计算机组成原理-4.pdf
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计算机组成原理第4章习题参考答案第4章数值的机器运算4-2.某加法器采⽤组内并⾏,组间并⾏的进位链,4位⼀组,写出进位信号C6逻辑表达式。
[解] 组间并⾏的进位链,产⽣的最低⼀组的进位输出为:C4=G1*+P1*C0 (其中:G1*=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2G1;P1*=P4P3P2P1)然后在组内产⽣进位信号C6:C6=G6+P6C5=G6+P6G5+P6P5C44-4.已知X和Y,使⽤它们的变形补码计算出X+Y,并指出结果是否溢出。
(1)X=0.11011,Y=0.11111(2)X=0.11011,Y=-0.10101(3)X=-0.10110,Y=-0.00001(4)X=-0.11011,Y=0.11110[解](1)[X]补=0.11011,[Y]补=0.1111100.11011 [X]补+00.11111 [Y]补01.11010 [X+Y]补结果正溢出!(2)[X]补=0.11011,[Y]补=1.0101100.11011 [X]补+11.01011 [Y]补00.00110 [X+Y]补结果不溢出!X+Y=0.00110(3)[X]补=1.01010,[Y]补=1.1111111.01010 [X]补+11.11111 [Y]补11.01001 [X+Y]补结果不溢出!X+Y=-0.10111(4)[X]补=1.00101,[Y]补=0.1111011.00101 [X]补+00.11110 [Y]补00.00011 [X+Y]补结果不溢出!X+Y=0.000114-5.已知X和Y,使⽤它们的变形补码计算出X-Y,并指出结果是否溢出。
(1)X=0.11011,Y=-0.11111(2)X=0.10111,Y=0.11011(3)X=0.11011,Y=-0.10011(4)X=-0.10110,Y=-0.00001[解](1)[X]补=0.11011,[Y]补=1.00001, [-Y]补=0.1111100.11011 [X]补+00.11111 [-Y]补01.11010 [X-Y]补结果正溢出!(2)[X]补=0.10111,[Y]补=0.11011, [-Y]补=1.0010100.10111 [X]补+11.00101 [-Y]补11.11100 [X-Y]补结果不溢出!X-Y=11.11100(3)[X]补=0.11011,[Y]补=1.01101, [-Y]补=0.1001100.11011 [X]补+00.10011 [-Y]补01.01110 [X-Y]补结果正溢出!(4)[X]补=1.01010,[Y]补=1.11111,[-Y]补=0.0000111.01010 [X]补+00.00001 [-Y]补11.01011 [X-Y]补结果不溢出!X-Y=-0.101014-6.已知:X=0.1011,Y=-0.0101求:[X/2]补 ,[X/4]补 ,[-X]补 ,[Y/2]补 ,[Y/4]补 ,[-Y]补,[2Y]补[解] 由[X]补=0.1011,[Y]补=1.1011 得:[X/2]补=0.0101,[X/4]补=0.0010,[-X]补=1.0101[Y/2]补=1.1101,[Y/4]补=1.1110,[-Y]补=0.0101,[2Y]补=1.01104-7. 设下列数据长8位,包括⼀位符号位,采⽤补码表⽰,分别写出每个数右移或左移两位之后的结果(1)0.1100100 (2) 1.0011001 (3) 1.1100110 (4)1.0000111[解] (1)右移两位后为 0.0011001 左移两位后为1.0010000(溢出)或0.0010000 (2)右移两位后为 1.1100110 左移两位后为0.1100100(溢出)或1.1100100(3)右移两位后为1.1111001 左移两位后为 1.0011000(4)右移两位后为 1.11000001 左移两位后为0.0011100(溢出)或1.00111004-8.分别⽤原码乘法和补码乘法计算X×Y.(1) X=0.11011,Y=-0.11111(2) X=-0.11010,Y=-0.01110[解]原码乘法:(1)|X|=0.11011 → B, |Y|=0.11111 →C,0→A5=1,+ |X|00.1101100.01101 1 0 1 1 1 1 部分积右移1位5=1,+ |X|01.0100000.10100 0 1 0 1 1 1 部分积右移1位5=1,+ |X|01.0111100.10111 1 0 1 0 1 1 部分积右移1位5=1,+ |X|01.1001000.11001 0 1 0 1 0 1 部分积右移1位5=1,+ |X|01.1010000.11010 0 0 1 0 1 0 部分积右移1位所以, |X×Y|=0.1101000101X×Y=-0.1101000101(2) |X|=0.11010 → B, |Y|=0.01110 → C, 0→A 5=0,+ 000.0000000.00000 0 0 0 1 1 1 部分积右移1位5=1,+ |X|00.1101000.01101 0 0 0 0 1 1 部分积右移1位5=1,+ |X|01.0011100.10011 1 0 0 0 0 1 部分积右移1位5=1,+ |X|01.0110100.10110 1 1 0 0 0 0 部分积右移1位5=0,+ 000.1011000.01011 0 1 1 0 0 0 部分积右移1位所以, |X×Y|=0.010*******X×Y=+0.010*******补码乘法:(1)[X]补=0.11011 → B, [Y]补=1.00001 → C, 