计算机组成原理第四版、数据库第四版、编译原理第三版答案

计算机组成原理答案

第一章

1.比较数字计算机和模拟计算机的特点°

解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的;

数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位

进行。

2.数字计算机如何分类？分类的依据是什么？

解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算

机又分为巨型机、大型机、

中型机、小型机、微型机和单片机六类。

分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行

的经济性和适应性来划分的。

通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、

性能指标、数据存储容量、

指令系统规模和机器价格等因素。

3.数字计算机有那些主要应用？

（略）

4.冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组

成部分？

解：冯・诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。

存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；

程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协

调地完成运算任务。

主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设

备。

5,什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令

字？

解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位

KB、MB、GB来度量，存储容

量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了

计算机存储空间的大小。

单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯

一的地址编号，称为单元地

址c

数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据,

则称数据字。

指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指

令字。

6.什么是指令？什么是程序？

解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。

程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简

称程序。

7.指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数

据？

解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在

执行周期中从存储器中读出的

信息即为数据信息。

8.什么是内存？什么是外存？什么是CPU?什么是适配器？简述其

功能。

解：内存：一般由半导体存储器构成，装在底版上，可直接和CPU交

换信息的存储器称为内存储

器，简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。

外存：为了扩大存储容量，又不使成本有很大的提高，在计算机

中还配备了存储容量更大的

磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。外

存可存储大量的信息，计算

机需要使用时，再调入内存。

CPU：包括运算器和控制器。基本功能为：指令控制、操作控制、

时间控制、数据加工。

适配器：连接主机和外设的部件，起一个转换器的作用，以使主

机和外设协调工作。

9,计算机的系统软件包括哪几类？说明它们的用途。

解：系统软件包括：（1）服务程序：诊断、排错等

（2）语言程序：汇编、编译、解释等

（3）操作系统

（4）数据库管理系统

用途：用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效

率，发挥和扩大计算机的功能

及用途。

10.说明软件发展的演变过程。

（略）

11.现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设

计会产生什么影响？

高级语言级。

用这种分级的观点来设计计算机，对保证产生一个良好的系统结

构是有很大帮助的。

12.为什么软件能够转化为硬件？硬件能够转化为软件？实现这种

转化的媒介是什么？

（略）

13.〃计算机应用〃与〃应用计算机〃在概念上等价吗？用学科角度和

计算机系统的层次结构来寿命你的观点。

（略）

第二章

1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用8位二进制数）。

其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。如果是小数，小数

点在MSB之后；如果是整数，小数点在LSB之后。

(1)-35/64(2)23/128(3)-127(4)用小数表示T(5)用整数

表示-1

解：(1)先把十进制数-35/64写成二进制小数:

(2)先把十进制数23/128写成二进制小数:

(3)先把十进制数T27写成二进制小数:

(-127)10=(-1111111)2

令x=-1111111B

・•・原码、反码无法表示

(5)令Y=-1二-0000001B

，［Y］原=10000001［Y］反二11111110

［Y］补=11111111［Y］移=01111111

解：a0=1,al=0,a2,a6=l…1。

3.有一个字长为32位的浮点数，阶码10位(包括1位阶符)，用

移码表示；尾数22位(包括1位尾符)用补码表示，基数R=2。请

写出：

(1)最大数的二进制表示；

(2)最小数的二进制表示；

(3)规格化数所能表示的数的范围；

(4)最接近于零的正规格化数与负规格化数。

解：(1)11111111110111111111111111111111

(2)11111111111000000000000000000000

(3)11111111110111111111111111111111-0111111111

1000000000000000000000

(4)00000000000000000000000000000001-0000000000

1111111111111111111111

4.将下列十进制数表示成浮点规格化数，阶码3位，用补码表示；

尾数9位，用补码表示。

(1)27/64

(2)-27/64

解：(1)27/64=110118X2^*

浮点规格化数:11110110110000

(2)-27/64=-11011BX2-6B

浮点规格化数：11111001010000

5.已知X和Y,用变形补码计算X+Y,同时指出运算结果是否溢出。

解：(1)先写出x和y的变形补码再计算它们的和

(2)先写出x和y的变形补码再计算它们的和

(3)先写出x和y的变形补码再计算它们的和

6.已知X和Y,用变形补码计算X-Y,同时指出运算结果是否溢出。

解：(1)先写出x和y的变形补码，再计算它们的差

・・,运算结果双符号不相等・・・为正溢出

(2)先写出x和y的变形补码，再计算它们的差

（3）先写出x和y的变形补码，再计算它们的差

♦・•运算结果双符号不相等J为正溢出

7.用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算XXY。

解：（1）用原码阵列乘法器计算:

(0)11011

X)(1)00001

(0)11011

(0)00000

(0)00000

(0)00000

(0)00000

(0)(1)(1)(0)(1)(1)

(1)0010111011

8,用原码阵列除法器计算X4-Yo

9.设阶为5位（包括2位阶符），尾数为8位（包括2位数符），阶码、

尾数均用补码表示，完成下列取值的[X+Y],[X-Y]运算：

（1）X=

解：（1）将y规格化得：yF

①对阶

[△E]补=[Ex]补+[-Ey]补=1101+0011=0000

，Ex=Ey

②尾数相加

相加相减

规

..x-y:

