計(jì)算機(jī)組成原理試題庫(kù)集及答案

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？解：P3計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的綜合體。計(jì)算機(jī)硬件：指計(jì)算機(jī)中的電子線路和物理裝置。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。馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？解：馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是：P8計(jì)算機(jī)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)以同同等地位存放于存儲(chǔ)器內(nèi)，并可以按地址訪問；指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示；指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作碼用來(lái)表示操作的性質(zhì)，地址碼用來(lái)表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置；指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行；機(jī)器以運(yùn)算器為中心（原始馮?諾依曼機(jī)）。解釋下列概念：主機(jī)、CPU、主存、存儲(chǔ)單元、存儲(chǔ)元件、存儲(chǔ)基元、存儲(chǔ)元、存儲(chǔ)字、存儲(chǔ)字長(zhǎng)、存儲(chǔ)容量、機(jī)器字長(zhǎng)、指令字長(zhǎng)。解：P9-10主機(jī)：是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，由

CPU和主存儲(chǔ)器

MM合成為主機(jī)。CPU：中央處理器，是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，由運(yùn)算器和控制器組成；

（早期的運(yùn)算器和控制器不在同一芯片上，現(xiàn)在的 CPU內(nèi)除含有運(yùn)算器和控制器外還集成了 CACHE）。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，為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)器，可隨機(jī)存取；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)一位二進(jìn)制信息的物理元件，是存儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位，又叫存儲(chǔ)基元或存儲(chǔ)元，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； （通常主、輔存容量分開描述） 。機(jī)器字長(zhǎng)：指 CPU一次能處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與 CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)。指令字長(zhǎng)：一條指令的二進(jìn)制代碼位數(shù)。解釋下列英文縮寫的中文含義：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答應(yīng)分英文全稱、中文名、功能三部分。CPU：CentralProcessingUnit ，中央處理機(jī)（器），是計(jì)算機(jī)硬件的核心部件，主要由運(yùn)算器和控制器組成。PC：ProgramCounter，程序計(jì)數(shù)器，其功能是存放當(dāng)前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動(dòng)計(jì)數(shù)形成下一條指令地址。IR：InstructionRegister ，指令寄存器，其功能是存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。CU：Control Unit，控制單元（部件），為控制器的核心部件，其功能是產(chǎn)生微操作命令序列。ALU：ArithmeticLogicUnit ，算術(shù)邏輯運(yùn)算單元，為運(yùn)算器的核心部件，其功能是進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算。ACC：Accumulator，累加器，是運(yùn)算器中既能存放運(yùn)算前的操作數(shù)，又能存放運(yùn)算結(jié)果的寄存器。MQ：Multiplier-QuotientRegister ，乘商寄存器，乘法運(yùn)算時(shí)存放乘數(shù)、除法時(shí)存放商的寄存器。X：此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名， 在此表示操作數(shù)寄存器，即運(yùn)算器中工作寄存器之一，用來(lái)存放操作數(shù)；MAR：MemoryAddressRegister ，存儲(chǔ)器地址寄存器，在主存中用來(lái)存放欲訪問的存儲(chǔ)單元的地址。MDR：MemoryDataRegister ，存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主存中用來(lái)存放從某單元讀出、或要寫入某存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)。I/O：Input/Outputequipment ，輸入/輸出設(shè)備，為輸入設(shè)備和輸出設(shè)備的總稱，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外界信息的轉(zhuǎn)換與傳送。MIPS：MillionInstructionPerSecond ，每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令數(shù)，為計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指標(biāo)的一種計(jì)量單位。畫出主機(jī)框圖，分別以存數(shù)指令“STAM”和加法指令“ADDM”（M均為主存地址）為例，在圖中按序標(biāo)出完成該指令（包括取指令階段）的信息流程（如→①） 。假設(shè)主存容量為 256M*32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)。解：主機(jī)框圖如 P13圖1.11所示。1）STAM指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR2）ADDM指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，RD，MM→MDR，MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，WR假設(shè)主存容量 256M*32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， ACC、X、IR、MDR寄存器均為 32位，PC和MAR寄存器均為 28位。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？解：計(jì)算機(jī)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下 2種方法：通過不同的時(shí)間段來(lái)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，在執(zhí)行指令階段（或相應(yīng)微程序）取出的即為數(shù)據(jù)。

即在取指令階段（或取指微程序） 取出的為指令，通過地址來(lái)源區(qū)分，由存儲(chǔ)單元地址的取出的是操作數(shù)。

PC提供存儲(chǔ)單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供第2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)？答：P22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。答：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。什么是摩爾定律？該定律是否永遠(yuǎn)生效？為什么？答：P23，否，P36第3章系統(tǒng)總線什么是總線？總線傳輸有何特點(diǎn)？為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)具備什么特點(diǎn)？答：P41.總線是多個(gè)部件共享的傳輸部件?？偩€傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：某一時(shí)刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時(shí)使用。為了減輕總線負(fù)載，總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動(dòng)緩沖電路與總線連通。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？答：總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問題；常見的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器定時(shí)查詢、獨(dú)立請(qǐng)求；特點(diǎn)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制過程較復(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。5. 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）（或從模塊）、總線的傳輸周期和總線的通信控制。

、總線的從設(shè)備答：P46。總線寬度：通常指數(shù)據(jù)總線的根數(shù)；總線帶寬：總線的數(shù)據(jù)傳輸率，指單位時(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)線可以分時(shí)傳輸不同的信號(hào)?？偩€的主設(shè)備（主模塊） ：指一次總線傳輸期間，擁有總線控制權(quán)的設(shè)備（模塊） ；總線的從設(shè)備（從模塊） ：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（模塊） ，它只能被動(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：指總線傳送過程中雙方的時(shí)間配合方式。試比較同步通信和異步通信。答：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。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)？答：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。10. 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 plugandplay ？哪些總線有這一特點(diǎn)？答：總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置主要解決不同廠家各類模塊化產(chǎn)品的兼容問題；目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有： ISA、EISA、PCI等；plugandplay ：即插即用， EISA、PCI等具有此功能。畫一個(gè)具有雙向傳輸功能的總線邏輯圖。答：在總線的兩端分別配置三態(tài)門，就可以使總線具有雙向傳輸功能。a0 b0a1 b1an bna至b b至a12. 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：T0時(shí)刻完成 D→總線；T1時(shí)刻完成總線→ A；T2時(shí)刻完成 A→總線；T3時(shí)刻完成總線→ B。解：（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(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。cp脈沖A B C總線busT三態(tài)門TDcp圖（1）（2）三態(tài)門1受T0＋T1控制，以確保T0時(shí)刻D→總線，以及T1時(shí)刻總線→接收門1→A。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→接收門2→B。T0、T1、T2、T3波形圖如圖（2）所示。圖(2)第四章存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計(jì)算機(jī)如何管理這些層次？答：存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在Cache-主存和主存-輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上。Cache-主存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要對(duì) CPU訪存起加速作用，即從整體運(yùn)行的效果分析，訪存速度加快，接近于 Cache的速度，而尋址空間和位價(jià)卻接近于主存。

CPU主存-輔存層次在存儲(chǔ)系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲(chǔ)器其容量和位價(jià)接近于輔存，而速度接近于主存。綜合上述兩個(gè)存儲(chǔ)層次的作用，從整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)看，就達(dá)到了速度快、 容量大、位價(jià)低的優(yōu)化效果。主存與CACHE之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動(dòng)完成。 而主存與輔存層次的調(diào)度目前廣泛采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)， 即將主存與輔存的一部分通過軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存儲(chǔ)器，可使用這個(gè)比主存實(shí)際空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，再由軟、硬件自動(dòng)配合完成虛擬地址空間與主存實(shí)際物理空間的轉(zhuǎn)換。個(gè)層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)都是透明的。

