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计算机组成与设计第三版第七章课后答案

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计算机组成课后习题答案

计算机组成课后习题答案
分类
闪存可以分为NOR Flash和NAND Flash两种类型。
工作原理
闪存的主要功能是可擦写、非易失性存储数据。NOR Flash读取速度快，适用于代码存储；NAND Flash容量大 、成本低，适用于大量数据的存储。闪存的擦除和编程操作需要特定的电压和时序。
04
输入输出设备
键盘的工作原理与分类
THANKS
感谢观看
成字符或汉字。
05
数据传输方式
并行传输与串行传
并行传输
指数据以多个通道同时传输，适用于近距离、高速传输，如 CPU与内存之间的数据交换。
串行传输
指数据一位一位地顺序传输，适用于远距离、低速传输，如 网络通信。
数据传输速率
数据传输速率
指单位时间内传输的数据量，通常以比特率（bit per second）表示。
影响数据传输速率的因素
包括信号带宽、信噪比、误码率等。
数据传输过程中的同步与异步问题
同步传输
指发送方和接收方的时钟信号保持同 步，适用于高速数据传输。
异步传输
指发送方和接收方的时钟信号不需同 步，适用于低速数据传输。
06
操作系统基础知识
操作系统的功能与分类
要点一
功能
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件 和软件资源，提供用户与计算机交互的界面。
硬盘的分类与工作原理
分类
硬盘可以分为机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
工作原理
硬盘的主要功能是永久存储数据。HDD采用磁记录技术，将数据以磁道的形式存 储在旋转的盘片上；SSD则采用闪存技术，通过电子方式存储数据。HDD的读取 速度较慢，但价格较低；SSD的读取速度较快，但价格较高。

《计算机组成原理》各章练习参考答案

《计算机组成原理》各章练习参考答案

《计算机组成原理》各章练习题参考答案第一章思考练习题一.填空1.电子数字计算机可以分为专用计算机和通用计算机两类。

2.硬件采用LSI或VLSI的电子计算机属于计算机发展过程中的第四代。

3.存储器中存放数据和程序。

4.一台计算机包括运算、存储、控制、输入及输出五个单元。

5.完成算术运算和逻辑运算的部件是运算器(或ALU)；运算器的核心是加法器；控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果的部件是控制器。

6.CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线是内部总线；CPU同存储器、通道等互相连接的总线是系统总线；中、低速I/O设备之间互相连接的总线是I/O总线。

7.在多总路线结构中，CPU总线、系统总线和高速总线相连通过桥实现。

8.计算机软件一般分为系统软件和应用软件。

9.完整的计算机系统由硬件系统和软件系统构成。

10.机器字长是指一台计算机一次所能够处理的二进制位数量。

11.数据分类、统计、分析属于计算机在数据处理方面的应用。

12.计算机是一种信息处理机，它最能准确地反映计算机的主要功能。

13.个人台式商用机属于微型机。

14.对计算机软硬件进行管理，是操作系统的功能。

15.用于科学技术的计算机中，标志系统性能的主要参数是MFLOPS。

16.通用计算机又可以分为超级机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机六类。

17.“存储程序控制”原理是冯.诺依曼提出的。

18.运算器和控制器构成CPU，CPU和主存构成主机。

19.取指令所用的时间叫取指周期，执行指令所用的时间叫执行周期。

20.每个存储单元都有一个编号，该编号称为地址。

21.现代计算机存储系统一般由高速缓存、主存和辅存构成。

22.计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制原理。

二.单选1.存储器用来存放( C )。

A.数据B.程序C.数据和程序D.正在被执行的数据和程序2.下面的描述中，正确的是( B )A.控制器能够理解、解释并执行所有的指令及存储结果。

最新单片微型计算机与接口技术第三版课后习题答案(单片机第7章作业

最新单片微型计算机与接口技术第三版课后习题答案(单片机第7章作业

单片微型计算机与接口技术思考与习题77.1 8XX51单片机内部设有几个定时/计数器？它们是由哪些专用寄存器组成的？答：(1)8XX51单片机内部设有2个定时/计数器。

(2)定时/计数器T1由寄存器TH1、TL1组成，定时/计数器T0由寄存器TH0、TL0组成。

7.3定时/计数器用作定时时，其定时时间与哪些因素有关？用作计数时，对外界计数频率有何限制？答：设置为定时工作方式时，定时器计数的脉冲是由51单片机片内振荡器经12分频后产生的。

