《计算机组成原理》作业答案.docx

1、计算机组成原理作业答案计算机组成原理作业11、下面给出的几个十进制的数化成二进制的数（无法精确表示时，小数点后取3位）、八进制的数、十进制的数：参考答案：十进制数 二进制数 八进制数 十六进制数 7+3/4 -23/64 -0.010111 -0.27 27.5 11011.1 33.4 1B.8 2、下面给出的几种不同进制（以下标形式给出在右括号之后）的数化成十进制的数：（10100101）2， -（101101111.101）2，（23.47）8，-（1A3C.D）16参考答案：(1010.0101) 2 = (10.3125)10 - (101101111.101) 2 = -(357.

2、625)10 (23.47) 8 = (19+39/64)10 - (1A3C.D) 16 = -(6716+13/16)103、写出下面两组数的原、反、补码表示，并用补码计算每组数的和、差。双符号位的作用是什么？它只出现在什么电路之处？X=0.1101 Y=-0.0111 X=10111101 Y=-00101011参考答案：十进制数 原码表示 反码表示 补码表示 X+Y X-Y 0.1101 00 1101 00 1101 00 1101 00 0110 01 1100 -0.0111 11 0111 11 1000 11 1001 0.0110 溢出 10111101 00 101111

3、01 00 10111101 00 10111101 00 10010010 (和) -00101011 11 00101011 11 11010100 11 11010101 00 11101000 (差)双符号位用于简化补码加减运算时的判别溢出，它只出现在ALU的符号运算之处。4、解释定点运算器的功能和组成部件？以Am2901芯片为实例，来介绍定点运算器的有关知识，你的认可程度如何？参考答案：定点运算器主要完成对整型数据、逻辑型数据的算术与逻辑运算功能。为了快速地完成数据运算，它至少应该由下述功能部件电路组成。算术与逻辑运算部件（ALU），它在给出运算结果的同时，还给出结果的某些特征，如溢

4、出否、有无进位、结果是否为零、为负等。能被汇编程序员直接访问与使用的通用寄存器。能自行左右移位的乘商寄存器。多路选择器。接受外部数据和送出运算结果的逻辑电路。Am2901芯片是一个4位的位片结构的运算器部件，该芯片由四大部分组成：4位的算术逻辑运算部件（ALU），它的输出为F，两路输入分别标记为R和S，最低位进位信号Cn，它能实现3种算术运算、5种逻辑运算功能。16个4位通用寄存器组成的寄存器组，它是一个用双端口（A口和B口）控制读出、单端口（B口）控制写入的部件。一个4位Q寄存器，主要用于实现硬件的乘除法指令，能对本身的内容完成左、右移位功能，能接受ALU的输出，输出送到ALU的S输入端。5

5、组多路数据选择器电路，每组都由4套电路组成，一套电路对应一个数据位，通过它们实现芯片内部上述3个组成部分之间的连接。5、以教学计算机为例，说明应如何控制与操作运算器完成指定的数据运算、传送功能，为什么必须在Am2901 芯片之外解决向运算器提供最低位的进位输入信号，最低、最高位的移位输入信号，以及状态位的接收与记忆问题。设计完成如下操作功能的操作步骤和必须提供的信号：把戏100送入RO， RO的内容送入RI，完成RO-RI并存入RO R1的内容减1R1的内容送入Q R1和Q与C联合右移一位。参考答案：在教学计算机中, 为控制运算器完成指定的数据运算、传送功能，必须给出要用的数据组合、ALU要完

6、成的运算功能、和对运算结果的保存及送出办法；选择送到ALU最低位的进位信号的状态，如何处理最高、最低位的移位信号的状态，是否保存运算结果的特征位信号等问题，都要依据指令执行的实际需求来处理，不是运算器内部功能所能包含的，故只能到Am2901芯片之外来解决。 予 期 功 能 控 制 信 号 I8-6 I5-3 I2-0 SST A地址 B地址 SCi SSH R0 100(64H) 011 000 111 001 不用 0000 00 00 R1 R0 011 000 100 001 0000 0001 00 00 R0 R0-R1 011 001 001 001 0001 0000 00 00

7、 R1 R1-1 010 001 011 001 不用 0001 01 00 Q R1 000 000 100 001 0001 不用 00 00 与Cy联合右移 R1Q R1Q 100 000 011 001 0001 0001 00 10 控制的作用 Y的输出 运算 运算 状态 选A口 选B口 最低位 移位 通用与Q寄存 功能 数据 寄存器 数据 数据 进位 控制 寄存器的接收 注意：最后一项操作中，移入通用寄存起R1最高位的不是状态触发器C的值，而是ALU运算的符号位Cy的值，通用寄存器和Q联合右移时，不能支持与C的循环移位。2112-10（此处的数均为二进制），在下使用隐藏位的情况下，