程序員因此，這兩4. 說(shuō)明存取周期和存取時(shí)間的區(qū)別。解：存取周期和存取時(shí)間的主要區(qū)別是：

存取時(shí)間僅為完成一次操作的時(shí)間，

而存取周期不僅包含操作時(shí)間，還包含操作后線路的恢復(fù)時(shí)間。即：存取周期 = 存取時(shí)間 + 恢復(fù)時(shí)間5. 什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總線寬度為 32位，存取周期為 200ns，則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。存儲(chǔ)器帶寬=1/200ns×32位=160M位/秒=20MB/秒=5M字/秒注意：字長(zhǎng)32位，不是16位。（注：1ns=10-9s）某機(jī)字長(zhǎng)為32位，其存儲(chǔ)容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。解：存儲(chǔ)容量是64KB時(shí)，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64K，如按字編址，其尋址范圍為：64K/（32/8）=16K主存字地址和字節(jié)地址的分配情況： （略）。一個(gè)容量為16K×32位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，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：地址線和數(shù)據(jù)線的總和=14+32=46根；選擇不同的芯片時(shí)，各需要的片數(shù)為：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）=1×32=32片4K×8：（16K×32）/（4K×8）=4×4=16片8K×8：（16K×32）/（8K×8）=2×4=8片試比較靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。答：略。（參看課件）什么叫刷新？為什么要刷新？說(shuō)明刷新有幾種方法。解：刷新：對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過程；刷新原因：因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新，存在 CPU訪存死時(shí)間。分散式：在每個(gè)讀 /寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，無(wú) CPU訪存死時(shí)間。異步式：是集中式和分散式的折衷。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有幾種？解：半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片的譯碼驅(qū)動(dòng)方式有兩種：線選法和重合法。線選法：地址譯碼信號(hào)只選中同一個(gè)字的所有位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)器材；重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點(diǎn)即為所選單元。這種方法通過行、列譯碼信號(hào)的重合來(lái)選址， 也稱矩陣譯碼?？纱蟠蠊?jié)省器材用量， 是最常用的譯碼驅(qū)動(dòng)方式。11.一個(gè)8K×8位的動(dòng)態(tài)RAM芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列成256×256形式，存取周期為0.1μs。試問采用集中刷新、分散刷新和異步刷新三種方式的刷新間隔各為多少？解：采用分散刷新方式刷新間隔為 :2ms，其中刷新死時(shí)間為： 256×0.1μs=25.6μs采用分散刷新方式刷新間隔為：256×（0.1μs+×0.1μs）=51.2μs采用異步刷新方式刷新間隔為:2ms12. 畫出用1024×4位的存儲(chǔ)芯片組成一個(gè)容量為 64K×8位的存儲(chǔ)器邏輯框圖。要求將 64K分成4個(gè)頁(yè)面，每個(gè)頁(yè)面分16組，指出共需多少片存儲(chǔ)芯片。解：設(shè)采用SRAM芯片，則：總片數(shù)= （64K×8位）/ （1024×4位）=64×2=128 片題意分析：本題設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)上分為總體、頁(yè)面、組三級(jí)，因此畫圖時(shí)也應(yīng)分三級(jí)畫。首先應(yīng)確定各級(jí)的容量：頁(yè)面容量 = 總?cè)萘? 頁(yè)面數(shù) =64K×8/4=16K

×8位，4

片

16K×8

字串聯(lián)成

64K×8位組容量

=

頁(yè)面容量

/

組數(shù)

=16K×8位

/16=1K×8位，16片1K×8位字串聯(lián)成

16K×8位組內(nèi)片數(shù)

=

組容量

/

片容量

=1K×8位

/1K

×4位

=2

片，兩片

1K×4

位芯片位并聯(lián)成1K×8位存儲(chǔ)器邏輯框圖：（略）。設(shè)有一個(gè)64K×8位的RAM芯片，試問該芯片共有多少個(gè)基本單元電路（簡(jiǎn)稱存儲(chǔ)基元）？欲設(shè)計(jì)一種具有上述同樣多存儲(chǔ)基元的芯片，要求對(duì)芯片字長(zhǎng)的選擇應(yīng)滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，試確定這種芯片的地址線和數(shù)據(jù)線，并說(shuō)明有幾種解答。解：存儲(chǔ)基元總數(shù)=64K×8位=512K位=219位；思路：如要滿足地址線和數(shù)據(jù)線總和最小，應(yīng)盡量把存儲(chǔ)元安排在字向，因?yàn)榈刂肺粩?shù)和字?jǐn)?shù)成2的冪的關(guān)系，可較好地壓縮線數(shù)。解：設(shè)地址線根數(shù)為a，數(shù)據(jù)線根數(shù)為b，則片容量為：2a×b=219；b=219-a；若a=19，b=1，總和=19+1=20；a=18，b=2，總和=18+2=20；a=17，b=4，總和=17+4=21；a=16，b=8，總和=16+8=24；,,,,由上可看出：片字?jǐn)?shù)越少，片字長(zhǎng)越長(zhǎng)，引腳數(shù)越多。片字?jǐn)?shù)減

1、片位數(shù)均按

2的冪變化。結(jié)論：如果滿足地址線和數(shù)據(jù)線的總和為最小，

這種芯片的引腳分配方案有兩種：

地址線

=19根，數(shù)據(jù)線

=1

根；或地址線

=18

根，數(shù)據(jù)線

=2

根。14. 某8位微型機(jī)地址碼為 18位，若使用4K×4位的RAM芯片組成模塊板結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器， 試問：1）該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？2）若每個(gè)模塊板為32K×8位，共需幾個(gè)模塊板？3）每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片？4）共有多少片RAM？5）CPU如何選擇各模塊板？解：（1）該機(jī)所允許的最大主存空間是：218×8位=256K×8位=256KB（2）模塊板總數(shù)=256K×8/32K×8=8塊（3）板內(nèi)片數(shù)=32K×8位/4K×4位=8×2=16片4）總片數(shù)=16片×8=128片（5）CPU通過最高 3位地址譯碼輸出選擇模板，次高 3位地址譯碼輸出選擇芯片。地址格式分配如下：模板號(hào)（

3位）

芯片號(hào)（3位）

片內(nèi)地址（

12位）設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ（低電平有效）作訪存控制信號(hào)，R/W作讀寫命令信號(hào)（高電平為讀，低電平為寫） 。現(xiàn)有下列存儲(chǔ)芯片： ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位），RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138譯碼器和其他門電路 （門電路自定）。試從上述規(guī)格中選用合適芯片，畫出 CPU和存儲(chǔ)芯片的連接圖。要求：1）最小4K地址為系統(tǒng)程序區(qū)，4096~16383地址范圍為用戶程序區(qū)；2）指出選用的存儲(chǔ)芯片類型及數(shù)量；3）詳細(xì)畫出片選邏輯。解：（1）地址空間分配圖：系統(tǒng)程序區(qū)（ ROM共4KB）：0000H-0FFFH用戶程序區(qū)（ RAM共12KB）：1000H-FFFFH（2）選片：ROM：選擇4K×4位芯片2片，位并聯(lián)RAM：選擇 4K×8位芯片 3 片，字串聯(lián)(RAM1地址范圍為:1000H-1FFFH,RAM2地址范圍為2000H-2FFFH,RAM3地址范圍為:3000H-3FFFH)3）各芯片二進(jìn)制地址分配如下：A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存儲(chǔ)器連接邏輯圖及片選邏輯如下圖(3)所示：MREQG1Y7G2AA15G2B74138Y3Y2A14AY1A13BY0A12CA11..................A0CPUPD/PROGROM2RAM1RAM2RAM3ROM1OEOECSCSCSD0.................D3D4.D7.R/W圖（3）CPU假設(shè)同上題，現(xiàn)有8片8K×8位的RAM芯片與CPU相連，試回答：1）用74138譯碼器畫出CPU與存儲(chǔ)芯片的連接圖；2）寫出每片RAM的地址范圍；3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片RAM寫入數(shù)據(jù)后，以A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片都有與其相同的數(shù)據(jù)，分析故障原因。4）根據(jù)（1）的連接圖，若出現(xiàn)地址線A13與CPU斷線，并搭接到高電平上，將出現(xiàn)什么后果？解：（1）CPU與存儲(chǔ)器芯片連接邏輯圖：+5VG1Y7G2A..MREQ.G2B74138Y2A15AY1A14BY0A13C.A12..A0.........CPUWERAM0WERAM1......WERAM7CSCS...CSD0.........D7R/W（2）地址空間分配圖：RAM0:0000H-1FFFHRAM1:2000H-3FFFHRAM2:4000H-5FFFHRAM3:6000H-7FFFHRAM4:8000H-9FFFHRAM5:A000H-BFFFHRAM6:C000H-DFFFHRAM7:E000H-FFFFH（3）如果運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)不論往哪片 RAM寫入數(shù)據(jù)后，以 A000H為起始地址的存儲(chǔ)芯片 (RAM5)都有與其相同的數(shù)據(jù)，則根本的故障原因?yàn)椋涸摯鎯?chǔ)芯片的片選輸入端很可能總是處于低電平。假設(shè)芯片與譯碼器本身都是好的，可能的情況有：1）該片的-CS端與-WE端錯(cuò)連或短路；2）該片的-CS端與CPU的-MREQ端錯(cuò)連或短路；3）該片的-CS端與地線錯(cuò)連或短路。（4）如果地址線 A13與CPU斷線，并搭接到高電平上， 將會(huì)出現(xiàn) A13恒為“1”的情況。 此時(shí)存儲(chǔ)器只能尋址 A13=1的地址空間(奇數(shù)片)，A13=0的另一半地址空間（偶數(shù)片）將永遠(yuǎn)訪問不到。若對(duì) A13=0的地址空間（偶數(shù)片）進(jìn)行訪問，只能錯(cuò)誤地訪問到 A13=1的對(duì)應(yīng)空間 (奇數(shù)片)中去。17. 寫出

