计算机组成原理课后答案.ppt

1、,小结,计算机系统概述, 1.1 计算工具及其进步 1.2 0、1编码 1.3 电子数字计算机工作原理 1.4 现代计算机系统结构与发展,END,课外作业,P50: 1.3 1.4 (5) 1.5 EFH 1.7 (写过程) 1.10 1.11 1.14 P51: 1.18 (1) 1.20(4),1.2 把114、0.6875这两个十进制数转换为7位字长的二进制数 解：114D=1110010B (除2取余) 0.6875=0.1011000B(乘2取整),习题讲解,1.3 用二进制表示一个4位十进制整数最少需多少位（不考虑符号位）？ 解：设需要n位二进制，则 因此至少需要14位,1.4（5

2、） 7.752.4 解： 7.75D2.4D = 111.11B10.011B = 10010.01101B = 18.406D 其他正确结果： 7.75D2.4D = 111.11B10.01B = 10001.0111B 7.75D2.4D = 111.11B10.01101B = 10010.1010011B,1.4（4） 49.552.75 解： 49.5D52.75D = 110001.1B110100.11B = 101000110011.001B = 2611.125D 1.5 EFH=?D EFH=14161+15160=224+15=239 说明：H标识16进制数的后缀 (E

3、F)16,1.7 已知：X补=11101011, Y补=01001010, 则X-Y补= A 解： -Y补=10110110 (符号位取反，各位数值位按位取反，末位加1) 则X-Y补= X补+ -Y补 = 11101011+10110110 (符号位有进位不一定为溢出),判别溢出的方法之一： 使用双符号位相加，若两符号位相同，则不溢出，否则溢出。 如： 111101011+110110110 = 1110100001 不溢出，结果为10100001,X补=11101011, Y补=01001010, 则X-Y补= A 其他方法： x原=10010101 Y原=01001010 下一步怎么做？,

4、(1) 10010101-01001010=01001011 (2) 10010101+11001010=101011111 ; ,X的真值：-0010101 Y的真值：+1001010 X-Y= -0010101- 1001010= -1011111 (真值) 补码：1 0100001,1.10 把下列各数译成8位的二进制数补码： 解：真值 补码 +1900010011 -1911101101 +7501001011 -5611001000 +3700100101 -4811010000,真值 补码 +100000001 -111111111 +200000010 -211111110 +4

5、00000100 -411111100 +8 00001000 -8 11111000,1.14 将十进制数15/2及-0.3125表示成二进制浮点规格化数（阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数4位） 解：（1）15/2=111.1B,表示成规格化数，若阶码与尾数均用原码表示，则它可表示为0.11112011; 在机器中可写为01101111 （2）-0.3125=-0.0101B，可表示为1.1012101；在机器中可写为10111010,1.18 画出函数的真值表：,1.20 利用基本性质证明下列等式： 法1：左右两边式子与ABC 法2：,证明：,得证。,证明：,得证。,证明：,其他方法：摩

6、根律,1.22 若计算机准备传送的有效信息为1010110010001111，生成多项式为CRC-12,请为其写出CRC码。 解：CRC-12=1100000001111，设校验码为K位，则K=12，信息位的多项式X1010110010001111000000000000 做模2除得余数为111111111000 则CRC码为1010110010001111111111111000,1.23 按照诺伊曼原理，现代计算机应具备哪些功能？ 答：按照Neumann提出原理，计算机必须具有如下功能： （1）输入输出功能。计算机必须有能力把原始数据和解题步骤接收下来（输入），把计算结果和计算过程中出现的

7、情况告诉（输出）给使用者。,（2）记忆功能。计算机应能够“记住”原始数据和解题步骤以及解题过程中的一些中间结果。 （3）计算功能。计算机应能进行一些最基本的运算，组成人们所需要的一切计算。,（4）判断功能。计算机在进行一步操作后，应能从预先无法确定的几种方案中选择一种操作方案。 （5）自我控制能力。计算机应能保证程序执行的正确性和各部件之间的协调性。,存储系统, 2.1 主存储器 2.2 辅助存储器 2.3 存储体系,第2章,计算机以运算器为中心以存储器为中心(目前 ),END,课外作业,P89P91: 2.3 2.5 2.8 (写思路、画图) 2.14 2.17 2.20 (2) P91:

8、2.25 P92: 2.34,2.3 ROM与RAM两者的差别是什么？ 答：(1) RAM是随机存取存储器; ROM是只读存储器； (2) RAM是易失性的，一旦掉电，则所有信息全部丢失；ROM是非易失性的，其信息可以长期保存，常用于存放一些固定用的数据和程序，如计算机的自检程序、BIOS、游戏卡中的游戏，等等。,习题讲解,2.5 术语：存储元、存储单元、存储体、存储单元地址，有何联系和区别？ 答：存储元：存储一位二进制信息的基本单元 电路； 存储单元：由若干存储元组成，用来存放多位二进制信息，具有独立地址，可以独立访问； 存储体：是存储单元的集合，它由许多存储单元组成，用来存储大量的数据和程

