计算机组成原理第二版课后答案资源-CSDN文库

组成原理

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计算机组成原理第二版答案

第 1 页共 37 页

什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？

解：

计算机系统

——

计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。

计算机硬件

——

计算机的物理实体。

计算机软件

——

计算机运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

冯

•

诺依曼计算机的特点是什么？

解：冯氏计算机的特点是：

•

由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；

•

指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中；

•

指令由操作码、地址码两大部分组成；

•

指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；

•

以运算器为中心（原始冯氏机）。

解释下列概念：

主机、

CPU

、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、

指令字长。

解：

P10

主机

——

是计算机硬件的主体部分，由

CPU+MM

（主存或内存）组成；

CPU——

中央处理器（机），是计算机硬件的核心部件，由运算器

控制器组成；（早期的运、控不在同一

芯片上）

主存

——

计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存

储体、各种逻辑部件及控制电路组成。

存储单元

——

可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位；

存储元件

——

存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不

能单独存取；

存储字

——

一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位；

存储字长

——

一个存储单元所存二进制代码的位数；

存储容量

——

存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）

机器字长

——CPU

能同时处理的数据位数；

指令字长

——

一条指令的二进制代码位数；

讲评：一种不确切的答法：

CPU

与

合称主机；

运算器与控制器合称

CPU

。

这两个概念应从结构角度解释较确切。

解释下列英文缩写的中文含义：

CPU

、

ALU

、

ACC

、

MAR

、

MDR

、

I/O

、

MIPS

、

CPI

、

FLOPS

解：全面的回答应分英文全称、中文名、中文解释三部分。

CPU——Central Processing Unit

，中央处理机（器），见

题；

PC——Program Counter

，程序计数器，存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址的

计数器；

IR——Instruction Register

，

指令寄存器，存放当前正在执行的指令的寄存器；

计算机组成原理第二版答案

第 2 页共 37 页

CU——Control Unit

，控制单元（部件），控制器中产生微操作命令序列的部件，为控制器的核心部件；

ALU——Arithmetic Logic Unit

，算术逻辑运算单元，运算器中完成算术逻辑运算的逻辑部件；

ACC——Accumulator

，累加器，运算器中运算前存放操作数、运算后存放运算结果的寄存器；

MQ——Multiplier-Quotient Register

，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。

X——

此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示操作数寄存器，即运算器中工作寄存器

之一，用来存放操作数；

MAR——Memory Address Register

，存储器地址寄存器，内存中用来存放欲访问存储单元地址的寄存器；

MDR——Memory Data Register

，存储器数据缓冲寄存器，主存中用来存放从某单元读出、或写入某存储

单元数据的寄存器；

I/O——Input/Output equipment

，输入

输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界

信息的转换与传送；

MIPS——Million Instruction Per Second

，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位；

10.

指令和数据都存于存储器中

计算机如何区分它们？

解：计算机硬件主要通过不同的时间段来区分指令和数据，即：取指周期（或取指微程序）取出的既为指

令，执行周期（或相应微程序）取出的既为数据。

另外也可通过地址来源区分，从

指出的存储单元取出的是指令，由指令地址码部分提供操作数地址。

问题讨论：

由控制器分析是指令还是数据；

数据进控制器？

指令由指令寄存器存取；

指令寄存器有控制功能？

指令和数据的格式不一样；指令由操作码和地址码组成）

两者的二进制代码形式不一样？

指令顺序存放，而数据不是；

数据为什么不能顺序存放？

× MAR

放地址，

MDR

放数据；

取指时

MDR

中也是数据？

存取数据和存取指令的操作在机器中完全一样；

无法区分？

指令和数据的地址不一样；

某一存储单元只能放数据（或指令）

指令放在

ROM

中，数据放在

RAM

中；

用户程序放在哪？

第三章

什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？

解：总线是多个部件共享的传输部件。

总线传输的特点是：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，即分时使用。

为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。

讲评：

围绕

“

为减轻总线负载

”

的几种说法：

应对设备按速率进行分类，各类设备挂在与自身速率相匹配的总线上；

应采用多总线结构；

计算机组成原理第二版答案

第 3 页共 37 页

总线上只连接计算机的五大部件；

总线上的部件应为低功耗部件。

上述措施都无法从根上（工程上）解决问题，且增加了许多不必要（或不可能）的限制。

总线上的部件应具备机械特性、电器特性、功能特性、时间特性；

这是不言而喻的。

为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？

哪种方式对电路故障最敏感？

解：总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；

常见的集中式总线控制有三种：

链式查询、计数器查询、独立请求；

特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器查询方式优先级设置较灵活，对故

障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式判优速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

解释下列概念：总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期和总线的通

信控制。

解：

总线的主设备（主模块）

——

指一次总线传输期间，拥有总线控制权的设备（模块）；

总线的从设备（从模块）

——

指一次总线传输期间，配合主设备完成传输的设备（模块），它只能被动接

受主设备发来的命令；

总线的传输周期

——

总线完成一次完整而可靠的传输所需时间；

总线的通信控制

——

指总线传送过程中双方的时间配合方式。

试比较同步通信和异步通信。

解：

同步通信

——

由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，

总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合；

异步通信

——

不由统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，

当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。

为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点？

解：

半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效

率介于两者之间。

10.

