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(zhuān)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)的地址通常可采用什么尋址方式獲得? 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(lèi)。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(lèi)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(zhuān)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(zhuān)用寄存器兩大類(lèi)。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(zhuān)用寄存器是專(zhuān)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(lèi)?分類(lèi)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(lèi),分類(lèi)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(lèi)? 各類(lèi)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(lèi):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(lèi)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(lèi)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(zhuān)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(lèi)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(lèi)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(lèi),有串行接口和并行接口;按控制方式分類(lèi),有程序查詢接口、程序中斷接口、DMA接口;按靈活性分類(lèi),有可編程接口和不可編程接口;按通用性分類(lèi),有通用接口和專(zhuān)用接口;按I/O 信號(hào)分類(lèi),有數(shù)字接口和模擬接口;按應(yīng)用分類(lèi),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看螅珨?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。恍枰桓鶖?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-- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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