计算机组成原理第九章课后部分答案教学文案

9.2 控制单元的功能是什么？其输入受什么控制？答：控制单元的主要功能是发出各种不同的控制信号。

其输入受时钟信号、指令寄存器的操作码字段、标志和来自系统总线的控制信号的控制。

9.3 什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？答：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期；机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需时间，通常安排机器周期长度等于主存周期；时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个微操作所需时间，通常时钟周期等于计算机主频的倒数。

9.4 能不能说机器的主频越快，机器的速度就越快，为什么？解：不能说机器的主频越快，机器的速度就越快。

因为机器的速度不仅与主频有关，还与数据通路结构、时序分配方案、ALU运算能力、指令功能强弱等多种因素有关，要看综合效果。

9.6 设某机主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS？若机器主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS？由此可得出什么结论？解：先通过主频求出时钟周期，再求出机器周期和平均指令周期，最后通过平均指令周期的倒数求出平均指令执行速度。

计算如下：时钟周期=1/8MHz=0.125×10-6s.机器周期=0.125×10-6s×2=0.25×10-6s平均指令周期=0.25×10-6s×4=10-6s平均指令执行速度=1/10-6s=1MIPS当参数改变后：机器周期= 0.125×10-6s×4=0.5×10-6s平均指令周期=0.5×10-6s×4=2×10-6s平均指令执行速度=1/（2×10-6s） =0.5MIPS结论：两个主频相同的机器，执行速度不一定一样。

第9章习题(有关虚拟存储器的题目)参考答案3. 下述有关存储器的描述中，正确的是( B、D )A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成B. 存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序，又要防止用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全与保密的要求。

C. 在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。

D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。

5．虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。

B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。

C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。

D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。

6. 某虚拟存储器采用页式存储管理，使用LRU页面替换算法，若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问序列如下：1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。

已知主存只允许放4个页面，初始状态时4个页面是全空的，则页面失效次数是___6____。

解答过程：LRU算法的思想：每页设置一个计数器，每次命中一页，该页对应的计数器清零，其他各页的计数器加1；需要替换时，将计数值最大的页换出，所以，对应的访7. 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB，则页表长度是多少?解：主存容量为4MB，物理地址22位虚存容量为1GB，虚拟地址30位页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K8. 设某系统采用页式虚拟存储管理，页表存放在内存中。

(1) 如果一次内存访问使用50ns，访问一次主存需用多少时间?(2) 如果增加TLB，忽略查找页表项占用的时间，并且75%的页表访问命中TLB，内存的有效访问时间是多少？解：(1) 若页表存放在主存中，则要实现一次主存访问需两次访问主存：一次是访问页表，确定所存取页面的物理地址；第二次才根据该地址存取页面数据。

