计算机组成原理64116

计算机组成原理64116
计算机组成原理64116

第一章

1.完整的计算机系统应包括配套的硬件设备和软件系统。

2.计算机硬件包括运算器、控制器、存储器、输入设备

和输出设备。其中运算器、控制器和存储器组成主机运算器和控制器可统称为CPU。

3.基于存储程序原理的冯·诺依曼计算机工作方式的基本特点是按地址访问并顺序执行指令。

5.系统程序是指用来对整个计算机系统进行调度、管理、监视及服务的各种软件,应用程序是指用户在各自的系统中开发和应用的各种程序。

6.计算机与日常使用的袖珍计算机的本质区别在于自动化程度的高低。

7.为了更好地发挥计算机效率和方便用户,20世纪50年代发展了操作系统技术通过它对计算机进行管理和调度。

8.指令和数据都存放在存储器中,控制器能自动识别它们。

9.计算机系统没有系统软件中的操作系统就什么工作都不能做。

10.在用户编程所用的各种语言中与计算机本身最为密切的语言是汇编语言。11.计算机唯一能直接执行的语言是机器语言.

12.电子计算机问世至今计算机类型不断推陈出新但依然保存存储程序的特点最早提出这种观点的是冯·诺依曼。

13.汇编语言是一种面向机器的语言,对机器依赖性很强,用汇编语言编制的程序执行速度比高级语言快。

14.有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中称为固件。

15.计算机将存储、运算逻辑运算和控制三部分合称为主机,再加上输入设备和输出设备组成了计算机硬件系统。

16.1μs= 10-6s,其时间是1ns的1000 倍。

17.计算机系统的软件可分为系统软件和应用软件,文本处理属于应用软件,汇编程序属于系统软件。

18.指令的解释是由计算机的控制器来完成的,运算器用来完成算数和逻辑运算。

23.存储器的容量可以用KB、MB和GB表示,它们分别代表 2 10字节,2 20字节和2 30字节。

24.计算机硬件的主要技术指标包括机器字长、存储容量、运算速度。

第二章

1. 1946年研制成功的第一台电子计算机称为ENIAC 。

3. 集成电路的发展,到目前为止,依次经历了小规模集成(SSI)、规模集成(MSI)、大规模集成(LSI)和超大规模集成(VLSI)四个阶段。

5.数控机床是计算机在过程控制方面的应用,邮局实现信件自动分拣是计算机在模式识别方面的应用。

6.人工智能研究用计算机模拟人类智力活动的有关理论与技术,模式识别研究用计算机对物体、图像、语言、文字等信息进行自动识别。

7.计算机在过程控制应用中,除计算机外,A/D转换器是重要部件,它能把模拟量转换成计算机能识别的信号。

10.计算机按其工艺和器件特点,大致经历了四代变化,第一代从1946年开始,采用电子管;第二代从1958年开始,采用晶体管,第三代从1965年开始,采用中小规模集成电路。第四代从1971年开始,采用大规模和超大规模集成电路。

11.电子计算机的英文名是Computer ,世界上第一台电子计算机命名为ENIAC ,它是由宾夕法尼亚州立大学制成。

12. 数字计算机用来处理离散型的信息,而模拟计算机用来处理连续性的信息。

13.以电压的高低来表示数值,其精度有限的计算机称为模拟计算机。

14.将许多电子元件集成在一片芯片上称为IC 。(用英文缩写字母表示)

15. 人工智能(简称AI)的目标是由人类将思考力、判断力和学习力赋予计算机。

16.计算机发展至今,虽然与早期相比面貌全非,但存储程序的特点依然不变。

17.操作系统最早出现在第三代计算机上。

18.网络技术的应用主要有电子商务、网络教育和敏捷制造等。

19.多媒体技术是计算机技术和视频、音频及通信技术集成的产物。

20.在微型计算机广泛的应用领域中,财务管理属于数据处理方面的应用。

21.在远程导弹系统中,将计算机嵌入到导弹内,这种计算机属于专用计算机,在计算机的应用领域中属于过程控制。

22.机器人属于人工智能领域的一项重要应用。

23.把各类专家丰富的知识和经验以数据形式存于知识库内,通过专用软件,根据用户查询的要求,向用户做出解答。这种系统通常被称作专家系统,属于人工智能领域的应用范畴。

第三章

1.在做手术过程中,医生经常将手伸出等护士将手术刀递上,待医生握紧后,护士才松手。如果把医生和护士看成是两个通信模块上述一系列动作相当于异步通信中的全互锁方式。

2.按联接部件不同,总线可分为片内总线、系统总线和通信总线三种。

3.系统总线是连接CPU、主存、I\O之间的信息传送线,按传输内容不同,又可分为地址线数据线和,控制线分别用来传送地址数据和控制信号、响应信号和时序信号。

4.Plug and Play的含义是即插即用。PCI总线标准具有这种功能。

5.一个总线传输周期包括申请分配阶段、寻址阶段、传输阶段和结束阶段四个阶段。

6.总线上的主模块是指对总线有控制权的模块,从模块是指被主模块访问的模块,只能响应从主模块发来的各种总线命令。

7.总线的通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调如何配合通常有同步通信异步通信半同步通信和分离式通信四种。

8.同步通信的主要特点是通信双方由统一时钟控制数据的传输,一般用于总线长度较短,总线上各部件存取时间比较一致的场合;异步通信的特点是通信双方没有公共的时钟标准,采用应答方式通信,一般用于总线上各部件速度不一致的场合。

9.每个总线部件一般都配有三态门电路,以避免总线访问冲突,当某个部件不占用总线时,由该电路禁止向总线发出信息。

10.总线同步通信影响总线效率的原因是必须按最慢速度的部件来设计公共时钟。

11.在总线的异步通信方式中,通信的双方可以通过不互锁、半互锁和全互锁三种类型联络。

13.按数据传送方式不同,总线可分为串行传输总线和并行传输总线。

14.单向总线只能将信息从总线的一端传到另一端,不能反向传输。

15.总线判优控制可分为集中式和分布式两种。

16.在同步通信中,设备之间没有应答信号,数据传输在公共时钟信号的控制下进行。

17.在异步通信中,没有固定的总线传输周期,通信双方通过应答(握手)信号联络。

18.在计数器定时查询方式下,采用每次从上一次计数的终止点开始计数的方式,可使每个设备使用总线的优先级相等。

19.总线复用技术是指不同的信号(如地址信号和数据信号)共用同一组物理学线路,分时使用,此时需配置相应的电路。

20. 半同步通信既有统一的时钟信号,又允许不同速度的模块和谐工作,为此需增设一条“等待”(WAIT)响应信号线。

第四章

填空

1. 主存、快速缓冲存储器、通用寄存器、磁盘、磁带都可以用来存储信息,按存取时间由快至慢排列,其顺序是通用寄存器、快速缓存寄存器、主存、磁盘、磁带。

2. Cache、主存和辅存组成三级存储系统,分级的目的是提高访存速度,扩大存储容量。

3. 半导体静态RAM依据触发器原理存储信息,半导体动态RAM依据电容存储电荷原理存储信息。

4.动态RAM依据电容存储电荷的原理存储信息,因此一般在2ms时间内必须刷新一次,刷新与行地址有关,该地址由刷新地址计数器给出。

7. 半导体静态RAM进行读/写操作时,必须先接受地址信号,再接受片选和读/写信号。

8. 欲组成一个32K*8位的存储器,当分别选用1K*4位,16K*1位,2K*8位的三种不同规格的存储芯片时,各需64 、16 和16片。

9. 欲组成一个64K*16位的存储器,若选用32K*8位的存储芯片,共需4片;若选用16K*1位的存储芯片,则需64片;若选用1K*4位的存储芯片共需256片。

