《计算机原理简明教程》习题答案

1 计算机原理简明教程习题参考答案 第一章习题答案 ：是 1946年在美国宾夕法尼亚大学诞生，称为 特点是由 1800个电子管和 1500个继电器组成，重 30吨；功耗 150有 20个寄存器，运算速度 5000次 /秒。 ：先将编好的程序输入存储器，然后按顺序逐条取出指令并执行。执行时指令在控制器中经分析、解释后产生各种控制信号，控制计算机完成指令的操作内容。 包括存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备五大部件。 ：共经历了四代。 第一代：硬件，电子管；软件，汇编语言。 第二代：硬件，晶体管；软件，高级语言。操作系统出现。 第三代：硬件，集成电路；软件水平提高，操作系统普遍使用。 第四代：硬件，超大规模集成电路；软件具有智能化特性。 ：硬件就是计算机系统的物理实体。软件是指为计算机运行工作服务的全部技术资料、数据和各种程序。 ：分为应用层、系统层和硬件层三个层次。 ：应用层包括系统分析、应用软件和语言工具。系统层包括操作系统和语言处理程序。语言 处理程序即编译器或解释器。硬件层主要包括硬件设计和硬件电路。 ：应用层所有任务程序都要由系统层中的语言处理程序将其转换成机器语言。 操作系统的作用是什么？说出当前有名的几个操作系统。 操作系统是一个最主要的系统软件，他控制其他程序的运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面，简单的操作系统有 杂的操作系统有 超级计算机已经经历了几代？第三代与第五代相同处与不同处是什么？ 经历了五代：第一代单处理器系统、第二代 向量处理系统、大规模并行处理系统、第四代共享内存处理系统、第五代集群系统。 第三代与第五代在体系结构上是同构的，属于分布内存处理方式，不同在于其是否采用价廉物美的日用品组件。 2 第二章习题答案 ： A B C 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1)答： (2)答： (3)答：左 = (4)答：左 = )( )( )()()()()(1 3 ： 非门多余输入端可以悬空或接“ 1”。 非门多余输入端不能悬空，必须接“ 0”处理。因为 ： (1) F=A+B+C (2) F=A+B (3) (4) F=B+D (5) F= (6) F=A+B+D (7) F=A (8) (9) (1) (2)F=C+(3) (4) (5) 4 (6)F=1 (7)F=D+C+三章习题答案 1)答： (2)答： (3)答： 成与非式。 A B 5 (4)答： 1)答： (2)答： (3)答： 3简后的与非式为 A (图略 ) 3题无法 化简。 A B C (图略 ) 3 (图略 ) 6 3 (图略 ) 3 3 (图略 ) 3 (图略 ) 3 高位的借位 自低位的进位 S=差 (图略 ) 3) 答： (图略 ) (2) 答： (图略 ) (3) 答： (图略 ) (4) 答 : (图略 ) (5) 答 : (图略 ) (6) 答 : (图略 ) (7) 答 : (图略 ) (8) 答 : (图略 ) 73217321111174217421111173217421 ),(),(654321654321m ),(73217321 CF m ),()(7543175431m ),(751075107510m .),(754327543275432m ),(),(108620108620108620m ),(),( ,(),( 7421 ,(),( 141387 7 3答 : (图略 ) 3 : (图略 ) 3略 ) 3 : (图略 ) 31) 答 : (图略 ) (2) 答 : (3) 答 : (4) 答 : (5) 答 : (6) 答 : (7) 答 : 1 1 1 1 65316530 7654376543 1002100101751064327510 ,(),(01765362107653 ,(),(01743265107432 ,(),(01151411109850131276432115141110850 ,(),(1 (0175406321,( 8 第四章习题答案 44略 ) 4： n 1 (图略 ) 4 : (图略 ) 4 (1) (2) (3) (图略 ) (4) 是五进制加法计数器。 (5) 三个多余态 101 110 111，无挂起现象，可自启动。 