0 → A [-X]补说明 + [-X]补5C 6=10,+ [-X]补11.0010111.10010 1 1 0 0 0 0 1 部分积右移1位+ [X]补5C 6=01,+ [X]补00.0110100.00110 1 1 1 0 0 0 0 部分积右移1位5C 6=00,+ 000.0011000.00011 0 1 1 1 0 0 0 部分积右移1位5C 6=00,+ 000.0001100.00001 1 0 1 1 1 0 0 部分积右移1位5C 6=00,+ 000.0000100.00000 1 1 0 1 1 1 0 部分积右移1位+ [-X]补 5C 6=10,+ [-X]补所以, [X×Y]补=1.0010111011X×Y =-0.1101000101(2)[X]补=1.00110 → B, [Y]补=1.10010 → C, 0→A [-X]补说明5C 6=00,+ 01位+ [-X]补 00.11010 C 5C 6=10,+ [-X]补00.1101000.01101 0 0 1 1 0 0 1 部分积右移1位+ [X]补 11.00110 C 5C 6=01,+ [X]补11.1001111.11001 1 0 0 1 1 0 0 部分积右移1位+ 0 00.00000 C 5C 6=00,+ 011.1100111.11100 1 1 0 0 1 1 0 部分积右移1位+ [-X]补 00.11010 C 5C 6=10,+[-X]补00.1011000.01011 0 1 1 0 0 1 1 部分积右移1位+ 0 5C 6=11,+ 000.01011所以, [X×Y]补=0.010*******X×Y = 0.010*******4-10.分别⽤原码和补码加减交替法计算X/Y 。
第一章一、选择题1.冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是______。
A 多指令流单数据流B 按地址访问并顺序执行指令C 堆栈操作D 存贮器按内容选择地址2.完整的计算机应包括______。
A 运算器、存储器、控制器;B 外部设备和主机;C 主机和实用程序;D 配套的硬件设备和软件系统;3.计算机硬件能直接执行的只有______。
A.符号语言 B 机器语言 C 汇编语言 D 机器语言和汇编语言二、简答题1. 冯·诺依曼计算机的特点是什么?(p8)1、计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。
2、指令和数据以同等地位存放于存储器内,并按地址寻访。
3、指令和数据均用二进制表示。
4、指令有操作码和地址码组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置。
5、指令在存储器内按顺序存放。
通常,指令是顺序执行的,在特定条件下,可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。
6、机器以运算器为中心,输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。
三、名词解释CPU、机器字长、存储容量、MIPS、FLOPSCPU(Central Processing Unit 中央处理器):中央处理器(机),是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成。
存储容量=存储单元个数*存储字长MIPS:Million Instruction Per Second,每秒执行百万条指令数,为计算机运算速度指标的一种计量单位FLOPS:Floating Point Operation Per Second,每秒浮点运算次数,计算机运算速度计量单位之一。
第三章一、选择题1.系统总线中控制线的功能是______。
A 提供主存、I / O接口设备的控制信号和响应信号B 提供数据信息C 提供时序信号D 提供主存、I / O接口设备的响应信号2.系统总线地址线的功能是______。
A 选择主存单元地址;B 选择进行信息传输的设备;C 选择外存地址;D 指定主存和I / O设备接口电路的地址;3.同步传输之所以比异步传输具有较高的传输频率是因为同步传输______。
计算机组成原理第四章部分课后题答案(唐朔飞版)4.1 解释概念:主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。
主存:⽤于存放数据和指令,并能由中央处理器直接随机存取,包括存储器体M、各种逻辑部件、控制电路等辅存:辅助存储器,⼜称为外部存储器(需要通过I/O系统与之交换数据)。
存储容量⼤、成本低、存取速度慢,以及可以永久地脱机保存信息。
主要包括磁表⾯存储器、软盘存储器、磁带存储设备、光盘存储设备。
Cache:⾼速缓冲存储器,⽐主存储器体积⼩但速度快,⽤于保有从主存储器得到指令的副本很可能在下⼀步为处理器所需的专⽤缓冲器。
RAM:(Random Access Memory)随机存储器。
存储单元的内容可按需随意取出或存⼊,且存取的速度与存储单元的位置⽆关的存储器。
这种存储器在断电时将丢失其存储内容,故主要⽤于存储短时间使⽤的程序。
按照存储信息的不同,随机存储器⼜分为静态随机存储器(StaticRAM,SRAM)和动态随机存储器(Dynamic RAM,DRAM)。
SRAM:(Static Random Access Memory)它是⼀种具有静⽌存取功能的内存,不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据。
DRAM:(Dynamic Random Access Memory),即动态随机存取存储器最为常见的系统内存。
DRAM 只能将数据保持很短的时间。