10. 用1K*1位的存储芯片组成容量为16K*8位的存储器共需128片,若将这些芯片分装在几块板上,设每块板的容量为4K*8位,则该存储器所需的地址码总位数是14,其中2位用于选板,2位用于选片,10位用于存储芯片的片内地址。

18. 主存可以和缓存、辅存和CPU交换信息,辅存可以和主存交换信息,快速缓存可以和主存、CPU交换信息。

19. 缓存是设在CPU和主存之间的一种存储器,其速度与CPU速度匹配,其容量与缓存中数据的命中率有关。

20. 存储器由m(m=1,2,4,8……)个模块组成,每个模块有自己的地址和数据寄存器,若存储器采用模m编址,存储器带宽可增加到原来的m倍。

21. 设有八体并行低位交叉存储器,每个模块的存储容量是64K*32位,存取周期是500 ns,则在500 ns内,该存储器可向CPU提供256位二进制信息,比单个模块存储器的速度提高了7倍。

22. 使用高速缓冲存储器是为了解决CPU和主存的速度匹配问题,提高访存速度,缓存的地址对用户是透明的,存储管理主要由硬件实现。使用虚拟存储器是为了解决扩大存储器容量问题,存储管理主要由硬件和操作系统实现。后一种情况下,CPU不直接访问第二级存储器。

23. 主存储器容量通常以KB为单位,其中K=1024。硬件的容量通常以GB为单位,其中G=2的30次方。

24. 主存储器位1MB即等于1024 KB。

25. 当我们说16位微机的主存储器容量是640KB时,表示主存储器有655360字节存储空间,地址号从0到655359。

26. 将主存地址映射到Cache中定位成为地址映像,将主存地址变换成Cache地址称为地址表换,当新的主存块需要调入Cache中,而它的可用地址又被占用时,需根据替换算法解决调入问题。

27.主存和Cache的地址的映像方法很多,常用的有直接映像、全相联映像组相联映像三种,在存储管理上常用的替换算法是先进先出算法和近期最少使用算法。

28.Cache的命中率是指CPU要访问的信息已在Cache中的比率,命中率与Cache 的块长和容量有关。

29.Flash Memory具有高性能、低功耗、高可靠性以及瞬时启动的能力,常作为固态盘,用于便携式电脑中。

30.在Cache-主存层次的存储系统中,存储管理常用的替换算法是LRU 和FIFO ,前者命中率高。

31.虚拟存储器指的是主存-辅存层次,它可给用户提供一个比实际主存空间大得多的虚拟地址空间。

32.Cache是一种高速缓冲存储器,用来解决CPU与主存之间速度不匹配的问题。现代的Cache可分为片载Cache 和片外Cache 两级,并将指令Cache 和数据Cache 分开设置。

41.虚拟存储器通常由主存和辅存两级组成。为了要运行某个程序,必须把逻辑地址映射到主存的物理地址空间上,这个过程叫地址映像。

42.计算机的存储结构系统通常采用层次结构。在选择各层次所用的器件时,应综合考虑速度、容量、成本、密度、能耗。

43.在Cache-主存的地址映像中,全相联映像灵活性强,全相联映像成本最高。

44.在写操作时,对Cache与主存单元同时修改的方法称为写直达法,若每次只暂时写入Cache,直到替换时才写入主存的方法称为写回法。

45.一个n路组相联映像的Cache中,共有M块数据。当n=1时,该Cache变为直接映像;当n=M时,该Cache成为全相联映像。

46.由容量为16KB的Cache和容量为16MB的主存构成的存储系统的容量为

16MB 。

47.层次化存储器结构设计的依据是程序访问的局部性原理。

48.一个四路组相联的Cache共有64块,主存共有8192块,每块32个字。则主存地址中的主存字块标记为9 位,组地址为4 位,字块内地址为5 位。

49.在虚拟存储器系统中,CPU根据指令生成的地址是逻辑地址(或虚拟地址),经过转换后的地址是物理地址(或实际地址)。

第五章

1. I/O 接口电路通常具有选址、传送命令、传送数据和反映设备状态功能。

2. I/O 的编址方式可分为不统一编址和统一编址两大类,前者需有独立的I/O 指令,后者可通过访存指令和设备交换信息。

3. I/O 和CPU之间不论是采用串行传送还是并行传送,它们之间的联络方式(定时方式)可分为立即响应、异步定时(采用应答信号)、同步定时(采用同步时标)三种。

4. 主机与设备交换信息的控制方式中,程序查询方式主机与设备是串行工作的,

中断方式和DMA 方式主机与设备是并行工作的,且DMA 方式主程序与信息传送是并行进行的。

5. CPU在指令执行周期结束时刻采样中断请求信号(在开中断情况下),而在存储周期结束时刻采样DMA 的总线请求信号。

6. I/O 与主机交换信息的方式中,程序查询方式和中断方式都需通过程序实现数据传送,其中程序查询方式体现CPU与设备是串行工作的。

7.如果CPU处于开中断状态,一旦接受了中断请求,CPU就会自动关中断,防止再次接受中断。同时为了返回主程序断点,CPU需将程序计数器内容存至存储器(或堆栈)中。中断处理结束后,为了正确返回主程序运行,并且允许接受新的中断,必须恢复寄存器内容(或现场)和开中断。

8. CPU 响应中断时要保护现场,包括对PC内容和寄存器内容的保护,前者通过硬件自动(或中断隐指令)实现,后者可通过软件编程实现。

9. 一次中断处理过程大致可分为中断请求、中断判优、中断响应、中断服务和中断返回等五个阶段。

10. 为了反映外围设备的工作状态,在I/O接口中都设有状态触发器,常见的有“工作”触发器B 、“完成”触发器D 、“中断请求”触发器INTR 和“中断屏蔽”触发器MASK 。

11. D/A 转换是将数字信号转换为模拟信号。

12. A/D转换是将模拟信号转换为数字信号。

13. 按照主机与外设数据传输方式不同,接口可分为并行数据接口和串行数据接口两大类,按照主机与外设交换信息的控制方式不同,接口可分为程序型接口和DMA型接口。

19. 目前常采用一个DMA控制器控制多个I/O设备,其类型分为选择型和多路型。其中选择型特别适合数据传输率很高的设备。

20. 多路型DMA控制器适合于同时为多个慢速外围设备服务,它又可以分为链式多路型和独立请求方式多路型。

21. 在DMA 方式中,CPU和DMA控制器通常采用三种方法来分时使用主存,它们是停止CPU访问主存、周期挪用和DMA和CPU交替访问主存。

22. 显示设备种类繁多,目前微机系统配有的显示器件有CRT显示器、液晶显示器和等离子显示器。显示器所显示的内容有字符、图形、图像三大类。

23. 一台微型计算机通常配置最基本的外部设备,即键盘、鼠标、显示器和打印机等。

24. 通道是具有特殊功能的处理器,它由I/O 指令启动,并以执行通道指令完成外围设备与主存之间进行数据传送。

25. 利用访存指令与设备交换信息,这在I/O 编址方式中称为统一编址。

26. 中断接口电路通过数据总线将向量地址送至CPU。

27. I/O与主机交换信息共有程序查询方式、程序中断方式、DMA方

式、和通道方式五种控制方式。

29. 若显示器接口电路中的刷新存储器容量为1MB,当采用800×600的分辨率模式时,每个像素最多可以有216 种颜色。

34. 终端由键盘和显示器组成,具有输入和输出功能。

35. 激光打印机采用了激光技术和照相技术。

36. 单重中断的中断服务程序的执行顺序为保护现场、设备服务、恢复现场、开中断和中断返回。

37. 多重中断的中断服务程序的执行顺序为保护现场、开中断、设备服务、恢复现场和中断返回。

第六章

1. 计算机中广泛用二进制数进行计算、存储和传递,其主要理由是物理器件性能所致。

2.在整数定点机中,机器数为补码,字长8为(含2位符号位),则所能表示的十进制数范围为-64 至63 ,前者的补码形式为11000000 ,后者的补码形式为00111111 。

