计算机组成原理课后题第5章作业答案
计算机组成原理第5章作业答案
14. 在什么条件下，I/O设备可 以向CPU提出中断请求？
解：I/O设备向CPU提出中断 请求的条件是：I/O接口中的设备 工作完成状态为1（D=1），中断 屏蔽码为0 （MASK=0），且CPU
查询中断时，中断请求触发器状态 为1（INTR=1）。
15. 什么是中断允许触发器？它 有何作用？
程序控制接口、程序中断接口、 DMA接口三种。
11. 简述I/O接口的功能和基本组成。
答： P188 （1）选址功能 （2）传送命令的功能 （3）传送数据的功能 （4）反映I/O设置工作状态的功能
13. 说明中断向量地址和入口地址的 区别和联系。
解： 中断向量地址和入口地址的区别： 向量地址是硬件电路（向量编码器）
输入输出系统
第 五章2. 简要说明C源自U与I/O之间传递信息可 采用哪几种联络方式？它们分别用于什么 场合？
答： CPU与I/O之间传递信息常采用 三种联络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为：
直接控制适用于结构极简单、速度极 慢的I/O设备，CPU直接控制外设处于某种 状态而无须联络信号。
N个数据所需的处理时间=P×N+Q秒 平均每个数据所需处理时间= （P×N+Q）/ N 秒； 求倒数得： 该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/ （P×N+Q）次。
19. 在程序中断方式中，磁盘申请 中断的优先权高于打印机。当打印机正 在进行打印时，磁盘申请中断请求。试 问是否要将打印机输出停下来，等磁盘 操作结束后，打印机输出才能继续进行？ 为什么？
I/O设备匀速运行， 25s后，第二 个中断请求到来，CPU正在执行中断程 序接收第一个数据， 40s时响应；
50s后，第三个中断请求到来， CPU正在执行中断程序接收第二个数据， 要到80s时响应；
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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。
计算机组成原理课后习题答案(一到九章)
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。
计算机组成原理习题答案第五章
对阶之后，尾数相加和相减。
相加：１１．０１１１１０
＋１１．１００００１
１０．１１１１１１
需右规一次，［X＋Y］浮＝０１１０；１．０１１１１１
所以X＋Y＝２１１０×（－０．１００００１）
相减：１１．０１１１１０
＋００．０１１１１１
１１．１１１１０１
需左规４次，［X－Y］浮＝０００１；１．０１００００
④
１５
１６
１７
１８
１９１１０００
１１００１
１１０１０
１１０１１
１１１００１０１０１
１０１１０
１０１１１
１１０００
１１００１
若A≥５，B≥５，
则＋３校正
①和在０～４范围内，不用校正，结果正确。
②和在６～９范围内，当A＜５，B＜５，需＋３校正，而当A＜５，B≥５或A≥５，B＜５
时，不需校正。故校正函数为：
１/４X补＝１．１１１１００１，［４X］补＝１．００１１０００
（４）１．００００１１１
１/４X补＝１．１１００００１，［４X］补＝１．００１１１００
5．证明在全加器里，进位传递函数P＝A i＋Bi＝Ai⊕Bi。
解：并行加法器中的每一个全加器都有一个从低位送来的进位和一个传送给较高位
的进位。进位表达式为
相加：００．０１０１１０
＋１１ ．０１１０００
１１．１０１１１０
需左规一次，［X＋Y］浮＝１０１１；１．０１１１００
所以X＋Y＝２－１０１×（－０．１００１００）
相减：００．０１０１１０
＋００．１０１０００
００．１１１１１０
所以X－Y＝２－１００×０．１１１１１０
（３）X＝２－０１１×０．１０１１００，Y＝２－００１×（－０．１１１１００）
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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。
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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。
1.2 什么是计算机系统的硬件和软件？为什么说计算机系统的硬件和软件在逻辑功能上是 等价的？
