计算机逻辑运算和逻辑部件
《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--实验二算术逻辑运算实验
计算机组成原理--实验⼆算术逻辑运算实验实验⼆算术逻辑运算实验⼀、实验⽬的（1）了解运算器芯⽚（74LS181）的逻辑功能。
（2）掌握运算器数据的载⼊、读取⽅法，掌握运算器⼯作模式的设置。
（3）观察在不同⼯作模式下数据运算的规则。
⼆、实验原理1.运算器芯⽚（74LS181）的逻辑功能74LS181是⼀种数据宽度为4个⼆进制位的多功能运算器芯⽚，封装在壳中，封装形式如图2-3所⽰。
5V A1 B1 A2 B2 A3 B3 Cn4 F3BO A0 S3 S2 S1 S0 Cn M F0 F1 F2 GND图2-374LS181封装图主要引脚有：（1）A0—A3：第⼀组操作数据输⼊端。
（2）B0—B3：第⼆组操作数据输⼊端。
（3）F0—F3：操作结果数据输⼊端。
（4）F0—F3：操作功能控制端。
（5）Cn：低端进位接收端。
（6）（7）M：算数/逻辑功能控制端。
芯⽚的逻辑功能见表2-1.从表中可以看到当控制端S0—S3为1001、M为0、Cn为1时，操作结果数据输出端F0—F3上的数据等于第⼀组操作数据输⼊端A0—A3上的数据加第⼆组操作数据输⼊端B0—B3上的数据。
当S0—S3、M、Cn上控制信号电平不同时，74LS181芯⽚完成不同功能的逻辑运算操作或算数运算操作。
在加法运算操作时，Cn、Cn4进位信号低电平有效；减法运算操作时，Cn、Cn4借位信号⾼电平有效；⽽逻辑运算操作时，Cn、进位信号⽆意义。
2.运算器实验逻辑电路试验台运算器实验逻辑电路中，两⽚74LS181芯⽚构成⼀个长度为8位的运算器，两⽚74LS181分别作为第⼀操作数据寄存器和第⼆操作数据寄存器，⼀⽚74LS254作为操作结果数据输出缓冲器，逻辑结构如图2-4所⽰。
途中算术运算操作时的进位Cy 判别进位指⽰电路；判零Zi和零标志电路指⽰电路，将在实验三中使⽤。
第⼀操作数据由B-DA1(BUS TO DATA1)负脉冲控制信号送⼊名为DA1的第⼀操作数据寄存器，第⼆操作数据由B-DA2(BUS TO DATA2)负脉冲控制信号送⼊名为DA2的第⼆操作数据寄存器。
构成cpu的主要部件是什么
“构成CPU的主要部件是运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。
算术逻辑单元：算术逻辑单元(arithmetic and logic unit) 是能实现多组算术运算和逻辑运算的组合逻辑电路，简称ALU。
寄存器：寄存器的功能是存储二进制代码，它是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。
一个触发器可以存储1位二进制代码，故存放n 位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。
控制单元：控制单元（Control Unit）负责程序的流程管理。
正如工厂的物流分配部门，控制单元是整个CPU的指挥控制中心，由指令寄存器IR(Instruction Register)、指令译码器ID(Instruction Decoder)和操作控制器OC(Operation Controller)三个部件组成，对协调整个电脑有序工作极为重要。
控制单元可以作为CPU的一部分，也可以安装于CPU外部。
中央处理器：中央处理器作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。
CPU 自产生以来，在逻辑结构、运行效率以及功能外延上取得了巨大发展。
中央处理器（CPU），是电子计算机的主要设备之一，电脑中的核心配件。
其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
CPU是计算机中负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。