3.机器数为补码,字长16位(含1位符号位),用十六进制写出对应于整数定点机的最大整数的补码是7FFF ,最小负数补码是8000 。

7.在整数定点机中,采用1为符号位,若寄存器内容为10000000,当它分别表示为原码、补码、反码及无符号数时,其对应的真值分别为-0 、-128 、-127 和128 (均用十进制表示)。

8.在小数定点机中,采用1为符号位,若寄存器内容为10000000,当它分别表示为原码、补码和反码时,其对应的分值分别为-0 、-1 和-127/128 (均用十进制表示)。

9.在整数定点机中,采用1为符号位,如寄存器内容为11111111,当它分别表示为原码、补码、反码及无符号数时,其对应的真值分别为-127 、-1 、-0 和255 (均用十进制表示)。

10. 在小数定点机中,采用1位符号位,若寄存器内容为1111111,当它分别表示为补码、原码和反码时,其对应的真值分别为-127/128 、-1/128 、和-0 (均用十进制表示)。

11.机器数字长为8为位(含1位符号位),当x=-128(十进制)时,其对应的二进制为-10000000 ,【x】原= 不能表示,【x】反= 不能表示,【x】补= 10000001 ,【x】移= 00000000 。

17.设机器字长为8位(含1位符号位),若机器数为00H(十六进制),当它分别代表原码、补码、反码和移码时,等价十进制整数分别为0 、±0 、0 和-128 。

18.设计器字长为8位(含1位符号位),若机器数为80H(十六进制),当它分别代表原码、补码、反码和移码时等价的十进制整数分别为-0 、-128 、-127 和±0 。

19.设计器字长为8位(含1位符号位),若机器数为81H(十六进制),当它分别代表原码、补码、反码和移码时等价的十进制整数分别为-1 、-127 、-126 和+1 。

20.设计器字长为8位(含1位符号位),若机器数为FEH(十六进制),当它分别代表原码、补码、反码和移码时等价的十进制整数分别为-126 、-2 、-1 和+126 。

21. 设计器字长为8位(含1位符号位),若机器数为FFH(十六进制),当它分别代表原码、补码、反码和移码时等价的十进制整数分别为-127 、-1 、-0 和+127 。

22.采用浮点表示时,若位尾数为规格化形式,则浮点数的表示范围取决于阶码的位数,精度取决于尾数的位数,数符确定浮点数的正负。

23.一个浮点数,当其尾数右移时,欲使其值不变,阶码必须增加。位数右移一位阶码加1 。

24.对于一个浮点数,阶码的大小确定了小数点的位置,当其尾数左移时,欲使其值不变,必须是阶码减少。

25.采用浮点表示时,最大浮点数的阶符一定为正,尾数的符号一定为正。最小浮点数的阶码一定为正,尾数的符号一定为负。

26.移码常用来表示浮点数的阶码部分,移码和补码除符号位尾数外,其他各位数符。

27.采用浮点表示时,当阶码和尾数的符号均为正,其他的数字全部为 1 时,表示的是最大的浮点数。当阶码的符号为正,尾数的符号为负,其他数字全部为1时,这是最小的浮点数。

28.设浮点数字长为24位,欲表示-6×104~6×104之间的十进制数,在保证数的最大精度条件下,除阶符、数符各取1位外,阶码应取 5 位,尾数应取17位。按这样分配,这24位浮点数的溢出条件是阶码大于+31 。

29.已知16位长的浮点数,欲表示-3×104~3×104之间的十进制数,在保证数的最大精度条件下,除阶符、数符各取1位外,阶码应取 4 位,尾数应取10位。这种格式的浮点数(补码形式),当阶码小于-16 时,按机器零处理。

30. 当0 >x > -1时,满足[x]原=[x]补的x值是-1/2 ;当0>x>-27时,满足[x]原=[x]补的x值是-64 。

31.最少需用17 位二进制数可表示任一五位长的十进制数。

32.设24位长的浮点数,其中阶符1位,阶码5位,数符1位,尾数17位,阶码和尾数均用补码表示,且尾数采用规格化形式,则它能表示的最大正数真值是231×(1-217),非零最小正数真值是2-33,绝对值最大的负数真值是-231,绝对值最小的负数真值是2-32×(-2-1-217)(均用十进制表示)

34.设机器数字长为8位(含1位符号位),对应十进制数x=-0.6875的[x]原为

1.1011000 ,[x]补为 1.0101000 ,[x]反为 1.0100111 ,[-x]原为0.1011000 ,[-x]补为

0.1011000 ,[-x]反为0.1011000 。

35.设机器数字长为8位(含1位符号位),对应十进制数x=-52的[x]原为1,0110100 ,[x]补为1,1001100 ,[x]反为1,1001011 ,[-x]原为0,0110100 ,[-x]补为0,0110100 ,[-x]反为0,0110100 。

36.补码表示的二进制浮点数,尾数采用规格化形式,阶码3位(含阶符1位),尾数5位(含1位符号位),则所对应的最大正数真值为7.5 ,最小正数真值为1/32 ,最大负数真值为-9/256 ,最小负数真值为-8 (写出十进制各位数值)。

39.已知十进制数x=-5.5,分别写出对应8位字长的定点小数(含1位符号位)和浮点数其中阶符1位,阶码2位,数符1位,尾数4位)的各种机器数,要求定点数比例因子选取2-4,浮点数为规格化数,则定点表示法对应的[x]原为 1.0101100 ,[x]补为 1.1010100 ,[x]反为 1.1010011 ,浮点表示法对应的[x]原为0,11;1.1011 ,[x]补为0,11;1.0101 ,[x]反为0,11;1.0100 。

42.在计算机中,一个二进制代码表示的数可被理解为指令或数据

或字符或地址或逻辑值。

43.已知[x]补=x0。x1x2…x n,则[-x]补= x0x1x2x3…x n+2-n 。

第七章

1. 指令字中的地址码字段(形式地址)有不同的含意,它是通过寻址方式体现的,因为通过某种方式的变换,可以得出有效地址。常用的指令地址格式有零地址、一

地址、二地址和三地址四种。

2. 在非立即寻址的一地址格式指令中,其中一个操作数通过指令的地址字段安排在寄存器或存储器中。

3. 在二地址格式指令中,操作数的物理位置有三种形式,它们是寄存器--寄存器型、寄存器--存储器型和存储器--存储器型。

4. 对于一条隐含寻址的算术运算指令,其指令字中不明确给出操作数的地址,其中一个操作数通常隐含在累加器中。

5. 立即寻址的指令其指令的地址字段指出的不是操作数的地址,而是操作数本身。

6. 寄存器直接寻址操作数在寄存器中,寄存器间接寻址操作数在存储器中,所以执行指令的速度前者比后者快。

24. RISC的英文全名是Reduced Instruction Set Computer中文含义是精简指令系统计算机;CISC是Complex Instruction Set Computer ,它的中文含义是复杂指令计算机。

25.RISC指令系统选取使用频度较高的一些简单指令,复杂指令的功能由简单指令的组合来实现。其指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式种类少,只有取数/存数指令访问存储器,其余指令的操作都在寄存器之间进行,且采用流水线技术,大部分指令在一个时钟周期时间内完成。