①对阶

[△E]补=[Ex]补+[-Ey]补=1011+0100=1111

②尾数相加

相加相减

/.x+yO

13.某加法器进位链小组信号为C4c3c2cl,低位来的信号为CO,

请分别按下述两种方式写出C4C3C2C1的逻辑表达式。

（1）串行进位方式（2）并行进位方式

解：(1)串行进位方式：

C1=Gl+PlC0其中：Gl=AlBl,Pl=A1®B1

C2=G2+P2ClG2=A2B2,P2=A2®B2

C3=G3+P3C2G3=A3B3,P3=A3㊉B3

C4=G4+P4C3G4=A4B4,P4=A4㊉B4

(2)并行进位方式：

Cl=Gl+PlCO

C2=G2+P2Gl+P2PlCO

C3=G3+P3G2+P3P2Gl+P3P2PlCO

C4=G4+P4G3+P4P3G2+P4P3P2Gl+P4P3P2Pl

CO

其中G1-G4,P1-P4表达式与串行进位方式相同。

14.某机字长16位，使用四片74181组成ALU,设最低位序标注为0

位，要求：

(1)写出第5位的进位信号C6的逻辑表达式；

(2)估算产生C6所需的最长时间；

(3)估算最长的求和时间。

解：(1)组成最低四位的74181进位输出为：C4=G+PCO,CO为

向第0位的进位

其中：G=y3+x3y2+x2x3yl+xlx2x3y0,P=x0xlx2x3

所以：C5=y4+x4C4

C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4

(3)最长求和时间应从施加操作数到ALU算起：第一片74181

有3级〃与或非〃门（产生控制参数xO,yOCn+4）,第二、第三片74181

共2级反相器和2级〃与或非〃门（进位链），第四片74181求和逻辑

（1级〃与或非〃门和1级半加器，其延迟时间为3T）,故总的加法时

间为：

17.设A,B,C是三个16位的通用寄存器，请设计一个16位定点补

码运算器，能实现下述功能：

（1）A±B->A

（2）BXCfA,C（高位积在寄存器A中）

（3）A+B->C（商在寄存器C中）

解：设计能完成加、减、乘、除运算的16位定点补码运算器框图。

分析各寄存器作用:

加减乘除

A被加数一和同左初始为0被除数一余

数

部分积f乘积（H）除数

B加数同左被乘数

c乘数f乘积(L)商

・・・A：累加器(16位)，具有输入、输出、累加功能及双向移位功

能；

B：数据寄存器(16位)，具有输入、输出功能；

C：乘商寄存器(16位)，具有输入、输出功能及双向移位功能。

画出框图：

第三章

1.有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：

(1)该存储器能存储多少个字节的信息？

(2)如果存储器由512Kx8位SRAM芯片组成，需要多少芯片?

(3)需要多少位地址作芯片选择？

解:(1)V220=IM,J该存储器能存储的信息为：1MX32器二4存

(2)(1000/512)X(32/8)=8(片)

(3)需要1位地址作为芯片选择。

2.已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使

用256KX16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用

模块板结构形式，问：

(1)每个模块板为1024Kx64位，共需几个模块板？

(2)个模块板内共有多少DRAM芯片？

(3)主存共需多少DRAM芯片？CPU如何选择各模块板？

解：(1).共需模块板数为ni：

m=4-¥64(块)

(2).每个模块板内有DRAM芯片数为n:

n二(星/案］)X(64/16)=16(片)

(3)主存共需DRAM芯片为：16X64=1024(片)

每个模块板有16片DRAM芯片，容量为1024Kx64位，需

20根地址线(A19~A0)完成模块

板内存储单元寻址。一共有64块模块板，采用6根高位

地址线(A25、A20),通过

6：64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择，

3.用16Kx8位的DRAM芯片组成64Kx32位存储器，要求：

(1)画出该存储器的组成逻辑框图。

解：（1）组成64Kx32位存储器需存储芯片数为

N=（64K/16K）X（32位/8位）=16（片）

每4片组成16Kx32位的存储区，有A13-A0作为片内地址,

用Al5A14经2：4译码器产生片选信号二连］,逻辑框图如下所

示：

（2）依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1uS内至

少访问内存一次的要求。

设16Kx8位存储芯片的阵列结构为128行X128列，按行刷

新，刷新周期T=2ms,则异步

刷新的间隔时间为：

则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下

可见，两次刷新的最大时间间隔为tmax

对全部存储单元刷新一遍所需时间为tR

7.某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。

现在再用一个RAM芯片（8KX8）形成40KX16位的RAM区域，起始地

址为6000H,假定RAM芯片有和信号控制端。CPU的地址总线为

A15-A0,数据总线为D15-D0,控制信号为R/九读/写），」合（访

存），要求：

（1）画出地址译码方案。

（2）将ROM与RAM同CPU连接。

解：（1）依题意，主存地址空间分布如右图所示,可选用2片27128（16K

义8位）的EPROM作为

ROM区；10片的8KX8位RAM片组成40KX16位的RAM区。27128需

14位片内地址，而RAM需13位

片内地址，故可用A15-A13三位高地址经译码产生片选信号,方案如

下:

(2)

8.存储器容量为64M,字长64位，模块数m=8,分别用顺序方式

和交叉方式进行组织。存储周期T=100ns,数据总线宽度为64位,

总线周期T=10ns.问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？

解：信息总量：q=64位X8=512位

顺序存储器和交叉存储器读出8个字的时间分别是：

t2=mT=8X100ns=8X10看(s)

tl=T+(m-1)群(s)

顺序存储器带宽是：

W2=q/t2=5124-(8X10船)=64X10l(位/S)

