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一、选择题1从器件角度看，计算机经历了五代变化。
但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于（B）计算机。
A 并行B 冯·诺依曼C 智能D 串行2某机字长32位，其中1位表示符号位。
若用定点整数表示，则最小负整数为（A）。
A -(231-1)B -(230-1)C -(231+1)D -(230+1)3以下有关运算器的描述，（ C ）是正确的。
A 只做加法运算B 只做算术运算C 算术运算与逻辑运算D 只做逻辑运算4 EEPROM是指（D ）A 读写存储器B 只读存储器C 闪速存储器D 电擦除可编程只读存储器5常用的虚拟存储系统由（B ）两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。
A cache-主存B 主存-辅存C cache-辅存D 通用寄存器-cache6 RISC访内指令中，操作数的物理位置一般安排在（D ）A 栈顶和次栈顶B 两个主存单元C 一个主存单元和一个通用寄存器D 两个通用寄存器7当前的CPU由（B ）组成。
A 控制器B 控制器、运算器、cacheC 运算器、主存D 控制器、ALU、主存8流水CPU是由一系列叫做“段”的处理部件组成。
和具备m个并行部件的CPU相比，一个m段流水CPU的吞吐能力是（A ）。
A 具备同等水平B 不具备同等水平C 小于前者D 大于前者9在集中式总线仲裁中，（A ）方式响应时间最快。
A 独立请求B 计数器定时查询C 菊花链D 分布式仲裁10 CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（C ）。
A 地址寄存器B 指令计数器C 程序计数器D 指令寄存器11从信息流的传输速度来看，（A ）系统工作效率最低。
A 单总线B 双总线C 三总线D 多总线12单级中断系统中，CPU一旦响应中断，立即关闭（C ）标志，以防止本次中断服务结束前同级的其他中断源产生另一次中断进行干扰。
A 中断允许B 中断请求C 中断屏蔽D DMA请求13下面操作中应该由特权指令完成的是（B ）。
白中英《计算机组成原理》（第5版）笔记和课后习题详解完整版>精研学习网>无偿试用20％资料
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第1章计算机系统概论
1.1复习笔记
1.2课后习题详解
第2章运算方法和运算器
2.1复习笔记
2.2课后习题详解
第3章多层次的存储器
3.1复习笔记
3.2课后习题详解
第4章指令系统
4.1复习笔记
4.2课后习题详解
第5章中央处理器
5.1复习笔记
5.2课后习题详解
第6章总线系统
6.1复习笔记
6.2课后习题详解
第7章外存与I/O设备
7.1复习笔记
7.2课后习题详解
第8章输入输出系统
8.1复习笔记
8.2课后习题详解
第9章并行组织与结构
9.1复习笔记
9.2课后习题详解
第10章课程教学实验设计
第11章课程综合设计。
计算机组成原理附标准答案（⽩中英）第⼀章1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表⽰，运算过程也是连续的。
数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
模拟计算机⽤电压表⽰数据，采⽤电压组合和测量值的计算⽅式，盘上连线的控制⽅式，⽽数字计算机⽤数字0和1表⽰数据，采⽤数字计数的计算⽅式，程序控制的控制⽅式。
数字计算机与模拟计算机相⽐，精度⾼，数据存储量⼤，逻辑判断能⼒强。
2．数字计算机可分为专⽤计算机和通⽤计算机，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。
3．科学计算、⾃动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫⽣、家⽤电器、⼈⼯智能。
4．主要设计思想是：存储程序通⽤电⼦计算机⽅案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输⼊和输出设备5．存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
如果某字为⼀条指令，称为指令字。
6．每⼀个基本操作称为⼀条指令，⽽解算某⼀问题的⼀串指令序列，称为程序。
7．取指周期中从内存读出的信息流是指令流，⽽在执⾏器周期中从内存读出的信息流是指令流。
8．半导体存储器称为内存，存储容量更⼤的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同⽤来保存⼆进制数据。
运算器和控制器合在⼀起称为中央处理器，简称CPU，它⽤来控制计算机及进⾏算术逻辑运算。
适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作⽤相当于⼀个转换器，使主机和外围设备并⾏协调地⼯作。
9．计算机的系统软件包括系统程序和应⽤程序。
系统程序⽤来简化程序设计，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⽤⽤途；应⽤程序是⽤户利⽤计算机来解决某些问题⽽编制的程序。
10．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。
计算机组成原理附标准答案(白中英)计算机组成原理是计算机科学技术中非常重要的基础学科。
它研究的是计算机硬件系统的组成和工作原理。
在今天这个信息时代，计算机迅速发展，计算机的重要性日益凸显，同时，计算机的硬件技术也发生了翻天覆地的变化。