1100、1101、1110、1111對(duì)應(yīng)的漢明碼。解：有效信息均為

n=4

位，假設(shè)有效信息用

b4b3b2b1

表示校驗(yàn)位位數(shù)

k=3位，（2k>=n+k+1）設(shè)校驗(yàn)位分別為 c1、c2、c3，則漢明碼共

4+3=7

位，即：

c1c2b4c3b3b2b1校驗(yàn)位在漢明碼中分別處于第 1、2、4位c1=b4⊕b3⊕b1c2=b4⊕b2⊕b1c3=b3⊕b2⊕b1當(dāng)有效信息為1100時(shí)，c3c2c1=011,漢明碼為1110100。當(dāng)有效信息為1101時(shí)，c3c2c1=100,漢明碼為0011101。當(dāng)有效信息為1110時(shí)，c3c2c1=101,漢明碼為1011110。當(dāng)有效信息為1111時(shí)，c3c2c1=010,漢明碼為0110111。已知收到的漢明碼（按配偶原則配置）為1100100、1100111、1100000、1100001，檢查上述代碼是否出錯(cuò)？第幾位出錯(cuò)？解：假設(shè)接收到的漢明碼為：c1’c2’b4’c3’b3’b2’b1’糾錯(cuò)過程如下：P1=c1’⊕b4’⊕b3’⊕b1’P2=c2’⊕b4’⊕b2’⊕b1’P3=c3’⊕b3’⊕b2’⊕b1’如果收到的漢明碼為1100100，則p3p2p1=011，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第3位（b4’）出錯(cuò)，有效信息為：1100如果收到的漢明碼為1100111，則p3p2p1=111，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第7位（b1’）出錯(cuò)，有效信息為：0110如果收到的漢明碼為1100000，則p3p2p1=110，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第6位（b2’）出錯(cuò)，有效信息為：0010如果收到的漢明碼為1100001，則p3p2p1=001，說(shuō)明代碼有錯(cuò)，第1位（c1’）出錯(cuò)，有效信息為：0001某機(jī)字長(zhǎng)16位，常規(guī)的存儲(chǔ)空間為64K字，若想不改用其他高速的存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到 8倍，可采取什么措施？畫圖說(shuō)明。解：若想不改用高速存儲(chǔ)芯片，而使訪存速度提高到

8倍，可采取八體交叉存取技術(shù)，

8體交叉訪問時(shí)序如下圖：?jiǎn)?dòng)存儲(chǔ)體 0啟動(dòng)存儲(chǔ)體 1啟動(dòng)存儲(chǔ)體 2啟動(dòng)存儲(chǔ)體 3啟動(dòng)存儲(chǔ)體 4啟動(dòng)存儲(chǔ)體 5啟動(dòng)存儲(chǔ)體 6啟動(dòng)存儲(chǔ)體 7單體訪存周期什么是“程序訪問的局部性”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中哪一級(jí)采用了程序訪問的局部性原理？解：程序運(yùn)行的局部性原理指：在一小段時(shí)間內(nèi)，最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問；在空間上，這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲(chǔ)區(qū)；在訪問順序上，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大(大約5:1)。存儲(chǔ)系統(tǒng)中Cache—主存層次采用了程序訪問的局部性原理。25.Cache 做在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令 Cache和數(shù)據(jù)Cache分開又有什么好處？答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個(gè)好處：1）可提高外部總線的利用率。因?yàn)?Cache在CPU芯片內(nèi)，CPU訪問Cache時(shí)不必占用外部總線。2）Cache

不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持

I/O

設(shè)備與主存的信息傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體效率。3）可提高存取速度。因?yàn)?/p>

Cache與

CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短

,故存取速度得以提高。將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開有如下好處：1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2）指令 Cache可用ROM實(shí)現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性。3）數(shù)據(jù) Cache對(duì)不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例 32位），也可支持浮點(diǎn)數(shù)據(jù)（如 64位）。補(bǔ)充：Cache結(jié)構(gòu)改進(jìn)的第三個(gè)措施是分級(jí)實(shí)現(xiàn)，如二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，即在片內(nèi) Cache（L1）和主存之間再設(shè)一個(gè)片外 Cache（L2），片外緩存既可以彌補(bǔ)片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點(diǎn)，又可在主存與片內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度。30.