26.操作数由指令直接给出的寻址方式为立即寻址。

27.只有操作码没有地址码的指令称为零地址格式指令。

28.在指令的执行阶段需要两次访问存储器的指令通常采用存储器间接寻址。

29.需要通过计算才能获得有效地址的寻址方式常见的有变址寻址、基址寻址

和相对寻址。

30.在一地址的运算指令中,通常第一操作数在累加器中,第二操作数由指令地址码给出,运算结果在累加器。

31.操作数的地址直接在指令中给出的寻址方式是直接寻址。

32.操作数的地址在寄存器中的寻址方式是寄存器间接寻址。

33.操作数的地址在主存储器中的寻址方式是存储器间接寻址。

34.操作数的地址隐含在指令的操作码中,这种寻址方式是隐含寻址。

35.在寄存器寻址中,指令的地址码给出寄存器号,而操作数在寄存器中。

36.在寄存器间接寻址中,指令中给出的是操作数地址所在的寄存器编号。

37.程序控制类指令包括各类转移指令,用户常用的有无条件转移指令、条件转移指令和子程序调用指令。

38.基址寻址方式的操作数地址由基址寄存器的内容与指令地址码字段给出的地址(或形式地址)求和产生。

39.相对寻址方式中的操作数地址由当前PC值与指令地址码字段给出的位移量(或形式地址)求和产生。

40.变址寻址和基址寻址的有效地址形成方式极为相似,但它们的应用场合不同,前者主要用于处理数组程序,后者支持多道程序的应用。

第九章

1.CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫做指令周期,它常常用

若干个机器周期来表示,而后者又包含若干个时钟周期。

2.对于某些指令(如乘法指令),控制器通常采用局部控制方式来控制指

令的执行,但这种控制中的节拍宽度与中央控制的节拍宽度是相等的,而且这两种控制是同步的。

3.控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令

叫做微命令,而执行部件执行此控制命令后所进行的操作叫做微操作。

4.控制器的控制方式分同步控制,异步控制,联合控制,人工控制四

类。

5.CPU采用同步控制方式时,控制器使用机器周期和节拍组成的多极时

序系统。

6.程序顺序执行时,后继指令的地址由PC自动加1 形成,遇到转移指令和

调用指令时,后继指令的地址从指令寄存器的地址码字段获得。

7.控制器在生成各种控制信号时,必须按照一定的时序进行,以便对各种

操作实施时间上的控制。

8.中央与局部控制相结合的控制属于同步控制方式,要求中央节拍的宽度

与局部控制节拍的宽度相同。

9.控制器的控制方式中,机器周期中的节拍数可以不同,这属于同步控制。

10.在总线复用的CPU中,地址线和数据线公用一组总线,必须采用分

时控制的方法,先给地址信号,并用地址锁存信号将其保存。

11.

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13.

计算机组成原理第五版 白中英(详细)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)的指令流程图及微操作信号序列如下:

STO R1, (R2) R/W=R DR O, G, IR i R2O, G, AR i R1O, G, DR i 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:

PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 3O , G, AR i DR O , G, R 0i R/W=R LAD (R3), R0 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 ,T 2=400ns ,T 3=200ns ,试画出时序产生器逻辑图。 解:取节拍脉冲T l 、T 2、T 3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T 3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C 4外,还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3;并令 211C C T *=;321C C T *=;313C C T =,由此可画出逻辑电路图如下:

计算机组成原理第五版 白中英(详细)第4章习题参考答案

第4章习题参考答案 1.ASCII码是7位,如果设计主存单元字长为32位,指令字长为12位,是否合理?为什么? 答:不合理。指令最好半字长或单字长,设16位比较合适。一个字符的ASCII 是7位,如果设计主存单元字长为32位,则一个单元可以放四个字符,这也是可以的,只是在存取单个字符时,要多花些时间而已,不过,一条指令至少占一个单元,但只占一个单元的12位,而另20位就浪费了,这样看来就不合理,因为通常单字长指令很多,浪费也就很大了。 2.假设某计算机指令长度为32位,具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式,指令系统共有70条指令,请设计满足要求的指令格式。 答:字长32位,指令系统共有70条指令,所以其操作码至少需要7位。 双操作数指令 单操作数指令 无操作数指令 3.指令格式结构如下所示,试分析指令格式及寻址方式特点。 答:该指令格式及寻址方式特点如下: (1) 单字长二地址指令。 (2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。 (3) 源和目标都是通用寄存器(可分指向16个寄存器)所以是RR型指令,即两个操作数均在寄存器中。 (4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。 4.指令格式结构如下所示,试分析指令格式及寻址方式特点。 15 10 9 8 7 4 3 0 答:该指令格式及寻址方式特点如下: (1)双字长二地址指令,用于访问存储器。 (2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。 (3)RS型指令,一个操作数在通用寄存器(选择16个之一),另一个操作数 在主存中。有效地址可通过变址寻址求得,即有效地址等于变址寄存器(选择16个之一)内容加上位移量。

计算机组成原理第五章单元测试(含答案)

第五章指令系统测试 1、以下四种类型指令中,执行时间最长的是()(单选) A、RR型指令 B、RS型指令 C、SS型指令 D、程序控制类指令 2、程序控制类指令的功能是()(单选) A、进行算术运算和逻辑运算 B、进行主存与CPU之间的数据传送 C、进行CPU和I/O设备之间的数据传送 D、改变程序执行的顺序 3、单地址指令中为了完成两个数的算术运算,除地址码指明的一个操作数外,另一个常需采用的寻址方式是( )(单选) A、立即数寻址 B、寄存器寻址 C、隐含寻址 D、直接寻址 4、下列属于指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是()(单选) A、为了实现软件的兼容和移植 B、缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程灵活性 C、为程序设计者提供更多、更灵活、更强大的指令 D、丰富指令功能并降低指令译码难度 5、寄存器间接寻址方式中,操作数存放在()中(单选) A、通用寄存器 B、主存 C、数据缓冲寄存器MDR D、指令寄存器 6、指令采用跳跃寻址方式的主要作用是() (单选) A、访问更大主存空间 B、实现程序的有条件、无条件转移 C、实现程序浮动 D、实现程序调用 7、下列寻址方式中,有利于缩短指令地址码长度的是()(单选) A、寄存器寻址 B、隐含寻址 C、直接寻址