交叉存储器带宽是：

R)=301X10!(位/S)

9.CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420、次,主存完

成存取的次数为80

次，已知cache存储周期为40ns,主存存储周期为240ns,求cache/

主存系统的效率和平均访问时间。

解：先求命中率h

则平均访问时间为ta

r=240+40=6

cache/主存系统的效率为e

10.已知Cache存储周期40ns,主存存储周期200ns,Cache/主存系

统平均访问时间为50ns,求Cache的命中率是多少？

解：■:ta=tcXh+trX(l-h)

11.主存容量为4MB,虚存容量为1GB,则虚存地址和物理地址各为

多少位？如页面大小为4KB,则页表长度是多少？

解：已知主存容量为4MB,虚存容量为1GB

2?2=4M，物理地址为22位

又,・•星=1G，虚拟地址为30位

页表长度为1GB?4KB=230+212=218=256K

求采用LRU替换策略时的命中率。

解:

页面访问序列01242302132

A01242302132

LRUB0124230213

C011423021

命中前中命中

・,•命中率为

15.从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：

A.多体交叉存储主要解决扩充容量问题；

B.访问存储器的请求是由CPU发出的；

C.Cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于Cache;

D.Cache的功能全由硬件实现。

解：D

16.从下列有关存储器的描述中，选择出正确的答案：

A.在虚拟存储器中，外存和主存一相同的方式工作，因此允许程

序员用比主存空间大得

多的外存空间编程；

B.在虚拟存储器中，逻辑地址转换成物理地址是由硬件实现的，

仅在页面失效时才由操

作系统将被访问页面从外存调到内存，必要时还要先把被淘汰

的页面内容写入外存；

C.存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序

出错而破坏系统软件或

其他用户程序,又要防止一个用户访问不是分配给他的主存区，

以达到数据安全和保

密的要求。

解：C

第四章

1.ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12

位，是否合理？为什

么？

解：指令字长设计为12位不是很合理。主存单元字长为32位，一个

存储单元可存放4个ASCH码，

余下4位可作为ASCII码的校验位（每个ASCII码带一位校验位）,

这样设计还是合理的。

但是，设计指令字长为12位就不合理了，12位的指令码存放在

字长32位的主存单元中，

造成19位不能用而浪费了存储空间。

2•假设某计算机指令长度为20位，具有双操作数、单操作数、无操

作数三类指令形式，每个操作数地址规定用6位表示。问：

若操作码字段固定为8位，现已设计出m条双操作数指令，n条无操

作数指令，在此情况下，这台计算机最多可以设计出多少条单操作数

指令？

解：这台计算机最多可以设计出256-m-n条单操作数指令

3.指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

解：指令格式及寻址方式特点如下：

①单字长二地址指令；

②操作码0P可指定能64条指令；

③RR型指令，两个操作数均在寄存器中，源和目标都是通用寄

存器（可分别指定16个寄存器

之一）；

④这种指令格式常用于算术逻辑类指令C

4.指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

解：指令格式及寻址方式特点如下：

①双字长二地址指令；

②操作码0P可指定三64条指令；

③RS型指令，两个操作数一个在寄存器中（16个寄存器之一），

另一个在存储器中；

④有效地址通过变址求得：E二（变址寄存器）土D,变址寄存

器可有16个。

5.指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

I

•1

解：指令格式及寻址方式特点如下：

①单字长二地址指令；

②操作码0P可指定三16条指令；

③有8个通用寄存器，支持8种寻址方式；

④可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、

6.一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特征，X为寻址模

式，D为形式地址。I,X,D组成该指令的操作数有效地址E。设R

为变址寄存器，R1为基值寄存器，PC为程序计数器，请在下表中第

一列位置填入适当的寻址方式名称。

解：①直接寻址

②相对寻址

③变址寻址

④基址寻址

⑤间接寻址

⑥基址间址寻址

7.某计算机字长16位，主存容量为64K字,采用单字长单地址指令，

共有40条指令，试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计

指令格式。

解：40条指令需占用操作码字段（0P）6位，这样指令余下长度为

10位。为了覆盖主存640K字的地

址空间，设寻址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格

式如下:

寻址模式定义如下：

X-00直接寻址有效地址E二D（直接寻址为256个存储单元）

X=01立即寻址D字段为操作数

X=10变址寻址有效地址E=（RX）+D（可寻址64K个存储

单元）

X=11相对寻址有效地址E=（PC）+D（可寻址64K个存

储单元）

其中RX为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位），

在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。

8.某机字长为32位，主存容量为1M,单字长指令，有50种操作码,

采用页面寻址、立即、直接等寻址方式。CPU中有PC,IR,AR,DR

和16个通用寄存器,页面寻址可用PC高位部分与形式地址部分拼接

成有效地址。问：

（1）指令格式如何安排？

（2）主存能划分成多少页面？每页多少单元？

（3）能否增加其他寻址方式？

解：（1）依题意，指令字长32位，主存1M字，需20位地址A19-A0。

50种操作码，需6位OP,指令

寻址方式Mode为2位，指定寄存器Rn需4位。设有单地

址指令、双地址指令和零地址指

令，现只讨论前二种指令“

单地址指令的格式为:

