計算機組成原理試題庫集及答案

第一章 計算機系統(tǒng)概論什么是計算機系統(tǒng)、計算機硬件和計算機軟件？硬件和軟件哪個更重要？解：P3計算機系統(tǒng)：由計算機硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的綜合體。計算機硬件：指計算機中的電子線路和物理裝置。計算機軟件：計算機運行所需的程序及相關(guān)資料。硬件和軟件在計算機系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要。馮?諾依曼計算機的特點是什么？解：馮?諾依曼計算機的特點是：P8計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成；指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲器內(nèi)，并可以按地址訪問；指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示；指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置；指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執(zhí)行；機器以運算器為中心（原始馮?諾依曼機）。解釋下列概念：主機、CPU、主存、存儲單元、存儲元件、存儲基元、存儲元、存儲字、存儲字長、存儲容量、機器字長、指令字長。解：P9-10主機：是計算機硬件的主體部分，由

CPU和主存儲器

MM合成為主機。CPU：中央處理器，是計算機硬件的核心部件，由運算器和控制器組成；

（早期的運算器和控制器不在同一芯片上，現(xiàn)在的 CPU內(nèi)除含有運算器和控制器外還集成了 CACHE）。主存：計算機中存放正在運行的程序和數(shù)據(jù)的存儲器，為計算機的主要工作存儲器，可隨機存??；由存儲體、各種邏輯部件及控制電路組成。存儲單元：可存放一個機器字并具有特定存儲地址的存儲單位。存儲元件：存儲一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲器中最小的存儲單位，又叫存儲基元或存儲元，不能單獨存取。存儲字：一個存儲單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位。存儲字長：一個存儲單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)。存儲容量：存儲器中可存二進(jìn)制代碼的總量； （通常主、輔存容量分開描述） 。機器字長：指 CPU一次能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與 CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)。指令字長：一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)。解釋下列英文縮寫的中文含義：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、功能三部分。CPU：CentralProcessingUnit ，中央處理機（器），是計算機硬件的核心部件，主要由運算器和控制器組成。PC：ProgramCounter，程序計數(shù)器，其功能是存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動計數(shù)形成下一條指令地址。IR：InstructionRegister ，指令寄存器，其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。CU：Control Unit，控制單元（部件），為控制器的核心部件，其功能是產(chǎn)生微操作命令序列。ALU：ArithmeticLogicUnit ，算術(shù)邏輯運算單元，為運算器的核心部件，其功能是進(jìn)行算術(shù)、邏輯運算。ACC：Accumulator，累加器，是運算器中既能存放運算前的操作數(shù)，又能存放運算結(jié)果的寄存器。MQ：Multiplier-QuotientRegister ，乘商寄存器，乘法運算時存放乘數(shù)、除法時存放商的寄存器。X：此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名， 在此表示操作數(shù)寄存器，即運算器中工作寄存器之一，用來存放操作數(shù)；MAR：MemoryAddressRegister ，存儲器地址寄存器，在主存中用來存放欲訪問的存儲單元的地址。MDR：MemoryDataRegister ，存儲器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主存中用來存放從某單元讀出、或要寫入某存儲單元的數(shù)據(jù)。I/O：Input/Outputequipment ，輸入/輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計算機內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送。MIPS：MillionInstructionPerSecond ，每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計算機運算速度指標(biāo)的一種計量單位。畫出主機框圖，分別以存數(shù)指令“STAM”和加法指令“ADDM”（M均為主存地址）為例，在圖中按序標(biāo)出完成該指令（包括取指令階段）的信息流程（如→①） 。假設(shè)主存容量為 256M*32位，在指令字長、存儲字長、機器字長相等的條件下，指出圖中各寄存器的位數(shù)。解：主機框圖如 P13圖1.11所示。1）STAM指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR2）ADDM指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，RD，MM→MDR，MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，WR假設(shè)主存容量 256M*32位，在指令字長、存儲字長、機器字長相等的條件下， ACC、X、IR、MDR寄存器均為 32位，PC和MAR寄存器均為 28位。指令和數(shù)據(jù)都存于存儲器中，計算機如何區(qū)分它們？解：計算機區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下 2種方法：通過不同的時間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，在執(zhí)行指令階段（或相應(yīng)微程序）取出的即為數(shù)據(jù)。

即在取指令階段（或取指微程序） 取出的為指令，通過地址來源區(qū)分，由存儲單元地址的取出的是操作數(shù)。

PC提供存儲單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供第2章計算機的發(fā)展及應(yīng)用通常計算機的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)？答：P22主要以組成計算機基本電路的元器件為依據(jù)，如電子管、晶體管、集成電路等。舉例說明專用計算機和通用計算機的區(qū)別。答：按照計算機的效率、速度、價格和運行的經(jīng)濟(jì)性和實用性可以將計算機劃分為通用計算機和專用計算機。通用計算機適應(yīng)性強，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性，而專用計算機是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快的計算機，但適應(yīng)性很差。例如個人電腦和計算器。什么是摩爾定律？該定律是否永遠(yuǎn)生效？為什么？答：P23，否，P36第3章系統(tǒng)總線什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點？答：P41.總線是多個部件共享的傳輸部件?？偩€傳輸?shù)奶攸c是：某一時刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時使用。為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動緩沖電路與總線連通。為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點？哪種方式響應(yīng)時間最快？哪種方式對電路故障最敏感？答：總線判優(yōu)控制解決多個部件同時申請總線時的使用權(quán)分配問題；常見的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵?、計?shù)器定時查詢、獨立請求；特點：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡單，易于擴充，對電路故障最敏感；計數(shù)器定時查詢方式優(yōu)先級設(shè)置較靈活，對故障不敏感，連線及控制過程較復(fù)雜；獨立請求方式速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。5. 解釋下列概念：總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備（或主模塊）（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。

、總線的從設(shè)備答：P46?？偩€寬度：通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)；總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸率，指單位時間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)；總線復(fù)用：指同一條信號線可以分時傳輸不同的信號?？偩€的主設(shè)備（主模塊） ：指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備（模塊） ；總線的從設(shè)備（從模塊） ：指一次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備（模塊） ，它只能被動接受主設(shè)備發(fā)來的命令；總線的傳輸周期：指總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時間；總線的通信控制：指總線傳送過程中雙方的時間配合方式。試比較同步通信和異步通信。答：同步通信：指由統(tǒng)一時鐘控制的通信，控制方式簡單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場合。異步通信：指沒有統(tǒng)一時鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，有利于提高總線工作效率。為什么說半同步通信同時保留了同步通信和異步通信的特點？答：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時間不一致，因此工作效率介于兩者之間。10. 為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)？你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些？什么叫 plugandplay ？哪些總線有這一特點？答：總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問題；目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有： ISA、EISA、PCI等；plugandplay ：即插即用， EISA、PCI等具有此功能。畫一個具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。答：在總線的兩端分別配置三態(tài)門，就可以使總線具有雙向傳輸功能。a0 b0a1 b1an bna至b b至a12. 設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有