一個(gè)組相連映射的

CACHE由

64塊組成，每組內(nèi)包含

4塊。主存包含

4096

塊，每塊由

128字組成，訪存地址為字地址。試問主存和高速存儲(chǔ)器的地址各為幾位？畫出主存地址格式。解：cache

組數(shù)：

64/4=16

，Cache容量為：

64*128=213字，cache

地址

13位主存共分 4096/16=256 區(qū)，每區(qū) 16塊19主存字塊標(biāo)記（ 8位） 組地址（4位）

字塊內(nèi)地址（

7位）第六章設(shè)浮點(diǎn)數(shù)格式為：階碼5位（含1位階符），尾數(shù)11位（含1位數(shù)符）。寫出51/128、-27/1024所對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)。要求如下：1）階碼和尾數(shù)均為原碼。2）階碼和尾數(shù)均為補(bǔ)碼。3）階碼為移碼，尾數(shù)為補(bǔ)碼。解：據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)的格式：階符1位階碼4位數(shù)符1位尾數(shù)10位將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：x1=51/128=0.0110011B=2-1*0.110011Bx2=-27/1024=-0.0000011011B=2-5*(-0.11011B）則以上各數(shù)的浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)為：1）[x1]浮=1，0001；0.1100110000[x2]浮=1，0101；1.11011000002）[x1]浮=1，1111；0.1100110000[x2] 浮=1，1011；1.00101000003）[x1]浮=0，1111；0.1100110000[x2]浮=0，1011；1.001010000016．設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為16位，寫出下列各種情況下它能表示的數(shù)的范圍。設(shè)機(jī)器數(shù)采用一位符號(hào)位，答案均用十進(jìn)制表示。1）無(wú)符號(hào)數(shù)；2）原碼表示的定點(diǎn)小數(shù)。3）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)小數(shù)。4）補(bǔ)碼表示的定點(diǎn)整數(shù)。5）原碼表示的定點(diǎn)整數(shù)。6）浮點(diǎn)數(shù)的格式為：階碼6位（含1位階符），尾數(shù)10位（含1位數(shù)符）。分別寫出其正數(shù)和負(fù)數(shù)的表示范圍。7）浮點(diǎn)數(shù)格式同（6），機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式，分別寫出其對(duì)應(yīng)的正數(shù)和負(fù)數(shù)的真值范圍。解：（1）無(wú)符號(hào)整數(shù)： 0——216-1 ，即：0——65535；無(wú)符號(hào)小數(shù)： 0——1-2 -16 ，即：0——0.99998；2）原碼定點(diǎn)小數(shù)：-1+2-15——1-2-15，即：-0.99997——0.99997（3）補(bǔ)碼定點(diǎn)小數(shù)：-1——1-2-15，即：-1——0.99997（4）補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)：-215——215-1，即：-32768——32767（5）原碼定點(diǎn)整數(shù)：-215+1——215-1，即：-32767——32767（6）據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)格式，當(dāng)階碼和尾數(shù)均采用原碼，非規(guī)格化數(shù)表示時(shí)：最大負(fù)數(shù)=1，11111；1.000000001，即-2-92-31最小負(fù)數(shù)=0，11111；1.111111111，即-（1-2-9）231則負(fù)數(shù)表示范圍為：-（1-2-9）231——-2-92-31最大正數(shù)=0，11111；0.111111111，即（1-2-9）231最小正數(shù)=1，11111；0.000000001，即2-92-31則正數(shù)表示范圍為：2-92-31——（1-2-9）231（7）當(dāng)機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼規(guī)格化形式時(shí)，若不考慮隱藏位，則最大負(fù)數(shù)=1，00000；1.011111111，即-2-12-32最小負(fù)數(shù)=0，11111；1.000000000，即-1231則負(fù)數(shù)表示范圍為：-1231——-2-12-32最大正數(shù)=0，11111；0.111111111，即（1-2-9）231最小正數(shù)=1，00000；0.100000000，即2-12-32則正數(shù)表示范圍為：2-12-32——（1-2-9）231設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為8位（包括一位符號(hào)位），對(duì)下列各機(jī)器數(shù)進(jìn)行算術(shù)左移一位、兩位，算術(shù)右移一位、兩位，討論結(jié)果是否正確。[x1]原=0.0011010；[y1]補(bǔ)=0.1010100；[z1]反=1.0101111；[x2]原=1.1101000；[y2]補(bǔ)=1.1101000；[z2]反=1.1101000；[x3]原=1.0011001；[y3]補(bǔ)=1.0011001；[z3]反=1.0011001。解：算術(shù)左移一位：[x1]原=0.0110100；正確[x2]原=1.1010000；溢出（丟1）出錯(cuò)[x3]原=1.0110010；正確[y1]補(bǔ)=0.0101000；溢出（丟1）出錯(cuò)[y2]補(bǔ)=1.1010000；正確[y3]補(bǔ)=1.0110010；溢出（丟0）出錯(cuò)[z1]反=1.1011111；溢出（丟0）出錯(cuò)[z2]反=1.1010001；正確[z3]反=1.0110011；溢出（丟0）出錯(cuò)算術(shù)左移兩位：[x1]原=0.1101000；正確[x2]原=1.0100000；溢出（丟11）出錯(cuò)[x3]原=1.1100100；正確[y1]補(bǔ)=0.1010000；溢出（丟10）出錯(cuò)[y2]補(bǔ)=1.0100000；正確[y3]補(bǔ)=1.1100100；溢出（丟00）出錯(cuò)[z1]反=1.0111111；溢出（丟01）出錯(cuò)[z2]反=1.0100011；正確[z3]反=1.1100111；溢出（丟00）出錯(cuò)算術(shù)右移一位：[x1]原=0.0001101；正確[x2]原=1.0110100；正確[x3]原=1.0001100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差[y1]補(bǔ)=0.0101010；正確[y2]補(bǔ)=1.1110100；正確[y3]補(bǔ)=1.1001100(1)；丟1，產(chǎn)生誤差[z1]反=1.1010111；正確[z2]反=1.1110100(0)；丟0，產(chǎn)生誤差[z3]反=1.1001100；正確算術(shù)右移兩位：[x1]原=0.0000110（10）；產(chǎn)生誤差[x2]原=1.0011010；正確[x3]原=1.0000110（01）；產(chǎn)生誤差[y1]補(bǔ)=0.0010101；正確[y2]補(bǔ)=1.1111010；正確[y3]補(bǔ)=1.1100110（01）；產(chǎn)生誤差[z1]反=1.1101011；正確[z2]反=1.1111010（00）；產(chǎn)生誤差[z3]反=1.1100110（01）；產(chǎn)生誤差設(shè)機(jī)器數(shù)字長(zhǎng)為8位（含1位符號(hào)位），用補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則計(jì)算下列各題。1）A=9/64，B=-13/32，求A+B。2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。3）A=-3/16，B=9/32，求A+B。4）A=-87，B=53，求A-B。5）A=115，B=-24，求A+B。解：（1）A=9/64=0.0010010B,B=-13/32=-0.0110100B[A] 補(bǔ)=0.0010010,[B] 補(bǔ)=1.1001100[A+B]補(bǔ)=0.0010010+1.1001100=1.1011110 ——無(wú)溢出A+B=-0.0100010B=-17/642）A=19/32=0.1001100B,B=-17/128=-0.0010001B[A] 補(bǔ)=0.1001100,[B] 補(bǔ)=1.1101111,[-B] 補(bǔ)=0.0010001[A-B] 補(bǔ)=0.1001100+0.0010001=0.1011101 ——無(wú)溢出A-B=0.1011101B=93/128B3）A=-3/16=-0.0011000B,B=9/32=0.0100100B[A]補(bǔ)=1.1101000,[B]補(bǔ)=0.0100100[A+B]補(bǔ)=1.1101000+0.0100100=0.0001100——無(wú)溢出A+B=0.0001100B=3/324）A=-87=-1010111B,B=53=110101B[A]補(bǔ)=10101001,[B]補(bǔ)=00110101,[-B]補(bǔ)=11001011[A-B]補(bǔ)=10101001+11001011=01110100——溢出5）A=115=1110011B,B=-24=-11000B[A]補(bǔ)=01110011,[B]補(bǔ)=1，1101000[A+B]補(bǔ)=01110011+11101000=01011011——無(wú)溢出A+B=1011011B=9126.按機(jī)器補(bǔ)碼浮點(diǎn)運(yùn)算步驟，計(jì)算[x±y]補(bǔ).（1）x=2-011×0.101100，y=2-010×（-0.011100）；（2）x=2-011×（-0.100010），y=2-010×（-0.011111）；（3）x=2101×（-0.100101），y=2100×（-0.001111)。解：先將x、y轉(zhuǎn)換成機(jī)器數(shù)形式：（1）x=2-011×0.101100，y=2-010×（-0.011100）[x]補(bǔ)=1，101；0.101100,[y]補(bǔ)=1，110；1.100100[Ex]補(bǔ)=1,101,[y]補(bǔ)=1,110,[Mx]補(bǔ)=0.101100,[My]補(bǔ)=1.1001001）對(duì)階：[E]補(bǔ)=[Ex]補(bǔ)+[-Ey]補(bǔ)=11,101+00,010=11,111<0，應(yīng)Ex向Ey對(duì)齊，則：[Ex]補(bǔ)+1=11，101+00，001=11，110=[Ey]補(bǔ)補(bǔ)=1，110；0.0101102）尾數(shù)運(yùn)算：[Mx] 補(bǔ)+[My]補(bǔ)=0.010110+11.100100=11.111010[Mx]補(bǔ)+[-My]補(bǔ)=0.010110+00.011100=00.110010）結(jié)果規(guī)格化：[x+y]補(bǔ)=11，110；11.111010=11，011；11.010000（尾數(shù)左規(guī)3次，階碼減3）[x-y]補(bǔ)=11，110；00.110010,已是規(guī)格化數(shù)。4）舍入：無(wú)5）溢出：無(wú)則：x+y=2-101×（-0.110000）x-y=2-010×0.1100102）x=2-011×（-0.100010）,y=2-010×（-0.011111）[x]補(bǔ)=1，101；1.011110,[y]補(bǔ)=1，110；1.1000011）對(duì)階：過程同 (1)的1），則[x]補(bǔ)=1，110；1.101111）尾數(shù)運(yùn)算：[Mx]補(bǔ)+[My]補(bǔ)=11.101111+11.100001=11.010000[Mx]補(bǔ)+[-My]補(bǔ)=11.101111+00.011111=00.0011103）結(jié)果規(guī)格化：[x+y]補(bǔ)=11，110；11.010000,已是規(guī)格化數(shù)[x-y]補(bǔ)=11，110；00.001110=11，100；00.111000（尾數(shù)左規(guī)2次，階碼減2）4）舍入：無(wú)5）溢出：無(wú)則：x+y=2-010×（-0.110000）x-y=2-100×0.111000（3）x=2101×（-0.100101）,y=2100×（-0.001111）[x]補(bǔ)=0，101；1.011011,[y]補(bǔ)=0，100；1.1100011）對(duì)階：[ E]補(bǔ)=00，101+11，100=00，001>0，應(yīng)[Ey]補(bǔ)+1=00，100+00，001=00，101=[Ex][y]補(bǔ)=0，101；1.111000（1）

Ey向補(bǔ)

Ex對(duì)齊，則：2）尾數(shù)運(yùn)算：[Mx]補(bǔ)+[My][Mx]補(bǔ)+[-My]

補(bǔ)=11.011011+11.111000補(bǔ)=11.011011+00.000111

（1）=11.010011（1）=11.100010

（1）（1）2）結(jié)果規(guī)格化：[x+y][x-y]

補(bǔ)=00，101；11.010011補(bǔ)=00，101；11.100010

（1），已是規(guī)格化數(shù)（1）=00，100；11.000101

（尾數(shù)左規(guī)

1次，階碼減1）4）舍入：[x+y]補(bǔ)=00，101；11.010011（舍）[x-y]

