計(jì)算機(jī)組成原理課后習(xí)題答案(常國(guó)鋒 武漢大學(xué)出版社).doc

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______________________________________________________________________________________________________________ 第1章 習(xí)題參考答案 １．電子數(shù)字計(jì)算機(jī)和電子模擬計(jì)算機(jī)的區(qū)別在哪里？ 解：電子數(shù)字計(jì)算機(jī)中處理的信息是在時(shí)間上離散的數(shù)字量，運(yùn)算的過(guò)程是不連續(xù) 的；電子模擬計(jì)算機(jī)中處理的信息是連續(xù)變化的物理量，運(yùn)算的過(guò)程是連續(xù)的。 ２．馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？ 其中最主要的一點(diǎn)是什么？ 解：馮·諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)如下： ① 計(jì)算機(jī)（指硬件）應(yīng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件組成； ② 計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制來(lái)表示指令和數(shù)據(jù)； ③ 將編好的程序和原始數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，然后再啟動(dòng)計(jì)算機(jī)工作。 第③ 點(diǎn)是最主要的一點(diǎn)。 ３．計(jì)算機(jī)的硬件是由哪些部件組成的？ 它們各有哪些功能？ 解：計(jì)算機(jī)的硬件應(yīng)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大基本部件 組成。 它們各自的功能是： ① 輸入設(shè)備：把人們編好的程序和原始數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中去，并且將它們轉(zhuǎn)換成計(jì) 算機(jī)內(nèi)部所能識(shí)別和接受的信息方式。 ② 輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果以人或其他設(shè)備所能接受的形式送出計(jì)算機(jī)。 ③ 存儲(chǔ)器：用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。 ④ 運(yùn)算器：對(duì)信息進(jìn)行處理和運(yùn)算。 ⑤ 控制器：按照人們預(yù)先確定的操作步驟，控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各部件有條不紊地自 動(dòng)工作。 ４．什么叫總線？ 簡(jiǎn)述單總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 解：總線是一組能為多個(gè)部件服務(wù)的公共信息傳送線路，它能分時(shí)地發(fā)送與接收各 部件的信息。 單總線結(jié)構(gòu)即各大部件都連接在單一的一組總線上，這個(gè)總線被稱為系統(tǒng)總線。 C P U 與主存、C P U 與外設(shè)之間可以直接進(jìn)行信息交換，主存與外設(shè)、外設(shè)與外設(shè)之間也可以直接進(jìn)行信息交換，而無(wú)須經(jīng)過(guò)C P U 的干預(yù)。 ５．簡(jiǎn)單描述計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)，說(shuō)明各層次的主要特點(diǎn)。 解：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)硬件與軟件組成的綜合體，可以把它看成是按功能劃分 的多級(jí)層次結(jié)構(gòu)。 第０ 級(jí)為硬件組成的實(shí)體。 第１ 級(jí)是微程序級(jí)。 這級(jí)的機(jī)器語(yǔ)言是微指令集，程序員用微指令編寫(xiě)的微程序一 般是直接由硬件執(zhí)行的。 第２ 級(jí)是傳統(tǒng)機(jī)器級(jí)。 這級(jí)的機(jī)器語(yǔ)言是該機(jī)的指令集，程序員用機(jī)器指令編寫(xiě)的 程序可以由微程序進(jìn)行解釋。 第３ 級(jí)是操作系統(tǒng)級(jí)。 從操作系統(tǒng)的基本功能來(lái)看，一方面它要直接管理傳統(tǒng)機(jī)器 中的軟硬件資源，另一方面它又是傳統(tǒng)機(jī)器的延伸。 第４ 級(jí)是匯編語(yǔ)言級(jí)。 這級(jí)的機(jī)器語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言，完成匯編語(yǔ)言翻譯的程序叫做 匯編程序。 第５ 級(jí)是高級(jí)語(yǔ)言級(jí)。 這級(jí)的機(jī)器語(yǔ)言就是各種高級(jí)語(yǔ)言，通常用編譯程序來(lái)完成 高級(jí)語(yǔ)言翻譯的工作。 第６ 級(jí)是應(yīng)用語(yǔ)言級(jí)。 這一級(jí)是為了使計(jì)算機(jī)滿足某種用途而專門(mén)設(shè)計(jì)的，因此這 一級(jí)語(yǔ)言就是各種面向問(wèn)題的應(yīng)用語(yǔ)言。 ６．計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？ 解：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)有：機(jī)器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)通路寬度、主存容量和運(yùn)算速 度等。 機(jī)器字長(zhǎng)是指參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù)，它是由加法器、寄存器的位數(shù)決定的。 