計(jì)算機(jī)組成原理 課后答案

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1、第一章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 p.191。1 什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件？硬件和軟件哪個(gè)更重要？ 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理或邏輯的綜合體 計(jì)算機(jī)硬件：計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體 計(jì)算機(jī)軟件：計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料 硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要1.2 如何理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)？實(shí)際機(jī)器Ml向上延伸構(gòu)成了各級(jí)虛擬機(jī)器，機(jī)器M1內(nèi)部也可向下延伸而形成下一級(jí) 的微程序機(jī)器Mo,硬件研究的主要對(duì)象歸結(jié)為傳統(tǒng)機(jī)器Ml和微程序機(jī)器Mo,軟件研 究對(duì)象主要是操作系統(tǒng)及以上的各級(jí)虛擬機(jī)1.3 說(shuō)明高級(jí)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的差別及其聯(lián)系。機(jī)器語(yǔ)言是

2、可以直接在機(jī)器上執(zhí)行的二進(jìn)制語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言用符號(hào)表示指令或數(shù)據(jù)所在存儲(chǔ)單元的地址，使程序員可以不再使用繁雜而又 易錯(cuò)的二進(jìn)制代碼來(lái)編寫程序 高級(jí)語(yǔ)言對(duì)問(wèn)題的描述十分接近人們的習(xí)慣，并且還具有較強(qiáng)的通用性1.4 如何理解計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)?計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是對(duì)程序員可見(jiàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性 計(jì)算機(jī)組成對(duì)程序員透明，如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性1。5馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？ 由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成 指令和數(shù)據(jù)以同一形式（二進(jìn)制形式）存于存儲(chǔ)器中 指令由操作碼、地址碼兩大部分組成 指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行 以運(yùn)算器為中心（原始馮氏機(jī)

3、）1.6 畫出計(jì)算機(jī)硬件組成框圖，說(shuō)明各部件的作用及計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)。 計(jì)算機(jī)硬件各部件運(yùn)算器:ACC, MQ, ALU, X控制器：CU, IR, PC 主存儲(chǔ)器： M， MDR， MARI/O 設(shè)備:設(shè)備,接口計(jì)算機(jī)技術(shù)指標(biāo)：機(jī)器字長(zhǎng)：一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān) 存儲(chǔ)容量:主存：存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)X存儲(chǔ)字長(zhǎng)運(yùn)算速度： MIPS, CPI, FLOPS1。7 解釋概念主機(jī)：計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由CPU+MM （主存或內(nèi)存）組成CPU:中央處理器，是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器+控制器組成 主存：計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存取;由存儲(chǔ)體、各種邏

4、輯部件及控制電路組成 存儲(chǔ)單元：可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲(chǔ)地址的存儲(chǔ)單位 存儲(chǔ)元件/存儲(chǔ)基元/存儲(chǔ)元：存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ) 單位，不能單獨(dú)存取存儲(chǔ)字：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位 存儲(chǔ)字長(zhǎng):一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制代碼的總量機(jī)器字長(zhǎng)：CPU能同時(shí)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)指令字長(zhǎng)：一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)1.8 解釋英文代號(hào)CPU: Central Processing UnitPC： Program CounterIR： Instruction RegisterCU: Control UnitALU: Arithmetic L

5、ogic UnitACC: AccumulatorMQ: Multiplier-Quotient RegisterX： 操作數(shù)寄存器MAR： Memory Address RegisterMDR： Memory Data RegisterI/O: Input/OutputMIPS： Million Instructions Per SecondCPI： Cycle Per InstructionFLOPS： Floatingpoint Operation Per Second1。9存數(shù)指令和加法指令的信息流程，主存容量256MX32位,在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器 字長(zhǎng)相等的條件下，指出圖中各寄