每经过一个机器周期定时器(T0或T1)的数值加1直至计数满产生溢出。

设置为计数工作方式时，通过引脚T0(P3．4)和T1(P3．5)对外部脉冲信号计数。

当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，定时器的值加1, 在每个机器周期CPU采样T0和T1的输入电平。

若前一个机器周期采样值为高，下一个机器周期采样值为低，则计数器加1。

由于检测一个1至0的跳变需要二个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的二十四分之一。

7.5利用8XX51的T0计数。

每计10个脉冲，P1.0变反一次，用查询和中断两种方式编程。

使用方式2，计数初值C=100H—0AH=F6H查询方式：ORG 0000HMOV TMOD，#06HMOV TH0，#0F6HMOV TL0，#0F6HSETB TR0ABC:JNB TF0，$CLR TF0CPL P1.0SJMP ABC中断方式：ORG 0000HAJMP MAINORG 0000BHCPL P1.0RETIMAIN:MOV TMOD，#06HMOV THO，#0F6HSETB EASETB ET0SETB TR0SJMP $7.7已知8XX51单片机系统时钟频率为6MHz，利用定时器T0使P1.2每隔350us，输出一个50us脉宽的正脉冲。

解：fosc=6MHz，MC=2us，方式2的最大定时为512us，合乎题目的要求。

50us时，计数初值为C1=256-25=E7H，350us时，计数初值为C2=256-175=51HORG 0000HMOV TMOD，#02HNEXT:MOV TH0，#51HMOV TL0，51HCLR P1.2SETB TR0AB1:JBC TF0，EXTSJMP AB1EXT:SETB P1.2MOV TH0，#0E7HMOV TL0，#0E7HAB2:JBC TF0，NEXTSJMP AB27.9设系统时钟频率为6MHz，试用定时器T0作为外部计数器，编程实现每计到1000个脉冲后，使T1定时2ms，然后T0又开始计数，这样反复循环。

计算机组成原理习题答案第七章

计算机组成原理习题答案第七章

１．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？解：控制器的控制方式可以分为３种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。

同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。

这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。

异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。

异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。

联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。

２．什么是三级时序系统？解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。

计算机中每个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。

３．控制器有哪些基本功能？它可分为哪几类？分类的依据是什么？解：控制器的基本功能有：（１）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。

（２）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。

（３）指挥并控制CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。

控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３类，分类的依据在于控制器的核心———微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。

４．中央处理器有哪些功能？它由哪些基本部件所组成？解：从程序运行的角度来看，CPU 的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。

对于冯? 诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。

５．中央处理器中有哪几个主要寄存器？试说明它们的结构和功能。

解：CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。

通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。

计算机操作系统第三版课后答案汤子瀛等著全部的

计算机操作系统第三版课后答案汤子瀛等著全部的
3.程序并发执行为什么会产生间断性?
因为程序在并发执行过程中存在相互制约性.
4.程序并发执行为何会失去封闭性和可再现性?
因为程序并发执行时，多个程序共享系统中的各种资源，资源状态需要多个程序来改变，即存在资源共
享性使程序失去封闭性；而失去了封闭性导致程序失去可再现性.
5.在操作系统中为什么要引入进程概念?它会产生什么样的影响?
---多道批处理系统则具有调度性，无序性和多道性的特点；
b.单道批处理系统是在解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾中形成的，旨在提高系统
资源利用率和系统吞吐量，但是仍然不能很好的利用系统资源；
---多道批处理系统是对单道批处理系统的改进，其主要优点是资源利用率高，系统吞吐量大；缺点是
---进程通信的任务是实现在相互合作进程之间的信息交换.
---调度分为作业调度和进程调度.作业调度的基本任务是从后备队列中按照一定的算法，选择出若干个
作业，为它们分配必要的资源;而进程调度的任务是从进程的就绪队列中，按照一定的算法选出一新
进程，把处理机分配给它，并为它设置运行现场，是进程投入运行.
14设备管理有哪些主要功能?其主要任务是什么?
a. PCB是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构.PCB中记录了操作系统所需的用于
描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息.因而它的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行
的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能和其它进程并发执行的进程.
b.在进程的整个生命周期中，系统总是通过其PCB对进程进行控制，系统是根据进程的PCB而不是任何别
证明:
R(S2)={x,a}, W(S2)={b}, R(S3)={x}, W(S3)={c};

第7章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)