A、B、C、D四個寄存器，要求選用合適的

74系列芯片，完成下列邏輯設(shè)計：（1） 設(shè)計一個電路，在同一時間實現(xiàn) D→A、D→B和D→C寄存器間的傳送；（2） 設(shè)計一個電路，實現(xiàn)下列操作：T0時刻完成 D→總線；T1時刻完成總線→ A；T2時刻完成 A→總線；T3時刻完成總線→ B。解：（1）由T打開三態(tài)門將 D寄存器中的內(nèi)容送至總線 bus，由cp脈沖同時將總線上的數(shù)據(jù)打入到A、B、C寄存器中。 T和cp的時間關(guān)系如圖（ 1）所示。cp脈沖A B C總線busT三態(tài)門TDcp圖（1）（2）三態(tài)門1受T0＋T1控制，以確保T0時刻D→總線，以及T1時刻總線→接收門1→A。三態(tài)門2受T2＋T3控制，以確保T2時刻A→總線，以及T3時刻總線→接收門2→B。T0、T1、T2、T3波形圖如圖（2）所示。圖(2)第四章存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計算機如何管理這些層次？答：存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在Cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次上。Cache-主存層次在存儲系統(tǒng)中主要對 CPU訪存起加速作用，即從整體運行的效果分析，訪存速度加快，接近于 Cache的速度，而尋址空間和位價卻接近于主存。

CPU主存-輔存層次在存儲系統(tǒng)中主要起擴容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲器其容量和位價接近于輔存，而速度接近于主存。綜合上述兩個存儲層次的作用，從整個存儲系統(tǒng)來看，就達(dá)到了速度快、 容量大、位價低的優(yōu)化效果。主存與CACHE之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動完成。 而主存與輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲技術(shù)實現(xiàn)， 即將主存與輔存的一部分通過軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲器，可使用這個比主存實際空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當(dāng)程序運行時，再由軟、硬件自動配合完成虛擬地址空間與主存實際物理空間的轉(zhuǎn)換。個層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說都是透明的。

程序員因此，這兩4. 說明存取周期和存取時間的區(qū)別。解：存取周期和存取時間的主要區(qū)別是：

存取時間僅為完成一次操作的時間，

而存取周期不僅包含操作時間，還包含操作后線路的恢復(fù)時間。即：存取周期 = 存取時間 + 恢復(fù)時間5. 什么是存儲器的帶寬？若存儲器的數(shù)據(jù)總線寬度為 32位，存取周期為 200ns，則存儲器的帶寬是多少？解：存儲器的帶寬指單位時間內(nèi)從存儲器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。存儲器帶寬=1/200ns×32位=160M位/秒=20MB/秒=5M字/秒注意：字長32位，不是16位。（注：1ns=10-9s）某機字長為32位，其存儲容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。解：存儲容量是64KB時，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64K，如按字編址，其尋址范圍為：64K/（32/8）=16K主存字地址和字節(jié)地址的分配情況： （略）。一個容量為16K×32位的存儲器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲芯片時，各需要多少片？1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和=14+32=46根；選擇不同的芯片時，各需要的片數(shù)為：1K×4：（16K×32）/（1K×4）=16×8=128片2K×8：（16K×32）/（2K×8）=8×4=32片4K×4：（16K×32）/（4K×4）=4×8=32片16K×1：（16K×32）/（16K×1）=1×32=32片4K×8：（16K×32）/（4K×8）=4×4=16片8K×8：（16K×32）/（8K×8）=2×4=8片試比較靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM。答：略。（參看課件）什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。解：刷新：對DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過程；刷新原因：因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時補充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集中式：在最大刷新間隔時間內(nèi)，集中安排一段時間進(jìn)行刷新，存在 CPU訪存死時間。分散式：在每個讀 /寫周期之后插入一個刷新周期，無 CPU訪存死時間。異步式：是集中式和分散式的折衷。半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有幾種？解：半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有兩種：線選法和重合法。線選法：地址譯碼信號只選中同一個字的所有位，結(jié)構(gòu)簡單，費器材；重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號的重合來選址， 也稱矩陣譯碼。可大大節(jié)省器材用量， 是最常用的譯碼驅(qū)動方式。11.一個8K×8位的動態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256×256形式，存取周期為0.1μs。試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？解：采用分散刷新方式刷新間隔為 :2ms，其中刷新死時間為： 256×0.1μs=25.6μs采用分散刷新方式刷新間隔為：256×（0.1μs+×0.1μs）=51.2μs采用異步刷新方式刷新間隔為:2ms12. 畫出用1024×4位的存儲芯片組成一個容量為 64K×8位的存儲器邏輯框圖。要求將 64K分成4個頁面，每個頁面分16組，指出共需多少片存儲芯片。解：設(shè)采用SRAM芯片，則：總片數(shù)= （64K×8位）/ （1024×4位）=64×2=128 片題意分析：本題設(shè)計的存儲器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁面、組三級，因此畫圖時也應(yīng)分三級畫。首先應(yīng)確定各級的容量：頁面容量 = 總?cè)萘? 頁面數(shù) =64K×8/4=16K

×8位，4

片

16K×8

字串聯(lián)成

64K×8位組容量

=

頁面容量

/

組數(shù)

=16K×8位

/16=1K×8位，16片1K×8位字串聯(lián)成

16K×8位組內(nèi)片數(shù)

=

組容量

/

片容量

=1K×8位

/1K

×4位

=2

片，兩片

1K×4

位芯片位并聯(lián)成1K×8位存儲器邏輯框圖：（略）。設(shè)有一個64K×8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個基本單元電路（簡稱存儲基元）？欲設(shè)計一種具有上述同樣多存儲基元的芯片，要求對芯片字長的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說明有幾種解答。解：存儲基元總數(shù)=64K×8位=512K位=219位；思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲元安排在字向，因為地址位數(shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。解：設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為：2a×b=219；b=219-a；若a=19，b=1，總和=19+1=20；a=18，b=2，總和=18+2=20；a=17，b=4，總和=17+4=21；a=16，b=8，總和=16+8=24；,,,,由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長越長，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)減

1、片位數(shù)均按

2的冪變化。結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，

這種芯片的引腳分配方案有兩種：

地址線

=19根，數(shù)據(jù)線

=1

根；或地址線

=18

根，數(shù)據(jù)線

=2

根。14. 某8位微型機地址碼為 18位，若使用4K×4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲器， 試問：1）該機所允許的最大主存空間是多少？2）若每個模塊板為32K×8位，共需幾個模塊板？3）每個模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片？4）共有多少片RAM？5）CPU如何選擇各模塊板？解：（1）該機所允許的最大主存空間是：218×8位=256K×8位=256KB（2）模塊板總數(shù)=256K×8/32K×8=8塊（3）板內(nèi)片數(shù)=32K×8位/4K×4位=8×2=16片4）總片數(shù)=16片×8=128片（5）CPU通過最高 3位地址譯碼輸出選擇模板，次高 3位地址譯碼輸出選擇芯片。地址格式分配如下：模板號（