Mode=00时为立即寻址方式，指令的23-0位为立即数；

Mode=01时为直接寻址方式，指令的19—0位为有效地址。

双地址指令的格式为：

Mode1=01时为寄存器直接寻址方式，操作数S=(Rn)；

Model=ll时为寄存器间址寻址方式，有效地址E=(Rn)。

Mode2=00时为立即寻址方式，指令的13-0位为立即数；

Mode2=01时为页面寻址方式；

Mode2=10时为变址寻址方式，E=(Rn)+D；

Mode2二11时为变址间址寻址方式，E=((Rn)+D)。

(2)由于页面寻址方式时，D为14位，所以页面大小应为重=

16K字，则1M字可分为

星=64个页面。可由PC的高6位指出页面号。

(3)能增加其它寻址方式，例上述间址方式、变址间址寻址方

式。

14.从以下有关RISC的描述中，选择正确答案。

A.采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复到早期的比较简单

的情况。

B.为了实现兼容，新设计的RISC,是从原来CISC系统的指令系统

中挑选一部分实现的。

C.RISC的主要目标是减少指令数，提高指令执行效率。

D.RISC设有乘、除法指令和浮点运算指令。

解：C

15.根据操作数所在位置，指出其寻址方式（填空）：

（1）操作数在寄存器中，为（A）寻址方式。

（2）操作数地址在寄存器，为（B）寻址方式。

（3）操作数在指令中，为（C）寻址方式。

（4）操作数地址（主存）在指令中，为（D）寻址方式

（5）操作数的地址，为某一寄存器内容与位移量之和可以是（E,F,

G）寻址方式。

解：A：寄存器直接；B：寄存器间接；C：立即；

D：直接；E：相对；F：基值；G：变址

第五章

1.请在括号内填入适当答案。在CPU中：

（1）保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）；

(2)保存当前正要执行的指令地址的寄存器是(程序计数器PC)；

(3)算术逻辑运算结果通常放在(通用寄存器)和(数据缓冲寄存

器DR)。

流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至(R2)为地址的主存

单元中。标出各微操作信

号序列。

解：〃STAR1,(R2)〃指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下

图所示：

其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出

各微操作控制信号序列。

5.如果在一个CPU周期中要产生3个脉冲Tl=200ns,T2=400ns,T3

200ns,试画出

时序产生器逻辑图。

解：节拍脉冲Tl,T2,T3的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它

的倍数，此时Tl=T3=200ns,

T2=400ns,所以主脉冲源的频率应为f=1/T1=5MHz。

为了消除节拍脉冲上的毛刺，环

型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。下图画出了题目要求的逻

辑电路图和时序信号关系。根据关

系，节拍脉冲Tl,T2,T3的逻辑表达式如下：

T1二C1•冷，T2二星，T3=

6.假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中

有一条取指微指令是所有指

令公用的。已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。

解:微指令条数为：(4-1)X80+l=241条

取控存容量为：256X32位;1KB

7.某ALU器件使用模式控制码M,S3,S2,SI,C来控制执行不同的

算术运算和逻辑操作。

下表列出各条指令所要求的模式控制码，其中y为二进制变量，F

为0或1任选。

试以指令码(A,B,H,D,E,F,G)为输入变量，写出控制参数

M,S3,S2,SI,C的逻

辑表达式。

解：M二G

S3=H+D+F

S2=l

C=H+D+(E+F)y

8.某机有8条微指令每条微指令所包含的微命令控制信号

如下表所示。

a-j分别对应10种不同性质的微命令信号。假设一条微指令的控

制字段为8位，请安排微指令的控制字段格式。

解：经分析，（e,f,h）和（b,i,j）可分别组成两个小组或两个

字段，然后进行译码，可得六个

微命令信号，剩下的a,c,d,g四个微命令信号可进行直接控

制，其整个控制字段组成如

下:

11.已知某机采用微程序控制方式，其控制存储器容量为512X

48（位）。微程序可在整个控

制存储器中实现转移，可控制微程序转移的条件共4个，微指令

采用水平型格式，后继微

指令地址采用断定方式。请问：

（1）微指令中的三个字段分别应为多少位？

（2）画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。

解：

（1）假设判别测试字段中每一位作为一个判别标志，那么由于有4

个转移条件，故该字段为4位；

乂因为控存容量为512单元，所以下地址字段为9位，。微命

令字段则是：

（48-4-9）=35位。

（2）对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框图如下图所示。其

中微地址寄存器对应下地址

字，P字段即为判别测试字段，控制字段即为微命令字段，后

两部分组成微指令寄存器。地址转移逻辑的输入是指令

寄存器的0P码、各种状态条件以及判别测试字段所给的判别标志

（某一位为1）,其输出用于控制修改微地址寄存器的适当位数，

从而实现微程序的分支转移（此例微指令的后继地址采用断

定方式）。

12.今有4级流水线分别完成取值、指令译码并取数、运算、送结果

四步操作,

今假设完成各步操作的时间依次为100ns,100ns,80ns,50ns0

请问：(1)流水线的操作周期应设计为多少?

(2)若相邻两条指令发生数据相关，而且在硬件上不采

取措施，那么第二条指令要

推迟多少时间进行。

(3)如果在硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间?

