計算機組成原理課后問題詳解第三版白中英

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1、word計算機組成原理各章答案白中英第三版第一章答案1 比擬數(shù)字計算機和模擬計算機的特點。解：模擬計算機的特點：數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程是連續(xù)的；數(shù)字計算機的特點：數(shù)值由數(shù)字量離散量來表示，運算按位進展。兩者主要區(qū)別見P1 表1.1。2 數(shù)字計算機如何分類？分類的依據(jù)是什么？解：分類：數(shù)字計算機分為專用計算機和通用計算機。通用計算機又分為巨型機、大型機、中型機、小型機、微型機和單片機六類。分類依據(jù)：專用和通用是根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行的經(jīng)濟性和適應(yīng)性來劃分的。通用機的分類依據(jù)主要是體積、簡易性、功率損耗、性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)存儲容量、指令系統(tǒng)規(guī)模和機器價格等因素。3 數(shù)字計算機有那些主

2、要應(yīng)用？4 馮. 諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是什么？它包括哪些主要組成局部？解：馮. 諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是：存儲程序和程序控制。存儲程序：將解題的程序指令序列存放到存儲器中；程序控制：控制器順序執(zhí)行存儲的程序，按指令功能控制全機協(xié)調(diào)地完成運算任務(wù)。主要組成局部有：控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。5 什么是存儲容量？什么是單元地址？什么是數(shù)據(jù)字？什么是指令字？解：存儲容量：指存儲器可以容納的二進制信息的數(shù)量，通常用單位KB、MB、GB來度量，存儲容量越大，表示計算機所能存儲的信息量越多，反映了計算機存儲空間的大小。單元地址：單元地址簡稱地址，在存儲器中每個存儲單元都有唯一

3、的地址編號，稱為單元地址。數(shù)據(jù)字：假如某計算機字是運算操作的對象即代表要處理的數(shù)據(jù)，如此稱數(shù)據(jù)字。指令字： 假如某計算機字代表一條指令或指令的一局部，如此稱指令字。6 什么是指令？什么是程序？解：指令：計算機所執(zhí)行的每一個根本的操作。程序：解算某一問題的一串指令序列稱為該問題的計算程序，簡稱程序。7 指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計算機如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？解：一般來講，在取指周期中從存儲器讀出的信息即指令信息；而在執(zhí)行周期中從存儲器中讀出的信息即為數(shù)據(jù)信息。8 什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU？什么是適配器？簡述其功能。解：內(nèi)存：一般由半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成，裝在底版上，可直接和CPU交換信

4、息的存儲器稱為內(nèi)存儲器，簡稱內(nèi)存。用來存放經(jīng)常使用的程序和數(shù)據(jù)。外存：為了擴大存儲容量，又不使本錢有很大的提高，在計算機中還配備了存儲容量更大的磁盤存儲器和光盤存儲器，稱為外存儲器，簡稱外存。外存可存儲大量的信息，計算機需要使用時，再調(diào)入內(nèi)存。CPU：包括運算器和控制器。根本功能為：指令控制、操作控制、時間控制、數(shù)據(jù)加工。適配器：連接主機和外設(shè)的部件，起一個轉(zhuǎn)換器的作用，以使主機和外設(shè)協(xié)調(diào)工作。9 計算機的系統(tǒng)軟件包括哪幾類？說明它們的用途。解：系統(tǒng)軟件包括：1服務(wù)程序：診斷、排錯等2語言程序：匯編、編譯、解釋等3操作系統(tǒng)4數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用途：用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計算機的使用效

5、率，發(fā)揮和擴大計算機的功能與用途。10 說明軟件開展的演變過程。11現(xiàn)代計算機系統(tǒng)如何進展多級劃分？這種分級觀點對計算機設(shè)計會產(chǎn)生什么影響？解：多級劃分圖見P16圖1.6?？煞譃椋何⒊绦蛟O(shè)計級、一般機器級、操作系統(tǒng)級、匯編語言級和高級語言級。用這種分級的觀點來設(shè)計計算機，對保證產(chǎn)生一個良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是有很大幫助的。12為什么軟件能夠轉(zhuǎn)化為硬件？硬件能夠轉(zhuǎn)化為軟件？實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的媒介是什么？13 計算機應(yīng)用與應(yīng)用計算機在概念上等價嗎？用學(xué)科角度和計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來壽命你的觀點。第二章答案1. 寫出如下各數(shù)的原碼、反碼、補碼、移碼表示用8位二進制數(shù)。其中MSB是最高位又是符號位LSB是最低位。

6、如果是小數(shù)，小數(shù)點在MSB之后；如果是整數(shù)，小數(shù)點在LSB之后。(1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小數(shù)表示-1 (5) 用整數(shù)表示-1解：(1)先把十進制數(shù)-35/64寫成二進制小數(shù)：(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-1000112-110)2=(-0.100011)2(2) 先把十進制數(shù)23/128寫成二進制小數(shù)：(23/128)10=(10111/10000000)2=(101112-111)2=(0.0001011)2(3) 先把十進制數(shù)-127寫成二進制小數(shù)：(-127)10=(-1111111)2令x= -11111

7、11B 原碼、反碼無法表示(5) 令Y=-1=-0000001B Y原=10000001 Y反=11111110 Y補=11111111 Y移=011111112. 設(shè)X補= a0，a1，a2a6 , 其中ai取0或1，假如要x0.5,求a0，a1，a2，a6 的取值。解：a0= 1，a1= 0， a2，a6=11。3. 有一個字長為32位的浮點數(shù)，階碼10位包括1位階符，用移碼表示；尾數(shù)22位包括1位尾符用補碼表示，基數(shù)R=2。請寫出：(1) 最大數(shù)的二進制表示；(2) 最小數(shù)的二進制表示；(3) 規(guī)格化數(shù)所能表示的數(shù)的X圍；(4) 最接近于零的正規(guī)格化數(shù)與負(fù)規(guī)格化數(shù)。4. 將如下十進制數(shù)表