答：计算机硬件系统是指构成计算机系统的电子线路和电子元件等物理设备的总称。硬件是 构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。计算机的硬件系统包含运算器、控制器、存 储器、输入设备和输出设备等五大部件。
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
1.5 计算机系统从功能上可划分为哪些层次？各层次在计算机系统中起什么作用？ 答：计算机系统分成五级层次结构，第 1 级为微程序设计级、第 2 级为机器语言级、第 3 级为操作系统级、第 4 级为汇编语言级、第 5 级为高级语言级。
各层次的作用： 微程序级：为机器指令级提供机器指令的解释指行功能。 机器指令级：是软件系统和硬件系统的界面，一条机器指令的功能由微程序机器级的一 段微型程序的功能实现。 操作系统级：调度计算机中的软件和硬件资源。 汇编语言级：它将用户编写的接近人类语言的程序，翻译成能在机器上运行的目标程序。 高级语言级：完全面向用户，是用户关心的目标，可执行各种用途的程序。
1.6 计算机内部有哪两股信息在流动？它们彼此有什么关系？ 答：计算机中有两股信息在流动：一股是控制信息，即操作命令，它分散流向各个部件；一 股是数据信息，它受控制信息的控制，从一个部件流向另一个部件，在流动的过程被相应的 部件加工处理。
计算机组成原理第5章习题参考答案
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。
计算机组成原理课后习题答案(一到九章)
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。
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放一条JMP指令；主存中设向量地址表。 参考8.4.3）
14. 在什么条件下，I/O设备可 以向CPU提出中断请求？ 解：I/O设备向CPU提出中断 请求的条件是：I/O接口中的设备 工作完成状态为1（D=1），中断 屏蔽码为0 （MASK=0），且CPU 查询中断时，中断请求触发器状态 为1（INTR=1）。
输入输出系统
第 五章
2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可 采用哪几种联络方式？它们分别用于什么 场合？ 答： CPU与I/O之间传递信息常采用 三种联络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为： 直接控制适用于结构极简单、速度极 慢的I/O设备，CPU直接控制外设处于某种 状态而无须联络信号。 同步方式采用统一的时标进行联络， 适用于CPU与I/O速度差不大，近距离传送 的场合。 异步方式采用应答机制进行联络，适 用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的 场合。35. 试从5个方面比较程来自中断方式 和DMA方式的区别。
答: P210 (1) 从数据传送看，程序中断方式靠程序传送， DMA方式靠硬件传送。 (2)从CPU响应时间看，程序中断方式是在一 条指令执行结束时响应，而DMA方式可在指令 周期内的任一存取周期结束时响应。 (3) 程序中断方式有处理异常事件的能力， DMA方式没有这种能力，主要用于大批数据的 传送，如硬盘存取、图像处理、高速数据采集 系统等，可提高数据吞吐量。 (4) 程序中断方式需要中断现行程序，故需保 护现场；DMA方式不中断现行程序，无须保护 现场。 (5) DMA的优先级比程序中断的优先级高。
31. 假设某设备向CPU传送信息的 最高频率是40 000次/秒，而相应的中断 处理程序其执行时间为40s，试问该外 设是否可用程序中断方式与主机交换信 息，为什么？ 解：该设备向CPU传送信息的时间 间隔 =1/40K=0.025×103=25s < 40s 则：该外设不能用程序中断方式与 主机交换信息，因为其中断处理程序的 执行速度比该外设的交换速度慢。
答： P188 （1）选址功能 （2）传送命令的功能 （3）传送数据的功能 （4）反映I/O设置工作状态的功能
13. 说明中断向量地址和入口地址的 区别和联系。 解： 中断向量地址和入口地址的区别： 向量地址是硬件电路（向量编码器） 产生的中断源的内存中断向量表表项地 址编号，中断入口地址是中断服务程序 首址。 中断向量地址和入口地址的联系： 中断向量地址可理解为中断服务程 序入口地址指示器（入口地址的地址）， 通过它访存可获得中断服务程序入口地 址。 (两种方法：在向量地址所指单元内
15. 什么是中断允许触发器？它 有何作用？ 解：中断允许触发器是CPU中 断系统中的一个部件，他起着 开关中断的作用（即中断总开 关，则中断屏蔽触发器可视为 中断的分开关）。