9、序。,存储单元地址：现代计算机存储器的访问还是基于地址的，为此要为每个存储单元设置一个线性地址，信息按地址存入或取出。 计算机在存取数据时，以存储单元为单位进行存取。机器的所有存储单元长度相同，一般由8的整数倍个存储元构成。同一单元的存储元必须并行工作，同时读出、写入。由许多存储单元构成了一台机器的存储体。由于每个存储单元在存储体中的地位平等，为区别不同单元，为每个存储单元赋予地址，都有一条唯一的地址线与存储单元地址编码对应。,2.8 设计一个用64K*1位的芯片构成256K*16位的存储器，画出组织结构图。 （1）要用64K*1的芯片构造256K*16位的存储器，需要字/位同时扩展，共需芯片

10、64片 （2）先进行位扩展，每16个芯片为一组（共4组），扩展成一个64K*16位的存储体 ：片选端CS、读写信号并接；CPU的16根地址线并连到各芯片的16根地址线（64K=216）上；CPU数据线的每1根与一个片中的数据线相连。,地址线的并连可画得更清楚些,如图：,（3）对4组芯片进行字扩展。每组芯片看成1个64K*16位的存储体 ，地址线有16根；而主存容量为256KB=218B，即共需地址线18根。所以用2根地址线来选存储体：A0A15为体内地址，各体地址线并接；地址高位A16和A17接片选译码器的输入，译码器的4个输出分别接各存储体的CS端，用以选择4个存储体中的1个；数据线并接；读

11、写信号线并接。 （4）具体实现：,2.14 某存储器容量为4KB，其中，ROM 2KB，选用EPROM 2Kx 8 /片、RAM 2KB , 选用芯片RAM 1K8/片、地址线A15A0。写出全部片选信号的逻辑式。 解：(1) 确定芯片：根据要求ROM的容量为2KB，故只需1 片EPROM；而RAM的容量为2KB，故需RAM芯片2 片。（2）片内地址：对于ROM片内地址为11位，用了地址线的A10A0。这11根地址线；RAM片内地址为10位，用了地址线的A9A0。,（3）选片：主存中有3 片芯片，至少需要2 位地址信号加以区别，按其总容量需要12根地址线，可以考虑用1根地址线A11作为区别EP

12、ROM和RAM的片选信号，对于2 片RAM芯片可利用A10来区别其片选信号。由此.可得到如下的逻辑式： EPROM ： RAM：,2.17,1,0,0,1,1,1,0,改进不归零制（NRZI）,记录“1”时改变方向,记录“0 时不改变方向,1,1,0,0,1,1,1,0,改进调频制(MFM),“1”在位周期中间改 变方向,“1”是“0 ”频率的2倍,!注意:MFM是FM的改进,只有在记录连续两个或以上0时电流方向才翻转一次,用于双密度磁盘.,1,2.20 解：（1）磁盘容量412288B/道275道13516800B （2）传输率3000转/60s12288B614400B/s （3）平均等待

13、时间1/（2转速）1（23000/60）0.01s10ms,2.25 存储系统的层次结构可以解决什么问题？实现存储器层次结构的先决条件是什么？用什么度量？ 答：存储器层次结构可以提高计算机存储系统的性能价格比，即在速度方面接近最高级的存储器，在容量和价格方面接近最低级的存储器。实现存储器层次结构的先决条件是程序局部性，即存储器访问的局部性是实现存储器层次结构的基础。其度量方法主要是存储系统的命中率，由高级存储器向低级存储器访问数据时，能够得到数据的概率。,2.34 cache与虚拟存储器在原理和功能方面有何不同和相似之处？ 答：cache与虚拟存储器在原理和功能方面存在相似之处，但有重要差别。

14、 相同之处：都利用了程序局部性原理，把程序划分成为许多信息块，运行时能自动地把信息块从慢速存储器向快速存储器调度，信息块的调度采用一定的替换策略以提高继续运行时的命中率。它们采用的地址变换、地址映像方式和替换算法是相同的。,不同之处：cache用于弥补主存与CPU之间的速度差异，而虚拟存储器则用来弥补主存容量的不足；cache每次传送的信息块是定长的，且只有几十字节。虚拟存储器的信息块可以是定长的页，也可以是不定长的段，长度也比较大。CPU可直接访问cache，但不能直接访问辅存。cache与主存信息交换的过程全部由硬件实现，主存与辅存的信息交换则通过辅助软件与存储管理软件来完成。,补充题1

