計(jì)算機(jī)組成原理-課后答案

1、第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件硬件和軟件哪個(gè)更重要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理或邏輯的綜合體計(jì)算機(jī)硬件：計(jì)算機(jī)的物理實(shí)體計(jì)算機(jī)軟件：計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的程序及相關(guān)資料硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要如何理解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)實(shí)際機(jī)器Ml向上延伸構(gòu)成了各級(jí)虛擬機(jī)器，機(jī)器Ml內(nèi)部也可向下延伸而形成下一級(jí) 的微程序機(jī)器W）,硬件研究的主要對(duì)象歸結(jié)為傳統(tǒng)機(jī)器Ml和微程序機(jī)器MO,軟件研究 對(duì)象主要是操作系統(tǒng)及以上的各級(jí)虛擬機(jī)（說(shuō)明高級(jí)語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的差別及其聯(lián)系。機(jī)器語(yǔ)言是可以直接在機(jī)器上執(zhí)行的二進(jìn)制語(yǔ)言匯編語(yǔ)言用符號(hào)表

2、示指令或數(shù)據(jù)所在存儲(chǔ)單元的地址，使程序員可以不再使用繁雜而又 易錯(cuò)的二進(jìn)制代碼來(lái)編寫程序高級(jí)語(yǔ)言對(duì)問(wèn)題的描述十分接近人們的習(xí)慣，并且還具有較強(qiáng)的通用性如何理解計(jì)算機(jī)組成和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是對(duì)程序員可見的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的屬性計(jì)算機(jī)組成對(duì)程序員透明，如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成指令和數(shù)據(jù)以同一形式（二進(jìn)制形式）存于存儲(chǔ)器中指令由操作碼、地址碼兩大部分組成指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行以運(yùn)算器為中心（原始馮氏機(jī)）畫出計(jì)算機(jī)硬件組成框圖，說(shuō)明各部件的作用及計(jì)算機(jī)硬件的主要技術(shù)指標(biāo)。計(jì)算機(jī)硬件各

3、部件運(yùn)算器：ACC, MQ, ALU, X控制器：CU, IR, PC主存儲(chǔ)器：M, MDR, MARI/O設(shè)備：設(shè)備，接口計(jì)算機(jī)技術(shù)指標(biāo)：機(jī)器字長(zhǎng)：一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)存儲(chǔ)容量：主存：存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)X存儲(chǔ)字長(zhǎng)運(yùn)算速度：MIPS, CPI, FLOPS解釋概念）主機(jī)：計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由CPU+MM （主存或內(nèi)存）組成CPU：中央處理器，是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器+控制器組成主存：計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存??；由存儲(chǔ)體、各種邏 輯部件及控制電路組成存儲(chǔ)單元：可存放一個(gè)機(jī)器字并具有特定存儲(chǔ)地址的存儲(chǔ)單位存儲(chǔ)元件/存儲(chǔ)基元/存儲(chǔ)元：存儲(chǔ)一位

4、二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ) 單位，不能單獨(dú)存取存儲(chǔ)字：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的邏輯單位存儲(chǔ)字長(zhǎng)：一個(gè)存儲(chǔ)單元所存二進(jìn)制代碼的位數(shù)存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制代碼的總量機(jī)器字長(zhǎng)：CPU能同時(shí)處理的數(shù)據(jù)位數(shù)指令字長(zhǎng)：一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)解釋英文代號(hào)CPU： Central Processing UnitPC： Program CounterIR: Instruction RegisterCU： Control UnitALU： Arithmetic Logic Unit)ACC： AccumulatorMQ： Multiplier-Quotient RegisterX：操作

5、數(shù)寄存器MAR： Memory Address RegisterMDR： Memory Data RegisterI/O： Input/OutputMIPS： Million Instructions Per SecondCPI： Cycle Per InstructionFLOPS： Floating-point Operation Per Second存數(shù)指令和加法指令的信息流程，主存容量256Mx32位，在指令字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、機(jī)器字 長(zhǎng)相等的條件下，指出圖中各寄存器的位數(shù)。存數(shù)指令的信息流程：取指令：PC-MARM-MDR-IR分析指令：Ad(IR)-*MAR執(zhí)行指令：ACC-MDR-M

