计算机组成原理包健版答案

1．1概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？略。1．2你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？略。1．3试举一个你所熟悉的计算机应用例子。略。1．4计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？`。1．5计算机硬件系统的主要指标有哪些？答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。1．6什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？答：指CPU一次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。1．7什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。它包括主存容量和辅存容量。主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。1．8根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。（1）为个人使用而的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。（2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、测试和控制其他部件的功能。（3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。（4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。（5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。（6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。（7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。（8）将高级语言翻译成机器语言的程序。（9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。（10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。供选择的词或短语：1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器（CPU）4、编译器5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机9、主存储器10、VLSI答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2，（6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。硬件由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部件构成1．9冯·诺伊曼VonNeumann计算机的主要设计思想是什么？略。1．10计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么？略。1．11计算机软件包括哪几类？说明它们的用途。略。1．12简述计算机系统的多级层次结构的分层理由及各层的功能。略。1．13通过计算机系统的层次结构学习，你对计算机系统有了怎样的了解？略。第二章2．1数字信号和模拟信号的主要区别是什么？与模拟电路相比，数字电路有何特点？略。2．2二极管两端需要加多大的电压才使二极管导通？答：大于二极管的正向特性存在死区电压Vr（硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.2V）2．3三极管何时处于截止状态，何时处于饱和状态？答：当输入电压Vi>0，且Vi<死区电压Vr’，三极管处于截止状态。当输入电压Vi增大，基极电流IB、集电极电流IC随之增大，输入电压VCE＝VCC－ICRC不断下降，当VCE降到0.7V以下时，发射结仍正向偏置，集电结则由反向偏置转为正向偏置，此时三极管进入饱和状态。2．4双极型逻辑门和单极型逻辑分别是怎样形成的？它们各有何特点？略.2．5实现逻辑代数的基本运算有哪几种逻辑门？答：与，或，非。2．6分析图2－41所示的逻辑电路图，写出表达式并进行化简。答：（a）(b)F=AD+C+2．7请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最简式。（1）答：（2）答：2．8分析图2－42所示的逻辑电路，列出真值表，说明其逻辑功能。