計(jì)算機(jī)原理部分習(xí)題

1.11指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？

解：計(jì)算機(jī)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下2種方法：

?通過不同的時(shí)間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即在取指令階段（或取指微程序）取出的為

指令，

在執(zhí)行指令階段（或相應(yīng)微程序）取出的即為數(shù)據(jù)。

?通過地址來源區(qū)分，由PC提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分

提供

存儲(chǔ)單元地址的取出的是操作數(shù)。

4.5什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns,則存儲(chǔ)器

的帶寬是多少？

答：存儲(chǔ)器的帶寬是指單位時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)器存取的信息量，單位可用字/秒或字節(jié)/秒或位/秒表

力^O

由數(shù)據(jù)總線寬度為32位，存取周期為200ns,得存儲(chǔ)器的帶寬為：

32位/200ns=160X106位/秒=160M位/秒4.16CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8KX8位的RAM芯

片與CPU相連，試回答：

（1）用74138譯碼器畫出CPU與存儲(chǔ)芯片的連接圖；

（2）寫出每片RAM的地址范圍；

（3）如果運(yùn)行時(shí)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(chǔ)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(chǔ)器芯片連接邏輯圖：

(2)地址空間分配圖：

RAM0:0000H-1FFFH

RAM1:2000H-3FFFH

RAM2:4000H-5FFFH

RAM3:6000H-7FFFH

RAM4:8000H-9FFFH

RAM5:A000H-BFFFH

RAM6:C000H-DFFFH

RAM7:E000H-FFFFH

（3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以AOOOH為起始地址的存儲(chǔ)芯片

（RAM5）都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)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(cuò)連或短路；

2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連或短路；

3）該片的-CS端與地線錯(cuò)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(huì)出現(xiàn)A13恒為“1”的

情況。此時(shí)存儲(chǔ)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(duì)A13=0的地址空間（偶數(shù)月一）進(jìn)行訪問，只能錯(cuò)誤地訪問到A13=1

的對(duì)應(yīng)空間（奇數(shù)片）中去。

4.38磁盤組有6片磁盤，最外兩側(cè)盤面可以記錄，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm,外徑33cm,道密

度為40道/cm,內(nèi)層密度為400位/cm,轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)/分。

（1）共有多少存儲(chǔ)面可用？

（2）共有多少柱面?

（3）盤組總存儲(chǔ)容量是多少？

（4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？

解：（1）共有12個(gè)存儲(chǔ)面可用

（2）有效存儲(chǔ)區(qū)域=33/2-22/2=5.5（cm）

道密度=40道/cm,所以40*5.5=220道，即220個(gè)柱面。

（3）內(nèi)層磁道周長為27tR=2*3.14*ll=69.08（cm）

每道信息量=400位/cm*69.08cm=27632位=3454B

每面信息量=3454B*220=759880B

盤組總?cè)萘?759880B*12=9118560B

（4）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=n?N

N為每條磁道容量，即N=3454B

n為磁盤轉(zhuǎn)速，即n=3600轉(zhuǎn)/60秒=60轉(zhuǎn)/秒

DLn-N=60*3454B=207240B/s

5.3I/O設(shè)備與主機(jī)交換信息時(shí)，共有哪兒種控制方式？簡述它們的特點(diǎn)。

答：I/O設(shè)備與主機(jī)交換信息的控制方式有：

（1）程序查詢方式。其特點(diǎn)是主機(jī)與I/O串行工作。CPU啟動(dòng)I/O后，，若設(shè)備準(zhǔn)備就緒，

CPU便轉(zhuǎn)入處理I/O與主機(jī)間傳送信息的程序；若設(shè)備未做好準(zhǔn)備，則CPU反復(fù)查詢，“踏

步”等待直到I/O準(zhǔn)備就緒為止?？梢娺@種方式CPU效率很低。

（2）程序中斷方式。其特點(diǎn)是主機(jī)與I/O并行工作。CPU啟動(dòng)I/O后，不必時(shí)刻查詢I/O

是否準(zhǔn)備好，而是繼續(xù)執(zhí)行程序。當(dāng)I/O準(zhǔn)備就緒時(shí)，向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU在適

