组成原理作业1.docx
《组成原理作业1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组成原理作业1.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
组成原理作业1
组成原理作业1
第1章计算机系统概论 1.什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？
硬件和软件哪个更重要？
解：
P3 计算机系统：
计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：
指计算机中的电子线路和物理装置。
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。
2.如何理解计算机的层次结构？
答：
计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。
硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。
系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。
应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。
通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。
各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。
3.说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。
答：
机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。
高级语言编写的程序处于最高层，必须翻译成汇编语言，再汇编程序汇编成机器语言之后才能被执行。
4.如何理解计算机组成和计算机体系结构？
答：
计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。
计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。
5.冯?
诺依曼计算机的特点是什么？
解：
冯?
诺依曼计算机的特点是：
P8 ?
计算机运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；?
指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；?
指令和数据均用二进制表示； ?
指令操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表 示操作数在存储器中的位置； ?
指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；?
机器以运算器为中心。
6.画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。
答：
计算机硬件组成框图如下：
控制器运算器CPU存储器接口接口输入设备主机外设输出设备 各部件的作用如下：
控制器：
整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。
运算器：
对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。
存储器：
存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础。
输入设备：
将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。
输出设备：
将计算机处理的结果转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。
计算机系统的主要技术指标有：
机器字长：
指CPU一次能处理的数据的位数。
通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
机器字长也会影响计算机的运算速度。
数据通路宽度：
数据总线一次能并行传送的数据位数。
存储容量：
指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。
一般包含主存容量和辅存容量。
运算速度：
通常用MIPS、MFLOPS或CPI来衡量。
CPU执行时间是指CPU对特定程序的执行时间。
主频：
机器内部主时钟的运行频率，是衡量机器速度的重要参数。
吞吐量：
指流入、处理和流出系统的信息速率。
它主要取决于主存的存取周期。
响应时间：
计算机系统对特定事件的响应时间，如实时响应外部中断的时间等。
7.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：
P9-10 主机：
是计算机硬件的主体部分，CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：
中央处理器，是计算机硬件的核心部件，运算器和控制器组成；。
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；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：
一个存储单元所存储的二进制代码的总位数。
存储容量：
存储器中可存二进制代码的总量；。
机器字长：
指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长：
机器指令中二进制代码的总位数。
8.解释下列英文缩写的中文含义：
CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：
全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。
CPU：
CentralProcessingUnit，中央处理机，是计算机硬件的核心部件，主要运算器和控制器组成。
PC：
ProgramCounter，程序计数器，其功能是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。
IR：
InstructionRegister，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。
CU：
ControlUnit，控制单元，为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。
ALU：
ArithmeticLogicUnit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。
ACC：
Accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。
MQ：
Multiplier-QuotientRegister，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：
MemoryAddressRegister，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。
MDR：
MemoryDataRegister，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。
I/O：
Input/Outputequipment，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：
MillionInstructionPerSecond，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。
9.画出主机框图，分别以存数指令“STAM”和加法指令“ADDM”为例，在图中按序标出完成该指令的信息流程。
假设主存容量为256M*32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，指出图中各寄存器的位数。
解：
主机框图如P13图所示。
STAM指令：
PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR， OP（IR）→CU，Ad（IR）→MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR 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 假设主存容量256M*32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，ACC、X、IR、MDR寄存器均为32位，PC和MAR寄存器均为28位。
10.指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？
解：
计算机区分指令和数据有以下2种方法：
?
通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段取出的为指令，在执行指令阶段取出的即为数据。
?