6、加法指令的信息流程：取指令：PC-MAR-M-MDR-IR：分析指令：OP(IR)-*CU；執(zhí)行指令：Ad(IR)-MAR-MfMDRf XACC-ALU,同時(shí) X-ALUALU-ACC主存容量是256MX32位，得2的28次方=256M。故MAR=28, PC=28,MDR=32；又指令字長(zhǎng)二存儲(chǔ)字長(zhǎng)二機(jī)器字長(zhǎng)，則IR=ACC=MQ=X=32o根據(jù)迭代公式Jx =l/2(yn 4-x/yn),設(shè)初態(tài)yO=l,要求精度為試編制求Jx的 解題程序，并結(jié)合所編程序簡(jiǎn)述解題過(guò)程。牛頓迭代法開根號(hào)：精度是I ynrynlWe指令系統(tǒng)可以自行定義，下面給出一個(gè)例子。操作碼操作性質(zhì)000111除一將ACC

7、中的數(shù)與指令地址碼指示的存儲(chǔ)單元中的數(shù)相除，結(jié)果存于 ACC中001000減一將ACC中的數(shù)與指令地址碼指示的存儲(chǔ)單元中的數(shù)相減，結(jié)果存于 ACC中001001取絕對(duì)值一將ACC中的數(shù)取絕對(duì)值，結(jié)果存于ACC中001010將ACC中的數(shù)與0做比較，小于則繼續(xù)執(zhí)行下一條指令，大于則跳轉(zhuǎn) 到地址碼指示的存儲(chǔ)單元上的指令題中y°事先存入ynu單元中主存地址指令注釋操作碼地址碼000000117取數(shù)y應(yīng)至ACC(100001016存數(shù)，將ym存于單元中200000113取數(shù)X至ACC)300011116除yn得x/y1,存于ACC中400010016加yn得y-x/yn存于ACC中?5000

8、11115除2得（ydx/yJ/2存于ACC中600001017存數(shù)，將（yn+x/yJ/2存于yn”單元中700100016減yn得y#Ly存于ACC中8001001存于ACC中*900100014ymLy- £ 存于 ACC 中100010100比較1100010117打印12000110停機(jī)13X14£152*16yn17ynH指令和數(shù)據(jù)都存于存儲(chǔ)器中，計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們計(jì)算機(jī)硬件主要通過(guò)不同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即：取指周期（或取指微程序）取出的既為指令，執(zhí)行周期（或相應(yīng)微程序）取出的既為數(shù)據(jù)。另外也可通過(guò)地址來(lái)源區(qū)分，從PC指出的存儲(chǔ)單元取出的是指令，由指令地

9、址碼部分 提供操作數(shù)地址。什么是指令什么是程序指令：人為輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)識(shí)別并執(zhí)行一步步操作的命令的形式稱為指令。程序：一系列指令的有序集合稱為程序。第二章計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用通常，計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)S主要以組成計(jì)算機(jī)基本電路的元器件為依據(jù)，如電子管、晶體管、集成電路等。舉例說(shuō)明專用計(jì)算機(jī)和通用計(jì)算機(jī)的區(qū)別按照計(jì)算機(jī)的效率、速度、價(jià)格和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性可以將計(jì)算機(jī)劃分為通用計(jì)算 機(jī)和專用計(jì)算機(jī)。通用計(jì)算機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性，而專用計(jì)算機(jī) 是最有效、最經(jīng)濟(jì)和最快的計(jì)算機(jī)，但適應(yīng)性很差。例如個(gè)人電腦和計(jì)算器。什么事摩爾定律該定律是否永遠(yuǎn)生效為什么微芯片上集成的晶體

