西南大学秋 计算机组成原理【0013】大作业答案

计算机组成原理作业1 10章答案(完全版)计算机组成原理作业1-10章答案(完全版)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：指计算机中的电子电路和物理设备。

计算机软件：计算机操作所需的程序和相关数据。

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）应用软件位于最外层，为用户提供解决特定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.解释高级语言、汇编语言和机器语言之间的区别和关系。

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？诺依曼计算机有什么特点？解决方案：冯？诺依曼电脑功能：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；指令由两部分组成：操作代码和地址代码。

操作代码用于表示操作的性质，地址代码用于表示操作数在内存中的位置；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）。

摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。

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。

控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。

时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。

多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。

字长：运算器一次运算处理的二进制位数。

存储容量:存储器中可存二进制信息的总量。

CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。

MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。

CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。

计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。

基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。

软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。

固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。

可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。

产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。

MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。

MTTR：系统的平均修复时间。

MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。

可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。

计算机组成原理习题答案计算机组成原理是计算机科学与技术专业中的一门重要课程，它涵盖了计算机硬件的基本原理和设计方法。

这门课程通常包括但不限于数据表示、指令系统、存储器组织、中央处理器（CPU）设计、输入输出系统等内容。

以下是一些计算机组成原理习题的答案示例：数据表示1. 什么是二进制数？请举例说明。

- 二进制数是一种数制，它只使用两个数字：0和1。

每个二进制数位可以表示两种状态，通常用于表示计算机中的信息。

例如，二进制数1011表示十进制数11。

2. 如何将十进制数转换为二进制数？- 将十进制数转换为二进制数通常使用除2取余法。

例如，将十进制数13转换为二进制数，可以按照以下步骤进行：- 13 ÷ 2 = 6 (1)- 6 ÷ 2 = 3 0- 3 ÷ 2 = 1 (1)- 1 ÷ 2 = 0 (1)- 将得到的余数从下到上读取，得到二进制数为1101。

指令系统1. 指令的基本格式是什么？- 指令的基本格式通常包括操作码（Opcode）、地址码（Address）等部分。

操作码用于指示指令的操作类型，地址码则提供了操作数的存储位置。

2. 什么是指令的寻址方式？- 指令的寻址方式是指CPU在执行指令时确定操作数地址的方法。

常见的寻址方式有直接寻址、间接寻址、基址寻址、变址寻址等。

存储器组织1. 什么是主存储器？- 主存储器是计算机中用于存储正在执行的程序和数据的存储器。

它通常由随机存取存储器（RAM）组成，可以快速读写数据。

2. 什么是缓存？- 缓存是一种高速存储器，用于减少CPU访问主存储器的次数，提高系统性能。

它存储了最近访问的数据，以便快速访问。

中央处理器（CPU）设计1. CPU的主要组成部分有哪些？- CPU的主要组成部分包括算术逻辑单元（ALU）、控制单元（CU）、寄存器组等。

ALU负责执行算术和逻辑运算，CU负责指令的控制和协调，寄存器组用于存储指令和数据。

计算机组成原理第1章计算机系统概论一.填空题1. 计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的，前者是计算机系统的物质基础，而后者则是计算机系统解题的灵魂，两者缺一不可。

2. 存储程序是指解题之前预先把程序存入存储器；程序控制是指控制器依据所存储的程序控制计算机自动协调地完成解题的任务，这两者合称为存储程序控制，它是冯·诺依曼型计算机的重要工作方式。

3.通常将控制器和运算器合称为中央处理器(CPU) ；而将控制器、运算器和内存储器合称为计算机的主机。

4.计算机系统的硬件包括控制器、运算器、存储器、I/O接口和I/O设备等五大部分。

二.选择题1. 指令周期是指（ C ）。

A.CPU从主存取出一条指令的时间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该指令的时间三.问答题1.存储程序控制是冯•诺依曼型计算机重要的工作方式，请解释何谓存储程序、程序控制？答：存储程序是指将解题程序(连同原始数据)预先存入存储器；程序控制是指控制器依据存储的程序，控制全机自动、协调的完成解题任务。