那么，计算机组成原理是如何实现这些技术变化的呢？本文将从计算机组成的角度阐述计算机变化的原因以及计算机组成原理的重要性，并附上标准答案。
一、计算机组成原理的重要性计算机组成原理是计算机科学和技术的基础，涉及计算机硬件系统的各个方面：从计算机系统的逻辑结构和体系结构、处理器的基本构成和工作原理、存储器和输入输出设备的组成和工作原理、计算机总线和总线结构的设计、计算机操作系统的设计、以及计算机网络系统的组成和工作原理等方面。
因此，计算机组成原理是计算机科学和技术研发的基础和核心。
只有深入理解计算机组成原理，才能够对计算机技术的发展和优化进行深入理解和研究。
计算机组成原理既是计算机硬件设计的基础，也是计算机软件设计的基础。
只有对计算机硬件系统的组成和工作原理有充分的理解，才能够针对特定的软件设计出高效的计算机体系结构；同时，由于计算机的硬件和软件是相互作用的，因此，在计算机系统的设计和开发中，计算机组成原理也需要与计算机操作系统、编译器等软件技术及应用相关领域进行紧密的结合和协同工作。
二、计算机变化的原因计算机的发展和变化是由三个主要因素驱动的：计算机技术的发展、计算机应用环境的变化以及计算机用户需求的变化。
1. 计算机技术的发展是驱动计算机变化的主要因素之一。
计算机硬件和软件技术的不断更新换代，使得计算机的性能、功能和效率都呈现出快速的增长。
从最初的大型机器、小型机器、到现在的个人电脑、手机、智能手表等，计算机的类型和形态都在不断地发生变化。
2. 计算机应用环境的变化是影响计算机变化的另一个重要因素。
随着计算机应用范围的不断扩大，计算机发展方向也在不断拓展。
例如，从最初的数据处理和科学计算，到现在的互联网、人工智能、机器学习、大数据分析等，计算机的应用领域已经广泛到各个方面。
一、选择题1从器件角度看，计算机经历了五代变化。
但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于（B）计算机。
A 并行B 冯·诺依曼C 智能D 串行2某机字长32位，其中1位表示符号位。
若用定点整数表示，则最小负整数为（A）。
A -(231-1)B -(230-1)C -(231+1)D -(230+1)3以下有关运算器的描述，（ C ）是正确的。
A 只做加法运算B 只做算术运算C 算术运算与逻辑运算D 只做逻辑运算4 EEPROM是指（D ）A 读写存储器B 只读存储器C 闪速存储器D 电擦除可编程只读存储器5常用的虚拟存储系统由（B ）两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。
A cache-主存B 主存-辅存C cache-辅存D 通用寄存器-cache6 RISC访内指令中，操作数的物理位置一般安排在（D ）A 栈顶和次栈顶B 两个主存单元C 一个主存单元和一个通用寄存器D 两个通用寄存器7当前的CPU由（B ）组成。
A 控制器B 控制器、运算器、cacheC 运算器、主存D 控制器、ALU、主存8流水CPU是由一系列叫做“段”的处理部件组成。
和具备m个并行部件的CPU相比，一个m段流水CPU的吞吐能力是（A ）。
A 具备同等水平B 不具备同等水平C 小于前者D 大于前者9在集中式总线仲裁中，（A ）方式响应时间最快。
A 独立请求B 计数器定时查询C 菊花链D 分布式仲裁10 CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（C ）。
A 地址寄存器B 指令计数器C 程序计数器D 指令寄存器11从信息流的传输速度来看，（A ）系统工作效率最低。
A 单总线B 双总线C 三总线D 多总线12单级中断系统中，CPU一旦响应中断，立即关闭（C ）标志，以防止本次中断服务结束前同级的其他中断源产生另一次中断进行干扰。
A 中断允许B 中断请求C 中断屏蔽D DMA请求13下面操作中应该由特权指令完成的是（B ）。
一.冯·诺依曼计算机的特点1945年，数学家冯诺依曼研究EDVAC机时提出了“存储程序”的概念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，并可按地址寻访。
3.指令和数据均用二进制数表示。
4.指令由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。
二.计算机硬件框图1.冯诺依曼计算机是以运算器为中心的2.现代计算机转化为以存储器为中心各部件功能：1.运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。
2.存储器用来存放数据和程序。
3.控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果4.输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式（鼠标键盘）。
5.输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式（打印机显示屏）。
计算机五大子系统在控制器的统一指挥下，有条不紊地自动工作。
由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，尤其在大规模集成电路制作工艺出现后，两大不见往往集成在同一芯片上，合起来统称为中央处理器（CPU）。
把输入设备与输出设备简称为I/O设备。
现代计算机可认为由三大部分组成：CPU、I/O设备及主存储器。
CPU与主存储器合起来又可称为主机，I/O设备又可称为外部设备。
主存储器是存储器子系统中的一类，用来存放程序和数据，可以直接与CPU交换信息。
另一类称为辅助存储器，简称辅存，又称外村。
算术逻辑单元简称算逻部件，用来完成算术逻辑运算。
控制单元用来解实存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。