D、间接寻址 8、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式,假定指令中给出的寄存器编号为8,8号寄存器的内容为1200H,地址1200H中的内容为12FCH,地址12FCH中的内容为3888H,地址3888H中的内容为88F9H.则该操作数的有效地址为( ) (单选) A、1200H B、12FCH C、3888H D、88F9H 9、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式,假定指令中给出的寄存器编号为8,8号寄存器的内容为1200H,地址1200H中的内容为12FCH,地址12FCH中的内容为3888H,地址3888H中的内容为88F9H.则该操作数为( ) (单选) A、1200H B、12FCH C、3888H D、88F9H 10、某计算机按字节编址,采用大端方式存储信息。其中,某指令的一个操作数的机器数为ABCD 00FFH,该操作数采用基址寻址方式,指令中形式地址(用补码表示)为FF00H,当前基址寄存器的内容为C000 0000H,则该操作数的LSB(即该操作数的最低位FFH)存放的地址是( ) (单选) A、C000 FF00H B、C000 FF03H C、BFFF FF00H D、BFFF FF03H 11、假定指令地址码给出的是操作数所在的寄存器的编号,则该操作数采用的寻址方式是( )(单选) A、直接寻址 B、间接寻址 C、寄存器寻址 D、寄存器间接寻址 12、相对寻址方式中,操作数有效地址通过( )与指令地址字段给出的偏移量相加得到(单选) A、基址寄存器的值 B、变址寄存器的值 C、程序计数器的值 D、段寄存器的值 13、下列关于二地址指令的叙述中,正确的是( ) (单选) A、运算结果通常存放在其中一个地址码所指向的位置 B、地址码字段一定是操作数 C、地址码字段一定是存放操作数的寄存器编号

计算机组成原理课后复习资料白中英主编第五版立体化教材

计算机组成原理第五版习题答案计算机组成原理第五版习题答案 第一章 (1) 第二章 (3) 第三章 (14) 第四章 (19) 第五章 (21) 第六章 (27) 第七章 (31) 第八章 (34) 第九章 (36)

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计算机组成原理第五版习题答案第一章 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:采用存储程序的方式,编制好的程序和数据存放在同一存储器中,计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务;在机器内部,指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。主要组成部分有::运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。 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.计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令,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数据流。 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。 11.第一级是微程序设计级,这是一个实在的硬件级,它由机器硬件直接执行微指令; 第二级是一般机器级,也称为机器语言级,它由程序解释机器指令系统;第三级是操作系统级,它由操作系统实现;第四级是汇编语言级,它给程序人员提供一种符号形式语言,以减少程序编写的复杂性;第五级是高级语言级,它是面向用户的,为方便用户编写应用程序而设置的。用一系列的级来组成计算机的接口对于掌握计算机是如何组成的提供了一种好的结构和体制,而且用这种分级的观点来设计计算机对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的。

计算机组成原理(本科生) (5)

本科生期末试卷(5) 一、选择题(每小题2分,共30分) 1某机字长64位,1位符号位,63位表示尾数,若用定点整数表示,则最大正整数位()。 A +(263-1) B +(264-1) C -(263-1) D -(264-1) 2请从下面浮点运算器中的描述中选出两个描述正确的句子()。 A 浮点运算器可用两个松散连接的定点运算部件一阶码和尾数部件来实现。 B 阶码部件可实现加,减,乘,除四种运算。 C 阶码部件只进行阶码相加,相减和比较操作。 D 尾数部件只进行乘法和除法运算。 3存储单元是指()。 A 存放1个二进制信息位的存储元 B 存放1个机器字的所有存储元集合 C 存放1个字节的所有存储元集合 D 存放2个字节的所有存储元集合 4某机字长32位,存储容量1MB,若按字编址,它的寻址范围是()。 A 0—1M B 0—512KB C 0—56K D 0—256KB 5用于对某个寄存器中操作数的寻址方式为()。 A 直接 B 间接 C 寄存器直接 D 寄存器间接 6程序控制类的指令功能是()。 A 进行算术运算和逻辑运算 B 进行主存与CPU之间的数据传送 C 进行CPU和I/O设备之间的数据传送

D 改变程序执行的顺序 7指令周期是指()。 A CPU从主存取出一条指令的时间 B CPU执行一条指令的时间 C CPU从主存取出一条指令加上执行一条指令的时间 D 时钟周期时间 8描述当代流行总线结构中基本概念不正确的句子是()。 A 当代流行的总线不是标准总线 B 当代总线结构中,CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连 C 系统中允许有一个这样的CPU模块 9 CRT的颜色为256色,则刷新存储器每个单元的字长是()。 A 256位 B 16位 C 8位 D 7位 10发生中断请求的条件是()。 A 一条指令执行结束 B 一次I/O操作结束 C 机器内部发生故障 D 一次DMA操作结束 11中断向量地址是()。 A 子程序入口地址 B 中断服务程序入口地址 C 中断服务程序入口地址指示器 D 例行程序入口地址 12 IEEE1394所以能实现数据传送的实时性,是因为()。 A 除异步传送外,还提供同步传送方式

计算机组成原理5

CPU 组成与机器指令执行实验 一、实验目的 (1)将微程序控制器同执行部件(整个数据通路)联机,组成一台模型计算机;(2)用微程序控制器控制模型机数据通路; (3)通过CPU 运行九条机器指令(排除中断指令)组成的简单程序,掌握机器指令与微指令的关系,牢固建立计算机的整机概念。 二、实验电路 本次实验用到前面四个实验中的所有电路,包括运算器、存储器、通用寄存器堆、程序计数器、指令寄存器、微程序控制器等,将几个模块组合成为一台简单计算机。因此,在基本实验中,这是最复杂的一个实验,也是最能得到收获的一个实验。在前面的实验中,实验者本身作为“控制器”,完成数据通路的控制。而在本次实验中,数据通路的控制将由微程序控制器来完成。CPU 从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个机器指令周期,是由微指令组成的序列来完成的,即一条机器指令对应一个微程序。 三、实验要求 (1)对机器指令系统组成的简单程序进行译码。 将下表的程序按指令格式手工汇编成十六进制机器代码,此项任务应在预习时完成。完成表1. (2)按照下面框图,参考前面实验的电路图完成连线,控制器是控制部件,数据通路(包括上面各模块)是执行部件,时序产生器是时序部件。连线包括控制台、时序部分、数据通路和微程序控制器之间的连接。其中,为把操作数传送给通用寄存器组 RF,数据通路上的RS1、RS0、RD1、RD0 应分别与IR3 至IR0 连接,WR1、WR0 也应接到IR1、IR0 上。 开关控制 控制台时序发生器 时序信号 开关控制指示灯信号控制信号时序信号 控制信号 微程序控制器数据通路 指令代码、条件信号 图13 模型计算机连线示意图 (3)将上述任务(1)中的程序机器代码用控制台操作存入内存中,并根据程序的需要,用数码开关SW7—SW0 设置通用寄存器R2、R3 及内存相关单元的数据。注意:由于设置通用寄存器时会破坏内存单元的数据,因此一般应先设置寄存器的数据,再设置内存数据。 (4)用单拍(DP)方式执行一遍程序,列表记录通用寄存器堆RF 中四个寄存器的数据,以及由STA 指令存入RAM 中的数据(程序结束后从RAM 的相应单元中读出),与理论分析值作对比。单拍方式执行时注意观察微地址指示灯、IR/DBUS 指示灯、AR2/AR1 指示灯和判断字段指示灯的值,以跟踪程序中取指令和执行指令的详细过程(可观察到每一条微指令)。 (5)以单指(DZ)方式重新执行程序一遍,注意观察 IR/DBUS 指示灯、AR2/AR1

