计算机组成6、9章作业题答案
计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第九章

当芯片改变后,相应参数变为: 机器周期=0.4µ s×4=1.6µs 平均指令周期=1.6µs×2.5=4µ s 平均指令执行速度=1/4µ s =0.25MIPS 若要得到平均每秒80万次的指令 执行速度,则应采用的主频为: 平均指令周期=1/0.8MIPS =1.25 ×10-6=1.25µ s 机器周期=1.25µ s÷2.5=0.5µs 时钟周期= 0.5µ s÷4=0.125µ s 主频=1/0.125µ s=8MHz 应采用主频为8MHz的CPU芯片。
LDA PC+D(IR)EAR EARBusMAR M(MAR)MDR MDRBus ACC
PCo,IRo,+,EARi EARo,MARi
R/-W=R
MDRo,ACCi
(2)“SUB D(XR)”指令周期流程图及控制信号序列:
PC Bus MAR M(MAR) MDR MDR Bus IR PC+1 PC OP=?
解:先通过主频求出时钟周期时 间,再进一步求出机器周期和平均指 令周期。 时钟周期=1/10MHz=0.1×10-6 =100ns 机器周期=100ns×4=400ns=0.4µ s 平均指令周期=1/1MIPS =1×10-6=1µ s 每个指令周期所含机器周期个数 = 1µ s/0.4µs=2.5个
4. 能不能说CPU的主频越快,计 算机的运行速度就越快?为什么? 解:不能说机器的主频越快,机 器的速度就越快。因为机器的速度不 仅与主频有关,还与数据通路结构、 时序分配方案、ALU运算能力、指令 功能强弱等多种因素有关,要看综合 效果。
5. 设机器A的CPU主频为8MHz, 机器周期含4个时钟周期,且该机的平 均指令执行速度是0.4MIPS,试求该机 的平均指令周期和机器周期,每个指 令周期中含几个机器周期?如果机器B 的CPU主频为12MHz,且机器周期也 含4个时钟周期,试问B机的平均指令 执行速度为多少MIPS? 解:先通过A机的平均指令执行速 度求出其平均指令周期,再通过主频 求出时钟周期,然后进一步求出机器 周期。B机参数的算法与A机类似。 计算如下:
《计算机组成原理》各章练习参考答案

《计算机组成原理》各章练习题参考答案第一章思考练习题一.填空1.电子数字计算机可以分为专用计算机和通用计算机两类。
2.硬件采用LSI或VLSI的电子计算机属于计算机发展过程中的第四代。
3.存储器中存放数据和程序。
4.一台计算机包括运算、存储、控制、输入及输出五个单元。
5.完成算术运算和逻辑运算的部件是运算器(或ALU);运算器的核心是加法器;控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果的部件是控制器。
6.CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线是内部总线;CPU同存储器、通道等互相连接的总线是系统总线;中、低速I/O设备之间互相连接的总线是I/O总线。
7.在多总路线结构中,CPU总线、系统总线和高速总线相连通过桥实现。
8.计算机软件一般分为系统软件和应用软件。
9.完整的计算机系统由硬件系统和软件系统构成。
10.机器字长是指一台计算机一次所能够处理的二进制位数量。
11.数据分类、统计、分析属于计算机在数据处理方面的应用。
12.计算机是一种信息处理机,它最能准确地反映计算机的主要功能。
13.个人台式商用机属于微型机。
14.对计算机软硬件进行管理,是操作系统的功能。
15.用于科学技术的计算机中,标志系统性能的主要参数是MFLOPS。
16.通用计算机又可以分为超级机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机六类。
17.“存储程序控制”原理是冯.诺依曼提出的。
18.运算器和控制器构成CPU,CPU和主存构成主机。
19.取指令所用的时间叫取指周期,执行指令所用的时间叫执行周期。
20.每个存储单元都有一个编号,该编号称为地址。
21.现代计算机存储系统一般由高速缓存、主存和辅存构成。
22.计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制原理。
二.单选1.存储器用来存放( C )。
A.数据B.程序C.数据和程序D.正在被执行的数据和程序2.下面的描述中,正确的是( B )A.控制器能够理解、解释并执行所有的指令及存储结果。
计算机组成原理-作业参考答案

第1章计算机系统概论5. 冯诺依曼计算机的特点是什么解:冯诺依曼计算机的特点是:P8(1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;(2)指令和数据以同同等地位存放于存储器内,并可以按地址访问;(3)指令和数据均用二进制表示;(4)指令由操作码、地址码两大部分组成,操作码用来表示操作的性质,地址码用来表示操作数在存储器中的位置;(5)指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;(6)机器以运算器为中心(原始冯诺依曼机)。
