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计算机组成原理

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第 3 章课后习题解析及答案

3.1 第 1 章习题解答

1．简要解释下列名词术语

【答】

数字计算机：一种能存储程序，能自动连续地对各种数字化信息进行处理的快速工具。

硬件：是指组成计算机系统的设备实体，如 CPU、存储器、I/O 设备等。

软件：泛指各类程序、文档等。

CPU：即中央处理器，是由运算器和控制器组成的计算机硬件系统的核心部件。

主存储器：位于主机内部，用来存放 CPU 需要使用的程序和数据的部件。

外存储器：位于主机外部，用来存放大量的需要联机保存、但 CPU 暂不使用的程序和

数据的部件。

信息的数字化表示：注意，信息的数字化表示包含了两层含义，即：用数字代码表示

各种信息，用数字信号（电平、脉冲）表示数字代码。

存储程序工作方式：事先编制程序，事先存储程序，自动、连续地执行程序。

数据通路宽度：是指数据总线一次能并行传送的数据位数。

数据传输率：是指数据总线每秒钟传送的数据量。

字长：一般指参加一次定点运算的操作数的位数。

CPU 外频：CPU 的外部频率，也是计算机系统的基准频率，是部件工作的时钟信号基

础，它由主板上的震荡器产生，此频率一般不会超过 200MHz。

CPU 主频：CPU 内核的工作频率，也称为 CPU 时钟频率。

CPU 功耗：CPU 消耗的功率，包括静态功耗和动态功耗。静态功耗主要由电路泄露造

成，动态功耗等于 C×U

×f，其中 C 表示等效电容、U 是工作电压、f 是工作频率。

2．数字计算机的主要特点是什么？

【答】

应该从信息的表示方法和计算机的工作方式来说明它的主要特点。

有 5 点：能自动连续地执行程序、运算速度快、运算精度高、存储能力强、通用性好。

3．计算机有哪些主要性能指标？

【答】

主要从计算机的运算能力、存储能力、传送能力、处理能力等几方面考虑。

主要性能指标包括基本字长、运算速度、存储容量（主存容量和外存容量）、数据传输

率、外设配置和软件配置等。

4．冯•诺依曼思想包含哪些要点？

【答】

冯•诺依曼思想奠定了现代计算机的基本结构思想，它很好地解决了信息如何表示才能

被计算机识别和计算机采用何种工作方式才能自动地对信息进行处理等基本问题。它包含

三个要点：

（1）采用二进制代码表示信息，以便计算机识别；

（2）采用存储程序工作方式，才能使计算机自动地对信息进行处理；

（3）由存储器、运算器、控制器、输入/输出设备等功能部件组成计算机硬件系统。

5．信息的数字化表示包含哪两层含义？

【答】

信息的数字化表示不仅要考虑在计算机中如何表示各种原始信息，还要考虑在物理机

制上怎样实现。所以，第一层含义：用数字代码表示各种信息；第二层含义：用数字信号

表示数字代码。

6．用数字信号表示代码有什么优点？

【答】

每位数字信号只有两种可能的状态，因而可从物理实现、可靠性、数值范围与精度、

信息类型、信息处理等方面说明。有以下 5 点：

（1）在物理上容易实现信息的表示与存储；

（2）抗干扰能力强，可靠性高；

（3）数值的表示范围大，表示精度高；

（4）能表示极其广泛的信息类型；

（5）能用数字逻辑技术处理信息。

7．编译方式和解释方式对源程序的处理有什么区别？

【答】

在编译方式中，计算机执行编译程序，将源程序全部转换为目标程序，然后由计算机

单独执行目标程序，即先翻译，后执行。

在解释方式中，计算机执行解释程序，将源程序逐段转换为对应的目标程序段，每转

换一段便执行该段目标程序，直到整个源程序被解释执行完，即边翻译，边执行。

8．为什么要对计算机系统进行层次划分？

【答】

计算机系统是由硬、软件组成的复杂系统，进行层次划分，有助于根据不同需要，从

不同层次去分析、构造、调试、维护和扩充计算机系统。

9．软件系统一般包含哪些部分？试列出你所熟悉的几种系统软件。

【答】