15、设某虚存有如下快表放在相联存储器中，其容量为8个存储单元。问：按如下三个虚拟地址访问主存，主存的实际地址码各是多少？（设地址均为16进制） 页号 页内地址 1 15 0324 2 7 0128 3 48 0516,答： （1）80000H+0324H=80324H （2）96000H+0128H=96128H （3）去主存查找，有可能需重新分配。,补充题2 设某计算机的cache采用4路组相联映像，已知cache容量为16KB，主存容量为2MB，每个字块有8个字，每个字有32位。请回答：主存地址多少位（按字节编址），各字段如何划分（各需多少位）？ 分析：2M=221，每块32*8/8=32B

16、4路：每组4块。组号：16K/32/4=27 21-7-5=9 (9=7+2),答：主存地址21位,字段划分：,或：,输入/输出及其控制, 3.1 外部设备 3.2 输入/输出中的数据传送控制 3.3 接口 3.4 I/O设备管理,第3章,3.14 一次程序中断大致可分为哪些过程？ 答：（1）中断申请，由中断源发出中断请求； （2）排队判优，若在某一时刻有多个中断源申请中断，需要通过判优部件选择一个中断源响应； （3）中断响应，在允许中断的情况下，CPU执行完一条指令后，开始响应中断；,习题讲解,（4）中断处理，CPU先关中断，然后保存当前程序的断点和现场，转入相应的中断服务程序，开中断，执行

17、中断服务程序，执行完毕，先关中断，然后恢复现场和断点，开中断，返回原程序执行,3.24 DMA方式与通道方式有何异同？ 答：相同点：把外设与主机交换数据过程控制权从CPU接管，使外设能与主机并行工作。 不同点：（1）工作原理：DMA完全采用硬件控制数据交换的过程，速度较快；通道则采用软硬件结合的方法，通过执行一道通道命令字，即通道程序，来完成数据交换。,（2）功能：通道是在DMA的基础上发展而来的。因此，通道功能要比DMA功能更强。在DMA中，CPU必须进行设备的选择、切换、启动、终止，并进行数据校验，CPU在输入输出过程中的开销较大；通道则代替CPU管理控制外设，CPU仅仅通过I/O指令启动

18、通道，通道本身进行各外设的初始化工作。,（3）所控制的外设类型：DMA只能控制速度较快、类型单一的外设，一台外设有一个DMA控制器，若一个DMA控制器连接多台同类外设，则它们只能串行工作；而一个通道可以连接不同类型外设，使得多外设均可在通道控制下同时工作。,3.25 中断控制方式下的中断与DMA的中断有何异同？ 答：DMA方式中的中断请求不是为了传送信息（信息是通过主存和I/O间的直接数据通路传送的），只是为了报告CPU一组数据传送结束，有待CPU做一些后处理工作，如测试传送过程中是否出错，决定是否继续使用DMA方式传送等。,而（当用于数据传送控制时）程序中断方式的中断请求是为了传送数据，I/

19、O和主机交换信息完全靠CPU响应中断后，转至中断服务程序完成的。,（1）对DMA请求，CPU在一个机器周期结束时就可响应。对于程序中断，则CPU必须执行完一条指令后方可响应。 （2）DMA的控制只在外设和内存之间进行，不会破坏CPU的现场。在响应DMA请求时，不需保护现场，因此可快速响应。,另：中断控制方式下的中断与DMA请求有何异同,3.26 试述接口的功能及其组成。 答：简单的说，接口的基本功能是在系统总线和外设之间传输信号，提供缓冲功能，以满足接口两边的时序要求。由于外设的多样性和复杂性，对不同的外设接口功能不尽相同。但一般来讲，接口应具备如下的基本功能：,（1）寻址功能。接口要能识别C

20、PU的访问信号，并识别要求的操作。 （2）输入输出功能。接口能按照CPU要求的读写信号从总线上接收CPU送来的数据和控制信息，或把数据和状态信息送到总线上。 （3）数据缓冲功能。CPU与外设的速度往往不相匹配，为消除速度差异，接口必须提供数据缓冲功能。,（4）数据转换功能。不同外设信息格式不同，与主机格式也不同，接口应提供计算机与外设的信息格式的转换，比如正负逻辑的转换、串并转换、数/模或模/数转换等。 （5）其他。如检错纠错功能、中断功能、时序控制功能等。,为实现上述接口的功能，接口至少应有一组缓冲器和一个具有锁存能力的锁存器。主机访问接口主要是对接口的端口（各种寄存器）进行访问。因此，在接口中还必须有对端口的选择机构和读写控制机构，如地址译码线路、读写控制线路和中断控制线路。除此之外，还需要有设备状态寄存器、定时信号线路等。,3.27 I/O接口有哪两种寻址方式？各有何优缺点？ 答：I/O接口有端口地址与主存统一编址方式和端口地址单独编址方式。统一编址方式是指把I/O端口当做存储器的单元进行分配