2.8答：A1A0X0X1X2X3F00XXXXX001XXXXX110XXXXX211XXXXX3图2－42是一个四选一电路2．9分析图2－43所示的逻辑电路图，列出真值表，说明其逻辑功能。答：ABCF1F20000000110010100110110010101011100111111图2－43是一个一位全加器，A,B为加数和被加数，C为低位进位,F1为和，F2为产生的进位。（图中有错误，第4个与门的输入少了）2．10请用卡诺图法将下列各逻辑表达式化成最简式。（1）（2）答：（1）（2）2．11简述组合逻辑电路的设计过程。略：2．12用与非门设计实现下列函数的组合逻辑电路。（1）；（2）。答：(1)＝=图略。(2)==图略。2．13用一位全加器组成4位并行进位加法器，其并行进位电路应该如何实现？略。2．14请画出74LS273的典型用法的接线图。2．15什么是三态门？一般应用在什么场合？略2．16计算机中常用的寄存器有哪些？请说明如何使用？略2．17请说明74LS299的功能及使用方法。略2．18请说明74LS161的功能及使用方法。略习题33．1 求下列各数的十进制数值：（1）（267．3）8（2）（BD．C）16（3）（1011011．101）2答：.(1)183.375，(2)189.75，(3)91.6253．2 将下列十进制数转化为二进制、八进制和十六进制数据（小数取四位二进制有效数据）：（1）-282．75（2）123．46（3）-115/512（4）44．9375答：2.序号十进制十六进制二进制八进制(1) -282.75-11A.C-100011010.1100-432.6(2) 123.467B.71111011.0111173.34(3)-115/512-0.388－0.001110011-0.163(4)44.93752C.F101100.111154.743．3 写出下列各数的原码、反码和补码，机器数长度为8位：（1）0（2）-127（3）-0.5（4）-19/128（5）100（6）23/64序号真值原码补码反码(1)000000000000000000000000010000000111111110.00000000.00000000.00000001.00000001.1111111(2)－127111111111000000110000000(3)－0.51.10000001.10000001.0111111(4)－19/1281.00100111.11011011.1101100(5)100011001000110010001100100(6)23/640.01011100.01011100.01011103．4 写出下列各机器数的二进制真值X：（1）[X]补=0.1001（2）[X]补=1.1001（3）[X]原=0.1101（4）[X]原=1.1101（5）[X]反=0.1011（6）[X]反=1.1011（7）[X]移=0,1001（8）[X]移=1,1001（9）[X]补=1,0000000（10）[X]反=1,0000000（11）[X]原=1,0000000（12）[X]移=1,0000000答：(1)+0.1001(7)-0111(2)-0.0111(8)＋1001(3)+0.1101(9)-10000000(4)-0.1101(10)-01111111(5)+0.1011(11)-00000000(6)-0.0100(12)000000003．5 设某机器数字长为8位，有两个数的16进制表示形式为9CH和FFH，问：若它们分别表示为下列格式的机器数时，其对应的十进制真值是多少？（1） 无符号整数；（2） 原码表示的定点整数；（3） 原码表示的定点小数；（4） 补码表示的定点整数；（5） 补码表示的定点小数；（6） 反码表示的定点整数；（7） 移码表示的定点整数。答：数9CHFFH无符号整数+156255原码表示的定点整数-28-127原码表示的定点小数-(2-2-2-5)=0.21875-(1-2-7)补码表示的定点整数-100-1补码表示的定点小数-(2-1+2-2+2-5)=0.78125-2-7反码表示的定点整数-99-0移码表示的定点整数+281273．6 假设某规格化浮点数的尾数表示形式为M0.M1……Mn，选择正确的答案写在横线上：（1） 若尾数用原码表示，则尾数必须满足。(2)若尾数用补码表示，则尾数必须满足。A．M0=0 B．M0=1 C．M1=0 D．M1=1E．M0.M1=0.0 F．M0.M1=1.1 G．M0.M1=0.1或 M0.M1=1.0 H．M0.M1=1.0答：（1）D；（2）G 3．7 浮点数的表示范围取决于的位数，浮点数的表示精度取决于的位数，浮点数的正负取决于，在浮点数的表示中是隐含规定的。A．数符 B．阶符 C．尾数 D．阶码 E．阶码的底答：D,C,A,E3．8 设一浮点数格式为：字长12位，阶码6位，用移码表示，尾数6位，用原码表示，阶码在前，尾数（包括数符）在后，则按照该格式：(1)已知X=-25/64，Y=2.875，求数据X、Y的规格化的浮点数形式。