計(jì)算機(jī)組成原理作業(yè)參考答案

1、作業(yè)一1、計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)包括哪些？參考答案:計(jì)算機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo)有下面幾項(xiàng)：主頻、字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、 存取周期和運(yùn)算速度等。(1) 主頻：主頻即時(shí)鐘頻率，是指計(jì)算機(jī)的CPU在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)。(2) 字長(zhǎng)：字長(zhǎng)是指計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件能同時(shí)處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它與計(jì)算機(jī) 的功能和用途有很大的關(guān)系。 字長(zhǎng)決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度， 字長(zhǎng)長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度就 高。字長(zhǎng)也影響機(jī)器的運(yùn)算速度，字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度越快。(3) 存儲(chǔ)容量：計(jì)算機(jī)能存儲(chǔ)的信息總字節(jié)量稱為該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 的單位還有 MB (兆字節(jié))、GB (吉字節(jié))和 TB (太字節(jié))。(4) 存取周期：

2、把信息代碼存入存儲(chǔ)器，稱為"寫(xiě)”；把信息代碼從存儲(chǔ)器中取出，稱為“讀”。存儲(chǔ)器進(jìn)行一次“讀”或“寫(xiě)”操作所需的時(shí)間稱為存儲(chǔ)器的訪問(wèn)時(shí)間(或讀寫(xiě)時(shí)間)，而連續(xù)啟動(dòng)兩次獨(dú)立的“讀”或“寫(xiě)”操作 (如連續(xù)的兩次“讀”操作)所需的最 短時(shí)間，稱為存取周期(或存儲(chǔ)周期)。(5) 運(yùn)算速度：運(yùn)算速度是一項(xiàng)綜合性的性能指標(biāo)。衡量計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的單位是 MIPS(百萬(wàn)條指令/秒)。因?yàn)槊糠N指令的類型不同，執(zhí)行不同指令所需的時(shí)間也不一樣。過(guò)去以執(zhí)行定點(diǎn)加法指令作標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算運(yùn)算速度，現(xiàn)在用一種等效速度或平均速度來(lái)衡量。等效速度由各種指令平均執(zhí)行時(shí)間以及相對(duì)應(yīng)的指令運(yùn)行比例計(jì)算得出來(lái)，即用加權(quán)平均法求得。

3、2、說(shuō)明常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)分類方法及其類型。參考答案：計(jì)算機(jī)有多種分類方法。常見(jiàn)的分類方法有以下幾種：(1) 按處理的信息形式分?？煞譃閿?shù)字計(jì)算機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)。用脈沖編碼表示數(shù)字，處理的是數(shù)字信息，這類計(jì)算機(jī)是數(shù)字計(jì)算機(jī)；處理長(zhǎng)度、電壓、電流等模擬量的計(jì)算機(jī)稱為模擬計(jì)算機(jī)。本書(shū)介紹的是數(shù)字計(jì)算機(jī)的組成原理。(2) 按字長(zhǎng)分。可分為 8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)等。(3) 按結(jié)構(gòu)分。可分為單片機(jī)、單板機(jī)、多芯片機(jī)與多板機(jī)。(4) 按用途分?？煞譃楣I(yè)控制機(jī)與數(shù)據(jù)處理機(jī)等。(5) 按規(guī)模分?？煞譃榫扌蜋C(jī)、小巨型機(jī)、大中型機(jī)、小型機(jī)、工作站和微型機(jī)(PC 機(jī))六類。作業(yè)二1、計(jì)算機(jī)中為什么采用二進(jìn)

4、制數(shù)碼?參考答案：這是由計(jì)算機(jī)電路所采用的器件決定的。計(jì)算機(jī)中采用了具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的二值電路，用二值電路只能代表兩個(gè)數(shù)碼：0和1。比如，采用正邏輯表示，是以低電位表示數(shù)碼“ 0”，高電位表示數(shù)碼“ T ;負(fù)邏輯表示，則以高電位表示數(shù)碼“0”，低電位表示數(shù)碼“ T。在計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制，具有運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單，物理上實(shí)現(xiàn)方便，成本低廉，數(shù)碼“1”和“0” 正好與邏輯命題中的兩個(gè)值“True”、“False ”相對(duì)應(yīng)，為計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和程序中的邏輯判斷提供了便利條件等優(yōu)點(diǎn)。2、不同進(jìn)制之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換計(jì)算。1) (15.34) 8轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)；2) 二進(jìn)制數(shù)1001110

