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计算机组成原理第五章答案1. 概述本文档为计算机组成原理第五章的答案总结，主要涵盖了第五章的核心概念和问题解答。
本章主要讨论了计算机的存储器层次结构和存储管理的相关内容。
2. 存储器层次结构存储器层次结构指的是一系列不同速度、容量和成本的存储设备，按照存储访问时间的大小排列成一种层次结构。
通常由以下几个层次组成：1.高速缓存（Cache）：位于CPU内部，容量较小但速度非常快，用来暂时存放从内存中读取的指令和数据。
2.主存储器（Main Memory）：位于CPU外部，容量较大但速度相对较慢，用来存放程序运行时需要的指令和数据。
3.辅助存储器（Auxiliary Storage）：位于计算机外部，包括硬盘、磁带等设备，容量较大但速度较慢，用来长期存储大量的数据和程序。
4.寄存器（Register）：位于CPU内部，容量非常小但速度非常快，用来存储CPU正在执行的指令和数据。
存储器层次结构的设计原则是利用成本较低的存储器来提供更大的容量，同时保证需要最频繁访问的数据能够在速度最快的存储器中找到。
3. 存储管理存储管理是指对计算机中的存储器进行组织和管理的过程，主要包括内存分配、地址映射和存储保护等方面。
3.1 内存分配内存分配是指将程序运行所需的内存空间分配给程序的过程。
常用的内存分配方式包括静态分配和动态分配。
•静态分配：在程序编译或装载时确定程序所需的内存空间大小，并为其分配相应的内存空间。
静态分配的优点是效率高，但缺点是浪费内存资源，不能适应较大程序的需求。
•动态分配：在程序运行时根据需要动态的分配和释放内存空间。
常见的动态分配方式有堆和栈两种方式。
堆分配是通过一些内存管理函数来进行的，栈分配则是通过操作系统提供的栈实现的。
动态分配的优点是灵活性高，适应性强，但容易产生内存泄漏等问题。
3.2 地址映射地址映射是指将程序中的逻辑地址（虚拟地址）转换成物理地址的过程。
常见的地址映射方式有两级映射和页式映射。
作业解答第一章作业解答1.1基本的软件系统包括哪些内容？答：基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。
系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。
包括：操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。
1.2计算机硬件系统由哪些基本部件组成？它们的主要功能是什么？1.31)2)3)1.41.5以保证总①可以减少各个部件之间的连线数量，降低成本；②便于系统构建、扩充系统性能、便于产品更新换代。
1.6按其任务分，总线有哪几种类型？它们的主要作用是什么？答：按总线完成的任务，可把总线分为：CPU内部总线、部件内总线、系统总线、外总线。
1.7计算机的主要特点是什么？答：计算机的主要特点有：①能自动连续地工作；②运算速度快；③运算精度高；④具有很强的存储能力和逻辑判断能力；⑤通用性强。
1.8衡量计算机性能有哪些基本的技术指标？以你所熟悉的计算机系统为例，说明它的型号、主频、字长、主存容量、所接的I/O设备的名称及主要规格。
答：衡量计算机性能的基本的技术指标有：①基本字长；②主存容量；③运算速度；④所配置的外部设备及其性能指标；⑤系统软件的配置。
1.9单选题（1）1946年，美国推出了世界上第一台电子数字计算机，名为__A__。
A.ENIACB.UNIVAC-IC.ILLIAC-IVD.EDVAC（2）在计算机系统中，硬件在功能实现上比软件强的是__C__。
A.灵活性强B.实现容易C.速度快D.成本低（3）完整的计算机系统包括两大部分，它们是__C____。
A.运算器与控制器B.主机与外设C.硬件与软件D.硬件与操作系统（4）在下列的描述中，最能准确反映计算机主要功能的是___D___。
A.计算机可以代替人的脑力劳动B.计算机可以存储大量的信息（5（6（71.10（1（2（3（4（5（6答：①应用领域（7）银河I（YH-I）巨型计算机是我国研制的①。
第5章习题参考答案1．请在括号内填入适当答案。
在CPU中：(1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR ）；(2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR ）(3)算术逻辑运算结果通常放在（DR ）和（通用寄存器）。
2．参见图5.15的数据通路。
画出存数指令“STO Rl，(R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解：STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下：STO R1, (R2)R/W=RDR O, G, IR iR2O, G, AR iR1O, G, DR iR/W=W3．参见图5.15的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中，标出各微操作控制信号序列。
解：LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下：PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR iR 3O , G, AR i DR O , G, R 0iR/W=R LAD (R3), R04．假设主脉冲源频率为10MHz ，要求产生5个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。
解：5．如果在一个CPU 周期中要产生3个节拍脉冲；T l ＝200ns ，T 2=400ns ，T 3=200ns ，试画出时序产生器逻辑图。
解：取节拍脉冲T l 、T 2、T 3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。
所以取时钟源提供的时钟周期为200ns ，即，其频率为5MHz.；由于要输出3个节拍脉冲信号，而T 3的宽度为2个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期，所以除了C 4外，还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3；并令211C C T *=；321C C T *=；313C C T =，由此可画出逻辑电路图如下：6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