(2)已知Z的浮点数以十六进制表示为9F4H，则求Z的十进制真值。答：0.875=7/8（1） X=－0.11001×2-1,[X]浮＝1.11001×2011111[X]浮＝0,111111,11001Y=23/8=0.10111×22,[Y]浮＝0.10111×2100010[Y]浮＝1,000100,10111（2）[Z]浮=100111110100=－0.10100×2100111Z=－803．9 设一机器数字长16位，求下列各机器数的表示范围：（1） 无符号整数；（2） 原码表示的定点整数；（3） 补码表示的定点整数；（4） 补码表示的定点小数；（5） 非规格化浮点表示，格式为：阶码8位，用移码表示，尾数8位，用补码表示（要求写出最大数、最小数、最大负数、最小正数）；（6） 上述浮点格式的规格化浮点表示范围（要求写出最大数、最小数、最大负数、最小正数）。6答：机器字长16位，下列各术的表示范围(1)无符号整数0~216-1(2)原码定点整数－(215-1)~+215－1(3)补码定点整数－215~+215－1(4)补码定点小数－1~+1－2-15(5)、(6)阶码八位，移码表示，尾数8位，补码表示最大数最小数最大负数最小正数非规格化浮点数(1-2-7)×2+127-1×2+127-2-7×2-1272-7×2-127规格化浮点数(1-2-7)×2+127-1×2+127-0.5＋2-7)×2-1270.5×2-1273．10 将下列十进制数转换为IEEE754单精度浮点数格式：（1）＋36．75 （2）－35/256 答： ＋36．75=100100.11=1.0010011*255+127=132010000100001001100000000000000003．11 求下列各IEEE754单精度浮点数的十进制真值：（1）43990000H （2）00000000H答：(1)01000011100110010000000000000000X=(-1)0×(1.0011001)×2135-127=(100110010)2=(306)10(2)X=(-1)0×(1.0000000)×20-127=(2-127)103．12 在汉字系统中，有哪几种编码？它们各自有什么作用？略。3．13 汉字库中存放的是汉字的哪一种编码？汉字库的容量如何计算？答：汉字库中存放的是汉字字模码。汉字库的容量可按下列：存储每个汉字字模点阵所需的字节数×汉字数×点阵方法数。3．14 在一个应用系统中，需要构造一个包含了100个汉字的汉字库，假设采用16×16的汉字字形，问：该汉字库所占存储容量是多少字节？一篇由50个汉字构成的短文，需要占用多少字节的存储容量来存储其纯文本？答：16×2×100＝3200字节；2×50＝100字节。3．15 汉字系统的几种编码中，对于某个汉字来说，是惟一的。A.输入码B.字模码C.机内码 答：C。3．16 若下面的奇偶校验码均正确，请指出哪些是奇校验码，哪些是偶校验码。（1） 10110110（2）01111110（3）11011000（4）10100001答：奇校验码：（1）、（4）；偶校验码：（2），（3）。3．17 在7位的ASCII码的最高位前面添加一位奇（偶）校验位后，即可构成8位的ASCII码的奇（偶）校验码。假设字符“A”的这样的奇（偶）校验码为41H，则它是（1）；字符“C”的这样的（1）是（2）。（1）：A.奇校验码B.偶校验码（2）：A.43HB.87HC.C3H D.86H答：（1）B;（2）C。3．18 对于3.6.2节所介绍的k=8，r=4的能纠错一位的海明码，若编码为100110111100，试判断该海明码是否有误，若有，请纠正，并写出其8位正确的有效信息。答：　100001113．19 试设计有效信息为10位的能纠错一位的海明码的编码和译码，并写出有效信息0110111001的海明码。答：k=10，r=4的海明码的排列如下：编码:H14H13H12H11H10H9H8H7H6H5H4H3H2H1D10D9D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1P4=D10D9D8D7D6D5P3=D10D9D8D4D3D2P2=D10D7D6D4D3D1P1=D9D7D5D4D2D1译码:S4=P4D10D9D8D7D6D5S3=P3D10D9D8D4D3D2S2=P2D10D7D6D4D3D1S1=P1D9D7D5D4D2D1指误字：S4S3S2S1效信息0110111001的海明码:011011010011103．20 在3.6.2节所介绍有效信息为8位的能纠错一位的海明码基础上，思考如何改进，使其能够达到检错两位并能纠错一位的校验能力。答：略设生成多项式为X3+X+1（即1011B），请计算有效数据10101的CRC编码。答：1010101013．21 试分析3.3节介绍的三种奇偶校验、海明校验和CRC校验三种校验码的检错纠错能力，它们的码距各为多少？