为了保持数据,DRAM使⽤电容存储,所以必须隔⼀段时间刷新(refresh)⼀次,如果存储单元没有被刷新,存储的信息就会丢失。
(关机就会丢失数据)ROM:只读内存(Read-Only Memory)的简称,是⼀种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。
其特性是⼀旦储存资料就⽆法再将之改变或删除。
通常⽤在不需经常变更资料的电⼦或电脑系统中,资料并且不会因为电源关闭⽽消失。
PROM:(Programmable Read-Only Memory)-可编程只读存储器,也叫One-Time Programmable (OTP)ROM“⼀次可编程只读存储器”,是⼀种可以⽤程序操作的只读内存。
第4章指令系统一、单项选择题1.某计算机操作码采用固定长度方案,操作码位数是8位,其指令种类最多是()。
A.64种B.128种C.256种D.32种【答案】C【解析】由于操作码长度固定,指令种类数位由操作码位数决定,指令种类最多为:28=256种。
2.下列关于一地址指令的说法正确的是()。
A.可能是数据传送指令B.可能是实现单目运算的运算指令C.可能是实现双目运算的运算指令D.以上都有可能【答案】D【解析】一地址指令可能是实现单目运算的运算指令,也可能是数据传送指令或者实现双目运算的运算指令,其中一个操作数由指令地址码给出,另一个操作数为隐含寻址,通常由累加器ACC提供。
3.在关于一地址运算类指令的叙述中,正确的是()。
A.仅有一个操作数,其地址由指令的地址码提供B.可能有一个操作数,也可能有两个操作数C.一定有两个操作数,另一个是隐含的D.指令的地址码字段存放的一定是操作码【答案】B【解析】一地址运算类指令包括单操作数指令(如加1、减1指令)和双操作数指令(如加、减指令)两类。
对于单操作数指令只需要一个操作数,对于双操作数指令需要两个操作数,其中一个操作数的地址是显地址,另外一个操作数隐含在累加寄存器中。
因此答案选B。
4.一个计算机系统采用32位单字长指令,地址码为12位,如果定义了250条二地址指令,那么单地址指令的条数有()。
A.4KB.8KC.16KD.24K【答案】D【解析】二地址指令的操作码字段8位,现定义了250条二地址指令,采用扩展操作码技术,留下6个扩展窗口,每个扩展窗口可以扩展212=4K条一地址指令,故共可扩襞6×4K=24K条一地址指令。
5.指令周期是指()。
A.CPU从主存取出一条指令的时间间B.CPU执行一条指令的时间C.CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间D.时钟周期时间【答案】C【解析】CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间成为指令周期。
在大多数情况下,CPU是按照:取指->执行->再取值->在执行…的顺序自动工作的。
“计算机组成原理”学习指导“学习指导”序言1.“计算机组成原理”学什么?¾学计算机单机系统组成结构;¾学计算机各组成部件内部的运行机制以及相关的基本理论;¾学硬件分析和设计的基本技能和方法。
2.“计算机组成原理”的学习目的是什么?¾理解和掌握计算机的基本组成、各部件内部的工作原理及逻辑实现;¾提高硬件方面的专业素质和专业知识的学习能力;¾为后续相关课程的学习及今后的科研工作奠定基础。
3.“计算机组成原理”怎么学?¾抓住一条主线:以计算机完整地执行一条指令的基本过程,把各章的知识点串成一条线,由粗到细层层深入;¾注意整体配合:以一条指令的执行过程为例,理解各部件之间的关系,理解信息的表述、存储、加工以及对存储和加工过程的控制原理,建立计算机整机概念;¾学习方法: --- 整体4.学习要求¾勤动脑,多动手,认真做作业和实验;¾课前预习,课后复习,不无故旷课;¾及时答疑,及时反馈教学意见。
“学习指导”第1章 (概论)本章主要是概念性的知识。
应抓住最主要的两个概念:1.计算机系统的概念 (硬件和软件的综合体)由此概念,可以引申到:计算机的层次结构及虚拟机器概念、软硬件的逻辑等价、软硬件界面等概念。
2.诺依曼体制的要点及存储程序控制的含义要点有三个,其中最主要的一点就是存储程序工作方式,必须搞清其含义。
由硬件的基本组成可以引申到计算机硬件的典型组成结构等知识。
应抓住计算机整体工作的基本过程:初步了解计算机执行一条指令的基本过程、执行程序的过程。
本章主要概念可通过做练习自测题加以巩固。
注意计算机主要指标中,MIPS和MFLOPS的含义,字节的二进制位数和字的二进制位数哪个与机型有关。
----------------附:本章学习要求9了解:存储程序概念9理解:CPU和主机的含义9了解:总线概念和总线分时共享的特点9理解:计算机系统的含义9了解:计算机中主要性能指标(基本字长、数据通路宽度、存储容量等)“学习指导”第2章 (数据的机器层次表示)数据在计算机中用二进制编码形式表示,称为机器数。
计算机组成原理三、名词解释1.计算机系统:由硬件和软件两大部分组成,有多种层次结构。
2.主机:CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。
3.主存:用于存放正在访问的信息4.辅存:用于存放暂时不用的信息。
5.高速缓存:用于存放正在访问信息的付本。
6.中央处理器:是计算机的核心部件,由运算器和控制器构成。
7.硬件:是指计算机实体部分,它由看得见摸得着的各种电子元器件,各类光、电、机设备的实物组成。
软件:指看不见摸不着,由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。
8.系统软件:又称系统程序,主要用来管理整个计算机系统,监视服务,使系统资源得到合理调度,高效运行。
应用软件:又称应用程序,它是用户根据任务需要所编制的各种程序。