解:

(1)流水线的操作时钟周期t应按四步操作中最长时间来考虑，所

以t=100ns；

(2)两条指令发生数据相关冲突情况：：

ADDR1,R2,R3;R2+R3->R1

SUBR4,RI,R5;R・R5flM

两条指令在流水线中执行情况如下表所示:

ADD指令在时钟4时才将结果写入寄存器R1中，但SUB指令在时

钟3时就需读寄存器R1了，显然发生

数据相关，不能读到所需数据，只能等待。如果硬件上不采取措施，

第2条指令SUB至少应推迟2个

操作时钟周期，即t=2X100ns=200ns；

⑶如果硬件上加以改进(采取旁路技术)，这样只需推迟1个操作时

钟周期就能得到所需数据，

即t=100nso

15.用定量描述法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。

解：衡量并行处理器性能的一个有效参数是数据带宽(最大吞吐量)，

它定义为单位时间内可以产生

的最大运算结果个数。

设P1是有总延时T1的非流水处理器，故其带宽为1/T1。又设

Pm是相当于Plm段流水处理器延迟时间Tr,故Pm的带宽为1/

(Tc+Tr)。如果Pm是将P1划分成相同延迟的若干段形成的，则T1

FnTc因

此P1的带宽接近于1/mTc,由此可见，当mTc>Tc+Tr满足时，Pm

比Pl具有更大的带宽。

16.流水线中有三类数据相关冲突:写后读(RAW)相关;读后写(WAR)

相关；写后写

（WAW）相关。判断以下三组指令各存在哪种类型的数据相关。

(1)IlLADRI,A；M(A)-RLM(A)是存储器单元

12ADDR2,RI；(R2)+(RI)-R2

(2)13ADDR3,R4；(R3)+(R4)->R3

14MULR4,R5；(R4)X(R5)fR4

(3)15LADR6,B；M(B)-R6,M(B)是存储器单元

16MULR6,R7；(R6)X(R7)-R6

解：(1)写后读(RAW)相关;

(2)读后写(WAR)相关，但不会引起相关冲突；

(3)写后读(RAW)相关、写后写(WAW)相关

IlLADRI,B;M(B)-RI,M(B)是存储器单元

12SUBR2,RI;(R2)-(R1)-R2

13MULR3,R4;(R3)X(R4)-R3

14ADDR4,R5;(R4)+(R5)-R4

15LADR6,A;M(A)-R6,M(A)是存储器单元

16ADDR6,R7;(R6)+(R7)-R6

请画出：(1)按序发射按序完成各段推进情况图。

(2)按序发射按序完成的流水线时空图。

解：⑴

第八草

1.比较单总线、双总线、三总线结构的性能特点。

3.用异步通信方式传送字符〃A〃和〃8〃，数据有7位，偶校验1位。

起始位1位，

停止位1位，请分别画出波形图。

解：字符A的ASCII码为41H=1000001B；

字符8的ASCH码为38H=0111000B；

串行传送波形图为：

注：B：起始位

C：校验位

S：停止位

8,同步通信之所以比异步通信具有较高的传输频率,是因为同步通信

A.不需要应答信号；

B.总线长度较短；

C.用一个公共时钟信号进行同步；

D.各部件存取时间比较接近。

解：C

9.在集中式总线仲裁中，—方式响应时间最快，—方式对—

最敏感。

A.菊花链方式B.独立请求方式C.电路故障D.计数器定时查询方式

解:BAC

10.采月串行接口进行7位ASCH码传送，带有1位奇校验位，1位

起始位和1位停止位,当传输率为9600波特时，字符传送速率为—o

解：A

11.系统总线中地址线的功能是。

A.选择主存单元地址

B.选择进行信息传输的设备

C.选择外存地址

D.指定主存和I/O设备接口电路的地址

解：D

12.系统总线中控制器的功能是o

A.提供主存、I/O接口设备的控制信号和响应信号

B.提供数据信息

C.提供时序信号

D.提供主存、I/O接口设备的响应信号

解：D

14.PCI是一个与处理器无关的,它采用—时序协议和

式仲裁策略，并具有一能力。

A.集中B.自动配置C.同步D.高速外围总线

解：DCAB

15.PCI总线的基本传输机制是—传送。利用—可以实现总线间

的—传送，使所有的存取都按CPU的需要出现在总线上。PCI允许

—总线—工作。

A.桥B.猝发式C.并行D.多条E.猝发式

解：BACDE

17.PCI总线中三种桥的名称是什么？桥的功能是什么？

解：PCI总线有三种桥，即HOST/PCI桥(简称HOST桥)，PCI/PCI

桥和PCI/LAGACY桥。

在PCI总线体系结构中，桥起着重要作用：

(1)接两条总线，使总线间相互通信；

(2)是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到

另一条总线的地址空间上，

从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份

地址表。

(3)利用桥可以实现总线间的卒发式传送。

19.总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段？若采用同步定时协

议，请画出

读数据的同步时序图。

解:分五个阶段：请求总线、总线仲裁、寻址（目的地址）、信息传

送、状

态返回（错误报告）。读数据的同步时序图为:

20.某总线在一个总线周期中并行传送8个字节的数据，假设一个总

线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为70MHz，求总线带

宽是多少?