计算机组成原理习题 第五章

第五章 一.填空题 1.控制器由于设计方法的不同可分为型、型和型控制器。 2.控制器在生成各种控制信号时,必须按照一定的进行,以便对各种操作实施时间上的控制。 3.微程序控制的计算机中的控制存储器CM是用来存放的。 4.在微指令的字段编码法中,操作控制字段的分段并非是任意的,必须遵循的分段原则中包括:①把性的微命令分在同一段内;②一般每个小段要留出一个状态,表示。 5.微指令分为和微指令两类,微指令可以同时执行若干个微操作,所以执行机器指令的速度比微指令快。 6.在CPU中,指令寄存器的作用是,其位数取决于;程序计数器的作用是,其位数取决于。 7.指令周期是,最基本的指令周期包括和。 8.根据CPU访存的性质不同,可将CPU的工作周期分为、、和。 9.在CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器是,保存下一条指令地址的寄存器是,保存CPU访存地址的寄存器是。 10.中断判优可通过和实现,前者速度更快。 11.中断服务程序的入口地址可通过和寻找。 12.在硬件向量法中,可通过两种方式找到服务程序的入口地址,一种是,另一种是。 13.CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫做,它常常用若干个来表示,而后者又包含有若干个。 14.程序顺序执行时,后继指令的地址由形成,遇到转移指令和调用指令时,后继指令的地址从获得。 15.控制器在生成各种控制信号时,必须按照一定的进行,以便对各种操作实施时间上的控制。 16.机器X和Y的主频分别是8MHz和12MHz,则X机的时钟周期为μs。

若X机的平均指令执行速度为0.4MIPS,则X机得平均指令周期为μs。若两个机器的机器周期内时钟周期数相等,则Y机得平均执行速度为MIPS。 17.一个主频为25MHz的CPU,平均每条指令包含2个机器周期,每个机器周期包含2个时钟周期,则计算机的平均速度是。如果每两个机器周期中有一个用于访存,而存储器速度较慢,需再插入2个时钟周期,此时指令周期为μs。 18.微指令格式可分为型和型两类,其中型微指令用较长的微程序结构换取较短的微指令结构。 19.在用微程序实现的控制器中,一条机器指令对应若干条,它又包含若干。微指令格式分成型和型两类,型微指令可同时执行若干个微操作,所以执行指令的速度比快。 20.实现机器指令的微程序一般存放在中,而用户程序存放在中,前者的速度比后者。若采用水平型微指令,则微指令长度一般比机器指令。 21.某计算机采用微程序控制,微指令字中操作控制字段共16位,若采用直接控制,则可以定义种微操作,此时一条微指令最多可同时启动个微操作。若采用编码控制,并要求一条微指令需同时启动4个微操作,则微指令字中的操作控制字段应分段,若每个字段的微命令数相同,这样的微指令格式最多可包含个微操作命令。 22.在微程序控制器中,一次能够定义并执行多个并行操作命令的微指令叫 做型微指令。若采用微操作码方式,一次只能执行一个操作命令的微指令(例如,控制信息从某个源部件到某个目标部件)叫做型微指令,后者实现一条机器指令的微程序要比前者编写的微程序。 23.在串行微程序控制器中,执行现行微指令的操作与取下一条微指令的操作在时间上是进行的,所以微指令周期等于。在并行为程序控制器中,执行现行微指令的操作与取下一条微指令的操作是进行的,所以微指令周期等于。 二.选择题

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 1.请在括号填入适当答案。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) R/W=R DR O, G, IR i R2O, G, AR i R1O, G, DR i 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:

PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 3O , G, AR i DR O , G, R 0i R/W=R LAD (R3), R0 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 ,T 2=400ns ,T 3=200ns ,试画出时序产生器逻辑图。 解:取节拍脉冲T l 、T 2、T 3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T 3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C 4外,还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3;并令 211C C T *=;321C C T *=;313C C T =,由此可画出逻辑电路图如下:

白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(计算机系统概论 计算机的硬件)

1.3 计算机的硬件 一、硬件组成要素 1.举例说明 要了解数字计算机的主要组成和工作原理,可从打算盘说起。假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔,要求计算这样一个题目。为了和下面讲到的内容做比较,不妨按以下方法把使用算盘进行解题的过程步骤事先用笔详细地记录在带横格的纸上。 (1)首先,将横格纸编上序号,每一行占一个序号,如l,2,3,…,n,如表1-2所示。 (2)其次,把计算式中给定的四个数a,b,c和z分别写到横格纸的第 9,10,11,12行上,每一行只写一个数。 (3)接着详细列出给定题目的解题步骤,而解题步骤也需要记在横格纸上,每一步也只写一行。第一步写到横格纸的第l行,第二步写到第2行,……依次类推。 (4)如表1-2所示,根据表中所列的解题步骤,从第l行开始,一步一步进行计算,最后可得出所要求的结果。

表1-2 解题步骤和数据记录在横格纸上 2.冯·诺依曼体系结构 计算机组成原理讨论的基础就是冯·诺依曼的计算机,其基本设计思想就是存储程序和程序控制,具有以下特点: (1)由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成计算机系统,并规定了这五部分的基本功能。

(2)采用存储程序的方式,程序和数据放在同一个存储器中,指令和数据一样可以送到运算器运算,即由指令组成的程序是可以修改的。 (3)数据以二进制数码表示。 (4)指令由操作码和地址码组成。 (5)指令在存储器中按顺序存放,由指令计数器PC 指明要执行的指令所在单元地址,一般按顺序递增,但可按运算结果或外界条件改变。 (6)机器以运算器为中心,I/O 设备与存储器间数据传送都通过运算器。 计算机硬件系统的基本构成如图1-9所示。 图1-9 冯·诺依曼型计算机 二、 运算器 算术运算和逻辑运算 ; 在计算机中参与运算的数是二进制的 ; 运算器的长度一般是8、16、32或64位。 运算器的结构示意图如图1-10所示。

计算机组成原理第5章习题参考答案

了;或者你才在上一个洞吞了柏忌,下一个洞你就为抓了老鹰而兴奋不已。 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: 只有凭借毅力,坚持到底,才有可能成为最后的赢家。这些磨练与考验使成长中的青少年 受益匪浅。在种种历练之后,他们可以学会如何独立处理问题;如何调节情绪与心境,直 面挫折,抵御压力;如何保持积极进取的心态去应对每一次挑战。往往有着超越年龄的成

了;或者你才在上一个洞吞了柏忌,下一个洞你就为抓了老鹰而兴奋不已。 只有凭借毅力,坚持到底,才有可能成为最后的赢家。这些磨练与考验使成长中的青少年 受益匪浅。在种种历练之后,他们可以学会如何独立处理问题;如何调节情绪与心境,直 面挫折,抵御压力;如何保持积极进取的心态去应对每一次挑战。往往有着超越年龄的成 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: PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 2O , G, AR i R 1O , G, DR i R/W=W STO R1, (R2)

计算机组成原理课后习题答案第五版文件

第五章习 题答案 32 6. (80 * 3 1)* 964字节 8 取指微指令除外,每条机器指令对应三条微指令构成的微程序,因此控制存储 器中共有 80*3+1 条微指令,每条微指令占32 位,即4Byte 8.经分析,(d, i, j )和(e, f, h)为两组相斥性微命令(在全部8 条微指令中,组内任意两 个微命令没有同时出现 ),可将(d, i, j)编 码表示,使用两位二进 制表示三个相斥性微命令,编码00 表示空操作,即三个微命令都不出现 ,(e, f, h)作类似处 理,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 g 0 1 d 10 i 10 f 11 j 11 h 13. (1) 空间 S 1 2 3 4 5 15 16 WB 1 2 3 4 5 MEM 1 2 3 4 5 EX ID IF 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 ? 时间T1 2 3 4 5 0 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 19 t 20 (2) 流水线的实际吞吐率为 H (k n n 1) (5 20 20 1)* 100* 10 9 8.33* 6 10 条 / 秒Ts nk 20* 5 (3)加速比 S 4.17 Tp (k n 1) 20 5 1 流水线 有k 个过 程段,k=5。 16.(1)写后读R AW (2)读后写WAR (3)写后读和写后写RAW WAW