當(dāng)?shù)臅r(shí)候響應(yīng)I/O的中斷請(qǐng)求，暫?，F(xiàn)行程序?yàn)镮/O服務(wù)。這種方式消除了“踏步”現(xiàn)象，

提高了CPU的效率。

（3）DMA方式。其特點(diǎn)是主機(jī)與I/O并行工作，主存與I/O之間有一條直接數(shù)據(jù)通路。CPU

啟動(dòng)I/O后，不必查詢I/O是否準(zhǔn)備好，當(dāng)I/O準(zhǔn)備就緒后，發(fā)出DMA請(qǐng)求，此時(shí)CPU不

直接參與I/O和主存間的信息交換，只是把外部總線（地址線、數(shù)據(jù)線和有關(guān)的控制線）的

使用權(quán)暫時(shí)交賦予DMA,仍然可以完成自身內(nèi)部的操作（如加法、移位等），故不必中斷

現(xiàn)行程序，只需暫停一個(gè)存取周期訪存(即周期挪用)，CPU的效率更高。

(4)通道方式。通道是一個(gè)具有特殊功能的處理器，CPU把部分權(quán)力下放給通道，由它實(shí)

現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的統(tǒng)一管理和外圍設(shè)備與主存之間的數(shù)據(jù)交換，大大提高了CPU的效率，但

它是以花費(fèi)更多的硬件為代價(jià)的。

(5)I/O處理機(jī)方式。它是通道方式的進(jìn)一步發(fā)展，CPU將I/O操作及外圍設(shè)備的管理權(quán)

全部交給1/0處理機(jī)，其實(shí)質(zhì)是多機(jī)系統(tǒng)，因而效率有更大提高。

6.16設(shè)機(jī)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(jī)器數(shù)采用1位

符號(hào)位，答案均用十進(jìn)制數(shù)表示。

(1)無符號(hào)數(shù)。

(2)原碼表示的定點(diǎn)小數(shù)。

(3)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)。

(4)原碼表示的定點(diǎn)整數(shù)。

(5)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù)。

(6)浮點(diǎn)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)。分別寫出正數(shù)

和負(fù)數(shù)的表示范圍。

解：

(1)無符號(hào)數(shù)的范圍：0-65535

(2)原碼表示的定點(diǎn)小數(shù)的范圍：-32767/32768?+32767/32768(-1+2-15~1-2-15)

(3)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)的范圍：-1?+32767/32768(-1-1-2-15)

(4)原碼表示的定點(diǎn)整數(shù)的范圍：-32767~+32767(-215+1~2|5-1)

(5)補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù)的范圍：-32768?+32767(-2,5~215-1)

(6)正數(shù)表示范圍：2一31X2曾?231X(1-2-9)

負(fù)數(shù)表示范圍：-231(1-2-9)?“3片2。

7.14設(shè)相對(duì)尋址的轉(zhuǎn)移指令占兩個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)是操作碼，第二個(gè)字節(jié)是相對(duì)位移量,

用補(bǔ)碼表示。假設(shè)當(dāng)前轉(zhuǎn)移指令第一字節(jié)所在的地址為2000H,且CPU每取出一個(gè)字節(jié)便

自動(dòng)完成(PC)+lf完的操作。試問當(dāng)執(zhí)行“JMP*+8”和“JMP*-9”指令時(shí)，轉(zhuǎn)移指

令第二字節(jié)的內(nèi)容各為多少？

答：由于相對(duì)尋址的轉(zhuǎn)移指令占兩個(gè)字節(jié)，PC的當(dāng)前值為2000H,當(dāng)取出一條轉(zhuǎn)移指令后，

PC的值為2002Ho

當(dāng)執(zhí)行“JMP*+8”指令時(shí)，該轉(zhuǎn)移指令的相對(duì)位移量應(yīng)為8-2=6,所以該指令的第二

字節(jié)內(nèi)容為06Ho

當(dāng)執(zhí)行“JMP*-9”指令時(shí)，該轉(zhuǎn)移指令的相對(duì)位移量應(yīng)為-9-2=Tl,所以該指令的第二字

節(jié)內(nèi)容為F5H。

8.5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。

中斷周期CPU完成下列操作：保存程序斷點(diǎn)；硬件關(guān)中斷：將向量地址送至程序計(jì)數(shù)