2.计算机系统按功能通常可划分为哪五个层次？画出其结构示意图加以说明。

答：.五级组成的计算机系统如图1.7 (课本P18)1）微程序设计级：微指令直接由硬件执行。

2）一般机器级(机器语言级)：由微程序解释机器指令系统，属硬件级。

3）操作系统级：由操作系统程序实现。

4）汇编语言级：由汇编程序支持执行。

5）高级语言级：由高级语言编译程序支持执行。

这五级的共同特点是各级均可编程。

四.计算题1.设某计算机指令系统有4种基本类型的指令A、B、C和D，它们在程序中出现的频度(概率)分别为0.3、0.2、0.15和0.35，指令周期分别为5ns、5.5ns、8ns和10ns，求该计算机的平均运算速度是多少MIPS(百万条指令每秒)？解:指令平均运算时间：T=5×0.3＋5.5×0.2＋8×0.15＋10×0.35＝7.3 (ns)平均运算速度：V=1/T=1/(7.3×10－3)＝137(MIPS)第2章运算方法与运算器一.填空题1.若某计算机的字长是8位，已知二进制整数x＝10100，y＝–10100，则在补码的表示中，[x]补＝00010100 ，[y]补＝11101100 。

西南大学网络与继续教育学院课程考试试题卷类别：网教专业：计算机科学与技术2017年12月
课程名称【编号】：计算机组成原理【0013】A卷
大作业满分：100分
一、大作业题目
1.在计算机中，三种机器数是如何表示带符号的二进制数的已知[N1]补=(011011)2，[N2]
补
= (101101)2，求[N1]补，[N2]补具有的十进制数值（要求写出计算过程）。

2.某机字长32位，常规设计的存储空间≤32M ，若将存储空间扩至256M，请提出一
种可能方案。

3.某计算机有8条微指令I1—I8，每条微指令所包含的微命令控制信号见下表所示，a
—j 分别对应10种不同性质的微命令信号。

假设一条微指令的控制字段仅限8位，
请安排微指令的控制字段格式。

4.微程序共有60条微指令，18个微命令（直接控制），6个微程序分支，请画出微程
序控制器组成框图，简述各部分的功能。

5.试画出三总线系统的结构图，并说明总线结构对计算机系统性能的影响。

二、大作业要求
大作业共需要完成三道题：
第1-2题选作一题，满分30分；
第3题必做，满分35分；
第4-5题选作一题，满分35分。

2、
3、
5、。

[0013]《计算机组成原理》第一次[论述题]一、单项选择题1．下列数中最大的数为（）。

①（11001）BCD ②（22）10③（24）8④（18）162．计算机的字长决定了（）。

①指令直接寻址能力②计算机的运算精度③计算机的运算速度④计算机的高低档次3．一级高速缓冲存储器CACHE是设在（）。

①主存与CPU之间②主存与外存之间③接口板上④CPU内部4．进位计数制中的最大数是指（）。

①一个数允许使用的最大数码②一个数位允许使用的数码个数③一个固定的常数值④数码在数据中的不同位置5．控制存储器的字长比机器字长要（）。

①小②长得多③相等④随意定6．总线中地址线的作用是（）。

①用于选择存储器单元②用于选择进行信息传输的设备③用于选择存储器单元及用于选择进行信息传输的设备④地址信号7．某计算机字长32位，其存储容量为64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是（）。

① 0~32K ② 0~16K ③ 0~8K ④ 0~32KB8．基址寻址方式中，操作数的有效地址等于（）。

①堆栈指示器内容加上位移量②程序计数器内容加上位移量③基值寄存器内容加上位移量④变址寄存器内容加上位移量9．描述流水CPU基本概念中，正确表述的句子是（）。

①流水CPU是一种非常经济而实用的时间并行技术②流水CPU是以空间并行性为原理构造的处理器③流水CPU一定是多媒体CPU④流水CPU一定是RISC机器10．CRT的分辨率为1024?1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器是（）。

①256KB ②512KB ③ 2MB ④ 1MB11．CPU内由许多部件组成，其核心部件是（）。

①累加寄存器②算术运算部件③ALU部件④多路开关为（）。

12．设x=-0.0001,则[x]补① 1.0011 B. 1.1101 ③1.0010 ④ 1.111113.用16位字长（其中1位符号位）表示定点整数时，所能表示的数值范围是（）。

① 0≤?N?≤215-1 ② 0≤?N?≤216-1 ③ 0≤?N?≤214-1 ④ 0≤?N?≤21614.主-辅存储器的目的是（）。

计算机组成原理课后习题答案解析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？答：计算机的硬件系统通常由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器等五大部件组成。