ALU和CU是CPU的核心部件。
I/O设备也受CU控制，用来完成相应的输入输出操作。
一、浮点存储：1．若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)16，求其浮点数的十进制数值。
解：将16进制数展开后，可得二制数格式为0 100 00010011 0110 0000 0000 00000000S 阶码(8位) 尾数(23位)指数e=阶码-127=10000010-01111111=00000011=(3)10包括隐藏位1的尾数1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011于是有x=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)10 2.将数(20.59375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。
解:首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：20.59375=10100.10011然后移动小数点，使其在第1，2位之间10100.10011=1.010010011×24e=4于是得到：S=0, E=4+127=131, M=010010011最后得到32位浮点数的二进制存储格式为：01000001101001001100000000000000=(41A4C000)163.假设由S,E,M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化浮点数ｘ,真值表示为（非IEEE754标准）：ｘ＝(－1)s×(1.M)×2E128问：它所表示的规格化的最大正数、最小正数、最大负数、最小负数是多少？(1)最大正数0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111ｘ＝[1＋(1－2-23)]×2127(2)最小正数000 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝1.0×2128(3)最小负数111 111 111111 111 111 111 111 111 111 11ｘ＝－[1＋(1－223)]×2127(4)最大负数100 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝－1.0×21284.用源码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算xXy。
（1）x=11000 y=11111 (2) x=-01011 y=11001（1）原码阵列x = 0.11011, y = -0.11111符号位: x0⊕y0 = 0⊕1 = 1[x] = 11011, [y] = 11111[x*y]= 1，11 0100 0101带求补器的补码阵列[x]补= 0 11011, [y]补= 1 00001乘积符号位单独运算0⊕1＝1尾数部分算前求补输出│X│＝11011，│y│＝11111X×Y＝-0.1101000101(2) 原码阵列x = -0.11111, y = -0.11011符号位: x0⊕y0 = 1⊕1 = 0[x]补 = 11111, [y]补 = 11011[x*y]补 = 0,11010,00101带求补器的补码阵列[x]补= 1 00001, [y]补= 1 00101乘积符号位单独运算1⊕1＝0尾数部分算前求补输出│X│＝11111，│y│＝11011X×Y＝0.11010001015. 计算浮点数x+y、x-yx = 2-101*(-0.010110), y = 2-100*0.010110[x]= 11011,-0.010110[y]= 11100,0.010110Ex-Ey = 11011+00100 = 11111规格化处理: 0.101100 阶码11010x+y= 0.101100*2-6规格化处理: 1.011111 阶码11100x-y=-0.100001*2-46.设过程段S i所需的时间为τi,缓冲寄存器的延时为τl,线性流水线的时钟周期定义为τ＝max{τi}＋τl＝τm＋τl流水线处理的频率为f＝1/τ。
●一个具有k 级过程段的流水线处理n 个任务需要的时钟周期数为T k＝k＋(n－1)，所需要的时间为：T＝T k×τ而同时，顺序完成的时间为：T＝n×k×τ●k级线性流水线的加速比：*C k = TL n·kTk k＋(n－1)二、内部存储器*闪存：高性能、低功耗、高可靠性以及移动性编程操作：实际上是写操作。
所有存储元的原始状态均处“1”状态，这是因为擦除操作时控制栅不加正电压。
编程操作的目的是为存储元的浮空栅补充电子，从而使存储元改写成“0”状态。
如果某存储元仍保持“1”状态，则控制栅就不加正电压。
如图(a)表示编程操作时存储元写0、写1的情况。
实际上编程时只写0，不写1，因为存储元擦除后原始状态全为1。
要写0，就是要在控制栅C上加正电压。
一旦存储元被编程，存储的数据可保持100年之久而无需外电源。
读取操作：控制栅加上正电压。
浮空栅上的负电荷量将决定是否可以开启MOS晶体管。
如果存储元原存1，可认为浮空栅不带负电，控制栅上的正电压足以开启晶体管。
如果存储元原存0，可认为浮空栅带负电，控制栅上的正电压不足以克服浮动栅上的负电量，晶体管不能开启导通。
当MOS晶体管开启导通时，电源VD提供从漏极D到源极S的电流。
读出电路检测到有电流，表示存储元中存1，若读出电路检测到无电流，表示存储元中存0，如图(b)所示。
擦除操作：所有的存储元中浮空栅上的负电荷要全部洩放出去。
为此晶体管源极S加上正电压，这与编程操作正好相反，见图(c)所示。
源极S上的正电压吸收浮空栅中的电子，从而使全部存储元变成1状态。