8、回答下列问题：浮点数阶码用4位移码、尾数用8位原码表示（含符号位），写出该浮点数能表示的绝对值最大、最小的（正数和负数）数值；写出X、Y的下确的浮点数表示（注意，此处预设了个小陷阱）；计算X+Y；计算XY参考答案：参照模拟试题中对浮点数的运算过程完成本题运算，最终运算结果为：（1）最大的正数 0.1111111*27 , 最小的正数 0.1000000*2 -7 绝对值最大的负数 -1*27 ,000000*2 -7（2）X浮： 0 1 010 1100110 , Y浮： 0 0 110 1101101 符号位 阶码 尾数 符号位 阶码 尾数（3）X+Y= 0.*2+010（4）+000计算机

9、组成原理作业21、计算机指令中要用到的操作数一般可以来自哪些部件？如何在指令中表示这些操作数的地址？通常使用哪些寻址方式？参考答案：指令中要用到的操作数一般可以来自以下三个部件：CPU内部的通用寄存器，此时应在指令中给出用到的寄存器编号（寄存器名）；外围设备（接口）中的一个寄存器，通常用设备编号或设备入出端口地址、或设备映像地址（与内存储器地址统一编址的一个设备地址编号）来表示；内存储器的一个存储单元，此时应在指令中给出该存储单元的地址。计算机的寻址方式：1. 立即数寻址：操作数直接给出在指令字中，即指令字中直接给出的不同再是操作数地址，而是操作数本身。2. 直接寻址：操作数地址字段直接给出操

10、作数在存储器中的地址。3. 寄存器寻址：指令字中直接给出操作数所在的通用寄存器的编号。4. 寄存器间接寻址：指令字中给出通用寄存器的编号，在寄存器中给出的不是一个操作数，而是操作数地址时，就可以用这一地址去读写存储器。5. 变址寻址：指令字中给出的一个数值（变址偏移量）与指定的一个寄存器（变址寄存器）的内容相加之和作为操作数的地址，用于读写存储器。6. 相对寻址：指令字中给出的一个数值（相对寻址偏移量）与程序计数器PC的内容相加之和作为操作数的地址或转移指令的转移地址。7. 基地址寻址：把在程序中所用的地址与一个特定的寄存器（基地址寄存器）的内容相加之和作为操作数的地址或指令的地址。8. 间接

11、寻址：指令字的地址字段给出的既不是一个操作数的地址，也不是下一条指令的地址，而是一个操作数地址的地址，或一条指令地址的地址。9. 堆栈寻址：堆栈是存储器中一块特定的按“后进先出”原则管理的存储区，该存储区中被读写单元的地址是用一个特定的寄存器命同的，该寄存器被称为堆栈指针（SP）。如果有些指令，其操作码部分已经指明一个操作数为堆栈中的一个单元的内容，则它已经约定将使用SP访问该单元，故不必在指令的操作数地址字段中另加说明。2、什么是形式地址？简述对变址寻址、相对寻址、基地址寻址应在指令中给出些什么信息？如何得到相应的实际（有效）地址？各自有什么样的主要用法？参考答案：表示在指令中的操作数地址，

12、通常被称为形式地址；用这种形式地址并结合某些规则，可以计算出操作数在存储器中的存储单元地址，这一地址被称为物理地址。变址寻址：指令字中给出的一个数值（变址偏移量）与指定的一个寄存器（变址寄存器）的内容相加之和作为操作数的地址，用于读写存储器。主要适合于处理数组型数据。相对寻址：指令字中给出的一个数值（相对寻址偏移量）与程序计数器PC的内容相加之和作为操作数的地址或转移指令的转移地址。与变址寻址的区别是，计算实际地址所用的寄存器已确定为PC，故无须再在指令中指定；而变址寻址中的可用的变址寄存器往往有多个，通常要在指令中指定本次要使用哪一个。主要用于指令转移。基地址寻址：把在程序中所用的地址与一个

13、特定的寄存器（基地址寄存器）的内容相加之和作为操作数的地址或指令的地址。主要用于为多道程序或浮动地址程序定位存储器空间。基地址寄存器中的值是由系统程序用特权指令设定的，用户不能在自己的程序对其进行修改。3、用教学机的指令系统，设计一个程序，实现从键盘读入无符号的整型数据，到计算机内转达换成二进制数并保存在累加器RO中，要求有适当的检查各种操作错误的能力。参考答案：A20402040MVRD R2 , 0030 ;用于判断数字字符的下界值2041MVRD R3 , 0039; 用于判断数字字符的上界值2042MVRD R4 , 00002043IN 81 ;以下4句检查有无键盘输入2044SHR