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。

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。

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。

六、八、九章习题答案Chapter6习题解答6.4某计算机系统有8个I/O 接口芯片，每个接口芯片占用8个端口地址。

若起始地址为9000H ，8个接口芯片的地址连续分布，用74LS138作为译码器，试画出端口译码电路图，并说明每个芯片的端口地址范围。

6.6 CPU 与I/O 设备之间的数据传送有哪几种方式？每种工作方式的特点是什么？各适用于什么场合？… … A7 A6①无条件控制（同步控制）：特点：方式简单，CPU随时可无条件读/写数据，无法保证数据总是有效，适用面窄。

适用于外设数据变化缓慢，操作时间固定，可以被认为始终处于就绪状态。

②条件控制（查询控制）：特点：CPU主动，外设被动，执行I/O操作时CPU 总要先查询外设状态；若传输条件不满足时，CPU等待直到条件满足。

解决了CPU与外设间的同步问题，可靠性高，但CPU利用率低，低优先级外设可能无法及时得到响应。

适用于CPU不太忙，传送速度不高的场合。

③中断方式：特点：CPU在执行现行程序时为处理一些紧急发出的情况，暂时停止当前程序，转而对该紧急事件进行处理，并在处理完后返回正常程序。

CPU利用率高，外设具有申请CPU中断的主动权，可以实现实时故障处理，实时响应外设的处理，但中断服务需要保护断点（占用存储空间，降低速度）。

适用于CPU的任务较忙，传送速度要求不高的场合，尤其适用实时控制中紧急事件的处理。

④DMA控制：特点：数据不通过CPU，而由DMAC直接完成存储单元或I/O 端口之间的数据传送。

接口电路复杂，硬件开销大，大批量数据传送速度极快。

适用于存储器与存储器之间，存储器与外设之间的大批量数据传送的场合。

⑤通道方式：特点：以程序方式进行I/O管理，可直接访问主存储器，不需CPU干预，可通过通道程序实现除数据传输外的其他操作。

6.7常用的中断优先级的管理方式有哪几种？分别有哪些优缺点？①软件查询：方法简单，实现起来较容易，效率低。

②硬件排序：占用硬件资源，效率较高。

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。

１．外部设备有哪些主要功能？可以分为哪些大类？各类中有哪些典型设备？解：外部设备的主要功能有数据的输入、输出、成批存储以及对信息的加工处理等。

外部设备可以分为五大类：输入输出设备、辅助存储器、终端设备、过程控制设备和脱机设备。

其典型设备有键盘、打印机、磁盘、智能终端、数／模转换器和键盘－软盘数据站等。

2．键盘属于什么设备？它有哪些类型？如何消除键开关的抖动？简述非编码键盘查询键位置码的过程。

解：键盘是计算机系统不可缺少的输入设备。

键盘可分为两大类型：编码键盘和非编码键盘。

非编码键盘用较为简单的硬件和专门的键盘扫描程序来识别按键的位置。

消除键开关抖动的方法分硬件和软件两种。

硬件的方法是增设去抖电路；软件的方法是在键盘程序中加入延时子程序，以避开抖动时间。

键盘扫描程序查询键位置码的过程为：①查询是否有键按下。

②查询已按下键的位置。

③按行号和列号求键的位置码。

3 ．说明针式打印和字模式打印有何不同？各有什么优缺点？解：针式打印机利用若干根打印针组成的点阵来构成字符；字模式打印机将各种字符塑压或刻制在印字机构的表面上，印字机构如同印章一样，可将其上的字符在打印纸上印出。

针式打印机以点阵图拼出所需字形，不需要固定字模，它组字非常灵活，可打印各种字符和图形、表格和汉字等，字形轮廓一般不如字模式清晰；字模式打印机打印的字迹清晰，但字模数量有限，组字不灵活，不能打印汉字和图形。

4 ．什么是随机扫描？什么是光栅扫描？各有什么优缺点？解：扫描方式有两种：光栅扫描和随机扫描。

在光栅扫描方式中，电子束在水平和垂直同步信号的控制下有规律的扫描整个屏幕。

这种方式的控制比较简单，画面质量较好且稳定，但对行扫描频率要求较高。

在随机扫描方式中，电子束能在屏幕上进行随机运动，其轨迹随显示内容变化而变化，只在需要显示字符和图形的地方扫描，而不必扫描全屏。

这种方式显示速度快、画面清晰，尤其是线条的轮廓十分光滑，一般用于高清晰度的专用图形显示器中，但这种方式的控制比较复杂，而且只能用于字符和图形显示，不适于显示随机图像。

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。

计算机组成原理课后习题答案计算机组成原理课后习题答案计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，它涉及到计算机硬件的各个层次和组成部分，包括计算机的基本原理、逻辑设计、处理器结构、存储器层次结构、输入输出系统等。

通过学习这门课程，可以帮助我们深入了解计算机的工作原理和内部结构，为我们今后的学习和工作打下坚实的基础。

以下是一些常见的计算机组成原理课后习题及其答案，供大家参考。

1. 什么是冯·诺依曼体系结构？它有哪些特点？答：冯·诺依曼体系结构是一种将计算机硬件和软件分离的计算机结构，它的特点包括：存储程序控制、存储器和运算器的分离、按地址访问存储器和指令和数据共享存储器等。

2. 什么是指令周期和时钟周期？答：指令周期是指执行一条完整指令所需要的时间，包括取指令、译码、执行、访存和写回等阶段。

时钟周期是指计算机系统中时钟信号的一个完整周期，它是计算机操作的基本单位。

3. 什么是流水线技术？它有什么优点和缺点？答：流水线技术是将一个完整的指令执行过程分为多个阶段，并在不同的时钟周期上同时执行多条指令，以提高计算机的执行效率。

它的优点包括提高了指令执行的并行度和吞吐量，缩短了指令的执行时间。

缺点则包括硬件复杂度增加、流水线冒险和分支预测错误等问题。

4. 什么是存储器层次结构？它有什么作用？答：存储器层次结构是指计算机系统中由多级存储器组成的存储层次结构，包括高速缓存、主存和辅助存储器等。

它的作用是通过在不同层次的存储器之间进行数据传输和存储，以提高计算机的存取速度和效率。

5. 什么是中断和异常？它们有什么区别？答：中断是指计算机在执行过程中遇到的某些特殊事件，如外设请求、时钟中断等，需要中断当前正在执行的程序，并转去处理其他任务。

异常是指在程序执行过程中发生的一些错误或异常情况，如除零错误、越界访问等。

区别在于中断是由外部事件触发的，而异常是由程序内部错误触发的。

6. 什么是指令流水线冒险？如何解决冒险问题？答：指令流水线冒险是指由于指令之间的依赖关系或其他原因导致流水线中的指令无法按照顺序执行，从而降低了流水线的效率。