5、0和0.01011轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。 參考答案：1) (15.34) 8 = (1101.0111) 2= (13.4375) 10= (E.7) 162) (10011100) 2 = (156) 10(0.01011) 2= (0.34375) 103、 把非規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù) N= 2110 X 0.01100110規(guī)格化，參考答案：把浮點(diǎn)數(shù)N的尾數(shù)向左移一位，變成 0. 1100110,同時(shí)，階碼遞減1,得到N= 2101 X 0. 1100110 ,即為規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)。作業(yè)三1、簡(jiǎn)單介紹CPU中的主要寄存器的名稱和功能。參考答案：CPU主要有以下寄存器：(1) 指令寄存器(IR )：用來(lái)保

6、存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。(2) 程序計(jì)數(shù)器(PC):用來(lái)確定下一條指令的地址。(3) 地址寄存器(AR):用來(lái)保存當(dāng)前 CPU所訪問(wèn)的內(nèi)存單元的地址。(4) 緩沖寄存器(DR):<1>作為CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站。<2>補(bǔ)償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的差別。<3>在單累加器結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器中，緩沖寄存器還可兼作為操作數(shù)寄存器。(5) 通用寄存器(AC):當(dāng)運(yùn)算器的算術(shù)邏輯單元( ALU )執(zhí)行全部算術(shù)和邏輯運(yùn) 算時(shí)，為ALU提供一個(gè)工作區(qū)。(6) 狀態(tài)條件寄存器：保存由算術(shù)指令和邏輯指令運(yùn)行或測(cè)試的結(jié)果建立的各種條件碼內(nèi)容。除此之

7、外，還保存中斷和系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息，以便使CPU和系統(tǒng)能及時(shí)了解機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和程序運(yùn)行狀態(tài)。2、何謂正邏輯？何謂負(fù)邏輯？參考答案：正邏輯與負(fù)邏輯是把邏輯電路中電平的高低和邏輯變量值0、1聯(lián)系起來(lái)的一種概念。正邏輯： 指定邏輯電路中高電平為“ T ,低電平為“ 0”，稱為正邏輯。負(fù)邏輯： 指定邏輯電路中低電平為“ T ,高電平為“ 0”，稱為負(fù)邏輯。對(duì)于一個(gè)具體的邏輯電路，判斷它具有什么邏輯功能，首先要看它是用正邏輯表示的，還是用負(fù)邏輯表示的，這在分析和綜合邏輯電路時(shí)要特別注意。作業(yè)四1、 兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù) X=201(+0.1101) , Y=211(-0.1010)，求 X+Y=?參考答案：(1)

8、 對(duì)階先把X、Y兩數(shù)用補(bǔ)碼表示：兇 補(bǔ)=00 01 ; 00.1101Y 補(bǔ)=00 11 ; 11.0110可以看出，兇 補(bǔ)的階碼小，應(yīng)向Y補(bǔ)階碼看齊，兇 補(bǔ)階碼增2,尾數(shù)向右移2位。對(duì)階完畢后，可得兇 補(bǔ)=00 11 ; 00.0011Y 補(bǔ)=00 11 ; 11 0110(2) 尾數(shù)求和00.0011+11 011011 1001(3) 規(guī)格化這是一個(gè)非規(guī)格化的數(shù)，對(duì)上述結(jié)果規(guī)格化，即進(jìn)行左規(guī)：尾數(shù)向左移1位，階碼減1。得到最后結(jié)果：X+Y=210X (-0.1110 )2、 已知兩個(gè)定點(diǎn)小數(shù) X=0.1101 , Y=-0.0111，用補(bǔ)碼加法求這 X+Y。參考答案：兇補(bǔ)=0.1101

9、, Y補(bǔ)=1.1001兇 補(bǔ)+Y補(bǔ)=0.1101 + 1.1001 = 0.0110所以，X+Y= 0.0110。作業(yè)五1、某計(jì)算機(jī)指令字長(zhǎng) 16位，每個(gè)地址碼是 6位，指令有無(wú)地址、 一地址和二地址三種 格式，設(shè)有N條二地址指令，無(wú)地址指令M條，試問(wèn)1地址指令最多有多少條？參考答案：設(shè)1地址指令有X條，則有下式成立：(24-N) *26-X) *26=M得：X= (24-N ) *26-M*2-62、試述指令周期、CPU周期和時(shí)鐘周期之間的關(guān)系參考答案：指令周期是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。也就是從取指令開(kāi)始到執(zhí)行完這條指令為止 的全部時(shí)間。一個(gè)指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期組成。CPU周期也叫機(jī)器

10、周期。是指 CPU訪問(wèn)一次主存或輸入輸出端口所需要的時(shí)間。一個(gè) CPU周期由若干個(gè)時(shí)鐘周期組成。時(shí)鐘周期是CPU理操作的最小時(shí)間單位，也叫 T周期指令周期、CPU周期和時(shí)鐘周期之間的關(guān)系如下圖所示。n T2 T3 14 n T2 34 II 12 T31_11_ 時(shí)鐘周期CPU周期lb_111一 CPU周期3-1_11一 CPU周期R指令周期作業(yè)六1、一個(gè)256KX 8的DRAM?片，其地址線和數(shù)據(jù)線分別為多少根?參考答案：地址線有18根，數(shù)據(jù)線有8根。2、主存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)主要有哪些？含義是什么？參考答案：主存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)主要是存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間、存儲(chǔ)周期可靠性和性能價(jià)格比。在一個(gè)存儲(chǔ)器中