數(shù)據(jù)通路寬度是指數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)。 主存容量是指主存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的全部信息量。 運(yùn)算速度與機(jī)器的主頻、執(zhí)行什么樣的操作、主存本身的速度等許多因素有關(guān)。 第2章 習(xí)題參考答案 1．已知下列數(shù)的原碼表示，分別寫(xiě)出它們的補(bǔ)碼表示。 [X]原＝0．10100，[X]原＝1．10111 2．已知下列數(shù)的補(bǔ)碼表示，分別寫(xiě)出它們的真值。 [X]補(bǔ)＝0．10100，[X]補(bǔ)＝1．10111 3．某機(jī)字長(zhǎng)16位，簡(jiǎn)述下列幾種情況下所能表示數(shù)值的范圍。 (1)無(wú)符號(hào)整數(shù) (2)用原碼表示定點(diǎn)小數(shù) (3)用補(bǔ)碼表示定點(diǎn)小數(shù) (4)用原碼表示定點(diǎn)整數(shù) (5)用補(bǔ)碼表示定點(diǎn)整數(shù) 4．某機(jī)字長(zhǎng)32位，試分別寫(xiě)出無(wú)符號(hào)整數(shù)和帶符號(hào)整數(shù)(補(bǔ)碼)的表示范圍(用十進(jìn)制數(shù)表示)。 5．某浮點(diǎn)數(shù)字長(zhǎng)12位，其中階符1位，階碼數(shù)值3位，數(shù)符1位，尾數(shù)數(shù)值7位，階碼以2為底，階碼和尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示。它所能表示的最大正數(shù)是多少?最小規(guī)格化正數(shù)是多少?絕對(duì)值最大的負(fù)數(shù)是多少? 6．一浮點(diǎn)數(shù)，其階碼部分為p位，尾數(shù)部分為g位，各包含一位符號(hào)位，均用補(bǔ)碼表示；尾數(shù)基數(shù)r＝2，該浮點(diǎn)數(shù)格式所能表示數(shù)的上限、下限及非零的最小正數(shù)是多少?寫(xiě)出表達(dá)式。 7．試將(-0．1101)2用IEEE短浮點(diǎn)數(shù)格式表示出來(lái)。 8．對(duì)下列ASCII碼進(jìn)行譯碼。 1001001，0100001，1100001，1110111 1000101，1010000，1010111，0100100 9．以下列形式表示(5382)10 (1)8421碼 (2)余3碼 (3)2421碼 (4)二進(jìn)制數(shù) 10．求有效信息位為01101110的海明校驗(yàn)碼。 第3章 習(xí)題參考答案 １ ．指令長(zhǎng)度和機(jī)器字長(zhǎng)有什么關(guān)系？ 半字長(zhǎng)指令、單字長(zhǎng)指令、雙字長(zhǎng)指令分別表示什么意思？ 解：指令長(zhǎng)度與機(jī)器字長(zhǎng)沒(méi)有固定的關(guān)系，指令長(zhǎng)度可以等于機(jī)器字長(zhǎng)，也可以大于或小于機(jī)器字長(zhǎng)。通常，把指令長(zhǎng)度等于機(jī)器字長(zhǎng)的指令稱為單字長(zhǎng)指令；指令長(zhǎng)度等于半個(gè)機(jī)器字長(zhǎng)的指令稱為半字長(zhǎng)指令；指令長(zhǎng)度等于兩個(gè)機(jī)器字長(zhǎng)的指令稱為雙字長(zhǎng)指令。 ２ ．零地址指令的操作數(shù)來(lái)自哪里？ 一地址指令中，另一個(gè)操作數(shù)的地址通?？刹捎檬裁磳ぶ贩绞将@得？ 各舉一例說(shuō)明。 解：雙操作數(shù)的零地址指令的操作數(shù)來(lái)自堆棧的棧頂和次棧頂。雙操作數(shù)的一地址指令的另一個(gè)操作數(shù)通?？刹捎秒[含尋址方式獲得，即將另一操作數(shù)預(yù)先存放在累加器中。例如，前述零地址和一地址的加法指令。 3 ．舉例說(shuō)明哪幾種尋址方式除去取指令以外不訪問(wèn)存儲(chǔ)器？ 哪幾種尋址方式除去取指令外只需訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器？ 完成什么樣的指令，包括取指令在內(nèi)共訪問(wèn)４ 次存儲(chǔ)器？ 解：除去取指令以外不訪問(wèn)存儲(chǔ)器：立即尋址，寄存器尋址。 除去取指令外只需訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器：直接尋址，寄存器間接尋址，變址尋址，基址尋址，相對(duì)尋址，頁(yè)面尋址。二級(jí)間接尋址包括取指令在內(nèi)共訪問(wèn)４ 次存儲(chǔ)器。 4．什么叫主程序和子程序？ 調(diào)用子程序時(shí)還可采用哪幾種方法保存返回地址？ 畫(huà)圖說(shuō)明調(diào)用子程序的過(guò)程。 解：主程序就是指通常的程序，而子程序是一組可以公用的指令序列，只要知道子程序的入口地址就能調(diào)用它。 保存返回地址的方法有多種： （１） 用子程序的第一個(gè)字單元存放返回地址。轉(zhuǎn)子指令把返回地址存放在子程序的第一個(gè)字單元中，子程序從第二個(gè)字單元開(kāi)始執(zhí)行。返回時(shí)將第一個(gè)字單元地址作為間接地址，采用間址方式返回主程序。 （２） 用寄存器存放返回地址。轉(zhuǎn)子指令先把返回地址放到某一個(gè)寄存器中，再由子程序?qū)⒓拇嫫髦械膬?nèi)容轉(zhuǎn)移到另一個(gè)安全的地方。 （３） 用堆棧保存返回地址。 調(diào)用子程序的過(guò)程如下圖所示，此時(shí)返回地址保存在堆棧中。 5．某機(jī)為定長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)，指令長(zhǎng)度１６ 位；每個(gè)操作數(shù)的地址碼長(zhǎng)６ 位，指令分為無(wú)操作數(shù)、單操作數(shù)和雙操作數(shù)三類。若雙操作數(shù)指令已有K 種，無(wú)操作數(shù)指令已有L種，問(wèn)單操作數(shù)指令最多可能有多少種？ 