器或?qū)⒅袛嘧R(shí)別程序入口地址送至程序計(jì)數(shù)器。

9.4能不能說CPU的主頻越快，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度就越快？為什么？

答：不能說機(jī)器的主頻越快，機(jī)器的速度就越快。因?yàn)闄C(jī)器的速度不僅與主頻有關(guān)，還與機(jī)

器周期中所含的時(shí)鐘周期數(shù)以及指令周期中所含的機(jī)器周期數(shù)有關(guān)。同樣主頻的機(jī)器，由于

機(jī)器周期所含時(shí)鐘周期數(shù)不同，機(jī)器的速度也不同。機(jī)器周期中所含時(shí)鐘周期數(shù)少的機(jī)器，

速度更快。

9.14設(shè)單總線計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中M為主存，XR為變址寄存器，EAR為有效地

址寄存器，LATCH為鎖存器。假設(shè)指令地址已存于PC中，畫出“LDA*D”和“SUBX,D”

指令周期信息流程圖，并列出相應(yīng)的控制信號(hào)序列。說明：

（1）“LDA*D”指令字中*表示相對(duì)尋址，D為相對(duì)位移量。

（2）“SUBX,D”指令字中X為變址寄存器，D為形式地址。

（3）寄存器的輸入和輸出均受控制信號(hào)控制，例如，PCi表示PC的輸入控制信號(hào)，MDRo

表示MDR的輸出控制信號(hào)。

（4）凡是需要經(jīng)過總線實(shí)現(xiàn)寄存器之間的傳送，需在流程圖中注明，如PC-Bus-MAR,

相應(yīng)的控制信號(hào)為PCo和MARi。

Bus

（2）“SUBX,D”指令周期信息流程及相應(yīng)的控制信號(hào)如下（Ad（IR）代表形式地址D）：

PCo,MARi

取

MARo,R/W=R,MDRi

指

周

MDRo,IRi

期

+1

XRo,IRo,+,EARi

EARo,MARi

執(zhí)

MARo,R/W=R,MDRi

行

周

MDRo,Xi

期

ACCo,Xo,Ki一，LATCHi

LATCHo,ACCi

10.11什么是垂直型微指令？什么是水平型微指令？各有何特點(diǎn)？

答：垂直型微指令的結(jié)構(gòu)類似于一般機(jī)器指令的結(jié)構(gòu)，山微操作碼確定微指令的功能。通常

條微指令只能有1~2個(gè)微操作命令。因?yàn)樗?jīng)過譯碼后控制對(duì)象，影響每條微指令的執(zhí)

行時(shí)間。而且垂直型微指令字長較短，實(shí)現(xiàn)一條機(jī)器指令的微程序要比水平型微指令編寫的

微程序長得多，它是用較長的微程序結(jié)構(gòu)來換取較短的微指令格式。

水平型微指令一次能定義并執(zhí)行多個(gè)并行操作，其并行操作能力強(qiáng)，效率高.而且水平型微

指令的大多數(shù)微命令一般可直接控制對(duì)象，故執(zhí)行每條微指令的時(shí)間短。又因水平型微指令

字長較長，故可用較少的微指令數(shù)來實(shí)現(xiàn)一條機(jī)器指令的功能。

10.21下表給出8條微指令1178及所包含的微命令控制信號(hào)，設(shè)計(jì)微指令操作控制字段格

式,要

求所使用的控制位最少，而且保持微指令本身內(nèi)在的并行性。

微指令控制信號(hào)

11abcde

12adfg

13bh

14c

15Cegi

16ahj

17cdh

18abh

解：為使設(shè)計(jì)出的微指令操作控制字段最短，并且保持微指令本身內(nèi)在的并行性，應(yīng)采用混

合編

碼法。首先找出互斥的微命令組，為便于分析，將微命令表重畫如下:

激活的控制信號(hào)

微指令

abcdefghiJ

IIJVJVJ

12JJJJ

13V

14V

15VV

16VVV

17