8、示成浮點規(guī)格化數(shù)，階碼3位，用補碼表示；尾數(shù)9位，用補碼表示。1 27/642 -27/64解：127/64=11011B=0.011011B=0.11011B浮點規(guī)格化數(shù) : 1111 01101100002 -27/64= -11011B= -0.011011B= -0.11011B浮點規(guī)格化數(shù) : 1111 10010100005. X和Y, 用變形補碼計算X+Y, 同時指出運算結(jié)果是否溢出。解：1先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和 x+y=0.1111B 無溢出。2先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和 x+y=0.0011B 無溢出。3先寫出x和y的變形補碼再計算它們的和 x+y=

9、-0.10111B 無溢出6. X和Y, 用變形補碼計算X-Y, 同時指出運算結(jié)果是否溢出。解：1先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差運算結(jié)果雙符號不相等 為正溢出2先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差 x-y= -0.001B 無溢出3先寫出x和y的變形補碼，再計算它們的差運算結(jié)果雙符號不相等 為正溢出7. 用原碼陣列乘法器、補碼陣列乘法器分別計算XY。解：1用原碼陣列乘法器計算：(0)1 1 0 1 1 ) (1)0 0 0 0 1-(0)1 1 0 1 1(0)0 0 0 0 0 0)0 0 0 0 0(0)0 0 0 0 0(0)0 0 0 0 0(0) (1) (1) (0) (

10、1) (1)-(1)0 0 1 0 1 1 1 0 1 18 用原碼陣列除法器計算 XY。-余數(shù)為負(fù) 1.11001 q0=0-余數(shù)為正 0.10001 q1=1-余數(shù)為正 0.00011 q2=1-余數(shù)為負(fù) 1.00111 q3=0-余數(shù)為負(fù) 1.01101 q4=0-余數(shù)為負(fù) 1.11001 q5=0-余數(shù)為 0.11000B9. 設(shè)階為5位(包括2位階符), 尾數(shù)為8位(包括2位數(shù)符), 階碼、尾數(shù)均用補碼表示, 完成如下取值的X+Y，X-Y運算：1X=0.100101 Y=(-0.011110)2X=-0.010110 Y=(0.010110)解：1將y規(guī)格化得：y=(-0.11110

11、0) 對階E補=Ex補+-Ey補=1101+0011=0000 Ex=Ey 尾數(shù)相加相加 相減- - x+y=(-0.101110) 對階E補=Ex補+-Ey補=1011+0100=1111 E= -1 x浮=1100，11.110101(0) 尾數(shù)相加相加 相減11.110101(0) 11.110101(0)-00.001011(0) 11.011111(0)x-y浮=1100,11.011111(0) x-y=-0.100001B13. 某加法器進位鏈小組信號為C4C3C2C1 ，低位來的信號為C0 ，請分別按下述兩種方式寫出C4C3C2C1的邏輯表達式。1 串行進位方式 2 并行進位方

12、式解 ：1串行進位方式：C1 = G1 + P1 C0 其中： G1 = A1 B1 ， P1 = A1B1C2 = G2 + P2 C1 G2 = A2 B2 ， P2 = A2B2C3 = G3 + P3 C2 G3 = A3 B3 ， P3 = A3B3C4 = G4 + P4 C3 G4 = A4 B4 ， P4 = A4B4(2) 并行進位方式：C1 = G1 + P1 C0C2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0C3 = G3 + P3 G2 + P3 P2 G1 + P3 P2 P1 C0C4 = G4 + P4 G3 + P4 P3 G2 + P4 P3 P2 G1

13、 + P4 P3 P2 P1 C0其中 G1-G4 ，P1-P4 表達式與串行進位方式一樣。14. 某機字長16位，使用四片74181組成ALU，設(shè)最低位序標(biāo)注為0位，要求：1寫出第5位的進位信號C6的邏輯表達式；2估算產(chǎn)生C6所需的最長時間；3估算最長的求和時間。解：1 組成最低四位的74181進位輸出為：C4=G+P C0 ，C0為向第0位的進位其中：G=y3+x3y2+x2x3y1+x1x2x3y0, P=x0x1x2x3所以 ：C5=y4+x4C4C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C42設(shè)標(biāo)準(zhǔn)門延遲時間為T，與或非門延遲時間為1.5T，如此進位信號C0由最低位傳送至C6需經(jīng)

14、一個反相器，兩級與或非門，故產(chǎn)生C6的最長延遲時間為：T+21.5T=4T3最長求和時間應(yīng)從施加操作數(shù)到ALU算起：第一片74181有3級與或非門產(chǎn)生控制參數(shù)x0，y0+4,第二、第三片74181共2級反相器和2級與或非門進位鏈，第四片74181求和邏輯1級與或非門和1級半加器，其延遲時間為3T，故總的加法時間為：T=31.5T+2T+21.5T+1.5T+1.5T+3T=14T17設(shè)A，B，C是三個16位的通用存放器，請設(shè)計一個16位定點補碼運算器，能實現(xiàn)下述功能：1 ABA2 BCA, C高位積在存放器A中3 ABC商在存放器C中解：設(shè)計能完成加、減、乘、除運算的16位定點補碼運算器框圖。