16. 在什么条件和什么时间， CPU可以响应I/O的中断请求？ 解：CPU响应I/O中断请求的 条件和时间是：当中断允许状态为 1（EINT=1），且至少有一个中断 请求被查到，则在一条指令执行完 时，响应中断。
由于I/O设备的物理结构和工作 速率一般与主机差异很大，无法直 接相连，因此通常通过I/O接口进行 连接。 I/O接口分类方法很多，主要有： 按数据传送方式分，有并行接 口和串行接口两种； 按数据传送的控制方式分，有 程序控制接口、程序中断接口、 DMA接口三种。
11. 简述I/O接口的功能和基本组成。
20. 试比较单重中断和多重中断服务程序的 处理流程，说明它们不同的原因。
答：P200 比较单重中断和多重中断服务程序 的处理流程，可以发现其区别在于“开 中断”的设置时间不同。 对于单重中断，开中断指令设置在 最后“中断返回”之前，意味着在整个 中断服务处理过程中，不能再响应其他 中断源的请求。对于多重中断，开中断 指令提前至“保护现场”之后，意味着 在保护现场后，若有级别更改的中断源 提出请求（这是实现多重中断的必要条 件），CPU也可以响应，即再次中断现 行的服务程序，转至新的中断服务程序， 这是单重中断与多重中断的主要区别。
3. 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。 答： 5种控制方式：P162 （1）程序查询方式 （2）程序中断方式 （3）直接存储器存取方式（ DMA ） （4） I/O 通道方式 （5） I/O处理机方式
10. 什么是I/O接口?它与端口有何 区别？为什么要设置I/O接口？I/O接 口如何分类？ 解： I/O接口一般指CPU和I/O设 备间的连接部件； I/O端口一般指I/O接口中的各种 寄存器。为了便于程序对这些寄存器 进行访问，通常给每个寄存器分配一 个地址编号，这种编号被称为I/O端口 地址，相应的寄存器也叫作I/O端口。 I/O接口和I/O端口是两个不同的 概念。一个接口中往往包含若干个端 口，因此接口地址往往包含有若干个 端口地址。
21. 中断向量通过什么总线送至什么 地方？为什么？ 答：中断向量通过数据总线 送至CPU（P197），更具体的说 是CPU中的PC( P198 )。 因为要通过中断向量来寻找 设备的中断服务程序入口地址 （P196），中断响应阶段将形成 的向量地址即中断向量送至PC, 作 为下一条指令的地址，即设备的 中断服务程序入口地址，转至执 行中断服务程序。（P198）
22. 程序查询方式和程序中断方式 都是通过“程序”传送数据，两者的区 别是什么？ 答：程序查询方式通过“程序”传 送数据时，程序对I/O的控制包括了I/O 准备和I/O传送两段时间。由于I/O的工 作速度比CPU低得多，因此程序中要 反复询问I/O的状态，造成“踏步等 待”，严重浪费了CPU的工作时间。 而程序中断方式虽然也是通过“程 序”传送数据，但程序仅对I/O传送阶 段进行控制，I/O准备阶段不需要CPU 查询。故CPU此时照样可以运行现行 程序，与I/O并行工作，大大提高了 CPU的工作效率。
17. 某系统对输入数据进行取样处理， 每抽取一个输入数据，CPU就要 中断处理一次，将取样的数据存 至存储器的缓冲区中，该中断处 理需P秒。此外，缓冲区内每存储 N个数据，主程序就要将其取出进 行处理，这个处理需Q秒。试问该 系统可以跟踪到每秒多少次中断 请求？
解：这是一道求中断饱和度的题， 要注意主程序对数据的处理不是中断处 理，因此Q秒不能算在中断次数内。 N个数据所需的处理时间=P×N+Q秒 平均每个数据所需处理时间= （P×N+Q）/ N 秒； 求倒数得： 该系统跟踪到的每秒中断请求数=N/ （P×N+Q）次。
举例说明： （输入） 假设初始CPU空闲，则当I/O将第 一个数据放在接口的数据缓冲寄存器中 后，向CPU发第一个中断请求，CPU立 即响应； I/O设备匀速运行， 25s后，第二 个中断请求到来，CPU正在执行中断程 序接收第一个数据， 40s时响应； 50s后，第三个中断请求到来， CPU正在执行中断程序接收第二个数据， 要到80s时响应； 75s后，第四个中断请求到来，但 此时第三个中断请求还没有响应，则放 在数据缓冲寄存器中的第三个数据来不 及接收，被第四个数据冲掉；
19. 在程序中断方式中，磁盘申请 中断的优先权高于打印机。当打印机正 在进行打印时，磁盘申请中断请求。试 问是否要将打印机输出停下来，等磁盘 操作结束后，打印机输出才能继续进行？ 为什么？ 解：这是一道多重中断的题，由于 磁盘中断的优先权高于打印机，因此应 将打印机输出停下来，等磁盘操作结束 后，打印机输出才能继续进行。因为打 印机的速度比磁盘输入输出的速度慢， 并且暂停打印不会造成数据丢失。