14、 R02045SHR R02046JRNC 20432047IN 80 ;把从键盘输入的一个字符读到R0的低位字节2048INC R4 ;记录输入的数字个数2049MVRD R1 , 00FF2050AND R0 , R12051CMP R0 , R2 ;判输入的字符字符9否2054JRNC 2098 ; 是，则转到程序处理2055CMP R0 , 0030 ;以下语句是将数字字符转成数值2056JRNZ 20592057MVRD R5 , 00002058JMPA 20952059CMP R0 , 00312060JRNZ 20622061MVRD R5 , 00012062JMPA 209

15、52063CMP R0 , 00322064JRNZ 20662065MVRD R5 , 00022066JMPA 20952067CMP R0 , 00302068JRNZ 20702069MVRD R5 , 00032070JMPA 20952071CMP R0 , 00302072JRNZ 20742073MVRD R5 , 00042074JMPA 20952075.2095 PUSH R52096 JMPA 2043 ;转去程序前边2043处等待下一个字符2097 DEC R4 ;去掉非数字输入2098 JRZ xxxx(RET) ;无输入退出2099 MVRD R2 , 12100

16、 POP R02101 DEC R42102 JRZ xxxx(RET) ;转换完毕退出2103 POP R12104 R0加R1乘10，跳转到2100，R0加R1乘 100，跳转到2100，.xxxx RET4.简述计算机的控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和组合逻辑的控制器在组成和运行原理方面的相同、不同之处表现在哪些方面？参考答案：计算机的控制器的功能是向整机每个部件提供协同运行所需要的控制信号。是依据当前正在执行的指令和它所处的执行步骤，形成并提供出在这一时刻整机各部件要用到的控制信号。控制器的基本组成：1. 程序计数器（PC）：能提供指令在内存中的地址的部件，服务于读取指令，并接

17、收下条要执行的指令地址；2. 指令寄存器（IR）：能保存读来的指令内容的部分，以保存本指令执行的整个过程中要用到的指令本身的主要信息；3. 脉冲源和启停控制逻辑：是指令执行的步骤标记线路，它标记出每条指令的各执行步骤的相对次序关系；4. 时序控制信号的产生部件：依据指令内容、指令的执行步骤（时刻），也许还有些别的什么条件信号，来形成并提供出当前各部件本时刻要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，产生预期的执行结果，也就是执行一条又一条的指令。组合逻辑的控制器和和程序的控制器是计算机中两种不同类型的控制器,其共同点是:基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控

18、制信号,组成部分都有程序计数器PC,指令寄存器IR,都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能;不同点主要表现在处理指令执行步骤办法,提供控制信号的方案不一样,组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤,用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号,其优点是运行速度明显地快,缺点是设计与实现复杂些,但随着大规模现场可编程集成电路的出现,该缺点已得到很大缓解;微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤,应提供的控制信号是从控制存储器中读出来的,并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的,其缺点是运行速度要慢一点,优点是设计与实现简单些,易用于实现系列计算机产品的控制器,理论上可实现动态微程序设

19、计.计算机组成原理作业31在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？它的应用是建立在程序的什么特性之上的？参考答案：在现代的计算机系统中，通常总是采用由三种运行原理不同，性能差异很大的存储介质分别构建高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器，再将它们组成三级结构的统一管理、高度的一体化存储器系统。由高速缓冲存储器缓解主存储器读写速度慢，不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储器更大的存储空间，解决主存储器容量小，存不下更大程序与更多数据的难题。这种三级结构的存储器系统的运行原理，是建立在程序运行的局部性原理之上的。即在一小段时间内，运行的程序只使用少量的指令和少量的数据，而这少量的指令和少

20、量的数据往往又集中在存储器的一小片存储区域中，指令顺序执行比转移执行的比例要大，故可以按对所使用的指令和数据的急迫和频繁程度，将其存入容量、速度、价格不同的存储器中，从而取得更高的性能价格比。主要体现在时间、空间、指令执行顺序三个方面。2多级结构的存储器是由哪3级存储器组成的？每一级存储器使用什么类型的存储介质，这些介质的主要特性是什么？在多级结构的存储器系统中，什么是信息的一致性原则和包含性原则？参考答案：多级结构的存储器是由高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器。高速缓冲存储器使用静态存储器芯片实现，主存储器通常使用动态存储器芯片实现，两者是半导体电路器件，以数字逻辑电路方式进行读写；虚拟存

