的邏輯等價(jià)性。

13.CPU的性能指標(biāo)有哪些？其概念是什么？

答：把運(yùn)算器和控制器合在一起，稱為中央處理器，簡(jiǎn)稱CPU,

其性能指標(biāo)主要有以下幾個(gè)方面:

(1)吞吐量：表示一臺(tái)計(jì)算機(jī)在某一時(shí)間間隔內(nèi)能夠處理的信

息量；

(2)響應(yīng)時(shí)間：表示從輸入有效到系統(tǒng)產(chǎn)生響應(yīng)之間的時(shí)間間

隔，用時(shí)間單位來度量；

(3)利用律：在給定的時(shí)間間隔內(nèi)系統(tǒng)被實(shí)際使用的時(shí)間所占

的比率，用百分比表示；

(4)處理機(jī)字長(zhǎng)：指處理機(jī)運(yùn)算器中一次能夠完成二進(jìn)制數(shù)運(yùn)

算的位數(shù)，有32位，64位；

(5)總線寬度：一般指CPU中運(yùn)算器與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行互聯(lián)的

內(nèi)部總線二進(jìn)制位數(shù)；

(6)存儲(chǔ)器容量：存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元的總數(shù)目，通常用

KB,MB,GBTB來表示；

(7)存儲(chǔ)器帶寬：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器讀出的二進(jìn)制數(shù)信息

量，一般用字節(jié)數(shù)/秒表示；

(8)主頻、時(shí)鐘周期：CPU的工作節(jié)拍受時(shí)鐘控制，主時(shí)鐘是

不斷產(chǎn)生固定頻率的時(shí)鐘，主時(shí)鐘的頻率f稱為CPU的主頻，度量

單位是MHz(兆赫茲)、GHz(吉赫茲)；

主頻的倒數(shù)稱為CPU時(shí)鐘周期（T）T=l/f,度量單位是微秒、

納秒；

（9）CPU執(zhí)行時(shí)間：表示CPU執(zhí)行一般程序所占用的CPU時(shí)

間，可用下式計(jì)算：

CPU執(zhí)行時(shí)間二CPU時(shí)鐘周期數(shù)XCPU時(shí)鐘周期

（10）CPI：表示每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均

時(shí)鐘周期數(shù)，用下式計(jì)算：

CPI二執(zhí)行某段程序所需的CPU時(shí)鐘周期數(shù)/程序包含的指令條數(shù)

（11）MIPS：MillionInstructionsPerSecond的縮寫，表示

平均每秒執(zhí)行多少百萬條定點(diǎn)指令數(shù)，用下式計(jì)算：

MTPS二指令數(shù)/（程序執(zhí)行時(shí)間X10D

（12）FLOPS：Floating-pointOperationsPerSecond的縮

寫，表示每秒執(zhí)行浮點(diǎn)操作的次數(shù)，用來衡量機(jī)器浮點(diǎn)操作的性

能。用下式計(jì)算：

FLOPS=程序中的浮點(diǎn)操作次數(shù)/程序執(zhí)行時(shí)間（s）

14."計(jì)算機(jī)應(yīng)用”與“應(yīng)用計(jì)算機(jī)”在概念上等價(jià)嗎？用學(xué)科

角度和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來說明你的觀點(diǎn)。