11、可以容納的存儲(chǔ)單元總數(shù)通常稱為該存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。存取時(shí)間又稱存儲(chǔ)訪問(wèn)時(shí)間，是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。存儲(chǔ)周期是指連續(xù)兩次獨(dú)立的存儲(chǔ)器操作（如連續(xù)兩次讀操作）所需間隔的最小時(shí)間。可靠性是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，存儲(chǔ)器無(wú)故障工作的時(shí)間。通常用平均無(wú)故障時(shí)間MTBF來(lái)衡量。性能與價(jià)格的比值是衡量存儲(chǔ)器經(jīng)濟(jì)性能好壞的綜合性指標(biāo)。3、用16kX 8位的SRA姑片構(gòu)成64KX 16位的存儲(chǔ)器，要求畫(huà)出該存儲(chǔ)器的組成邏輯 框圖。參考答案：存儲(chǔ)器容量為64KX 16位，其地址線為16位（Ai5 A），數(shù)據(jù)線也是16位（Ds Db） SRA祇片容量為16KX 8位，其地址線為14位，數(shù)據(jù)線為

12、8位，因此組成存儲(chǔ)器時(shí)須字位 同時(shí)擴(kuò)展。字?jǐn)U展采用 2 : 4譯碼器，以16K為一個(gè)模塊，共4個(gè)模塊。位擴(kuò)展采用兩片串 接。邏輯框圖如下圖所示。AlfiAmD15D8CPUR/WDTDO數(shù)據(jù)繡（高8位）nr恤址線CS作業(yè)七1、CPU結(jié)構(gòu)如圖所示，其中一個(gè)累加寄存器AC, 一個(gè)狀態(tài)條件寄存器和其它四個(gè)寄存器，各部分之間的連線表示數(shù)據(jù)通路，箭頭表示信息傳送方向。（1）標(biāo)明圖中四個(gè)寄存器的名稱。（2）簡(jiǎn)述指令從主存取到控制器的數(shù)據(jù)通路。參考答案:(1) a為數(shù)據(jù)緩沖寄存器 DR b為指令寄存器IR , c為主存地址寄存器 AR d為程序 計(jì)數(shù)器PC(2) P->AF主存> 緩沖寄存器DR

13、 >指令寄存器IR ->操作控制器2、解釋下列基本術(shù)語(yǔ)：微命令、微操作、微指令和微程序參考答案：微命令通常是指那些能直接作用于某部件控制門的命令，它是構(gòu)成控制信號(hào)序列的最 小單位。執(zhí)行部件接受微命令后進(jìn)行的操作稱為微操作。在一個(gè)CPU周期中，一組實(shí)現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合，稱為微指令。對(duì)應(yīng)于程序指令的概念，微指令的有序集合稱為微程序。一般一條機(jī)器指令的功能由 對(duì)應(yīng)的一段微程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。作業(yè)八1、分析獨(dú)立請(qǐng)求總線控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。參考答案：獨(dú)立請(qǐng)求總線控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：響應(yīng)時(shí)間快，對(duì)優(yōu)先次序的控制也相當(dāng)?shù)仂`活，它可以預(yù)先固定優(yōu)先次序，也可以通過(guò)程序來(lái)改變優(yōu)先次序。并且在必要時(shí)屏蔽某

14、些設(shè)備的請(qǐng)求。缺點(diǎn)是：控制線的數(shù)量多。比如要控制n個(gè)設(shè)備，必須有n根“總線請(qǐng)求”線和 n根“總線同意”線，相比之下，鏈?zhǔn)讲樵兎绞街恍?根，計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式只需約log 2n 根。另外，獨(dú)立請(qǐng)求總線控制方式的控制器也要復(fù)雜得多。2、總線有哪些分類方式，數(shù)據(jù)總線和地址總線的特點(diǎn)各是什么？ 參考答案：根據(jù)總線所傳輸?shù)男畔?nèi)容的不同，總線可分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。根據(jù)總線在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所處的位置不同，總線又有片級(jí)總線、內(nèi)部總線和外部總線 之分。根據(jù)二進(jìn)制數(shù)碼的傳送方式，總線有并行總線和串行總線兩種。根據(jù)數(shù)據(jù)的傳送方向，總線有單向總線和雙向總線兩種。數(shù)據(jù)總線的特點(diǎn)是：雙向傳輸；地址總線的特點(diǎn)

