计算机组成原理第四版张基温课后答案.ppt

小结 计算机系统概述 1 1计算工具及其进步 1 20 1编码 1 3电子数字计算机工作原理 1 4现代计算机系统结构与发展 END 课外作业 P50 1 31 4 5 1 5EFH1 7 写过程 1 101 111 14P51 1 18 1 1 20 4 1 2把114 0 6875这两个十进制数转换为7位字长的二进制数解 114D 1110010B 除2取余 0 6875 0 1011000B 乘2取整 习题讲解 1 3用二进制表示一个4位十进制整数最少需多少位 不考虑符号位 解 设需要n位二进制 则因此至少需要14位 1 4 5 7 75 2 4解 7 75D 2 4D 111 11B 10 011B 10010 01101B 18 406D其他正确结果 7 75D 2 4D 111 11B 10 01B 10001 0111B7 75D 2 4D 111 11B 10 01101B 10010 1010011B 1 4 4 49 5 52 75解 49 5D 52 75D 110001 1B 110100 11B 101000110011 001B 2611 125D1 5EFH DEFH 14 161 15 160 224 15 239说明 H 标识16进制数的后缀 EF 16 1 7已知 X 补 11101011 Y 补 01001010 则 X Y 补 A解 Y 补 10110110 符号位取反 各位数值位按位取反 末位加1 则 X Y 补 X 补 Y 补 11101011 10110110 符号位有进位不一定为溢出 判别溢出的方法之一 使用双符号位相加 若两符号位相同 则不溢出 否则溢出 如 111101011 110110110 1110100001不溢出 结果为10100001 X 补 11101011 Y 补 01001010 则 X Y 补 A其他方法 x 原 10010101 Y 原 01001010下一步怎么做 1 10010101 01001010 01001011 2 10010101 11001010 101011111 X的真值 0010101Y的真值 1001010X Y 0010101 1001010 1011111 真值 补码 10100001 1 10把下列各数译成8位的二进制数补码 解 真值补码 1900010011 1911101101 7501001011 5611001000 3700100101 4811010000 真值补码 100000001 111111111 200000010 211111110 400000100 411111100 800001000 811111000 1 14将十进制数15 2及 0 3125表示成二进制浮点规格化数 阶符1位 阶码2位 数符1位 尾数4位 解 1 15 2 111 1B 表示成规格化数 若阶码与尾数均用原码表示 则它可表示为0 1111 2011 在机器中可写为01101111 2 0 3125 0 0101B 可表示为1 101 2101 在机器中可写为10111010 1 18画出函数的真值表 1 20利用基本性质证明下列等式 法1 左右两边式子与ABC法2 证明 得证 证明 得证 证明 其他方法 摩根律 1 22若计算机准备传送的有效信息为1010110010001111 生成多项式为CRC 12 请为其写出CRC码 解 CRC 12 1100000001111 设校验码为K位 则K 12 信息位的多项式X 1010110010001111000000000000做模2除得余数为111111111000则CRC码为1010110010001111111111111000 1 23按照诺伊曼原理 现代计算机应具备哪些功能 答 按照Neumann提出原理 计算机必须具有如下功能 1 输入输出功能 计算机必须有能力把原始数据和解题步骤接收下来 输入 把计算结果和计算过程中出现的情况告诉 输出 给使用者 2 记忆功能 