補(bǔ) 不變5）溢出：無(wú)則：x+y=2101×（-0.101101100x-y=2 ×（-0.111011

））設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為16位，分別按4、4、4、4和5、5、3、3分組后，1）畫出按兩種分組方案的單重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并比較哪種方案運(yùn)算速度快。2）畫出按兩種分組方案的雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖，并對(duì)這兩種方案進(jìn)行比較。3）用74181和74182畫出單重和雙重分組的并行進(jìn)位鏈框圖。解：（1）4—4—4—4分組的 16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材 286頁(yè)圖6.22。—5—3—3分組的16位單重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下：（2）4—4—4—4分組的 16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖見教材 289頁(yè)圖6.26。—5—3—3分組的16位雙重分組并行進(jìn)位鏈框圖如下：5—5—3—3分組的進(jìn)位時(shí)間 =2.5ty 3=7.5ty；—4—4—4分組的進(jìn)位時(shí)間=2.5ty3=7.5ty；可見，兩種分組方案最長(zhǎng)加法時(shí)間相同。結(jié)論：雙重分組并行進(jìn)位的最長(zhǎng)進(jìn)位時(shí)間只與組數(shù)和級(jí)數(shù)有關(guān)，與組內(nèi)位數(shù)無(wú)關(guān)。（3）單重分組 16位并行加法器邏輯圖如下（正邏輯） ：注意：1）74181芯片正、負(fù)邏輯的引腳表示方法；2）為強(qiáng)調(diào)可比性，5-5-3-3分組時(shí)不考慮扇入影響；3）181芯片只有最高、最低兩個(gè)進(jìn)位輸入/輸出端，組內(nèi)進(jìn)位無(wú)引腳；4）181為4位片，無(wú)法5-5-3-3分組，只能4-4-4-4分組；5）單重分組跳躍進(jìn)位只用到181，使用182的一定是雙重以上分組跳躍進(jìn)位；）單重分組跳躍進(jìn)位是并行進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)的結(jié)合；雙重分組跳躍進(jìn)位是二級(jí)并行進(jìn)位技術(shù)；特別注意在位數(shù)較少時(shí)，雙重分組跳躍進(jìn)位可以采用全先行進(jìn)位技術(shù)實(shí)現(xiàn)；數(shù)較多時(shí)，可采用雙重分組跳躍進(jìn)位和串行進(jìn)位技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)。

位第 七 章什么叫機(jī)器指令？什么叫指令系統(tǒng)？為什么說(shuō)指令系統(tǒng)與機(jī)器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu)之間存在著密切的關(guān)系？答：參考P300。什么叫尋址方式？為什么要學(xué)習(xí)尋址方式？答：參看 P310。什么是指令字長(zhǎng)、機(jī)器字長(zhǎng)和存儲(chǔ)字長(zhǎng)？答：略。零地址指令的操作數(shù)來(lái)自哪里？？各舉一例說(shuō)明。答：零地址指令的操作數(shù)來(lái)自ACC，為隱含約定。在一地址指令中，另一個(gè)操作數(shù)的地址通常可采用 ACC隱含尋址方式獲得。對(duì)于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方？舉例說(shuō)明。答：對(duì)于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在寄存器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。8. 某機(jī)指令字長(zhǎng) 16位，每個(gè)操作數(shù)的地址碼為 6位，設(shè)操作碼長(zhǎng)度固定，指令分為零地址、 一地址和二地址三種格式。若零地址指令有M條，一地址指令有N種，則二地址指令最多有幾種？若操作碼位數(shù)可變，則二地址指令最多允許有幾種？解：1）若采用定長(zhǎng)操作碼時(shí)，二地址指令格式如下：OP（4位） A1（6位） A2（6位）設(shè)二地址指令有 K種，則：K=24-M-N當(dāng)M=1（最小值），N=1（最小值）時(shí)，二地址指令最多有： Kmax=16-1-1=14種3）若采用變長(zhǎng)操作碼時(shí)，二地址指令格式仍如 1）所示，但操作碼長(zhǎng)度可隨地址碼的個(gè)數(shù)而變。此時(shí)， K=24-（N/26+M/212）；當(dāng)（N/26+M/212）1時(shí)（N/26+M/212向上取整），K最大，則二地址指令最多有：Kmax=16-1=15種（只留一種編碼作擴(kuò)展標(biāo)志用。 ）試比較間接尋址和寄存器間接尋址。答：略。試比較基址尋址和變址尋址。略。畫出先變址再間址及先間址再變址的尋址過程示意圖。解：1）先變址再間址尋址過程簡(jiǎn)單示意如下：EA=[(IX)+A] ，IX (IX)+12）先間址再變址尋址過程簡(jiǎn)單示意如下： EA=(IX)+(A) ，IX (IX)+116. 某機(jī)主存容量為 4M16位，且存儲(chǔ)字長(zhǎng)等于指令字長(zhǎng)，若該機(jī)指令系統(tǒng)可完成 108種操作，操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、變址、基址、相對(duì)、立即等六種尋址方式，試回答：（1）畫出一地址指令格式并指出各字段的作用；2）該指令直接尋址的最大范圍；3）一次間址和多次間址的尋址范圍；4）立即數(shù)的范圍（十進(jìn)制表示）；5）相對(duì)尋址的位移量（十進(jìn)制表示）；6）上述六種尋址方式的指令哪一種執(zhí)行時(shí)間最短？哪一種最長(zhǎng)？為什么？哪一種便于程序浮動(dòng)？哪一種最適合處理數(shù)組問題？（7）如何修改指令格式，使指令的尋址范圍可擴(kuò)大到 4M？8）為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，可采取什么措施？簡(jiǎn)要說(shuō)明之。解：（1）單字長(zhǎng)一地址指令格式：OP（7位）

M（3位）

A（6位）OP

為操作碼字段，共

7位，可反映

108種操作；為尋址方式字段，共3位，可反映6種尋址操作；為地址碼字段，共16-7-3=6位。（2）直接尋址的最大范圍為 26=64。1615（4）立即數(shù)的范圍為 -32——31（有符號(hào)數(shù)），或0——63（無(wú)符號(hào)數(shù)）。（5）相對(duì)尋址的位移量為 -32——31。（6）上述六種尋址方式中，因立即數(shù)由指令直接給出， 故立即尋址的指令執(zhí)行時(shí)間最短。 間接尋址在指令的執(zhí)行階段要多次訪存 (一次間接尋址要兩次訪存， 多次間接尋址要多次訪存 )，故執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)。 變址尋址由于變址寄存器的內(nèi)容由用戶給定， 而且在程序的執(zhí)行過程中允許用戶修改，而其形式地址始終不變， 故變址尋址的指令便于用戶編制處理數(shù)組問題的程序。 相對(duì)尋址操作數(shù)的有效地址只與當(dāng)前指令地址相差一定的位移量，與直接尋址相比，更有利于程序浮動(dòng)。（7）方案一：為使指令尋址范圍可擴(kuò)大到 4M，需要有效地址 22位，此時(shí)可將單字長(zhǎng)一地址指令的格式改為雙字長(zhǎng)，如下圖示：OP（7位） MOD（3位） A（高6位）A（低

16位）方案二：如果仍采用單字長(zhǎng)指令（

16位）格式，為使指令尋址范圍擴(kuò)大到

4M，可通過段尋址方案實(shí)現(xiàn)。安排如下：硬件設(shè)段寄存器 DS（16位），用來(lái)存放段地址。 在完成指令尋址方式所規(guī)定的尋址操作后，得有效地址 EA（6位），再由硬件自動(dòng)完成段尋址，最后得 22位物理地址。 即：物理地址

=（DS）

26+EA注：段尋址方式由硬件隱含實(shí)現(xiàn)。在編程指定的尋址過程完成、 EA產(chǎn)生之后由硬件自動(dòng)完成，對(duì)用戶是透明的。方案三：在采用單字長(zhǎng)指令（ 16位）格式時(shí)，還可通過頁(yè)面尋址方案使指令尋址范圍擴(kuò)大到4M。安排如下：硬件設(shè)頁(yè)面寄存器 PR（16位），用來(lái)存放頁(yè)面地址。 指令尋址方式中增設(shè)頁(yè)面尋址。 當(dāng)需要使指令尋址范圍擴(kuò)大到 4M時(shí)，編程選擇頁(yè)面尋址方式，則： EA=（PR）‖A（有效地址=頁(yè)面地址“拼接”6 位形式地址），這樣得到 22位有效地址。（8）為使一條轉(zhuǎn)移指令能轉(zhuǎn)移到主存的任一位置，尋址范圍須達(dá)到 4M，除了采用 (7) 方案一中的雙字長(zhǎng)一地址指令的格式外， 還可配置 22位的基址寄存器或 22位的變址寄存器， 使EA=(BR)+A（BR為22位的基址寄存器)或EA=（IX）+A(IX為22位的變址寄存器)，便可訪問4M存儲(chǔ)空間。還可以通過16位的基址寄存器左移6位再和形式地址A相加，也可達(dá)到同樣的效果?？傊徽摬扇『畏N方式，最終得到的實(shí)際地址應(yīng)是