通过地址来源区分，PC提供存储单元地址的取出的是指令，指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。
第3章系统总线 1.什么是总线？
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？
答：
P41.总线是一种能多个部件分时共享的公共信息传送线路。
总线传输的特点是：
某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。
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。
2.总线如何分类？
什么是系统总线？
系统总线又分为几类，它们各有何作用，是单向的，还是双向的，它们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？
答：
按照连接部件的不同，总线可以分为片内总线、系统总线和通信总线。
系统总线是连接CPU、主存、I/O各部件之间的信息传输线。
系统总线按照传输信息不同又分为地址线、数据线和控制线。
地址线是单向的，其根数越多，寻址空间越大，即CPU能访问的存储单元的个数越多；数据线是双向的，其根数与存储字长相同，是机器字长的整数倍。
3.常用的总线结构有几种？
不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？
举例说明。
答：
略。
见P52-55。
4.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？
答：
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、计数器定时查询、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；计数器定时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；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。
5.解释下列概念：
总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备、总线的从设备、总线的传输周期和总线的通信控制。
答：
P46。
总线宽度：
通常指数据总线的根数； 总线带宽：
总线的数据传输率，指单位时间内总线上传输数据的位数；总线复用：
指同一条信号线可以分时传输不同的信号。
总线的主设备：
指一次总线传输期间，拥有总线控制权的设备；总线的从设备：
指一次总线传输期间，配合主设备完成数据传输的设备，它只能被动接受主设备发来的命令； 总线的传输周期：
指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。
6.试比较同步通信和异步通信。
答：
同步通信：
指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：
指没有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。
7.画图说明异步通信中请求与回答有哪几种互锁关系？
答：
见P61-62，图。
8.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？
答：
半同步通信既能像同步通信那样统一时钟控制，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。
9.分离式通讯有何特点，主要用于什么系统？
答：
分离式通讯的特点是：
各模块欲占用总线使用权都必须提出申请；在得到总线使用权后，主模块在先定的时间内向对方传送信息，采用同步方式传送，不再等待对方的回答信号；各模块在准备数据的过程中都不占用总线，使总线可接受其它模块的请求；总线被占用时都在做有效工作，或者通过它发送命令，或者通过它传送数据，不存在空闲等待时间，充分利用了总线的占用，从而实现了总线在多个主、从模块间进行信息交叉重叠并行传送。
分离式通讯主要用于大型计算机系统。
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plugandplay？
哪些总线有这一特点？
答：
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； plugandplay：
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。
答：
在总线的两端分别配置三态门，就可以使总线具有双向传输功能。
a0a1anb0b1bna至bb至a 12.设数据总线上接有A、B、C、D四个寄存器，要求选用合适的74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D→A、D→B和D→C寄存器间的传送；设计一个电路，实现下列操作：
T0时刻完成D→总线；T1时刻完成总线→A；T2时刻完成A→总线； T3时刻完成总线→B。
解：
T打开三态门将D寄存器中的内容送至总线bus，cp脉冲同时将总线上的数据打入到A、B、C寄存器中。
T和cp的时间关系如图所示。
cp脉冲ABC总线busT三态门TcpD图 三态门1受T0＋T1控制，以确保T0时刻D→总线，以及T1时刻总线→接收门1→A。
三态门2受T2＋T3控制，以确保T2时刻A→总线，以及T3时刻总线→接收门2→B。
T0、T1、T2、T3波形图如图所示。
A接收门1三态门2CPT0T1T2+T3T1T2T3BUS三态门1T0+T1接收门2T3DB 图
（2） 13.什么是总线的数据传输率，它与哪些因素有关？
答：
总线数据传输率即总线带宽，指单位时间内总线上传输数据的位数，通常用每秒传输信息的字节数来衡量。
它与总线宽度和总线频率有关，总线宽度越宽，频率越快，数据传输率越高。
14.设总线的时钟频率为8MHZ，一个总线周期等于一个时钟周期。
如果一个总线周期中并行传送16位数据，试问总线的带宽是多少？
解：
于：
f=8MHz,T=1/f=1/8M秒，一个总线周期等于一个时钟周期 所以：
总线带宽=16/=128Mbps 15.在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHZ，假设总线最短传输周期为4个时钟周期，试计算总线的最大数据传输率。
若想提高数据传输率，可采取什么措施？
解：
总线传输周期=4*1/66M秒 总线的最大数据传输率=32/（4/66M）=528Mbps 若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、增大总线宽度或者减少总线传输周期包含的时钟周期个数。
16.在异步串行传送系统中，字符格式为：
1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。
若要求每秒传送120个字符，试求传送的波特率和比特率。
解：
一帧包含：
1+8+1+2=12位 故波特率为：
*120=1440bps 比特率为：
8*120=960bps 第4章存储器 1.解释概念：
主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、FlashMemory。
答：
主存：
主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。
CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。
辅存：
辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。
Cache：
高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。
RAM：
半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。
SRAM：
静态半导体随机存取存储器。
DRAM：
动态半导体随机存取存储器。
ROM：
掩膜式半导体只读存储器。
芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。
PROM：
可编程只读存储器，用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。
EPROM：
紫外线擦写可编程只读存储器。
需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。
擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。
EEPROM：
电擦写可编程只读存储器。
CDROM：
只读型光盘。
FlashMemory：
闪速存储器。
或称快擦型存储器。
2.计算机中哪些部件可以用于存储信息？
按速度、容量和价格/位排序说明。
答：
计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可以用于存储信息。
按速度高至低排序为：
寄存器、Cache、主存、硬盘；按容量小至大排序为：
寄存器、Cache、主存、硬盘；按价格/位高至低排序为：
寄存器、Cache、主存、硬盘。
3.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硬件自动完成。
而主存与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分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大得多的虚拟地址空间编程，当程序运行时，再软、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。
4.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 5.什么是存储器的带宽？
若存储器的数据总线宽度为32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/秒=5M字/秒注意：
字长32位，不是16位。
6.某机字长为32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64K， 如按字编址，其寻址范围为：
64K/=16K 字节地址字地址0000H0001H0002H0003H0004H0005H0006H0007H0008H0009H0000H0001H0002H主存字地址和字节地址的分配情况：
如图 7.一个容量为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； 选择不同的芯片时，各需要的片数为：
1K×4：
/=16×8=128片2K×8：
/=8×4=32片4K×4：
/=4×8=32片16K×1：
/=1×32=32片4K×8：
/=4×4=16片8K×8：
/=2×4=8片 8.试比较静态RAM和动态RAM。
答：
略。
9.什么叫刷新？
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；
字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求：
磁盘存储器的存储容量。
最高位密度和最低位密度。
磁盘数据传输率。
平均等待时间。
解：
存储容量=275道×12288B/道×4面=13516800B 最高位密度=12288B/=17B/mm=136位/mm 最大磁道直径=230mm+2×275道/（5道/mm）=230mm+110mm=340mm 最低位密度=12288B/（?