10、管數(shù)目每3年翻兩番的規(guī)律，不是永遠(yuǎn)生效，因?yàn)槊看酒某杀?大約為前一代芯片成本的兩倍舉三個(gè)實(shí)例，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用.網(wǎng)絡(luò)教育，網(wǎng)絡(luò)共享，遠(yuǎn)程協(xié)助舉例說(shuō)明人工智能方面的應(yīng)用有哪些.自然語(yǔ)言處理：機(jī)器翻譯，自然語(yǔ)言理解模式識(shí)別：指紋識(shí)別，臉部識(shí)別，語(yǔ)音識(shí)別人機(jī)對(duì)弈：舉例說(shuō)明那些計(jì)算機(jī)的應(yīng)用需采用多媒體技術(shù)數(shù)據(jù)壓縮，圖像處理，音頻處理，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容檢索，著作工具，通信及分布式多媒體 應(yīng)用設(shè)想一下計(jì)算機(jī)的未來(lái)體型小，價(jià)格低廉，使用方便.笫三章系統(tǒng)總線什么是總線總線傳輸有何特點(diǎn)為了減輕總線的負(fù)載，總線上的不見都應(yīng)具備什么特點(diǎn) 總線是連接各個(gè)部件的信息傳輸線，是各個(gè)部件共享的傳輸介質(zhì)特點(diǎn)：某一時(shí)刻只允許有

11、一個(gè)部件向總線發(fā)送信息，多個(gè)部件可以同時(shí)從總線接收相 同信息為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過(guò)三態(tài)驅(qū)動(dòng)緩沖電路與總線連通總線如何分類什么是系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線又分為幾類，它們各有何作用，是單向的，還是 雙向的，它們與機(jī)器字長(zhǎng)、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)單元有何關(guān)系按照連接部件的不同，總線可以分為片內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和通信總線系統(tǒng)總線是CPU,主存，1/0,設(shè)備（通過(guò)I/O接口）各大部件之間的信息傳輸線系統(tǒng)總線按照傳輸信息不同分為數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線數(shù)據(jù)總線是雙向的，根數(shù)與存儲(chǔ)子長(zhǎng)相同，是機(jī)器字長(zhǎng)的整數(shù)倍地址總線是單向的，根數(shù)越多，尋址空間越大,即CPU能訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)越 多常用的總線結(jié)構(gòu)有幾種不

12、同的總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能有什么影響舉例說(shuō)明單總線結(jié)構(gòu)：將CPU,主存，1/0設(shè)備都掛在一組總線上，極易形成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)瓶頸雙總線結(jié)構(gòu)：將速度較低I/O設(shè)備從單總線上分離出來(lái)，形成主存總線與I/O總線分開 的結(jié)構(gòu).CPU將一部分功能下放給通道，使其對(duì)I/O設(shè)備具有統(tǒng)一管理三總線結(jié)構(gòu)：I/O總線，DMA總線，主存總線，任何時(shí)刻只能使用一種總線三總線結(jié)構(gòu)：局部總線，擴(kuò)展總線，系統(tǒng)總線為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制常見的集中式總線控制有幾種各有何特點(diǎn)哪種方式響應(yīng)時(shí)間最 快哪種方式對(duì)電路故障最敏感解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問(wèn)題鏈?zhǔn)讲樵儯哼B線簡(jiǎn)單，已與擴(kuò)充，對(duì)電路故障最頷感計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢：優(yōu)先級(jí)設(shè)置

13、較靈活，對(duì)故障不敏感，連線機(jī)控制過(guò)程較復(fù)雜獨(dú)立請(qǐng)求方式：速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高解釋下列概念：總線寬度、總線帶寬、總線復(fù)用、總線的主設(shè)備（或主模塊）、總線的從設(shè) 備（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制?？偩€寬度：通常只數(shù)據(jù)總線的根數(shù)總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸率，直單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)總線復(fù)用：指同一條信號(hào)線可以分是傳輸不同的信號(hào)總線的主設(shè)備：指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備總線的從設(shè)備：指一次總線傳輸期間，配合主設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備,只能被動(dòng)接受 主設(shè)備發(fā)來(lái)的命令總線的傳輸周期：指總線完成一次完整而可靠的傳輸所需時(shí)間總線的通信控制：指總線傳送過(guò)程中