上述三類指令各自允許的最大指令條數(shù)是多少？ 6．設(shè)某機(jī)為定長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)，指令長(zhǎng)度１２ 位，每個(gè)地址碼占３ 位，試提出一種分配方案，使該指令系統(tǒng)包含：４ 條三地址指令，８ 條二地址指令，１８０ 條單地址指令。 7．指令格式同上題，能否構(gòu)成：三地址指令４ 條，單地址指令255條，零地址指令６４ 條？ 為什么？ 8．指令中地址碼的位數(shù)與直接訪問(wèn)的主存容量和最小尋址單位有什么關(guān)系？ 解：主存容量越大，所需的地址碼位數(shù)就越長(zhǎng)。對(duì)于相同容量來(lái)說(shuō)，最小尋址單位越小，地址碼的位數(shù)就越長(zhǎng)。 9．設(shè)某機(jī)字長(zhǎng)３２ 位，CPU 有３２ 個(gè)３２ 位的通用寄存器，設(shè)計(jì)一個(gè)能容納６４ 種操作的單字長(zhǎng)指令系統(tǒng)。 （１） 如果是存儲(chǔ)器間接尋址方式的寄存器－ 存儲(chǔ)器型指令，能直接尋址的最大主存空間是多少？ （２） 如果采用通用寄存器作為基址寄存器，能直接尋址的最大主存空間又是多少？ 解：因?yàn)橛?jì)算機(jī)中共有６４ 條指令，所以操作碼占６ 位；３２ 個(gè)通用寄存器，寄存器編號(hào)占５ 位；其余部分為地址碼或標(biāo)志位。 （１） 如果是存儲(chǔ)器間接尋址方式的寄存器－ 存儲(chǔ)器型指令，操作碼６位，寄存器編號(hào)５位，間址標(biāo)志１ 位，地址碼２０ 位，直接尋址的最大主存空間是２２０ 字。 （２） 如果采用通用寄存器作為基址寄存器，EA ＝ （Rb ） ＋ A ，能直接尋址的最大主存空間是２３２ 字。 第4章 習(xí)題參考答案 1． 設(shè)[x]補(bǔ)=x0．x1x2x3x4，其中xi取0或1，若要使x＞－0．5，則x0、x1、x2、x3、x4的取值應(yīng)滿足什么條件？ 答：應(yīng)滿足的條件是：①x0=0；②當(dāng)x0=1時(shí)，x1=1且x2、x3、x4不全為0。 2． 若32位定點(diǎn)小數(shù)的最高位為符號(hào)位，用補(bǔ)碼表示，則所能表示的最大正數(shù)為?1-2-31?，最小正數(shù)為?2-31?，最大負(fù)數(shù)為?-2-31，最小負(fù)數(shù)為?-1?；若32位定點(diǎn)整數(shù)的最高位為符號(hào)位，用原碼表示，則所能表示的最大正數(shù)為?231-1?，最小正數(shù)為1?，最大負(fù)數(shù)為 -1??，最小負(fù)數(shù)為 -(231-1)?。 3． 若機(jī)器字長(zhǎng)為32位，在浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示時(shí)階符占1位，階碼值占7位，數(shù)符占1位，尾數(shù)值占23位，階碼用移碼表示，尾數(shù)用原碼表示，則該浮點(diǎn)數(shù)格式所能表示的最大正數(shù)為?(1-2-23)×2127?，最小正數(shù)為?2-151，最大負(fù)數(shù)為??-2-151 ，最小負(fù)數(shù)為?-(1-2-23)×2127。 4． 定點(diǎn)補(bǔ)碼加減法運(yùn)算中，產(chǎn)生溢出的條件是什么？溢出判斷的方法有哪幾種？如果是浮點(diǎn)加減運(yùn)算，產(chǎn)生溢出的條件又是什么？ 答：定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算中，產(chǎn)生溢出的條件是：定點(diǎn)補(bǔ)碼加減運(yùn)算結(jié)果超出了定點(diǎn)數(shù)的表示范圍。 ??? 溢出判斷的方法有三種：①采用單符號(hào)位法；②采用進(jìn)位判斷法；③采用雙符號(hào)位法，這種方法又稱為“變形補(bǔ)碼”或“模4補(bǔ)碼”。 ??? 浮點(diǎn)加減運(yùn)算中，產(chǎn)生溢出的條件是：浮點(diǎn)加減運(yùn)算結(jié)果中階碼超出了它的表示范圍。 ５．已知X 和Y ，試用它們的變形補(bǔ)碼計(jì)算出X － Y ，并指出結(jié)果是否溢出。（只做（1）） （１） X ＝ ０ ．１１０１１ ，Y ＝ － ０ ．１１１１１ （２） X ＝ ０ ．１０１１１ ，Y ＝ ０ ．１１０１１ （３） X ＝ ０ ．１１０１１ ，Y ＝ － ０ ．１００１１ （４） X ＝ － ０ ．１０１１０ ，Y ＝ － ０ ．００００１ 6．分別用原碼乘法和補(bǔ)碼乘法計(jì)算X × Y 。（只做（1）） （１） X ＝ ０ ．１１０１１ ，Y ＝ － ０ ．１１１１１ （２） X ＝ － ０ ．１１０１０ ，Y ＝ － ０ ．０１１１０ ???原碼乘法： 補(bǔ)碼乘法： 7．分別用原碼和補(bǔ)碼加減交替法計(jì)算X ÷ Y 。（只做（1）） （１） X ＝ ０ ．１０１０１ ，Y ＝ ０ ．１１０１１ （２） X ＝ － ０ ．１０１０１ ，Y ＝ ０ ．１１０１１ （３） X ＝ ０ ．１０００１ ，Y ＝ － ０ ．１０１１０ （４） X ＝ － ０ ．１０１１０ ，Y ＝ － ０ ．１１０１１ 原碼除法： 補(bǔ)碼除法： 第五章 習(xí)題參考答案 1． 如何區(qū)別存儲(chǔ)器和寄存器？?jī)烧呤且换厥碌恼f(shuō)法對(duì)嗎？ 答：存儲(chǔ)器和寄存器不是一回事。存儲(chǔ)器在CPU 的外邊，專門(mén)用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)，訪問(wèn)存儲(chǔ)器的速度較慢。寄存器屬于CPU 的一部分，訪問(wèn)寄存器的速度很快。 2． 存儲(chǔ)器的主要功能是什么？為什么要把存儲(chǔ)系統(tǒng)分成若干個(gè)不同層次？主要有哪些層次？ 答：存儲(chǔ)器的主要功能是用來(lái)保存程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)系統(tǒng)是由幾個(gè)容量、速度和價(jià)格各不相同的存儲(chǔ)器用硬件、軟件、硬件與軟件相結(jié)合的方法連接起來(lái)的系統(tǒng)。