7. 解释下列概念:主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解:课本P9-10(1)主机:是计算机硬件的主体部分,由CPU和主存储器MM合成为主机。
(2)CPU:中央处理器,是计算机硬件的核心部件,由运算器和控制器组成;(早期的运算器和控制器不在同一芯片上,现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了Cache)。
(3)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;由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
(4)存储单元:可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
(5)存储元件:存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取。
(6)存储字:一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
(7)存储字长:一个存储单元所存储的二进制代码的总位数。
(8)存储容量:存储器中可存二进制代码的总量;(通常主、辅存容量分开描述)。
(9)机器字长:指CPU一次能处理的二进制数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。
(10)指令字长:机器指令中二进制代码的总位数。
8. 解释下列英文缩写的中文含义:CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解:全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。
计算机组成原理习题答案第六章

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。
常见的刷新方式有集中式、分散式和异步式3种。
集中方式的特点是读写操作时不受刷新工作的影响,系统的存取速度比较高;但有死区,而且存储容量越大,死区就越长。
分散方式的特点是没有死区;但它加长了系统的存取周期,降低了整机的速度,且刷新过于频繁,没有充分利用所允许的最大刷新间隔。
计算机组成原理习题答案9

第9章习题(有关虚拟存储器的题目)参考答案3. 下述有关存储器的描述中,正确的是( B、D )A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成B. 存储保护的目的是:在多用户环境中,既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序,又要防止用户访问不是分配给他的主存区,以达到数据安全与保密的要求。
C. 在虚拟存储器中,外存和主存以相同的方式工作,因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。
D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。
5.虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。
B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。
C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。
D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。
6. 某虚拟存储器采用页式存储管理,使用LRU页面替换算法,若每次访问在一个时间单位内完成,页面访问序列如下:1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。
已知主存只允许放4个页面,初始状态时4个页面是全空的,则页面失效次数是___6____。
解答过程:LRU算法的思想:每页设置一个计数器,每次命中一页,该页对应的计数器清零,其他各页的计数器加1;需要替换时,将计数值最大的页换出,所以,对应的访问过程及相应的计数器的内容、替换结果如下:访问序列1 8 1 7 82 7 2 1 83 8 2 1 3 1 7 1 3 7调入的页号a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1b 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 7 7 7 7c 7 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3d 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2各计数器的值a 0 1 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 0 1 0 1 0 1 2b 0 1 2 0 1 2 3 4 0 1 0 1 2 3 4 0 1 2 0c 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1d 0 1 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7注:红色标注的页是未命中的访问——共6次7. 主存容量为4MB,虚存容量为1GB,则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB,则页表长度是多少?解:主存容量为4MB,物理地址22位虚存容量为1GB,虚拟地址30位页表长度,即页面数=1GB/ 4KB=218=256K8. 设某系统采用页式虚拟存储管理,页表存放在内存中。