×340）=11B/mm=92位/mm磁盘数据传输率=12288B×3000转/分=12288B×50转/秒=614400B/s平均等待时间=1s/50/2=10ms 第5章输入输出系统 1.I/O有哪些编址方式？
各有何特点？
解：
常用的I/O编址方式有两种：
I/O与内存统一编址和I/O独立编址。
特点：
I/O与内存统一编址方式的I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式，I/O设备和主存占用同一个地址空间，CPU可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O指令。
I/O独立编址方式时机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地址编码，此时I/O地址与主存地址是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址空间。
2.简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用哪几种联络方式？
它们分别用于什么场合？
答：
CPU与I/O之间传递信息常采用三种联络方式：
直接控制、同步、异步。
适用场合分别为：
直接控制适用于结构极简单、速度极慢的I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须联络信号。
同步方式采用统一的时标进行联络，适用于CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。
异步方式采用应答机制进行联络，适用于CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
6.字符显示器的接口电路中配有缓冲存储器和只读存储器，各有何作用？
解：
显示缓冲存储器的作用是支持屏幕扫描时的反复刷新；只读存储器作为字符发生器使用，他起着将字符的ASCII码转换为字形点阵信息的作用。
8.某计算机的I/O设备采用异步串行传送方式传送字符信息。
字符信息的格式为1位起始位、7位数据位、1位校验位和1位停止位。
若要求每秒钟传送480个字符，那么该设备的数据传送速率为多少？
解：
480×10=4800位/秒=4800波特 波特——是数据传送速率波特率的单位。
10.什么是I/O接口，与端口有何区别?
为什么要设置I/O接口？
I/O接口如何分类？
解：
I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连接部件，而端口是指I/O接口内CPU能够访问的寄存器，端口加上相应的控制逻辑即构成I/O接口。
I/O接口分类方法很多，主要有：
按数据传送方式分有并行接口和串行接口两种； 按数据传送的控制方式分有程序控制接口、程序中断接口、DMA接口三种。
12.结合程序查询方式的接口电路，说明其工作过程。
解：
程序查询接口工作过程如下：
1）CPU发I/O地址设备开始工作；地址总线?
接口?
设备选择器译码?
选中?
发SEL信号；2）CPU发启动命令DBR?
开命令接收门；?
D置0，B置1?
接口向设备发启动命令；3）CPU等待，输入设备读出数据；4）外设工作完成，B置0，D置1；5）准备就绪信号?
接口?
完成信号?
控制总线?
CPU；6）输入：
CPU通过输入指令将DBR中的数据取走。
若为输出，除数据传送方向相反以外，其他操作与输入类似。
工作过程如下：
开命令接收门；?
选中，发SEL信号?
设备选择器译码?
接口?
地址总线?
1）CPU发I/O地址2）输出：
CPU通过输出指令将数据放入接口DBR中；设备开始工作；?
接口向设备发启动命令?
D置0，B置1?
3）CPU发启动命令 4）CPU等待，输出设备将数据从DBR取走；B置0，D置1；?
接口?
5）外设工作完成，完成信号CPU，CPU可通过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。
?
控制总线?
6）准备就绪信号。
13.说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。
解：
中断向量地址和入口地址的区别：
向量地址是硬件电路产生的中断源的内存地址编号，中断入口地址是中断服务程序首址。
中断向量地址和入口地址的联系：
中断向量地址可理解为中断服务程序入口地址指示器，通过它访存可获得中断服务程序入口地址。
（两种方法：
在向量地址所指单元内放一条JMP指令；主存中设向量地址表。
参考） 14.在什么条件下，I/O设备可以向CPU提出中断请求？
解：
I/O设备向CP
升级会员 