計(jì)算機(jī)組成原理課后習(xí)題答案(常國鋒 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間上離散的數(shù)字量，運(yùn)算的過程是不連續(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)事先存入存儲器中，然后再啟動計(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 存儲器：用來存放程序和數(shù)據(jù)。 ④ 運(yùn)算器：對信息進(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，控制整個計(jì)算機(jī)的各部件有條不紊地自 動工作。 ４．什么叫總線？ 簡述單總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 解：總線是一組能為多個部件服務(wù)的公共信息傳送線路，它能分時地發(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，而無須經(jīng)過C P U 的干預(yù)。 ５．簡單描述計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)，說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 的多級層次結(jié)構(gòu)。 第０ 級為硬件組成的實(shí)體。 第１ 級是微程序級。 這級的機(jī)器語言是微指令集，程序員用微指令編寫的微程序一 般是直接由硬件執(zhí)行的。 第２ 級是傳統(tǒng)機(jī)器級。 這級的機(jī)器語言是該機(jī)的指令集，程序員用機(jī)器指令編寫的 程序可以由微程序進(jìn)行解釋。 第３ 級是操作系統(tǒng)級。 從操作系統(tǒng)的基本功能來看，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 級是匯編語言級。 這級的機(jī)器語言是匯編語言，完成匯編語言翻譯的程序叫做 匯編程序。 第５ 級是高級語言級。 這級的機(jī)器語言就是各種高級語言，通常用編譯程序來完成 高級語言翻譯的工作。 第６ 級是應(yīng)用語言級。 這一級是為了使計(jì)算機(jī)滿足某種用途而專門設(shè)計(jì)的，因此這 一級語言就是各種面向問題的應(yīng)用語言。 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、數(shù)據(jù)通路寬度、主存容量和運(yùn)算速 度等。 機(jī)器字長是指參與運(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器所能存儲的全部信息量。 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，分別寫出它們的真值。 [X]補(bǔ)＝0．10100，[X]補(bǔ)＝1．10111 3．某機(jī)字長16位，簡述下列幾種情況下所能表示數(shù)值的范圍。 (1)無符號整數(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32位，試分別寫出無符號整數(shù)和帶符號整數(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。 8．對下列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 ．指令長度和機(jī)器字長有什么關(guān)系？ 半字長指令、單字長指令、雙字長指令分別表示什么意思？ 解：指令長度與機(jī)器字長沒有固定的關(guān)系，指令長度可以等于機(jī)器字長，也可以大于或小于機(jī)器字長。通常，把指令長度等于機(jī)器字長的指令稱為單字長指令；指令長度等于半個機(jī)器字長的指令稱為半字長指令；指令長度等于兩個機(jī)器字長的指令稱為雙字長指令。 ２ ．零地址指令的操作數(shù)來自哪里？ 一地址指令中，另一個操作數(shù)的地址通?？刹捎檬裁磳ぶ贩绞将@得？ 各舉一例說明。 解：雙操作數(shù)的零地址指令的操作數(shù)來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 ．舉例說明哪幾種尋址方式除去取指令以外不訪問存儲器？ 哪幾種尋址方式除去取指令外只需訪問一次存儲器？ 完成什么樣的指令，包括取指令在內(nèi)共訪問４ 次存儲器？ 解：除去取指令以外不訪問存儲器：立即尋址，寄存器尋址。 除去取指令外只需訪問一次存儲器：直接尋址，寄存器間接尋址，變址尋址，基址尋址，相對尋址，頁面尋址。二級間接尋址包括取指令在內(nèi)共訪問４ 次存儲器。 4．什么叫主程序和子程序？ 調(diào)用子程序時還可采用哪幾種方法保存返回地址？ 畫圖說明調(diào)用子程序的過程。 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字單元中，子程序從第二個字單元開始執(zhí)行。返回時將第一個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)移到另一個安全的地方。 （３） 用堆棧保存返回地址。 調(diào)用子程序的過程如下圖所示，此時返回地址保存在堆棧中。 5．某機(jī)為定長指令字結(jié)構(gòu)，指令長度１６ 位；每個操作數(shù)的地址碼長６ 位，指令分為無操作數(shù)、單操作數(shù)和雙操作數(shù)三類。若雙操作數(shù)指令已有K 種，無操作數(shù)指令已有L種，問單操作數(shù)指令最多可能有多少種？ 上述三類指令各自允許的最大指令條數(shù)是多少？ 6．設(shè)某機(jī)為定長指令字結(jié)構(gòu)，指令長度１２ 位，每個地址碼占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。對于相同容量來說，最小尋址單位越小，地址碼的位數(shù)就越長。 9．設(shè)某機(jī)字長３２ 位，CPU 有３２ 個３２ 位的通用寄存器，設(shè)計(jì)一個能容納６４ 種操作的單字長指令系統(tǒng)。 （１） 如果是存儲器間接尋址方式的寄存器－ 存儲器型指令，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 個通用寄存器，寄存器編號占５ 位；其余部分為地址碼或標(biāo)志位。 （１） 如果是存儲器間接尋址方式的寄存器－ 存儲器型指令，操作碼６位，寄存器編號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，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)器字長為32位，在浮點(diǎn)數(shù)據(jù)表示時階符占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采用單符號位法；②采用進(jìn)位判斷法；③采用雙符號位法，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)別存儲器和寄存器？兩者是一回事的說法對嗎？ 答：存儲器和寄存器不是一回事。存儲器在CPU 的外邊，專門用來存放程序和數(shù)據(jù)，訪問存儲器的速度較慢。寄存器屬于CPU 的一部分，訪問寄存器的速度很快。 2． 存儲器的主要功能是什么？為什么要把存儲系統(tǒng)分成若干個不同層次？主要有哪些層次？ 答：存儲器的主要功能是用來保存程序和數(shù)據(jù)。存儲系統(tǒng)是由幾個容量、速度和價(jià)格各不相同的存儲器用硬件、軟件、硬件與軟件相結(jié)合的方法連接起來的系統(tǒng)。把存儲系統(tǒng)分成若干個不同層次的目的是為了解決存儲容量、存取速度和價(jià)格之間的矛盾。由高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器構(gòu)成的三級存儲系統(tǒng)可以分為兩個層次，其中高速緩存和主存間稱為Cache-主存存儲層次（Cache 存儲系統(tǒng)）；主存和輔存間稱為主存-輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)） 。 3． 說明存取周期和存取時間的區(qū)別。 答：存取周期是指主存進(jìn)行一次完整的讀寫操作所需的全部時間，即連續(xù)兩次訪問存儲器操作之間所需要的最短時間。存取時間是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。存取周期一定大于存取時間。 4． 現(xiàn)有1024×1的存儲芯片，若用它組成容量為16K×8的存儲器。試求： （1）實(shí)現(xiàn)該存儲器所需的芯片數(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8位，現(xiàn)采用半導(dǎo)體存儲器作主存，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，共需多少塊存儲模板？ （2）畫出一個模板內(nèi)各芯片的連接邏輯圖。 答：（1）根據(jù)題干可知存儲器容量為216=64KB，故共需16塊存儲模板。 （2）一個模板內(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 的存儲器，設(shè)存儲器的讀／寫周期均為0．5μs，CPU 在1μs內(nèi)至少要訪存一次，試問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？對全部存儲單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時間是多少？ 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。 對全部存儲單元刷新一遍所需的實(shí)際刷新時間=0．5μs×128=64μs。 7． 什么是高速緩沖存儲器？它與主存是什么關(guān)系？其基本工作過程如何？ 答：高速緩沖存儲器位于主存和CPU 之間，用來存放當(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)出讀請求時，如果Cache 命中，就直接對Cache 進(jìn)行讀操作，與主存無關(guān)；如果Cache 不命中，則仍需訪問主存，并把該塊信息一次從主存調(diào)入Cache 內(nèi)。若此時Cache 已滿，則須根據(jù)某種替換算法，用這個塊替換掉Cache 中原來的某塊信息。 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)行的角度來看，CPU 的基本功能就是對指令流和數(shù)據(jù)流在時間與空間上實(shí)施正確的控制。對于馮· 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，也就是說數(shù)據(jù)流是由指令流來驅(qū)動的。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主要寄存器？試說明它們的結(jié)構(gòu)和功能。 答：CPU 中的寄存器是用來暫時保存運(yùn)算和控制過程中的中間結(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用寄存器兩大類。通用寄存器可用來存放原始數(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。專用寄存器是專門用來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 、存儲器地址寄存器MAR 、存儲器數(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？分類的依據(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）對指令進(jìn)行譯碼或測試，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作。 （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。 