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计算机组成原理
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习习题题与与题题解解
（（11））
主讲：
赵青苹主讲：
赵青苹 王换招王换招
目目 录录
第一篇第一篇 概论概论
第一章第一章 计算机系统概论计算机系统概论
第二篇第二篇 计算机系统硬件结构计算机系统硬件结构
第三章第三章 系统总线系统总线
第四章第四章 存储器存储器
第五章第五章 输入输出系统输入输出系统
计算机系统概论计算机系统概论
第第 一一 章章
1. 1. 什么是什么是计算机系统计算机系统、计算机、计算机
硬件硬件和计算机和计算机软件软件？
硬件和软件哪？
硬件和软件哪
个个更重要更重要？
？
解：
解：
P3P3
计算机系统计算机系统————计算机硬件、计算机硬件、
软件和数据通信设备的物理或逻辑软件和数据通信设备的物理或逻辑
的的综合体综合体。
。
计算机硬件计算机硬件————计算机的计算机的物理物理
实体实体。
。
计算机软件计算机软件————计算机运行所计算机运行所
需的需的程序程序及相关资料。
及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相硬件和软件在计算机系统中相
互依存，缺一不可，因此互依存，缺一不可，因此同样重同样重
要要。
。
5. 5. 冯冯··诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点是什是什
么？
么？
解：
冯氏计算机的解：
冯氏计算机的特点特点是：
是：
P9P9
·· 由运算器、控制器、存储器、由运算器、控制器、存储器、
输入设备、输出设备输入设备、输出设备五大部件组成五大部件组成；；
·· 指令和数据以指令和数据以同一形式同一形式（二进（二进
制形式）存于存储器中；制形式）存于存储器中；
·· 指令由操作码、地址码指令由操作码、地址码两大部两大部
分分组成；组成；
·· 指令在存储器中指令在存储器中顺序存放顺序存放，通，通
常常自动顺序取出执行自动顺序取出执行；；
·· 以以运算器为中心运算器为中心（原始冯氏（原始冯氏
机）。
机）。
7. 7. 解释下列概念：
解释下列概念：
主机、主机、CPUCPU、、主存、存储单元、存主存、存储单元、存
储元件、存储基元、存储元、存储储元件、存储基元、存储元、存储
字、存储字长、存储容量、机器字字、存储字长、存储容量、机器字
长、指令字长。
长、指令字长。
解：
解：
P10P10
主机主机————是计算机硬件的是计算机硬件的主体主体
部分，部分，由由CPU+MMCPU+MM（（主存或内主存或内
存）组成；存）组成；
CPUCPU————中央处理器（机），中央处理器（机），
是计算机硬件的是计算机硬件的核心核心部件，部件，由运算由运算
器器++控制器控制器组成；组成；
主存主存————计算机中存放正在计算机中存放正在
运行的程序和数据的存储器，为计运行的程序和数据的存储器，为计
算机的主要工作存储器，可随机存算机的主要工作存储器，可随机存
取；取；
存储单元存储单元————可可存放一个机存放一个机
器字器字并并具有特定存储地址具有特定存储地址的存储单的存储单
位；位；
存储元件存储元件————存储一位二进存储一位二进
制信息制信息的物理元件，是存储器中最的物理元件，是存储器中最
小的存储单位，又叫小的存储单位，又叫存储基元存储基元或或存存
储元储元，，不能单独存取；不能单独存取；
存储字存储字————一个存储单元所一个存储单元所
存二进制代码的存二进制代码的逻辑单位逻辑单位；；
存储字长存储字长————一个存储单元一个存储单元
所存所存二进制代码的位数二进制代码的位数；；
存储容量存储容量————存储器中可存存储器中可存
二进制代码的二进制代码的总量总量；；
机器字长机器字长————CPUCPU能能同时处同时处
理理的数据位数；的数据位数；
指令字长指令字长————一条指令的一条指令的二二
进制代码进制代码位数；位数；
8. 8. 解释下列解释下列英文缩写的中文含英文缩写的中文含
义义：
：
CPUCPU、、PCPC、、IRIR、、CUCU、、ALUALU、、ACCACC、、
MQMQ、、XX、、MARMAR、、MDRMDR、、I/OI/O、、MIPSMIPS、、
CPICPI、、FLOPSFLOPS
解：
解：
CPUCPU————Central Processing Central Processing
UnitUnit，，中央处理机（器），中央处理机（器），见见77题；题；