把存儲(chǔ)系統(tǒng)分成若干個(gè)不同層次的目的是為了解決存儲(chǔ)容量、存取速度和價(jià)格之間的矛盾。由高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器構(gòu)成的三級(jí)存儲(chǔ)系統(tǒng)可以分為兩個(gè)層次，其中高速緩存和主存間稱為Cache-主存存儲(chǔ)層次（Cache 存儲(chǔ)系統(tǒng)）；主存和輔存間稱為主存-輔存存儲(chǔ)層次（虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)） 。 3． 說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。 答：存取周期是指主存進(jìn)行一次完整的讀寫(xiě)操作所需的全部時(shí)間，即連續(xù)兩次訪問(wèn)存儲(chǔ)器操作之間所需要的最短時(shí)間。存取時(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。存取周期一定大于存取時(shí)間。 4． 現(xiàn)有1024×1的存儲(chǔ)芯片，若用它組成容量為16K×8的存儲(chǔ)器。試求： （1）實(shí)現(xiàn)該存儲(chǔ)器所需的芯片數(shù)量？ （2） 若將這些芯片分裝在若干塊板上，每塊板的容量為4K×8，該存儲(chǔ)器所需的地址線總位數(shù)是多少？其中幾位用于選板？幾位用于選片？幾位用作片內(nèi)地址？ 答：（1） 需1024×1 的芯片128 片。 （2） 該存儲(chǔ)器所需的地址線總位數(shù)是14位，其中２位用于選板，２位用于選片，10位用作片內(nèi)地址。 5． 已知某機(jī)字長(zhǎng)8位，現(xiàn)采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器作主存，其地址線為16位，若使用1K×4的SRAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并采用存儲(chǔ)模板結(jié)構(gòu)形式。 （1）若每塊模板容量為4K×8，共需多少塊存儲(chǔ)模板？ （2）畫(huà)出一個(gè)模板內(nèi)各芯片的連接邏輯圖。 答：（1）根據(jù)題干可知存儲(chǔ)器容量為216=64KB，故共需16塊存儲(chǔ)模板。 （2）一個(gè)模板內(nèi)各芯片的連接邏輯圖如下圖所示。 模板內(nèi)各芯片的連接邏輯圖 6． 用容量為16K×1 的DRAM 芯片構(gòu)成６４KB 的存儲(chǔ)器，設(shè)存儲(chǔ)器的讀／寫(xiě)周期均為0．5μs，CPU 在1μs內(nèi)至少要訪存一次，試問(wèn)采用哪種刷新方式比較合理？相鄰兩行之間的刷新間隔是多少？對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間是多少？ 答：因?yàn)橐驝PU在1μs內(nèi)至少要訪存一次，所以不能使用集中刷新方式，分散和異步刷新方式都可以使用，但異步刷新方式比較合理。 相鄰兩行之間的刷新間隔＝最大刷新間隔時(shí)間÷行數(shù)=2ms÷128=15．625μs。取15．5μs，即進(jìn)行讀或?qū)懖僮?1次之后刷新一行。 對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時(shí)間=0．5μs×128=64μs。 7． 什么是高速緩沖存儲(chǔ)器？它與主存是什么關(guān)系？其基本工作過(guò)程如何？ 答：高速緩沖存儲(chǔ)器位于主存和CPU 之間，用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的程序段和數(shù)據(jù)中的活躍部分，使CPU 的訪存操作大多數(shù)針對(duì)Cache 進(jìn)行，從而使程序的執(zhí)行速度大大提高。高速緩沖存儲(chǔ)器的存取速度接近于CPU 的速度，但是容量較小，它保存的信息只是主存中最急需處理的若干塊的副本。當(dāng)CPU 發(fā)出讀請(qǐng)求時(shí)，如果Cache 命中，就直接對(duì)Cache 進(jìn)行讀操作，與主存無(wú)關(guān)；如果Cache 不命中，則仍需訪問(wèn)主存，并把該塊信息一次從主存調(diào)入Cache 內(nèi)。若此時(shí)Cache 已滿，則須根據(jù)某種替換算法，用這個(gè)塊替換掉Cache 中原來(lái)的某塊信息。 第六章 習(xí)題參考答案 1．中央處理器有哪些功能？它由哪些基本部件所組成？ 答：從程序運(yùn)行的角度來(lái)看，CPU 的基本功能就是對(duì)指令流和數(shù)據(jù)流在時(shí)間與空間上實(shí)施正確的控制。對(duì)于馮· 諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)而言，數(shù)據(jù)流是根據(jù)指令流的操作而形成的，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)流是由指令流來(lái)驅(qū)動(dòng)的。中央處理器由運(yùn)算器和控制器組成。 2．中央處理器中有哪幾個(gè)主要寄存器？試說(shuō)明它們的結(jié)構(gòu)和功能。 答：CPU 中的寄存器是用來(lái)暫時(shí)保存運(yùn)算和控制過(guò)程中的中間結(jié)果、最終結(jié)果及控制、狀態(tài)信息的，它可分為通用寄存器和專用寄存器兩大類。通用寄存器可用來(lái)存放原始數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果，有的還可以作為變址寄存器、計(jì)數(shù)器、地址指針等。專用寄存器是專門(mén)用來(lái)完成某一種特殊功能的寄存器，如程序計(jì)數(shù)器PC 、指令寄存器IR 、存儲(chǔ)器地址寄存器MAR 、存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MDR 、狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSWR 等。 3．控制器有哪些基本功能？