3位）

芯片號（3位）

片內(nèi)地址（

12位）設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ（低電平有效）作訪存控制信號，R/W作讀寫命令信號（高電平為讀，低電平為寫） ?，F(xiàn)有下列存儲芯片： ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位），RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138譯碼器和其他門電路 （門電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出 CPU和存儲芯片的連接圖。要求：1）最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，4096~16383地址范圍為用戶程序區(qū)；2）指出選用的存儲芯片類型及數(shù)量；3）詳細(xì)畫出片選邏輯。解：（1）地址空間分配圖：系統(tǒng)程序區(qū)（ ROM共4KB）：0000H-0FFFH用戶程序區(qū)（ RAM共12KB）：1000H-FFFFH（2）選片：ROM：選擇4K×4位芯片2片，位并聯(lián)RAM：選擇 4K×8位芯片 3 片，字串聯(lián)(RAM1地址范圍為:1000H-1FFFH,RAM2地址范圍為2000H-2FFFH,RAM3地址范圍為:3000H-3FFFH)3）各芯片二進(jìn)制地址分配如下：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存儲器連接邏輯圖及片選邏輯如下圖(3)所示：MREQG1Y7G2AA15G2B74138Y3Y2A14AY1A13BY0A12CA11..................A0CPUPD/PROGROM2RAM1RAM2RAM3ROM1OEOECSCSCSD0.................D3D4.D7.R/W圖（3）CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8K×8位的RAM芯片與CPU相連，試回答：1）用74138譯碼器畫出CPU與存儲芯片的連接圖；2）寫出每片RAM的地址范圍；3）如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。4）根據(jù)（1）的連接圖，若出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果？解：（1）CPU與存儲器芯片連接邏輯圖：+5VG1Y7G2A..MREQ.G2B74138Y2A15AY1A14BY0A13C.A12..A0.........CPUWERAM0WERAM1......WERAM7CSCS...CSD0.........D7R/W（2）地址空間分配圖：RAM0:0000H-1FFFHRAM1:2000H-3FFFHRAM2:4000H-5FFFHRAM3:6000H-7FFFHRAM4:8000H-9FFFHRAM5:A000H-BFFFHRAM6:C000H-DFFFHRAM7:E000H-FFFFH（3）如果運行時發(fā)現(xiàn)不論往哪片 RAM寫入數(shù)據(jù)后，以 A000H為起始地址的存儲芯片 (RAM5)都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因為：該存儲芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平。假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的，可能的情況有：1）該片的-CS端與-WE端錯連或短路；2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯連或短路；3）該片的-CS端與地線錯連或短路。（4）如果地址線 A13與CPU斷線，并搭接到高電平上， 將會出現(xiàn) A13恒為“1”的情況。 此時存儲器只能尋址 A13=1的地址空間(奇數(shù)片)，A13=0的另一半地址空間（偶數(shù)片）將永遠(yuǎn)訪問不到。若對 A13=0的地址空間（偶數(shù)片）進(jìn)行訪問，只能錯誤地訪問到 A13=1的對應(yīng)空間 (奇數(shù)片)中去。17. 寫出

1100、1101、1110、1111對應(yīng)的漢明碼。解：有效信息均為

n=4

位，假設(shè)有效信息用

b4b3b2b1

表示校驗位位數(shù)

k=3位，（2k>=n+k+1）設(shè)校驗位分別為 c1、c2、c3，則漢明碼共

4+3=7

位，即：

c1c2b4c3b3b2b1校驗位在漢明碼中分別處于第 1、2、4位c1=b4⊕b3⊕b1c2=b4⊕b2⊕b1c3=b3⊕b2⊕b1當(dāng)有效信息為1100時，c3c2c1=011,漢明碼為1110100。當(dāng)有效信息為1101時，c3c2c1=100,漢明碼為0011101。當(dāng)有效信息為1110時，c3c2c1=101,漢明碼為1011110。當(dāng)有效信息為1111時，c3c2c1=010,漢明碼為0110111。已知收到的漢明碼（按配偶原則配置）為1100100、1100111、1100000、1100001，檢查上述代碼是否出錯？第幾位出錯？解：假設(shè)接收到的漢明碼為：c1’c2’b4’c3’b3’b2’b1’糾錯過程如下：P1=c1’⊕b4’⊕b3’⊕b1’P2=c2’⊕b4’⊕b2’⊕b1’P3=c3’⊕b3’⊕b2’⊕b1’如果收到的漢明碼為1100100，則p3p2p1=011，說明代碼有錯，第3位（b4’）出錯，有效信息為：1100如果收到的漢明碼為1100111，則p3p2p1=111，說明代碼有錯，第7位（b1’）出錯，有效信息為：0110如果收到的漢明碼為1100000，則p3p2p1=110，說明代碼有錯，第6位（b2’）出錯，有效信息為：0010如果收到的漢明碼為1100001，則p3p2p1=001，說明代碼有錯，第1位（c1’）出錯，有效信息為：0001某機字長16位，常規(guī)的存儲空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲芯片，而使訪存速度提高到 8倍，可采取什么措施？畫圖說明。解：若想不改用高速存儲芯片，而使訪存速度提高到

8倍，可采取八體交叉存取技術(shù)，

8體交叉訪問時序如下圖：啟動存儲體 0啟動存儲體 1啟動存儲體 2啟動存儲體 3啟動存儲體 4啟動存儲體 5啟動存儲體 6啟動存儲體 7單體訪存周期什么是“程序訪問的局部性”？存儲系統(tǒng)中哪一級采用了程序訪問的局部性原理？解：程序運行的局部性原理指：在一小段時間內(nèi)，最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問；在空間上，這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲區(qū)；在訪問順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大(大約5:1)。存儲系統(tǒng)中Cache—主存層次采用了程序訪問的局部性原理。25.Cache 做在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令 Cache和數(shù)據(jù)Cache分開又有什么好處？答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個好處：1）可提高外部總線的利用率。因為 Cache在CPU芯片內(nèi)，CPU訪問Cache時不必占用外部總線。2）Cache

不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持

I/O

設(shè)備與主存的信息傳輸，增強了系統(tǒng)的整體效率。3）可提高存取速度。因為

Cache與

CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短

,故存取速度得以提高。將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開有如下好處：1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2）指令 Cache可用ROM實現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性。3）數(shù)據(jù) Cache對不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例 32位），也可支持浮點數(shù)據(jù)（如 64位）。補充：Cache結(jié)構(gòu)改進(jìn)的第三個措施是分級實現(xiàn)，如二級緩存結(jié)構(gòu)，即在片內(nèi) Cache（L1）和主存之間再設(shè)一個片外 Cache（L2），片外緩存既可以彌補片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點，又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度。30.