14、雙方的時(shí)間配合方式試比較同步通信和異步通信同步通信：指由統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，控制方式簡(jiǎn)單，靈活性差，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作 速度差異較大時(shí)，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場(chǎng)合異步通信：指沒有統(tǒng)一時(shí)鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進(jìn)行聯(lián)系，控制方式較同 步復(fù)雜，靈活性高，當(dāng)系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時(shí)，有利于提高總線工作效率畫圖說(shuō)明異步通信中請(qǐng)求與回答有哪幾種互鎖關(guān)系不互鎖，半互鎖，全互鎖為什么說(shuō)半同步通信同時(shí)保留了同步通信和異步通信的特點(diǎn)半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時(shí)鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時(shí)間不 一致，因此工作效率介于兩者之間分離式通訊有何特點(diǎn)，主要用于什么系統(tǒng)1

15、.各模塊欲占用總線使用權(quán)都必須提出申請(qǐng)2 .在得到總線使用權(quán)后，主模塊在先定的時(shí)間內(nèi)向?qū)Ψ絺魉托畔?，采用同步方式傳送?不再等待對(duì)方的回答信號(hào)3 .各模塊在準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的過(guò)程中都不占用總線，使總線可接受其它模塊的請(qǐng)求4 .總線被占用時(shí)都在做有效工作，或者通過(guò)它發(fā)送命令，或者通過(guò)它傳送數(shù)據(jù)，不存 在空閑等待時(shí)間，充分利用了總線的占用，從而實(shí)現(xiàn)了總線在多個(gè)主、從模塊間進(jìn)行信 息交叉重疊并行傳送 主要用于大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)什么是總線標(biāo)準(zhǔn)為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些什么叫plug and play哪些總線有這一特點(diǎn)總線標(biāo)準(zhǔn)：系統(tǒng)與各模塊，模塊與模塊之間的一個(gè)互連的標(biāo)準(zhǔn)界面 為了使系統(tǒng)設(shè)計(jì)

16、簡(jiǎn)化，模塊生產(chǎn)批量化，確保其性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，實(shí)現(xiàn)可移化 ISA,EISA,PCI,AGP.USBplug and play：即任何擴(kuò)展卡只要插入系統(tǒng)便可工作.PCI,USB 畫一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖 ao >1 b（） ai-t1>1biHn->fbn a至bb妄a設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有A、B、C、D四個(gè)寄存器，要求選用合適的74系列芯片，完成下列邏輯設(shè) 計(jì)：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，在同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)D-A、D-B和D-C寄存器間的傳送；（2）設(shè)計(jì)一個(gè)電路，實(shí)現(xiàn)下列操作：TO時(shí)刻完成D總線；T1時(shí)刻完成總線一A；T2時(shí)刻完成A-總線；T3時(shí)刻完成總線一B。（1）由T打開三態(tài)門

17、將D寄存器中的內(nèi)容送至總線bus,由cp脈沖同時(shí)將總線上的數(shù) 據(jù)打入到A、B、C寄存器中。T和cp的時(shí)間關(guān)系如圖（1）所示（2）三杰門1受TO+門控制，以確保TO時(shí)刻D-*總線，以及T1時(shí)刻總線一接收門1f 三態(tài)門2受T2+T3控制，以確保T2時(shí)刻A-總線，以及T3時(shí)刻總線一接收門2 一B。TO. Tl. T2、T3波形圖如圖(2)所示acpi_I_I_n_n_7 7TO |Tl-H接收門I三點(diǎn)門2 ：T2+T3 | I | I什么是總線的數(shù)據(jù)傳輸率，它與哪些因素有關(guān)總線數(shù)據(jù)傳輸率即總線帶寬，指單位時(shí)間內(nèi)總線上傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常用每秒傳輸信 息的字節(jié)數(shù)來(lái)衡量。它與總線寬度和總線頻率有關(guān)，總線寬度越寬，頻率越快，數(shù)據(jù)傳 輸率越高設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為8MHZ, 一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)總線周期中并行傳 送16位數(shù)據(jù)，試問(wèn)總線的帶寬是多少解：由于：f=8MHz,T=l/f=l/8M秒，一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期所以：總線帶寬=16/ (1/8M) = 128Mbps在一個(gè)32位的總線系統(tǒng)中，總線的時(shí)鐘頻率為66MHZ