6、存器的位數(shù)。 存數(shù)指令的信息流程:取指令：PC-MAR-M-MDR-IR分析指令：Ad (IR)-MAR執(zhí)行指令： ACC-MDR-M 加法指令的信息流程：取指令： PC-MAR-M-MDR-IR;分析指令： OP(IR)-CU;執(zhí)行指令： Ad(IR)-MAR-M-MDR-XACC-ALU,同時(shí) X-ALUALU-ACC主存容量是256MX32位，得2的28次方=256M.故 MAR=28, PC=28, MDR=32；又指令字長(zhǎng)=存儲(chǔ)字長(zhǎng)=機(jī)器字長(zhǎng)，則IR=ACC=MQ=X=32.1。10根據(jù)迭代公式Vx =1/2 (yn +x/yn),設(shè)初態(tài)yo=i,要求精度為&。試編制求Vx的解題程序

7、,并結(jié)合所編程序簡(jiǎn)述解題過(guò)程。牛頓迭代法開(kāi)根號(hào)：精度是| yn+1-yn I 指令系統(tǒng)可以自行定義，下面給出一個(gè)例子.操作碼操作性質(zhì)000111除一將ACC中的數(shù)與指令地址碼指示的存儲(chǔ)單元中的數(shù)相除，結(jié)果存 于ACC中001000減一將ACC中的數(shù)與指令地址碼指示的存儲(chǔ)單元中的數(shù)相減，結(jié)果存 于ACC中001001取絕對(duì)值一將ACC中的數(shù)取絕對(duì)值，結(jié)果存于ACC中001010將ACC中的數(shù)與0做比較，小于則繼續(xù)執(zhí)行下一條指令,大于則跳轉(zhuǎn)到 地址碼指示的存儲(chǔ)單元上的指令題中y0事先存入yn+1單元中主存地址指令注釋操作碼地址碼000000117取數(shù)yn+i至ACC100001016存數(shù)，將yn+

8、1存于yn單元中200000113取數(shù)x至ACC300011116除yn得x/yn存于acc中400010016加yn得yn+x/yn存于acc中500011115除2得（yn+x/yn）/2存于ACC中600001017存數(shù)，將（yn+x/yn）/2存于yn+1單元中700100016減yn得yn+1-yn存于acc中8001001一1 yn+iyn 1 存于 ACC 中900100014M+1人1存于ACC中100010100比較1100010117打印12000110一停機(jī)13x1415216yn17yn + 11.11 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?計(jì)算機(jī)硬件主要通過(guò)不

9、同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即:取指周期（或取指微程序）取 出的既為指令,執(zhí)行周期（或相應(yīng)微程序）取出的既為數(shù)據(jù)。另外也可通過(guò)地址來(lái)源區(qū)分，從pc指出的存儲(chǔ)單元取出的是指令，由指令地址碼部分 提供操作數(shù)地址。1。12 什么是指令？什么是程序？指令：人為輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行一步步操作的命令的形式稱為指令. 程序：一系列指令的有序集合稱為程序.第二章計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用p。382.1 通常，計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)？ 主要以組成計(jì)算機(jī)基本電路的元器件為依據(jù)，如電子管、晶體管、集成電路等。2.2 舉例說(shuō)明專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別按照計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性可以將

10、計(jì)算機(jī)劃分為通用計(jì)算 機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)適應(yīng)性強(qiáng),但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性，而專用計(jì)算機(jī) 是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快的計(jì)算機(jī)，但適應(yīng)性很差.例如個(gè)人電腦和計(jì)算器.2。3 什么事摩爾定律？該定律是否永遠(yuǎn)生效？為什么?微芯片上集成的晶體管數(shù)目每3年翻兩番的規(guī)律,不是永遠(yuǎn)生效,因?yàn)槊看酒某杀敬?約為前一代芯片成本的兩倍2。4 舉三個(gè)實(shí)例， 說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用.網(wǎng)絡(luò)教育, 網(wǎng)絡(luò)共享, 遠(yuǎn)程協(xié)助2。5 舉例說(shuō)明人工智能方面的應(yīng)用有哪些自然語(yǔ)言處理： 機(jī)器翻譯, 自然語(yǔ)言理解模式識(shí)別：指紋識(shí)別,臉部識(shí)別，語(yǔ)音識(shí)別人機(jī)對(duì)弈:2.6 舉例說(shuō)明那些計(jì)算機(jī)的應(yīng)用需采用多媒體技術(shù) 數(shù)據(jù)壓縮，圖像處理，音頻