第7章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)
寄存器写口和寄存器读口分别安排在一个时钟周期的前、后半个周期内独立工作呢？ ——2、3、4 条之前分别插入 2 条 nop 就可以
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7. 假定以下 MIPS 指 令序列在图 7.18 所示 的流 水线数据通路中 执行：
addu $s3, $s1, $s0
subu $t2, $s0, $s3
流水线深度（ Pipeline Depth） 流 水 线 冒 险 （ Hazar d） 控制冒险（Control hazard） 流水线阻塞（ Pipeline stall） 空 操 作 （ nop） 分支预测（Branch predict） 动态分支预测（Dynamic predict） 分支 延迟槽（Delayed branch slot） 旁 路 （ Bypassing） IPC（Instructions Per Cycle） 动态多发射（Dynamic multiple issue） 超长指令字 VLIW 动态流水线（Dynamic pipelining） 指令分发（Instruction dispatch） 无序发射（ out-of-order issue） 重排序缓冲（Reorder buffer） 乱序执行（ out-of-order execution） 无序完成（ out-of-order completion）
（1）插入 一个流水段寄 存器，得到 一个两级 流水线 （2）插 入两个流水段 寄存器，得 到一个三 级流水线 （3）插入 三个流水段寄 存器，得到 一个四级 流水线 （4）吞 吐量最大的流 水线 参考答案：
（1）两级流水线的平衡点在 C 和 D 之间，其前面一个流水段的组合逻辑延时为 80+30+60=170ps，后 面一 个流水 段的 组合逻 辑延时 为 50+70+10=130ps。这 样每个 流水段 都 以 最 长 延 时 调 整 为 170+20=190ps ， 故 时 钟 周 期 为 190ps ， 指 令 吞 吐 率 为 1/190ps=5.26GOPS，每条 指令的执行时 间为 2x190=380ps。

计算机组成与设计第三版第七章课后答案


13在所用主存储器芯片已确定的情况下，还要进行大幅度提高主存储器系统的读写 速度的办法是什么？
答：在所用主存储器芯片已确定的情况下，还要进行大幅度提高主存储器系统的读 写速度的办法是采用成组传送数据的方式，该方式是指用于提高在数据总线上的数 据输入/输出能力的一种技术。即通过地址总线传送一次地址后，能连续在数据总 线上传送多个（一组）数据，而不像正常总线工作方式那样，每传送一次数据，总 要用两段时间，即先送一次地址（地址时间），后送一次数据传送（数据时间）。 在成组传送方式，为传送N个数据，就可以用N+1个总线时钟周期，而不再是用 2N个总线时钟周期，使总线上的数据入/出尖峰提高一倍。
01
12存储器读写操作时，地址信号、片选信 号、读写命令、读出的数据或写入的数据， 在时间配合上要满足些什么关系？
02
答：存储器读写操作时，地址信号、片选信 号、读写命令、读出的数据或写入的数据， 它们之间在时序配合要满足以下这些条件： 有了稳定的地址与片选信号才可以读；有了 稳定的地址和写入的数据，再有了片选信号 才能再给出写命令，以便保证无误的写操作。 此外，这些信号应有一定的持续时间，以保 证读写操作得以正常完成。
202X
计算机组成原 理第七章习题
单击此处添加文本具体内容，简明扼要地 阐述你的观点
7.1.在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？它们的应用是建 立在程序的什么特性之上的？
答：在现代的计算机系统中，通常总是采用由三种运行原理不同，性能差异 很大的存储介质分别构建高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器，再将它 们组成三级结构的统一管理、高度的一体化存储器系统。由高速缓冲存储器 缓解主存储器读写速度慢，不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储 器更大的存储空间，解决主存储器容量小，存不下更大程序与更多数据的难 题。

《计算机组成与体系结构》白中英第三版课后答案

解：（1）用原码阵列乘法器计算：
[x]补=0.11011 [y]补=1.00001
(0) 1 1 0 1 1 ×) (1) 0 0 0 0 1 ----------------------------------
(0) 1 1 0 1 1 (0) 0 0 0 0 0 （0) 0 0 0 0 0 (0) 0 0 0 0 0 (0) 0 0 0 0 0 (0) (1) (1) (0) (1) (1) ----------------------------------------(1) 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1
（略）
13． "计算机应用"与"应用计算机"在概念上等价吗？用学科角度和计算机系统的层次结构来寿 命你的观点。
课后答案网
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（略）
第二章运算方法和运算器 习题参考答案
1. 写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用 8 位二进制数）。其中 MSB 是最高位（又 是符号位）LSB 是最低位。如果是小数，小数点在 MSB 之后；如果是整数，小数点在 LSB 之后。 (1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小数表示-1 (5) 用整数表示-1
2． 数字计算机如何分类？分类的依据是什么？
解：分类：
数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机和单片机六类。
分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、 指令系统规模和机器价格等因素。
[x]移=0.0111010