中央处理器主要包括两个部分，即控制器、运算器，其中还包括高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制的总线。
电子计算机三大核心部件就是CPU、内部存储器、输入/输出设备。
中央处理器的功效主要为处理指令、执行操作、控制时间、处理数据。
在计算机体系结构中，CPU 是对计算机的所有硬件资源（如存储器、输入输出单元）进行控制调配、执行通用运算的核心硬件单元。
CPU 是计算机的运算和控制核心。
计算机系统中所有软件层的操作，最终都将通过指令集映射为CPU的操作。
结构通常来讲，CPU的结构可以大致分为运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件等。
计算机系统原理13015习题答案
习题解答第1章计算机系统概述1. 给出以下概念的解释说明1. 中央处理器（CPU）通常把控制部件、运算部件和各类寄存器互联组成的电路称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU），简称处理器。
2. 算术逻辑部件（ALU）用来进行算术逻辑运算的部件，即算术逻辑部件（Arithmetic Logic Unit）。
3. 通用寄存器临时存放从主存取来的数据或运算的结果。
4. 程序计数器（PC）在执行当前指令的过程中，自动计算出下一条指令的地址并送到PC（Program Counter，PC）中保存。
5. 指令寄存器（IR）从主存取来的指令需要临时保存在指令寄存器（Instruction Register，IR）。
6. 控制器用于自动逐条取出指令并进行译码的部件，即控制元件（Control Unit，CU），也称控制器。
7. 主存储器用来存放指令和数据。
8. 总线CPU为了从主存取指令和存取数据，需要通过传输介质和主存相连，通常把连接不同部件进行信息传输的介质称为总线。
9. 主存地址寄存器（MAR）CPU送到地址线的主存地址应先存放在主存地址寄存器（Memory Address Register, MAR)中。
10. 主存数据寄存器（MDR）CPU发送到或从数据线取来的信息存放在主存数据寄存器（Memory Data Register，MDR）中。
11. 机器指令计算机能理解和执行的程序称为机器代码或机器语言程序，其中的每条指令都由0和1组成，称为机器指令。
12. 存储程序13. 指令操作码操作码字段指出指令的操作类型，如取数、存数、加、减、传送、跳转等。
14. 高级程序设计语言高级程序设计语言简称高级编程语言，是指面向算法设计的、较接近于日常英语书面语言的程序设计语言，如BASIC、C/C++、Java等。
15. 汇编语言通过用简短的英文符号和机器指令建立对应关系，以方便程序员编写和阅读程序。
第4章 计算机中的运算器部件
计算机中的运算器部件
运算器的基本功能
运算器是计算机五大功能部件之一，在控制器的 指挥控制下，完成指定给它的运算处理功能(算术、 逻辑运算)；也是CPU内部数据传送的重要通路。 主要由ALU、暂存被运算数据和中间结果的寄存 器组（Regs）和其它辅助电路3部分组成。 运算器通常包括下列两种类型：
输出Y /OE
F3 F=0000 OVR Cn+4
二选一
Am2901之结果去向选择门
/OE有效时，将F 或A锁存器送往Y
Cn
I3 I4 I5 I0 I1 I2
F A L U R S 二选一 三选一
输入D 将F不移、左移、 A锁存器 B锁存器 乘商寄存器Q 右移一位送往通 用寄存器，由 Q0 A 16个 B Q3 A地址 RAM3和RAM0 三选一 B地址 分别接收移入位 通用寄存器 或提供移出位 RAM3 三选一 RAM0
CP A、B口锁存 通用寄存器 接收
Q 接收
Am2901的控制信号汇总表
编码
B
I8 I7 I6
Q Y
I5 I4 I3 F F A R+S S− R R− S
I2 I1 I0
R S
000 001 010 B← F
Q← F
A A 0
பைடு நூலகம்
Q B Q