9.源程序:通常由用户用各种编程语言编写的程序。
目的程序:由计算机将其翻译机器能识别的机器语言程序。
10.总线:是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质。
11.系统总线:是指CPU、主存、I/O设备(通过I/O接口)各大部件之间的信息传输线。
通信总线:是指用于计算机系统之间或者计算机系统与其他系统(如控制仪表、移动通信)之间的通信的线路。
按传送方式分并行和串行。
串行通信是指数据在单条1位宽的传输线上,一位一位的按顺序分时传送。
并行通信是指数据在多条并行1位宽的传输线上,同时由源传送到目的地。
12.带宽:单位时间内可以传送的最大的信息量。
13.机器字长:是指CPU一次并行处理数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。
14.主存容量:是指主存中存放二进制代码的总位数。
15.机器数:符号位数字化,0代表正数,1代表负数。
16.定点数:小数点固定在某一位位置的数。
17.浮点数:小数点的位置可以浮动的数。
18.补码:带符号数据表示方法之一,正数的反码和原码相同,负数的反码是将二进制按位取反后在最低位再加1.19.溢出:在计算机中,超出机器字长,发生错误的结果。
20.非编码键盘:采用软件判断键是否按下及设键、译键、计算键值的方法的键盘。
第二章 计算机组成原理2.1 计算机的组成与分类 2.1.1 计算机的发展与作用一、 计算机的发展过去很长时间人们都按照计算机主机所使用的元器件,为计算机划代。
二、计算机的巨大作用1开拓了人类认识自然、改造自然的新资源 2增添了人类发展科学技术的新手段 3提供了人类创造文化的新工具 4引起了人类的工作与生活方式的变化2.1.2 计算机系统的组成● 硬件:计算机系统中所有实际物理装置的总称● 软件:在计算机中运行的各种程序和相关的数据及文档 程序:用来向计算机指出应如何一步步地进行规定的操作 数据:程序处理的对象深入到各行各业,家庭和个人开始使用计算机软件工程、分布式计算、网络软件等开始广泛使用CPU :LSI 、VLSI 内存:LSI 、VLSI 的半导体存储器20世纪70年代中期以来第4代在科学计算、数据处理、工业控制等领域得到广泛应用操作系统,数据库管理系统等开始使用CPU :SSI ,MSI 内存:SSI ,MSI 半导体存储器60年代中期~70年代初期第3代开始广泛应用于数据处理领域使用FORTRAN 等高级程序设计语言CPU :晶体管 内存:磁芯50年代中后期~60年代中期 第2代 科学计算和工程计算使用机器语言和汇编语言编写程序CPU :电子管 内存:磁鼓20世纪40年代中期~50年代末期 第1代 主要应用 配置的软件 主要元器件 年 代 代 别文档:提供给用于使用的操作说明、技术资料等它们都是软件不可缺少的组成部分计算机硬件组成示意图一、输入设备●输入(input)指把信息(程序,数据,信息)送入计算机的过程(名词)向计算机输入的内容输入设备,用来向计算机输入信息的设备输入到计算机中的信息都使用二进制中的“0”和“1”两个符号来表示输入设备类别●按照输入信息的类型划分●数字和文字输入设备(键盘、写字板等)●位置和命令输入设备(鼠标器、触摸屏等)●图形输入设备(扫描仪,数码相机等)●声音输入设备(话筒,MIDI演奏器等)●视频输入设备(摄像机)●温度、压力输入设备(温度、压力传感器)二、中央处理器CPU●处理器能高速地进行算术运算和逻辑运算,负责对输入信息进行各种处理●微处理器简称μP或MP,通常指使用单片大规模集成电路制成的、具有运算和控制功能的处理器包含运算器和控制器。
计算机组成原理考研指定教材习题解答《计算机组成原理》考研指定教材习题解答李淑芝欧阳城添江西理⼯⼤学计算机科学与技术教研室2013.9⽬录第1章计算机系统概论 (1)第2章计算机的发展及应⽤ (6)第3章系统总线 (8)第4章存储器 (13)第5章输⼊输出系统 (32)第6章计算机的运算⽅法 (44)第7章指令系统 (65)第8章 CPU的结构和功能 (70)第9章控制单元的功能 (78)第10章控制单元的设计 (85)第1章计算机系统概论1.1 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:计算机系统由硬件和软件两⼤部分组成。
硬件即指计算机的实体部分,它由看得见摸得着的各种电⼦元器件,各类光、电、机设备的实物组成,如主机、外设等。
软件是看不见摸不着的,由⼈们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成,⽤来充分发挥硬件功能,提⾼机器⼯作效率,便于⼈们使⽤机器,指挥整个计算机硬件系统⼯作的程序、资料、数据集合。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺⼀不可,因此同样重要。
1.2 如何理解计算机系统的层次结构?解:(1)第⼀级:实际机器M1 (机器语⾔机器),机器语⾔程序直接在M1上执⾏;(2)第⼆级:虚拟机器M2(汇编语⾔机器),将汇编语⾔程序先翻译成机器语⾔程序,再在M1-上执⾏;(3)第三级:虚拟机器M3(⾼级语⾔机器),将⾼级语⾔程序先翻译成汇编语⾔程序,再在M2、M1(或直接到M1)上执⾏;(4)第零级:微程序机器M0(微指令系统),由硬件直接执⾏微指令。
(5)实际上,实际机器M1和虚拟机器M2之间还有⼀级虚拟机,它是由操作系统软件构成,该级虚拟机⽤机器语⾔解释操作系统。
(6)虚拟机器M3还可以向上延伸,构成应⽤语⾔虚拟系统。
1.3 说明⾼级语⾔、汇编语⾔和机器语⾔的差别及联系。
解:机器语⾔由0、1代码组成,是机器能识别的⼀种语⾔。
⽤机器语⾔编写程序时要求程序员对他们所使⽤的计算机硬件及其指令系统⼗分熟悉,编写程序难度很⼤,操作过程也极易出错。