计算机组成原理课后答案

[x]补 = [y]补 = 0 0. 1 1 0 1 1 +0 0. 1 0 0 1 1 0 1. 0 1 1 1 0
溢出 7．用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算x*y。 （1）x = 0.11011 y = - 0.11111 （2）x = -0.11111 y = - 0.11011 解：（1）原码阵列
的数据，外存通常指的是磁盘、磁带、光盘存储器等，用于存放暂不运 行的程序和暂不处理的数据。CPU是运算器和控制器的合称，适配器是 指连接主机与外设一个中间电路，也叫接口，其作用相当于一个转换 器，保证外设用与主机要求相适应的形式发送和接收信息。 9．计算机的系统软件包括哪几类？说明它们的用途。 答：计算机的软件包括系统软件和应用软件。系统软件用来简化程序设 计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能 及用途。它可分为四类：（1）各种服务性程序，如诊数据程序、排错 程序、练习程序等；（2）语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程 序等；（3）操作系统程序；（4）数据库管理系统（DBMS）。而应用 软件是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序，如工程设计程 序，数据加工程序，自动控制程序，企业管理程序、情报检索程序、科 学计算程序等等。 10．说明软件发展的演变过程。 答：在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程 序称为手编程序或目的程序；后来，为了编写程序方便和提高使用效 率，人们使用汇编语言来编写程序，称为汇编程序；为了进一步实现程 序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用 计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序， 源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行； 随着计算机技术的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信 息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数 据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库管理系统。 11．现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设计 会产生什么影响? 答：现代计算机系统可分为五个层次，第一级是微程序设计级；第二级 是一般机器级；第三级是操作系统级；第四级是汇编语言级；第五级是 高级语言级。其中前二级是硬件系统、后两级是软件系统对硬件系统的 功能扩展，第三级是可以说是软件与硬件的一个交界面。这种分级不是 绝对的，也不是惟一的，比如随着大规模集成电路和固件的发展，硬件 的功能在不断往上层延伸。而且，不同的硬件结构，其层次也不同，如 硬布线控制器的计算机，就没有微程序级。 12．为什么软件能够转化为硬件？硬件能够转化为软件？实现这种转 化的媒介是什么？ 答：随着大规模集成电路和计算机系统结构的发展，实体硬件机的功能