15、分析各存放器作用：加 減 乘 除A 被加數(shù)和 同左 初始為0 被除數(shù)余數(shù)局部積乘積H除數(shù)B 加數(shù) 同左 被乘數(shù)C- - 乘數(shù)乘積L 商 A：累加器16位，具有輸入、輸出、累加功能與雙向移位功能； B：數(shù)據(jù)存放器16位，具有輸入、輸出功能； C：乘商存放器16位，具有輸入、輸出功能與雙向移位畫出框圖：第三章答案1有一個具有20位地址和32位字長的存儲器，問：1 該存儲器能存儲多少個字節(jié)的信息？2 如果存儲器由512K8位SRAM芯片組成，需要多少芯片？3 需要多少位地址作芯片選擇？解：1 220= 1M， 該存儲器能存儲的信息為：1M32/8=4MB21000/51232/8= 8片3 需要1位

16、地址作為芯片選擇。2. 某64位機主存采用半導(dǎo)體存儲器，其地址碼為26位，假如使用256K16位的DRAM芯片組成該機所允許的最大主存空間，并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式，問：1 每個模塊板為1024K64位，共需幾個模塊板？2 個模塊板內(nèi)共有多少DRAM芯片?3主存共需多少DRAM芯片? CPU如何選擇各模塊板？解：(1).共需模塊板數(shù)為m：m= =64 (塊)(2). 每個模塊板內(nèi)有DRAM芯片數(shù)為n:n=( / ) (64/16)=16 (片)(3) 主存共需DRAM芯片為：1664=1024 (片)每個模塊板有16片DRAM芯片，容量為1024K64位，需20根地址線(A19A0)完成模塊板內(nèi)存

17、儲單元尋址。一共有64塊模塊板，采用6根高位地址線(A25A20)，通過6：64譯碼器譯碼產(chǎn)生片選信號對各模塊板進展選擇。3 用16K8位的DRAM芯片組成64K32位存儲器，要求：(1) 畫出該存儲器的組成邏輯框圖。(2) 設(shè)存儲器讀/寫周期為0.5S, CPU在1S內(nèi)至少要訪問一次。試問采用哪種刷新方式比擬合理？兩次刷新的最大時間間隔是多少？對全部存儲單元刷新一遍所需的實際刷新時間是多少？解：1組成64K32位存儲器需存儲芯片數(shù)為N=64K/16K32位/8位=16片每4片組成16K32位的存儲區(qū)，有A13-A0作為片內(nèi)地址，用A15 A14經(jīng)2：4譯碼器產(chǎn)生片選信號 ，邏輯框圖如下所示：

18、2依題意，采用異步刷新方式較合理，可滿足CPU在1S內(nèi)至少訪問內(nèi)存一次的要求。設(shè)16K8位存儲芯片的陣列結(jié)構(gòu)為128行128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，如此異步 刷新的間隔時間為： 如此兩次刷新的最大時間間隔發(fā)生的示意圖如下可見，兩次刷新的最大時間間隔為15.5-0.5=15 (S)對全部存儲單元刷新一遍所需時間為t Rt R 0.5128=64 (S)7某機器中，配有一個地址空間為0000H-3FFFH的ROM區(qū)域?，F(xiàn)在再用一個RAM芯片(8K8)形成40K16位的RAM區(qū)域，起始地址為6000H,假定RAM芯片有和 信號控制端。CPU的地址總線為A15-A0，數(shù)據(jù)總線為D15-D0，

19、控制信號為R/ (讀/寫)， (訪存)，要求：1 畫出地址譯碼方案。2 將ROM與RAM同CPU連接。解：1依題意，主存地址空間分布如右圖所示，可選用2片27128(16K8位)的EPROM作為ROM區(qū)；10片的8K8位RAM片組成40K16位的RAM區(qū)。27128需14位片內(nèi)地址，而RAM需13位片內(nèi)地址，故可用A15-A13三位高地址經(jīng)譯碼產(chǎn)生片選信號,方案如下:28 存儲器容量為64M，字長64位，模塊數(shù)m = 8，分別用順序方式和交叉方式進展組織。存儲周期T = 100ns,數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線周期 = 10ns .問順序存儲器和交叉存儲器的帶寬各是多少？解：信息總量： q =

20、64位 8 =512位順序存儲器和交叉存儲器讀出8個字的時間分別是：t2 = m T = 8100ns =810 (s)t1 = T + (m - 1) = 100 + 710 = 1.7 10 (s)順序存儲器帶寬是：W2 = q / t2 = 512810 = 64 10 位/ S交叉存儲器帶寬是：W1 = q / t1 = 5121.7 10 = 301 10 位/ S9 CPU執(zhí)行一段程序時, cache完成存取的次數(shù)為2420次，主存完成存取的次數(shù)為80次，cache存儲周期為40ns，主存存儲周期為240ns，求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時間。解：先求命中率h如此平均訪問

21、時間為tata0.96840(1-0.968) 24046.4(ns)r 240406cache/主存系統(tǒng)的效率為ee1/r(1r)0.96886.210Cache存儲周期40ns，主存存儲周期200ns，Cache/主存系統(tǒng)平均訪問時間為50ns，求Cache的命中率是多少？解： ta = tc h +tr(1-h)11主存容量為4MB，虛存容量為1GB，如此虛存地址和物理地址各為多少位？如頁面大小為4KB，如此頁表長度是多少？解：主存容量為4MB，虛存容量為1GB 4M 物理地址為22位又 1G 虛擬地址為30位頁表長度為 1GB4KB230212=218=256K14假設(shè)主存只有a,b,