一.判断题1.计算机的主存是由RAM和ROM两种半导体存储器组成的.答:正确.2.CPU可以直接访问主存,而不能直接访问辅存.答:正确.3.外(辅)存比主存的存储容量大,存取速度快.答:错误.4.动态RAM和静态RAM都是易失性半导体存储器.答:正确.5.Cache的功能全部由硬件实现.答:正确.6.引入虚拟存储器的目的是为了加快辅存的存取速度.答:错误.7.多体交叉存储器主要是为了解决扩充容量的问题.答:错误.多体交叉存储器主要是为了提高存取速度,增加带宽.8.Cache和虚拟存储器的存储管理策略都利用了程序的局部性原理.答:正确.9.多级存储体系由Cache,主存和辅存构成.答:正确.10.在虚拟存储器中,当程序正在执行时,由编译器完成地址映射.答:错误(由操作系统完成).二.选择题1.主(内)存用来存放.A.程序B.数据C.微程序D.程序和数据解:答案为D.2.下列存储器中,速度最慢的是.A.半导体存储器B.光盘存储器C.磁带存储器D.硬盘存储器解:答案为C.3.某一SRAM芯片,容量为16K×1位,则其地址线有.A.14根B.16K根C.16根D.32根解:答案为A.4.下列部件(设备)中,存取速度最快的是.A.光盘存储器B.CPU的寄存器C.软盘存储器D.硬盘存储器解:答案为B.5.在主存和CPU之间增加Cache的目的是.A.扩大主存的容量B.增加CPU中通用寄存器的数量C.解决CPU和主存之间的速度匹配D.代替CPU中的寄存器工作解:答案为C.6.计算机的存储器采用分级存储体系的目的是.A.便于读写数据B.减小机箱的体积C.便于系统升级D.解决存储容量,价格与存取速度间的矛盾解:答案为D.7.相联存储器是按进行寻址的存储器.A.地址指定方式B.堆栈存取方式C.内容指定方式D.地址指定与堆栈存取方式结合解:答案为C.8.某SRAM芯片,其容量为1K×8位,加上电源端和接地端后,该芯片的引出线的最少数目应为.A.23B.25C.50D.20解:答案为D.9.常用的虚拟存储器由两级存储器组成,其中辅存是大容量的磁表面存储器.A.主存—辅存B.快存—主存C.快存—辅存D.通用寄存器—主存解:答案为A.10.在Cache的地址映射中,若主存中的任意一块均可映射到Cache内的任意一快的位置上,则这种方法称为.A.全相联映射B.直接映射C.组相联映射D.混合映射解:答案为A.三.填空题1.对存储器的要求是, , ,为解决这三者的矛盾,计算机,采用体系结构.答:速度快,容量大,成本低,分级存储体系.2.CPU能直接访问和,但不能访问和.答:主存,CACHE,外存,I/O设备.3.Cache的映射方式有, 和三种.其中方式,适度地兼顾了前两者的优点又尽量避免其缺点,比较理想.答:直接映象,全相联映象,组相联映象,组相联映象.4.广泛使用的和都是半导体存储器.前者的速度比后者快,不如后者高.它们的共同缺点是断电后保存信息.答:依次为SRAM,DRAM,随机读写,集成度,不能.5.闪速存储器能提供高性能,低功耗,高可靠性以及能力,为现有的体系结构带来巨大变化,因此作为用于便携式电脑中.答:瞬时启动,存储器,固态盘.6.相联存储器不按地址而是按访问的存储器,在Cache中用来存放,在虚拟存储器中用来存放.答:内容,行地址表,段表,页表和快表.7.虚拟存储器指的是层次,它给用户提供了一个比实际空间大得多的.答:主-辅存,主存,虚拟地址.8.磁盘的地址格式由, , , 四部分组成.答:台号,柱面号(磁道号),盘面号(磁头号),扇区号.9.温彻斯特硬盘的特点是, 和.答:固定盘片,活动磁头和密封结构.10.一个完整的磁盘存储器由三部分组成,其中又称磁盘机或磁盘子系统,是独立于主机的一个完整的设备, 是磁盘机与主机的接口部件, 用于保存信息.答:驱动器,控制器,盘片.四.计算题1.设有一个具有24位地址和8位字长的存储器,求:(1)该存储器能存储多少字节的信息(2)若存储器由4M×1位的RAM芯片组成,需要多少片(3)需要哪种译码器实现芯片选择解:⑴存储单元数为224=16M=16777216,故能存储16M字节的信息.⑵由于存储容量为16MB(8位字长),每4M字节需要4片(位并联方式),故需芯片数为16/4×8=32片.⑶若用32片组成一个16M(8位字长),地址总线的低22位可直接连到芯片的A0-A21管脚,而地址总线的高2位(A22,A23)需要通过2:4线译码器进行芯片选择.存储器组成方案为位并联和地址串联相结合的方式.2.某计算机系统的内存由Cache和主存构成,Cache的存取周期为45ns,主存的存取周期为200ns.已知在一段给定的时间内,CPU共访问内存4500次,其中340次访问主存,求:(1)Cache的命中率是多少(2)CPU访问内存的平均访问时间是多少(3)Cache-主存系统的效率是多少解:⑴命中率H=(4500-340)/ 4500=0.92.⑵ CPU访存的平均时间T=0.92×45+(1-0.92)×200=57.4ns⑶ cache-主存系统的效率e=45/57.4=78℅5.设某磁盘存储器的平均找道时间为ts,转速每分钟r转,每磁道容量为N个字,每信息块为n个字,试推导磁盘存储器读写一块信息所需总时间tB的公式.解:tB=ts+60/2r+60n/rN.7.某磁盘组有4个盘片,5个记录面,每个记录面的内磁道直径为22cm,外磁道直接为33cm,最大位密度为1600b/cm,道密度为80道/cm,转速7200转速/分.⑴磁盘的总存储容量(非格式化)⑵最大数据传输率是多少解:⑴总容量=每面容量×记录面数每面容量=某一磁道容量×磁道数某磁道容量=磁道长×本道位密度所以,最内圈磁道的容量=1600×22×3.14=110528字节/道磁道数=存储器域长×道密度=(33—22)/2×80=253616000字节⑵最大数据传输率=转速×某磁道容量=7200/60×110528=13263360字节/秒。