计算机组成与设计课后答案

1.1-1.26qufac dikjo wpnry slgxz tbhme v1.27-1.44jbfji edgcj dcjbf haa3.1、1: t0=02: t1=13: if (a0<t1) t2=1; else t2=04: if (t2= =0) goto finish5: t0=t0+t16: t1=t1+27: jump to loop8: v0=t03.2、Find the element which appears most times, $v0 stores the the maxium number of theidentical integer in the array, $v1 stores its value.3.4、addi $t0,$t1,1003.5、lui $t1,61addi $t1,$t1,2304lw $t2,11($t1)add $t2,$t2,$t0sw $t2,10($t1)3.6、Loop: lw $v1, 0($a0)sw $v1, 0($a1)addi $a0, $a0, 4addi $a1, $a1, 4beq $v1, $zero, Endaddi $v0, $v0, 1j LoopEnd:3.7、1: I format,3: I format,4: I format,5: I format,6: I format,3.8、v0=0;v1=a0;v0++;a1=v1;a0++;a1++;if(v1= =0) goto loop;v0--;3.9、bne $t0,$s5,exitloop: add $t1,$s3,$s3add $t1,$t1,$t1add $s3,$s3,$s6lw $t0,0(t1)beq $t0,$s5,loop exit:3.11、slti $t5,$t0,1bne $t0,1,exitloop: addi $t0,$zero,0add $t4,$t0,$t0add $t4,$t4,$t4lw $t1,0($a0)add $t2,$t4,$t1add $t3,$a1,$t1sw $t2,0($t3)addi $t0,$t0,1slti $t5,$t0,101beq $t5,1,loopexit:3.23、loop: addi $t0,$zero,98lb $t1,0($a0)addi $a0,$a0,1beq $t1,$zero,exitbne $t1,$t0,loopbeq $t1,$t0,nextsub $v0,$a0,1exit: add $v0,$zero,$zeronext:3.24、bcount: addi $sp,$sp,-12sw $ra,8($sp)sw $a0,4($sp)sw $s0,0($sp)add $s0,$zero,$zeroNext: jal bfindadd $a0,$v0,$zerolb $t0,0($a0)beq $t0,$zero,End #encounter nulladdi $s0,$s0,1addi $v0,$v0,1j NextEnd: add $v0,$s0,$zerolw $s0,0($sp)lw $a0,4($sp)lw $ra,8($sp)addi $sp,$sp,12jr $ra4.1、000000000000000000000010000000004.2、111111111111111111111100000000014.4、-5004.5、-14.6、21474836474.10、loop: sub $t3,$zero,$t3slt $t0,$t3,$zerobeq $t0,$zero,loopadd $t2,$t3,$zero how to use 3 instructions?4.13、If A_lower is positive, A_upper_adjusted equals to A_upper.If A_lower is negative, A_upper_adjusted equals to A_upper+1.4.17、addu $t0, $t3,$t4sltu $t2,$t0,$t34.22、srl $t0,$s0,8andi $s1,$t0,40954.23、when it overflew , set should be converted .4.40、xor $s0,$s0,$s1xor $s1,$s1,$s0xor $s0,$s0,$s14.46、ripple carry c1=a0*c0+b0*c0+a0*b0 2Tc2=a1*c1+b1*c1+a1*b1 4Tc3=a2*c2+b2*c2+a2*b2 6TThe worst case : c4=a3*c3+b3*c3+a3*b3 8TCarry look ahead : gi=ai*bi T pi=ai+bi Tc1=c2=c3=c4=3T4.53、4.54、step1 6.42*101=0.642*102step2 9.51*102+0.642*102=10.152*102step3 10.152*102=1.0152*102step4 1.0152*103 is rounded to three significant digits 1.015*1034.55、6.42X101=0.642X1020.642+9.51=10.1526.42X101+9.51X102=10.152X102=1.0152X103so the answer is 1.02X1035.1、RegDst=0 lw sw and branchAluSrc=0 R-format beqMemtoReg=0 R-format sw and beqZero=0 R-format sw and lw5.2、RegDst=1 R-format sw and beqAluSrc=1 lw and swMemtoReg=1 lw sw and beqZero=1 R-format lw and sw5.6、修改两个信号：MemtoReg: 00 :Alu result01 :From Mem data10 :PC+4RegDst: 00 : Instruction[20-16]01 :Instruction[15-11]10 :$ra寄存器5.8、lw $t0 ,$t1,$t25.14、P374页图Instruction a b cR-formatlwswbeqjlongest8 10 10time5.165.17、5.22、jr rsIt is an R-type instruction.So the changes can be made like following .5.24、M1=5*22%+4*11%+4*49%+3*16%+3*2%=4.04M2=4*22%+4*11%+3*49%+3*16%+3*2%=3.33M3=3*22%+3*11%+3*49%+3*16%+3*2%=3So the CPU excution time isT1=CPI*Clockcycletime=4.04/(500*106 )=8.08nsT2=3.33/(400*106 )=8.325nsT3=3/(250*106 )=12nsHence M1 is the fastest machine.5.26、beq $t3,$zero,Exitadd $t3,$t3,$t3add $t3,$t3,$t3 #get 4*$t3add $t3,$t3,$t2 #caculate the address of destination[$t3] loop: lw $t4,0($t1)sw $t4,0($t2)addi $t1,$t1,4addi $t2,$t2,4bne $t2,$t3,loopExit:branch 3 lw 5 and the rest are 4The number of executed instructions is 4+5*100=504The nmber of cycles is3+3*4+(5+4*3+3)*100=20155.27、1. According to the figure above there will be two changes.1>Extend the multiplexor for ALUSrcA by adding ALUout to it .We mark it with 102> We add a multiplexor between B and Memory write data ,connect memory dataregister with the multiplexor and mark it with 1.The multi is controled by the ]signal bcp.2. By making these changes ,we can directly increase the address $t1,$t2,in ALUout by 4When the memory data loading from $t1is read into memory data register, we canquickly write it into memory by setting bcp to 0.3. By estination ,we can cut down clock cycles distinctively by implementing theinstruction in hardware above .The performance increase comes from adding internal registers.7.7、7.8、7.9、212*(32*4+16+1)=580Kb7.11、a. 1+16*10+16*1=177 clock cyclesb. 1+4*10+4*1=45 clock cyclesc. 1+4*10+16*1=57 clock cycles7.12、The CPI of a is 1.2+0.5%*177=2.085The CPI of b is 1.2+0.5%*45=1.425The CPI of c is 1.2+0.5%*57=1.485The processor using wide memory is 2.085/1,425=1.46 times faster than using nerrowand 1.04 times faster than the one using interleaved memories.7.15、AMAT=(1+0.05*20)*2ns=4ns7.20、7.22、7.24、The number of sets in the cache: S/ABThe number of index bits in the address: log2(S/AB)The number of bits needed to implement the cache : Tag =k- log2(S/AB)-log2B7.27、Cache1: X+(4%+0.5*8%)*7=2So,X=1.44Cache2: 1.44+(2%+0.5*5%)*10=1.85Cache3: 1.44+(2%+0.5*4%)*10=1.84Thus,machine1spemds the most cycles on cache mises.7.32、Page size is 16-KB=214B240/214=226Total size of bits 226*(36-14+4)=208MB7.33、Virtual addressCache hit8.1 A 200 1000/5B 150 750/58.2 (1)n*5*(1/1000)+n*(1/10)*(20/1000)=1 n=142(2)5*n*(1/750)+500/5*(1/10)*18*(1/1000)+(5n-500)/5/5/10*25/1000 =1 n=1168.3 7和8距离近的那张图，原因是路程短8.10 a=1+19.7ms/5ns+2+2=3.9*10^6 cyclesb=3.94*10^6*128/4=1.26*10^8cycles) 32/b=50.798/a=12.750.79 12.78.18 17.84。