它可分為哪幾類？分類的依據(jù)是什么？ 答：控制器的基本功能有： （1）從主存中取出一條指令，并指出下一條指令在主存中的位置。 （2）對(duì)指令進(jìn)行譯碼或測(cè)試，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作。 （3）指揮并控制CPU、主存和輸入輸出設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)。 控制器可分為組合邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型、組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型3類，分類的依據(jù)在于控制器的核心--微操作信號(hào)發(fā)生器（控制單元CU）的實(shí)現(xiàn)方法不同。 4．控制器有哪幾種控制方式？各有何特點(diǎn)？ 答：控制器的控制方式可以分為3種：同步控制方式、異步控制方式和聯(lián)合控制方式。 同步控制方式的各項(xiàng)操作都由統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)控制，在每個(gè)機(jī)器周期中產(chǎn)生統(tǒng)一數(shù)目的節(jié)拍電位和工作脈沖。這種控制方式設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；但是對(duì)于許多簡(jiǎn)單指令來(lái)說(shuō)會(huì)有較多的空閑時(shí)間，造成較大數(shù)量的時(shí)間浪費(fèi)，從而影響了指令的執(zhí)行速度。異步控制方式的各項(xiàng)操作不采用統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)控制，而根據(jù)指令或部件的具體情況決定，需要多少時(shí)間，就占用多少時(shí)間。異步控制方式?jīng)]有時(shí)間上的浪費(fèi)，因而提高了機(jī)器的效率，但是控制比較復(fù)雜。聯(lián)合控制方式是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。 5．什么是三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)？ 答：三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)是指機(jī)器周期、節(jié)拍和工作脈沖。計(jì)算機(jī)中每個(gè)指令周期劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期劃分為若干個(gè)節(jié)拍，每個(gè)節(jié)拍中設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)工作脈沖。 6．什么是指令周期？什么是CPU 周期？它們之間有什么關(guān)系？ 答：指令周期是指取指令、分析取數(shù)到執(zhí)行指令所需的全部時(shí)間。CPU 周期（機(jī)器周期）是完成一個(gè)基本操作的時(shí)間。一個(gè)指令周期劃分為若干個(gè)CPU 周期。 7．指令和數(shù)據(jù)都存放在主存，如何識(shí)別從主存儲(chǔ)器中取出的是指令還是數(shù)據(jù)？ 答：指令和數(shù)據(jù)都存放在主存，它們都以二進(jìn)制代碼形式出現(xiàn)，區(qū)分的方法為： （1）取指令或數(shù)據(jù)時(shí)所處的機(jī)器周期不同：取指周期取出的是指令；分析取數(shù)或執(zhí)行周期取出的是數(shù)據(jù)。 （2）取指令或數(shù)據(jù)時(shí)地址的來(lái)源不同：指令地址來(lái)源于程序計(jì)數(shù)器；數(shù)據(jù)地址來(lái)源于地址形成部件。 8．CPU 中指令寄存器是否可以不要？指令譯碼器是否能直接對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器MDR 中的信息譯碼？為什么？請(qǐng)以無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令JMP A 為例說(shuō)明。 答：指令寄存器不可以不要。指令譯碼器不能直接對(duì)MDR 中的信息譯碼，因?yàn)樵谌≈钢芷贛DR 的內(nèi)容是指令，而在取數(shù)周期MDR 的內(nèi)容是操作數(shù)。以JMP A 指令為例，假設(shè)指令占兩個(gè)字，第一個(gè)字為操作碼，第二個(gè)字為轉(zhuǎn)移地址，它們從主存中取出時(shí)都需要經(jīng)過(guò)MDR ，其中只有第一個(gè)字需要送至指令寄存器，并且進(jìn)行指令的譯碼，而第二個(gè)字不需要送指令寄存器。 9． 什么是微命令和微操作？什么是微指令？微程序和機(jī)器指令有何關(guān)系？微程序和程序之間有何關(guān)系？ 答：微命令是控制計(jì)算機(jī)各部件完成某個(gè)基本微操作的命令。微操作是指計(jì)算機(jī)中最基本的、不可再分解的操作。微命令和微操作是一一對(duì)應(yīng)的，微命令是微操作的控制信號(hào)，微操作是微命令的操作過(guò)程。微令是若干個(gè)微命令的集合。微程序是機(jī)器指令的實(shí)時(shí)解釋器，每一條機(jī)器指令都對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。微程序和程序是兩個(gè)不同的概念。微程序是由微指令組成的，用于描述機(jī)器指令，實(shí)際上是機(jī)器指令的實(shí)時(shí)解釋器，微程序是由計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者事先編制好并存放在控制存儲(chǔ)器中的，一般不提供給用戶；程序是由機(jī)器指令組成的，由程序員事先編制好并存放在主存儲(chǔ)器中。 10．某機(jī)的微指令格式中有10個(gè)獨(dú)立的控制字段C0～C9，每個(gè)控制字段有Ni個(gè)互斥控制信號(hào)，Ni的值如下： ??? 