计算机系统结构作业答案

计算机系统结构计算机系统结构作业1第1章计算机系统结构的基本概念一、解释下列术语:计算机系统结构;计算机组成;计算机实现;透明性;系列机;软件兼容;兼容机;模拟;仿真;虚拟机;宿主机;Amdahl定律;CPI;MIPS;MFLOPS。
【答案】计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是三个不同的概念。
系统结构定义为由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性,即概念性结构和功能特性,这里的程序设计者所看到的计算机属性是指为机器语言或编译程序设计者所看到的计算机属性,是硬件子系统的概念性结构及其功能特性,它是计算机系统的软、硬件的界面。
计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现,包括机器内部的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。
计算机实现是指计算机组成的物理实现。
透明性:在计算机技术中,一种本来是存在的事物或属性,但从某种角度看似乎不存在,成为透明性现象。
所谓系列机是指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构,但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。
不同公司厂家生产的具有相同系统结构的计算机称为兼容机。
软件兼容:在新的计算机系统出台后,原先已开发的软件仍能继续在升档换代的新型号机器上使用,这就是软件兼容。
系列机方法能够在具有相同系统结构的各种机器之间实现软件移植,为了实现软件在不同系统结构的机器之间的相互移植,可以采用模拟和仿真。
模拟方法是指用软件方法在一台现有的计算机上实现另一台计算机的指令系统。
仿真是指用微程序直接解释另一种机器指令系统的方法。
虚拟机是被模拟的机器;宿主机是进行模拟的机器。
Amdahl 定律:系统中某一部件由于采用某种更快的执行方式后整个系统性能的提高与这种执行方式的使用频率或占总执行时间的比例有关。
Fe=(改进前可改进部分占用的时间)/(改进前整个任务的执行时间) Se=(改进前可改进部分的执行时间)/(改进后改进部分的执行时间) 则,改进后整个系统加速比为ee e n S F F s /)1(1+-=。
计算机组成原理_第6章作业

计算机组成原理作业(第六章)6.3 设x为整数,[x]补=1,x1x2x3x4x5,若要求x<-16,试问 x1-x5 应取何值?6.4 设机器数字长为8位(含1位符号位在内),写出对应下列各真值的原码、补码和反码:-13/64,29/128,100,-87。
6.5 已知[x]补,求[x]原和x。
[x1]补=1.1100; [x2]补=1.1001; [x3]补=0.1110; [x4]补=1.0000;[x5]补=1,0101; [x6]补=1,1100; [x7]补=0,0111; [x8]补=1,0000;[x1]补 = 1.1100 , [x1]原 = 1.0100 , x1 = -0.0100;[x2]补 = 1.1001 , [x2]原 = 1.0111 , x2 = -0.0111;[x3]补 = 0.1110 , [x3]原 = 0.1110 , x3 = 0.1110;[x4]补 = 1.0000 , [x4]原 = 不存在, x4 = -1.0000;[x5]补 = 1,0101 , [x5]原 = 1,1011 , x5 = -1011;[x6]补 = 1,1100 , [x6]原 = 1,0100 , x6 = -100;[x7]补 = 0,0111 , [x7]原 = 0,1001 , x7 = 1001;[x8]补 = 1,0000 , [x8]原 = 不存在, x8 = -10000;6.9 当十六进制数9BH和FFH分别表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时,所对应的十进制数各为多少(设机器数采用1位符号位)?9BH = 10011011原码:-27 补码:-101 反码:-100 移码:27 无符号数:155FFH = 11111111原码:-127 补码:-1 反码:-0 移码:127 无符号数:2556.10 在整数定点机中,设机器数采用1位符号位,写出±0的原码、补码、反码和移码,得出什么结论?可见,0的机器数表示中,原码和反码分为±0两种表示,而补码和移码都有唯一表示。