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7.17简单说明硬磁盘机的组成，磁盘片上的信息组织方 式和理论上可存储的信息总量的计算公式，并解释为什
么格式化后的可用容量会比存储的总信息位小了许多。




答：硬磁盘驱动器的一般组成：主轴及其驱动系统、磁头及其定位系统、数据读 写等控制逻辑部分。 磁盘片上的信息组织方式：在同一磁盘记录面上，信息被写在许多个同心圆上， 每个同心圆为一个磁道，不同磁道用磁道号表示。磁道间的距离为道密度，它与 磁头选择磁道的定位精度直接有关。对固定尺寸的盘片，磁道密度与磁盘片的总 存储容量成正比。对多片结构的磁盘组，不同记录面上的同一磁道被叫做一个柱 面。在同一磁道上，信息被组织为固定大小的区段，称为扇区。即把一个圆周等 分成若干部分，每部分构成一个扇区，每个扇区的一个磁道，用于存储一定数目 的二进制信息。扇区的一个磁道通常是磁盘进行读写的最小信息单位。不同扇区 用扇区号表示。 在一磁道上，只有一部分区域用于记录有用的信息；还有很多区域用于标记磁道 的开始、结束、扇区位置、磁道号等，以及用于保存数据校验与纠错处理的冗余 信息，可能还有一些必要的间隙部分。对一个磁盘片，在使用之前要进行格式化 操作，即在每个磁道上完成区域划分，写入各种标记信息，建立标明磁记录面使 用情况的信息位图等。所以一个磁盘上的可用存储容量，是指磁盘完成格式化操 作之后，留给用户实际可用的存储空间，比存储的总信息量小了许多。 理论上可用存储信息总量 =磁道数*扇区数*每扇区写留给用户实际可用的存储空 间。
7.28阵列磁盘应用什么类型的接口卡？该卡上大体有些什么组成部 件？阵列盘中的RAID1，RAID1，RAID4和RAID5指的是什么类型的 容错处理？