前面几道题都是涉及基本概念的题，从这道题开始，则是与实际应用有关。

软件系统一般包含系统软件和应用软件两部分。所熟悉的系统软件可根据实际情况列

出，如操作系统（Windows、Linux、……等等），C 编译程序，数据库管理系统（SQL Server、

Sybase、……等等）。

10．以你所熟悉的一种计算机系统为例，列举出该系统所用的 CPU 型号，时钟频率，

字长，主存容量，外存容量，所连 I/O 设备的名称等。

【答】

例如使用奔腾芯片的计算机系统，CPU 为 Pentium-200，时钟频率为 200MHz，字长

32 位，主存容量为 256MB，硬盘容量为 40GB，I/O 设备包括键盘、鼠标、显示器、喷墨

打印机等。

11．什么是控制流驱动？什么是数据流驱动？

【答】

传统的诺依曼机采用控制流（指令流）驱动方式：按指令序列依次读取指令，根据指

令所包含的控制信息对数据进行处理，在程序执行过程中，始终由指令流驱动计算机工作。

数据流驱动方式是对传统诺依曼机工作方式的根本改变：只要数据准备好，有关指令

就可并行执行，如数据流计算机。

12．你曾在计算机的机器指令级、操作系统级、汇编语言级或高级语言级上做过工作或

练习？或调用过该级的功能？举出所做的工作或所调用的功能名。

【答】

按实际情况回答，比如用汇编语言或高级语言编写过程序等等。

13．试分析微型机、小型和大型计算机的特点。

【答】

微型机采用了集成度很高的电子元件和总线结构，一般采用单 CPU 结构，通用性强，

轻便、小巧、价格低，操作使用方便，普及最广，适用于个人电脑；

小型机，软硬件规模大于微机，结构复杂，一般采用多 CPU 架构，具有高可靠性、可

用性和高服务性等特征，一般用作中小型高性能服务器；

大型机，一般用作大型的高性能服务器，具有专用的处理器指令集和专用应用软件，

运算速度快，存储容量大，通用性强，功能完备，支持大量用户同时使用，具有强大的数

据处理能力，价格昂贵。

14．有三款处理器 CPU1 、CPU2 和 CPU3，…

【答】

（1）根据 CPU 执行同一个程序所需的执行时间来判断 CPU 的综合性能，速度最快者

的综合性能更好。因为执行时间：t= n×CPI×(1/f),其中为指令数，则

CPU3

= 2.5n/3GHz;

CPU1

= 1.5n/2GHz;

CPU2

= 1n/1.5GHz;

故 CPU2 的综合性能最好。

（2）时钟周期数 k=t×频率，指令数 n=执行时间×频率÷CPI，所以这三个处理器执行

的时钟周期数 k 和指令数 n 分别是：

CPU1

=10×f

CPU1

=20G，n

CPU1

=10×f

CPU1

÷1.5=13.3G；

CPU2

=10×f

CPU2

=15G，n

CPU2

=10×f

CPU2

÷1.0=15G；

CPU3

=10×f

CPU3

=30G，n

CPU3

=10×f

CPU3

÷2.5=12G；

（3）执行时间：t= n×CPI×(1/f)，假设频率需要提高到 f ′，所以：

(1-30%)×t=n×(1+20%)×CPI×(1/f ′ )

→0.7t=n×1.2CPI×(1/ f ′)

→f ′=n×1.2CPI÷0.7t=12f/7=1.7143f

，

故频率应提高 1.7143-1≈71.43%。

15．CPU 的浮点运算能力常用 MFLOPS，…

【答】

（1）FLOPS=(指令总数 n×浮点运算指令比例 k) ÷执行总时间 s，所以

FLOPS

=(10

×0.4) ÷((10

×0.5×0.75+10

×0.4×1+10

×0.1×1.5) ÷f)≈1297MFLOPS;

FLOPS

=(3×10

×0.4) ÷((3×10

×0.4×1.25+3×10

×0.4×0.7+3×10

×0.2×1.25) ÷f)

≈405MFLOPS;

（2）IPS=指令总数 n÷执行总时间 s，所以

IPS

=10

÷((10

×0.5×0.75+10

×0.4×1+10

×0.1×1.5) ÷f)≈3243MIPS;

