計算機組成原理課后答案解析

1、第一章計算機系統(tǒng)概論什么是計算機系統(tǒng)、計算機硬件和計算機軟件？硬件和軟件哪個更重要？計算機系統(tǒng)：計算機硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理或邏輯的綜合體計算機硬件：計算機的物理實體計算機軟件：計算機運行所需的程序及相關(guān)資料硬件和軟件在計算機系統(tǒng)中相互依存，缺一不可，因此同樣重要如何理解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)？實際機器M1向上延伸構(gòu)成了各級虛擬機器，機器M1內(nèi)部也可向下延伸而形成下一級的微程序機器M0，硬件研究的主要對象歸結(jié)為傳統(tǒng)機器M1和微程序機器M0，軟件研究對象主要是操作系統(tǒng)及以上的各級虛擬機說明高級語言、匯編語言和機器語言的差別及其聯(lián)系。機器語言是可以直接在機器上執(zhí)行的二進制語言匯編語言用符號表

2、示指令或數(shù)據(jù)所在存儲單元的地址，使程序員可以不再使用繁雜而又易錯的二進制代碼來編寫程序高級語言對問題的描述十分接近人們的習慣，并且還具有較強的通用性如何理解計算機組成和計算機體系結(jié)構(gòu)？計算機體系結(jié)構(gòu)是對程序員可見的計算機系統(tǒng)的屬性計算機組成對程序員透明，如何實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性馮諾依曼計算機的特點是什么？由運算器、控制器、存儲器、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（二進制形式）存于存儲器中指令由操作碼、地址碼兩大部分組成指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執(zhí)行以運算器為中心（原始馮氏機）畫出計算機硬件組成框圖，說明各部件的作用及計算機硬件的主要技術(shù)指標。計算機硬件

3、各部件運算器：ACC,MQ,ALU,X控制器：CU,IR,PC主存儲器：M,MDR,MARI/O設(shè)備：設(shè)備，接口計算機技術(shù)指標：機器字長：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)存儲容量：主存：存儲單元個數(shù)X存儲字長運算速度：MIPS,CPI,FLOPS解釋概念主機：計算機硬件的主體部分，由CPU+MM（主存或內(nèi)存）組成CPU中央處理器，是計算機硬件的核心部件，由運算器+控制器組成主存：計算機中存放正在運行的程序和數(shù)據(jù)的存儲器，可隨機存?。挥纱鎯w、各種邏輯部件及控制電路組成存儲單元：可存放一個機器字并具有特定存儲地址的存儲單位存儲元件/存儲基元/存儲元：存儲一位二進制信息的物理元件，是

4、存儲器中最小的存儲單位，不能單獨存取存儲字：一個存儲單元所存二進制代碼的邏輯單位存儲字長：一個存儲單元所存二進制代碼的位數(shù)存儲容量：存儲器中可存二進制代碼的總量機器字長：CPU能同時處理的數(shù)據(jù)位數(shù)指令字長：一條指令的二進制代碼位數(shù)解釋英文代號CPU:CentralProcessingUnitPC:ProgramCounterIR:InstructionRegisterCU:ControlUnitALU:ArithmeticLogicUnitACC:AccumulatorMQ:Multiplier-QuotientRegisterX:操作數(shù)寄存器MAR:MemoryAddressRegister

5、MDR:MemoryDataRegisterI/O:Input/OutputMIPS:MillionInstructionsPerSecondCPI:CyclePerInstructionFLOPS:Floating-pointOperationPerSecond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、存儲字長、機器字長相等的條件下，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-MAR>MRMDR>IR分析指令：Ad(IR)一MAR執(zhí)行指令：ACOMDR>M加法指令的信息流程：取指令：P8MAR>MRMDR>IR;分析指令：