计算机应能够 记住 原始数据和解题步骤以及解题过程中的一些中间结果 3 计算功能 计算机应能进行一些最基本的运算 组成人们所需要的一切计算 4 判断功能 计算机在进行一步操作后 应能从预先无法确定的几种方案中选择一种操作方案 5 自我控制能力 计算机应能保证程序执行的正确性和各部件之间的协调性 存储系统 2 1主存储器 2 2辅助存储器 2 3存储体系 第2章 计算机以运算器为中心 以存储器为中心 目前 END 课外作业 P89 P91 2 32 52 8 写思路 画图 2 142 172 20 2 P91 2 25P92 2 34 2 3ROM与RAM两者的差别是什么 答 1 RAM是随机存取存储器 ROM是只读存储器 2 RAM是易失性的 一旦掉电 则所有信息全部丢失 ROM是非易失性的 其信息可以长期保存 常用于存放一些固定用的数据和程序 如计算机的自检程序 BIOS 游戏卡中的游戏 等等 习题讲解 2 5术语 存储元 存储单元 存储体 存储单元地址 有何联系和区别 答 存储元 存储一位二进制信息的基本单元电路 存储单元 由若干存储元组成 用来存放多位二进制信息 具有独立地址 可以独立访问 存储体 是存储单元的集合 它由许多存储单元组成 用来存储大量的数据和程序 存储单元地址 现代计算机存储器的访问还是基于地址的 为此要为每个存储单元设置一个线性地址 信息按地址存入或取出 计算机在存取数据时 以存储单元为单位进行存取 机器的所有存储单元长度相同 一般由8的整数倍个存储元构成 同一单元的存储元必须并行工作 同时读出 写入 由许多存储单元构成了一台机器的存储体 由于每个存储单元在存储体中的地位平等 为区别不同单元 为每个存储单元赋予地址 都有一条唯一的地址线与存储单元地址编码对应 2 8设计一个用64K 1位的芯片构成256K 16位的存储器 画出组织结构图 1 要用64K 1的芯片构造256K 16位的存储器 需要字 位同时扩展 共需芯片64片 2 先进行位扩展 每16个芯片为一组 共4组 扩展成一个64K 16位的存储体 片选端CS 读写信号并接 CPU的16根地址线并连到各芯片的16根地址线 64K 216 上 CPU数据线的每1根与一个片中的数据线相连 地址线的并连可画得更清楚些 如图 3 对4组芯片进行字扩展 每组芯片看成1个64K 16位的存储体 地址线有16根 而主存容量为256KB 218B 即共需地址线18根 所以用2根地址线来选存储体 A0 A15为体内地址 各体地址线并接 地址高位A16和A17接片选译码器的输入 译码器的4个输出分别接各存储体的CS端 用以选择4个存储体中的1个 数据线并接 读写信号线并接 4 具体实现 2 14某存储器容量为4KB 其中 ROM2KB 选用EPROM2Kx8 片 RAM2KB 选用芯片RAM1K 8 片 地址线A15 A0 写出全部片选信号的逻辑式 解 1 确定芯片 根据要求ROM的容量为2KB 故只需1片EPROM 而RAM的容量为2KB 故需RAM芯片2片 2 片内地址 对于ROM片内地址为11位 用了地址线的A10 A0 这11根地址线 RAM片内地址为10位 用了地址线的A9 A0 3 选片 主存中有3片芯片 至少需要2位地址信号加以区别 按其总容量需要12根地址线 可以考虑用1根地址线A11作为区别EPROM和RAM的片选信号 对于2片RAM芯片可利用A10来区别其片选信号 由此 可得到如下的逻辑式 EPROM RAM 2 17 1 0 0 1 1 1 0 改进不归零制 NRZI 记录 1 时改变方向 记录 0时不改变方向 1 1 0 0 1 1 1 0 改进调频制 MFM 1 在位周期中间改变方向 1 是 0 频率的2倍 注意 MFM是FM的改进 只有在记录连续两个或以上0时电流方向才翻转一次 用于双密度磁盘 1 2 20解 1 磁盘容量 4 12288B 道 275道 13516800B 2 传输率 3000转 60s 12288B 614400B s 3 平均等待时间 1 2 转速 1 2 3000 