一個組相連映射的

CACHE由

64塊組成，每組內(nèi)包含

4塊。主存包含

4096

塊，每塊由

128字組成，訪存地址為字地址。試問主存和高速存儲器的地址各為幾位？畫出主存地址格式。解：cache

組數(shù)：

64/4=16

，Cache容量為：

64*128=213字，cache

地址

13位主存共分 4096/16=256 區(qū)，每區(qū) 16塊19主存字塊標(biāo)記（ 8位） 組地址（4位）

字塊內(nèi)地址（

7位）第六章設(shè)浮點數(shù)格式為：階碼5位（含1位階符），尾數(shù)11位（含1位數(shù)符）。寫出51/128、-27/1024所對應(yīng)的機器數(shù)。要求如下：1）階碼和尾數(shù)均為原碼。2）階碼和尾數(shù)均為補碼。3）階碼為移碼，尾數(shù)為補碼。解：據(jù)題意畫出該浮點數(shù)的格式：階符1位階碼4位數(shù)符1位尾數(shù)10位將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：x1=51/128=0.0110011B=2-1*0.110011Bx2=-27/1024=-0.0000011011B=2-5*(-0.11011B）則以上各數(shù)的浮點規(guī)格化數(shù)為：1）[x1]浮=1，0001；0.1100110000[x2]浮=1，0101；1.11011000002）[x1]浮=1，1111；0.1100110000[x2] 浮=1，1011；1.00101000003）[x1]浮=0，1111；0.1100110000[x2]浮=0，1011；1.001010000016．設(shè)機器數(shù)字長為16位，寫出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍。設(shè)機器數(shù)采用一位符號位，答案均用十進(jìn)制表示。1）無符號數(shù)；2）原碼表示的定點小數(shù)。3）補碼表示的定點小數(shù)。4）補碼表示的定點整數(shù)。5）原碼表示的定點整數(shù)。6）浮點數(shù)的格式為：階碼6位（含1位階符），尾數(shù)10位（含1位數(shù)符）。分別寫出其正數(shù)和負(fù)數(shù)的表示范圍。7）浮點數(shù)格式同（6），機器數(shù)采用補碼規(guī)格化形式，分別寫出其對應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)的真值范圍。解：（1）無符號整數(shù)： 0——216-1 ，即：0——65535；無符號小數(shù)： 0——1-2 -16 ，即：0——0.99998；2）原碼定點小數(shù)：-1+2-15——1-2-15，即：-0.99997——0.99997（3）補碼定點小數(shù)：-1——1-2-15，即：-1——0.99997（4）補碼定點整數(shù)：-215——215-1，即：-32768——32767（5）原碼定點整數(shù)：-215+1——215-1，即：-32767——32767（6）據(jù)題意畫出該浮點數(shù)格式，當(dāng)階碼和尾數(shù)均采用原碼，非規(guī)格化數(shù)表示時：最大負(fù)數(shù)=1，11111；1.000000001，即-2-92-31最小負(fù)數(shù)=0，11111；1.111111111，即-（1-2-9）231則負(fù)數(shù)表示范圍為：-（1-2-9）231——-2-92-31最大正數(shù)=0，11111；0.111111111，即（1-2-9）231最小正數(shù)=1，11111；0.000000001，即2-92-31則正數(shù)表示范圍為：2-92-31——（1-2-9）231（7）當(dāng)機器數(shù)采用補碼規(guī)格化形式時，若不考慮隱藏位，則最大負(fù)數(shù)=1，00000；1.011111111，即-2-12-32最小負(fù)數(shù)=0，11111；1.000000000，即-1231則負(fù)數(shù)表示范圍為：-1231——-2-12-32最大正數(shù)=0，11111；0.111111111，即（1-2-9）231最小正數(shù)=1，00000；0.100000000，即2-12-32則正數(shù)表示范圍為：2-12-32——（1-2-9）231設(shè)機器數(shù)字長為8位（包括一位符號位），對下列各機器數(shù)進(jìn)行算術(shù)左移一位、兩位，算術(shù)右移一位、兩位，討論結(jié)果是否正確。[x1]原=0.0011010；[y1]補=0.1010100；[z1]反=1.0101111；[x2]原=1.1101000；[y2]補=1.1101000；[z2]反=1.1101000；[x3]原=1.0011001；[y3]補=1.0011001；[z3]反=1.0011001。解：算術(shù)左移一位：[x1]原=0.0110100；正確[x2]原=1.1010000；溢出（丟1）出錯[x3]原=1.0110010；正確[y1]補=0.0101000；溢出（丟1）出錯[y2]補=1.1010000；正確[y3]補=1.0110010；溢出（丟0）出錯[z1]反=1.1011111；溢出（丟0）出錯[z2]反=1.1010001；正確[z3]反=1.0110011；溢出（丟0）出錯算術(shù)左移兩位：[x1]原=0.1101000；正確[x2]原=1.0100000；溢出（丟11）出錯[x3]原=1.1100100；正確[y1]補=0.1010000；溢出（丟10）出錯[y2]補=1.0100000；正確[y3]補=1.1100100；溢出（丟00）出錯[z1]反=1.0111111；溢出（丟01）出錯[z2]反=1.0100011；正確[z3]反=1.1100111；溢出（丟00）出錯算術(shù)右移一位：[x1]原=0.0001101；正確[x2]原=1.0110100；正確[x3]原=1.0001100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差[y1]補=0.0101010；正確[y2]補=1.1110100；正確[y3]補=1.1001100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差[z1]反=1.1010111；正確[z2]反=1.1110100(0)；丟0，產(chǎn)生誤差[z3]反=1.1001100；正確算術(shù)右移兩位：[x1]原=0.0000110（10）；產(chǎn)生誤差[x2]原=1.0011010；正確[x3]原=1.0000110（01）；產(chǎn)生誤差[y1]補=0.0010101；正確[y2]補=1.1111010；正確[y3]補=1.1100110（01）；產(chǎn)生誤差[z1]反=1.1101011；正確[z2]反=1.1111010（00）；產(chǎn)生誤差[z3]反=1.1100110（01）；產(chǎn)生誤差設(shè)機器數(shù)字長為8位（含1位符號位），用補碼運算規(guī)則計算下列各題。1）A=9/64，B=-13/32，求A+B。2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。3）A=-3/16，B=9/32，求A+B。4）A=-87，B=53，求A-B。5）A=115，B=-24，求A+B。解：（1）A=9/64=0.0010010B,B=-13/32=-0.0110100B[A] 補=0.0010010,[B] 補=1.1001100[A+B]補=0.0010010+1.1001100=1.1011110 ——無溢出A+B=-0.0100010B=-17/642）A=19/32=0.1001100B,B=-17/128=-0.0010001B[A] 補=0.1001100,[B] 補=1.1101111,[-B] 補=0.0010001[A-B] 補=0.1001100+0.0010001=0.1011101 ——無溢出A-B=0.1011101B=93/128B3）A=-3/16=-0.0011000B,B=9/32=0.0100100B[A]補=1.1101000,[B]補=0.0100100[A+B]補=1.1101000+0.0100100=0.0001100——無溢出A+B=0.0001100B=3/324）A=-87=-1010111B,B=53=110101B[A]補=10101001,[B]補=00110101,[-B]補=11001011[A-B]補=10101001+11001011=01110100——溢出5）A=115=1110011B,B=-24=-11000B[A]補=01110011,[B]補=1，1101000[A+B]補=01110011+11101000=01011011——無溢出A+B=1011011B=9126.按機器補碼浮點運算步驟，計算[x±y]補.（1）x=2-011×0.101100，y=2-010×（-0.011100）；（2）x=2-011×（-0.100010），y=2-010×（-0.011111）；（3）x=2101×（-0.100101），y=2100×（-0.001111)。解：先將x、y轉(zhuǎn)換成機器數(shù)形式：（1）x=2-011×0.101100，y=2-010×（-0.011100）[x]補=1，101；0.101100,[y]補=1，110；1.100100[Ex]補=1,101,[y]補=1,110,[Mx]補=0.101100,[My]補=1.1001001）對階：[E]補=[Ex]補+[-Ey]補=11,101+00,010=11,111<0，應(yīng)Ex向Ey對齊，則：[Ex]補+1=11，101+00，001=11，110=[Ey]補補=1，110；0.0101102）尾數(shù)運算：[Mx] 補+[My]補=0.010110+11.100100=11.111010[Mx]補+[-My]補=0.010110+00.011100=00.110010）結(jié)果規(guī)格化：[x+y]補=11，110；11.111010=11，011；11.010000（尾數(shù)左規(guī)3次，階碼減3）[x-y]補=11，110；00.110010,已是規(guī)格化數(shù)。4）舍入：無5）溢出：無則：x+y=2-101×（-0.110000）x-y=2-010×0.1100102）x=2-011×（-0.100010）,y=2-010×（-0.011111）[x]補=1，101；1.011110,[y]補=1，110；1.1000011）對階：過程同 (1)的1），則[x]補=1，110；1.101111）尾數(shù)運算：[Mx]補+[My]補=11.101111+11.100001=11.010000[Mx]補+[-My]補=11.101111+00.011111=00.0011103）結(jié)果規(guī)格化：[x+y]補=11，110；11.010000,已是規(guī)格化數(shù)[x-y]補=11，110；00.001110=11，100；00.111000（尾數(shù)左規(guī)2次，階碼減2）4）舍入：無5）溢出：無則：x+y=2-010×（-0.110000）x-y=2-100×0.111000（3）x=2101×（-0.100101）,y=2100×（-0.001111）[x]補=0，101；1.011011,[y]補=0，100；1.1100011）對階：[ E]補=00，101+11，100=00，001>0，應(yīng)[Ey]補+1=00，100+00，001=00，101=[Ex][y]補=0，101；1.111000（1）