RAID4模式，是为N个存储数据的磁盘分配另外一个专用于存储 奇偶校验信息的磁盘，它仍以数据散放为基础，但在把文件数据 分块写进多个数据磁盘的同时，对这些数据中相应的几位求出它 们的奇偶校验值，最终形成一个由奇偶校验值组成的信息块，并 将其写入专用于存储奇偶校验信息的磁盘，这被称为数据保护。 好处是提供了容错能力，缺点是比较费时，受奇偶磁盘的制约， 不支持多个数据磁盘的并行写操作。 RAID5模式，是对RAID4的改进。不再区分N个存储数据的磁盘 和另外一个专用的奇偶校验磁盘，它是把N+1个磁盘同等对待， 都用于存放数据和奇偶校验信息，在同一物理盘中，数据和奇偶 校验信息是以不同扇区的形式体现出来的，这被称为分布式数据 保护。它也提供了容错能力，而且可能可以对多个磁盘执行并行 的写操作。
计算机组成原理第七章习题
7.1.在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？ 它们的应用是建立在程序的什么特性之上的？


答：在现代的计算机系统中，通常总是采用由三种运行原理不同， 性能差异很大的存储介质分别构建高速缓冲存储器、主存储器和 虚拟存储器，再将它们组成三级结构的统一管理、高度的一体化 存储器系统。由高速缓冲存储器缓解主存储器读写速度慢，不能 满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储器更大的存储空间， 解决主存储器容量小，存不下更大程序与更多数据的难题。 这种三级结构的存储器系统的运行原理，是建立在程序运行的局 部性原理之上的。即在一小段时间内，运行的程序只使用少量的 指令和少量的数据，而这少量的指令和少量的数据往往又集中在 存储器的一小片存储区域中，指令顺序执行比转移执行的比例要 大，故可以按对所使用的指令和数据的急迫和频繁程度，将其存 入容量、速度、价格不同的存储器中，从而取得更高的性能价格 比。主要体现在时间、空间、指令执行顺序三个方面。
7.25为什么要采用磁盘阵列技术？何为逻辑盘，何为物 理盘？作为一个逻辑盘使用的多个物理盘需要在转速和 所用扇区等方面严格的同步吗？为什么？


为了统一管理磁盘阵列，使用户所感觉到的不再是多个物理盘，似乎就 是一个性能更高的单个磁盘，就要使用一块特点的接口卡（RAID阵列 控制卡），把组成阵列的多个物理磁盘连接为一个逻辑整体，这就是逻 辑磁盘。 作为一个逻辑盘使用的多个物理盘不需要在转速和所用扇区等方面严格 同步。阵列磁盘运行 过程中，有以下两项重要技术。一个是并发命令 请求和排队管理，并使多个命令得以并发处理；如果在处理命令的时候， 还能进行某些性能优化，而不是机械地按命令到来的先后次序处理，还 可以进一步提高数据读写的速度。最简单的例子，对两个等待操作的命 令，磁头先到达哪一个命令的数据扇区，就先执行哪一个命令，这在磁 盘本身的控制器部分来处理可能更方便。另外一项技术是设备的快速接 入和断开，即当一个占据了总线的磁盘开始执行一个读命令，数据又尚 未准备好时，它应快速地暂时把自己从总线上分离出来，以便使另外正 急于使用总线的磁盘可能抢到总线，从而提高总线的使用效率和系统性 能，当这个磁盘准备好数据时，应保证它能把自己尽快地接通到总线上 去。这实质是把占用总线的时间压缩到尽可能短的一项处理技术。
7.12存储器读写操作时，地址信号、片选信号、读写命 令、读出的数据或写入的数据，在时间配合上要满足些 什么关系？

答：存储器读写操作时，地址信号、片选信号、读写 命令、读出的数据或写入的数据，它们之间在时序配 合要满足以下这些条件：有了稳定的地址与片选信号 才可以读；有了稳定的地址和写入的数据，再有了片 选信号才能再给出写命令，以便保证无误的写操作。 此外，这些信号应有一定的持续时间，以保证读写操 作得以正常完成。
7.14主存一体多字和多体交叉方案的优缺点各表现在什 么地方？低位地址的多体交叉是何含义？优点何在？



主存一体多字的优点：是通过加宽每个主存单元的宽度，增加每 个主存单元所包括的数据位数，使每个主存单元同时存储几个主 存字，则每一次读操作就同时读出了几个主存字，使读出一个主 存字的平均读出时间变为原来的几分之一。缺点是：每次读出的 几个主存字必须首先保存在一个位数足够长的存储器中，等待通 过数据总线分几次把他们传送走。 多体交叉编址优点：是把主存储器分成几个能独立读写的、字长 为一个主存字的主体，这样就可以按读写需要情况，分别对每个 存储体执行读写；通过合理的组织方式，使几个存储体协同运行， 从而提供出比单个存储体更高的（几倍）读写速度。 低位地址的多体交叉是把地址的几个主存字依次分配在不同的存 储体中。因为程序运行的局部特征表明，程序运行过程中，在短 时间内读写地址相邻的主存字的概率更大。在这种编址方式中， 地址寄存器送到主存储器的地址的低几位，用于区分读写哪个存 储体，其余高位部分送到每个存储体，用于区分读写每个存储体 的哪一个存储字。
要再现如下表：
7.9设计用2732ROM芯片和6116RAM芯片组成16位字长的、 由一个8K字ROM区(在前)和4k字RAM区(在后)的主存储 器系统,要求能直接支持按字亦可按字节读写,并判断:支持 对ROM区按字节读出实用意义大吗?