第六章习题答案1、 8.C 9.B、A、C

10.A 11.D 12.A

计算机组成原理第5章部分习题参考答案

第五章部分习题参考答案 【5-10】一个1K * 8的存储芯片需要多少根地址线,数据输入输出线? 解: 1024 = 10 根。由于一次可读写8位数据,所以需要8根数据输入输出线。 n = log 2 【5-11】某计算机字长32位,存储容量64KB,按字编址的寻址范围是多少?若主存以字节编址,试画出主存字地址和字节地址的分配情况? 解: 因为字长32位,所以64KB = 16KW,要表示16K个存储单元,需要14根地址线。所以按字编址的寻址范围是0000H ~ 3FFFH 。 若按字节编址,假设采用PC机常用的小端方案,则主存示意图如下: 【5-13】现有1024×1的存储芯片,若用它组成容量为16K×8的存储器。试求: (1)实现该存储器所需芯片数量 (2)若将这些芯片分装在若干块板上,每块板的容量是4K×8,该存储器所需的地址线的总位数是 多少?其中几位用于选板?几位用于选片?几位用作片内地址? 解: (1)需要16组来构成16K,共需芯片16×8 = 128片 (2)需要的地址线总位数是14位。因为共需4块板,所以2位用来选板,板内地址12位,片内地址10位。

每块板的结构如下图

4块板共同组成16K×8存储器的结构图 【5-15】某半导体存储器容量16K×8,可选SRAM芯片的容量为 4K ×4;地址总线A15~A0(A0为最低位),双向数据总线D7~D0,由R/W线控制读写。设计并画出该存储器的逻辑图,并注明地址分配、片选逻辑和片选信号的极性。 解: 注:采用全译码方式方案 4组不同的4K的RAM芯片。可以写出片选逻辑表达式

【5-17】用容量为16K×1的DRAM芯片构成64KB的存储器 (1)画出该存储器的结构框图 (2)设存储器的读写周期均为0.5微秒,CPU在1微秒内至少要访存一次,试问采用哪种刷新方式 比较合理?相邻两行之间的刷新间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少? 解: (1)结构框图如下(若看不清可以从”视图”菜单中调整显示比例)

计算机组成原理教程第五版(张基温)课后习题大题答案

!ROM和RAM区别:区别ROM只读存储器非易失器件,RAM随机存储器,易失 !存储元:存储一位数据的存储空间。存储单元;存储一个字或者字节的数据存储空间。存储体;存储器中承载数据存储的部件。存储单元地址:给每个存储单元进行编号是存取数据时不混淆,2由许多1构成,1是数据存储最小单元,3由许多2构成,2是数据存储基本单元,避免混淆编号形成4 !存储系统层次解决成本速度容量问题条件是存储器访问局部性度量存储系统命中率 !联系物理空间和逻辑空间都是用来存储数据的,区别物理空间是真实存在的是主板上的内存条,虚拟是虚拟存在的电脑匀出的部分硬盘空间来充当内存,物力数据比虚拟存取速度快,物力内存一般不可变,逻辑可变,物力作用与cpu 沟通,虚拟解决物理内存不足问题。 !具有虚拟存储器对内存空间作了扩充,部分数据存入虚拟空间,操作系统自动调用简单灵活。不具有内存空间不足,现存部分数据分批调用,用户手动完成。 !Cache扩容后能不能取代主存不能,成本高,相邻两级速度不能差太多 !电子时代之前,有可能成功制造自动工作的计算机吗不能,内动力和程序是计算机自动工作的条件内动力需要电子元件完成 !汉字需要输入码英文需要输入码吗需要,英文字母对应的ASCII码为机器内码 !减少数据失真失真:提高采样频率和量化精度 !指令系统作用指令系统是对cpu功能的扩展,它表明cpu执行那些基本操作,cpu功能是取指令分析指令执行指令,所以一个cpu设计依据的功能也来自指令系统,它是cpu设计的基本依据 !运算速度与cpu主频有关,主存容量与内存有关,运算精度与总线位数有关 !评价计算机性能从运算速度,机器字长存储容量带宽均衡性环保和效能用户友好性性价比可靠性可用性。 !控制器控制方式和特点控制器:定长cpu周期法:时序电路简单但浪费时间,不定长c周期法:按需分配有效提高运行速度但增加时序部件复杂性,延长节拍法:中央局部结合兼顾集中分散两控制优点。 !机器指令和微指令关系:每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行。 !微程序控制器主要由ABC三部分组成,ABCD分别是什么A控制存储器B微指令寄存器,微地址形成电路C指令操作译码器D微程序 !DMA方式与通道方式有何异同? 相同点:把外设与主机交换数据过程控制权从CPU接管,使外设能与主机并行工作。 不同点:1)工作原理:DMA完全采用硬件控制数据交换的过程,速度较快;通道则采用软硬件结合的方法,通过执行一道通道命令字,即通道程序,来完成数据交换。2)功能:通道是在DMA的基础上发展而来的。因此,通道功能要比DMA功能更强。在DMA中,CPU必须进行设备的选择、切换、启动、终止,并进行数据校验,CPU在输入输出过程中的开销较大;通道则代替CPU管理控制外设,CPU仅仅通过I/O指令启动通道,通道本身进行各外设的初始化工作。3)所控制的外设类型:DMA只能控制速度较快、类型单一的外设,一台外设有一个DMA控制器,若一个DMA 控制器连接多台同类外设,则它们只能串行工作;而一个通道可以连接不同类型外设,使得多外设均可在通道控制下同时工作。 !中断控制方式下的中断与DMA的中断有何异同?答:DMA方式中的中断请求不是为了传送信息(信息是通过主存和I/O间的直接数据通路传送的),只是为了报告CPU一组数据传送结束,有待CPU做一些后处理工作,如测试传送过程中是否出错,决定是否继续使用DMA方式传送等。而(当用于数据传送控制时)程序中断方式的中断请求是为了传送数据,I/O和主机交换信息完全靠CPU响应中断后,转至中断服务程序完成的。 !试述接口的功能及其组成。简单的说,接口的基本功能是在系统总线和外设之间传输信号,提供缓冲功能,以满足接口两边的时序要求。由于外设的多样性和复杂性,对不同的外设接口功能不尽相同。但一般来讲,接口应具备如下的基本功能:(1)寻址功能。接口要能识别CPU的访问信号,并识别要求的操作。(2)输入输出功能。接口能按照CPU 要求的读写信号从总线上接收CPU送来的数据和控制信息,或把数据和状态信息送到总线上。(3)数据缓冲功能。CPU 与外设的速度往往不相匹配,为消除速度差异,接口必须提供数据缓冲功能。(4)数据转换功能。不同外设信息格式不同,与主机格式也不同,接口应提供计算机与外设的信息格式的转换,比如正负逻辑的转换、串-并转换、数/模或模/数转换等。(5)其他。如检错纠错功能、中断功能、时序控制功能等。为实现上述接口的功能,接口至少应有一组缓冲器和一个具有锁存能力的锁存器。主机访问接口主要是对接口的端口(各种寄存器)进行访问。因此,在接口中还必须有对端口的选择机构和读写控制机构,如地址译码线路、读写控制线路和中断控制线路。除此之外,还需要有设备状态寄存器、定时信号线路等。