6、OP(IR)-CU執(zhí)行指令：Ad(IR)-MAR»MRMDR>XACC-ALU,同時X-ALUALUfACC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=存儲字長=機器字長，則IR=ACC=MQ=X=32根據(jù)迭代公式，x=1/2(yn+x/yn),設(shè)初態(tài)y0=1,要求精度為e。試編制求，x的解題程序，并結(jié)合所編程序簡述解題過程。牛頓迭代法開根號：精度是|yn+1-yn|<£指令系統(tǒng)可以自行定義，下面給出一個例子。操作碼操作性質(zhì)000111除一將ACC中的數(shù)與指令地址碼指示的存儲單元中的數(shù)相除，ACC中結(jié)果

7、存1001000減一將ACC中的數(shù)與指令地址碼指示的存儲單元中的數(shù)相減，ACC中結(jié)果存1001001取絕對值一將ACC中的數(shù)取絕對值，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單元上的指令題中y0事先存入yn+i單兀中主存地址指令注釋操作碼地址碼000000117取數(shù)yn+1至ACC100001016存數(shù)，將yn+1存于yn單兀中200000113取數(shù)x至ACC300011116除yn得x/yn存于ACC中400010016加yn得yn+x/yn存于ACC中500011115除2得(yn+x/yn)/2存于ACC中6000010

8、17存數(shù)，將（yn+x/yn）/2存于yn+1單兀中700100016減yn得yn+1-yn存于ACC中8001001-|yn+1-yn|存于ACC中900100014|yn+1-yn|-£存于ACC中100010100比較1100010117打印12000110-停機13x14£15216yn17yn+1指令和數(shù)據(jù)都存于存儲器中，計算機如何區(qū)分它們？計算機硬件主要通過不同的時間段來區(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)。另外也可通過地址來源區(qū)分，從PC指出的存儲單元取出的是指令，由指令地址碼部分提供操作數(shù)地址。什

9、么是指令？什么是程序？指令：人為輸入計算機，由計算機識別并執(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。第二章計算機的發(fā)展及應(yīng)用通常，計算機的更新?lián)Q代以什么為依據(jù)？主要以組成計算機基本電路的元器件為依據(jù)，如電子管、晶體管、集成電路等。舉例說明專用計算機和通用計算機的區(qū)別按照計算機的效率、速度、價格和運行的經(jīng)濟性和實用性可以將計算機劃分為通用計算機和專用計算機。通用計算機適應(yīng)性強，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟性，而專用計算機是最有效、最經(jīng)濟和最快的計算機，但適應(yīng)性很差。例如個人電腦和計算器。什么事摩爾定律？該定律是否永遠生效？為什么？微芯片上集成的晶體管數(shù)目每3年翻兩番的規(guī)

10、律，不是永遠生效，因為每代芯片的成本大約為前一代芯片成本的兩倍舉三個實例，說明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用.網(wǎng)絡(luò)教育，網(wǎng)絡(luò)共享，遠程協(xié)助舉例說明人工智能方面的應(yīng)用有哪些自然語言處理：機器翻譯，自然語言理解模式識別:指紋識別,臉部識別,語音識別人機對弈:舉例說明那些計算機的應(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)想一下計算機的未來體型小,價格低廉,使用方便.第三章系統(tǒng)總線什么是總線?總線傳輸有何特點?為了減輕總線的負載,總線上的不見都應(yīng)具備什么特點?總線是連接各個部件的信息傳輸線，是各個部件共享的傳輸介質(zhì)特點:某一時刻只允許有一個部件向總線發(fā)送信息,

11、多個部件可以同時從總線接收相同信息為了減輕總線負載，總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動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，它們與機器字長、存儲字長、存儲單元有何關(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，I/O,設(shè)備（通過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)與存儲子長相同,是機器字長的整數(shù)倍地址總線是單向的，根數(shù)越多，尋址空間越大，即CPU能訪問的存儲單元的個數(shù)越多常用的總線結(jié)構(gòu)有幾種？不同的總線結(jié)構(gòu)對計算機的

12、性能有什么影響？舉例說明單總線結(jié)構(gòu)：將CPU主存,I/O設(shè)備都掛在一組總線上,極易形成計算機系統(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,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,任何時刻只能使用一種總線三總線結(jié)構(gòu):局部總線,擴展總線,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？哪種方式響應(yīng)時間最快？哪種方式對電路故障最敏感？解決多個部件同時申請總線時的使用權(quán)分配問題鏈式查詢:連線簡單,已與擴充,對電路故障最敏感計數(shù)器定時查詢:優(yōu)先級設(shè)置較靈活,對故障不