011
100 101 110 111
B← F
B← F/2 Q← Q/2 B← F/2 B← 2F B← 2F Q← 2Q
四位并行进位加法器
4-1 运算器部件概述
可实现加(减)、与、或运算的一位ALU
功能选择信号 OP
00 01 10 11
Xn
与 门 或 门 加 法 器
计算机的逻辑运算的运算规则
计算机的逻辑运算的运算规则计算机的逻辑运算是指在计算机中对不同的逻辑命题进行判断和推理的过程。
逻辑运算是计算机程序设计中的基础，它决定了程序的正确性和可靠性。
本文将介绍计算机逻辑运算的运算规则，并探讨其在程序设计中的应用。
一、逻辑运算的基本规则计算机的逻辑运算包括与运算、或运算和非运算。
与运算表示同时满足两个条件，或运算表示满足任意一个条件，非运算表示取反。
1. 与运算（AND）与运算的规则是，只有当两个条件都为真时，结果才为真；否则结果为假。
与运算使用符号“&”表示。
例如，如果有两个命题P和Q，其中P表示“天气晴朗”，Q表示“风和日丽”。
则P&Q表示“天气晴朗且风和日丽”。
只有当天气晴朗且风和日丽时，结果为真。
2. 或运算（OR）或运算的规则是，只要有一个条件为真，结果就为真；只有当两个条件都为假时，结果才为假。
或运算使用符号“|”表示。
例如，如果有两个命题P和Q，其中P表示“天气晴朗”，Q表示“有雨”。
则P|Q表示“天气晴朗或有雨”。
只要天气晴朗或有雨，结果就为真。
3. 非运算（NOT）非运算的规则是，将真变为假，将假变为真。
非运算使用符号“~”表示。
例如，如果有一个命题P，表示“天气晴朗”。
则~P表示“天气不晴朗”。
当天气不晴朗时，结果为真。
二、逻辑运算的组合规则除了基本的逻辑运算规则外，逻辑运算还可以进行多个命题的组合，形成复杂的逻辑表达式。
1. 括号运算括号运算可以改变逻辑运算的优先级。
括号内的逻辑运算将先于其他逻辑运算进行。
例如，如果有三个命题P、Q和R，其中P表示“天气晴朗”，Q 表示“风和日丽”，R表示“气温适宜”。
则(P&Q)|R表示“天气晴朗且风和日丽或气温适宜”。
括号内的逻辑运算将先于其他逻辑运算进行。
2. 优先级规则在没有括号的情况下，逻辑运算的优先级规则如下：首先进行非运算，然后进行与运算，最后进行或运算。
例如，如果有两个命题P和Q，其中P表示“天气晴朗”，Q表示“有雨”。
《计算机操作系统》MOOC笔记1-计算机系统概论
《计算机操作系统》MOOC笔记1-计算机系统概论南京⼤学的骆斌⽼师主讲的，考研可能会⽤得上计算机系统的组成计算机系统：包括硬件⼦系统和软件⼦系统硬件：借助电、磁、光、机械等原理构成的各种物理部件的有机组合，是系统⼯作的实体CPU，主存储器，I/O控制系统，外围设备软件：各种程序和⽂件，⽤于指挥计算机系统按指定的要求进⾏协同⼯作包括系统软件、⽀撑软件和应⽤软件关键系统软件是：操作系统与语⾔处理程序计算机系统的⽤户视图计算机硬件系统组成中央处理器运算单元控制单元 :解译机器指令主存储器外围设备输⼊设备输出设备存储设备⽹络通信设备总线存储程序计算机体系结构存储器是这个模型的核⼼以运算单元为中⼼，控制流由指令流产⽣采⽤存储程序原理，⾯向主存组织数据流主存是按地址访问、线性编址的空间指令由操作码和地址码组成数据以⼆进制编码总线总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信⼲线，它是CPU、内存、输⼊输出设备传递信息的公⽤通道计算机的各个部件通过总线相连接，外围设备通过相应的接⼝电路再与总线相连接，从⽽形成了计算机硬件系统按照所传输的信息种类，总线包括⼀组控制线、⼀组数据线和⼀组地址线内部总线：⽤于CPU芯⽚内部连接各元件系统总线：⽤于连接CPU、存储器和各种 I/O模块等主要部件通信总线：⽤于计算机系统之间通信（⽹络）为了加快通信效率，系统总线也是分级的，PCI连接块设备（较快），E（ISA）总线连接字符设备（较慢）。