11、處理，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容檢索，著作工具,通信及分布式多媒 體應(yīng)用2。7設(shè)想一下計(jì)算機(jī)的未來(lái)體型小, 價(jià)格低廉,使用方便。第三章系統(tǒng)總線3。1 什么是總線？總線傳輸有何特點(diǎn)? 為了減輕總線的負(fù)載，總線上的不見(jiàn)都應(yīng)具備什 么特點(diǎn)?總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，是 各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)特點(diǎn): 某一時(shí)刻只允許有一個(gè)部件向總線發(fā)送信息, 多個(gè)部件可以同時(shí)從總線接收相 同信息 為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過(guò)三態(tài)驅(qū)動(dòng)緩沖電路與總線連通3.2 總線如何分類？什么是系統(tǒng)總線? 系統(tǒng)總線又分為幾類,它們各有何作用，是單向的， 還是雙向的，它們與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)單元有何關(guān)系？ 按照連接部件的不同,總線可以

12、分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和通信總線系統(tǒng)總線是CPU，主存，I/O,設(shè)備（通過(guò)I/O接口）各大部件之間的信息傳輸線 系統(tǒng)總線按照傳輸信息不同分為數(shù)據(jù)總線,地址總線，控制總線數(shù)據(jù)總線是雙向的，根數(shù)與存儲(chǔ)子長(zhǎng)相同， 是機(jī)器字長(zhǎng)的整數(shù)倍地址總線是單向的，根數(shù)越多，尋址空間越大，即CPU能訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù) 越多3。3常用的總線結(jié)構(gòu)有幾種？不同的總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能有什么影響？舉例說(shuō)明 單總線結(jié)構(gòu)：將CPU，主存，I/O設(shè)備都掛在一組總線上，極易形成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)瓶頸 雙總線結(jié)構(gòu)：將速度較低I/O設(shè)備從單總線上分離出來(lái)，形成主存總線與I/O總線分 開(kāi)的結(jié)構(gòu)。CPU將一部分功能下放給通道,使其對(duì)I/O設(shè)備具

13、有統(tǒng)一管理 三總線結(jié)構(gòu)：I/O總線，DMA總線，主存總線，任何時(shí)刻只能使用一種總線 三總線結(jié)構(gòu)： 局部總線，擴(kuò)展總線，系統(tǒng)總線3。4為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見(jiàn)的集中式總線控制有幾種?各有何特點(diǎn)？哪種方式響 應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問(wèn)題 鏈?zhǔn)讲樵儯哼B線簡(jiǎn)單，已與擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感 計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢：優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活， 對(duì)故障不敏感， 連線機(jī)控制過(guò)程較復(fù)雜 獨(dú)立請(qǐng)求方式： 速度最快，但硬件器件用量大，連線多， 成本較高3.5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）、總線的從 設(shè)備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線

14、的通信控制?？偩€寬度：通常只數(shù)據(jù)總線的根數(shù) 總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸率，直單位時(shí)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(hào)線可以分是傳輸不同的信號(hào) 總線的主設(shè)備：指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備 總線的從設(shè)備：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，只能被動(dòng)接 受主設(shè)備發(fā)來(lái)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(shí)間總線的通信控制: 指總線傳送過(guò)程中雙方的時(shí)間配合方式3.6試比較同步通信和異步通信同步通信：指由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，控制方式簡(jiǎn)單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作 速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場(chǎng)合異步通信：指沒(méi)有統(tǒng)