*cache：设存储器容量为32字，字长64位，模块数m=4，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。
存储周期T=200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期=50ns。
若连续读出4个字，问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少?解：顺序存储器和交叉存储器连续读出m=4个字的信息总量都是：q=64b×4=256b顺序存储器和交叉存储器连续读出4个字所需的时间分别是：t2=mT=4×200ns=800ns=8×10-7st1=T+(m-1)=200ns+350ns=350ns=35×10-7s顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是：W2=q/t2=256b÷(8×10-7)s=320Mb/sW1=q/t1=256b÷(35×10-7)s=730Mb/s*CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为1900次，主存完成存取的次数为100次，已知cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
解：h=Nc/（Nc+Nm）=1900/(1900+100)=0.95r=tm/tc=250ns/50ns=5e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)×0.95=83.3%ta=tc/e=50ns/0.833=60ns*存储器：已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256K×16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1）每个模块板为1024K×64位，共需几个模块板？（2）个模块板内共有多少DRAM芯片?（3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？(1)个模块64264*264*262026==(2)1616*2*264*281020=每个模块要16个DRAM芯片(3)64*16 = 1024块由高位地址选模块*用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。
试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？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)根据题意，存储总容量为64KB，故地址总线需16位。
现使用16K*8位DRAM芯片，共需16片。
芯片本身地址线占14位，所以采用位并联与地址串联相结合的方法来组成整个存储器，其组成逻辑图如图所示，其中使用一片2：4译码器。
(2)根据已知条件，CPU在1us内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us，如果采用集中刷新，有64us的死时间，肯定不行如果采用分散刷新，则每1us只能访存一次，也不行所以采用异步式刷新方式。
假定16K*1位的DRAM芯片用128*128矩阵存储元构成，刷新时只对128行进行异步方式刷新，则刷新间隔为2ms/128 = 15.6us，可取刷新信号周期15us。
刷新一遍所用时间＝15us×128＝1.92ms1 1 0 1 1* 1 1 1 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 11 1 1 1 1*1 1 0 1 11 1 1 1 11 1 1 1 10 0 0 0 01 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 11 1 1 1 1*1 1 0 1 11 1 1 1 11 1 1 1 10 0 0 0 01 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1x+y 1 1. 1 1 0 1 0 1+ 0 0. 0 1 0 1 1 00 0. 0 0 1 0 1 1x-y 1 1.1 1 0 1 0 1+ 1 1.1 0 1 0 1 01 1.0 1 1 1 1 11 1 0 1 1* 1 1 1 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 1三、指令系统*某计算机字长16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有40条指令，试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。
解：40条指令需占用操作码字段（OP）6位，这样指令余下长度为10位。
为了覆盖主存640K字的地址空间，设寻址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：寻址模式定义如下：X= 0 0 直接寻址有效地址E=D（直接寻址为256个存储单元）X= 0 1 立即寻址D字段为操作数X= 1 0 变址寻址有效地址E= (RX)＋D （可寻址64K个存储单元）X= 1 1 相对寻址有效地址E=（PC）＋D （可寻址64K个存储单元）其中RX为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位），在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。