控制器可分為組合邏輯型、存儲邏輯型、組合邏輯與存儲邏輯結(jié)合型3類，分類的依據(jù)在于控制器的核心--微操作信號發(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)一的時序信號控制，在每個機(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)簡單，容易實(shí)現(xiàn)；但是對于許多簡單指令來說會有較多的空閑時間，造成較大數(shù)量的時間浪費(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)一的時序信號控制，而根據(jù)指令或部件的具體情況決定，需要多少時間，就占用多少時間。異步控制方式?jīng)]有時間上的浪費(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。 5．什么是三級時序系統(tǒng)？ 答：三級時序系統(tǒng)是指機(jī)器周期、節(jié)拍和工作脈沖。計(jì)算機(jī)中每個指令周期劃分為若干個機(jī)器周期，每個機(jī)器周期劃分為若干個節(jié)拍，每個節(jié)拍中設(shè)置一個或幾個工作脈沖。 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間。CPU 周期（機(jī)器周期）是完成一個基本操作的時間。一個指令周期劃分為若干個CPU 周期。 7．指令和數(shù)據(jù)都存放在主存，如何識別從主存儲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)時地址的來源不同：指令地址來源于程序計(jì)數(shù)器；數(shù)據(jù)地址來源于地址形成部件。 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存儲器數(shù)據(jù)寄存器MDR 中的信息譯碼？為什么？請以無條件轉(zhuǎn)移指令JMP A 為例說明。 答：指令寄存器不可以不要。指令譯碼器不能直接對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)指令占兩個字，第一個字為操作碼，第二個字為轉(zhuǎn)移地址，它們從主存中取出時都需要經(jīng)過MDR ，其中只有第一個字需要送至指令寄存器，并且進(jìn)行指令的譯碼，而第二個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應(yīng)的，微命令是微操作的控制信號，微操作是微命令的操作過程。微令是若干個微命令的集合。微程序是機(jī)器指令的實(shí)時解釋器，每一條機(jī)器指令都對應(yīng)一個微程序。微程序和程序是兩個不同的概念。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器中。 10．某機(jī)的微指令格式中有10個獨(dú)立的控制字段C0～C9，每個控制字段有Ni個互斥控制信號，Ni的值如下： ??? 請回答： ??? （1）如果這10個控制字段，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為時鐘脈沖信號。試說明上述邏輯表達(dá)式的含義，畫出微地址轉(zhuǎn)移邏輯圖。 答：邏輯表達(dá)式的含義為：（1）在進(jìn)行P1測試時，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測試時，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，其控制存儲器容量為512×48位。微指令字長為48位，微程序可在整個控制存儲器中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制微程序轉(zhuǎn)移的條件共4個（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字段分別應(yīng)為多少位？ ??? (2)畫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？ 各類中有哪些典型設(shè)備？ 解：外部設(shè)備的主要功能有數(shù)據(jù)的輸入、輸出、成批存儲以及對信息的加工處理等。 外部設(shè)備可以分為五大類：輸入輸出設(shè)備、輔助存儲器、終端設(shè)備、過程控制設(shè)備和脫機(jī)設(shè)備。其典型設(shè)備有鍵盤、打印機(jī)、磁盤、智能終端、數(shù)／模轉(zhuǎn)換器和鍵盤－ 軟盤數(shù)據(jù)站等。 ２．說明磁介質(zhì)存儲器的存儲原理。 解：磁介質(zhì)存儲器的存儲過程是一種電磁轉(zhuǎn)換的過程。在磁介質(zhì)存儲器中，信息是記錄在一薄層磁性材料上的，這個薄層稱為磁層。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；反過來，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．主存儲器與磁介質(zhì)存儲器在工作速度方面的指標(biāo)有什么不同？ 為什么磁盤存儲器采用兩個以上的指標(biāo)來說明其工作速度？ 解：主存儲器速度指標(biāo)主要有存取速度和存取周期，而磁介質(zhì)存儲器速度指標(biāo)為平均存取時間，這是因?yàn)榇沤橘|(zhì)存儲器采用順序存取或直接存取方式。磁盤存儲器的平均存取時間至少應(yīng)當(dāng)包括平均尋道時間和平均等待時間兩部分，因?yàn)榇疟P存儲器首先需要將磁頭移動到指定的磁道上，然后將記錄塊旋轉(zhuǎn)到磁頭下方才能進(jìn)行讀寫。 4．某磁盤組有六片磁盤，每片可有兩個記錄面，存儲區(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： （１） 共有多少個存儲面可用？ （２） 共有多少個圓柱面？ （３） 整個磁盤組的總存儲容量有多少？ （４） 數(shù)據(jù)傳送率是多少？ （５） 如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一存儲面上還是記錄在同一圓柱面上？ 為什么？ （６） 如果采用定長信息塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么？ 尋址命令中如何表示磁盤地址？ 5．鍵盤屬于什么設(shè)備？ 它有哪些類型？ 如何消除鍵開關(guān)的抖動？ 簡述非編碼鍵盤查詢鍵位置碼的過程。 