4(1) 4将 4 (图略 ) 4 由次态表可得次态方程 (图略 ) 4 由次态表可得次态方程 1(22012011200 K J 21022210222212011010111111020200010略)()(,43Q Q Q 221（图略），令： n 10123330123012131022210210120111010110000010010010111012021212012303132313J 111,得驱动方程： 9 100011012201233010101011012021212012303132313图略 ) 4 由次态表可得次态方程 (图略 ) 4 由次态表可得次态方程 （图略）得驱动方程1K K 020011011012021010101121021012是 13进制计数器 (图略 ) 4略 ) 4图略 ) 第五章习题答案 5(图略 ) 5可分为掩膜 5略 ) 5略 ) 5 分产生地址译码，即 们的或阵列是相同的，都可编程。 5图略 ) 5图略 ) 001010101112012021212 10 5 (图略 ) 第六章习题答案 6依靠双稳态电路 电路作为存储器的优点是工作速度高，缺点是集成度低，单位价格高。 6用电容有无存储电荷来表示存“ 1”或存“ 0”的。因为采用单管减少了管子数量，降低了芯片功耗，达到高集成度，成为内存条的首选。 6：带宽的含义为每秒传送数据的字节数。 1/s=1 106/ 106次 /s 5 106 (32/8)=20 106 201”信息后，原有“ 1”被破坏，必须进行恢复操作。长时间不操作时， 致 无电荷，即原“ 1”状态会自动变为“ 0”状态，所以要定时对所有单元进行刷新操作。二者用同一个电路来完 成，都是进行读操作，恢复操作是在读过程中通过恢复读出放大器同时进行，即读完了也恢复完了；而刷新操作是定时对所有单元强迫一次循环读的过程。 6了减少芯片的管脚数目。 6需 16 片芯片。 64K=216 共有 16根地址线，其中行地址 8位，行线 256条。 刷新时间 =500256=128000(1) 2k 16 地址线 11 条，数据线 16条。 (图略 ) (2) 128k 8 地址线 17 条，数据线 8条。 (3) 4M 32 地址线 22 条，数据线 32条。 (4) 2G 4 地址线 31 条，数据线 4条。 6(图略 ) 6(图略 ) 6(图略 ) 6答：地址分配如下表： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 (1) 该种情况是每个存储周期可以在 8 个不同体中读取 8 次，比单体存储器的带宽提高 8倍。 (2) 该种情况是每个存储周期可以在 4 个不同体中读取 4 次，比 单体存储器的带宽提高 4倍。 (3) 每次访存隔两个单元，连续数 8次后发现，正好每次访问不同的存储体，符合多体交叉形式，因此该种情况比单体存储器的带宽提高 8 倍。 6：通过组织技术提高存储器的读写速度措施有采用双端口存储器、单体多字存取方00101101011220212101211123111221112111120 11 式，多体交叉存取方式。通过增加硬件措施的高速缓冲存储器。最直接的措施是提高芯片制造技术。 1 2 3 4 5 6 7 8 4 2 109/200=4 107 40：通过组织技术提高存储器的读写速度，措施有：采用双端口存储器、单体多字存取方式、多体交叉存取方 式。通过增加硬件措施的有：高速缓冲存储器。最直接的方式是提高芯片制选技术。 610位， 1题为 4B）为 18 位。 1=256K=1018 (1) 字，则主存地址格式为 17 9 8 1 0 区号 块号 块内地址 (2) 字，则主存地址格式为 17 9 8 3 2 0 区号 块号 块内地址 6(1)主存地址： 212 27=219 为 19位。 13位。 (2) 18 13 12 9 8 7 6 0 区号 组号 块号 块内地址 61) 略 (2) 需列出后 14位： 1010 1110 1000 1111 1000 ( 块号 ) (块内地址 ) 存地址在 10 1000 1111)2=(655)10号块中的第 8个字节。 61) 2 3 5 2 4 0 7 2 3 6 5 7 5 4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 6 6 3 3 3 3 3 7 7 3 3 3 7 7 调入 调入 调入 命中 调入 替换 替换 命中 替换 替换 命中 替换 命中 0 3 0 0 5 5 6 6 7 3 命中 替换 (2)上面除替换之外都为失效又发生块争用的时刻。 (3) 5/15=1/3=6：分别为 22位和 30位。 130/212=218，主存页表有 218个表行。 