15、一時(shí)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(shí),有利于提高總線工作效率3。7畫圖說(shuō)明異步通信中請(qǐng)求與回答有哪幾種互鎖關(guān)系不互鎖，半互鎖，全互鎖3.8為什么說(shuō)半同步通信同時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)？半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不 一致，因此工作效率介于兩者之間3.9分離式通訊有何特點(diǎn)，主要用于什么系統(tǒng)？1。各模塊欲占用總線使用權(quán)都必須提出申請(qǐng)2. 在得到總線使用權(quán)后，主模塊在先定的時(shí)間內(nèi)向?qū)Ψ絺魉托畔ⅲ捎猛椒绞絺魉? 不再等待對(duì)方的回答信號(hào)3。各模塊在準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的過(guò)程中都不占用總

16、線，使總線可接受其它模塊的請(qǐng)求4。總線被占用時(shí)都在做有效工作，或者通過(guò)它發(fā)送命令，或者通過(guò)它傳送數(shù)據(jù),不存 在空閑等待時(shí)間，充分利用了總線的占用，從而實(shí)現(xiàn)了總線在多個(gè)主、從模塊間進(jìn)行信 息交叉重疊并行傳送主要用于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 3。10什么是總線標(biāo)準(zhǔn)？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plug and play?哪些總線有這一特點(diǎn)？總線標(biāo)準(zhǔn)：系統(tǒng)與各模塊,模塊與模塊之間的一個(gè)互連的標(biāo)準(zhǔn)界面為了使系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，模塊生產(chǎn)批量化，確保其性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，實(shí)現(xiàn)可移化ISA，EISA，PCI,AGP，USBplug and play:即任何擴(kuò)展卡只要插入系統(tǒng)便可工作，PCI

17、, USB 3。11畫一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖rboa0a1a至bb至a3.12設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個(gè)寄存器，要求選用合適的74系列芯片，完成下列 邏輯設(shè)計(jì)：(1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)DA、DB和DC寄存器間的傳送； (2)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)下列操作：T0時(shí)刻完成D-總線；T1時(shí)刻完成總線A；T2時(shí)刻完成A-總線；T3時(shí)刻完成總線一B。(1)由T打開(kāi)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(shí)將總線上的數(shù) 據(jù)打入到A、B、C寄存器中。T和cp的時(shí)間關(guān)系如圖(1)所示(2)三態(tài)門1受TO+T1控制，以確保T0時(shí)刻D-總線，以及T1時(shí)刻總線一接收門1 -A。三

18、態(tài)門2受T2+T3控制，以確保T2時(shí)刻A-總線，以及T3時(shí)刻總線一接收門2 -B。TO、T1、T2、T3波形圖如圖(2)所示3 。 1 3什么是總線的數(shù)據(jù)傳輸率，它與哪些因素有關(guān)？ 總線數(shù)據(jù)傳輸率即總線帶寬，指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)， 通常用每秒傳輸信 息的字節(jié)數(shù)來(lái)衡量.它與總線寬度和總線頻率有關(guān)， 總線寬度越寬，頻率越快，數(shù)據(jù)傳輸 率越高3.14設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為8MHZ, 個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)總線周期中并 行傳送16位數(shù)據(jù)，試問(wèn)總線的帶寬是多少？解:由于：f=8MHz,T=1/f=1/8M秒，一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期 所以：總線帶寬=16/ (1/8M) = 1

19、28Mbps3.15在一個(gè)32位的總線系統(tǒng)中，總線的時(shí)鐘頻率為66MHZ,假設(shè)總線最短傳輸周期為4個(gè) 時(shí)鐘周期，試計(jì)算總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率。若想提高數(shù)據(jù)傳輸率,可采取什么措施？解：總線傳輸周期=4*1/66M秒總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率=32/(4/66M) =528Mbps 若想提高數(shù)據(jù)傳輸率，可以提高總線時(shí)鐘頻率、增大總線寬度或者減少總線傳輸周期包 含的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù).3.16在異步串行傳送系統(tǒng)中，字符格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)校驗(yàn)位、2個(gè)終 止位.若要求每秒傳送120 個(gè)字符，試求傳送的波特率和比特率。 解： 一幀包含：1+8+1+2=12 位波特率為：（1+8+1+2）火12O=i44obps比特率為： 8120=960bps