22、c三個頁框，組成a進c出的FIFO隊列，進程訪問頁面的序列是0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2號。用列表法求采用LRU替換策略時的命中率。解：命中率為15從如下有關(guān)存儲器的描述中，選擇出正確的答案：A 多體交叉存儲主要解決擴大容量問題；B 訪問存儲器的請求是由CPU發(fā)出的；C Cache與主存統(tǒng)一編址，即主存空間的某一局部屬于Cache;D Cache的功能全由硬件實現(xiàn)。解： D16從如下有關(guān)存儲器的描述中，選擇出正確的答案：A在虛擬存儲器中，外存和主存一一樣的方式工作，因此允許程序員用比主存空間大得 多的外存空間編程；B在虛擬存儲器中，邏輯地址轉(zhuǎn)換成物理地址是由硬件實現(xiàn)的，僅在頁面失

23、效時才由操作系統(tǒng)將被訪問頁面從外存調(diào)到內(nèi)存，必要時還要先把被淘汰的頁面內(nèi)容寫入外存；C存儲保護的目的是：在多用戶環(huán)境中，既要防止一個用戶程序出錯而破壞系統(tǒng)軟件或其他用戶程序，又要防止一個用戶訪問不是分配給他的主存區(qū)，以達到數(shù)據(jù)安全和保 密的要求。解：C第四章答案1ASCll碼是7位，如果設(shè)計主存單元字長為32位，指令字長為12位，是否合理？為什么？解：指令字長設(shè)計為12位不是很合理。主存單元字長為32位，一個存儲單元可存放4個ASCII碼，余下4位可作為ASCII碼的校驗位每個ASCII碼帶一位校驗位，這樣設(shè)計還是合理的。但是，設(shè)計指令字長為12 位就不合理了，12位的指令碼存放在字長32位的

24、主存單元中，造成19位不能用而浪費了存儲空間。2.假設(shè)某計算機指令長度為20位，具有雙操作數(shù)、單操作數(shù)、無操作數(shù)三類指令形式，每個操作數(shù)地址規(guī)定用6位表示。問：假如操作碼字段固定為8位，現(xiàn)已設(shè)計出m條雙操作數(shù)指令，n條無操作數(shù)指令，在此情況下，這臺計算機最多可以設(shè)計出多少條單操作數(shù)指令？解：這臺計算機最多可以設(shè)計出256-m-n條單操作數(shù)指令3指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式與尋址方式特點。解：指令格式與尋址方式特點如下： 單字長二地址指令； 操作碼OP可指定 =64條指令； RR型指令，兩個操作數(shù)均在存放器中，源和目標(biāo)都是通用存放器可分別指定16個存放器 之一； 這種指令格式常用于算術(shù)邏

25、輯類指令。4指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式與尋址方式特點。解：指令格式與尋址方式特點如下： 雙字長二地址指令； 操作碼OP可指定 =64條指令； RS型指令，兩個操作數(shù)一個在存放器中16個存放器之一，另一個在存儲器中； 有效地址通過變址求得：E=變址存放器 D，變址存放器可有16個。5指令格式結(jié)構(gòu)如下所示，試分析指令格式與尋址方式特點。解：指令格式與尋址方式特點如下： 單字長二地址指令； 操作碼OP可指定 =16條指令； 有8個通用存放器，支持8種尋址方式； 可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、6一種單地址指令格式如下所示，其中I為間接特征，X為尋址模式，D為形式地址。I，X，D組

26、成該指令的操作數(shù)有效地址E。設(shè)R為變址存放器，R1 為基值存放器，PC為程序計數(shù)器，請在下表中第一列位置填入適當(dāng)?shù)膶ぶ贩绞矫Q。解： 直接尋址 相對尋址 變址尋址 基址尋址 間接尋址 基址間址尋址7某計算機字長16位，主存容量為64K字，采用單字長單地址指令，共有40條指令，試采用直接、立即、變址、相對四種尋址方式設(shè)計指令格式。解：40條指令需占用操作碼字段OP6位，這樣指令余下長度為10位。為了覆蓋主存640K字的地址空間，設(shè)尋址模式X2位，形式地址D8位，其指令格式如下：尋址模式定義如下：X= 0 0 直接尋址 有效地址 E=D直接尋址為256個存儲單元X= 0 1 立即尋址 D字段為操作

27、數(shù)X= 1 0 變址尋址 有效地址 E= (RX)D 可尋址64K個存儲單元X= 1 1 相對尋址 有效地址 E=PCD 可尋址64K個存儲單元其中RX為變址存放器16位，PC為程序計數(shù)器16位，在變址和相對尋址時，位移量D可正可負(fù)。8某機字長為32位，主存容量為1M，單字長指令,有50種操作碼,采用頁面尋址、立即、直接等尋址方式。CPU中有PC，IR，AR, DR和16個通用存放器，頁面尋址可用PC高位局部與形式地址局部拼接成有效地址。問：1指令格式如何安排？2主存能劃分成多少頁面？每頁多少單元？3能否增加其他尋址方式？解: 1依題意,指令字長32位，主存1M字，需20位地址A19-A0。5

28、0種操作碼，需6位OP，指令尋址方式Mode為2位，指定存放器Rn需4位。設(shè)有單地址指令、雙地址指令和零地址指 令，現(xiàn)只討論前二種指令。單地址指令的格式為：Mode=00時為立即尋址方式，指令的230位為立即數(shù)；Mode=01時為直接尋址方式，指令的190位為有效地址。雙地址指令的格式為：Mode1=01時為存放器直接尋址方式，操作數(shù)S=(Rn)；Mode1=11時為存放器間址尋址方式, 有效地址E=(Rn)。Mode2=00時為立即尋址方式，指令的13-0位為立即數(shù)；Mode2=01時為頁面尋址方式；Mode2=10時為變址尋址方式，E=(Rn)+D；Mode2=11時為變址間址尋址方式,