计算机组成原理第五章部分课后题答案常用的I/O编址方式有两种：I/O与内存统一编址和I/O独立编址·I/O与内存统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式，I/O设备与主存占用同一个地址空间，CPU可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。
·I/O独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。
I/O设备与主机交换信息时，共有哪几种控制方式？简述它们的特点。
·程序直接控制方式：也称查询方式，采用该方式，数据在CPU和外设间的传送完全靠计算机程序控制，CPU的操作和外围设备操作同步，硬件结构简单，但由于外部设备动作慢，浪费CPU时间多，系统效率低。
·程序中断方式：外设备准备就绪后中断方式猪肚通知CPU，在CPU相应I/O设备的中断请求后，在暂停现行程序的执行，转为I/O 设备服务可明显提高CPU的利用率，在一定程度上实现了主机和I/O设备的并行工作，但硬件结构负载，服务开销时间大·DMA方式与中断方式一样，实现了主机和I/O设备的并行工作，由于DMA 方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送，传送期间不需要CPU程序干预，CPU可继续执行原来的程序，因此CPU利用率和系统效率比中断方式更高，但DMA方式的硬件结构更为复杂。
比较程序查询方式、程序中断方式和DMA方式对CPU工作效率的影响。
·程序查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况下。
无条件传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情况下。
·中断方式：主要用于CPU的任务比较忙的情况下，尤其适合实时控制和紧急事件的处理· DMA方式（直接存储器存取方式）：主要用于高速外设进行大批量数据传送的场合。
第5章习题参考答案1请在括号内填入适当答案。
在CPU中：(1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是( IR );(2) 保存当前正在执行的指令地址的寄存器是( AR )(3) 算术逻辑运算结果通常放在( DR )和( 通用寄存器)。
2•参见图5.15的数据通路。
画出存数指令“ STO Rl, (R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解：STO R1, (R2)的指令流程图及为操作信号序列如下: A总线PC o, G, AR iSTO R1, (R2)R/W=RDR o, G, IR iR20, G, AR iR10, G, DR iR/W=W3•参见图5.15的数据通路，画出取数指令LAD (R3), R0”的指令周期流程图, 其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中，标出各微操作控制信号序列。
解：LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下：LAD (R3), R04.假设主脉冲源频率为10MHz ,要求产生5个等间隔的节拍脉冲, 产生器的逻辑图。
解：(M) — DRPC O , G, AR iR/W=RDR o , G, IR iR 30, G, AR iR/W=RDR o , G, R oi试画出时序5.如果在一个CPU周期中要产生3个节拍脉冲；T尸200ns,T2=400ns,T3=200ns, 试画出时序产生器逻辑图。
解：取节拍脉冲T i、T2、T3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。
所以取时钟源提供的时钟周期为200ns, 即,其频率为5MHz.;由于要输出3个节拍脉冲信号，而T3的宽度为2个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期，所以除了C4外，还需要3个触发器一一C i、C2、C3；并令T1 = C1 C2；「=C2”C3；T3 = C1 C 3，由此可画出逻辑电路图如下:CLR6•假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
第五章部分习题参考答案【5-10】一个1K * 8的存储芯片需要多少根地址线，数据输入输出线？解：1024 = 10 根。
由于一次可读写8位数据，所以需要8根数据输入输出线。
n = log2【5-11】某计算机字长32位，存储容量64KB，按字编址的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况？解：因为字长32位，所以64KB = 16KW，要表示16K个存储单元，需要14根地址线。
所以按字编址的寻址范围是0000H ～ 3FFFH 。
若按字节编址，假设采用PC机常用的小端方案，则主存示意图如下：【5-13】现有1024×1的存储芯片，若用它组成容量为16K×8的存储器。
试求：(1)实现该存储器所需芯片数量(2)若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量是4K×8，该存储器所需的地址线的总位数是多少？其中几位用于选板？几位用于选片？几位用作片内地址？解：(1)需要16组来构成16K，共需芯片16×8 = 128片(2)需要的地址线总位数是14位。
因为共需4块板，所以2位用来选板，板内地址12位，片内地址10位。
每块板的结构如下图4块板共同组成16K×8存储器的结构图【5-15】某半导体存储器容量16K×8，可选SRAM芯片的容量为4K ×4；地址总线A15～A0(A0为最低位)，双向数据总线D7～D0，由R/W线控制读写。
设计并画出该存储器的逻辑图，并注明地址分配、片选逻辑和片选信号的极性。
解：注：采用全译码方式方案4组不同的4K的RAM芯片。
可以写出片选逻辑表达式【5-17】用容量为16K×1的DRAM芯片构成64KB的存储器(1)画出该存储器的结构框图(2)设存储器的读写周期均为0.5微秒，CPU在1微秒内至少要访存一次，试问采用哪种刷新方式比较合理？相邻两行之间的刷新间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：(1)结构框图如下(若看不清可以从”视图”菜单中调整显示比例)(2)由于存储器芯片规格为16K×1，所以，其芯片内部的存储矩阵是128×128的存储矩阵。