答：奇偶校验码只能检错，可检单个、奇数个错，码距＝２；海明校验可以纠一位错。CRC校验可以纠一位错。3．22 在Motorola系列的微处理器中，数据存放在内存的规则是高位字节存放在低地址单元的，对照图3.10写出各数据在这种情况下的存储方式。略习题44.1 设X=0.1101，Y=-0.0110，求：（1）[X]补 （2）[-X]补 （3）[2X]补 （4）[-2X]补（5）[X/2]补 （6）[-X/2]补 （7）[Y]补 （8）[-Y]补（9）[2Y]补 （10）[-2Y]补 （11）[Y/2]补 （12）[-Y/2]补（13）[-Y/4]补1.（1）[X]补= 0.1101（2）[-X]补=1.0011（3）[2X]补=0.1010溢出（4）[-2X]补=1.0110溢出（5）[X/2]补=0.0110注意：参见P109中的补码算术移位规则，以及P110的例4.4（6）[-X/2]补=1.1001（7）[Y]补=1.1010 （8）[-Y]补=0.0110 （9）[2Y]补=1.0100 （10）[-2Y]补=0.1100 （11）[Y/2]补=1.1101 （12）[-Y/2]补=0.0010 (13)[-Y/4]补=0.00014.2已知X和Y，用变形补码计算X+Y和X-Y，并指出运算结果是否溢出：(1)X=0.11011，Y=0.11111(2)X=-0.1101，Y=0.0110答：. （1）所以：[X+Y]补：发生溢出 　　　[X－Y]补=1.11100注意：参见P107中的双符号位判溢方法原理。 （２）[X+Y]补=1.1001 　　　[X－Y]补：　溢出4.3试使用两个4位二进制加法器和若干逻辑门电路，设计一位余3码编码的十进制加法器。（提示：余3码加法的校正规则为：当余3码编码的两个数直接相加后，若结果有进位，则和数加3校正；否则和数减3校正）图在ｗｏｒｄ下不好画：略：4.4使用原码一位乘法计算X*Y：(1)X=0.11101，Y=0.01111(2)X=-0.10011，Y=0.11010答：（１）注意：参见P114中例4.6。　　（２）［X*Y］原　＝1.0111101110　4.5使用补码Booth乘法计算X*Y：(1)X=0.01111，Y=-0.11101(2)X=-0.10011，Y=-0.11010答：（１）注意：参见P118中例4.8。［X］补＝00.01111［Y］补＝11.00011［-X］补＝11.10001所以：［X*Y］补＝1.1001001101X*Y＝-0.0110110011　　（２）［X*Y］补＝0.0111101110　4.6分别使用原码恢复余数除法和原码加减交替除法计算X/Y：(1)X=0.0111，Y=0.1101(2)X=0.1011，Y=-0.1110答：（１）原码恢复余数除法注意：参见P124中例4.9。所以[Q]原＝0.1000[R]原＝0.00001000原码加减交替法:注意：参见P125中例4.10。所以[Q]原＝0.1000[R]原＝0.00001000　（２）原码恢复余数除法:[Qs]原=1.1100;[R]原=0.00001000原码加减交替除法:　[Qs]原=1.1100;[R]原=0.000010004.7使用补码不恢复余数除法计算X/Y：(1)X=0.0111，Y=0.1101(2)X=0.1011，Y=-0.1110答：（１）注意：参见P128的原理和P129中例4.11。采用第一种方法所以[Q]补＝0.1001[R]补＝0.00001110　（２）[Qs]补=1.0011;[R]补=0.000011004.8设浮点数的格式为：阶码5位，尾数6位，均用补码表示，请计算X+Y和X-Y。（阶码和尾数均用补码计算）。(1)X=-1.625，Y=5.25(2)X=15/64，Y=-29/256答：（１）假设Z＝X＋Y，X＋Y的计算过程如下：注意：参见P139的原理和P141中例4.13。1、 对阶2、 尾数相加3、 结果规格化左归一位，阶码减1；结果无溢出此时的阶码和尾数为：4、 舍入按照0舍1入法对尾数进行舍入，结果为：假设Z＝X－Y，其计算过程如下：1、对阶2、尾数相减3、结果规格化结果的尾数已经是规格化形式，并且无溢出，因此无需规格化4、舍入按照0舍1入发对尾数进行舍入，结果为：　（２）［X＋Y］补＝1,11010.11111;X+Y=0.11111×2-0011　　　　［X－Y］补　＝1,11110.10110;X-Y=0.101102-00014.9设浮点数的格式为：阶码5位，用移码表示，尾数6位，用补码表示，请计算X*Y和X/Y（阶码用移码计算，尾数用任何一种机器数的串行乘除算法计算）。(1)X=5.25，Y=-1.625(2)X=-29/256，Y=15/64答：（１）［X×Y］浮=1,01001.01111;X*Y=－0.10001×20100［X/Y］浮=1,00101.00111;X/Y=－0.11001×20010（２）X和Y的补码表示为：[X]补=0,11011.00011[Y]补=0,11100.11110假设Z＝X*Y，则Z的计算过程为：注意：参见P143的原理和P143中例4.14。