請(qǐng)回答： ??? （1）如果這10個(gè)控制字段，采用編碼表示法，需要多少控制位？ ??? （2）如果采用完全水平型編碼方式，需要多少控制位？ 答：(1)如果這10個(gè)控制字段，采用編碼表示法，需要31位控制位； ??????? (2)如果采用完全水平型編碼方式，需要69位控制位。 11．假設(shè)微地址轉(zhuǎn)移邏輯表達(dá)式如下： ??? μA4=P2·ZF·T4 ??? μA3=P1·IR15·T4 ??? μA2=P1·IR14·T4 ??? μA1=P1·IR13·T4 ??? μA0=P1·IR12·T4 ??? 其中μA4～μA0為微地址寄存器的相應(yīng)位，P1和P2為判別標(biāo)志，ZF為零標(biāo)志，IR15～I(xiàn)R12為指令寄存器IR的相應(yīng)位，T4為時(shí)鐘脈沖信號(hào)。試說(shuō)明上述邏輯表達(dá)式的含義，畫(huà)出微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖。 答：邏輯表達(dá)式的含義為：（1）在進(jìn)行P1測(cè)試時(shí)，根據(jù)指令寄存器IR中的IR15～I(xiàn)R12修改μA3～μA0，進(jìn)行16路分支；（2）在進(jìn)行P2測(cè)試時(shí)，根據(jù)零標(biāo)志ZF修改μA4，進(jìn)行2路分支：（3）所有的表達(dá)式均分別和T4相與，表示在T4內(nèi)形成后繼微指令的微地址。 ??? 微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖如下圖所示，圖中S4～S0分別對(duì)應(yīng)微地址寄存器μA4～μA0的異步置“1”端，低電平有效。 微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖 12．已知某機(jī)采用微程序控制方式，其控制存儲(chǔ)器容量為512×48位。微指令字長(zhǎng)為48位，微程序可在整個(gè)控制存儲(chǔ)器中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共4個(gè)（直接控制），微指令采用水平型格式，如下圖所示。 微指令格式 ??? (1)微指令格式中的三個(gè)字段分別應(yīng)為多少位？ ??? (2)畫(huà)出圍繞這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。 答：(1)判別測(cè)試字段占4位，直接微地址字段占9位，操作控制字段占35位。 ??????? (2)微程序控制器邏輯框圖如下圖所示。 微程序控制器邏輯框圖 第7章 習(xí)題參考答案 １．外部設(shè)備有哪些主要功能？ 可以分為哪些大類？ 各類中有哪些典型設(shè)備？ 解：外部設(shè)備的主要功能有數(shù)據(jù)的輸入、輸出、成批存儲(chǔ)以及對(duì)信息的加工處理等。 外部設(shè)備可以分為五大類：輸入輸出設(shè)備、輔助存儲(chǔ)器、終端設(shè)備、過(guò)程控制設(shè)備和脫機(jī)設(shè)備。其典型設(shè)備有鍵盤(pán)、打印機(jī)、磁盤(pán)、智能終端、數(shù)／模轉(zhuǎn)換器和鍵盤(pán)－ 軟盤(pán)數(shù)據(jù)站等。 ２．說(shuō)明磁介質(zhì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)原理。 解：磁介質(zhì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)過(guò)程是一種電磁轉(zhuǎn)換的過(guò)程。在磁介質(zhì)存儲(chǔ)器中，信息是記錄在一薄層磁性材料上的，這個(gè)薄層稱為磁層。磁層與所附著的載體稱為記錄介質(zhì)或記錄媒體。磁頭是磁記錄設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，是一種電磁轉(zhuǎn)換元件，能把電脈沖表示的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成磁記錄介質(zhì)上的磁化狀態(tài)，即電→ 磁轉(zhuǎn)換；反過(guò)來(lái)，能把磁記錄介質(zhì)上的磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電脈沖，即磁→ 電轉(zhuǎn)換。 3．主存儲(chǔ)器與磁介質(zhì)存儲(chǔ)器在工作速度方面的指標(biāo)有什么不同？ 為什么磁盤(pán)存儲(chǔ)器采用兩個(gè)以上的指標(biāo)來(lái)說(shuō)明其工作速度？ 解：主存儲(chǔ)器速度指標(biāo)主要有存取速度和存取周期，而磁介質(zhì)存儲(chǔ)器速度指標(biāo)為平均存取時(shí)間，這是因?yàn)榇沤橘|(zhì)存儲(chǔ)器采用順序存取或直接存取方式。磁盤(pán)存儲(chǔ)器的平均存取時(shí)間至少應(yīng)當(dāng)包括平均尋道時(shí)間和平均等待時(shí)間兩部分，因?yàn)榇疟P(pán)存儲(chǔ)器首先需要將磁頭移動(dòng)到指定的磁道上，然后將記錄塊旋轉(zhuǎn)到磁頭下方才能進(jìn)行讀寫(xiě)。 4．某磁盤(pán)組有六片磁盤(pán)，每片可有兩個(gè)記錄面，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑為２２cm ，外徑為３３cm ，道密度４０ 道／cm ，位密度４００ b／cm ，轉(zhuǎn)速２４００ r／min 。試問(wèn)： （１） 共有多少個(gè)存儲(chǔ)面可用？ （２） 共有多少個(gè)圓柱面？ （３） 整個(gè)磁盤(pán)組的總存儲(chǔ)容量有多少？ （４） 數(shù)據(jù)傳送率是多少？ （５） 如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一存儲(chǔ)面上還是記錄在同一圓柱面上？ 為什么？ （６） 如果采用定長(zhǎng)信息塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么？ 