29、E=(Rn)+D)。2由于頁面尋址方式時，D為14位，所以頁面大小應(yīng)為16K字，如此1M字可分為 64個頁面。可由PC的高6位指出頁面號。3能增加其它尋址方式，例上述間址方式、變址間址尋址方式。14. 從以下有關(guān)RISC的描述中，選擇正確答案。A.采用RISC技術(shù)后，計算機的體系結(jié)構(gòu)又恢復(fù)到早期的比擬簡單的情況。B.為了實現(xiàn)兼容，新設(shè)計的RISC，是從原來CISC系統(tǒng)的指令系統(tǒng)中挑選一局部實現(xiàn)的。CRISC的主要目標(biāo)是減少指令數(shù)，提高指令執(zhí)行效率。DRISC設(shè)有乘、除法指令和浮點運算指令。解： C15. 根據(jù)操作數(shù)所在位置，指出其尋址方式填空：1操作數(shù)在存放器中，為A尋址方式。2操作數(shù)地址在存

30、放器，為B尋址方式。3操作數(shù)在指令中，為C尋址方式。4操作數(shù)地址主存在指令中，為D尋址方式5操作數(shù)的地址，為某一存放器內(nèi)容與位移量之和可以是E，F(xiàn)，G尋址方式。解：A：存放器直接； B： 存放器間接； C：立即；D： 直接； E：相對； F：基值；G：變址第五章答案1請在括號內(nèi)填入適當(dāng)答案。在CPU中：(1) 保存當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的存放器是指令存放器IR；(2) 保存當(dāng)前正要執(zhí)行的指令地址的存放器是(程序計數(shù)器PC)；(3) 算術(shù)邏輯運算結(jié)果通常放在通用存放器 和數(shù)據(jù)緩沖存放器DR 。2參見如下圖課本P166圖5.15的數(shù)據(jù)通路。畫出存數(shù)指令STA R1 ，(R2)的指令周期流程圖，其含義是

31、將存放器R1的內(nèi)容傳送至R2為地址的主存單元中。標(biāo)出各微操作信 號序列。解：STA R1 ，(R2)指令是一條存數(shù)指令，其指令周期流程圖如如下圖所示：3參見課本P166圖5.15的數(shù)據(jù)通路，畫出取數(shù)指令LDAR3，RO的指令周期流程圖，其含義是將(R3)為地址的主存單元的內(nèi)容取至存放器R0中，標(biāo)出各微操作控制信號序列。5如果在一個CPU周期中要產(chǎn)生3個脈沖 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,試畫出 時序產(chǎn)生器邏輯圖。解：節(jié)拍脈沖T1 ，T2 ，T3 的寬度實際等于時鐘脈沖的周期或是它的倍數(shù)，此時T1 = T3 =200ns ， T2 = 400 ns ，所以

32、主脈沖源的頻率應(yīng)為 f = 1 / T1 =5MHZ 。為了消除節(jié)拍脈沖上的毛刺，環(huán)型脈沖發(fā)生器可采用移位存放器形式。如下圖畫出了題目要求的邏輯電路圖和時序信號關(guān)系。根據(jù)關(guān) 系，節(jié)拍脈沖T1 ，T2 ，T3 的邏輯表達式如下：T1 = C1 ， T2 = ， T3 =6假設(shè)某機器有80條指令，平均每條指令由4條微指令組成，其中有一條取指微指令是所有指 令公用的。微指令長度為32位，請估算控制存儲器容量。解：微指令條數(shù)為：4-180+1=241條 取控存容量為：25632位=1KB7. 某ALU器件使用模式控制碼M，S3，S2，S1，C來控制執(zhí)行不同的算術(shù)運算和邏輯操作。下表列出各條指令所要求的

33、模式控制碼，其中y為二進制變量，F(xiàn)為0或1任選。試以指令碼A，B，H，D，E，F(xiàn)，G為輸入變量，寫出控制參數(shù)M，S3，S2，S1，C的邏 輯表達式。解： M=G S3=H+D+F S2=1 C=H+D+(E+F)y8某機有8條微指令I(lǐng)1-I8，每條微指令所包含的微命令控制信號如下表所示。 a-j分別對應(yīng)10種不同性質(zhì)的微命令信號。假設(shè)一條微指令的控制字段為8位，請安排微指 令的控制字段格式。解：經(jīng)分析，e ,f ,h和b, i, j可分別組成兩個小組或兩個字段，然后進展譯碼，可得六個 微命令信號，剩下的a, c, d, g 四個微命令信號可進展直接控制，其整個控制字段組成如 下：11.某機采用

34、微程序控制方式，其控制存儲器容量為 51248(位)。微程序可在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共4個，微指令采用水平型格式，后繼微 指令地址采用斷定方式。請問: 1微指令中的三個字段分別應(yīng)為多少位？ 2畫出圍繞這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。解：l假設(shè)判別測試字段中每一位作為一個判別標(biāo)志，那么由于有4個轉(zhuǎn)移條件，故該字段為4位；又因為控存容量為512單元，所以下地址字段為9位，。微命令字段如此是：4849= 35位。2對應(yīng)上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖如如下圖所示。其中微地址存放器對應(yīng)下地址字，P字段即為判別測試字段，控制字段即為微命令字段，后兩局部組成微指令存放