（1）阶码相加阶码无溢出（2） 尾数相乘使用Booth算法计算尾数的乘积：[MX]补=11.00011[MY]补=0.11110[-MX]补=00.11101[MX]补=1.0010011010（3） 结果的规格化结果的尾数已经是规格化的，因此无需再规格化。（4） 舍入对尾数进行0舍1入，得：[Z]补=0，10111.00101假设Z＝X/Y，则Z的计算过程为：注意：参见P145的原理和P146中例4.15。（1）阶码相减阶码无溢出(2)尾数相除采用原码加减交替法计算尾数的商：[MX]补=00.11101[MY]补=00.11110[-|MY|]补=11.00010[MZ]补=0.11110(1)(3)结果的规格化结果的尾数已经是规格化的，因此无需再进行规格化。(4)舍入对尾数进行0舍1入，得：|MZ|=0.11111[MZ]原=1.11111[MZ]补=1.00001|Z|补=0，11111.000014.10假设浮点数加减运算时，尾数采用变形补码（模4补码）进行运算，运算结果形式为：MS1MS2.M1……Mn，选择正确的答案写在横线上：(1)若尾数运算结果形式满足条件时，结果需要左规；(2)若尾数运算结果形式满足条件时，结果需要右规（1次）；(3)若尾数运算结果形式满足条件时，结果不需要规格化；A．MS1MS2.M1=00.0 B．MS1MS2.M1=00.1 C．MS1MS2.M1=01.0D．MS1MS2.M1=01.1 E．MS1MS2.M1=10.0 F．MS1MS2.M1=10.1G．MS1MS2.M1=11.0 H．MS1MS2.M1=11.1答：（１）A,H　（２）D,E,F　（３）B4.11浮点数运算的溢出判断，取决于。A．尾数是否上溢 B．尾数是否下溢C．阶码是否上溢 D．阶码是否下溢答：C4.12设[X]补=X0.X1……Xn，X必须满足条件时，X左移一位求2X时，才不会发生溢出。A．X0.X1=0.0 B．X0.X1=1.1 C．X0.X1=0.1 D．X0.X1=1.0 答：A,B4.13设机器字长8位，若机器数DAH为补码，则算术左移一位后为，算术右移一位后为。A．B4H B．B5H C．F4H D．6DH E．EDH答：A,E4 在计算机内，减法一般用来实现。A．二进制减法器 B．十进制减法器 C．二进制加法器 D．十进制加法器答：C5 设某运算器由一个加法器Σ、两个暂存器A和B（D型边沿寄存器）、一个状态寄存器、一个二选一多路选择器构成，如图4.29所示。加法器具有F=A、F=B和F=A+B这3种功能；A、B均可接收加法器的输出，A还可以接收外部输入数据D。问：5.3 描述外部数据D传送到暂存器B的过程，写出发送的信号序列。5.4 如何实现操作A+B→A和A+B→B？写出发送的信号序列。5.5 可以实现操作D+A→A和D+B→B吗？如果可以，请写出发送的信号序列。5.6 若A、B均为锁存器（电平触发的寄存器），那么实现操作A+B→A和A+B→B时有问题吗？为什么？4.29习题4.15图示答：（１）传送过程：ＤＡ，Ａ∑Ｂ。　　　　控制信号：Ｓ＝0（选Ｄ），CPA,A∑,F=A,S=1(选∑)（２）A∑,B∑,F=A+B,S=１(选∑)，CPAA∑,B∑,F=A+B,CPB（３）S=0(选D),CPA,A∑,B∑,F=A+B,S=１(选∑)，CPAS=0(选D),CPA,A∑,B∑,F=A+B,CPB（４）结果不对。加法器会多次运算。6 如果将例4.12中的两条指令修改如下，试写出运算结果及其标志位，并分析各标志的意义。MOV AL，7FHADD AL，80H答：（AL）=FFH；ZF=0：因为运算结果非零；CF=0：因为加法运算的最高位没产生进位，OF=0：因为C1⊕Cf=0，表明有符号数运算发生没溢出，SF=1：因为运算结果的最高位为1,PF=1：结果中“1”的个数为偶数个，所以PF=1。7 如果将例4.12中的两条指令修改如下，试写出运算结果及其标志位，并分析各标志的意义。MOV AL，7FHSUB AL，1答：（AL）=7EH；ZF=0：因为运算结果非零；CF=0：因为加法运算的最高位没产生借位，OF=0：因为C1⊕Cf=0，表明有符号数运算发生没溢出，SF=0：因为运算结果的最高位为0,PF=0：结果中“1”的个数为奇数个，所以PF=0。第五章5.1说明主存储器的组成，并比较SRAM和DRAM有什么不同之处？为什么DRAM的地址一般要分两次接收？略。5.2有一个64K×16位的存储器，由16K×1位的DRAM芯片（芯片内是128×128结构）构成，存储器读/写周期为500ns，问：（1）需要多少片DRAM芯片？（2）采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过2ms，则刷新信号周期是多少？（3）如果用集中刷新方式，存储器刷新一遍最少用多少时间？答：（１）64;（２）15.625微秒（３）64微秒5.3某机字长16位，CPU地址总线18位，数据总线16位，存储器按字编址，CPU的控制信号线有：MREQ#（存储器访问请求，低电平有效），R/W#（读写控制，低电平为写信号，高电平为读信号）。