计算机组成原理第五章答案

5 .4 教材习题解答 1.如何区别存储器和寄存器?两者是一回事的说法对吗? 解:存储器和寄存器不是一回事。存储器在CPU 的外边,专门用来存放程序和数 据,访问存储器的速度较慢。寄存器属于CPU 的一部分,访问寄存器的速度很快。 2.存储器的主要功能是什么?为什么要把存储系统分成若干个不同层次?主要有 哪些层次? 解:存储器的主要功能是用来保存程序和数据。存储系统是由几个容量、速度和价 存储系统和结构 第5 章 129 格各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。把存储系 统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。由高 速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次,其中高速 缓存和主存间称为Cache -主存存储层次(Cache 存储系统);主存和辅存间称为主存—辅

存存储层次(虚拟存储系统)。 3.什么是半导体存储器?它有什么特点? 解:采用半导体器件制造的存储器,主要有MOS 型存储器和双极型存储器两大类。 半导体存储器具有容量大、速度快、体积小、可靠性高等特点。半导体随机存储器存储的 信息会因为断电而丢失。 4.SRAM 记忆单元电路的工作原理是什么?它和DRAM 记忆单元电路相比有何异 同点? 解:SRAM 记忆单元由6个MOS 管组成,利用双稳态触发器来存储信息,可以对其 进行读或写,只要电源不断电,信息将可保留。DRAM 记忆单元可以由4个和单个MOS 管组成,利用栅极电容存储信息,需要定时刷新。 5.动态RAM 为什么要刷新?一般有几种刷新方式?各有什么优缺点? 解:DRAM 记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的,由于电容上的电 荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉,因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷, 这个过程就叫做刷新。

计算机组成原理5

上海大学计算机学院 《计算机组成原理实验》报告三 姓名:学号:教师:王雪娟时间:周三1-3 地点:延长校区行健楼609 机位:7 实验名称: 机器语言程序实验 一、实验目的 1. 编制机器语言简单程序。 2. 成功运行机器语言程序。 二、实验原理 汇编语言:给每条(微)指令再规定一个反映其逻辑功能的“符号”。由于汇编指令和16进制数指令是同一条指令的两种形式化符号,所以二者之间存在着一张符号对应表——翻译工具。编好程序后,只要对照这张表按顺序逐条将指令翻译成指令的二进制形式,然后将二进制数形式的程序送入计算机,计算机就能“理解”程序的逻辑操作了。 机器指令查看及修改: 1.进入存储器模式,在Adr下送入目标单元的地址,在Data下写入指令;按NX进入下地址,在data下写入下一条指令;依次完成所有指令的写入。 2.注意:指令连续存放。 指令实验: μPC PC A W 00 00 00 00 按TV选择到该模式,可实验存放于目标内存单元中的机器指令。 μPC对应的是该机器指令的入口地址。 PC对应的是计数器,按需求初始化。 A对应的是送入A寄存器中的数据,W对应的是送入W寄存器中的数据,按NEXT对R0~R3寄存器的值进行设置。 当各个量输入完毕,按STEP键,送入时钟脉冲,(时需送入多个时钟脉冲以完成指令实验)。 三、实验内容 编写并运行机器语言程序,将R1中的数值左移n次送OUT,n是R2中的数值。(指令码从10开始) 编写并运行机器语言程序,完成R3=R0×R1,结果送OUT。(指令码从30开始) 四、实验步骤 1. 编写并运行机器语言程序,将R1中的数值左移n次送OUT,n是R2

计算机组成原理第五章部分课后题答案(唐朔飞版)

5.1 I/O设备有哪些编址方式,各有何特点? 常用的I/O编址方式有两种:I/O与内存统一编址和I/O独立编址 · I/O与内存统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式, I/O设备与主存占用同一个地址空间,CPU可像访问主存一样访问 I/O设备,不需要安排专门的I/O指令。 · I/O独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码,此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间,CPU需 要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。 5.3 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。 ·程序直接控制方式:也称查询方式,采用该方式,数据在CPU和外设间的传送完全靠计算机程序控制,CPU的操作和外围设备操作同步,硬件 结构简单,但由于外部设备动作慢,浪费CPU时间多,系统效率低。 ·程序中断方式:外设备准备就绪后中断方式猪肚通知CPU,在CPU相应I/O设备的中断请求后,在暂停现行程序的执行,转为I/O设备服务可 明显提高CPU的利用率,在一定程度上实现了主机和I/O设备的并行工 作,但硬件结构负载,服务开销时间大 · DMA方式与中断方式一样,实现了主机和I/O设备的并行工作,由于DMA 方式直接依靠硬件实现贮存与I/O设备之间的数据传送,传送期间不需 要CPU程序干预,CPU可继续执行原来的程序,因此CPU利用率和系统 效率比中断方式更高,但DMA方式的硬件结构更为复杂。 5.4 比较程序查询方式、程序中断方式和DMA方式对CPU工作效率的影响。 ·程序查询方式:主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况下。无条件传送方式作为查询方式的一个特例,主要用于对简单I/O设备的控制或 CPU明确知道外设所处状态的情况下。 ·中断方式:主要用于CPU的任务比较忙的情况下,尤其适合实时控制和紧急事件的处理 · DMA方式(直接存储器存取方式):主要用于高速外设进行大批量数据

计算机组成原理第五版课后答案

计算机组成原理第五版课后答案 1.比较数字计算机和模拟计算机的特点。 答:(1)模拟计算机的特点:数值由连续量来表示,运算过程也是连续的。同时用电压表示数据,采用电压组合和测量值的方式来进行计算,以及盘上连线的控制方式。 数字计算机的主要特点:按位运算,并且不连续地跳动计算。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.数字计算机如何分类?分类的依据是什么? 答: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.数字计算机有哪些主要应用? 答:数字计算机的主要应用有: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.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? 答:冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是:采用存储程序的方式,编制好的程序和数据存放在同一存储器中,计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务;在机器内部,

指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。主要组成部分有:运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。 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? 答:(1)存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。 (2)每个存储单元都有编号,称为单元地址。 (3)如果某字代表要处理的数据,称为数据字。 (4)如果某字为一条指令,称为指令字。 6.什么是指令?什么是程序? 答:计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令,而解算某一问题的一串指令序列,称为程序。 7.指令和数据均存放在内存中,计算机如何区分它们是指令还是数据? 答:取指周期中从内存读出的信息流是指令流,它流向控制器;而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流,它流向运算器。 8.什么是内存?什么是外存?什么是CPU?什么是适配器?简述其功能。 答:(1)半导体存储器称为内存; (2)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。 (3)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。

计算机组成原理第五章答案

计算机组成原理第五章答 案 This manuscript was revised on November 28, 2020

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)的指令流程图及微操作信号序列如下: 3.参见图的数据通路,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: 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 ,T 2=400ns ,T 3=200ns ,试画出时序产生器逻辑图。 解:取节拍脉冲T l 、T 2、T 3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T 3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C 4外,还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3;并令 211C C T *=;321C C T *=;313C C T =,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。已知微指令长度为32位,请估算控制存储器容量。 解:80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条公用微指令,所以总微指令条数为80 (4-1)+1=241条微指令,每条微指令32位,所以控存容量为:24132位 7.某ALU 器件是用模式控制码M S 3 S 2 S 1 C 来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。下表列出各条指令所要求的模式控制码,其中y 为二进制变量,φ为0或l 任选。 试以指令码(A ,B ,H ,D ,E ,F ,G)为输入变量,写出控制参数M ,S 3,S 2,S l ,C 的 由表可列如下逻辑方程 M=G S 3=H+D+F S 2=A+B+D+H+E+F+G S 1=A+B+F+G

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