35、器。地 址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令存放器的OP碼、各種狀態(tài)條件以與判別測試字段所給的判別標(biāo)志某一位為1，其輸出用于控制修改微地址存放器的適當(dāng)位數(shù)，從而實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移此例微指令的后繼地址采用斷定方式。12今有4級流水線分別完成取值、指令譯碼并取數(shù)、運算、送結(jié)果四步操作，今假設(shè)完成各步操作的時間依次為100ns,100ns,80ns,50ns。請問：1流水線的操作周期應(yīng)設(shè)計為多少？2假如相鄰兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，而且在硬件上不采取措施，那么第二條指令要 推遲多少時間進展。3如果在硬件設(shè)計上加以改良，至少需推遲多少時間？解：(1) 流水線的操作時鐘周期 t應(yīng)按四步操作中最長時間來考慮, 所以t=1

36、00ns；(2) 兩條指令發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突情況：:ADD R1,R2,R3 ; R2+R3R1SUB R4,R1,R5 ; R1-R5R4兩條指令在流水線中執(zhí)行情況如下表所示:ADD指令在時鐘4時才將結(jié)果寫入存放器R1中, 但SUB指令在時鐘3時就需讀存放器R1了，顯然發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)，不能讀到所需數(shù)據(jù)，只能等待。如果硬件上不采取措施,第2條指令SUB至少應(yīng)推遲2個操作時鐘周期，即t=2100ns=200ns；(3)如果硬件上加以改良(采取旁路技術(shù)),這樣只需推遲1個操作時鐘周期就能得到所需數(shù)據(jù)， 即t=100ns。15用定量描述法證明流水計算機比非流水計算機具有更高的吞吐率。解：衡量并行處理器性

37、能的一個有效參數(shù)是數(shù)據(jù)帶寬最大吞吐量，它定義為單位時間內(nèi)可以產(chǎn)生的最大運算結(jié)果個數(shù)。設(shè)P1是有總延時T1的非流水處理器，故其帶寬為1/T1。又設(shè)Pm是相當(dāng)于P1 m 段流水處理器延遲時間Tr，故Pm的帶寬為1/Tc+Tr。如果Pm是將P1劃分成一樣延遲的假如干段形成的，如此T1mTc 因此P1的帶寬接近于1/mTc，由此可見，當(dāng)mTcTc+Tr滿足時，Pm比P1具有更大的帶寬。16. 流水線中有三類數(shù)據(jù)相關(guān)沖突：寫后讀RAW相關(guān)；讀后寫WAR相關(guān)；寫后寫WAW相關(guān)。判斷以下三組指令各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)。(1) I1 LAD R1，A ； MAR1，MA是存儲器單元 I2 ADD R2，R1

38、 ；R2+R1R2(2) I3 ADD R3，R4 ；R3+R4R3 I4 MUL R4，R5 ；R4R5 R4(3) I5 LAD R6，B ； MBR6，MB是存儲器單元 I6 MUL R6，R7 ；R6R7 R6解：1寫后讀RAW相關(guān)；2讀后寫WAR相關(guān)，但不會引起相關(guān)沖突；3寫后讀RAW相關(guān)、寫后寫WAW相關(guān)17參考教科書圖5.42所示的超標(biāo)量流水線結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)有如下6條指令序列：I1 LAD R1, B; M(B) R1,M(B)是存儲器單元I2 SUB R2, R1; (R2)(R1) R2I3 MUL R3, R4; (R3)(R4) R3I4 ADD R4, R5; (R4)(

39、R5) R4I5 LAD R6, A; M(A) R6,M(A)是存儲器單元I6 ADD R6, R7; (R6)(R7) R6請畫出：1 按序發(fā)射按序完成各段推進情況圖。2 按序發(fā)射按序完成的流水線時空圖。解：1(2)第六章答案1比擬單總線、雙總線、三總線結(jié)構(gòu)的性能特點。3. 用異步通信方式傳送字符A和8，數(shù)據(jù)有7位，偶校驗1 位。起始位1位,停止位l位，請分別畫出波形圖。解： 字符A的ASCII碼為 41H=1000001B； 字符8的ASCII碼為 38H=0111000B； 串行傳送波形圖為：注： B：起始位 C：校驗位 S：停止位8同步通信之所以比異步通信具有較高的傳輸頻率,是因為同

40、步通信_。A.不需要應(yīng)答信號；B.總線長度較短；C.用一個公共時鐘信號進展同步；D.各部件存取時間比擬接近。解： C9. 在集中式總線仲裁中，_方式響應(yīng)時間最快，_方式對_最敏感。解： B A C10. 采月串行接口進展7位ASCII碼傳送，帶有1位奇校驗位，l位起始位和1位停止位,當(dāng)傳輸率為9600波特時，字符傳送速率為_。解： A11系統(tǒng)總線中地址線的功能是_。A 選擇主存單元地址B 選擇進展信息傳輸?shù)脑O(shè)備C 選擇外存地址D 指定主存和I/O設(shè)備接口電路的地址解： D12系統(tǒng)總線中控制器的功能是_。A 提供主存、I/O接口設(shè)備的控制信號和響應(yīng)信號B 提供數(shù)據(jù)信息C 提供時序信號D 提供主存

41、、I/O接口設(shè)備的響應(yīng)信號解： D14. PCI是一個與處理器無關(guān)的_，它采用_時序協(xié)議和_式仲裁策略，并具有_能力。解：D C A B15. PCI總線的根本傳輸機制是_傳送。利用_可以實現(xiàn)總線間的_傳送，使所有的存取都按CPU的需要出現(xiàn)在總線上。PCI允許_總線_工作。A.橋 B.猝發(fā)式 C.并行 D.多條 E. 猝發(fā)式解： B A C D E17PCI總線中三種橋的名稱是什么？橋的功能是什么？解：PCI總線有三種橋，即HOST / PCI橋簡稱HOST橋，PCI / PCI橋和PCI / LAGACY橋。在PCI總線體系結(jié)構(gòu)中，橋起著重要作用：1 接兩條總線，使總線間相互通信；2是一個總