解：设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T1/f表示，一个总

线周期传送的数据量用D表示,

根据定义可得：

Dr=T/D=DXl/f=8BX70X106/s=560MB/

第七章

1.计算机的外围设备是指（）

A.输入/输出设备B.外存储器

C.输入/输出设备及外存储器D.除了CPU和内存以外的其他设

备

解：D

2.打印机根据印字方式可以分为（）和（）两大类，在（）类打

印机中，只有（）型打印机能打印汉字，请从下面答案中选择填空。

A.针型打印机B.活字型打印机

C.击打式D.非击打式

解：CDCA

7.试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式。

解：设读写一块信息所需总时间为Tb,平均找道时间为Ts,平均等

待时间为TL,读写一块信息的

传输时间为Tm,贝ij：Tb=Ts+TL+Tm。假设磁盘以每秒r转速率

旋转，每条磁道容量为N个字，

则数据传输率=rN个字/秒。又假设每块的字数为n,因而一旦读

写头定位在该块始端，就能在

Tni"(n/rN)秒的时间中传输完毕。TL是磁盘旋转半周的时

间，TL=(l/2r)秒，

由此可得：

Tb=Ts+l/2r+n/rN秒

8.某磁盘存贮器转速为3000转/分，共有4个记录面，每毫米5

道，每道记录信息为12288字节，最小磁道直径为230mm,共有275

道。问：

(1)磁盘存贮器的容量是多少？

(2)最高位密度与最低位密度是多少？

(3)磁盘数据传输率是多少？

(4)平均等待时间是多少？

(5)给出一个磁盘地址格式方案。

解：

(1)每道记录信息容量=12288字节

每个记录面信息容量二275X12288字节

共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为：

4X275X12288字节二13516800字节

(2)最高位密度D1按最小磁道半径R1计算(R1=115mln)：

Di=12288字节/2nRl=17字节/mm

最低位密度D2按最大磁道半径R2计算：

R2=R1+(2754-5)=115+55=170mm

(3)磁盘传输率C=r-N

r=3000/60=50周/秒

N=12288字节(信道信息容量)

C二r•N二50X12288二614400字节/秒

(4)平均等待时间=l/2r=1/(2X50)=10毫秒

(5)磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址。有‘4个记

录面，每个记录面有275个磁

道。假定每个扇区记录1024个字节，则需要12288+1024字

节=12个扇区。由此可得如

下地址格式：

14.有一台磁盘机，其平均寻道时间为了30ms,平均旋转等待时间为

120nls，数据传输速率为500B/ms,磁盘机上存放着1000件每件3000B

的数据。现欲把一件数据取走，更新后在放回原地，假设一次取出或

写入所需时间为:

平均寻道时间+平均等待时间+数据传送时间

另外，使用CPU更新信息所需时间为4ms,并且更新时间同输入

输出操作不相重叠C

试问：

（1）盘上全部数据需要多少时间？

（2）若磁盘及旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据

需要多少间？

解：（1）磁盘上总数据量二1000X3000B=3000000B

读出全部数据所需时间为3000000B+500B/ms=

6000ms

重新写入全部数据所需时间二6000ms

所以，更新磁盘上全部数据所需的时间为：

2X（平均找道时间+平均等待时间+数据传送时间）+CPU

更新时间

=2（30+120+6000）ms+4ms=12304ms

（2）磁盘机旋转速度提高一倍后，平均等待时间为60ms；

数据传输率提高一倍后，数据传送时间变为：

3000000B4-1000B/ms=3000ms

更新全部数据所需时间为：

2X(30+60+3000)ms+4ms=6184ms

17.刷新存储器的重要性能指标是它的带宽。若显示工作方式采用分

辨率为1024X768,颜色深度为24位，帧频（刷新速率）为72HZ,

求：

（1）刷新存储器的存储容量是多少？

（2）刷新存储器的贷款是多少？

解：（1）因为刷新存储器所需存储容量二分辨率X每个像素点颜

色深度

・•・1024X768X3B4MB

（2）因为刷新所需带宽=分辨率X每个像素点颜色深度X

刷新速度

.・・1024X768X3BX72/S=165888KB/Sy

162MB/S

第八章

1.如果认为CPU等待设备的状态信号是处于非工作状态（即踏步等

待），那么在下面几种主机与设备之间的数据传送中：（）主机与

设备是串行工作的；（）主机与设备是并行工作的：（）主程序与

设备是并行运行的c

A.程序查询方式B.程序中断方式C.DMA方式

解:ACB

2.中断向量地址是o

A.子程序入口地址B.中断服务程序入口地址

C.中断服务程序入口地址指示器C.例行程序入口地址

解：C

3.利用微型机制作了对输入数据进行采样处理的系统。在该系统中，

每抽取一个输入数据就要中断CPU一次，中断处理程序接受采样的数

据，将其放到主存的缓冲区内。该中断处理需时X秒，另一方面缓冲

区内每存储n个数据，主程序就将其取出进行处理，这种处理需时y

秒。因此该系统可以跟踪到每秒次的中断请求。

A.N/(nXx+y)B,N/(x+y)XnC.Min(l/x,n/y)

解：A

4.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据就要占用一个—的

时间。

A.指令周期B.机器周期

C.存储周期D.总线周期

解：C

5.通道的功能是：(1),(2)。按通道的工作方

式分，通道有通道、通道和通道三种类型。

解：（1）执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输;

（2）执行CPU的I/O指令，以及向CPU报告中断。

选择通道、字节多路通道、数组多路通道

解：（1）CPU不能响应中断

（2）因为同级中断不能嵌套，而A、B设备属于同级中断

（3）如果想要设备B一提出请求即能得到服务，则应该使设备

B为最高优先级，这里可将设备B单独接至3级TR,处于

最高优先级。

8.设某机有5级中断：LO,LLL2,L3,L4,其中断响应优先次序

为：L0最高，L1次

之，L4最低。现在要求将中断处理次序改为L1-L3-L0-L4fL2,

试问：

（1）下表中各级中断处理程序的各中断级屏蔽值如何设置（每级对

应一位，该位

为"0"表示允许中断，该位为〃1〃表示中断屏蔽）？

（2）若这5级中断同时都发出中断请求，按更改后的次序画出进入

各级中断处理程

序的过程示意图。

解：（1）

(2)

9.某机器CPU中有16个通用寄存器，运行某中断处理程序时仅用到

其中2个寄存器，请问响应中断而进入该中断处理程序时，是否要将

通用寄存器内容保存到主存中去？需保存几个寄存器?