21、储器则使用快速磁盘设备上的一片存储区，是在磁性介质层中通过电磁转换过程完成信息读写的。这三级不同的存储器中存放的信息必须满足如下两个原则：(1)一致性原则，即同一个信息会同时存放在几个级别的存储器中，此是同一信息在几个级别的存储器中必须保持相同的值。(2)包含性原则，即处在内层（更靠近CPU）存储器中的信息一定被包含在各外层的存储器中，即内层存储器中的全部信息一定是各外层存储器中所存信息中一小部分的副本。这是保证程序正常运行、实现信息共享、提高系统资源利用率所必须的。3为什么要采用磁盘阵列技术？什么是逻辑盘，什么是物理盘？作为一个逻辑盘使用的多个物理盘需要在转速和所用扇区等方面严格的同步吗？为

22、什么？参考答案：使用统一管理的由多个磁盘组成的磁盘阵列，这一技术的着眼点，是通过多个磁盘设备的并行操作来提高设备总体的性能和可靠性。如果一个磁盘有xMB的容量，单位时间提供y传送能力，则概念上讲，n个这样的磁盘就有n*xMB的容量，n*yMB的传送能力，即要读出yMB的数据，所用的平均时间只要原来单个磁盘所用时间的1/n；还有一点好处是通过合理地在多个磁盘之间组织数据，可以得到比较理想的容错能力，这指的是，额外拿出一定的存储容量，用于保存检错纠错的信息。在总体价格上，使用多个磁盘也不会给用户带来太大的经济负担。实际使用的多个磁盘就是物理盘。为了统一管理磁盘阵列，使用户所感觉到的不再是多个物理盘

23、，似乎就是一个性能更高的单个磁盘，就要使用一块特点的接口卡（RAID阵列控制卡），把组成阵列的多个物理磁盘连接为一个逻辑整体，这就是逻辑磁盘。作为一个逻辑盘使用的多个物理盘不需要在转速和所用扇区等方面严格同步。阵列磁盘运行过程中，有以下两项重要技术。一个是并发命令请求和排队管理，并使多个命令得以并发处理；如果在处理命令的时候，还能进行某些性能优化，而不是机械地按命令到来的先后次序处理，还可以进一步提高数据读写的速度。最简单的例子，对两个等待操作的命令，磁头先到达哪一个命令的数据扇区，就先执行哪一个命令，这在磁盘本身的控制器部分来处理可能更方便。另外一项技术是设备的快速接入和断开，即当一个占据了

24、总线的磁盘开始执行一个读命令，数据又尚未准备好时，它应快速地暂时把自己从总线上分离出来，以便使另外正急于使用总线的磁盘可能抢到总线，从而提高总线的使用效率和系统性能，当这个磁盘准备好数据时，应保证它能把自己尽快地接通到总线上去。这实质是把占用总线的时间压缩到尽可能短的一项处理技术。4高速缓冲存储器在计算机系统中的主要作用是什么，用什么类型的存储器芯片实现，为什么？高速缓存与主存在读写原理方面有何区别？参考答案：高速缓冲存储器（CACHE）的使用是为了缓解主存储器读写速度慢，不能满足CPU运行速度需要的矛盾。高速缓冲存储器是用静态存储器（SRAM）的存储器芯片实现的。因为静态存储器（SRAM）的

25、存储器芯片不需要刷新，速度快。主存储器读写原理是：必须在指令中给出主存的存储单元地址，通过译码电路选中主存的一个单元，再执行读写操作。高速缓冲存储器（CACHE）的容量很小，无法用主存地址去选择CACHE的一个单元，所以使CACHE的每个存储单元有三部分组成，如图所示：有效位标志字段数据字段1或0主存地址信息主存单元复制过来的数据数据字段：当CPU第一次读出主存某一单元内容时，顺便写进CACHE的某一个单元有效位：“1”表示数据字段内容有效；“0” 表示数据字段内容无效标志字段：保存相应主存储单元的地址信息。当程序中的一条指令要用一个内存地址读主存的某一个单元时，就用这一地址来与CACHE中的