42、線轉(zhuǎn)換部件，可以把一條總線的地址空間映射到另一條總線的地址空間上，從而使系統(tǒng)中任意一個總線主設(shè)備都能看到同樣的一份地址表。3 利用橋可以實現(xiàn)總線間的卒發(fā)式傳送。19總線的一次信息傳送過程大致分哪幾個階段？假如采用同步定時協(xié)議，請畫出讀數(shù)據(jù)的同步時序圖。解：分五個階段：請求總線、總線仲裁、尋址目的地址、信息傳送、狀態(tài)返回錯誤報告。讀數(shù)據(jù)的同步時序圖為：20某總線在一個總線周期中并行傳送8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個總線周期等于一個總線時鐘周期，總線時鐘頻率為70MHZ ，求總線帶寬是多少？解：設(shè)總線帶寬用Dr表示，總線時鐘周期用T = 1/f表示，一個總線周期傳送的數(shù)據(jù)量用D表示，根據(jù)定義可得：Dr

43、T / D = D 1/8B70106/s = 560MB/第七章1. 計算機的外圍設(shè)備是指 A輸入/輸出設(shè)備 B. 外存儲器C. 輸入/輸出設(shè)備與外存儲器 D. 除了CPU和內(nèi)存以外的其他設(shè)備解： D2打印機根據(jù)印字方式可以分為 和 兩大類，在 類打印機中，只有型打印機能打印漢字，請從下面答案中選擇填空。A 針型打印機 B. 活字型打印機C. 擊打式 D. 非擊打式解：C D C A7試推導(dǎo)磁盤存貯器讀寫一塊信息所需總時間的公式。解：設(shè)讀寫一塊信息所需總時間為Tb，平均找道時間為Ts，平均等待時間為TL，讀寫一塊信息的傳輸時間為Tm，如此：Tb=TsTLTm。假設(shè)磁盤以每秒r轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)，每條

44、磁道容量為N個字，如此數(shù)據(jù)傳輸率=rN個字/秒。又假設(shè)每塊的字?jǐn)?shù)為n，因而一旦讀寫頭定位在該塊始端，就能在Tmn / rN秒的時間中傳輸完畢。TL是磁盤旋轉(zhuǎn)半周的時間，TL=1/2r秒，由此可得：Tb=Ts1/2rn/rN 秒8某磁盤存貯器轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn) / 分，共有4個記錄面，每毫米5道，每道記錄信息為12288字節(jié)，最小磁道直徑為230mm，共有275道。問：1 磁盤存貯器的容量是多少？2 最高位密度與最低位密度是多少？3 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？4 平均等待時間是多少？5 給出一個磁盤地址格式方案。解：1 每道記錄信息容量 = 12288字節(jié)每個記錄面信息容量 = 27512288字節(jié)共

45、有4個記錄面，所以磁盤存儲器總?cè)萘繛?：4 27512288字節(jié) = 13516800字節(jié)2 最高位密度D1按最小磁道半徑R1計算R1 = 115mm：D1 = 12288字節(jié) / 2R1 = 17字節(jié) / mm最低位密度D2按最大磁道半徑R2計算：R2 = R1 + 275 5 = 115 + 55 = 170mmD2 = 12288字節(jié) / 2R2 = 11.5 字節(jié) / mm3 磁盤傳輸率 C = r Nr = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288字節(jié)信道信息容量C = r N = 50 12288 = 614400字節(jié) / 秒4平均等待時間 = 1/2r = 1

46、/ (250) = 10毫秒5磁盤存貯器假定只有一臺，所以可不考慮臺號地址。有4個記錄面，每個記錄面有275個磁 道。假定每個扇區(qū)記錄1024個字節(jié)，如此需要12288 1024字節(jié) = 12個扇區(qū)。由此可得如 下地址格式：14有一臺磁盤機，其平均尋道時間為了30ms,平均旋轉(zhuǎn)等待時間為120ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為500B/ms，磁盤機上存放著1000件每件3000B 的數(shù)據(jù)。現(xiàn)欲把一件數(shù)據(jù)取走，更新后在放回原地，假設(shè)一次取出或?qū)懭胨钑r間為：平均尋道時間+平均等待時間+數(shù)據(jù)傳送時間 另外，使用CPU更新信息所需時間為4ms, 并且更新時間同輸入輸出操作不相重疊。 試問：1 盤上全部數(shù)據(jù)需要多少

47、時間？2假如磁盤與旋轉(zhuǎn)速度和數(shù)據(jù)傳輸率都提高一倍，更新全部數(shù)據(jù)需要多少間？解：1磁盤上總數(shù)據(jù)量 = 10003000B = 3000000B 讀出全部數(shù)據(jù)所需時間為 3000000B 500B / ms = 6000ms 重新寫入全部數(shù)據(jù)所需時間 = 6000ms 所以，更新磁盤上全部數(shù)據(jù)所需的時間為 ：2平均找道時間 + 平均等待時間 + 數(shù)據(jù)傳送時間 + CPU更新時間= 230 + 120 + 6000ms + 4ms = 12304ms(2) 磁盤機旋轉(zhuǎn)速度提高一倍后，平均等待時間為60ms；數(shù)據(jù)傳輸率提高一倍后，數(shù)據(jù)傳送時間變?yōu)椋?000000B 1000B / ms = 3000m