15、是：?jiǎn)蜗騻鬏敗?、說(shuō)明計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢工作原理。參考答案：計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢工作原理：總線上任一設(shè)備要求使用總線時(shí)，通過(guò)“總線請(qǐng)求” （B0線發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)，總線控制器接到請(qǐng)求信號(hào)后，在“總線忙” （BS為復(fù)位的情況下，讓計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值通過(guò)一組地址線發(fā)至各設(shè)備。每個(gè)設(shè)備接口都有一個(gè)設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計(jì)數(shù)值與請(qǐng)求總線的設(shè)備地址一致時(shí)，該設(shè)備把“總線忙”（BS）置位，獲得了總線控制權(quán)。此時(shí)，終止計(jì)數(shù)查詢。作業(yè)九1、 某雙面磁盤，每面有 220道，內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為 70cm內(nèi)層位密度 400位/cm,轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)/分，問(wèn)：（1）磁盤存儲(chǔ)容量是多少？（2）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？參考答案：（

16、1）每道信息量=400 位/cm >70cm=28000 位=3500B每面信息量=3500BX220=770000B磁盤總?cè)萘?770000BX2=1540000B（2） 磁盤數(shù)據(jù)傳輸率，也即磁盤的帶寬Dr=r NN為每條磁道容量，N=3500Br為磁盤轉(zhuǎn)速r=3000轉(zhuǎn)/60S=50轉(zhuǎn)/S所以，Dr=r XN=50/S X3500B=175000B/S2、磁記錄設(shè)備的寫(xiě)電流波形主要有哪幾種方式，各自的記錄特點(diǎn)分別是什么？參考答案：磁記錄設(shè)備的寫(xiě)電流波形主要有歸零制、不歸零制、調(diào)相制、調(diào)頻制和改進(jìn)的調(diào)頻制 等幾大類。歸零制記錄方式的特點(diǎn)是：正向電流代表“1”,負(fù)向電流代表“0”,不論某

17、存儲(chǔ)元記錄的代碼是“ 0”還是“ T ,記錄電流都要恢復(fù)到零電流（即沒(méi)有電流） 。不歸零制有兩種方式，一種是一般的不歸零制，另一種是見(jiàn)“1”就翻不歸零制。一般的不歸零制在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭線圈中不是有正向電流，就是有反向電流，即磁頭線圈總 是有電流流過(guò)。它的特點(diǎn)是： 對(duì)連續(xù)記錄的“ T或“ 0”，寫(xiě)電流不改變方向。見(jiàn)“ T就 翻的不歸零制在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭線圈中始終有電流。和一般的不歸零制的顯著不同之處是： 流過(guò)磁頭的電流在記錄"1"時(shí)改變方向，在記錄"0"時(shí)，電流方向不變。調(diào)相制記錄方式在一個(gè)位周期的中間位置，電流由負(fù)到正變化為“ T ,由正到負(fù)為 “0

18、”。調(diào)頻制在記錄數(shù)字“ T時(shí)，電流不僅在位周期的中心位置翻轉(zhuǎn)一次，而且在位與位之間也發(fā)生翻轉(zhuǎn)。在記錄數(shù)字“ 0”時(shí)，在位位置的中心不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，但在位與位之間的邊 界要翻轉(zhuǎn)一次。改進(jìn)的調(diào)頻制在記錄“ T時(shí)，電流在位中心位置翻轉(zhuǎn)一次，在記錄“0”時(shí)，電流方向不翻轉(zhuǎn)， 只有連續(xù)記錄兩個(gè)或兩個(gè)以上“ 0”時(shí)，才在位周期的起始處翻轉(zhuǎn)一次作業(yè)十1、DMA專送方式有哪幾種？各自有何優(yōu)點(diǎn)？ 參考答案：DMAS制器和CPU分時(shí)使用總線的方式有以下三種：停止CPU訪問(wèn)；周期挪用；DMA控制器和CPU替訪問(wèn)內(nèi)存。停止CPU訪問(wèn)傳送方式的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，它適用于高速的外圍設(shè)備與內(nèi)存之間實(shí)現(xiàn) 成組的數(shù)據(jù)傳輸。由于外圍設(shè)備和內(nèi)存?zhèn)鬏攦蓚€(gè)數(shù)據(jù)之間的間隔一般總是大于內(nèi)存存儲(chǔ)周 期，因此，在DM制間，一部分內(nèi)存的工作周期處于空閑狀態(tài)，內(nèi)存的效能未得到充分發(fā)揮。周期挪用的方式與停止 CPU訪問(wèn)內(nèi)存的方式比較，既實(shí)現(xiàn)了外圍設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù) 據(jù)傳送，又較好地發(fā)揮了內(nèi)存和 CPU的效率。但是，外圍設(shè)備每次周期挪用都要申請(qǐng)總線的 控制權(quán)、建立總線控制權(quán)和歸