22位。19. 某CPU內(nèi)有

32個(gè)

32位的通用寄存器，設(shè)計(jì)一種能容納

64種操作的指令系統(tǒng)。假設(shè)指令字長(zhǎng)等于機(jī)器字長(zhǎng)，試回答以下問題：1）如果主存可直接或間接尋址，采用寄存器—存儲(chǔ)器型指令，能直接尋址的最大存儲(chǔ)空間是多少？畫出指令格式并說(shuō)明各字段的含義。2）在滿足（1）的前提下，如果采用通用寄存器作基址寄存器，則上述寄存器—存儲(chǔ)器型指令的指令格式有何特點(diǎn)？畫出指令格式并指出這類指令可訪問多大的存儲(chǔ)空間？解：（1）如采用 RS型指令，則此指令一定是二地址以上的地址格式，指令格式如下：OP（6位）R（5位）I(1位)A（20位）操作碼字段OP占6位，因?yàn)?6>=64；5>=32；寄存器編號(hào)R占5位，因?yàn)?間址位I占1位，當(dāng)I=0，存儲(chǔ)器尋址的操作數(shù)為直接尋址，當(dāng)I=1時(shí)為間接尋址；形式地址A占20位，可以直接尋址220字。2）如采用基址尋址，則指令格式中應(yīng)給出基址寄存器號(hào)，以指定哪一個(gè)通用寄存器用作基址寄存器。指令格式變?yōu)椋篛P（6位）源R（5位）I（1位）X（1位）目標(biāo)R（5位）A（14位）增加尋址特征位X，當(dāng)X=1時(shí)，以目標(biāo)寄存器R作為基址寄存器進(jìn)行基址尋址?；穼ぶ房稍L問存儲(chǔ)空間為：232字。第八章CPU有哪些功能？畫出其結(jié)構(gòu)框圖并簡(jiǎn)要說(shuō)明各個(gè)部件的作用。答：參考P328和圖8.2。什么是指令周期？指令周期是否有一個(gè)固定值？為什么？解：指令周期是指取出并執(zhí)行完一條指令所需的時(shí)間。由于計(jì)算機(jī)中各種指令執(zhí)行所需的時(shí)間差異很大，因此為了提高CPU運(yùn)行效率，即使在同步控制的機(jī)器中，不同指令的指令周期長(zhǎng)度都是不一致的，也就是說(shuō)指令周期對(duì)于不同的指令來(lái)說(shuō)不是一個(gè)固定值。畫出指令周期的流程圖，分析說(shuō)明圖中每個(gè)子周期的作用。答：參看P343及圖8.8。設(shè)CPU內(nèi)有下列部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR和CU。（1）畫出完成間接尋址的取數(shù)指令LDA@X（將主存某地址單元流（從取指令開始）。

X的內(nèi)容取至

AC中）的數(shù)據(jù)（2）畫出中斷周期的數(shù)據(jù)流。解：CPU中的數(shù)據(jù)流向與所采用的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)直接相關(guān)，不同的數(shù)據(jù)通路中的數(shù)據(jù)流是不一樣的。常用的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)方式有直接連線、單總線、雙總線、三總線等形式，目前大多采用總線結(jié)構(gòu)，直接連線方式僅適用于結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單的機(jī)器中。為簡(jiǎn)單起見，本題采用單總線將題中所給部件連接起來(lái)，框圖如下：busPC MAR SP MDR CU IR AC地址線 數(shù)據(jù)線 控制線（1）LDA@X指令周期數(shù)據(jù)流程圖：PC→MARM(MAR)→MDR(MDR)→IRPC+1→PCAd(IR)→MARM(MAR)→MDRMDR→Ad(IR)Ad(IR)→MARM(MAR)→MDRMDR→AC（2）中斷周期流程圖如下：SP-1→SPSP→MARPC→MDRMDR→M(MAR)向量地址→PC0→EINT注：解這道題有兩個(gè)要素，首先要根據(jù)所給部件設(shè)計(jì)好數(shù)據(jù)通路，即確定信息流動(dòng)的載體。其次選擇好描述數(shù)據(jù)流的方法，無(wú)論采用什么樣的表達(dá)方式，其關(guān)鍵都要能清楚地反映數(shù)據(jù)在通路上流動(dòng)的順序，即強(qiáng)調(diào)一個(gè)“流”字。較好的表達(dá)方式是流程圖的形式。4t+(n-1)t=(n+3)t4t+(n-1)2t=(2n+2)t5. 中斷周期前是什么階段？中斷周期后又是什么階段？在中斷周期

CPU應(yīng)完成什么操作？答：中斷周期前是執(zhí)行周期，中斷周期后是取指周期。在中斷周期，斷向量送PC和關(guān)中斷等工作。

CPU應(yīng)完成保存斷點(diǎn)、將中什么叫系統(tǒng)的并行性？粗粒度并行和細(xì)粒度并行有何區(qū)別？答：所謂并行性包含同時(shí)性和并發(fā)性。 同時(shí)性是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事件在同一時(shí)刻發(fā)生， 并發(fā)性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間段發(fā)生。 即在同一時(shí)刻或同一時(shí)間段內(nèi)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上性質(zhì)相同或性質(zhì)不同的功能，只要在時(shí)間上存在相互重疊，就存在并行性。并行性又分為粗粒度并行和細(xì)粒度并行兩類。粗粒度并行是指在多個(gè)處理機(jī)上分別運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，由多臺(tái)處理機(jī)合作完成一個(gè)程序， 一般用算法實(shí)現(xiàn)。 細(xì)粒度并行是指在處理機(jī)的指令級(jí)和操作級(jí)的并行性。8. 什么是指令流水？畫出指令二級(jí)流水和四級(jí)流水的示意圖，

它們中哪個(gè)更能提高處理機(jī)速度，為什么？答：指令流水是指將一條指令的執(zhí)行過程分為 n個(gè)操作時(shí)間大致相等的階段， 每個(gè)階段由一個(gè)獨(dú)立的功能部件來(lái)完成，這樣 n個(gè)部件就可以同時(shí)執(zhí)行 n條指令的不同階段，從而大大提高 CPU的吞吐率。指令二級(jí)流水和四級(jí)流水示意圖如下：IF，ID

EX，WR

IF

ID

EX

WRIF，ID

EX，WR

IF

ID

EX

WRIF，ID

EX，WR

IF

ID

EX

WR二級(jí)指令流水示意圖

四級(jí)指令流水示意圖四級(jí)流水更能提高處理機(jī)的速度。分析如下：假設(shè)IF、ID、EX、WR每個(gè)階段耗時(shí)為t，則連續(xù)執(zhí)行n條指令采用二級(jí)流水線時(shí)，耗時(shí)為：采用四級(jí)流水線時(shí)，耗時(shí)為：在n>1時(shí)，n+3<2n+2，可見四級(jí)流水線耗時(shí)比二級(jí)流水線耗時(shí)短，因此 更能提高處理機(jī)速度。在中斷系統(tǒng)中INTR、INT、EINT三個(gè)觸發(fā)器各有何作用？解：INTR——中斷請(qǐng)求觸發(fā)器，

用來(lái)登記中斷源發(fā)出的隨機(jī)性中斷請(qǐng)求信號(hào)，

以便為

CPU查詢中斷及中斷排隊(duì)判優(yōu)線路提供穩(wěn)定的中斷請(qǐng)求信號(hào)。EINT——中斷允許觸發(fā)器，

CPU中的中斷總開關(guān)。當(dāng)

EINT=1時(shí)，表示允許中斷（開中斷）

，當(dāng)EINT=0時(shí)，表示禁止中斷（關(guān)中斷）

。其狀態(tài)可由開、關(guān)中斷等指令設(shè)置。INT——中斷標(biāo)記觸發(fā)器，控制器時(shí)序系統(tǒng)中周期狀態(tài)分配電路的一部分，表示中斷周期標(biāo)記。當(dāng)INT=1時(shí)，進(jìn)入中斷周期，執(zhí)行中斷隱指令的操作。24. 現(xiàn)有

A、B、C、D四個(gè)中斷源，其優(yōu)先級(jí)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(shí)間為