PCPC————Program CounterProgram Counter，，程程
序计数器序计数器，，存放当前欲执行指令的地存放当前欲执行指令的地
址址，并可，并可自动计数形成下一条指令地自动计数形成下一条指令地
址址的计数器；的计数器；
IRIR————Instruction RegisterInstruction Register，，
指令寄存器指令寄存器，，存放当前正在执行的指存放当前正在执行的指
令令的寄存器；的寄存器；
CUCU————Control UnitControl Unit，，控制控制
单元单元（部件），控制器中（部件），控制器中产生微操产生微操
作命令序列作命令序列的部件，为控制器的核的部件，为控制器的核
心部件；心部件；
ALUALU————Arithmetic Logic Arithmetic Logic
UnitUnit，，算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元，运算器，运算器
中中完成算术逻辑运算完成算术逻辑运算的逻辑部件；的逻辑部件；
ACCACC————AccumulatorAccumulator，，累加累加
器器，运算器中运算前存放操作数、，运算器中运算前存放操作数、
运算后运算后存放运算结果存放运算结果的寄存器；的寄存器；
MQMQ————MultiplierMultiplier--Quotient Quotient
RegisterRegister，，乘商寄存器乘商寄存器，乘法运算，乘法运算
时时存放乘数存放乘数、除法时、除法时存放商存放商的寄存的寄存
器。
器。
XX————此字母没有专指的缩写此字母没有专指的缩写
含义，可以用作任一部件名，在此含义，可以用作任一部件名，在此
表示表示操作数寄存器操作数寄存器，即运算器中工，即运算器中工
作寄存器之一，用来作寄存器之一，用来存放操作数存放操作数；；
MARMAR————Memory Address Memory Address
RegisterRegister，，存储器地址寄存器存储器地址寄存器，内，内
存中用来存中用来存放欲访问存储单元地址存放欲访问存储单元地址
的寄存器；的寄存器；
MDRMDR————Memory Data Memory Data
RegisterRegister，，存储器数据缓冲寄存存储器数据缓冲寄存
器器，主存中用来，主存中用来存放存放从某单元从某单元读读
出出、或、或写入写入某存储单元某存储单元数据的寄存数据的寄存
器器；；
I/OI/O————Input/Output Input/Output
equipmentequipment，，输入输入//输出设备输出设备，为，为
输入设备和输出设备的总称，用于输入设备和输出设备的总称，用于
计算机计算机内部和外界信息的转换与传内部和外界信息的转换与传
送送；；
MIPSMIPS————Million Million
Instruction Per SecondInstruction Per Second，，每秒每秒
执行百万条指令数执行百万条指令数，为计算机运算，为计算机运算
速度指标的一种速度指标的一种计量单位计量单位；；
CPICPI————Cycle Per Cycle Per
InstructionInstruction，，执行一条指令所需执行一条指令所需
时钟周期数时钟周期数，计算机运算速度指标，计算机运算速度指标
计量单位计量单位之一；之一；
FLOPS——Floating
Point Operation Per
Second，每秒浮点运算次
数，计算机运算速度计量单位
之一。
10. 10. 指令和数据指令和数据都存于存储都存于存储
器中器中,,计算机如何计算机如何区分区分它们？
它们？
解：
计算机硬件主要解：
计算机硬件主要通过不通过不
同的时间段同的时间段来区分指令和数据，来区分指令和数据，
即：
即：
取指周期取指周期（或取指微程序）（或取指微程序）
取出的既为指令，取出的既为指令，执行周期执行周期（或（或
相应微程序）取出的既为数据。
相应微程序）取出的既为数据。
另外也可另外也可通过地址来源区通过地址来源区
分分，从，从PCPC指出的存储单元取出指出的存储单元取出
的是指令，由的是指令，由指令地址码指令地址码部分提部分提
供操作数地址。
供操作数地址。
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系系统统总总线线
第第三三章章
1.1. 什么是什么是总线总线？
总线传输有何？
总线传输有何
特点特点？
为了减轻总线负载，总线上的？