第四章题解计算机组成原理习题解答第四章4.2❒4.2在存储系统的层次结构中,设计高速缓冲存储器和虚拟存储器的目的各是什么?对这两个存储层次的管理有何异同点?❒题解:1、设计cache的目的是为了提高存储器的访问速度。
Cache层使得CPU在对存储器进行访问时,速度可以接近Cache的速度,容量可以达到主存的容量。
设计虚存的目的是为了提高存储器的容量。
虚拟存储技术使得用户在使用存储器时,感觉可用容量接近于辅存的容量,而访问速度上接近于主存。
综合上述两个存储层次的作用,从整个存储系统来看,就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。
2、两个存储层次管理的异同点:两个层次的功能均由系统自动实现,对用户来讲都是透明的。
第四章4.2两个存储层次均以信息块作为基本信息的传送单位,Cache存储器每次传送的信息块是定长的,只有几十字节,而虚拟存储器信息块划分方案很多,有页、段等等,长度均在几百~几百K 字节左右。
主存Cache 存储体系中CPU与Cache和主存都建立了直接访问的通道。
一旦不命中时,CPU 就直接访问主存并同时向Cache调度信息块。
而辅助存储器与CPU之间没有直接通路,一旦在主存不命中时,只能从辅存调块到主存。
Cache 存储器存取信息的过程、地址变换和替换策略全部用硬件实现,对程序员均是透明的。
而主存-辅存层次的虚拟存储器基本上是由操作系统的存储管理软件并辅助一些硬件来进行信息块的划分和主存-辅存之间的调度,所以对设计存储管理软件的系统程序员来说,它是不透明的,而对应用程序员,因为虚拟存储路提供了庞大的逻辑空间可以任意使用,是透明的。
第四章4.4❒4.4 图4-3中,如果检索寄存器的值为“**** 1011 **** ****”,屏蔽寄存器的值是什么?检索完成后,匹配寄存器中的值又是什么?❒题解:❒屏蔽寄存器的值是:0000 1111 0000 0000;完成检索后匹配寄存器的值为:01000…第四章4.74.7 将数据Cache和指令Cache分开有什么好处?答:将数据Cache和指令Cache分开有如下好处:1)可支持超前控制和流水线控制,有利于这类控制方式下指令预取操作的完成;2)指令Cache可用ROM实现,以提高指令存取的可靠性;3)数据Cache对不同数据类型的支持更为灵活,既可支持整数(例32位),也可支持浮点数据(如64位)。
计算机组成原理答案(张功萱等编著)终极完整版作业解答第⼀章作业解答1.3 冯·诺依曼计算机的基本思想是什么?什么叫存储程序⽅式?答:冯·诺依曼计算机的基本思想包含三个⽅⾯:1) 计算机由输⼊设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五⼤部件组成。
2) 采⽤⼆进制形式表⽰数据和指令。
3) 采⽤存储程序⽅式。
存储程序是指在⽤计算机解题之前,事先编制好程序,并连同所需的数据预先存⼊主存储器中。
在解题过程(运⾏程序)中,由控制器按照事先编好并存⼊存储器中的程序⾃动地、连续地从存储器中依次取出指令并执⾏,直到获得所要求的结果为⽌。
1.4 早期计算机组织结构有什么特点?现代计算机结构为什么以存储器为中⼼?答:早期计算机组织结构的特点是:以运算器为中⼼的,其它部件都通过运算器完成信息的传递。
随着微电⼦技术的进步,⼈们将运算器和控制器两个主要功能部件合⼆为⼀,集成到⼀个芯⽚⾥构成了微处理器。
同时随着半导体存储器代替磁芯存储器,存储容量成倍地扩⼤,加上需要计算机处理、加⼯的信息量与⽇俱增,以运算器为中⼼的结构已不能满⾜计算机发展的需求,甚⾄会影响计算机的性能。
为了适应发展的需要,现代计算机组织结构逐步转变为以存储器为中⼼。
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技术指标主要有: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. 系统软件的配置还有可靠性、可⽤性、可维护性、以及安全性、兼容性等性能指标。
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. UNIV AC-IC. ILLIAC-IVD. EDV AC(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 ____。
第1章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
2. 如何理解计算机的层次结构?答:计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。
(1)硬件系统是最内层的,它是整个计算机系统的基础和核心。
(2)系统软件在硬件之外,为用户提供一个基本操作界面。
(3)应用软件在最外层,为用户提供解决具体问题的应用系统界面。
通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。
各层次之间关系密切,上层是下层的扩展,下层是上层的基础,各层次的划分不是绝对的。
3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。
答:机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言,汇编语言是机器语言的符号表示,高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序(源程序)处于最高层,必须翻译成汇编语言,再由汇编程序汇编成机器语言(目标程序)之后才能被执行。
