白中英 第五版 计算机组成原理第8章
计算机组成原理课后习题答案(5-8)(白中英)
第五章1. IR、AR、DR、AC2. STA R1，(R2)4.5.T 1 = T 2 = 2112213 T 1用与门实现，T 2和T 3则用C 2的Q 端和C 1的Q 端加非门实现，其目的在于保持信号输出时延时间的一致性并与环形脉冲发生器隔离。
T 3 T 2 T 18*)13*80(=+ 7. M = GS3 = H+D+FS2 = A+B+H+D+E+F+G S1 = A+B+F+G C = H+D+Ey+Fy+G φ8. 经分析，（d, i, j ）和（e, f, h ）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，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 g01d10 i 10 f11 j 11 h9. P1 = 1，按IR6、IR5转移P2 = 1，按进位C转移C，D外，11. (1)故该字段为4（48-4-9）=35(2)址字，存器。
地址转移逻辑的输入是指令寄存器的OP码、各种状态条件以及判别测试字段所给的判别标志（某一位为1），其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序的分支转移。
就是说，此处微指令的后继地址采用断定方式。
12. (1)流水线的操作周期应按各步操作的最大时间来考虑，即流水线时钟周期性ns i 100}max{==ττ(2)(3) 13. (1)(2)H (3)17.415205*20)1(=-+=-+==ττn K K n Tp Ts S 14.WBEX ID IF空间S时间T 1 2 3 4 5 6 7 8I 1I 1I 1I 1I 2I 2I 2I 2非流水线时间图WBEXID IF 空间S时间T 1 2 3 4 5 6 7 8I 1I 1I 1I 1I 2I 2I 2I 2流水线时间图I 3I 3I 3I 3I 4I 4I 4I 4I 5I 5I 5I5如上两图所示，执行相同的指令，在8个单位时间内，流水计算机完成5条指令，而非流水计算机只完成2条，显然，流水计算机比非流水计算机有更高的吞吐量。
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解复习答案
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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）
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(白中英)
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 专用奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘， 奇偶校验信息存在一台专用盘上
数据块
校验码 产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 只写一次光盘
只写一次光盘（Write Once Only）：可以由用户写入 信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读 出，相当于PROM。在盘片上留有空白区，可以把要修 改和重写的的数据追记在空白区内。
❖ 可檫写式光盘
可檫写式光盘（Rewriteable）：利用磁光效应存取信 息，采纳特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、 再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重 复读写。
RAID6
I/O系统
❖ 双维奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘， 检、纠错信息均匀分布在全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码 产生器
7.7 光盘存储设备
– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； – 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流
恢复到零电流 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，
计算机组成原理(本全PPT)白中英
1、计算机五代变化 2、半导体存储器芯片的发展 3、微处理器的发展 4、计算机体系结构的变化 计算机体系结构是在冯•诺依曼结构的基础上，围 绕提高速度、提高字长、扩大存储容量、降低成本、 提高系统可靠性和方便使用等诸方面，通过新器件和 新软件提高计算机性能。 体系结构上，从指令系统、微程序设计、流水线 结构、多级存储器体系结构、输入/输出体系结构、并 行体系结构、分布式体系结构等方面的形成和发展。 体系结构发展趋势：网络化、智能化、模块化、多媒体 应用。
31
阶码和尾数各占用的位数确定了浮点数的格式 对二进制数而言： 1110.011＝0.1110011×2100 0.001110011＝0.1110011×2－10 － 0.001110011＝－0.1110011×2－10 在将上面的数以浮点数格式存放时，只需将 红色部分按照浮点数格式要求的位数，化为相应 的补码或移码，按照浮点数格式存放。
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(347) 8 =3×82+4×81+7×80=(103)10 (347.5) 8 =3×82+4×81+7×80+5×8-1 =(231.625)10 (34E.5) 16 =3×162+4×161+14×160+5×16-1 =(846.3125)10