为了减轻总线负载，总线上的
部件部件应具备什么特点？
应具备什么特点？
解：
总线是解：
总线是多个部件共享多个部件共享的传的传
输部件；输部件；
总线传输的总线传输的特点特点是：
某一时刻是：
某一时刻
只能有一路信息在总线上传输，只能有一路信息在总线上传输，即分即分
时使用；时使用；
为了减轻总线负载，总线上的为了减轻总线负载，总线上的
部件应通过部件应通过三态驱动缓冲电路三态驱动缓冲电路与总线与总线
连通。
连通。
4. 4. 为什么要设置为什么要设置总线判优控总线判优控
制制？
常见的集中式总线控制有？
常见的集中式总线控制有几种几种？
？
各有何各有何特点特点？
哪种方式响应时间？
哪种方式响应时间最最
快快？
哪种方式对电路故障？
哪种方式对电路故障最敏感最敏感？
？
解：
总线判优控制解：
总线判优控制解决多个部解决多个部
件同时申请总线时的使用权分配问件同时申请总线时的使用权分配问
题题；；
常见的集中式总线控制有常见的集中式总线控制有三三
种种：
：
链式查询、计数器查询、独立请求；链式查询、计数器查询、独立请求；
特点：
特点：
链式查询方式连线简链式查询方式连线简
单，易于扩充，单，易于扩充，对电路故障最敏感对电路故障最敏感；；
计数器查询方式计数器查询方式优先级设置较灵活优先级设置较灵活，，
对故障不敏感，连线及控制过程较复对故障不敏感，连线及控制过程较复
杂；独立请求方式杂；独立请求方式判优速度最快判优速度最快，但，但
硬件器件用量大，连线多，成本较硬件器件用量大，连线多，成本较
高。
高。
5. 5. 解释下列概念解释下列概念：
总线的主：
总线的主
设备（或主模块）、总线的从设备设备（或主模块）、总线的从设备
（或从模块）、总线的传输周期和（或从模块）、总线的传输周期和
总线的通信控制。
总线的通信控制。
解：
解：
总线的主设备总线的主设备（主模块）（主模块）————
指一次总线传输期间，指一次总线传输期间，拥有总线控拥有总线控
制权制权的设备（模块）；的设备（模块）；
总线的从设备总线的从设备（从模块）（从模块）————
指一次总线传输期间，指一次总线传输期间，配合配合主设备主设备
完成传输的设备（模块），它只能完成传输的设备（模块），它只能
被动接受被动接受主设备发来的命令；主设备发来的命令；
总线的传输周期总线的传输周期————总总
线完成线完成一次完整而可靠的传一次完整而可靠的传
输输所需时间；所需时间；
总线的通信控制总线的通信控制————指指
总线传送过程中双方的总线传送过程中双方的时间时间
配合方式配合方式。
。
6. 6. 试试比较同步通信和异步通比较同步通信和异步通
信信。
。
解：
解：
同步通信同步通信————由统一时钟控制由统一时钟控制
的通信的通信，控制方式简单，灵活性，控制方式简单，灵活性
差，当系统中各部件工作速度差异差，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。
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；适合于速度差别不大的场合；
异步通信异步通信————不由统一时钟控不由统一时钟控
制的通信，制的通信，部件间部件间采用应答方式采用应答方式进进
行联系，控制方式较同步复杂，灵行联系，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差异较大时，有利于提高总线工作
效率。
效率。
8. 8. 为什么说为什么说半同步通信同半同步通信同
时保留时保留了同步通信和异步通信的了同步通信和异步通信的
特点？
特点？
解：
解：
半同步通信半同步通信既能像既能像同步通信同步通信
那样那样由统一时钟控制由统一时钟控制，又能像，又能像异异
步通信步通信那样那样允许传输时间不一允许传输时间不一
致致，，因此因此工作效率介于两者之工作效率介于两者之
间间。
。
10. 10. 为什么要设置为什么要设置总线标总线标
准准？
你知道目前？
你知道目前流行的总线标准流行的总线标准
有哪些？
什么叫有哪些？
什么叫plug and plug and
playplay？
？
哪些总线有哪些总线有这一特点？
这一特点？
解：
解：
总线标准的设置总线标准的设置主要解决不主要解决不
同厂家各类模块化产品的同厂家各类模块化产品的兼容兼容问问
题；题；
目前流行的总线标准有：
目前流行的总线标准有：
ISAISA、、EISAEISA、、PCIPCI等；等；
plug and playplug and play————即插即即插即
用用，，EISAEISA、、PCIPCI等具有此功能。