中央处理器（CPU）中央处理器是计算机的运算核⼼（Core）和控制单元（ Control Unit），主要包括：运算逻辑部件：⼀个或多个协运算器寄存器部件：包括通⽤寄存器、控制与状态寄存器，以及⾼速缓冲存储器（Cache）控制部件：实现各部件间联系的数据、控制及状态的内部总线；负责对指令译码、发出为完成每条指令所要执⾏操作的控制信号、实现数据传输等功能的部件存储器L0 L1 L2 L3 L4都是挥发性存储，加电存储，断电失效外围设备设备类型输⼊设备输出设备存储设备机机通信设备(本质上属于输⼊输出设备，但是不同⽹络设备块⼤⼩不⼀致（包，块，字）)设备控制⽅式轮询⽅式：CPU忙式控制+数据交换中断⽅式：CPU启动外围设备/中断+数据交换DMA⽅式：CPU启动/中断，DMA独⽴进⾏数据交换软件系统组成系统软件：操作系统、实⽤程序、语⾔处理程序、数据库管理系统操作系统实施对各种软硬件资源的管理控制实⽤程序为⽅便⽤户所设，如⽂本编辑等语⾔处理程序把⽤汇编语⾔/⾼级语⾔编写的程序，翻译成可执⾏的机器语⾔程序⽀撑软件有接⼝软件、⼯具软件、环境数据库，⽀持⽤户使⽤计算机的环境，提供开发⼯具应⽤软件是⽤户按其需要⾃⾏编写的专⽤程序软件开发的不同层次计算机硬件系统：机器语⾔-操作系统之资源管理：机器语⾔+⼴义指令（扩充了硬件资源管理）操作系统之⽂件系统：机器语⾔+系统调⽤（扩充了信息资源管理）数据库管理系统：+数据库语⾔（扩充了功能更强的信息资源管理）语⾔处理程序：⾯向问题的语⾔计算机程序的执⾏过程操作系统的概念OS是计算机系统最基础的系统软件，管理软硬件资源、控制程序执⾏，改善⼈机界⾯，合理组织计算机⼯作流程，为⽤户使⽤计算机提供良好运⾏环境从⽤户⾓度看，OS管理计算机系统的各种资源，扩充硬件的功能，控制程序的执⾏从⼈机交互看，OS是⽤户与机器的接⼝，提供良好的⼈机界⾯，⽅便⽤户使⽤计算机，在整个计算机系统中具有承上启下的地位从系统结构看，OS是⼀个⼤型软件系统，其功能复杂，体系庞⼤，采⽤层次式、模块化的程序结构操作系统组成进程调度⼦系统进程通信⼦系统内存管理⼦系统设备管理⼦系统⽂件管理⼦系统⽹络通信⼦系统作业控制⼦系统从操作控制⽅式分类多道批处理操作系统，脱机控制⽅式分时操作系统，交互式控制⽅式实时操作系统从应⽤领域分类服务器操作系统、并⾏操作系统⽹络操作系统、分布式操作系统个⼈机操作系统、⼿机操作系统嵌⼊式操作系统、传感器操作系统计算机的资源-硬件资源处理器、内存、外设信息资源数据、程序资源的共享与分配⽅式资源共享⽅式独占使⽤⽅式并发使⽤⽅式资源分配策略静态分配⽅式动态分配⽅式资源抢占⽅式多道程序同时计算CPU速度与I/O速度不匹配的⽭盾，⾮常突出只有让多道程序同时进⼊内存争抢CPU运⾏，才可以够使得CPU和外围设备充分并⾏，从⽽提⾼计算机系统的使⽤效率多道程序设计的特点CPU与外部设备充分并⾏外部设备之间充分并⾏发挥CPU的使⽤效率提⾼单位时间的算题量多道程序的实现为进⼊内存执⾏的程序建⽴管理实体：进程如何使⽤资源：调⽤操作系统提供的服务例程(如何陷⼊操作系统)如何复⽤CPU：调度程序(在CPU空闲时让其他程序运⾏)如何使CPU与I/O设备充分并⾏：设备控制器与通道(专⽤的I/O处理器)如何让正在运⾏的程序让出CPU：中断(中断正在执⾏的程序，引⼊OS处理)计算机的操作⽅式OS规定了合理操作计算机的⼯作流程OS的操作接⼝——系统程序 OS提供给⽤户的功能级接⼝，为⽤户提供的解决操作计算机和计算共性问题的所有服务的集合OS的两类作业级接⼝脱机作业控制⽅式：作业控制语⾔联机作业控制⽅式：操作控制命令脱机作业的控制⽅式OS：提供作业说明语⾔⽤户：编写作业说明书，确定作业加⼯控制步骤，并与程序数据⼀并提交操作员：通过控制台输⼊作业OS：通过作业控制程序⾃动控制作业的执⾏例：批处理OS的作业控制⽅式，UNIX的shell程序， DOS的bat⽂件联机作业控制⽅式计算机：提供终端（键盘/显⽰器）⽤户：登录系统OS：提供命令解释程序⽤户：联机输⼊命令，直接控制作业步的执⾏例：分时OS的交互控制⽅式命令解释程序命令解释程序：接受和执⾏⼀条⽤户提出的对作业的加⼯处理命令当⼀个新的批作业被启动，或新的交互型⽤户登录进系统时，系统就⾃动地执⾏命令解释程序，负责读⼊控制卡或命令⾏，作出相应解释