13、敏感,連線機控制過程較復(fù)雜獨立請求方式: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:指同一條信號線可以分是傳輸不同的信號總線的主設(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,只能被動接受主設(shè)備發(fā)來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間總線的通信控制：指總線傳送過程中雙方的時間配合方式試

14、比較同步通信和異步通信同步通信：指由統(tǒng)一時鐘控制的通信，控制方式簡單，靈活性差，當系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，總線工作效率明顯下降。適合于速度差別不大的場合異步通信：指沒有統(tǒng)一時鐘控制的通信，部件間采用應(yīng)答方式進行聯(lián)系，控制方式較同步復(fù)雜，靈活性高，當系統(tǒng)中各部件工作速度差異較大時，有利于提高總線工作效率畫圖說明異步通信中請求與回答有哪幾種互鎖關(guān)系不互鎖，半互鎖，全互鎖為什么說半同步通信同時保留了同步通信和異步通信的特點？半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸時間不一致，因此工作效率介于兩者之間分離式通訊有何特點，主要用于什么系統(tǒng)？1 .各模塊欲占用總線使用

15、權(quán)都必須提出申請2 .在得到總線使用權(quán)后，主模塊在先定的時間內(nèi)向?qū)Ψ絺魉托畔ⅲ捎猛椒绞絺魉?，不再等待對方的回答信? .各模塊在準備數(shù)據(jù)的過程中都不占用總線，使總線可接受其它模塊的請求4 .總線被占用時都在做有效工作，或者通過它發(fā)送命令，或者通過它傳送數(shù)據(jù)，不存在空閑等待時間，充分利用了總線的占用，從而實現(xiàn)了總線在多個主、從模塊間進行信息交叉重疊并行傳送主要用于大型計算機系統(tǒng)什么是總線標準？為什么要設(shè)置總線標準？你知道目前流行的總線標準有哪些？什么叫plugandplay?哪些總線有這一特點？總線標準：系統(tǒng)與各模塊，模塊與模塊之間的一個互連的標準界面為了使系統(tǒng)設(shè)計簡化，模塊生產(chǎn)批量化，確保

16、其性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，實現(xiàn)可移化ISA,EISA,PCI,AGP,USBplugandplay:即任何擴展卡只要插入系統(tǒng)便可工作，PCI,USB畫一個具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖設(shè)數(shù)據(jù)總線上接有AB、C、D四個寄存器，要求選用合適的74系列芯片，完成下列邏輯設(shè)計：(1)設(shè)計一個電路，在同一時間實現(xiàn)AADB和DC寄存器間的傳送；(2)設(shè)計一個電路，實現(xiàn)下列操作：T0時刻完成總線；T1時刻完成總線一A;T2時刻完成A一總線；T3時刻完成總線一Bo(1)由T打開三態(tài)門將D寄存器中的內(nèi)容送至總線bus,由cp脈沖同時將總線上的數(shù)據(jù)打入到A、RC寄存器中。T和cp的時間關(guān)系如圖(1)所示cp脈沖總線bu

17、sTcp(2)三態(tài)門1受T0+T1控制，以確保T0時刻D-總線，以及T1時刻總線一接收門一A。三態(tài)門2受T2+T3控制，以確保T2時刻A-總線，以及T3時刻總線一接收門一B。T0、T1、T2、T3波形圖如圖(2)所示什么是總線的數(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)總線的時鐘頻率為8MHZ一個總線周期等于一個時鐘周期。如果一個總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù)，試問總線的帶寬是多少？解：由于：f=8MHz,T=1/f=1/8M秒，一個總線周期等于一個時鐘周期所以：總線帶寬=16/(1/8M)=128Mbps在一個32位的總線系統(tǒng)中，總線的時鐘頻率為66MHz假