12 6： 实页号 页内地址 (1) 0010 1101 (2) 0001 0000 (3) 0100 1000 6答：主存 3个页面时， 0% 0% 主存 3个页面时， 0% 0% (图略 ) 6：页面太小时，页面本身占用的存储空间将很大，页表也要分页面管理，工作效率将降低。页面太大时，碎片以页面为单位，一个碎片将太大，存储器的利用率降低。 6图略 ) 6：电流在某个方向持续的位数称为“游程 ”。游程长度受限就称为 11001 10111 01011 01010 是 。 10001 00011 01000 不是 。 6：存储密度、存储容量、寻址时间、数据传输率和磁盘缓存容量。 6：平均旋转等待时间 400= 512字节传输时间 =284 512字节平均磁盘访问时间 =平均寻道时间 +平均旋转时间 +传输时间 +控制器延迟 =20+2=：由于硬盘高速旋转时磁头与盘片磨擦，所以磁头要悬浮在盘片表面。软盘由于是接触式读写，所以转速不能太快。 6：常用接口有两种， C 机， 作站等高端产品。 第七章习题答案 7： (1)149 (2)195 (3)143 7(1)1111110 (2)1010100 (3)11110111 (4)11111111 (5)(1)(2)(3)6D (4)(1)X原 =X反 =X补 =2)X原 =X反 =X补 =3)X原 =001101 X反 =001101 X补 =001101 (4)X原 =10110 X反 =11001 X补 =11010 (5)X原 =X反 =X补 =6)X原 =X反 =X补 =7)X原 =01011011 X反 =01011011 X补 =01011011 (8)X原 =11011011 X反 =10100100 X补 =10100101 7(1)2X补 =00111000=38H (2)2Y补 =10110000=3)X/2补 =00001110=04)Y/2补 =11101100=5)4X补 =01110000=70H (6)Y/4补 =11110110=13 7+215(1)100000 +2222)011111 231 (1(3)100000 2-(2 (4)011111 231 ( 8 24 阶码 尾数 (6=(10111100011011100000000000000000) 阶码 =10111100 尾数 =011011100000000000000000 阶码 原 =2(22(1)4 (27)10=11011 1/64=24)=22码 =( =( 尾数 =(0)原 =(0)补 0=( (2)(13/128)=1101 22码 =( =( 尾数 =0=( (3)1024=1 210=211 阶码 =数 =0100 0000 0000 0000 1011 0100 0000 0000=( (4)10000001=2码 =数 =( =( 00001000101111110000 0000=(08 7(1)X+Y补 = 有溢出 上溢 = 无溢出 (2)X+Y补 = 无溢出 = 无溢出 (3)X+Y补 = 无溢出 = 无溢出 (4)X+Y补 = 有溢出 下溢 = 无溢出 7 参考 7=657中 76555666777 P P 14 7(图略 ) 7(1)X补 =11101 Y补 =00101 =00011 =111110001 (2) =3) =4) =x放 =Y补 = =x放 = 2 = 乘数增加一位符号位 Y补 =分积 乘数 P 加 + 加 2x放 + 加 2 + 01001100. 1 加 x放 =2) 过程略 =) 答： X = Y = =X/Y补 =过程略 (2) X = Y = =X/Y补 = 过程略 7 1） 87=1010111=27 23=0010111=25 对阶： 阶码 尾数 87=000111 0101011100 23=000101 0101110000 调整： 23=000111 0001011100 阶码加 2，尾数右移二位。 尾数相减： 87尾数 0,101011100 1,110100100 (补 ) 0,100000000 规格化： (本题无须 ) 舍入： (本题无 ) 15 溢出： (本题无 ) 结果： 8700111 0,100000000 (2)56=111000=26 57=111001=26 对阶： 56=000110 011000000 57=000110 0111001000 （本题无需对阶） 尾数相加： 00， 111000000 +00， 111001000 01， 110001000 规格化：右规一位，阶码加 1 56+57=000111 0， 111000100 舍入、判溢出：（本题无） （ 3） 12=1100=24 8=1000=24 阶码相加： 12=000100 =000100 2 8的阶码： 001000 尾数相乘： (采用教材里的一种方法 ) 12 8的尾数 =果规格化：左规一位，阶码减 1。 