计算机组成原理第6章作业答案

11
4
10
数符 阶符 阶码
尾数
此时只要将上述答案中的数符位移到最前面即可。
13. 浮点数格式同上题,当阶码基值分别取2和16时, (1)说明2和16在浮点数中如何表示。 (2)基值不同对浮点数什么有影响? (3)当阶码和尾数均用补码表示,且尾数采用规格化形式,给出 两种情况下所能表示的最大正数和非零最小正数真值。 解:(1)阶码基值不论取何值,在浮点数中均为隐含表示,即: 2和16不出现在浮点格式中,仅为人为的约定。
码的符号位为1,则[x]补<[y]补。同样,当x<0、 y >0时,有x < y,但[x]补 >[y]补。
注意:
1)绝对值小的负数其值反而大,且负数的绝对值越小,其补码值越大。 因此, 当x<0、y<0时,若[x]补>[y]补,必有x>y。
2)补码的符号位和数值位为一体,不可分开分析。 3)完整的答案应分四种情况分析,但也可通过充分分析一种不成立的情 况获得正确答案。
-1.0000
-1
-1011
-11
-0100
-4
+0111
+7
-10000
-16
6. 设机器数字长为8位(含1位符号位在内),分整数和小数两种
情况讨论真值x为何值时,[x]补=[x]原成立。 解:
当x为小数时,若x 0,则
[x]补=[x]原成立; 若x < 0,则当x= -1/2时,
[x]补=[x]原成立。 当x为整数时,若x 0,则
真值 (十进制)
原码
-1000
-8
整
-111
-7
-110
-6
数
-101
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6.2. 已知X=0.a1a2a3a4a5a6(ai为0或1),讨论下列几种情况时ai各取何值。
(1)X > 1/2;(2)X ≥ 1/8;
(3)1/4 ≥ X > 1/16
解:(1)若要X > 1/2,只要a1=1,a2~a6不全为0即可
(a2 or a3 or a4 or a5 or a6 = 1);
(2)若要X ≥ 1/8,只要a1~a3不全为0即可
(a1 or a2 or a3 =1),a4~a6可任取0或1;
(3)若要1/4 ≥ X > 1/16,只要a1=0,a2可任取0或1;
当a2=0时,若a3=0,则必须a4=1,且a5、a6不全为0(a5 or a6=1;
若a3=1,则a4~a6可任取0或1;
当a2=1时,a3~a6可任取0或1。
6.16.设机器数字长为16位,写出下列各种情况下它能表示的数的范围。
设机器数采用一位符号位,答案均用十进制表示。
(1)无符号数;
(2)原码表示的定点小数。
(3)补码表示的定点小数。
(4)补码表示的定点整数。
(5)原码表示的定点整数。
(6)浮点数的格式为:阶码6位(含1位阶符),尾数10位(含1位数符)。
分别写出其正数和负数的表示范围。
(7)浮点数格式同(6),机器数采用补码规格化形式,分别写出其对应的正数和负数的真值范围。
解:(1)无符号整数:0 —— 216 - 1,即:0—— 65535;
无符号小数:0 —— 1 - 2-16,即:0 —— 0.99998;
(2)原码定点小数:-1 + 2-15——1 - 2-15,即:-0.99997 —— 0.99997
(3)补码定点小数:- 1——1 - 2-15,即:-1——0.99997
(4)补码定点整数:-215——215 - 1 ,即:-32768——32767
(5)原码定点整数:-215 + 1——215 - 1,即:-32767——32767
(6)据题意画出该浮点数格式,当阶码和尾数均采用原码,非规格化数表示时:
最大负数= 1,11 111;1.000 000 001 ,即 -2-9⨯2-31
最小负数= 0,11 111;1.111 111 111,即 -(1-2-9)⨯231
则负数表示范围为:-(1-2-9)⨯231 —— -2-9⨯2-31
最大正数= 0,11 111;0.111 111 111,即(1-2-9)⨯231
最小正数= 1,11 111;0.000 000 001,即 2-9⨯2-31
则正数表示范围为:2-9⨯2-31 ——(1-2-9)⨯231
(7)当机器数采用补码规格化形式时,若不考虑隐藏位,则
最大负数=1,00 000;1.011 111 111,即 -2-1⨯2-32
最小负数=0,11 111;1.000 000 000,即 -1⨯231
则负数表示范围为:-1⨯231 —— -2-1⨯2-32
最大正数=0,11 111;0.111 111 111,即(1-2-9)⨯231
最小正数=1,00 000;0.100 000 000,即 2-1⨯2-32
则正数表示范围为:2-1⨯2-32 ——(1-2-9)⨯231
29. 设浮点数阶码取3位,尾数取6位(均不包括符号位),要求阶码用移码运算,尾数用补码
运算,计算x·y,且结果保留1倍字长。
(1)x=2-100× 0.101101,
y=2-011×(-0.110101);
(2)x=2-011×(-0.100111),
y=2101×(-0.101011)。
解:先将x、y转换成机器数形式:
(1)[x]阶移尾补=0,100;0.101 101