20μs，請(qǐng)根據(jù)下圖所示時(shí)間軸給出的中斷源請(qǐng)求中斷的時(shí)刻，畫出

CPU執(zhí)行程序的軌跡。解：A、B、C、D的響優(yōu)先級(jí)即處理優(yōu)先級(jí)。

CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下：程序D服務(wù)D服務(wù)A服務(wù)A服務(wù)B服務(wù)B服務(wù)B服務(wù)B服務(wù)C服務(wù)C服務(wù)0102030405060708090100110120130140t/usB與C請(qǐng)求D請(qǐng)求B請(qǐng)求A請(qǐng)求25.某機(jī)有五個(gè)中斷源L0、L1、L2、L3、L4，按中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序由高向低排序?yàn)長(zhǎng)0L1L2L3L4，根據(jù)下示格式，現(xiàn)要求中斷處理次序改為L(zhǎng)1L4L2L0L3，根據(jù)下面的格式，寫出各中斷源的屏蔽字。解：各中斷源屏蔽狀態(tài)見下表：中斷源屏蔽字01234I010010I111111I210110I300010I410111表中：設(shè)屏蔽位=1，表示屏蔽；屏蔽位=0，表示中斷開放。設(shè)某機(jī)配有A、B、C三臺(tái)設(shè)備，其優(yōu)先順序按ABC降序排列，為改變中斷處理次序，它們的中斷屏蔽字設(shè)置如下：設(shè)備 屏蔽字A 111B 010C 011請(qǐng)按下圖所示時(shí)間軸給出的設(shè)備請(qǐng)求中斷的時(shí)刻，畫出 CPU執(zhí)行程序的軌跡。設(shè) A、B、C中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間均為 20 s。解：A、B、C設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為A最高、B次之、C最低，處理優(yōu)先級(jí)為A最高、C次之、B最低。CPU執(zhí)行程序的軌跡圖如下：程序服務(wù)B服務(wù)服務(wù)0 1020 304050 607080 90 t/usA請(qǐng)求 B請(qǐng)求C請(qǐng)求習(xí)題和解析第一部分《計(jì)算機(jī)組成原理》中各章習(xí)題的解析及補(bǔ)充題的解析。第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論1．1習(xí)題解析一、選擇題1．在下列四句話中，最能準(zhǔn)確反映計(jì)算機(jī)主要功能的是 。．計(jì)算機(jī)可以存儲(chǔ)大量信息．計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算解：答案為C。2．1946年2月，在美國(guó)誕生了世界上第一臺(tái)電子數(shù)字計(jì)算機(jī)，它的名字叫（1），1949年研制成功的世界上第一臺(tái)存儲(chǔ)程序式的計(jì)算機(jī)稱為（2）。（1）A．EDVACB．EDSACC．ENIACD．UNIVAC-Ⅰ（2）A．EDVACB．EDSACC．ENIACD．UNIVAC-Ⅰ解：答案為⑴C，⑵A。3．計(jì)算機(jī)硬件能直接執(zhí)行的只能是。A．符號(hào)語(yǔ)言B．機(jī)器語(yǔ)言C．匯編語(yǔ)言D．機(jī)器語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言解：答案為B。4．運(yùn)算器的核心部件是。A．?dāng)?shù)據(jù)總線B．?dāng)?shù)據(jù)選擇器C．累加寄存器D．算術(shù)邏輯運(yùn)算部件解：答案為D。5．存儲(chǔ)器主要用來(lái)。A．存放程序B．存放數(shù)據(jù)C．存放微程序D．存放程序和數(shù)據(jù)解：答案為D。6．目前我們所說(shuō)的個(gè)人臺(tái)式商用機(jī)屬于。A．巨型機(jī)B．中型機(jī)C．小型機(jī)D．微型機(jī)解：答案為D。7．至今為止，計(jì)算機(jī)中所含所有信息仍以二進(jìn)制方式表示，其原因是。A．節(jié)約元件B．運(yùn)算速度快C．物理器件性能決定D．信息處理方便解：答案為C。8．對(duì)計(jì)算機(jī)軟、硬件資源進(jìn)行管理，是的功能。A．操作系統(tǒng)B．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)C．語(yǔ)言處理程序D．用戶程序解：答案為A。9．企事業(yè)單位用計(jì)算機(jī)計(jì)算、管理職工工資，這屬于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。A．科學(xué)計(jì)算B．?dāng)?shù)據(jù)處理C．過程控制D．輔助設(shè)計(jì)解：答案為B。10．微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展以A．操作系統(tǒng) BC．硬盤 D

