計算機組成原理第五版課后答案

計算機組成原理第五版課后答案

1.比較數(shù)字計算機和模擬計算機的特點。

答：（1）模擬計算機的特點：數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程

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

來進(jìn)行計算，以及盤上連線的控制方式。

數(shù)字計算機的主要特點：按位運算，并且不連續(xù)地跳動計算。

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

控制方式。

數(shù)字計算機與模擬計算機相比，精度高，數(shù)據(jù)存儲量大，邏輯

判斷能力強。

2.數(shù)字計算機如何分類？分類的依據(jù)是什么？

答：數(shù)字計算機可分為專用計算機和通用計算機，是根據(jù)計算

機的效率、速度、價格、運行的經(jīng)濟性和適應(yīng)性來劃分的。

3.數(shù)字計算機有哪些主要應(yīng)用？

答：數(shù)字計算機的主要應(yīng)用有：科學(xué)計算、自動控制、測量和

測試、信息處理、教育和衛(wèi)生、家用電器、人工智能。

4.馮?諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是什么？它包括哪些

主要組成部分？

答：馮?諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是：采用存儲程序的

方式，編制好的程序和數(shù)據(jù)存放在同一存儲器中，計算機可以在無

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

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

存放。主要組成部分有：運算器、邏輯器、存儲器、輸入設(shè)備和輸

出設(shè)備。

5.什么是存儲容量？什么是單元地址？什么是數(shù)據(jù)字？什么

是指令字？

答：（1）存儲器所有存儲單元的總數(shù)稱為存儲器的存儲容量。

（2）每個存儲單元都有編號，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：計算機硬件可直接執(zhí)行的每一個基本的算術(shù)運算或邏輯運

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，計算機如何區(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

述其功能。

答：（1）半導(dǎo)體存儲器稱為內(nèi)存;

(2)存儲容量更大的磁盤存儲器和光盤存儲器稱為外存，內(nèi)存

和外存共同用來保存二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

(3)運算器和控制器合在一起稱為中央處理器，簡稱CPU,它

用來控制計算機及進(jìn)行算術(shù)邏輯運算。

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

個轉(zhuǎn)換器，使主機和外圍設(shè)備并行協(xié)調(diào)地工作。

9.計算機的系統(tǒng)軟件包括哪幾類？說明它們的用途。

答：計算機的系統(tǒng)軟件用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提

高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能用用途；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)，用來管理計算機資源(如處理器，內(nèi)存，外部

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

個用戶能有效地共用一套計算機系統(tǒng)，

(4)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS),實現(xiàn)有組織的、動態(tài)的存儲大

量相關(guān)數(shù)據(jù)，方便多用戶訪問計算機軟硬件資源。

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過程：

(1)在早期的計算機中，人們是直接用機器語言來編寫程序

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)一步實現(xiàn)程序自動化和便于程序交流，使不熟悉具

體計算機的人也能很方便地使用計算機，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)隨著計算機技術(shù)的日益發(fā)展，人們又創(chuàng)造出操作系統(tǒng)；

(5)隨著計算機在信息處理、情報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)代計算機系統(tǒng)如何進(jìn)行多級劃分？這種分級觀點對計算

機設(shè)計會產(chǎn)生什么影響？

答：現(xiàn)代計算機系統(tǒng)可以分為五個層次

(1)第一級是微程序設(shè)計級，這是一個實在的硬件級，它由機

器硬件直接執(zhí)行微指令；

(2)第二級是一般機器級，也稱為機器語言級，它由程序解釋

機器指令系統(tǒng)；

(3)第三級是操作系統(tǒng)級，它由操作系統(tǒng)實現(xiàn)；

(4)第四級是匯編語言級，它給程序人員提供一種符號形式語

言，以減少程序編寫的復(fù)雜性；

(5)第五級是高級語言級，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)分級對計算機設(shè)計產(chǎn)生的影響

用一系列的級來組成計算機的接口對于掌握計算機是如何組成

的提供了一種好的結(jié)構(gòu)和體制，而且用這種分級的觀點來設(shè)計計算

機對保證產(chǎn)生一個良好的系統(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，價格低，體積小，可改寫的只讀存儲器提供了軟

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

際可行的，這又為擴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)因為任何操作匕以由軟件來實現(xiàn)，也可以由硬件來實現(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。實現(xiàn)這種

轉(zhuǎn)化的媒介是軟件與硬件的邏輯等價性。

13.CPU的性能指標(biāo)有哪些？其概念是什么？

答：把運算器和控制器合在一起，稱為中央處理器，簡稱CPU,

其性能指標(biāo)主要有以下幾個方面:

(1)吞吐量：表示一臺計算機在某一時間間隔內(nèi)能夠處理的信

息量；

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

隔，用時間單位來度量；

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

的比率，用百分比表示；

(4)處理機字長：指處理機運算器中一次能夠完成二進(jìn)制數(shù)運

算的位數(shù)，有32位，64位；

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

內(nèi)部總線二進(jìn)制位數(shù)；

(6)存儲器容量：存儲器中所有存儲單元的總數(shù)目，通常用

KB,MB,GBTB來表示；

(7)存儲器帶寬：單位時間內(nèi)從存儲器讀出的二進(jìn)制數(shù)信息

量，一般用字節(jié)數(shù)/秒表示；

(8)主頻、時鐘周期：CPU的工作節(jié)拍受時鐘控制，主時鐘是

不斷產(chǎn)生固定頻率的時鐘，主時鐘的頻率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時鐘周期（T）T=l/f,度量單位是微秒、

納秒；

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

間，可用下式計算：

CPU執(zhí)行時間二CPU時鐘周期數(shù)XCPU時鐘周期

（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

時鐘周期數(shù)，用下式計算：

CPI二執(zhí)行某段程序所需的CPU時鐘周期數(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)行多少百萬條定點指令數(shù)，用下式計算：

MTPS二指令數(shù)/（程序執(zhí)行時間X10D

（12）FLOPS：Floating-pointOperationsPerSecond的縮

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

能。用下式計算：

FLOPS=程序中的浮點操作次數(shù)/程序執(zhí)行時間（s）

14."計算機應(yīng)用”與“應(yīng)用計算機”在概念上等價嗎？用學(xué)科

角度和計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來說明你的觀點。