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2、不同数制间的转换 1＞十进制八，十六进制二进制 法则 整数部分：除8（16）取余数 小数部分：乘8（16）取整 重复循环
本课程是计算机及相关专业的核心专业基础课， 对后续课程（操作系统、接口与通信等）的学习十分 重要。考研必考课程。
通过课程的学习主要掌握以下内容
本课程主要讲授单处理机系统的组成及工作原 理。分析和说明计算机由哪些功能部件组成（结构）， 各功能部件在整机中的作用，以及它们如何完成各自 所分配的任务（工作原理）。
计算机组成原理_白中英_教案
x=1－2－n x=2－n x=－2－n x=－（1－2－n ）
最大 最接近0的正数 最接近0的负数 最小
定点纯整数
• x0 x1 x2 x3 … xn-1 xn
符号 量值 小数点固定于最后一位之后， 不需专门存放位置
• 表示数的范围是
？：最小数、最大数、最接近0的正数、最接近0的负数呢
n 0≤|ｘ|≤2 －1
阶符 阶码 数符 尾数
IEEE754标准
– IEEE754标准(规定了浮点数的表 示格式,运算规则)
• 规则规定了单精度(32)和双精度(64) 的基本格式. • 规则中,尾数用原码,指数用移码(便于 对阶和比较)
IEEE754标准
• 按照移码的定义应为E=e+128,为什么书上?? • 原因:规格化的32位浮点数尾数第一位应为1 • 如数+0.111*220(规格化数)
（证明）
-n [-y] [-y] = 乛 [y] +2 为了求得同时 补，需要证明 补 补 （意义是[-y]补等于[y]补取反，末位加1）
2.2.1补码加减法
– 如： y=0.0111 [y]补=0.0111 [-y]补=1.1001
从右边到左边，除了第一个1和右边的0保 持不变以外，其它按位取反,很重要哟！
• • • • 操作系统 各种服务程序 语言程序 数据库管理系统
– 应用软件
返回
发展演变（以系统软件为例）
• • • • 手编程序 汇编程序 算法语言 操作系统
– – – – BPOS TSOS RTOS NWOS
返回
§1.4计算机系统的层次结构
高级语言机器 虚拟机M4
• 多 级 组 成 的 计 算 机 系 统
白中英《计算机组成原理》第5版考研教材及真题视频讲解
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2．理解计算机系统层次化结构概念，熟悉硬件与软件之间的界面，掌握指令集体系结构的基本知识和基本实现方法。
3．能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，并能对一些基本部件进行简单设计。
考纲要求1．计算机发展历程2．计算机系统层次结构（1）计算机硬件的基本组成；（2）计算机软件的分类；（3）计算机的工作过程。
3．计算机的性能指标吞吐量、响应时间；CPU时钟周期、主频、CPI、C PU执行时间；MIPS、MFLOPS1.1 计算机系统的分类一、计算机系统的分类如图1-1所示。
图1-1 计算机系统分类图二、计算机系统的基本组成如图1-2所示。
图1-2 计算机系统组成图三、概述计算机的分类：机械计算机电子模拟计算机：数值由连续的量来表示。
电子数字计算机：计算机中的数值由不连续的数字来表示。
专用机：经济，有效，快速，适应性差通用机：适应性强巨型机大型机中型机小型机微型机单片机低简易性高高体积，功耗，性能，价格低如图1-3所示。
图1-3数字计算机与模拟计算机的主要区别如表1-1所示。
表1-1 数字计算机与模拟计算机的主要区别考研真题精选一、选择题1下列关于冯·诺依曼结构计算机基本思想的叙述中，错误的是（）。
计算机组成原理白中英版第五版课后答案
4. 冯诺依曼型计算机的主要设计思想是什 么？它包括哪些主要组成部分？
冯诺依曼计算机的主要设计思想 存储程序并按地址顺序执行 冯诺依曼计算机主要包括 存储器、运算器、控制器、输入和输出五部分组成
2015年3月25日星期三
2
5. 什么是存储容量？什么是单元地址？ 什么是数据字？什么是指令字？
2015年3月25日星期三
8
2. 设[X]补＝a7.a6 a5··· a0 ，其中ai 取0或1， 若要X>-0.5，求a0 a1 a2 ··· a7 的取值。
若a7 ＝0，则X为正数，显然a0··· a6取任何值均可。 若a7 ＝1，则X为负数，[X]移＝0. a6 a5 ··· a0
∵ －0.5D = －0.100000B，则[－0.5D ]移＝0.100000 ∴ 若要X>－0.5，即等价于[X]移> [－0.5D ]移 即0. a6 a5··· a0>0.100000，因此必须是a5··· a0不全为0。
2015年3月25日星期三
负数范围－2127 ～－ (2-1+2-23) * 2-128
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4、将下列十进制数表示成IEEE754标准的 32位浮点规格化数。
27/64
27/64 = 0.011011B = 1.1011 * 2-2 e=－2，则E＝e＋127＝125 ∴ 规格化数
－27/64
符号位 0 阶码(8) 尾数(23)
② x＝－11111 y＝－11011
机器内部补码数据： [x]补＝ 1 00001 算前求补器输出： |x|= 11111 乘法阵列： |x| ×|y| ＝ 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 算后求补输出： [x×y]补＝ 0 1101000101
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计算机组成原理
6
1. 程序查询方式
读 发地址和“读”命令 发地址、数据和“写”命令 检测设备状态 检测源自备状态 否 就绪? 是 写否
就绪?
