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1、l 解释下列名词摩尔定律:对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能与价格等发展趋势的预测,其主要内容就是: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与数据的存储器,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:时钟周期就是时钟频率的倒数,也称为节拍周期或T周期,就是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器:多核处理器就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,由低到高分别就是: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瞧,硬件与软件在完成某项功能上就是相同的,称为软/硬件功能就是等价的,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:就是一种软件的固化,其目的就是为了加快软件的执行速度。
可靠性:可靠性就是指系统或产品在规定的条件与规定的时间内,完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素就是三个“规定”:“规定条件”、“规定时间”与“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与MTBF等指标计算处系统的可用性。
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.l 解释下列名词摩尔定律：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。
第5 章习题参考答案第5 章习题参考答案1．请在括号内填入适当答案。
在CPU 中：(1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR）；(2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR）(3)算术逻辑运算结果通常放在（DR）和（通用寄存器）。
2．参见图 5.15 的数据通路。
画出存数指令“ STO Rl， (R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl 的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解：STO R1, (R2)的指令流程图及为操作信号序列如下：STO R1, (R2)(PC)→ARPC O, G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → IR DR O , G, IR i(R2) → AR R2O , G, AR i(R1) → DR R1O , G, DR i(DR) → M R/W=W~3．参见图 5.15 的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将 (R3)为地址主存单元的内容取至寄存器 R2 中，标出各微操作控制信号序列。
解：LAD R3, (R0) 的指令流程图及为操作信号序列如下：LAD (R3), R0(PC)→ AR PC O, G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → IR DR O , G, IR i(R3) → AR R3O , G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → R0DR O , G, R0i~4．假设主脉冲源频率为 10MHz，要求产生 5 个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。
解：5．如果在一个 CPU 周期中要产生 3 个节拍脉冲；T l＝200ns，T2=400ns，T3=200ns，试画出时序产生器逻辑图。
解：取节拍脉冲 T l、 T2、T3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。
所以取时钟源提供的时钟周期为 200ns，即，其频率为 5MHz. ；由于要输出 3 个节拍脉冲信号，而 T3的宽度为 2 个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是 4 个时钟周期，所以除了 C4外，还需要 3 个触发器—— C l、C2、C3；并令T1C 1C2；T1C 2C3；T3C1 C 3，由此可画出逻辑电路图如下：6．假设某机器有 80 条指令，平均每条指令由 4 条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
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。
![计算机组成原理 [袁春风]chap5homework](https://uimg.taocdn.com/6f4c4b9adaef5ef7ba0d3ccd.webp)
１.l 解释下列名词摩尔定律：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。
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？1.31)2)3)1.41.5以保证总①可以减少各个部件之间的连线数量，降低成本；②便于系统构建、扩充系统性能、便于产品更新换代。
1.6按其任务分，总线有哪几种类型？它们的主要作用是什么？答：按总线完成的任务，可把总线分为：CPU内部总线、部件内总线、系统总线、外总线。
1.7计算机的主要特点是什么？答：计算机的主要特点有：①能自动连续地工作；②运算速度快；③运算精度高；④具有很强的存储能力和逻辑判断能力；⑤通用性强。
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的技术指标有：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。
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.UNIVAC-IC.ILLIAC-IVD.EDVAC（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____。
A.运算器与控制器B.主机与外设C.硬件与软件D.硬件与操作系统（4）在下列的描述中，最能准确反映计算机主要功能的是___D___。
A.计算机可以代替人的脑力劳动B.计算机可以存储大量的信息（5（6（71.10（1（2（3（4（5（6答：①应用领域（7）银河I（YH-I）巨型计算机是我国研制的①。
计算机组成原理第五章部分课后题答案常用的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。
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。
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。
6. 字节9648
32*)13*80(=+ 取指微指令除外，每条机器指令对应三条微指令构成的微程序，因此控制存储器中共有80*3+1条微指令，每条微指令占32位，即4Byte
8. 经分析，（d, i, j ）和（e, f, h ）为两组相斥性微命令（在全部8条微指令中，组内任意两个微命令没有同时出现），可将（d, i, j ）编码表示，使用两位二进制表示三个相斥性微命令，编码00表示空操作，即三个微命令都不出现，（e, f, h ）作类似处理，剩下的a, b, c, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：
a b c g 01d
10 i 10 f
11 j 11 h
13. (1)
1 2 3 4 51 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 51 2 3 4 5
0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 19 t 20 1 2 3 4 5 15 16
…
时间T
空间S WB MEM
EX ID IF
(2)流水线的实际吞吐
率为秒条/10*33.810*100*)1205(20
)1(69=-+=-+=-τn k n
H (3)加速比17.415205
*20)1(=-+=-+==ττ
n k nk Tp Ts
S
流水线有k 个过程段，k=5。
16.(1)写后读 RAW
(2)读后写 W AR
(3)写后读 和 写后写 RA W WAW
1、
8.C
9.B、A、C
10.A
11.D
12.A。
第五章部分习题参考答案【5-10】一个1K * 8的存储芯片需要多少根地址线，数据输入输出线？解：n = log1024 = 10 根。
由于一次可读写8位数据，所以需要8根数据输入输出线。
2【5-11】某计算机字长32位，存储容量64KB，按字编址的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况？解：因为字长32位，所以64KB = 16KW，要表示16K个存储单元，需要14根地址线。
所以按字编址的寻址范围是0000H ～ 3FFFH 。
若按字节编址，假设采用PC机常用的小端方案，则主存示意图如下：【5-13】现有1024×1的存储芯片，若用它组成容量为16K×8的存储器。
试求：(1)实现该存储器所需芯片数量(2)若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量是4K×8，该存储器所需的地址线的总位数是多少？其中几位用于选板？几位用于选片？几位用作片内地址？解：(1)需要16组来构成16K，共需芯片16×8 = 128片(2)需要的地址线总位数是14位。
因为共需4块板，所以2位用来选板，板内地址12位，片内地址10位。
1每块板的结构如下图24块板共同组成16K×8存储器的结构图【5-15】某半导体存储器容量16K×8，可选SRAM芯片的容量为4K ×4；地址总线A15～A0(A0为最低位)，双向数据总线D7～D0，由R/W线控制读写。
设计并画出该存储器的逻辑图，并注明地址分配、片选逻辑和片选信号的极性。
解：注：采用全译码方式方案片内地片A0A1A3A2A8A9A7A6A5A4A12A15A14A13A11A1000000000000000004K111111100001111100001000000000004K10001111111111114K00000000100000001 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 4K11111111111111时分别选定，11，为A1200，0110，，恒为，由以上真值表可知，采用全译码方式，A15A140A13 RAM芯片。