尋址命令中如何表示磁盤(pán)地址？ 5．鍵盤(pán)屬于什么設(shè)備？ 它有哪些類型？ 如何消除鍵開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)？ 簡(jiǎn)述非編碼鍵盤(pán)查詢鍵位置碼的過(guò)程。 解：鍵盤(pán)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的輸入設(shè)備。鍵盤(pán)可分為兩大類型：編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。非編碼鍵盤(pán)用較為簡(jiǎn)單的硬件和專門(mén)的鍵盤(pán)掃描程序來(lái)識(shí)別按鍵的位置。消除鍵開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的方法分硬件和軟件兩種。硬件的方法是增設(shè)去抖電路；軟件的方法是在鍵盤(pán)程序中加入延時(shí)子程序，以避開(kāi)抖動(dòng)時(shí)間。鍵盤(pán)掃描程序查詢鍵位置碼的過(guò)程為： ① 查詢是否有鍵按下。 ② 查詢已按下鍵的位置。 ③ 按行號(hào)和列號(hào)求鍵的位置碼。 第8章 習(xí)題參考答案 １．什么是計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)？輸入輸出設(shè)備有哪些編址方式？有什么特點(diǎn)？ 解：計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)包括輸入輸出接口和輸入輸出信息傳送控制方式等，它們是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最具有多樣性和復(fù)雜性的部分。輸入輸出設(shè)備有兩種編址方式：I／O 映射方式（獨(dú)立編址）和存儲(chǔ)器映射方式（統(tǒng)一編址） ，獨(dú)立編址的優(yōu)點(diǎn)是I／O 指令和訪存指令容易區(qū)分，外設(shè)地址線少，譯碼簡(jiǎn)單，主存空間不會(huì)減少，缺點(diǎn)是控制線增加了I／O 讀和I／O 寫(xiě)信號(hào)；統(tǒng)一編址的優(yōu)點(diǎn)是總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全部訪存類指令都可用于控制外設(shè)，可直接對(duì)外設(shè)寄存器進(jìn)行各種運(yùn)算，占用主存一部分地址，縮小了可用的主存空間。 ２．什么是I／O 接口？I／O 接口有哪些特點(diǎn)和功能？ 接口有哪些類型？ 解：I／O 接口是主機(jī)和外設(shè)之間的交接界面，通過(guò)接口可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)之間的信息交換。接口的基本功能有：實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)的通信聯(lián)絡(luò)控制；進(jìn)行地址譯碼和設(shè)備選擇；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖；完成數(shù)據(jù)格式的變換；傳遞控制命令和狀態(tài)信息。接口按數(shù)據(jù)傳送方式分類，有串行接口和并行接口；按控制方式分類，有程序查詢接口、程序中斷接口、DMA接口；按靈活性分類，有可編程接口和不可編程接口；按通用性分類，有通用接口和專用接口；按I／O 信號(hào)分類，有數(shù)字接口和模擬接口；按應(yīng)用分類，有運(yùn)行輔助接口、用戶交互接口、傳感接口、控制接口。 ３．并行接口和串行接口實(shí)質(zhì)上的區(qū)別是什么？其界面如何劃分？各有什么特點(diǎn)？ 解：有串行接口和并行接口。兩者的實(shí)質(zhì)區(qū)別在于外設(shè)和接口一側(cè)的傳送方式不同，而在主機(jī)和接口一側(cè)，數(shù)據(jù)總是并行傳送的。在并行接口中，外設(shè)和接口間的傳送寬度是一個(gè)字節(jié)（或字）的所有位，一次傳輸?shù)男畔⒘看?，但?shù)據(jù)線的數(shù)目將隨著傳送數(shù)據(jù)寬度的增加而增加。在串行接口中，外設(shè)和接口間的數(shù)據(jù)是一位一位串行傳送的，一次傳輸?shù)男畔⒘啃?，但只需一根?shù)據(jù)線。在遠(yuǎn)程終端和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備離主機(jī)較遠(yuǎn)的場(chǎng)合下，用串行接口比較經(jīng)濟(jì)劃算。 ４．I／O 數(shù)據(jù)傳送可以采用哪些方式？它們各有什么特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)所？試比較之。 解：主機(jī)和外設(shè)之間的信息傳送控制方式，經(jīng)歷了由低級(jí)到高級(jí)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由集中管理到各部件分散管理的發(fā)展過(guò)程，按其發(fā)展的先后次序和主機(jī)與外設(shè)并行工作的程度，可以分為４ 種。程序查詢方式是主機(jī)與外設(shè)間進(jìn)行信息交換的最簡(jiǎn)單方式，輸入和輸出完全是通過(guò)CPU 執(zhí)行程序來(lái)完成的。這種方式控制簡(jiǎn)單，但外設(shè)和主機(jī)不能同時(shí)工作，系統(tǒng)效率很低，因此，僅適用于外設(shè)的數(shù)目不多、對(duì)I／O 處理的實(shí)時(shí)要求不高、CPU 的操作任務(wù)比較單一、并不很忙的情況。程序中斷方式無(wú)需等待查詢，外設(shè)在做好輸入輸出準(zhǔn)備時(shí)，向主機(jī)發(fā)中斷請(qǐng)求，主機(jī)接到請(qǐng)求后就暫時(shí)中止原來(lái)執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)ν獠空?qǐng)求進(jìn)行處理，在中斷處理完畢后返回原來(lái)的程序繼續(xù)執(zhí)行。