48、s更新全部數(shù)據(jù)所需時間為：2 30 + 60 + 3000ms + 4ms = 6184ms17. 刷新存儲器的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。假如顯示工作方式采用分辨率為1024768，顏色深度為24位，幀頻刷新速率為72HZ，求：1刷新存儲器的存儲容量是多少？2刷新存儲器的貸款是多少？解：1因為刷新存儲器所需存儲容量 = 分辨率 每個像素點顏色深度 1024 768 3B 4MB2因為刷新所需帶寬 = 分辨率 每個像素點顏色深度 刷新速度 1024 768 3B 72 / S = 165888KB / S 162MB / S第八章1如果認(rèn)為CPU等待設(shè)備的狀態(tài)信號是處于非工作狀態(tài)即踏步等待，那么在

49、下面幾種主機與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送中：主機與設(shè)備是串行工作的； 主機與設(shè)備是并行工作的； 主程序與設(shè)備是并行運行的。A程序查詢方式 B. 程序中斷方式 C. DMA方式解： A C B2中斷向量地址是_。A子程序入口地址 B. 中斷服務(wù)程序入口地址C中斷服務(wù)程序入口地址指示器 C. 例行程序入口地址解： C3利用微型機制作了對輸入數(shù)據(jù)進展采樣處理的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，每抽取一個輸入數(shù)據(jù)就要中斷CPU一次，中斷處理程序承受采樣的數(shù)據(jù)，將其放到主存的緩沖區(qū)內(nèi)。該中斷處理需時x秒，另一方面緩沖區(qū)內(nèi)每存儲n個數(shù)據(jù)，主程序就將其取出進展處理，這種處理需時y秒。因此該系統(tǒng)可以跟蹤到每秒_次的中斷請求。AN/(

50、nx+y) B. N/(x+y)n C. Min(1/x, n/y)解： A4采用DMA方式傳送數(shù)據(jù)時，每傳送一個數(shù)據(jù)就要占用一個_的時間。A 指令周期 B. 機器周期C. 存儲周期 D. 總線周期解： C5通道的功能是：1_，2_。按通道的工作方式分，通道有_通道、_通道和_通道三種類型。解：1執(zhí)行通道指令，組織外圍設(shè)備和內(nèi)存進展數(shù)據(jù)傳輸；2執(zhí)行CPU的I/O指令，以與向CPU報告中斷。 選擇通道、字節(jié)多路通道、數(shù)組多路通道6在教科書圖8.7中，當(dāng)CPU對設(shè)備B的中斷請求進展服務(wù)時，如設(shè)備A提出請求，CPU能夠響應(yīng)中斷嗎？為什么？如果設(shè)備B一提出請求總能立即得到服務(wù)，問怎樣調(diào)整才能滿足此要求

51、？解：1CPU不能響應(yīng)中斷2因為同級中斷不能嵌套，而A、B設(shè)備屬于同級中斷3如果想要設(shè)備B一提出請求即能得到服務(wù)，如此應(yīng)該使設(shè)備B為最高優(yōu)先級，這里可將設(shè)備 B單獨接至3級IR，處于最高優(yōu)先級。8設(shè)某機有5級中斷：L0，L1，L2，L3，L4，其中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為：L0最高，L1次之，L4最低。現(xiàn)在要求將中斷處理次序改為L1L3L0L4L2，試問：1下表中各級中斷處理程序的各中斷級屏蔽值如何設(shè)置每級對應(yīng)一位，該位為0表示允許中斷，該位為1表示中斷屏蔽？2假如這5級中斷同時都發(fā)出中斷請求，按更改后的次序畫出進入各級中斷處理程序的過程示意圖。解：129某機器CPU中有16個通用存放器，運行某中斷處

52、理程序時僅用到其中2個存放器，請問響應(yīng)中斷而進入該中斷處理程序時，是否要將通用存放器內(nèi)容保存到主存中去？需保存幾個存放器？解：響應(yīng)中斷而進入該中斷處理程序時，需將通用存放器內(nèi)容保存到主存中去，但為減少中斷處理時間，不必保存所有通用存放器內(nèi)容，這里只需將2個中斷處理程序中用到的存放器內(nèi)容保存起來。12如下陳述中正確的答案是_。A 在DMA周期內(nèi)，CPU不能執(zhí)行程序B 中斷發(fā)生時，CPU首先執(zhí)行入棧指令將程序計數(shù)器內(nèi)容保護起來C DMA傳送方式中，DMA控制器每傳送一個數(shù)據(jù)就竊取一個指令周期D 輸入輸出操作的最終目的是要實現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸解： D13Pentium系統(tǒng)有兩類中斷源：由C

53、PU外部的硬件信號引發(fā)的稱為_，它分為可屏蔽_和非屏蔽_；由指令引發(fā)的稱為_，其中一種是執(zhí)行_，另一種是_。解： 外部中斷 INTR NMI 異常中斷 執(zhí)行軟件中斷指令引發(fā)的 出錯或故障引發(fā)的14IEEE1394是_I/O標(biāo)準(zhǔn)接口，與SCSI_I/O標(biāo)準(zhǔn)接口相比，它具有更高的_，更強的_，提與_，連接方便。解：B A C D E15SCSI是系統(tǒng)級_，是處于主適配器和智能設(shè)備控制器之間的_I/O接口。SCSI-3標(biāo)準(zhǔn)允許SCSI總線上連接的設(shè)備由_個提高到_個，可支持_位數(shù)據(jù)傳輸。A 并行 B. 接口 C. 16 D. 8 E. 32解： B A D C D18假如設(shè)備的優(yōu)先級依次為CD-ROM、掃描儀、硬盤、磁帶機、打印機，請用標(biāo)準(zhǔn)接口SCSI進展配置，畫出配置圖。解：PCI HBA CD-ROM 掃描儀 硬盤 磁帶機 打印機 終端器35 / 35