12 =000111 , , ,。 (图略 ) 用 5 5阵列乘法器分别求出 , , , ,四个区的各自和 ,然后把各区的和对齐位，用先行进位加法器求 出总和。 7：可分为暂存器型运算器和多路选择器型运算器。暂存器型运算器内部连线简单，线的数量多，但给 路选择器型运算器与暂存器型优缺点正好相反。 第八章习题答案 8算机硬件能够识别并直接执行的操作命令。指令格式是指机器指令中包含的信息内容与格式，主要有操作码和地址码。 8作码长度固定为定长操作码，操作码长度不固定为变长操作码。定长操作码不利于机器指令扩展，为后代产品带来设计困难，它的优点是减少指令译码时间，指令执行速度快，另外硬件设计简单 。变长操作码正好与定长操作码优缺点相反。 8地址指令指令长度较长，但原有操作数内容不被破坏；二地十指令长度适中，便于存储，但目的操作数原有内容被破坏；一地址指令长度短，省内存，但完成双操作数指令内容时所花指令条数增加，同时 8： 000000 111011 扩展码为： 111100 111111 16 111100 000 111 111101 000 111 111110 000 111 111111 000 111 815 12 11 8 7 4 3 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 8能有后继兼容产中机型，因为所有编码都用了，没有留下扩展操作码标志。 8(1)2000 (2)3000 (3)3000 (4)4000 (5)地址 =000=3000 操作数： 4000 (6)2000 8址寄存器内容与形式地址相加得内存地址，是基础寻址方式。变址寄存器内容与形式地址得到内存地址是 变址寻址方式。共同点是二者寻址计算方式相似；不同点为变址寻址方式用于用户的数组访问，而基址寻址方式用于程序定位，面向系统。 828=256 216=210 26=64K 220=210 210=1M 232=4G 8： 点是面对复杂内容时指令执行速度快，面向高级语言，使编译设计变得简单；缺点是电路实现复杂，为新指令扩展随指令长度增加电路也越复杂，影响整体的指令执行速度。 点是指令条数少，相对短，便于采用流水线，硬件电路相对简单。缺点是对应复杂指令时采用多条指令才能 完成，影响效率。 第九章习题答案 9：它是产生全机控制信号的部件。基本控制原理是从内存中取指令，并计算下一条指令在内存中的地址，对指令进行解释且产生相应的微操作控制信号，完成指令所规定的操作。控制器由程序计算数器 令寄存器 令译码器、地址译码器、微操作产生部件、时序发生器等组成。 9：它产生全机的时间信号。 是产生周期节拍、脉冲等时序信号的的部件。它循环产生一组时间顺序信号，送到微操作产生部件，对微操作控制信号进行定时控制。 9：按微操作产生部件设计思想不同分为三种控制器：组合 逻辑、 制器和微程序 17 控制器。 组合逻辑控制器优点速度快，缺点电路复杂，灵活性差，不易修改，可靠性低。 点与组合逻辑相似，但可靠性大大提高。微程序控制器的优点是较强的灵活性，容易实现复杂控制逻辑，便于扩充、增加新指令，缺点是要访问控制存储器若干次，影响控制器工作速度。 在组成结构方面主要差异是：组成逻辑电、 路和控制存储器三者的区别。 9：见书 数第二行开始） 9：见书 令执行周期）。 9： (1) (2) C+1 3) (4) 5) (6) 7) (8) 9) (10) 100) A+Z Z ：见书 第二段 9：见书 共三种 9：不能同时有效的微操作控制信号微命令称为互斥性。利用它可以把互斥性微命令编码在一个字段中，以减少微指令长度。例如本书中所 号，编在一个字段中。 18 9：两种。见书 170 9：程序是由机器指令组成的序列，微程序是由微指令组成的序列，每一条机器指令对应一段微程序，一段微程序是由几段微指令组成 。程序是用来完成任务，微程序用来产生一组一组全机控制信号；机器指令完成一个特定运算，微指令产生一组控制硬件的信号。 9：机器指令包括操作码和地址码两个基本要素，微指令包括微指令控制字短信息和顺序控制字段两个基本要素。 程序中用程序计数器提供指令地址， 断加 1 使指令顺序执行，如果转移至需要把转移地址送入 就可实现。假设微程序将控制器采用断定方式，则微程序是靠微指令中的下地址字段直接绘出 地址，得到下条微指令，保证了顺序执行；微程序转移是靠分支转移低位修改电路，对下地址修改实况转移的。 