读数据到CPU 适用许多单片机系统
计算机组成原理
是
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2. 程序中断方式
外设输入或输出数据就绪时，主动通知CPU。 CPU如何响应中断请求，
• 暂停现行程序，保护好“断点”； • 转“中断服务程序”，完成对外设的读或写； • 再回到原程序，继续执行。
计算机组成原理
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[例子]假设幼儿园一个阿姨带10个孩子，要给每个孩子分4块水果糖。假设孩子 们都应把4块糖都吃完，那么她采用什么方法呢?
方法1： 她先给孩子甲一块糖，盯着甲吃完，然后再给第二块， 等吃完第二块又给第三 块，吃完第三块又给第四块。接着给孩 子乙，其过程与孩子甲完全一样。依次类推，直至到 第 10 个孩 子发完四块糖。看来这种方法效率太低，重要之点还在于孩子们 吃糖时她一直在守 候，什么事也不能干。(程序查询方式) 方法2： 每人发一块糖各自去吃，并约定谁吃完后就向老师举手 报告，再发第二块。看来这种新方法提高了工作效率，而且在未 接到孩子们吃完糖的报告以前，她还可以腾出时间给孩子们改作 业。(程序中断方式) 方法3： 进行批处理：每人拿4块糖各自去吃，吃完4块糖后再向 她报告。显然这种方法工作 效率大大提高，她可以腾出更多的 时间改作业。(直接内存访问(DMA)方式) 方法4： 权力下放，把发糖的事交给另一个人分管，只是必要时 她才过问一下。(通道方式)
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8.3 程序中断方式
处理器在执行程序过程中，被内部或外部的事件所打断， 转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后， 又返回原来的断点，继续执行原来的程序
A请求 中断 主程序 A中断服务程序 B中服 C中服 B请求 C请求
计算机组成原理
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＊CPU何时响应中断请求？ ＊如何保证返回到主程序的
主程序 中服1 中服2 中服3
多级中断可分为一维多级中断和二维多级中 断: 一维多级中断：每级中断里只有一个中断源 二维多级中断：每级中断里又有多个中断源
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计算机组成原理
一维多级中断
中断屏蔽寄存器
优 先 级 比 较
高
优 先 级
主 程 序 D 中 服 A 中 服
低
计算机组成原理
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二维多级中断
计算机组成原理
14
按上述步骤执行cpu资源浪费严重，实际应用中做如下改进： 1.cpu在执行主程序的过程中可周期性的调用各外部设备询问子程序。 2.该程序依次测试各I/O设备的状态是否就绪， 3.如果ready为1则转去执行该设备的任务，如果为0则测试下一个设备。 4.CPU主动询问 。
计算机组成原理
• 输出过程：
• CPU把一个设备地址值放在地址总线上，这一步将选择一个
输出设备 • CPU把数据放在数据总线上 • 输出设备认为数据有效，从而把数据取走。
2016年4月6日10时12分
计算机组成原理
3
如果把高速工作的主机同不同速度工作的外围设备相连 接，如何保证主机与外围设备在时间上同步?
1.速度极慢或简单的外围设备
通道是专用于I/O的处理器，也称IOP。
实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存
之间的数据传送。
进一步减少CPU参与I/O过程。
计算机组成原理
10
I/O控制方式
主要由程序实现
主要由附加硬件实现
程序 查询方式
计算机组成原理
程序 中断方式
DMA方式
通道方式
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8.2 程序查询方式
CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然 后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现 数据输入或输出.