4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构?答:计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。
计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性,包含对程序员透明的硬件细节,如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能,及相互连接方法等。
5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么?解:冯?诺依曼计算机的特点是:P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;指令和数据均用二进制表示;指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;机器以运算器为中心(原始冯?诺依曼机)。
第 1 章 计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:P3计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件:计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么? 解:冯•诺依曼计算机的特点是:P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;● 指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;●指令和数据均用二进制表示;●指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操 作数在存储器中的位置;●指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;●机器以运算器为中心(原始冯•诺依曼机)。
7. 解释下列概念:主机、CPU 、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解:P9-10主机:是计算机硬件的主体部分,由 CPU 和主存储器 MM 合成为主机。
CPU :中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成;(早期的运算器和 控制器不在同一芯片上,现在的 CPU 内除含有运算器和控制器外还集成了 CACHE )。
主存:计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随 机存取;由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取。
存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长:一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量:存储器中可存二进制代码的总量;(通常主、辅存容量分开描述)。
机器字长:指 CPU 一次能处理的二进制数据的位数,通常与 CPU 的寄存器位数有关。
指令字长:一条指令的二进制代码位数。
8. 解释下列英文缩写的中文含义:CPU 、PC 、IR 、CU 、ALU 、ACC 、MQ 、X 、MAR 、MDR 、I/O 、MIPS 、CPI 、FLOPS解:全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。
CPU :Central Processing Unit ,中央处理机(器),是计算机硬件的核心部件,主要由运算器和控制器组成。
PC :Program Counter ,程序计数器,其功能是存放当前欲执行指令的地址,并可自动计数形成下一条指令地址。
IR:Instruction Register,指令寄存器,其功能是存放当前正在执行的指令。
CU:Control Unit,控制单元(部件),为控制器的核心部件,其功能是产生微操作命令序列。
ALU:Arithmetic Logic Unit,算术逻辑运算单元,为运算器的核心部件,其功能是进行算术、逻辑运算。
ACC:Accumulator,累加器,是运算器中既能存放运算前的操作数,又能存放运算结果的寄存器。
MQ:Multiplier-Quotient Register,乘商寄存器,乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。
X:此字母没有专指的缩写含义,可以用作任一部件名,在此表示操作数寄存器,即运算器中工作寄存器之一,用来存放操作数;MAR:Memory Address Register,存储器地址寄存器,在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。
MDR:Memory Data Register,存储器数据缓冲寄存器,在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。
I/O:Input/Output equipment,输入/输出设备,为输入设备和输出设备的总称,用于计算机内部和外界信息的转换与传送。
MIPS:Million Instruction Per Second,每秒执行百万条指令数,为计算机运算速度指标的一种计量单位。
9. 画出主机框图,分别以存数指令“STA M”和加法指令“ADD M”(M 均为主存地址)为例,在图中按序标出完成该指令(包括取指令阶段)的信息流程(如→①)。