9：采用二级时序系统，分别是时钟周期和工作脉冲。一个时钟周期包含几个工作脉冲。 9：见书 步控制方式适用于系统中各设备工作速度基本相等的场合。异步控制方式适用于各设备工作速度相差较大的场合。 9：见书 3 联和控制方式） 9： (1) 15 12 11 9 8 6 5 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 双操作数、双字长。 003A (2) 15 12 11 8 2 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 单操作数、单字长。 (3) 15 12 11 8 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 003 双字长。 (4) 15 12 11 9 8 6 5 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 双操作数、双字长。 9图略 ) 9表略 ) ：见书 标量就是采用两条流水线或更多条流水线。 ：双内核 将 两个物理 理器核心整合到一个内核中。台式机双内核 并行处理的应用软件及支持并行处理的操作系统。早期的软件在双核 运行不能显著提高运行速度；因为软件不具有并行性，例如：任务 2 必须要等到任务 1 完成才能执行，随然任务 1 在 执行任务 2 在 执行，但是 ，结果等于 串行工作，与单 率基本持平。 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 19 第十章习题答案 10：（见书 195 10：（见书 条形码） 10：（见书 （ 共三类） 格便宜，但耗电量大，体积大 点工作电压低，功耗小，体轻薄，应用领域广泛。缺点是价格比 点视角宽，色彩还原性好，响应速度快，无闪烁，适合大屏幕。缺点价格贵。 10：见书 （ 1）液晶显示器】 10： 256=28=1B 1024 1024 1B=1：每个像素点需要 256=28=1B 表示灰度级。 每个像素点需要 256=28=1B 表示颜色数。 因此，每个像素点需要 2 个字节表示。 计算： 2 800 600=2 480000=9600：（见书 198 点阵打印机，喷墨打印机，激光打印机） 10：系统总线是计算机系统内各部件间的公共通信线路。总线任一时刻只能有一个部件发送数据（占据总线），因此其它部件发送端要用三态门隔开，否则总线上的内容是混乱的。 10：（见书 统总线种类） 10：（见书 02） 同步通信和异步通信两 种。同步有统一时钟控制；异步没有统一时钟控制，采用应答方式。同步优点控制简单，缺点各部件工作速度差别大时，快的部件工作效率低下。异步优点适合各部件工作速度差别大的场合，缺点控制复杂。 同步通信适合操作速度固定且一致的场合，另外总线长度不能太长，否则将发生时钟相位相移的现象。 异步通信适合不同速度设备之间的数据传送，另外长距离传输只能用异步方式。 10：（见书 三行） （ 1） 主设备 （ 2） 主设备 （ 3） ：（见书 三 行） 10：有三种。响应最快的是独立请求方式。连线最少的是链式查询方式。可方便改变优先顺序的是计数器查询方式。 20 10：（见书 一段） 10：见书 口的作用是什么 ?接口的作用等于接口应具有如下主要功能。 10：（见书 09） 10：统一编码地址中在编地址时，事先划分好哪些地址是主存的，哪些地址是外用设备的。在访问时只要给出不同地址就能去分开。 单独编码法中，靠输入输出指令（如 令）和访存指令（如 区别是访问外用设备和内存。 各自优缺点见书 10：有五种：程序直接控制方式、程序中断控制方式、 制方式、通道控制方式和输入输出处理机（ 式 10：中断，见书 一段倒数第三行） 中断源 见书 二行 中断处理过程 见书 七步） 10：对中断请求进行优先编码，再拼上一些固定位形成中断向量字节（见图 10通过中断向量（中断向量字节）查找中断向量表，从中得到 对应的设备服务程序入口地址。 10：识别代码是作为数据传给 ，因此不能放在地址总线上。如果放在地址总线上， 收不到这个识别代码。 10：在中断全过程中只有执行中断服务程序由软件完成，其余都由硬件完成。 10：（见书 中断屏蔽作用是可以改变中断响应顺序，使低级中断得到提前服务。 10： 屏 蔽 码 0 级 1 级 2 级 3 级 4 级 0 级中断 1 1 0 0 0 1 级中断 0 1 0 0 0 2 级中断 1 1 1 1 1 3 级中断 1 1 0 1 0 4 级中断 1 1 0 1 1 10：（ 1） 100 30/