输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机内。

输出设备的主要功能是将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。

存储器的主要功能是存储信息，用于存放程序和数据。

运算器的主要功能是对数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算。

控制器的主要功能是按事先安排好的解题步骤，控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。

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。

1、指令系统中采用不同的寻址方式的目的主要是（ C. 缩断指令字长，扩大寻址空间，提高编程灵活性）。

2、多总线结构的计算机系统，采用（ B. 交叉编址多模存储器）方式，对提高系统吞吐率最有效。

3、控制存储器的字长比机器字长要（ B. 长得多）。

4、符号不相同的两数相减是（ B. 可能产生溢出的）。

5、机器数（ B. 补码）中,零的表示形式是唯一的。

6、属于EEPROM是（ C. 闪速存储器）。

7、CPU内由许多部件组成，其核心部件是（ C. ALU部件）。

8、至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是（ B. 物理器件性能所至）。

9、进位计数制中的最大数是指（ A. 一个数位允许使用的数码个数）。

10、直接、间接、立即三种寻址方式指令的执行速度由快到慢的顺序列是（ A. 立即、直接、间接）。

11、寄存器间接寻址方式中，操作数处在（ C. 主存单元）。

12、某计算机字长32位，其存储容量为64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是（ B. 0~16K ）。

13、在计算机的指令系统中真正必须的指令数是不多的，其余的指令都是为了提高（ C. 机器的速度和便于编程）而引入的。

14、计算机的字长决定了（ C. 指令直接寻址能力）。

15、要用256×16位的存储器芯片组成4K字节存储器，需要这样的存储器芯片数为（ C.6 ）。

16、采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要用一个___存储周期___。

17、由于存储器芯片的容量有限，往往需要在___字__和___位__两方面进行扩充才能满足实际需求。

18、半导体SRAM靠___触发器___存贮信息，半导体DRAM则是靠__mos电容____存贮信息。

19、动态RAM刷新一般有集中刷新和分布刷新两种。

20、堆栈按结构不同,分为___寄存器___堆栈和___存储器___堆栈。

21、堆栈是一种特殊的___数据___寻址方式,它采用___先进后出___原理,22、一条微指令分为控制字段；下址字段两部份。

西南大学培训与继续教育学院课程考试试题卷学期：2020年春季课程名称【编号】：计算机组成原理【0013】 A卷考试类别:大作业满分：100 分一、大作业题目1.写出浮点加减运算步骤，并说明为什么要浮点数规格化。

现有浮点数格式如下：1位阶符，6位阶码，1位数符，8位尾数，请写出浮点数所能表示的范围（只考虑正数值）。

2. 指令格式如下所示，OP为操作码字段，试分析指令格式特点。

31 26 22 18 17 16 15 0答：(1)操作码字段为6位可指定26=64种操作即64条指令。

(2)单字长(32)二地址指令。

(3)一个操作数在源寄存器(共16个)中另一个操作数在存储器中(由变址寄存器内容+偏移地址决定)所以是RS型指令。

(4)这种指令结构用于访问存储器。

操作码字段为6位,可指定26=64种操作,即64条指令。

(2)单字长(32)二地址指令。

(3)一个操作数在源寄存器(共16个)中,另一个操作数在存储器中(由变址寄存器内容+偏移地址决定),所以是RS型指令。

(4)这种指令结构用于访问存储器。

3.试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式。

答：设读／写一块信息所需总时间为tB平均找道时间为ts平均等待时间为t1读／写一块信息的传输时间为tm则tB＝ts+t1十tm。

假设磁盘以每秒r转速率旋转每条磁道容量为N个字则数据传输率=r.N个字／秒。

又假设每块的字数为n因而一旦读／写头定位在该块始端就能在tm=n／(r?N)秒的时间中传输完毕。

t1是磁盘旋转半周的时间t1=(1／2r)秒。

由此可得：tB=t0+1／2r+n／(r?N)设读／写一块信息所需总时间为tB,平均找道时间为ts,平均等待时间为t1,读／写一块信息的传输时间为tm,则tB＝ts+t1十tm。

假设磁盘以每秒r转速率旋转,每条磁道容量为N个字,则数据传输率=r.N 个字／秒。

又假设每块的字数为n,因而一旦读／写头定位在该块始端,就能在tm=n／(r?N)秒的时间中传输完毕。