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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。
计算机组成原理(白中英)第4章指令系统指令系统概述寻址方式指令系统20XX年3月15日10时45分概述指令：是指示计算机某种操作的命令。
微指令，机器指令，宏指令指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合。
它是机器硬件设计的依据，也是软件设计的基础。
它决定了一台计算机硬件的主要性能和基本功能。
是硬件和软件间的界面。
系列计算机：有共同的指令集，相同的基本体系结构。
CISC和*****X年3月15日10时45分2一个完善的指令系统应满足：1.完备性：指令丰富，功能齐全，使用方便。
1.完备性：指令丰富，功能齐全，使用方便。
完备性 2.有效性程序占空间小，执行速度快。
有效性： 2.有效性：程序占空间小，执行速度快。
3.规整性对称性，匀齐性，规整性：3.规整性：对称性，匀齐性，指令格式和数据格式的一致性。
据格式的一致性。
4.兼容性兼容性：4.兼容性：向上兼容”----系列机中低档机上运行“向上兼容”----系列机中低档机上运行的软件可以在高档机上运行。
的软件可以在高档机上运行。
20XX年3月15日10时45分计算机语言与硬件结构的关系高级语言的语句和用法与具体机器的指令系统无关；低级语言分机器语言和汇编语言，他们和具体机低级语言分机器语言和汇编语言，器的指令系统密切相关。
器的指令系统密切相关。
汇编语言与硬件的关系密切，编写的程序紧凑、汇编语言与硬件的关系密切，编写的程序紧凑、占内存小、速度快，占内存小、速度快，特别适合与编写经常与硬件打交道的系统软件；打交道的系统软件；而高级语言不涉及机器的硬件结构，通用性强、编写程序容易，件结构，通用性强、编写程序容易，特别适合与编写与硬件没有直接关系的应用软件。
编写与硬件没有直接关系的应用软件。
20XX年3月15日10时45分4概述机器指令的要素C C C C 操作码源操作数目的操作数下一条指令的引用指令字(简称指令)即表示一条指令的机器字。
指令字(简称指令)即表示一条指令的机器字。
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 0000 0000S 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)102. 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)×2E－128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＝1.0×2－128(3)最小负数111 111 111111 111 111 111 111 111 111 11ｘ＝－[1＋(1－2－23)]×2127精品文档100 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝－1.0×2－1284.用源码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算xXy。
《计算机组成原理》（白中英）复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类（P1）通用计算机（超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机）和专用计算机。
计算机的性能指标（P5）数字计算机的五大部件及各自主要功能（P6）五大部件：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。
存储器主要功能：保存原始数据和解题步骤。
运算器主要功能：进行算术、逻辑运算。
控制器主要功能：从内存中取出解题步骤(程序)分析，执行操作。
输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。
输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。
计算机软件（P11）系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类（P65）按存储介质分类：易失性：半导体存储器非易失性：磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类：存取时间与物理地址无关（随机访问）：随机存储器RAM——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关（串行访问）：顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类：主存储器：随机存储器RAM——静态RAM、动态RAM只读存储器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROM Flash Memory高速缓冲存储器（Cache）辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级（P66）存储器三个主要特性的关系：速度、容量、价格/位多级存储器体系结构：高速缓冲存储器（cache）、主存储器、外存储器。
主存储器的技术指标（P67）存储容量：存储单元个数M×每单元位数N存取时间：从启动读(写)操作到操作完成的时间存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间，时间单位为ns。
存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，位/秒、字节/每秒，是衡量数据传输速率的重要技术指标。
