下载文档原格式
第一章计算机系统概论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。
唐朔飞《计算机组成原理》课后答案第一章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——计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。
计算机硬件——计算机的物理实体。
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：冯氏计算机的特点是：P9• 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；• 指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中；• 指令由操作码、地址码两大部分组成；• 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；• 以运算器为中心（原始冯氏机）。
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：P10主机——是计算机硬件的主体部分，由CPU+MM（主存或内存）组成；CPU——中央处理器（机），是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；（早期的运、控不在同一芯片上）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——CPU能同时处理的数据位数；指令字长——一条指令的二进制代码位数；讲评：一种不确切的答法：CPU与MM合称主机；运算器与控制器合称CPU。
这两个概念应从结构角度解释较确切。
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、中文解释三部分。
5.1 I/O设备有哪些编址方式，各有何特点？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。
5.3 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。
5.4 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）。
习题解答（唐朔飞版）第一章思考题与习题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？2．如何理解计算机系统的层次结构？3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别和联系。
4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。
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。
8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
9．根据迭代公式)(21nn yxyx+=，设初态y0=1，要求精度为ε，试编制求x的解题程序（指令系统自定），并结合所编程序简述计算机的解题过程。
10．指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？第一章计算机系统概论习题答案1、答：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，它由看得见摸的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。
软件时看不见摸不着的，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集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持合执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持合执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
第1章计算机系统概论1、指令和数据都存放在存储器中计算机如何区分答：存储器有代码段和数据段的分，不是存在一个区域。
CPU通过代码段寄存器、堆栈段寄存器、数据段寄存器、附加段寄存器对存储器进行管理。
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。
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。
•①从机器使用者的角度来说，粗分为应用软件、系统软件和硬件三个层次。
•②从程序设计员和机器硬件设计者的角度来说，细分为：高级语言虚拟机、汇编语言虚拟机、操作系统虚拟机、机器语言机器、微程序机器。
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：①有运算器、控制器、存储器、输入、输出五大部分组成。
②指令和数据用二进制表示，两者形式上没有差别。
③指令和数据存放在存储器中，按地址访问。
④指令由操作码和地址码组成，操作码指定操作性质，地址码指定操作数地址。
⑤采用“存储程序控制”方式进行工作。
5.1 I/O设备有哪些编址方式，各有何特点？
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。
5.3 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。
5.4 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。
5.8 某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。
字符信息的格式
为1位起始位、7位数据位、1位检验位和1位停止位。
若要求每秒钟传送480个字符，那么该设备的数据传送速率为多少？
解：480 * (1 + 7 + 1 + 1) = 4800位/秒 = 4800波特
5.11 简述I/O接口的功能和基本组成。
·I/O接口功能
(1)选址功能
(2)传送指令功能
(3)传送数据功能
(4)反映I/O设备工作状态的功能
·I/O接口基本组成
设备选择电路、命令寄存器和命令译码器、数据缓冲寄存器、设备状态
标记触发器
5.13 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。
·中断向量地址和入口地址的区别
向量地址是硬件电路（向量编码器）产生的中断源的内存地址编号，中
断入口地址是中断服务程序的首地址。
·中断向量地址和入口地址的联系
中断向量地址可理解为中断服务程序入口地址指示器（入口地址的地
址），通过它访存可获得中断服务程序入口地址。
(两种方法：在向量
地址所指单元内放一条JUM指令；主存中设向量地址表。
5.20 比较単重中断和多重中断服务程序的处理流程，说明它们不同的原因。
单重中断：开中断指令设置在最后“中断返回”之前，意味着在整个中断服务处理过程中，不能再响应其他中断源的请求。
多重中断：开中断指令设置在“保护现场”之后，意味着保护现场之后，若有更高级别的中断请求，CPU也可以响应，即再次中断现行的服务程序，转至新的中断服务程序，这是单重中断和多重中断的主要区别。
5.25 根据以下要求设计一个产生3个设备向量地址的电路。
(1) 3个设备的优先级A→B→C降序排列。
(2) A、B、C的向量地址分别为110100、010100、000110。
(3) 排队器采用链式排队电路。
(4) 当CPU发来中断响应信号INTA时，可将向量地址取至CPU。
5.27 DMA方式有何特点？什么样的I/O设备与主机交换信息时采用DMA方式，
举例说明。
由于主存和DMA接口之间有一条数据通路，因此主存和设备交换信息是，不通过CPU，也不需要CPU暂停现行程序为设备服务，省去了保护和恢复现场，因此工作速度比程序中断方式的高。
通常DMA与主存交换数据是采用如下三种方法：
（1）停止CPU访问主存
（2）周期挪用（周期窃取）
（3）DMA与CPU交替访问
5.30 在DMA的工作方式中，CPU暂停方式和周期挪用方式的数据传送流程有何
不同，画图说明。
由于主存和DMA接口之间有一条数据通路，因此主存和设备交换信息是，不通过CPU，也不需要CPU暂停现行程序为设备服务，省去了保护和恢复现场，因此工作速度比程序中断方式的高。
通常DMA与主存交换数据是采用如下三种方法：
（1）停止CPU访问主存
（2）周期挪用（周期窃取）
（3）DMA与CPU交替访问
解：两种DMA方式的工作流程见下页，其主要区别在于传送阶段，现行程序是否完全停止访存。
停止CPU访存方式的DMA工作流程如下：
现行程序 CPU DMAC
I/O
CPU DMAC
I/O
B C
D
周期窃取方式的DMA工作流程如下：
现行程序 CPU DMAC
I/O
CPU DMAC
I/O
B C
D
5.31 假设某设备向CPU传送信息的最高频率是40000次/秒，而相应的中断处理
程序执行时间为40μs，试问该设备是否可用程序中断方式与主机交换信息，为什么?
解：根据题意，该设备每隔1/40K = 25μs向CPU传送一次信息，如果采用程序中断执行方式，需40μs(>25μs)才能处理一次数据，从而造成数据丢失，所以不能用程序中断方式与主机交换信息。
5.32 设磁盘存储器转速为3000转/分，分8个扇区，每扇区存储1KB，主存与
磁盘存储器数据传送的宽度为16位（即每次传送16位）。
假设一条指令最长执行时间是25μs，是否可采用一条指令执行结束时响应DMA请求的方案，为什么？若不行，应采取什么方案？
解：磁盘传送速度
道容量 = 1KB * 8/16 = 1K * 8 * 8/16 = 1K * 4 = 4K
数传率 = 1KB * 3000转/分 = 4KB * 50转/秒
一个字符传送时间 = 1/2000K字/秒 = 5μs
5μs <<25μs，所以不能采用一条指令执行结束响应DMA请求方案，应
采用每个CPU机器周期末查询及响应DMA请求方案（通常安排CPU机器
周期 = MM存取周期）
5.35 从5个方面比较程序中断方式和DMA方式的区别。
（1）程序中断方式的数据传送主要依赖软件，DMA主要依赖硬件。
（2）程序中断传送数据的基本单位为字或字节，DMA为数据块。
（3）程序中断方式时，CPU与I/O设备并行工作，现行程序与I/O传送串行进行； DMA方式时，CPU与I/O设备并行工作，现行程序与I/O传
送并行进行。
（4）程序中断方式由于软件额外开销时间比较大，因此传输速度最慢；DMA 方式基本由硬件实现传送，因此速度最快；
（5）程序中断方式适用于中、低速设备的I/O交换；DMA方式适用于高速设备的I/O交换；。