为什么要设置总线标准？你知道目前流行的总线标准有哪些？什么叫

plug and play

？哪些总线有这一

特点？

解：

总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题；

目前流行的总线标准有：

ISA

、

EISA

、

PCI

等；

plug and play——

即插即用，

EISA

、

PCI

等具有此功能。

11.

画一个具有双向传输功能的总线逻辑图。

解：此题实际上是要求设计一个双向总线收发器，设计要素为三态、双向、使能等控制功能的实现，可参

考

74LS245

等总线收发器芯片内部电路。逻辑图如下：（

位）

计算机组成原理第二版答案

第 4 页共 37 页

几种错误的设计：

12.

设数据总线上接有

、

四个寄存器，要求选用合适的

系列芯片，完成下列逻辑设计：

（

）设计一个电路，在同一时间实现

→

、

→

和

→

寄存器间的传送；

（

）设计一个电路，实现下列操作：

时刻完成

→总线；

时刻完成总线→

；

时刻完成

→总线；

时刻完成总线→

。

解：

（

）采用三态输出的

型寄存器

74LS374

做

、

四个寄存器，其输出可直接挂总线。

、

三个寄存器的输入采用同一脉冲打入。注意

-OE

为电平控制，与打入脉冲间的时间配合关系为：

现以

位总线为例，设计此电路，如下图示：

（

）寄存器设置同（

），由于本题中发送、接收不在同一节拍，因此总线需设锁存器缓冲，锁存器采用

74LS373

（电平使能输入）。节拍、脉冲配合关系如下：

节拍、脉冲分配逻辑如下：

节拍、脉冲时序图如下：

以

位总线为例，电路设计如下：

（图中，

、

四个寄存器与数据总线的连接方法同上。）

几种错误的设计：

（

）

几种错误的设计：

（

）

几种错误的设计：

（

）

几种错误的设计：

（

）

几种错误的设计：

第四章

存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？

答：存储器的层次结构主要体现在

Cache—

主存和主存

—

辅存这两个存储层次上。

Cache—

主存层次在存储系统中主要对

CPU

访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，

CPU

访存速度加

快，接近于

Cache

的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。

主存

—

辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接

近于辅存，而速度接近于主存。

综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。

主存与

CACHE

之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存

—

辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储

技术实现，即将主存与辅存的一部份通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际

空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动

配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来

说都是透明的。

计算机组成原理第二版答案

第 5 页共 37 页

说明存取周期和存取时间的区别。

解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时

间，还包含操作后线路的恢复时间。即：

存取周期

存取时间

恢复时间

什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为

位，存取周期为

200ns

，则存储器的带宽是多少？

解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。

存储器带宽

= 1/200ns ×32

位

= 160M

位

秒

= 20MB/S = 5M

字

秒

注意字长（

位）不是

位。

（注：本题的兆单位来自时间

=106

）

某机字长为

位，其存储容量是

64KB

，按字编址它的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主

存字地址和字节地址的分配情况。

解：存储容量是

64KB

时，按字节编址的寻址范围就是

64KB

，则：

按字寻址范围

= 64K×8 / 32=16K

字

按字节编址时的主存地址分配图如下：

讨论：

、一个存储器不可能有两套地址，注意字长

位，不是

位，不能按

字节编址；

、本题与

IBM370

、

PDP-11

机无关；

、按字寻址时，地址仍为

位；

（：地址

位，单元

16K

个，按字编址

空间。）

、字寻址的单位为字，不是

。

、按字编址的地址范围为

0~16K-1

，空间为

16K

字；按字节编址的地址范围为

0~64K-1

，空间为

64KB

。

不能混淆；

、画存储空间分配图时要画出上限。

一个容量为

16K×32

位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，

各需要多少片？

1K×4

位，

2K×8

位，

4K×4

位，

16K×1

位，

4K×8

位，

8K×8

位

解：

地址线和数据线的总和

= 14 + 32 = 46

根；

各需要的片数为：

1K×4

：

16K×32 / 1K×4 = 16×8 = 128

片

2K×8

：

16K×32 / 2K×8 = 8×4 = 32

片

4K×4

：

16K×32 / 4K×4 = 4×8 = 32

片

16K×1

：

16K×32 / 16K×1 = 32

片

4K×8

：

16K×32 / 4K×8 = 4×4 = 16

片

8K×8

：

16K×32 / 8K×8 = 2×4 = 8

片

讨论：

地址线根数与容量为

的幂的关系，在此为

214

，

根；

：

32=25

，

根）

数据线根数与字长位数相等，在此为

根。（不是

的幂的关系。

什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。

解：刷新

——

对

DRAM

定期进行的全部重写过程；

刷新原因

——

因电容泄漏而引起的

DRAM

所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；

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Code_War

2019-12-09

内容全是严重，不要上当

正阳20141029

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