IPS

=(3×10

) ÷((3×10

×0.4×1.25+3×10

×0.4×0.7+3×10

×0.2×1.25) ÷f)≈2913MIPS;

（3）执行时间=指令总数×平均 CPI×(1/f)，故

=10

×(0.5×0.75+0.4×1+0.1×1.5) ÷(3×10

)≈3.1×10

-4

秒；

=3×10

×(0.4×1.25+0.4×0.7+0.2×1.25) ÷(3×10

)≈1.03×10

-3

秒；

3.2 第 2 章习题解答

1．简要解释下列名词术语

【答】

位权：在 r 进位制的数中，每个数位的数码所表示的数值等于该数码乘以一个与它所在

数位相关的常数，这个常数称为该位的位权，简称权。

基数：在进位制中，各数位允许选用的数码个数，称为该进位制的基数，它等于该进位

制各数位所允许的最大数码值加 1。

真值：在数的绝对值之前配上正（+；通常可省略）、负（－）符号表示的数称为该数的

真值。例如用十进制数表示的真值：159，－ 132。用二进制数表示的真值；1011、－1011 等。

机器数：在计算机内部使用的，连同数的符号一起数码化的数称为机器数。

原码：让数码序列的最高位为符号位（0 表示正，1 表示负），其余部分为数（真值）的

绝对值，这个数码序列称为该数的原码表示。

补码：它是机器数的一种表示方法，如果数为正，则正数的补码与原码形式相同；如果

数为负，则负数的补码是将负数原码除符号位不变外，其余各位取反，末位再加 1。

定点数：在计算机中，小数点位置固定不变的数叫做定点数。

浮点数：小数点位置不固定，可随需要浮动的数称为浮点数。

规格化浮点数：是指浮点数的尾数部分用带符号定点小数表示，当 R=2 时，尾数用原码

表示时其绝对值满足

1/ 2 | | 1M

（补码时是-1≤M<-1/2 或 1/2≤M<1）的浮点数称为规格

化浮点数。

ASCII 码：是美国信息交换标准码的英文全名的简称，它与 ISO646、GB1988 标准兼容；

它是 128 个常用字符的数码化表示，如字符 A 的 ASCII 码为 1000001B。

算术移位：算术移位是指对具有数值大小的数，将数码位置左、右移动，使其数值发生

变化，但数的符号位不变的一类移位操作。

逻辑移位：逻辑移位是指将（二进制）代码序列视为纯逻辑意义上的代码组合，只是将

数码位置循环移动或非循环移动，使数码位置发生变化，但没有正负性质，也没有数值大小

变化的问题。

2．将二进制数(1111010.00111101)

转换为八进制与十六进制数。

【答】

将二进制数转换为八进制数或十六进制数，可分别采用二-八缩写形式或二-十六缩写形

式将二进制数分段对应转换即可。

对于二-八缩写形式，则是三位二进制数对应一位八进制数，而二-十六缩写形式，则是

四位二进制数对应一位十六进制的数。分段时，以小数点为基准，向左每三位（或四位）一

组分段，高位不够补 0；向右每三位（或四位）一组分段、低位不够补 0。

根据上面所述，本题答案如下：

(1111010.00111101)

=(172.172)

(1111010.00111101)

=(7A.3D)

3．将二进制数(101010.01)

转换为十进制数与 BCD 码。

【答】

求二进制数中为 1 的各位的权值之和，则得到该二进制数的相应十进制数：

(101010.01)

5 3 1

2 2 2+ + +

−

)

=(42.25)

将十进制数的各位均用四位二进制代码表示，即得到 BCD 码：

(101010.01)

=(42.25)

=(01000010.00100101)

BCD

注意：在 BCD 码中，最高位 0 和最低位的 0（包括与它们相邻的 0）不能省掉。本例最

高位的 0 不能省掉。

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_Brooke_

2023-03-05

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m0_62911122

2023-03-01

挺好的答案详细
m0_67380456

2022-12-14

十分完美的资源，非常好用！
qq_36296794

2022-01-12

高清PDF，谢谢分享

万伏小太阳

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