数字量、模拟量、开关量
传送速度差别极大 传送方式不尽相同
串行、并行
编码方式不同
二进制、BCD码、ASCII码„„
计算机组成原理
2
输入输出设备和CPU交换数据的过程：
• 输入过程：
• CPU把一个设备地址值放在地址总线上，这一步将选择一个
输入设备 • CPU等候输入设备的数据成为有效 • CPU从数据总线上读入数据，并放在一个相应的寄存器中
3级中断 服务程序
计算机组成原理
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8.3.3 单级中断
各中断源有优先级的差别
• 离CPU近的优先权高，存在一个由硬件决定的响应优先级。 • 当多个中断源请求时，CPU选择优先级最高的予以响应。
链式查询实现的单级中断
计算机组成原理
与链式总线控制相对应
20
2. 单级中断源的识别
如何确定中断源，并转入被响应的中断服务程序 入口地址，是中断处理首先要解决的问题。 在单级中断中，采用串行排队链法来实现具有公共 请求线的中断源判优识别。其实现逻辑结构如下图示 。
8.2.5 中断控制器(集成8259)
计算机组成原理
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8.3 DMA方式
程序控制传送方式的不足： 外设→CPU→存储器
外设←CPU←存储器
直接存储器存取DMA：
外设→存储器
外设←存储器
DMA 方式：直接内存访问，数据不经 CPU ，直 接在外设和内存之间传送，无需保护CPU现场； DMA 控制器负责地址修改和传送计数，适合高 速设备的成组传送。
CPU在当前指令执行完毕转入公 操作时才受理设备的中断请求
正确位置？ ＊当CPU响应中断后，若有 新的中断请求如何处理？
硬件
保存现场：PC的内容以及当前 指令执行结束后CPU的状态保 存到堆栈中。保证中断处理后 返回到主程序的正确位置。
中断屏蔽：CPU中可设置中断
屏蔽寄存器，“挡住”中断请 求。 “关中断”：中断屏蔽标志置 “1”，屏蔽所有中断请求； 软件 “开中断”：中断屏蔽标志置 “0”，允许所有中断请求。
BS外设接口忙（BuSy）标志
①表示由程序启动外设，将该外设接口的“忙”标志 ⑤表示允许中断标志 ②表示接口向外设发出启动信号； ⑧表示转向该设备的中断服务程序入口； EI为“1”时，接口向 CPU 发出中断请求信号； BS 置“ 1”，“准备就绪”标志RD清 ⑦表示如果“中断屏蔽”标志 IM 为“ 0” 时， CPU 在一条指令执行结束 ④表示当设备动作结束或缓冲寄存器数据填满时，设备向接口送出一 ⑥表示在一条指令执行末尾 CPU 检查中断请求线， （③表示数据由外设传送到接口的缓冲寄存器； 10）表示CPU发出控制信号 C将接口中的 BS 和RD标志复位。 ⑨表示在中断服务程序通过输入指令把接口中数据缓冲寄存器的数据读至 CPU中的寄存器； 后受理外设的中断请求，向外设发出响应中断信号并关闭中断； 控制信号，将数据“准备就绪”标志 将中断请求线的请求信号接收到“中断请求”标志 RD置“1”； IR；
内存工作时间
CPU控制并 使用内存 DMA控制并 使用内存
CPU放弃总线控制权； CPU无法取指，处于不工作状态。
CPU不执 行程序
t
DMA 不工作
DMA 不工作
DMA工作
停止CPU的访问内存 优点: 控制简单，适用于数据传输率很高的设备进行成组传送。 缺点:设备数据间隔远大于内存访问周期，许多内存访问周期浪费了。
中断处理过程是 由硬件和软件结 合完成的。 17
8.3.2程序中断方式的基本接口
程序中断由外设接口的状态和CPU两方面 来控制：
在接口方面，有决定是否向 CPU 发出中断请 求的机构，主要是接口中的“准备就绪”标志 (RD)和“允许中断”标志(EI)两个触发器； 在 CPU 方面，有决定是否受理中断请求的机 构，主要是“中断请求”标志(IR)和“中断屏 蔽”标志(IM)两个触发器。
同一级中断源的处理过程不能嵌套。为什么？
高 优先级 低
链式查询 中断源 高
优 先 级
低
计算机组成原理
某一级中断被响应后，置“1”(关闭)本级和优先权低于本级 中断嵌套：中断处理中又响应中断 的中断屏蔽触发器，置“ 0”(开放)更高级的中断屏蔽触发器。
play
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高
优 先 级
低
→
例1(1) 中断情况下，CPU和设备的优先级如何考虑？设备的先级顺序如何？
A请求 中断 主程序 B请求 C请求
A中断服务程序
计算机组成原理
B中服
C中服
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3. 直接内存访问(DMA)方式
外设控制器(接口卡)中有DMA控制器
• 和CPU分时使用总线； • 数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设
备之间进行。
适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合
计算机组成原理
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4. 通道方式
答：CPU优先级最低。设备次序：A→B→C→D→E→F→G→H→I→CPU (2) 执行B中服时，IM2、IM1、IM0为多少？若执行D中服呢？ 答：执行B中服时，IM2、IM1、IM0为111。若执行D中服，为011。 (3)每一级的IM能否对个别设备单独屏蔽?若不能，什么办法可达到目的? 答：不能。可将设备接口的EI标志置“0”，禁止该设备发出中断请求。 （4)假如设备c一提出中断请求，cpu立即响应，如何调整？ 27 答：将c从第2级取出来，单独放在第3级。
第八章
输入输出系统
8.1 外围设备的速度分级和信息交换方式 ☆ 8.2 程序查询方式 ☆ 8.3 程序中断方式 ☆ 8.4 DMA方式 8.5 通道方式 8.6 通用I/O标准接口
计算机组成原理
1
8.1
外围设备的速度分级与信息交换方式
多种多样的外设