程序中斷不僅適用于外部設(shè)備的輸入輸出操作，也適用于對(duì)外界發(fā)生的隨機(jī)事件的處理。由于完成一次程序中斷還需要許多輔助操作，因此主要適用于中、低速外設(shè)。 DMA 方式是在主存和外設(shè)之間開(kāi)辟直接的數(shù)據(jù)通路，可以進(jìn)行基本上不需要CPU介入的主存和外設(shè)之間的信息傳送，這樣不僅能保證CPU 的高效率，而且能滿足高速外設(shè)的需要。DMA 方式只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳送操作，在數(shù)據(jù)塊傳送的起始和結(jié)束時(shí)還需CPU 及中斷系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理和后處理。I／O 通道控制方式是DMA 方式的進(jìn)一步發(fā)展，在系統(tǒng)中設(shè)有通道控制部件，每個(gè)通道掛若干外設(shè)，主機(jī)在執(zhí)行I／O 操作時(shí)，只需啟動(dòng)有關(guān)通道，通道將執(zhí)行通道程序，從而完成I／O 操作。 ５．程序查詢方式、程序中斷方式、DMA 方式各自適用什么范圍？下面這些結(jié)論正確嗎？ 為什么？ （１） 程序中斷方式能提高CPU 利用率，所以在設(shè)置了中斷方式后就沒(méi)有再應(yīng)用程序查詢方式的必要了。 （２） DMA 方式能處理高速外部設(shè)備與主存間的數(shù)據(jù)傳送，高速工作性能往往能覆蓋低速工作要求，所以DMA 方式可以完全取代程序中斷方式。 解：程序查詢方式、程序中斷方式、DMA 方式各自適用的范圍見(jiàn)前述。 （１）不正確。程序查詢方式接口簡(jiǎn)單，可用于外設(shè)與主機(jī)速度相差不大，且外設(shè)數(shù)量很少的情況。 （２不正確。DMA 方式用于高速外部設(shè)備與主存間的數(shù)據(jù)傳送，但DMA 結(jié)束時(shí)仍需程序中斷方式做后處理。 6．什么是中斷？ 外部設(shè)備如何才能產(chǎn)生中斷？ 解：中斷是指：計(jì)算機(jī)執(zhí)行現(xiàn)行程序的過(guò)程中，出現(xiàn)某些急需處理的異常情況和特殊請(qǐng)求，CPU 暫時(shí)中止現(xiàn)行程序，而轉(zhuǎn)去對(duì)隨機(jī)發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理，在處理完畢后，CPU 將自動(dòng)返回原來(lái)的程序繼續(xù)執(zhí)行。外部設(shè)備（中斷源）準(zhǔn)備就緒后會(huì)主動(dòng)向CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求。通常由外設(shè)的完成信號(hào)將相應(yīng)的中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置成“１”狀態(tài)，表示該中斷源向CPU 提出中斷請(qǐng)求。 7．中斷為什么要判優(yōu)？ 有哪些具體的判優(yōu)方法？ 各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 解：當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU 在任何瞬間只能響應(yīng)一個(gè)中斷源的請(qǐng)求，所以需要把全部中斷源按中斷的性質(zhì)和輕重緩急安排優(yōu)先級(jí)，以保證響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。中斷判優(yōu)的方法可分為：軟件判優(yōu)法和硬件判優(yōu)法。前者簡(jiǎn)單，可以靈活地修改中斷源的優(yōu)先級(jí)別，但查詢、判優(yōu)完全是靠程序?qū)崿F(xiàn)的，不但占用CPU 時(shí)間，而且判優(yōu)速度慢。后者可節(jié)省CPU 時(shí)間，速度快，但是需要硬件判優(yōu)電路，成本較高。 8．CPU 響應(yīng)DMA 請(qǐng)求和響應(yīng)中斷請(qǐng)求有什么區(qū)別？ 為什么通常使DMA 請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)高于中斷請(qǐng)求？ 解：對(duì)中斷請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間只能發(fā)生在每條指令執(zhí)行完畢時(shí)，而對(duì)DMA 請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間可以發(fā)生在每個(gè)機(jī)器周期結(jié)束時(shí)。DMA 方式常用于高速外設(shè)的成組數(shù)據(jù)傳送，如果不及時(shí)處理將丟失信息，所以DMA 請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)應(yīng)高于中斷請(qǐng)求。 9．現(xiàn)有A 、B 、C 、D 共４ 個(gè)中斷源，其優(yōu)先級(jí)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(shí)間為２０μs ，請(qǐng)根據(jù)下圖時(shí)間軸給出的中斷源請(qǐng)求中斷的時(shí)刻，畫(huà)出CPU 執(zhí)行程序的軌跡。 解：CPU 執(zhí)行程序的軌跡如下圖所示。 １0．假設(shè)有１ 、２ 兩個(gè)設(shè)備，其優(yōu)先級(jí)為設(shè)備１ ＞ 設(shè)備２ ，若它們同時(shí)提出中斷請(qǐng)求，試說(shuō)明中斷處理過(guò)程，畫(huà)出其中斷處理過(guò)程示意圖，并標(biāo)出斷點(diǎn)。 解：中斷處理過(guò)程示意圖如下圖所示。 中斷處理過(guò)程示意圖  THANKS !!! 致力為企業(yè)和個(gè)人提供合同協(xié)議，策劃案計(jì)劃書(shū)，學(xué)習(xí)課件等等 打造全網(wǎng)一站式需求 歡迎您的下載，資料僅供參考 -可編輯修改-