解：响应中断而进入该中断处理程序时，需将通用寄存器内容保存到

主存中去，但为减少中断处

理时间，不必保存所有通用寄存器内容，这里只需将•2个中断处

理程序中用到的寄存器内容

保存起来。

12.下列陈述中正确的是o

A.在DMA周期内，CPU不能执行程序

B.中断发生时，CPU首先执行入栈指令将程序计数器内容保护起来

C.DMA传送方式中，DMA控制器每传送一个数据就窃取一个指令周

期

D.输入输出操作的最终目的是要实现CPU与外设之间的数据传输

解：D

13.Pentium系统有两类中断源：①由CPU外部的硬件信号引发的称

为,它分为可屏蔽和非屏蔽;②由指令引发的称为

,其中一种是执行，另一种是。

解：①外部中断INTRNMI

②异常中断执行软件中断指令引发的出错或故障引发的

14.IEEE1394是I/O标准接口，与SCSII/O标准接口相

比，它具有更高的,更强的,提及,连接方便。

解：BACDE

15.SCSI是系统级,是处于主适配器和智能设备控制器之间的

I/O接口。SCSI-3标准允许SCSI总线上连接的设备由

个提高到个，可支持位数据传输。

A.并行B.接口C.16D.8E.32

解：BADCD

18.若设备的优先级依次为CD-ROM、扫描仪、硬盘、磁带机、打印

机，请用标准接口SCSI进行配置，画出配置图。

解:PCIHBA-CD-ROM一扫描仪-硬盘->磁带机一打印机

终端器

数据库系统概论习题答案

1

第1章绪论

1.试述数据、数据库、数据库系统、数据库管理系统的概念。

答：

(1)数据(Data)：描述事物的符号记袤称为数据。数据的种类有

数字、文字、图形、图

像、声音、正文等。数据与其语义是不可分的。解析在现代计算机系

统中数据的概念是广义

的。早期的计算机系统主要用于科学计算，处理的数据是整数、实数、

浮点数等传统数学中

的数据。现代计算机能存储和处理的对象十分广泛，表示这些对象的

数据也越来越复杂。数

据与其语义是不可分的。500这个数字可以表示一件物品的价格是

500元，也可以表示一

个学术会议参加的人数有500人，还可以表示一袋奶粉重500克。

（2）数据库（DataBase,简称DB）：数据库是长期储存在计算

机内的、有组织的、可

共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和储

存，具有较小的冗余度、

较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

（3）数据库系统（DataBas。Sytem,简称DBS）：数据库系统

是指在计算机系统中

引入数据库后的系统构成，一般由数据库、数据库管理系统（及其开

发工具）、应用系统、

数据库管理员构成。解析数据库系统和数据库是两个概念。数据库系

统是一个人一机系统，

数据库是数据库系统的一个组成部分。但是在日常工作中人们常常把

数据库系统简称为数据

库。希望读者能够从人们讲话或文章的上下文中区分“数据库系统”