Ey向補

Ex對齊，則：2）尾數(shù)運算：[Mx]補+[My][Mx]補+[-My]

補=11.011011+11.111000補=11.011011+00.000111

（1）=11.010011（1）=11.100010

（1）（1）2）結(jié)果規(guī)格化：[x+y][x-y]

補=00，101；11.010011補=00，101；11.100010

（1），已是規(guī)格化數(shù)（1）=00，100；11.000101

（尾數(shù)左規(guī)

1次，階碼減1）4）舍入：[x+y]補=00，101；11.010011（舍）[x-y]

補 不變5）溢出：無則：x+y=2101×（-0.101101100x-y=2 ×（-0.111011

））設(shè)機器字長為16位，分別按4、4、4、4和5、5、3、3分組后，1）畫出按兩種分組方案的單重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并比較哪種方案運算速度快。2）畫出按兩種分組方案的雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并對這兩種方案進(jìn)行比較。3）用74181和74182畫出單重和雙重分組的并行進(jìn)位鏈框圖。解：（1）4—4—4—4分組的 16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材 286頁圖6.22?！?—3—3分組的16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下：（2）4—4—4—4分組的 16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材 289頁圖6.26。—5—3—3分組的16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下：5—5—3—3分組的進(jìn)位時間 =2.5ty 3=7.5ty；—4—4—4分組的進(jìn)位時間=2.5ty3=7.5ty；可見，兩種分組方案最長加法時間相同。結(jié)論：雙重分組并行進(jìn)位的最長進(jìn)位時間只與組數(shù)和級數(shù)有關(guān)，與組內(nèi)位數(shù)無關(guān)。（3）單重分組 16位并行加法器邏輯圖如下（正邏輯） ：注意：1）74181芯片正、負(fù)邏輯的引腳表示方法；2）為強調(diào)可比性，5-5-3-3分組時不考慮扇入影響；3）181芯片只有最高、最低兩個進(jìn)位輸入/輸出端，組內(nèi)進(jìn)位無引腳；4）181為4位片，無法5-5-3-3分組，只能4-4-4-4分組；5）單重分組跳躍進(jìn)位只用到181，使用182的一定是雙重以上分組跳躍進(jìn)位；）單重分組跳躍進(jìn)位是并行進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)的結(jié)合；雙重分組跳躍進(jìn)位是二級并行進(jìn)位技術(shù)；特別注意在位數(shù)較少時，雙重分組跳躍進(jìn)位可以采用全先行進(jìn)位技術(shù)實現(xiàn)；數(shù)較多時，可采用雙重分組跳躍進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)。

位第 七 章什么叫機器指令？什么叫指令系統(tǒng)？為什么說指令系統(tǒng)與機器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu)之間存在著密切的關(guān)系？答：參考P300。什么叫尋址方式？為什么要學(xué)習(xí)尋址方式？答：參看 P310。什么是指令字長、機器字長和存儲字長？答：略。零地址指令的操作數(shù)來自哪里？？各舉一例說明。答：零地址指令的操作數(shù)來自ACC，為隱含約定。在一地址指令中，另一個操作數(shù)的地址通常可采用 ACC隱含尋址方式獲得。對于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方？舉例說明。答：對于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在寄存器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。8. 某機指令字長 16位，每個操作數(shù)的地址碼為 6位，設(shè)操作碼長度固定，指令分為零地址、 一地址和二地址三種格式。若零地址指令有M條，一地址指令有N種，則二地址指令最多有幾種？若操作碼位數(shù)可變，則二地址指令最多允許有幾種？解：1）若采用定長操作碼時，二地址指令格式如下：OP（4位） A1（6位） A2（6位）設(shè)二地址指令有 K種，則：K=24-M-N當(dāng)M=1（最小值），N=1（最小值）時，二地址指令最多有： Kmax=16-1-1=14種3）若采用變長操作碼時，二地址指令格式仍如 1）所示，但操作碼長度可隨地址碼的個數(shù)而變。此時， K=24-（N/26+M/212）；當(dāng)（N/26+M/212）1時（N/26+M/212向上取整），K最大，則二地址指令最多有：Kmax=16-1=15種（只留一種編碼作擴展標(biāo)志用。 ）試比較間接尋址和寄存器間接尋址。答：略。試比較基址尋址和變址尋址。略。畫出先變址再間址及先間址再變址的尋址過程示意圖。解：1）先變址再間址尋址過程簡單示意如下：EA=[(IX)+A] ，IX (IX)+12）先間址再變址尋址過程簡單示意如下： EA=(IX)+(A) ，IX (IX)+116. 某機主存容量為 4M16位，且存儲字長等于指令字長，若該機指令系統(tǒng)可完成 108種操作，操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、變址、基址、相對、立即等六種尋址方式，試回答：（1）畫出一地址指令格式并指出各字段的作用；2）該指令直接尋址的最大范圍；3）一次間址和多次間址的尋址范圍；4）立即數(shù)的范圍（十進(jìn)制表示）；5）相對尋址的位移量（十進(jìn)制表示）；6）上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時間最短？哪一種最長？為什么？哪一種便于程序浮動？哪一種最適合處理數(shù)組問題？（7）如何修改指令格式，使指令的尋址范圍可擴大到 4M？8）為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，可采取什么措施？簡要說明之。解：（1）單字長一地址指令格式：OP（7位）

M（3位）

A（6位）OP

為操作碼字段，共

7位，可反映

108種操作；為尋址方式字段，共3位，可反映6種尋址操作；為地址碼字段，共16-7-3=6位。（2）直接尋址的最大范圍為 26=64。1615（4）立即數(shù)的范圍為 -32——31（有符號數(shù)），或0——63（無符號數(shù)）。（5）相對尋址的位移量為 -32——31。（6）上述六種尋址方式中，因立即數(shù)由指令直接給出， 故立即尋址的指令執(zhí)行時間最短。 間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪存 (一次間接尋址要兩次訪存， 多次間接尋址要多次訪存 )，故執(zhí)行時間最長。 變址尋址由于變址寄存器的內(nèi)容由用戶給定， 而且在程序的執(zhí)行過程中允許用戶修改，而其形式地址始終不變， 故變址尋址的指令便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序。 相對尋址操作數(shù)的有效地址只與當(dāng)前指令地址相差一定的位移量，與直接尋址相比，更有利于程序浮動。（7）方案一：為使指令尋址范圍可擴大到 4M，需要有效地址 22位，此時可將單字長一地址指令的格式改為雙字長，如下圖示：OP（7位） MOD（3位） A（高6位）A（低

16位）方案二：如果仍采用單字長指令（

16位）格式，為使指令尋址范圍擴大到

4M，可通過段尋址方案實現(xiàn)。安排如下：硬件設(shè)段寄存器 DS（16位），用來存放段地址。 在完成指令尋址方式所規(guī)定的尋址操作后，得有效地址 EA（6位），再由硬件自動完成段尋址，最后得 22位物理地址。 即：物理地址

=（DS）

26+EA注：段尋址方式由硬件隱含實現(xiàn)。在編程指定的尋址過程完成、 EA產(chǎn)生之后由硬件自動完成，對用戶是透明的。方案三：在采用單字長指令（ 16位）格式時，還可通過頁面尋址方案使指令尋址范圍擴大到4M。安排如下：硬件設(shè)頁面寄存器 PR（16位），用來存放頁面地址。 指令尋址方式中增設(shè)頁面尋址。 當(dāng)需要使指令尋址范圍擴大到 4M時，編程選擇頁面尋址方式，則： EA=（PR）‖A（有效地址=頁面地址“拼接”6 位形式地址），這樣得到 22位有效地址。（8）為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，尋址范圍須達(dá)到 4M，除了采用 (7) 方案一中的雙字長一地址指令的格式外， 還可配置 22位的基址寄存器或 22位的變址寄存器， 使EA=(BR)+A（BR為22位的基址寄存器)或EA=（IX）+A(IX為22位的變址寄存器)，便可訪問4M存儲空間。還可以通過16位的基址寄存器左移6位再和形式地址A相加，也可達(dá)到同樣的效果?？傊?，不論采取何種方式，最終得到的實際地址應(yīng)是