解：按字读大家一定理解和会做。支持字和字节，只 要列一张真值表，输入为按字读的片选（比如2行为 /CS1、/CS0）还要增加一位区分字和字节的信号 （W/B），输出为（/CE3、/CE2、/CE1、/CE0）四片 内存芯片的芯片允许，列出后得到的四个输出变量的 表达式，再根据逻辑表达式画出逻辑电路，就是此能 按字或字节读写的系统。如果监控（MON）ROM中 有按字节读出的数据表，那么ROM支持此方式就有意 义。否则没有必要。
7.10为什么动态存储器会是破坏性读出？静态存储器又为 什么读出操作不会破坏已存储的信息呢？什么是动态存储
器的回写（预充电延迟）？它对存储器性能的影响是什么？



答：动态存储器的读操作过程时，当字线的高电平到来后，则T 管导通，若电容中原存储有电荷（存储1信号），电容就要放电， 则会使数据线的电位由高变低，使电容中原存储的电荷（存储1 信号）丢失，这就是通常说的破坏性读出。 为了保持电容器原记忆内容，必须在读操作之后立刻跟随一次写 回操作，这被称为预充电延迟。在预充电延迟完成之前，是不能 开始下一次的读操作的，动态存储器的读写周期显然比它的数据 读出时间长得多，也降低了存储器的运行速度。 静态存储器是用触发器线路记忆与读写数据的，它是通过检查哪 一条位线上出现一个负脉冲来判断状态，即区分读出来的信号是 1或是0，而无需改变存储器的脉冲波纹，所以不会破坏已存储的 信息 .
7.3比较DRAM和SRAM芯片的主要特性。

从所用的半导体生产工艺区分，存储器芯片又可以分为静态存储器和动 态存储器两种类型。由于动态存储器集成度高，生产成本低，被广泛地 用于实际要求更大容量的主存储器。静态存储器读写速度快，生产成本 高，通常多用其实现容量可以较小的高速缓冲存储器。两者不同之处主
7.13在所用主存储器芯片已确定的情况下，还要进行大 幅度提高主存储器系统的读写速度的办法是什么？

答：在所用主存储器芯片已确定的情况下，还要进行大幅度提高 主存储器系统的读写速度的办法是采用成组传送数据的方式，该 方式是指用于提高在数据总线上的数据输入 /输出能力的一种技 术。即通过地址总线传送一次地址后，能连续在数据总线上传送 多个（一组）数据，而不像正常总线工作方式那样，每传送一次 数据，总要用两段时间，即先送一次地址（地址时间），后送一 次数据传送（数据时间）。在成组传送方式，为传送N个数据， 就可以用N+1个总线时钟周期，而不再是用2N个总线时钟周期， 使总线上的数据入/出尖峰提高一倍。
7.2多级结构的存储器是由哪三级存储器组成的？每一级 存储器使用什么类型的存储器介质，这些介质的主要特 性是什么？在多级结构的存储器系统中，何谓Biblioteka 息的一 致性原则和包含性原则？
解：三级存储器由高速缓冲储存器，主存储器，虚拟存储器组成。 使用的存储器介质：高速缓存SRAM、主存DRAM、虚存DISC。 这些介质的主要特性：高速缓存块传送、主存以页传送、虚存以 文件传送；它们的速度依次降低，每位价格依次降低；它们的管 理依次由硬件、OS、OS/用户；。 一致性原则：同一个信息会同时存放在几个级别的存储器中，此 时，这一信息在几个级别的存储器中必须保持相同的值。 包含性原则：处在内层（更靠近CPU）存储器中的信息一定被 包含在各外层的存储器中，即内层（更靠近CPU）存储器中的 全部信息一定是各外层存储器中所存信息中一小部分的副本。