和“数据库”，不要引

起混淆。

(4)数据库管理系统(DataBaseManagementsytem，简称DBMs)：

数据库管理系统是

位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，用于科学地组织和存

储数据、高效地获取和

维护数据。DBMS的主要功能包括数据定义功能、数据操纵功能、

数据库的运行管理功能、

数据库的建立和维护功能。解析DBMS是一个大型的复杂的软件系

统，是计算机中的基础

软件。目前，专门研制DBMS的厂商及其研制的DBMS产品很多。

著名的有美国IBM公

司的DBZ关系数据库管理系统和IMS层次数据库管理系统、美国

Oracle公司的orade

关系数据库管理系统、s油ase公司的s油ase关系数据库管理

系统、美国微软公司的

SQLServe,关系数据库管理系统等。

2.使用数据库系统有什么好处？

答：

使用数据库系统的好处是由数据库管理系统的特点或优点决定的。使

用数据库系统的好处很

多，例如，可以大大提高应用开发的效率，方便用户的使用，减轻数

据库系统管理人员维护

的负担，等等。使用数据库系统可以大大提高应用开发的效率。因为

在数据库系统中应用程

序不必考虑数据的定义、存储和数据存取的具体路径，这些工作都由

DBMS来完成。用一

个通俗的比喻，使用了DBMS就如有了一个好参谋、好助手，许多

具体的技术工作都由这

个助手来完成。开发人员就可以专注于应用逻辑的设计，而不必为数

据管理的许许多多复杂

的细节操心。还有，当应用逻辑改变，数据的逻辑结构也需要改变时，

由于数据库系统提供

了数据与程序之间的独立性，数据逻辑结构的改变是DBA的责任,

开发人员不必修改应

用程序，或者只需要修改很少的应用程序，从而既简化了应用程序的

编制，又大大减少了应

用程序的维护和修改。使用数据库系统可以减轻数据库系统管理人员

维护系统的负担。因为

DBMS在数据库建立、运用和维护时对数据库进行统一的管理和控

制，包括数据的完整性、

安全性、多用户并发控制、故障恢复等，都由DBMS执行。总之,

使用数据库系统的优点

是很多的，既便于数据的集中管理，控制数据冗余，提高数据的利用

率和一致性，又有利于

应用程序的开发和维护。读者可以在自己今后的工作中结合具体应用,

认真加以体会和总结。

3.试述文件系统与数据库系统的区别和联系。

答：

文件系统与数据库系统的区别是：文件系统而向某一应用程序，共享

性差，冗余度大，数据

独立性差，记录内有结构，整体无结构，由应用程序自己控制。数据

库系统面向现实世界，

共享性高，冗余度小，具有较高的物理独立性和一定的逻辑独立性,

整体结构化，用数据模

型描述，由数据库管理系统提供数据的安全性、完整性、并发控制和

恢复能力。

文件系统与数据库系统的联系是：文件系统与数据库系统都是计算机

系统中管理数据的软

件。解析文件系统是操作系统的重要组成部分；而DBMS是独立于

操作系统的软件。但是

DBMS是在操作系统的基础上实现的；数据库中数据的组织和存储

是通过操作系统中的文

件系统来实现的。

4.举出适合用文件系统而不是数据库系统的例子；再举出适合用数

据库系统的应用例子。

(1)适用于文件系统而不是数据库系统的应用例子数据的备份、软

件或应用程序使用过程

中的临时数据存储一般使用文件比较合适。早期功能比较简单、比较

固定的应用系统也适合

用文件系统。

(2)适用于数据库系统而非文件系统的应用例子目前，几乎所有企

业或部门的信息系统

都以数据库系统为基础，都使用数据库。例如，一个工厂的管理信息

系统(其中会包括许多

子系统，如库存管理系统、物资采购系统、作业调度系统、设备管理

系统、人事管理系统等)，

学校的学生管理系统，人事管理系统，图书馆的图书管理系统,等等，

都适合用数据库系统。

希望读者能举出自己了解的应用例子。

5.试述数据库系统的特点。

答：

数据库系统的主要特点有：

(1)数据结构化数据库系统实现整体数据的结构化，这是数据库的

主要特征之一，也是数

据库系统与文件系统的本质区别。解析注意这里的“整体'夕两个字。

在数据库系统中，数

据不再针对某一个应用，而是面向全组织，具有整体的结构化。不仅

数据是结构化的，而且

数据的存取单位即一次可以存取数据的大小也很灵活，可以小到某一

个数据项（如一个学生

的姓名），大到一组记录（成千上万个学生记录）。而在文件系统中，

数据的存取单位只有一

个：记录，如一个学生的完整记录。

（2）数据的共享性高，冗余度低，易扩充数据库的数据不再面向某

个应用而是面向整个

系统，因此可以被多个用户、多个应用以多种不同的语言共享使用。

由于数据面向整个系统，

是有结构的数据，不仅可以被多个应用共享使用，而且容易增加新的

应用，这就使得数据库

系统弹性大，易于扩充。解析数据共享可以大大减少数据冗余，节约

存储空间，同时还能够

避免数据之间的不相容性与不一致性。所谓“数据面向某个应用”是

指数据结构是针对某个

应用设计的，只被这个应用程序或应用系统使用，可以说数据是某个

应用的“私有资源”。

所谓“弹性大”是指系统容易扩充也容易收缩，即应用增加或减少时

不必修改整个数据库的

结构，只需做很少的改动。可以取整体数据的各种子集用于不同的应

用系统，当应用需求改

变或增加时，只要重新选取不同的子集或加上一部分数据，便可以满

足新的需求。

(3)数据独立性高数据独立性包括数据的物理独立性和数据的逻辑

独立性。数据库管理

系统的模式结构和二级映像功能保证了数据库中的数据具有很高的

物理独立性和逻辑独立

性。

(4)数据由DBMS统一管理和控制数据库的共享是并发的共享，

即多个用户可以同时存

3

取数据库中的数据甚至可以同时存取数据库中同一个数据。为此，

DBMS必须提供统一的

数据控制功能，包括数据的安全性保护、数据的完整性检查、并发控

制和数据库恢复。解析

DBMS数据控制功能包括四个方面：数据的安全性保护：保护数据

以防止不合法的使用造

成的数据的泄密和破坏；数据的完整性检查：将数据控制在有效的范

围内，或保证数据之间

满足一定的关系；并发控制：对多用户的并发操作加以控制和协，调,

保证并发操作的正确性；

数据库恢复：当计算机系统发生硬件故障、软件故障，或者由于操作

员的失误以及故意的破

坏影响数据库中数据的正确性，甚至造成数据库部分或全部数据的丢

失时，能将数据库从错

误状态恢复到某一已知的正确状态(亦称为完整状态或一致状态)。

下面可以得到“什么是

数据库”的一个定义：数据库是长期存储在计算机内有组织的大量的

共享的数据集合，它可

以供各种用户共享，具有最小冗余度和较高的数据独立性。DBMS

在数据库建立、运用和

维护时对数据库进行统一控制，以保证数据的完整性、安全性，并在

多用户同时使用数据库

时进行并发控制，在发生故障后对系统进行恢复。数据库系统的出现

使信息系统从以加工数

据的程序为中心转向围绕共享的数据库为中心的新阶段。

6.数据库管理系统的主要功能有哪些？

答：

(1)数据库定义功能；

(2)数据存取功能；

(3)数据库运行管理；

(4)数据库的建