试问：（1）该机可以配备的最大主存容量为。（2）该机主存采用64K×1bit的DRAM芯片（内部为4个128×128阵列）构成最大主存空间，则共需个芯片；若采用异步刷新方式，单元刷新间隔为2ms，则刷新信号的周期为。（3）若为该机配备2K×16位的Cache，每块8字节，采用2路组相联映象，试写出对主存地址各个字段的划分（标出各个字段的位数）；若主存地址为462EH，则该地址可映象到Cache的哪一组？（4）已知该机已有8K×16位的ROM存储器，地址处于主存的最高端；现在再用若干个16K×8位的SRAM芯片形成128K×16位的RAM存储区域，起始地址为00000H，假设SRAM芯片有CS#（片选，低电平有效）和WE#（写使能，低电平有效）信号控制端；试写出RAM、ROM的地址范围，并画出SRAM、ROM与CPU的连接图，请标明SRAM芯片个数、译码器的输入输出线、地址线、数据线、控制线及其连接。答：（１）256KW（２）64,15.625微秒（3）或者462E可以写为：000100011000101110，所以，它的组号为：11000101＝197（4）RAM的地址范围为：000000000000000000－011111111111111111ROM的地址范围为：111110000000000000－1111111111111111115.4设有一个4体交叉存储器，在使用时经常遇到连续访问同一个存储体的情况，会产生怎样的结果？答：存储器带宽降低。5.5某计算机的存储系统由Cache、主存和用于虚拟存储的磁盘组成。CPU总是从Cache中获取数据。若所访问的字在Cache中，则存取它只需要20ns，将所访问的字从主存装入Cache需要60ns，而将它从磁盘装入主存则需要1200s。假定Cache的命中率为90%，主存的命中率为60%，计算该系统访问一个字的平均存取时间。答：5.6CPU执行一段时间时，cache完成存取的次数为3900次，主存完成的存取次数为100次，已知cache的存储周期为40ns，主存的存储周期为240ns。求cache/主存系统的效率和平均访问时间？答：e=tc/ta=8/9=89%ta=40*(3900/4000)+240*(100/4000)=45ns5.7某处理器包含一片内Cache，容量为8K字节，且采用4路组相联结构，块的大小为4个32位字。当Cache未命中时，以分组方式从主存读取4个字到Cache，假定主存容量为16M字节。请说明：（1）Cache共分多少组？（2）写出主存的字节地址的格式，并说明地址格式中的不同字段的作用和位数；答：(1)128组;(2)或者5.8计算机主存容量为256K字，Cache为8K字。主存与Cache之间按组相联映射，Cache的每组有4个行，每行有64个字。假设开始时Cache为空，CPU按顺序从主存地址为0，1，2，…，8447单元执行“取“操作（不命中时，采用将主存中含有该字的块送入Cache后，再从Cache中把需要的字读出送CPU的方法），然后又重复执行20次。设Cache存取时间为主存的1/10。替换使用LRU算法，请计算上述操作总的存取时间与不用Cache相比，速度提高多少倍？答：约4.965倍5.9简述虚拟存储器的含义和作用。略。习题六6．1 指令包括哪几部分？各表示什么含意？略。6．2 在一地址指令、二地址指令中，如何指定二个操作数地址？如何存放操作结果？略。6．3 简述指令操作码的扩展技术的基本方法。略。6．4 某机器字长16位，采用单字长指令，每个地址码6位。试采用操作码扩展技术，设计14条二地址指令，80条一地址指令，60条零地址指令。请给出指令编码示意图。　　　　1．（7分） 14条双地址指令：操作码（4位）地址码A1(6位)地址码A2(6位) 操作码:000000～001101 80条单地址指令：操作码（10位）地址码A（6位） 操作码:1110××××××（64条中可选择前63条） 1111××××××（64条中可选择前17条） 60条零地址指令：操作码（16位） 操作码:1111111111××××××（64条中选择60个编码即可） 其他编码方案，只要符合操作码扩展技术都可以6．5 什么是指令字长？什么是机器字长？它们之间有何关系？略：6．6 确定寻址方式的目的是什么？略6．7 请说明间接寻址和直接寻址的不同。　略。6．8 简述变址寻址和基址寻址的主要区别。略。6．9 单项选择题（1）寄存器间接寻址方式中，操作数在（）中。A.程序计算器B.堆栈C.寄存器D.主存答：D（2）堆栈常用于（）。A.数据移位B.程序转移C.保护程序现场D.输入、输出答：C（3）单地址指令中，为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个数常需采用（）。A．堆栈寻址B.立即寻址C.隐含寻址D.间接寻址答：C（4）用于对某个寄存器中操作数的寻址方式称为（）A．直接寻址B.间接寻址C.