，并予以执⾏会话语⾔：可编程的命令解释程序（shell）图形化的命令控制⽅式多通道交互的命令控制⽅式命令解释程序的处理过程OS启动命令解释程序，输出命令提⽰符，等待键盘中断/⿏标点击/多通道识别每当⽤户输⼊⼀条命令(暂存在命令缓冲区)并按回车换⾏时，申请中断CPU响应后，将控制权交给命令解释程序，接着读⼊命令缓冲区内容，分析命令、接受参数，执⾏处理代码前台命令执⾏结束后，再次输出命令提⽰符，等待下⼀条命令后台命令处理启动后，即可接收下条命令操作系统的程序接⼝操作系统的程序接⼝——系统调⽤操作系统实现的完成某种特定功能的过程；为所有运⾏程序提供访问操作系统的接⼝系统调⽤的实现机制陷⼊处理机制：计算机系统中控制和实现系统调⽤的机制陷⼊指令：也称访管指令，或异常中断指令，计算机系统为实现系统调⽤⽽引起处理器中断的指令每个系统调⽤都事先规定了编号，并在约定寄存器中规定了传递给内部处理程序的参数系统调⽤实现：编写系统调⽤处理程序设计⼀张系统调⽤⼊⼝地址表，每个⼊⼝地址指向⼀个系统调⽤的处理程序，并包含系统调⽤⾃带参数的个数陷⼊处理机制需开辟现场保护区，以保存发⽣系统调⽤时的处理器现场操作系统的系统结构-OS构件内核、进程、线程、管程等设计概念模块化、层次式、虚拟化内核设计是OS设计中最为复杂的部分操作系统内核单内核：内核中各部件杂然混居的形态，始于1960年代，⼴泛使⽤；如Unix/Linux，及 Windows(⾃称采⽤混合内核的CS结构)微内核：1980年代始，强调结构性部件与功能性部件的分离，⼤部分OS研究都集中在此混合内核：微内核和单内核的折中，较多组件在核⼼态中运⾏，以获得更快的执⾏速度外内核：尽可能减少内核的软件抽象化和传统微内核的消息传递机制，使得开发者专注于硬件的抽象化；部分嵌⼊式系统使⽤层次结构操作系统的规模在计算机软件发展史上，OS是第⼀个⼤规模的软件系统1960年代，由OS开发所衍⽣的体系结构、模块化开发、测试与验证、演化与维护等研究，直接催⽣了软件⼯程这⼀新兴研究领域（另⼀个催⽣来源是 DB应⽤引发的需求与规格）。
运算器
运算器的逻辑操作可将两个数据按位进行与、或、异或，以及将一个数据的各位求非。有的运算器还能进行 二值代码的16种逻辑操作。
运算器是计算机中处理数据的功能部件。对数据处理主要包括数据的算术运算和逻辑数据的逻辑操作。因此, 实现对数据的算术与逻辑运算是运算器的核心功能。
基本理论
数据 操作
运算方法 结构
运算器运算器的处理对象是数据，所以数据长度和计算机数据表示方法，对运算器的性能影响极大。70年代 微处理器常以1个、4个、8个、16个二进制位作为处理数据的基本单位。大多数通用计算机则以16、32、64位作 为运算器处理数据的长度。能对一个数据的所有位同时进行处理的运算器称为并行运算器。如果一次只处理一位， 则称为串行运算器。有的运算器一次可处理几位 （通常为6或8位），一个完整的数据分成若干段进行计算，称 为串/并行运算器。运算器往往只处理一种长度的数据。有的也能处理几种不同长度的数据，如半字长运算、双倍 字长运算、四倍字长运算等。有的数据长度可以在运算过程中指定，称为变字长运算。
Babbage的蒸汽动力计算机虽然最终没有完成，以今天的标准看也是非常原始的，然而，它勾画出现代通用 计算机的基本功能部分，在概念上是一个突破。
在接下来的若干年中，许多工程师在另一些方面取得了重要的进步，美国人Herman Hollerith（18601929），根据提花织布机的原理发明了穿孔片计算机，并带入商业领域建立公司。
实现运算器的操作，特别是四则运算，必须选择合理的运算方法。它直接影响运算器的性能，也关系到运算 器的结构和成本。另外，在进行数值计算时，结果的有效数位可能较长，必须截取一定的有效数位，由此而产生 最低有效数位的舍入问题。选用的舍入规则也影响到计算结果的精确度。在选择计算机的数的表示方式时，应当 全面考虑以下几个因素：要表示的数的类型（小数、整数、实数和复数）：决定表示方式，可能遇到的数值范围： 确定存储、处理能力。数值精确度：处理能力相关；数据存储和处理所需要的硬件代价：造价高低。