26、各个标志字段的内容相比较，若有相同者，则该CACHE单元的数据字段内容就是欲要的数据 。计算机组成原理作业41、提高针式打印机打印速度有哪些可行办法？针式打印机有什么优缺点？为什么很少用针式打印机进行彩色打印？参考答案：首先，要想提高打印速度，从硬件上则应配备足够大的内存和尽量快的硬盘，并需在BIOS中将并口设置为ECC+EPP模式。软件上则应经常整理磁盘碎片、升级最新的打印机驱动程序和选择合适的打印软件。 针式打印机速度优化针式打印机在家庭中已几乎被淘汰。但某些机关单位由于特殊的需求，使用针打还是很普遍。针打的速度与机器类型关系很大，老式的9针打印机要几分钟才能打完一页，而专用的“高速行式打

27、印机”每分钟能打上千行。下面以国内使用最广泛的LQ-1600K为例，谈谈优化针打速度的具体办法。1.要提高针打的打印速度首要要注意日常维护，使用质量好的色带，经常清洁打印机，并注意在打印头导轨上加润滑油。2.对打印机作合理设置。设置“高速、双向、不使用厚纸”等，并尽量使用专门的连续打印纸。这对打印速度影响较大。3.对Word文档而言，字体变化不要太多，以尽量使用打印机自带的硬字库。针式打印机：这是最早期的打印机形式，它具有相对低廉的价格、极低的打印成本和很好的易用性,它的打印方式有点像打字机，通过印字头在纸张上撞击色带，所以会发出像打字机的声音。由于打印品质较差而且噪音大，所以已经被喷墨打印机

28、所取代。不过，在打印大量连续报表或是需要复写的发票时，针式打印机还是不错的选择。其主要原因是针式打印机无法拥有较好的色彩分辨（打印质量主要是通过颜色数和分辨率来衡量的）。2、计算机总线的功能是什么？通常用什么类型的器件构建总线？为什么？从功能区分，计算机中通常要使用哪三种类型的总线？它们各自对计算机系统性能有什么影响？参考答案：计算机总线是计算机的各部件之间传输信息的公共通路，包括传输数据（信息）信号的逻辑电路、管理信息传输协议的逻辑线路和物理连线。由于总线上往往要连接许多部件或设备，传输的距离较长，负载比较重，故要求总线线路有更强的驱动能力。总线的硬件组成，通常选用集电极开路输出的电路，或输

29、出端有高阻态输出支持的电路。这样的线路的输出端可以直接连接在一起并通过为其中某个门给出低电平（0V）的控制信号，为其他门给出高电平（4V）的控制信号，实现把多路输入中的某一路信息送到总工线上。从总线各自承担的不同功能，分成数据总线、地址总线、控制总线3部分。数据总线在计算机部件之间传输数据信息，它的时钟频率和宽度的乘积正比于它支持的最大的数据输入输出能力。地址总线在计算机部件之间传输地址（内存地址、I/O地址）信息，它的宽度决定了系统可以寻址的最大内存空间。控制总线给出总线周期类型、I/O操作完成的时刻、DMA周期、中断等有关的控制信号。3、解释下列术语：总线周期，总线周期类型，总线的等待状态

30、，正常总线周期，burst总线周期，同步传输控制，异步传输控制。参考答案：总线周期：是通过总线完成一次内存读写操作或完成一次输入输出设备的读写操作所必需的时间。按照总线周期区分为内存读周期、内存写周期、I/O读周期、I/O写周期4种类型。被读写的内存和外设的的运行速度低，不能在这一个数据时间内完成读写操作，就必须再增加一到几个数据时间用于继续完成读写操作，在增加了这一到几个数据时间里，称总线处于等待状态。如果每次数据传输都要用两个时间（地址时间、数据时间）组成的完整的总线周期完成读写，则称这种总线周期为正常总线周期(normal bus cycle)，每次只能传输一个数据。在给出一次地址信息（

31、一个地址时间）后，接着用连续的多个数据时间依次传输多个数据，这种运行方式可提高数据传输速度，称为总线的急促传输方式（burst mode）。同步传输控制是指在总线上传送数据时，通信双方使用同一个时钟信号进行同步，这个时钟信号通常可以由CPU的总线控制逻辑部件提供，称为总线时钟。异步传输控制是指在总线上传送数据时，允许通信双方各自使用自己的时钟信号，采用“应答方式”解决数据传输过程中的时间配合关系，而不是共同使用同一个时钟信号进行同步。4、通用可编程接口中应由哪些部件组成？各自的功能是什么？这里的定语“通用”和“可编程”各自的含义是什么？参考答案：为了尽量减少接口卡的种类，人们总是希望用同一块接口卡能提供出更多的功能，并且能灵活选择其运行功能和运行的控制参数，这样的接口卡被称为通用可编程接口。