寄存器直接寻址D.寄存器间接寻址答：C（5）指令中采用不同的寻址方式，其主要目的是（）。A.可以实现操作码的扩展B.实现存储程序和程序控制C.缩短指令长度、扩大寻址空间、提高编程的灵活性。D.降低指令译码的难度。答：C（6）指令寻址和数据寻址的不同在于（）。A.前者是访问存储器，后者是访问寄存器。B.前者是确定程序转移地址，后者取操作数。C.前者是确定程序执行顺序，后者是确定操作数地址。D.前者是短指令，后者是长指令。答：C（7）变址寻址方式中，操作数的有效地址为（）。A.程序计数器的内容加上形式地址。B.基址寄存器的内容加上形式地址。C.变址寄存器的内容加上形式地址。D.变址寄存器的内容加上基址寄存器的内容答：Ｃ（8）CISC指令系统与RISC指令系统相比具有（）等特点。A.前者指令条数少，后者指令条数多。B.前者执行速度慢，后者执行速度快。C.前者有利于编译生成优化代码，后者不便于编译。D.前者指令功能简单，后者指令功能复杂。答：B6．10 某机16位字长指令格式如下：OPMD其中：D是形式地址，采用补码表示（包括一位符号位）；M是寻址方式M=0立即寻址；M=1直接寻址（这时D为地址，是无符号数）；M=2间接寻址；M=3变址寻址（变址寄存器RI，16位）；M=4基址寻址（基址寄存器Rb，16位）；M=5相对寻址。（1） 该指令格式最多可以定义多少种不同的操作？立即寻址操作数范围是多少？（2） 写出各种寻址方式的有效地址的计算表达式。（3） 各种寻址方式时能访问的最大主存空间范围是多少？答：（１）32　,0～255（２）直接寻址:EA＝D间接寻址:EA=(D)变址寻址:EA=(RI)＋Ｄ基址寻址:EA=（Rb）+D相对寻址:EA=(PC)+D（３）直接寻址:0～255间接寻址:0～255(设存储器长度为８位,且只能取一个字节)变址寻址：0～16K-1基址寻址:0~16K-1相对寻址:当前指令地址的－128~+1276．11 一个较完整的指令系统应该包括哪些类型的指令？略6．12 假设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码和寻址方式，第二个字节是相对偏移量，用补码表示。若当前转移指令的第一字节所在地址为0019H，且CPU每取出一个字节指令便会自动执行（PC）+1→PC操作。请问当转移地址分别为0006H和0025H时，相对转移指令第二字节的内容是什么？答：EBH,0AH.　　6．13 某机器内共有16个32位的通用寄存器，设计一种有60种操作，8种寻址方式的指令系统。假设指令字长等于机器字长，机器字长为32位，请回答：(1)若主存可直接寻址或间接寻址，采用“寄存器－存储器”型指令，能寻址最大存储空间是多少？画出指令格式并说明各字段的含意。(2)若采用通用寄存器作基址寄存器，则“寄存器－存储器”型指令的指令格式是怎样?能寻址最大存储空间是多少？答：（１）２19;操作码(6位)寻址方式（3位）寄存器(4位)地址A(19位)（２）操作码(6位)寻址方式（3位）寄存器(4位)地址A(19位)２326．14 什么叫堆栈？它的操作特点是什么？堆栈主要用在哪里？略。6．15 简述RISC的主要优缺点。略6．16 设某机寄存器字长16位，用16进制表示，已知：变址寄存器内容为0004H，PC的内容为0003H，内存中部分单元内容如下：地址：内容地址：内容0002H：000AH0007H：000AH0003H：0002H0008H：0002H0004H：0007H0009H：0003H0005H：0004H000AH：0009H0006H：0005H000BH：0008H指令为双字长指令，格式如下：操作码，寻址方式码，寄存器号(16位)直接地址/间接地址/立即数/相对位移量/形式地址(16位)若当前指令分别为下列寻址方式时，试求出操作数填入下表。寻址方式操作数直接间接立即变址答：000AH,0009H,0007H,0008H习题77.6Ta1=3*4*1/f=12/(25*106)=0.48(微秒)Ta2=（12＋4）/(25*106)=0.64(微秒)2．某8位模型机采用微程序控制器，结构如图1所示。其中MEM为主存，R0~R3是通用寄存器。各部件的控制信号均已标出，控制信号的命名准则是：‘→’符号前的是数据发送方部件，‘→’符号后的是数据接收方部件，并且控制信号中的B表示总线；J1#控制指令译码，其他读写信号具有普通意义。（1）图1中有27个微操作控制信号，其中J1＃～J5＃是用于转移的判别测试条件。在微指令中，控制字段采用直接控制法，判别测试字段采用译码法编码，下址字段8位，则该模型机的控存容量是多少？答：控制字段22位，判别测试字段3位，下址字段8位，所以微指令字长33位，控存容量256×33位。图2微程序流程图（2）模型机的某条指令的微程序流程图如图2所示，写出该条指令的功能、寻址方式、指令第二字的含义。答：无条件转移指令JMP，寻址方式：相对寻址，指令第二字为相对偏移量。（3）写出MEM→DR1微指令必须发送的微操作控制信号。