解：鍵盤是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的輸入設(shè)備。鍵盤可分為兩大類型：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。非編碼鍵盤用較為簡單的硬件和專門的鍵盤掃描程序來識別按鍵的位置。消除鍵開關(guān)抖動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程序中加入延時子程序，以避開抖動時間。鍵盤掃描程序查詢鍵位置碼的過程為： ① 查詢是否有鍵按下。 ② 查詢已按下鍵的位置。 ③ 按行號和列號求鍵的位置碼。 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，譯碼簡單，主存空間不會減少，缺點(diǎn)是控制線增加了I／O 讀和I／O 寫信號；統(tǒng)一編址的優(yōu)點(diǎn)是總線結(jié)構(gòu)簡單，全部訪存類指令都可用于控制外設(shè)，可直接對外設(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？ 接口有哪些類型？ 解：I／O 接口是主機(jī)和外設(shè)之間的交接界面，通過接口可以實(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，有串行接口和并行接口；按控制方式分類，有程序查詢接口、程序中斷接口、DMA接口；按靈活性分類，有可編程接口和不可編程接口；按通用性分類，有通用接口和專用接口；按I／O 信號分類，有數(shù)字接口和模擬接口；按應(yīng)用分類，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?，但只需一根?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)歷了由低級到高級、由簡單到復(fù)雜、由集中管理到各部件分散管理的發(fā)展過程，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)行信息交換的最簡單方式，輸入和輸出完全是通過CPU 執(zhí)行程序來完成的。這種方式控制簡單，但外設(shè)和主機(jī)不能同時工作，系統(tǒng)效率很低，因此，僅適用于外設(shè)的數(shù)目不多、對I／O 處理的實(shí)時要求不高、CPU 的操作任務(wù)比較單一、并不很忙的情況。程序中斷方式無需等待查詢，外設(shè)在做好輸入輸出準(zhǔn)備時，向主機(jī)發(fā)中斷請求，主機(jī)接到請求后就暫時中止原來執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)ν獠空埱筮M(jìn)行處理，在中斷處理完畢后返回原來的程序繼續(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，每個通道掛若干外設(shè)，主機(jī)在執(zhí)行I／O 操作時，只需啟動有關(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前述。 （１）不正確。程序查詢方式接口簡單，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)行程序的過程中，出現(xiàn)某些急需處理的異常情況和特殊請求，CPU 暫時中止現(xiàn)行程序，而轉(zhuǎn)去對隨機(jī)發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理，在處理完畢后，CPU 將自動返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。外部設(shè)備（中斷源）準(zhǔn)備就緒后會主動向CPU 發(fā)出中斷請求。通常由外設(shè)的完成信號將相應(yīng)的中斷請求觸發(fā)器置成“１”狀態(tài)，表示該中斷源向CPU 提出中斷請求。 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)多個中斷源同時發(fā)出中斷請求時，CPU 在任何瞬間只能響應(yīng)一個中斷源的請求，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，以保證響應(yīng)優(yōu)先級別最高的中斷請求。中斷判優(yōu)的方法可分為：軟件判優(yōu)法和硬件判優(yōu)法。前者簡單，可以靈活地修改中斷源的優(yōu)先級別，但查詢、判優(yōu)完全是靠程序?qū)崿F(xiàn)的，不但占用CPU 時間，而且判優(yōu)速度慢。后者可節(jié)省CPU 時間，速度快，但是需要硬件判優(yōu)電路，成本較高。 8．CPU 響應(yīng)DMA 請求和響應(yīng)中斷請求有什么區(qū)別？ 為什么通常使DMA 請求的優(yōu)先級高于中斷請求？ 解：對中斷請求的響應(yīng)時間只能發(fā)生在每條指令執(zhí)行完畢時，而對DMA 請求的響應(yīng)時間可以發(fā)生在每個機(jī)器周期結(jié)束時。DMA 方式常用于高速外設(shè)的成組數(shù)據(jù)傳送，如果不及時處理將丟失信息，所以DMA 請求的優(yōu)先級應(yīng)高于中斷請求。 9．現(xiàn)有A 、B 、C 、D 共４ 個中斷源，其優(yōu)先級由高向低按A 、B 、C 、D 順序排列。若中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間為２０μs ，請根據(jù)下圖時間軸給出的中斷源請求中斷的時刻，畫出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 兩個設(shè)備，其優(yōu)先級為設(shè)備１ ＞ 設(shè)備２ ，若它們同時提出中斷請求，試說明中斷處理過程，畫出其中斷處理過程示意圖，并標(biāo)出斷點(diǎn)。 解：中斷處理過程示意圖如下圖所示。 中斷處理過程示意圖  THANKS !!! 致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計(jì)劃書，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-