等具有此功能。
11. 11. 画一个具有画一个具有双向传输功能的总线双向传输功能的总线逻辑逻辑
图。
图。
解：
此题实际上是要求设计一个解：
此题实际上是要求设计一个双向总线收双向总线收
发器发器，，设计要素为设计要素为三态三态、、方向、使能方向、使能等控制功能等控制功能
的实现，可参考的实现，可参考7474LS245LS245等总线缓冲器芯片内部等总线缓冲器芯片内部
电路。
电路。
逻辑图逻辑图如下：
如下：
（（nn位）位）
G
DIR A1B1
AnBn
………………………… ……
12. 12. 设数据总线上接有设数据总线上接有AA、、
BB、、CC、、DD四个寄存器，要求选用四个寄存器，要求选用
合适的合适的7474系列芯片系列芯片，完成下列逻，完成下列逻
辑设计：
辑设计：
（（11））设计一个电路，在同一时设计一个电路，在同一时
间实现间实现DD→→AA、、DD→→BB和和DD→→CC寄存寄存
器间的传送；器间的传送；
（（22））设计一个电路，实现下列设计一个电路，实现下列
操作：
操作：
T0T0时刻完成时刻完成DD→→总线；总线；
T1T1时刻完成时刻完成总线总线→→AA；；
T2T2时刻完成时刻完成AA→→总线；总线；
T3T3时刻完成时刻完成总线总线→→BB。
。
解：
解：
（（11）采用）采用三态输出三态输出的的DD型寄存器型寄存器
7474LSLS374374做做AA、、BB、、CC、、DD四个寄存器，其四个寄存器，其
输出可直接挂总线输出可直接挂总线。
。
AA、、BB、、CC三个寄存三个寄存
器的输入器的输入采用同一脉冲打入采用同一脉冲打入。
注意。
注意--OEOE为为
电平控制电平控制，与打入脉冲间的时间配合关系，与打入脉冲间的时间配合关系
为：
为：
--OEOE：
：
CPCP：
：
令：
令：
BUSBUS?
?
A=BUSA=BUS?
?
B=BUSB=BUS?
?
C=CPC=CP；；
DD?
?
BUS= BUS= --OEOE；；
当当CPCP前沿到来时，将前沿到来时，将DD?
?
AA、、BB、、CC。
。
现以现以88位总线为例，设计此电路，如下图示：
位总线为例，设计此电路，如下图示：
数据总线数据总线
D7D7D0D0
BUSBUS?
?
AA
1Q 1Q 8Q8Q
OE OE
1D 8D1D 8D
374374
DD
1Q 1Q 8Q8Q
OE OE
1D 8D1D 8D
374374
AA
1Q 1Q 8Q8Q
OE OE
1D 8D1D 8D
374374
BB
1Q 1Q 8Q8Q
OE OE
1D 8D1D 8D
374374
CC
BUSBUS?
?
CCBUSBUS?
?
BB BUSBUS?
?
DD
DD?
?
BUSBUSCC?
?
BUSBUSBB?
?
BUSBUSAA?
?
BUSBUS
（（22）寄存器设置同（）寄存器设置同（11），由于本），由于本
题中发送、接收不在同一节拍，因此总题中发送、接收不在同一节拍，因此总
线需设线需设锁存器缓冲锁存器缓冲，锁存器采用，锁存器采用
7474LS373LS373（（电平使能输入）。
节拍、脉电平使能输入）。
节拍、脉
冲配合关系如下：
冲配合关系如下：
时钟：
时钟：
CLKCLK：
：
节拍电平：
节拍电平：
TiTi：
：
打入脉冲：
打入脉冲：
PiPi：
：
图中，脉冲图中，脉冲包包在电平中，为了在电平中，为了留有留有
较多的较多的传送时间，脉冲设置在靠近电平传送时间，脉冲设置在靠近电平后后
沿处沿处。
。
节拍、脉冲分配逻辑如下：
节拍、脉冲分配逻辑如下：
二位二位
格雷格雷码同码同
步计步计
数器数器
11 &&&&&&&&
111111
G Y0G Y0Y1Y1
1/21391/2139Y2Y2
A A B Y3B Y3
11
CLKCLK
P0P0P1P1P2P2P3P3
T0T0T1T1T2T2T3T3
--T0T0--T1T1--T2T2
--T3T3
节拍、脉冲时序图如下：
节拍、脉冲时序图如下：
时钟：
时钟：
CLKCLK：
：
输出：
输出：
T0T0：
：
T1T1：
：
T2T2：
：
T3T3：
：
输入：
输入：
P0P0：
：
P1P1：
：
P2P2：
：
以以88位总线为例，电路设计如下：
位总线为例，电路设计如下：
（图中，（图中，AA、、BB、、CC、、DD四个寄存器与数据总线的连接四个寄存器与数据总线的连接
方法同上。
）方法同上。
）
>=1>=1
1Q 1Q 8Q8Q
OE OE
1D 8D1D 8D
374374
AA
1Q 1Q 8Q8Q
OE OE
1D 8D1D 8D
374374
BB
BUSBUS?