假设主存容量为 256M*32位,在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下,指出图中各寄存器的位数。
解:主机框图如 P13 图 1.11 所示。
(1)STA M 指令:PC→MAR,MAR→MM,MM→MDR,MDR→IR,OP(IR) →CU,Ad(IR) →MAR,ACC→MDR,MAR→MM,WR (2)ADD M 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假设主存容量 256M*32 位,在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下,ACC、X、IR、MDR 寄存器均为 32 位,PC 和 MAR 寄存器均为 28 位。
10. 指令和数据都存于存储器中,计算机如何区分它们?解:计算机区分指令和数据有以下 2 种方法:●通过不同的时间段来区分指令和数据,即在取指令阶段(或取指微程序)取出的为指令,在执行指令阶段(或相应微程序)取出的即为数据。
●通过地址来源区分,由 PC 提供存储单元地址的取出的是指令,由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。
第2 章计算机的发展及应用1.通常计算机的更新换代以什么为依据?答:P22主要以组成计算机基本电路的元器件为依据,如电子管、晶体管、集成电路等。
2. 举例说明专用计算机和通用计算机的区别。
答:按照计算机的效率、速度、价格和运行的经济性和实用性可以将计算机划分为通用计算机和专用计算机。
通用计算机适应性强,但牺牲了效率、速度和经济性,而专用计算机是最有效、最经济和最快的计算机,但适应性很差。
例如个人电脑和计算器。
3. 什么是摩尔定律?该定律是否永远生效?为什么?答:P23,否,P36第3 章系统总线1.什么是总线?总线传输有何特点?为了减轻总线负载,总线上的部件应具备什么特点?答:P41.总线是多个部件共享的传输部件。
总线传输的特点是:某一时刻只能有一路信息在总线上传输,即分时使用。
为了减轻总线负载,总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。
4. 为什么要设置总线判优控制?常见的集中式总线控制有几种?各有何特点?哪种方式响应时间最快?哪种方式对电路故障最敏感?答:总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题;常见的集中式总线控制有三种:链式查询、计数器定时查询、独立请求;特点:链式查询方式连线简单,易于扩充,对电路故障最敏感;计数器定时查询方式优先级设置较灵活,对故障不敏感,连线及控制过程较复杂;独立请求方式速度最快,但硬件器件用量大,连线多,成本较高。
5. 解释下列概念:总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备(或主模块)、总线的从设备(或从模块)、总线的传输周期和总线的通信控制。
答:P46。
总线宽度:通常指数据总线的根数;总线带宽:总线的数据传输率,指单位时间内总线上传输数据的位数;总线复用:指同一条信号线可以分时传输不同的信号。
总线的主设备(主模块):指一次总线传输期间,拥有总线控制权的设备(模块);总线的从设备(从模块):指一次总线传输期间,配合主设备完成数据传输的设备(模块),它只能被动接受主设备发来的命令;总线的传输周期:指总线完成一次完整而可靠的传输所需时间;总线的通信控制:指总线传送过程中双方的时间配合方式。
6. 试比较同步通信和异步通信。
答:同步通信:指由统一时钟控制的通信,控制方式简单,灵活性差,当系统中各部件工作速度差异较大时,总线工作效率明显下降。
适合于速度差别不大的场合。
异步通信:指没有统一时钟控制的通信,部件间采用应答方式进行联系,控制方式较同步复杂,灵活性高,当系统中各部件工作速度差异较大时,有利于提高总线工作效率。
8. 为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点?答:半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制,又能像异步通信那样允许传输时间不一致,因此工作效率介于两者之间。
10. 为什么要设置总线标准?你知道目前流行的总线标准有哪些?什么叫 plug and play?哪些总线有这一特点?答:总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题;目前流行的总线标准有:ISA、EISA、PCI 等;plug and play:即插即用,EISA、PCI 等具有此功能。
11. 画一个具有双向传输功能的总线逻辑图。
答:在总线的两端分别配置三态门,就可以使总线具有双向传输功能。
a0 b0a1 b1a nb na至b b至a12. 设数据总线上接有 A、B、C、D 四个寄存器,要求选用合适的 74 系列芯片,完成下列逻辑设计:(1)设计一个电路,在同一时间实现 D→A、D→B 和 D→C 寄存器间的传送;(2)设计一个电路,实现下列操作:T0 时刻完成 D→总线;T1 时刻完成总线→A;T2 时刻完成 A→总线;T3 时刻完成总线→B。
解:(1)由 T 打开三态门将 D 寄存器中的内容送至总线 bus,由 cp 脉冲同时将总线上的数据打入到 A、B、C 寄存器中。
T 和 cp 的时间关系如图(1)所示。
cp脉冲A B C总线busT三态门TcpD图(1)(2)三态门 1 受 T0+T1 控制,以确保 T0 时刻 D→总线,以及 T1 时刻总线→接收门 1→A。
三态门 2 受 T2+T3 控制,以确保 T2 时刻 A→总线,以及 T3 时刻总线→接收门 2→B。
T0、T1、 T2、T3 波形图如图(2)所示。
图(2)。