22位。19. 某CPU內(nèi)有

32個

32位的通用寄存器，設(shè)計一種能容納

64種操作的指令系統(tǒng)。假設(shè)指令字長等于機器字長，試回答以下問題：1）如果主存可直接或間接尋址，采用寄存器—存儲器型指令，能直接尋址的最大存儲空間是多少？畫出指令格式并說明各字段的含義。2）在滿足（1）的前提下，如果采用通用寄存器作基址寄存器，則上述寄存器—存儲器型指令的指令格式有何特點？畫出指令格式并指出這類指令可訪問多大的存儲空間？解：（1）如采用 RS型指令，則此指令一定是二地址以上的地址格式，指令格式如下：OP（6位）R（5位）I(1位)A（20位）操作碼字段OP占6位，因為26>=64；5>=32；寄存器編號R占5位，因為2間址位I占1位，當(dāng)I=0，存儲器尋址的操作數(shù)為直接尋址，當(dāng)I=1時為間接尋址；形式地址A占20位，可以直接尋址220字。2）如采用基址尋址，則指令格式中應(yīng)給出基址寄存器號，以指定哪一個通用寄存器用作基址寄存器。指令格式變?yōu)椋篛P（6位）源R（5位）I（1位）X（1位）目標(biāo)R（5位）A（14位）增加尋址特征位X，當(dāng)X=1時，以目標(biāo)寄存器R作為基址寄存器進(jìn)行基址尋址?；穼ぶ房稍L問存儲空間為：232字。第八章CPU有哪些功能？畫出其結(jié)構(gòu)框圖并簡要說明各個部件的作用。答：參考P328和圖8.2。什么是指令周期？指令周期是否有一個固定值？為什么？解：指令周期是指取出并執(zhí)行完一條指令所需的時間。由于計算機中各種指令執(zhí)行所需的時間差異很大，因此為了提高CPU運行效率，即使在同步控制的機器中，不同指令的指令周期長度都是不一致的，也就是說指令周期對于不同的指令來說不是一個固定值。畫出指令周期的流程圖，分析說明圖中每個子周期的作用。答：參看P343及圖8.8。設(shè)CPU內(nèi)有下列部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR和CU。（1）畫出完成間接尋址的取數(shù)指令LDA@X（將主存某地址單元流（從取指令開始）。

X的內(nèi)容取至

AC中）的數(shù)據(jù)（2）畫出中斷周期的數(shù)據(jù)流。解：CPU中的數(shù)據(jù)流向與所采用的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，不同的數(shù)據(jù)通路中的數(shù)據(jù)流是不一樣的。常用的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)方式有直接連線、單總線、雙總線、三總線等形式，目前大多采用總線結(jié)構(gòu)，直接連線方式僅適用于結(jié)構(gòu)特別簡單的機器中。為簡單起見，本題采用單總線將題中所給部件連接起來，框圖如下：busPC MAR SP MDR CU IR AC地址線 數(shù)據(jù)線 控制線（1）LDA@X指令周期數(shù)據(jù)流程圖：PC→MARM(MAR)→MDR(MDR)→IRPC+1→PCAd(IR)→MARM(MAR)→MDRMDR→Ad(IR)Ad(IR)→MARM(MAR)→MDRMDR→AC（2）中斷周期流程圖如下：SP-1→SPSP→MARPC→MDRMDR→M(MAR)向量地址→PC0→EINT注：解這道題有兩個要素，首先要根據(jù)所給部件設(shè)計好數(shù)據(jù)通路，即確定信息流動的載體。其次選擇好描述數(shù)據(jù)流的方法，無論采用什么樣的表達(dá)方式，其關(guān)鍵都要能清楚地反映數(shù)據(jù)在通路上流動的順序，即強調(diào)一個“流”字。較好的表達(dá)方式是流程圖的形式。4t+(n-1)t=(n+3)t4t+(n-1)2t=(2n+2)t5. 中斷周期前是什么階段？中斷周期后又是什么階段？在中斷周期

CPU應(yīng)完成什么操作？答：中斷周期前是執(zhí)行周期，中斷周期后是取指周期。在中斷周期，斷向量送PC和關(guān)中斷等工作。

CPU應(yīng)完成保存斷點、將中什么叫系統(tǒng)的并行性？粗粒度并行和細(xì)粒度并行有何區(qū)別？答：所謂并行性包含同時性和并發(fā)性。 同時性是指兩個或兩個以上的事件在同一時刻發(fā)生， 并發(fā)性是指兩個或多個事件在同一時間段發(fā)生。 即在同一時刻或同一時間段內(nèi)完成兩個或兩個以上性質(zhì)相同或性質(zhì)不同的功能，只要在時間上存在相互重疊，就存在并行性。并行性又分為粗粒度并行和細(xì)粒度并行兩類。粗粒度并行是指在多個處理機上分別運行多個進(jìn)程，由多臺處理機合作完成一個程序， 一般用算法實現(xiàn)。 細(xì)粒度并行是指在處理機的指令級和操作級的并行性。8. 什么是指令流水？畫出指令二級流水和四級流水的示意圖，

它們中哪個更能提高處理機速度，為什么？答：指令流水是指將一條指令的執(zhí)行過程分為 n個操作時間大致相等的階段， 每個階段由一個獨立的功能部件來完成，這樣 n個部件就可以同時執(zhí)行 n條指令的不同階段，從而大大提高 CPU的吞吐率。指令二級流水和四級流水示意圖如下：IF，ID

EX，WR

IF

ID

EX

WRIF，ID

EX，WR

IF

ID

EX

WRIF，ID

EX，WR

IF

ID

EX

WR二級指令流水示意圖

四級指令流水示意圖四級流水更能提高處理機的速度。分析如下：假設(shè)IF、ID、EX、WR每個階段耗時為t，則連續(xù)執(zhí)行n條指令采用二級流水線時，耗時為：采用四級流水線時，耗時為：在n>1時，n+3<2n+2，可見四級流水線耗時比二級流水線耗時短，因此 更能提高處理機速度。在中斷系統(tǒng)中INTR、INT、EINT三個觸發(fā)器各有何作用？解：INTR——中斷請求觸發(fā)器，

用來登記中斷源發(fā)出的隨機性中斷請求信號，

以便為

CPU查詢中斷及中斷排隊判優(yōu)線路提供穩(wěn)定的中斷請求信號。EINT——中斷允許觸發(fā)器，

CPU中的中斷總開關(guān)。當(dāng)

EINT=1時，表示允許中斷（開中斷）

，當(dāng)EINT=0時，表示禁止中斷（關(guān)中斷）

。其狀態(tài)可由開、關(guān)中斷等指令設(shè)置。INT——中斷標(biāo)記觸發(fā)器，控制器時序系統(tǒng)中周期狀態(tài)分配電路的一部分，表示中斷周期標(biāo)記。當(dāng)INT=1時，進(jìn)入中斷周期，執(zhí)行中斷隱指令的操作。24. 現(xiàn)有