?
BB
DD?
?
BUSBUSCC?
?
BUSBUSBB?
?
BUSBUSAA?
?
BUSBUS
BUSBUS?
?
AA
1Q 1Q 8Q8Q
OE OE
1D 8D1D 8D
374374
DD
BUSBUS?
?
DD
1Q 1Q 8Q8Q
OE G OE G
1D 1D 8D8D
373373
1Q 1Q 8Q8Q
OE OE
1D 8D1D 8D
BUSBUS?
?
CC
374374
CC
>=1>=1
T1 T3 T0 T2T1 T3 T0 T2
数据总线（数据总线（D7~D0D7~D0））
令：
令：
AA?
?
BUS = BUS = --T2T2
DD?
?
BUS = BUS = --T0T0
BUSBUS?
?
A = P1A = P1
BUSBUS?
?
B = P3B = P3
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存存 储储 器器
第第四四章章
4. 4. 说明存取周期和存取时间的说明存取周期和存取时间的区区
别别。
。
解：
存取周期和存取时间的主要解：
存取周期和存取时间的主要区区
别别是：
是：
存取时间仅为完成一次操作的时存取时间仅为完成一次操作的时
间间，而存取周期不仅包含操作时间，还，而存取周期不仅包含操作时间，还
包含操作后线路的包含操作后线路的恢复时间恢复时间。
即：
。
即：
存取周期存取周期= = 存取时间存取时间+ + 恢复时间恢复时间
5. 5. 什么是存储器的什么是存储器的带宽带宽？
若存储器？
若存储器
的数据总线宽度为的数据总线宽度为3232位，存取周期为位，存取周期为
200200nsns，，则存储器的带宽是多少？
则存储器的带宽是多少？
解：
存储器的带宽指解：
存储器的带宽指单位时间内从单位时间内从
存储器进出信息的最大数量存储器进出信息的最大数量。
。
存储器带宽存储器带宽= 1/200= 1/200ns X 32ns X 32位位
= 160= 160MM位位//秒秒= 20= 20MB/S = 5MMB/S = 5M字字//秒秒
6. 6. 某机字长为某机字长为3232位，其存储容量位，其存储容量
是是6464KBKB，，按字编址按字编址它的寻址范围是多它的寻址范围是多
少？
若主存少？
若主存以字节编址以字节编址，试画出主存字，试画出主存字
地址和字节地址的分配情况。
地址和字节地址的分配情况。
解：
存储容量是解：
存储容量是6464KBKB时，时，按字节按字节
编址的寻址范围就是编址的寻址范围就是6464KBKB，，则：
则：
按字寻址范围按字寻址范围= 64= 64KX8 / 32=16KKX8 / 32=16K
字字
按字节编址时的主存地址分配图如按字节编址时的主存地址分配图如
下：
下：
00 11 22 3
……………………
665544
65534655346553265532
77
……………………
65535655356553365533
字地址字地址 HB HB ——————————字节地址字节地址——————————LBLB
004488
…………
6552865528
6553265532
7. 7. 一个容量为一个容量为1616KX32KX32位的存储位的存储
器，其器，其地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和是多少？
是多少？
当选用下列不同规格的存储芯片时，各当选用下列不同规格的存储芯片时，各
需要多少片？
需要多少片？
11KX4KX4位，位，22KX8KX8位，位，44KX4KX4位，位，
1616KX1KX1位，位，44KX8KX8位，位，88KX8KX8位位
解：
解：
地址线和数据线的总和地址线和数据线的总和= 14 + 32 = 46= 14 + 32 = 46
根根；；
各需要的片数为：
各需要的片数为：
11KX4KX4：
：
16KX3216KX32 // 1KX4 = 16X8 = 1KX4 = 16X8 = 128128
片片22KX8KX8：
：
16KX32 16KX32 / / 2KX8 = 8X4 = 2KX8 = 8X4 = 3232片片
44KX4KX4：
：
16KX32 16KX32 // 4KX4 = 4X8 = 4KX4 = 4X8 = 32
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