计算机组成原理课程总结&复习考试要点一、考试以讲授过的教材中的内容为主，归纳要点如下：第1章 -第2章计算机概念运算方法和运算器（一）学习目标1.了解计算机的分类和应用。
2.掌握计算机的软、硬件构成。
3.掌握计算机的层次结构。
3．掌握数的原码、反码、补码的表示方法。
4．掌握计算机中数据的定点表示和浮点表示方法，并熟练掌握各种表示方法下所能表示的数据的范围。
5．理解定点加法原理及其判断溢出的方法。
6．了解计算机定点乘法、除法的实现方法。
7．了解浮点加法，乘法，除法的实现方法。
8．理解ALU运算器的工作原理及其扩展方法。
（二）第1章学习内容第一节计算机的分类和应用要点：计算机的分类，计算机的应用。
第二节计算机的硬件和软件要点：了解计算机的硬件构成及各部分的功能；了解计算机的软件分类和发展演变。
第三节计算机系统的层次结构要点：了解计算机系统的层次结构。
（三）第2章学习内容第一节数据和文字的表示方法要点：△定点数的表示方法，及其在原码、反码和补码表示下的数值的范围；△○浮点数的表示方法及其不同表示格式下数据的表示范围；常见汉字和字符的几种表示方法；第二节定点加法、减法运算要点：△补码加、减法及其溢出的检测方法；二进制加法器和十进制加法器的逻辑构成。
第三节定点乘法运算要点：原码并行乘法原理；不带符号的阵列乘法器；补码并行乘法原理；○直接补码阵列乘法器。
第四节定点除法运算1要点：理解原码除法原理以及并行除法器的构成原理。
第五节多功能算术/逻辑运算单元要点：△74181并行进位运算器；74182进位链；△○多位ALU的扩展。
第六节浮点运算运算和浮点运算器要点：了解浮点加/减；浮点乘/除原理。
浮点存储：1．若浮点数x的754标准存储格式为()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 0000 0000S 阶码(8位) 尾数(23位)指数e=阶码-127=-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转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。
2. 将数(20.59375)10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=1.0×24e=4于是得到：S=0, E=4+127=131, M=0最后得到32位浮点数的二进制存储格式为：00=(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)×2E－128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2文档来源为:从网络收集整理.word 版本可编辑.欢迎下载支持.3000 000 000000 000 000 000 000 000 000 00 ｘ＝1.0×2－128 (3)最小负数111 111 111111 111 111 111 111 111 111 11 ｘ＝－[1＋(1－2－23)]×2127 (4)最大负数100 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝－1.0×2－1284.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: x 0⊕y 0 = 0⊕1 = 1补 = 1 00001 1＝1尾数部分算前求补输出│X │＝11011，│y │＝11111 X ×= 1 001014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 ＝0.01 5. 计算浮点数x+y 、x-y x = 2-101*(-0.010110), y = 2-100*0.010110 [x]浮= 11011,-0.010110[y]浮= 11100,0.010110 Ex-Ey = 11011+00100 = 11111 阶码 11010-6阶码 11100-4i i ,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 ·k Tk k ＋(n －1)第3章 多层次存储器一、学习目标1．了解存储器的不同分类及其各自的特点。
2．理解SRAM 和DRAM 存储单元的构成及其存储原理。
3．掌握存储器的扩展及其与CPU 的连接。
1 1 1 1 1 *1 1 0 1 11 1 1 1 11 1 1 1 10 0 0 0 0 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 0 1 0 0 0 1 0 14．了解SRAM和DRAM的不同特点，掌握DRAM的刷新方法。
5．了解高性能主存储器、闪速存储器、高速存储器的特点和工作原理。
6．掌握CACHE存储器的基本原理及其地址映射过程。
二、学习内容第一节存储器概述要点：存储器的分类，存储器的分级结构。
第二节随机读写存储器要点：SRAM基本存储元的存储原理；△SRAM芯片的组成及其逻辑结构；△○SRAM的扩展；△○SRAM与CPU的连接；理解DRAM基本存储元的存储原理；△DRAM芯片的组成及其逻辑结构；△DRAM的刷新；了解EDRAM芯片的构成及工作原理；了解闪存的工作原理及其特点。
第三节只读存储器和闪速存储器要点：了解只读存储器的工作原理；了解闪存的工作原理及其特点。
第四节高速存储器要点：了解高速存储器的特点；了解双端口存储器的原理；了解多模块交叉存储器；相联存储器。
第五节 Cache存储器要点：了解Cache的功能；△○掌握主存Cache的地址映射：全相联方式、组相联方式和直接相联方式。
*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：5q=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6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。