答：MEMR，B→DR1（4）（8分）根据图1所示的数据通路，写出MOV RD，[RS+X]指令的微程序流程图。指令功能为（（RS）＋X）→RD，指令格式如下：OP（4位）RS（2位）RD（2位）X图1 模型机结构框图答：习题81． 简述外设的编址方式，并比较它们的优缺点。　略2． 当控制器执行访存指令和I/O指令时，发出的读写控制信号有何不同？答：访存指令发出存储器请求信号或存储器读写信号，访I/O指令发出I/O请求信号。或I/O读写信号。3． 为何要在CPU和外设之间设置一个接口？简述接口的功能和组成。略4． 主机和外设交换信息的方式有哪几种？简述各自的工作原理和特点。略5． CPU与外设接口交换信息的方式有以下几种，其中A下，CPU被外设独占，而B下支持CPU与外设并行工作，并且可以用于突发事件的处理；C用于高速、大批量的数据传送，并由硬件实现。A. 程序查询方式B. 程序中断方式C. DMA方式D. 并行传送E. 串行传送答：(1)A,(2)B,(3)C6． 程序中断方式与DMA方式有何异同?略7． 何谓中断？简述中断的全部过程。略8． 简要说明中断请求线的几种传送方式，并对比它们的优缺点。略9． 什么是中断屏蔽字？简述中断屏蔽技术的作用。略10． 什么是中断嵌套？它解决了什么问题？如何才能实现中断嵌套？略11． 中断源可以分为哪几类？各自有何特点？略12． 有哪几种中断优先级排队方法？比较它们的优缺点。略13． 解释下列名词：（1）中断向量（2）中断隐指令（3）DMA（4）通道（5）多重中断 （6）单重中断（7）中断类型号（8）菊花链电路略14． 假设有4个中断源A、B、C、D，硬件排队后，中断优先级从高到低依次为A→B→C→D。现在需要将4个中断源得到CPU响应的次序更改为C→A→D→B，写出各个中断源的中断服务程序中应该设置的中断屏蔽字。？习题九9.1 总线有哪些特性？其中电气特性是什么？略9.2 总线有哪些类型？各种类型有何特点？略9.3 总线的技术指标有哪些？总线带宽表示什么？略9.4 何谓系统总线？单总线结构有何优缺点？查找一种现代计算机的多总线例子，说明其结构和原理。略9.5 总线信息传送方式有哪几种，它们各有何优缺点？它们各适用于何种情况？略9.6 设总线工作频率为33MHz，如果一个总线周期中并行传送32位数据，则总线的带宽是多少?答：32/8×33×106=126MB/秒9.7 在异步串行传输中，字符格式为：1个起始位、7位数据位、1位校验位、1个终止位。若要求每秒传输240个字符，则需要传输的波特率是多少？答：24009.8 为何要进行总线仲裁？集中式总线仲裁方式分为哪几种？各有何优缺点？略9.9 为何要进行总线定时？总线定时有哪几种方式？各有何特点？一般适用于哪些场合？略9.10 PCI总线的主要优点是什么？一般什么样的设备挂接在PCA总线上?略9.11 选择题（1）系统总线中地址线的功能是（）A.用于寻址I/O单元B.用于传输数据C.用于选择主存单元D.用于传送选择主存单元和I/O接口的地址答：D（2）数据总线的宽度由总线的（）定义。A.电气特性B.物理特性C.机械特性C.功能特性答：C（3）（）的总线利用率最高；（）的总线吞吐量最高。A.双总线结构B.单总线结构C.串行总线D.多总线结构答：B,D（4）在总线分布式仲裁方式中，（）所需要的连线最少，（）仲裁结果不可预测。A.自举分布式仲裁方式B.冲突检测分布式仲裁方式C.并行竞争仲裁方式D.独立请求仲裁方式答：A,B（5）在单机系统中，（）总线结构的访问外设与访问主存单元一样。A.双总线结构B.单总线结构C.多总线结构D.三总线结构答：B（6）下列（）信息传输应采用异步定时方式。A.CPU与存储器B.CPU与I/O接口C.CPU与PCI总线D.I/0接口与I/O接口答：B（7）关于ISA总线的下列描述中错误的是（）。A.ISA总线是在原先的PC/XT总线的基础上扩充的。B.主存寻址空间为16MB,I/O寻址空间为64KB；可进行8位或16位数据访问。C.地址线和数据线分时复用，支持无限猝发式数据传输。D.它支持存储器读/写、I/O读/写、中断响应、DMA响应、存储器刷新、总线仲裁。答：C（8）关于PCI总线的下列叙述中不正确的是（）A.PCI总线是一种与具体CPU无关的高速外围总线。B．PCI总线可以将CPU与外部设备相连。C.PCI总线的地址线和数据线分时复用，支持无限猝发式数据传输。D.PCI总线采用集中式仲裁方式。答：A（9）关于RS-232C和RS－485总线的下列描述中错误的是（）。A.RS-232C是一种串行通信接口的电气。B.RS-232C的信号线采用负逻辑电压。C.RS－485与RS-232C最长传输距离相同。D.RS-4385采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力。答：C（10）下列描述USB总线的概念，正确的是（）。A.USB是一种通用并行总线。B.用USB集线器可以扩展USB端口。C.USB总线只能连接低速设备。D.在正运行的电脑上插入或拔除一个USB设备需要关机断电。答：B