A、B、C、D四個中斷源，其優(yōu)先級由高向低按

A、B、C、D順序排列。若中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間為

20μs，請根據(jù)下圖所示時間軸給出的中斷源請求中斷的時刻，畫出

CPU執(zhí)行程序的軌跡。解：A、B、C、D的響優(yōu)先級即處理優(yōu)先級。

CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下：程序D服務(wù)D服務(wù)A服務(wù)A服務(wù)B服務(wù)B服務(wù)B服務(wù)B服務(wù)C服務(wù)C服務(wù)0102030405060708090100110120130140t/usB與C請求D請求B請求A請求25.某機有五個中斷源L0、L1、L2、L3、L4，按中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序由高向低排序為L0L1L2L3L4，根據(jù)下示格式，現(xiàn)要求中斷處理次序改為L1L4L2L0L3，根據(jù)下面的格式，寫出各中斷源的屏蔽字。解：各中斷源屏蔽狀態(tài)見下表：中斷源屏蔽字01234I010010I111111I210110I300010I410111表中：設(shè)屏蔽位=1，表示屏蔽；屏蔽位=0，表示中斷開放。設(shè)某機配有A、B、C三臺設(shè)備，其優(yōu)先順序按ABC降序排列，為改變中斷處理次序，它們的中斷屏蔽字設(shè)置如下：設(shè)備 屏蔽字A 111B 010C 011請按下圖所示時間軸給出的設(shè)備請求中斷的時刻，畫出 CPU執(zhí)行程序的軌跡。設(shè) A、B、C中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間均為 20 s。解：A、B、C設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級為A最高、B次之、C最低，處理優(yōu)先級為A最高、C次之、B最低。CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下：程序服務(wù)B服務(wù)服務(wù)0 1020 304050 607080 90 t/usA請求 B請求C請求習(xí)題和解析第一部分《計算機組成原理》中各章習(xí)題的解析及補充題的解析。第1章計算機系統(tǒng)概論1．1習(xí)題解析一、選擇題1．在下列四句話中，最能準(zhǔn)確反映計算機主要功能的是 。．計算機可以存儲大量信息．計算機可實現(xiàn)高速運算解：答案為C。2．1946年2月，在美國誕生了世界上第一臺電子數(shù)字計算機，它的名字叫（1），1949年研制成功的世界上第一臺存儲程序式的計算機稱為（2）。（1）A．EDVACB．EDSACC．ENIACD．UNIVAC-Ⅰ（2）A．EDVACB．EDSACC．ENIACD．UNIVAC-Ⅰ解：答案為⑴C，⑵A。3．計算機硬件能直接執(zhí)行的只能是。A．符號語言B．機器語言C．匯編語言D．機器語言和匯編語言解：答案為B。4．運算器的核心部件是。A．?dāng)?shù)據(jù)總線B．?dāng)?shù)據(jù)選擇器C．累加寄存器D．算術(shù)邏輯運算部件解：答案為D。5．存儲器主要用來。A．存放程序B．存放數(shù)據(jù)C．存放微程序D．存放程序和數(shù)據(jù)解：答案為D。6．目前我們所說的個人臺式商用機屬于。A．巨型機B．中型機C．小型機D．微型機解：答案為D。7．至今為止，計算機中所含所有信息仍以二進(jìn)制方式表示，其原因是。A．節(jié)約元件B．運算速度快C．物理器件性能決定D．信息處理方便解：答案為C。8．對計算機軟、硬件資源進(jìn)行管理，是的功能。A．操作系統(tǒng)B．?dāng)?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)C．語言處理程序D．用戶程序解：答案為A。9．企事業(yè)單位用計算機計算、管理職工工資，這屬于計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。A．科學(xué)計算B．?dāng)?shù)據(jù)處理C．過程控制D．輔助設(shè)計解：答案為B。10．微型計算機的發(fā)展以A．操作系統(tǒng) BC．硬盤 D