[y]阶移尾补=0,101;1.001 011
1)阶码相加:
[Ex]移+[Ey]补=00,100+11,101
=00,001(无溢出)
2)尾数相乘:(算法一:补码两位乘比较法)
部分积乘数 yn+1
0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 1 1 . 0 0 1 0 1 1 0
+ 1 1 1 . 0 1 0 0 1 1 +[-x]补
1 1 1 . 0 1 0 0 1 1
→2 1 1 1 . 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 .0 0 1 0 1
+ 1 1 1 . 0 1 0 0 1 1 +[-x]补
1 1 1 . 0 0 0 1 1 1
→2 1 1 1 . 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 . 0 0 1
+ 0 0 0 . 1 0 1 1 0 1 +[x]补
0 0 0 . 0 1 1 1 1 0
→2 0 0 0 . 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 . 0 + 1 1 1 . 0 1 0 0 1 1 +[-x]补
1 1 1 . 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0(清0)
2)尾数相乘:(算法二:补码一位乘比较法)
部分积乘数 yn+1
0 0 . 0 0 0 0 0 0 1 . 0 0 1 0 1 1 0
+ 1 1 . 0 1 0 0 1 1 +[-x]补
1 1 . 0 1 0 0 1 1
→1 1 1 . 1 0 1 0 0 1 1 1 .0 0 1 0 1 1 — +0
→1 1 1 . 1 1 0 1 0 0 1 1 1 .0 0 1 0 1
+ 0 0 . 1 0 1 1 0 1 +[x]补
0 0 . 1 0 0 0 0 1
→1 0 0 . 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 . 0 0 1 0
+ 1 1 . 0 1 0 0 1 1 +[-x]补
1 1 . 1 0 0 0 1 1
→1 1 1 . 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 . 0 0 1
+ 0 0 . 1 0 1 1 0 1 +[x]补
0 0 . 0 1 1 1 1 0
→1 0 0 . 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1. 0 0 — +0
→1 0 0 . 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1. 0
+ 1 1 . 0 1 0 0 1 1 +[-x]补
1 1 . 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0. — (清0)
[Mx × My]补=1.011 010(101 111 00)
3)结果规格化:已是规格化数。
4)舍入:设采用0舍1入法,应入:
[x×y]阶移尾补=0,001;1.011 011
5)溢出:无
x×y=2-111×(-0.100 101)
(2)x=2-011×(-0.100 111)
y=2101×(-0.101 011)
[x]阶移尾补=0,101;1.011 001
[y]阶移尾补=1,101;1.010 101
1)阶码相加:
[Ex]移+[Ey]补=00,101+00,101
=01,010(无溢出)
[Mx × My]补=0.011 010(001 101 00)
9.14. 设单总线计算机结构如图9.5所示,其中M为主存,XR为变址寄存器,EAR为有效地址寄存器,LATCH为锁存器。
假设指令地址已存于PC中,画出“LDA *D”和“SUB X,D”指令周期信息流程图,并列出相应的控制信号序列。
说明:
(1)“LDA *D”指令字中*表示相对寻址,D为相对位移量。
(2)“SUB X,D”指令字中X为变址寄存器XR,D为形式地址。
(3)寄存器的输入和输出均受控制信号控制,例如,PCi表示PC的输入控制信号,MDRo表示MDR的输出控制信号。
(4)凡是需要经过总线实现寄存器之间的传送,需要在流程图中注明,如PC→Bus→MAR,相应控制信号为PCo和MARi。
解:(1)“LDA *D”指令周期信息流程图及微操作控制信号如下:
PCo,MARi MARo,1
→R,MDRi MDRo,IRi +1
MDRo,ACCi
MARo,1→R,MDRi EARo,MARi PCo,Ad(IR)o,EARi
(2)“SUB X,D ” 指令周期信息流程图及微操作控制信号如下:
LATCH →BUS →ACC
PCo,MARi MARo,1→R,MDRi MDRo,IRi +1
MDRo,ACCi
MARo,1→R,MDRi EARo,MARi PCo,Ad(IR)o,EARi ACC-X →LATCH ACCo,Xo,Ki=-,LATCHi LATCHo,ACCi。