技術(shù)為標(biāo)志。．微處理器．軟件解：答案為

B。二、填空題1．操作系統(tǒng)是一種 （1） ，用于 （2） ，是 （3） 的接口。1）A．系統(tǒng)程序B．應(yīng)用程序C．用戶程序D．中間件2）A．編碼轉(zhuǎn)換B．操作計(jì)算機(jī)C．管理和控制計(jì)算機(jī)的資源D．把高級(jí)語(yǔ)言程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序（3）A．軟件與硬件B．主機(jī)與外設(shè)C．用戶與計(jì)算機(jī)D．高級(jí)語(yǔ)言與機(jī)器語(yǔ)言機(jī)解：答案為⑴A⑵C⑶C。2．計(jì)算機(jī)的硬件包括、、、、五部分。解：答案為運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備。3．存儲(chǔ)器分為和。在CPU運(yùn)行程序時(shí)，必須把程序放在。解：答案為內(nèi)（主）存儲(chǔ)器，外（輔助）存儲(chǔ)器，內(nèi)存。4．存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量一般以為單位，一臺(tái)微機(jī)的內(nèi)存容量是128MB，應(yīng)是個(gè)這樣的單位。解：答案為字節(jié)，128×220字節(jié)。5．計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度主要由計(jì)算機(jī)的決定，越，則計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度越高。解：答案為字長(zhǎng)，字長(zhǎng)，長(zhǎng)。6．馮．諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本特點(diǎn)是。解：答案為程序存儲(chǔ)。7．總線一般可分為三類，它們分別是，和。解：答案為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。8．計(jì)算機(jī)軟件一般可分為，和。解：答案為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、工具軟件。9．郵局對(duì)信件進(jìn)行自動(dòng)分揀，使用的計(jì)算機(jī)技術(shù)是。解：答案為模式識(shí)別。10．微型計(jì)算機(jī)的分類以微處理器的來(lái)劃分。解：答案為規(guī)格。三．簡(jiǎn)答題1．會(huì)計(jì)電算化屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用的哪個(gè)領(lǐng)域？答：在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域中，會(huì)計(jì)電算化屬于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理方面的應(yīng)用領(lǐng)域。2．兼容性是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要性能，請(qǐng)解釋一下何為向上兼容？答：所謂向上兼容是指舊型號(hào)計(jì)算機(jī)的軟件可以不加修改地在新型號(hào)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。 系列機(jī)通常具有這種兼容性。3．按照馮．諾依曼原理，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)具備哪些功能？答：按照馮．諾依曼原理，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)具備以下 5個(gè)功能：⑴輸入輸出功能：能把原始數(shù)據(jù)和解題步驟及中間結(jié)果接收下來(lái) （輸入），把計(jì)算結(jié)果與計(jì)算過程中出現(xiàn)的情況告訴（輸出）給用戶。⑵記憶功能：應(yīng)能“記住”原始數(shù)據(jù)、解題步驟及中間結(jié)果。⑶計(jì)算功能：應(yīng)能進(jìn)行一些最基本的運(yùn)算。這些基本運(yùn)算能組成人們所需要的復(fù)雜運(yùn)算。⑷判斷功能：計(jì)算機(jī)在進(jìn)行一步操作后，應(yīng)能從預(yù)先無(wú)法確定的幾種方案中選擇一種操作方案。⑸自我控制功能：計(jì)算機(jī)應(yīng)能保證程序執(zhí)行的正確性和各部件間的協(xié)調(diào)性。4．答：計(jì)算機(jī)的大部分功能既能由硬件完成，也能由軟件完成，從邏輯上講，兩者是等效的。通常用硬件實(shí)現(xiàn)執(zhí)行速度快、成本高、修改困難，而軟件剛好相反。兩者之間沒有固定的界限。4．如何理解軟、硬件之間的等價(jià)性？答：計(jì)算機(jī)的大部分功能既能由硬件完成，也能由軟件完成，從邏輯上講，兩者是等效的。通常用硬件實(shí)現(xiàn)執(zhí)行速度快、成本高、修改困難，而軟件剛好相反。兩者之間沒有固定的界限。5．何謂綠色計(jì)算機(jī)？對(duì)它有哪些要求？答：綠色計(jì)算機(jī)是指不會(huì)對(duì)人類及其生存環(huán)境造成不良影響的計(jì)算機(jī)。 對(duì)它的主要要求是：⑴節(jié)能：要求計(jì)算機(jī)的耗電量要低。⑵低污染：在生產(chǎn)、包裝過程中盡量使用無(wú)毒、可再生材料，打印機(jī)噪聲要降到最小，電磁輻射要符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。⑶易回收：生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用等各環(huán)節(jié)所用的材料應(yīng)容易銷毀或回收。⑷符合人體工程學(xué)的要求。第2章數(shù)字電路基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)中的邏輯部件本章將給出主教材《計(jì)算機(jī)組成原理》第2章的習(xí)題及補(bǔ)充題的解析。2．1習(xí)題解析一．判斷題1．觸發(fā)器是一種時(shí)序電路，它是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基礎(chǔ)。答：正確。2．組合邏輯電路的特點(diǎn)是它的輸出狀態(tài)僅與當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài)有關(guān)，而與過去的輸入狀態(tài)無(wú)關(guān)。答：正確。3．譯碼器是一種組合邏輯電路，而計(jì)數(shù)器是一種時(shí)序邏輯電路。答：正確。4．移位寄存器除了能把存在其中的數(shù)據(jù)一位一位地向左或向右移動(dòng)外，還可用它來(lái)判斷最左邊的位是 0還是1。答：正確。5．環(huán)形計(jì)數(shù)器不是用來(lái)計(jì)數(shù)的，而是用于發(fā)出順序控制信號(hào)的。答：正確。6．J-K觸發(fā)器是組成計(jì)數(shù)器的理想記憶元件。答：正確。7．計(jì)數(shù)器除了能對(duì)輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還能作為分頻器用。答：正確。8．PLA中的“與”陣列和“或”陣列都是可編程的。答：正確。9．在PAL中，“與”陣列是可編程的，而“或”陣列是固定連接的。答：正確。10．PROM的“與”陣列是不可編程的， “或”陣列是可編程的。答：正確。二．選擇題1．4輸入端“與非”門的某一輸入端的輸入為“0”，那么它的輸出值是。A．“0”B．取決于其他輸入端的輸入C．“1”解：答案為C。2．CPU中有若干寄存器，其中存放存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)和指令地址的寄存器是，暫存數(shù)據(jù)和指令的寄存器是，存放CPU將要執(zhí)行的下一條指令地址的寄存器是。A．地址寄存器B．程序計(jì)數(shù)器C．?dāng)?shù)據(jù)寄存器D．指令寄存器解：答案依次為A，C，B。3．狀態(tài)寄存器中的各個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位是依據(jù)來(lái)置位的。A．算術(shù)邏輯部件上次的運(yùn)算結(jié)果B．CPU將要執(zhí)行的指令C．CPU已執(zhí)行的指令D．累加器中的數(shù)據(jù)解：答案為A。4．觸發(fā)器的狀態(tài)由時(shí)鐘脈沖的上升沿時(shí)D（數(shù)據(jù)）端的狀態(tài)決定，而與觸發(fā)器的原狀態(tài)無(wú)關(guān)，這種觸發(fā)器是。A．J-K觸發(fā)器B．R-S基本觸發(fā)器C．D型觸發(fā)器D．R-S同步觸發(fā)器解：答案為C。5．在總線中起數(shù)據(jù)暫存和緩沖作用的器件是。A．總線傳輸器B．三態(tài)門C．總線控制器D．總線緩沖器解：答案為D。6．為協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各部件的工作，需要來(lái)提供統(tǒng)一的時(shí)鐘。A．總線緩沖器B．時(shí)鐘發(fā)生器C．總線控制器D．操作命令發(fā)生器解：答案為B。7．邏輯表達(dá)式（A+B）.（A+B）可化簡(jiǎn)化（）（1）A（2）B（3）A（4）B（5）都不是解：答案為（2）B。把邏輯表達(dá)式展開并用公式進(jìn)行化簡(jiǎn)。8．正邏輯下的“或-非”門是負(fù)邏輯下的。A．“與”門B．“或”門C．“與-非”門D．“異或”門解：答案為C。三．填空題1．可編程序邏輯器件的PLD實(shí)際上是兩級(jí)結(jié)構(gòu)的器件。解：答案為“與”和“或”。2．計(jì)算機(jī)中常用的時(shí)序電路有、和等。解：答案為觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器和寄存器。3．是構(gòu)成時(shí)序電路的基礎(chǔ)。解：答案為觸發(fā)器。4．設(shè)“異或”門的二個(gè)輸入端為A和B，輸出為Y，當(dāng)A接1時(shí)，輸出為▁▁，當(dāng)A接0時(shí)，輸出為▁▁。解：答案為B，B。5．計(jì)算機(jī)中常用的組合邏輯電路有、等。解：答案為譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器。6．計(jì)算機(jī)中常用或來(lái)驅(qū)動(dòng)總線。解：答案集電極開路門、三態(tài)門。。7．當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP到來(lái)時(shí)，各觸發(fā)器的輸入端的數(shù)據(jù)可被鎖定至輸出端以備輸出的寄存器是。解：答案為并行寄存器。8．寄存器常用于乘、除法運(yùn)算中。解：答案為移位寄存器。因?yàn)槌朔ㄐ枰獙?duì)部分積和乘數(shù)進(jìn)行右移操作，除法要對(duì)被除數(shù)和余數(shù)進(jìn)行左移操作。四．綜合題1．設(shè)A，B，C是三個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼，用邏輯表達(dá)式寫出A＝B＝C的判斷條件。（提示：先畫出真值表）。解：設(shè)判斷函數(shù)為F，則F與A、B、C的關(guān)系用以下的真值表表示。ABCFABCF00011000001010100100110001101111由此可得到 F＝A．B．C＋A．B．C2．請(qǐng)畫出下列函數(shù)的真值表：F1(A,B,C)＝A·B＋B·CF2(A,B,C)＝A＋B＋C解：函數(shù)的真值表如下：ABCF1F2ABCF1F200001100010011110111010001101101101111113．試用三種基本門（與、或、非門）組成下列邏輯電路⑴異或門 ⑵同或門 ⑶與非門 ⑷或非門解：要先寫出這四種電路的邏輯表達(dá)式，再用三種基本電路搭接。F 以“與非”門為例，“與非”門的邏輯表達(dá)式是F＝A．B，故電路連接如左圖。其他三種情況的做法類似，略。&A B4．利用布爾代數(shù)的基本定律證明下列等式A＋B·C＝（A＋C）·（A＋B）⑵(A＋B＋C)·A＝0解：證明⑴等式右邊＝（ A＋C）·（A＋B）＝A·A＋A·B＋C·A＋C·BA＋A·B＋C·A＋C·BA·（1＋B）＋C·A＋C·BA·（1＋C）＋C·BA＋C·B＝等式左邊因此，A＋C·B＝（A＋C）·（A＋B）⑵用摩爾定理，等式左邊展開為 A·B·C·A＝A·A·B·C＝0＝右邊第3章信息表示與運(yùn)算基礎(chǔ)習(xí)題解析一、判斷題1．在數(shù)字計(jì)算機(jī)中所以采用二進(jìn)制是因?yàn)槎M(jìn)制的運(yùn)算最簡(jiǎn)單。答：正確。2．在所有的進(jìn)位計(jì)數(shù)制中，整數(shù)部分最低位的權(quán)都是 1。答：正確。3．某R進(jìn)位計(jì)數(shù)制，其左邊一位的權(quán)是其相鄰的右邊一位的權(quán)的答：正確。4．計(jì)算機(jī)表示的數(shù)發(fā)生溢出的根本原因是計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)有限。答：錯(cuò)誤。5．表示定點(diǎn)數(shù)時(shí)，若要求數(shù)值 0在計(jì)算機(jī)中唯一地表示為全答：正確。

R倍。0，應(yīng)采用補(bǔ)碼。6．浮點(diǎn)數(shù)的取值范圍由階碼的位數(shù)決定，而精度由尾數(shù)的位數(shù)決定。答：正確。7．CRC校驗(yàn)碼的生成和檢驗(yàn)大多采用軟件實(shí)現(xiàn)。答：正確。8．若浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)用補(bǔ)碼表示，那么規(guī)格化的浮點(diǎn)數(shù)是指尾數(shù)數(shù)值位的最高位是0（正數(shù)）或是1（負(fù)數(shù)）。答：正確