技術(shù)為標(biāo)志。．微處理器．軟件解：答案為

B。二、填空題1．操作系統(tǒng)是一種 （1） ，用于 （2） ，是 （3） 的接口。1）A．系統(tǒng)程序B．應(yīng)用程序C．用戶程序D．中間件2）A．編碼轉(zhuǎn)換B．操作計算機C．管理和控制計算機的資源D．把高級語言程序翻譯成機器語言程序（3）A．軟件與硬件B．主機與外設(shè)C．用戶與計算機D．高級語言與機器語言機解：答案為⑴A⑵C⑶C。2．計算機的硬件包括、、、、五部分。解：答案為運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。3．存儲器分為和。在CPU運行程序時，必須把程序放在。解：答案為內(nèi)（主）存儲器，外（輔助）存儲器，內(nèi)存。4．存儲器的存儲容量一般以為單位，一臺微機的內(nèi)存容量是128MB，應(yīng)是個這樣的單位。解：答案為字節(jié)，128×220字節(jié)。5．計算機的運算精度主要由計算機的決定，越，則計算機的運算精度越高。解：答案為字長，字長，長。6．馮．諾依曼結(jié)構(gòu)計算機的基本特點是。解：答案為程序存儲。7．總線一般可分為三類，它們分別是，和。解：答案為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。8．計算機軟件一般可分為，和。解：答案為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、工具軟件。9．郵局對信件進(jìn)行自動分揀，使用的計算機技術(shù)是。解：答案為模式識別。10．微型計算機的分類以微處理器的來劃分。解：答案為規(guī)格。三．簡答題1．會計電算化屬于計算機應(yīng)用的哪個領(lǐng)域？答：在計算機的應(yīng)用領(lǐng)域中，會計電算化屬于計算機數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用領(lǐng)域。2．兼容性是計算機的一個重要性能，請解釋一下何為向上兼容？答：所謂向上兼容是指舊型號計算機的軟件可以不加修改地在新型號計算機上運行。 系列機通常具有這種兼容性。3．按照馮．諾依曼原理，現(xiàn)代計算機應(yīng)具備哪些功能？答：按照馮．諾依曼原理，現(xiàn)代計算機應(yīng)具備以下 5個功能：⑴輸入輸出功能：能把原始數(shù)據(jù)和解題步驟及中間結(jié)果接收下來 （輸入），把計算結(jié)果與計算過程中出現(xiàn)的情況告訴（輸出）給用戶。⑵記憶功能：應(yīng)能“記住”原始數(shù)據(jù)、解題步驟及中間結(jié)果。⑶計算功能：應(yīng)能進(jìn)行一些最基本的運算。這些基本運算能組成人們所需要的復(fù)雜運算。⑷判斷功能：計算機在進(jìn)行一步操作后，應(yīng)能從預(yù)先無法確定的幾種方案中選擇一種操作方案。⑸自我控制功能：計算機應(yīng)能保證程序執(zhí)行的正確性和各部件間的協(xié)調(diào)性。4．答：計算機的大部分功能既能由硬件完成，也能由軟件完成，從邏輯上講，兩者是等效的。通常用硬件實現(xiàn)執(zhí)行速度快、成本高、修改困難，而軟件剛好相反。兩者之間沒有固定的界限。4．如何理解軟、硬件之間的等價性？答：計算機的大部分功能既能由硬件完成，也能由軟件完成，從邏輯上講，兩者是等效的。通常用硬件實現(xiàn)執(zhí)行速度快、成本高、修改困難，而軟件剛好相反。兩者之間沒有固定的界限。5．何謂綠色計算機？對它有哪些要求？答：綠色計算機是指不會對人類及其生存環(huán)境造成不良影響的計算機。 對它的主要要求是：⑴節(jié)能：要求計算機的耗電量要低。⑵低污染：在生產(chǎn)、包裝過程中盡量使用無毒、可再生材料，打印機噪聲要降到最小，電磁輻射要符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。⑶易回收：生產(chǎn)、運輸和使用等各環(huán)節(jié)所用的材料應(yīng)容易銷毀或回收。⑷符合人體工程學(xué)的要求。第2章數(shù)字電路基礎(chǔ)和計算機中的邏輯部件本章將給出主教材《計算機組成原理》第2章的習(xí)題及補充題的解析。2．1習(xí)題解析一．判斷題1．觸發(fā)器是一種時序電路，它是構(gòu)成時序邏輯電路的基礎(chǔ)。答：正確。2．組合邏輯電路的特點是它的輸出狀態(tài)僅與當(dāng)時的輸入狀態(tài)有關(guān)，而與過去的輸入狀態(tài)無關(guān)。答：正確。3．譯碼器是一種組合邏輯電路，而計數(shù)器是一種時序邏輯電路。答：正確。4．移位寄存器除了能把存在其中的數(shù)據(jù)一位一位地向左或向右移動外，還可用它來判斷最左邊的位是 0還是1。答：正確。5．環(huán)形計數(shù)器不是用來計數(shù)的，而是用于發(fā)出順序控制信號的。答：正確。6．J-K觸發(fā)器是組成計數(shù)器的理想記憶元件。答：正確。7．計數(shù)器除了能對輸入脈沖進(jìn)行計數(shù)，還能作為分頻器用。答：正確。8．PLA中的“與”陣列和“或”陣列都是可編程的。答：正確。9．在PAL中，“與”陣列是可編程的，而“或”陣列是固定連接的。答：正確。10．PROM的“與”陣列是不可編程的， “或”陣列是可編程的。答：正確。二．選擇題1．4輸入端“與非”門的某一輸入端的輸入為“0”，那么它的輸出值是。A．“0”B．取決于其他輸入端的輸入C．“1”解：答案為C。2．CPU中有若干寄存器，其中存放存儲器中數(shù)據(jù)和指令地址的寄存器是，暫存數(shù)據(jù)和指令的寄存器是，存放CPU將要執(zhí)行的下一條指令地址的寄存器是。A．地址寄存器B．程序計數(shù)器C．?dāng)?shù)據(jù)寄存器D．指令寄存器解：答案依次為A，C，B。3．狀態(tài)寄存器中的各個狀態(tài)標(biāo)志位是依據(jù)來置位的。A．算術(shù)邏輯部件上次的運算結(jié)果B．CPU將要執(zhí)行的指令C．CPU已執(zhí)行的指令D．累加器中的數(shù)據(jù)解：答案為A。4．觸發(fā)器的狀態(tài)由時鐘脈沖的上升沿時D（數(shù)據(jù)）端的狀態(tài)決定，而與觸發(fā)器的原狀態(tài)無關(guān)，這種觸發(fā)器是。A．J-K觸發(fā)器B．R-S基本觸發(fā)器C．D型觸發(fā)器D．R-S同步觸發(fā)器解：答案為C。5．在總線中起數(shù)據(jù)暫存和緩沖作用的器件是。A．總線傳輸器B．三態(tài)門C．總線控制器D．總線緩沖器解：答案為D。6．為協(xié)調(diào)計算機各部件的工作，需要來提供統(tǒng)一的時鐘。A．總線緩沖器B．時鐘發(fā)生器C．總線控制器D．操作命令發(fā)生器解：答案為B。7．邏輯表達(dá)式（A+B）.（A+B）可化簡化（）（1）A（2）B（3）A（4）B（5）都不是解：答案為（2）B。把邏輯表達(dá)式展開并用公式進(jìn)行化簡。8．正邏輯下的“或-非”門是負(fù)邏輯下的。A．“與”門B．“或”門C．“與-非”門D．“異或”門解：答案為C。三．填空題1．可編程序邏輯器件的PLD實際上是兩級結(jié)構(gòu)的器件。解：答案為“與”和“或”。2．計算機中常用的時序電路有、和等。解：答案為觸發(fā)器、計數(shù)器和寄存器。3．是構(gòu)成時序電路的基礎(chǔ)。解：答案為觸發(fā)器。4．設(shè)“異或”門的二個輸入端為A和B，輸出為Y，當(dāng)A接1時，輸出為▁▁，當(dāng)A接0時，輸出為▁▁。解：答案為B，B。5．計算機中常用的組合邏輯電路有、等。解：答案為譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器。6．計算機中常用或來驅(qū)動總線。解：答案集電極開路門、三態(tài)門。。7．當(dāng)時鐘脈沖CP到來時，各觸發(fā)器的輸入端的數(shù)據(jù)可被鎖定至輸出端以備輸出的寄存器是。解：答案為并行寄存器。8．寄存器常用于乘、除法運算中。解：答案為移位寄存器。因為乘法需要對部分積和乘數(shù)進(jìn)行右移操作，除法要對被除數(shù)和余數(shù)進(jìn)行左移操作。四．綜合題1．設(shè)A，B，C是三個二進(jìn)制數(shù)碼，用邏輯表達(dá)式寫出A＝B＝C的判斷條件。（提示：先畫出真值表）。解：設(shè)判斷函數(shù)為F，則F與A、B、C的關(guān)系用以下的真值表表示。ABCFABCF00011000001010100100110001101111由此可得到 F＝A．B．C＋A．B．C2．請畫出下列函數(shù)的真值表：F1(A,B,C)＝A·B＋B·CF2(A,B,C)＝A＋B＋C解：函數(shù)的真值表如下：ABCF1F2ABCF1F200001100010011110111010001101101101111113．試用三種基本門（與、或、非門）組成下列邏輯電路⑴異或門 ⑵同或門 ⑶與非門 ⑷或非門解：要先寫出這四種電路的邏輯表達(dá)式，再用三種基本電路搭接。F 以“與非”門為例，“與非”門的邏輯表達(dá)式是F＝A．B，故電路連接如左圖。其他三種情況的做法類似，略。&A B4．利用布爾代數(shù)的基本定律證明下列等式A＋B·C＝（A＋C）·（A＋B）⑵(A＋B＋C)·A＝0解：證明⑴等式右邊＝（ A＋C）·（A＋B）＝A·A＋A·B＋C·A＋C·BA＋A·B＋C·A＋C·BA·（1＋B）＋C·A＋C·BA·（1＋C）＋C·BA＋C·B＝等式左邊因此，A＋C·B＝（A＋C）·（A＋B）⑵用摩爾定理，等式左邊展開為 A·B·C·A＝A·A·B·C＝0＝右邊第3章信息表示與運算基礎(chǔ)習(xí)題解析一、判斷題1．在數(shù)字計算機中所以采用二進(jìn)制是因為二進(jìn)制的運算最簡單。答：正確。2．在所有的進(jìn)位計數(shù)制中，整數(shù)部分最低位的權(quán)都是 1。答：正確。3．某R進(jìn)位計數(shù)制，其左邊一位的權(quán)是其相鄰的右邊一位的權(quán)的答：正確。4．計算機表示的數(shù)發(fā)生溢出的根本原因是計算機的字長有限。答：錯誤。5．表示定點數(shù)時，若要求數(shù)值 0在計算機中唯一地表示為全答：正確。

R倍。0，應(yīng)采用補碼。6．浮點數(shù)的取值范圍由階碼的位數(shù)決定，而精度由尾數(shù)的位數(shù)決定。答：正確。7．CRC校驗碼的生成和檢驗大多采用軟件實現(xiàn)。答：正確。8．若浮點數(shù)的尾數(shù)用補碼表示，那么規(guī)格化的浮點數(shù)是指尾數(shù)數(shù)值位的最高位是0（正數(shù)）或是1（負(fù)數(shù)）。答：正確