60 0 01s 10ms 2 25存储系统的层次结构可以解决什么问题 实现存储器层次结构的先决条件是什么 用什么度量 答 存储器层次结构可以提高计算机存储系统的性能价格比 即在速度方面接近最高级的存储器 在容量和价格方面接近最低级的存储器 实现存储器层次结构的先决条件是程序局部性 即存储器访问的局部性是实现存储器层次结构的基础 其度量方法主要是存储系统的命中率 由高级存储器向低级存储器访问数据时 能够得到数据的概率 2 34cache与虚拟存储器在原理和功能方面有何不同和相似之处 答 cache与虚拟存储器在原理和功能方面存在相似之处 但有重要差别 相同之处 都利用了程序局部性原理 把程序划分成为许多信息块 运行时能自动地把信息块从慢速存储器向快速存储器调度 信息块的调度采用一定的替换策略以提高继续运行时的命中率 它们采用的地址变换 地址映像方式和替换算法是相同的 不同之处 cache用于弥补主存与CPU之间的速度差异 而虚拟存储器则用来弥补主存容量的不足 cache每次传送的信息块是定长的 且只有几十字节 虚拟存储器的信息块可以是定长的页 也可以是不定长的段 长度也比较大 CPU可直接访问cache 但不能直接访问辅存 cache与主存信息交换的过程全部由硬件实现 主存与辅存的信息交换则通过辅助软件与存储管理软件来完成 补充题1设某虚存有如下快表放在相联存储器中 其容量为8个存储单元 问 按如下三个虚拟地址访问主存 主存的实际地址码各是多少 设地址均为16进制 页号页内地址11503242701283480516 答 1 80000H 0324H 80324H 2 96000H 0128H 96128H 3 去主存查找 有可能需重新分配 补充题2设某计算机的cache采用4路组相联映像 已知cache容量为16KB 主存容量为2MB 每个字块有8个字 每个字有32位 请回答 主存地址多少位 按字节编址 各字段如何划分 各需多少位 分析 2M 221 每块32 8 8 32B4路 每组4块 组号 16K 32 4 2721 7 5 9 9 7 2 答 主存地址21位 字段划分 或 输入 输出及其控制 3 1外部设备 3 2输入 输出中的数据传送控制 3 3接口 3 4I O设备管理 第3章 3 14一次程序中断大致可分为哪些过程 答 1 中断申请 由中断源发出中断请求 2 排队判优 若在某一时刻有多个中断源申请中断 需要通过判优部件选择一个中断源响应 3 中断响应 在允许中断的情况下 CPU执行完一条指令后 开始响应中断 习题讲解 4 中断处理 CPU先关中断 然后保存当前程序的断点和现场 转入相应的中断服务程序 开中断 执行中断服务程序 执行完毕 先关中断 然后恢复现场和断点 开中断 返回原程序执行 3 24DMA方式与通道方式有何异同 答 相同点 把外设与主机交换数据过程控制权从CPU接管 使外设能与主机并行工作 不同点 1 工作原理 DMA完全采用硬件控制数据交换的过程 速度较快 通道则采用软硬件结合的方法 通过执行一道通道命令字 即通道程序 来完成数据交换 2 功能 通道是在DMA的基础上发展而来的 因此 通道功能要比DMA功能更强 在DMA中 CPU必须进行设备的选择 切换 启动 终止 并进行数据校验 CPU在输入输出过程中的开销较大 通道则代替CPU管理控制外设 CPU仅仅通过I O指令启动通道 通道本身进行各外设的初始化工作 3 所控制的外设类型 DMA只能控制速度较快 类型单一的外设 一台外设有一个DMA控制器 若一个DMA控制器连接多台同类外设 则它们只能串行工作 而一个通道可以连接不同类型外设 使得多外设均可在通道控制下同时工作 3 25中断控制方式下的中断与DMA的中断有何异同 答 DMA方式中的中断请求不是为了传送信息 信息是通过主存和I O间的直接数据通路传送的 只是为了报告CPU一组数据传送结束 有待CPU做一些后处理工作 如测试传送过程中是否出错 决定是否继续使用DMA方式传送等 而 当用于数据传送控制时 程序中断方式的中断请求是为了传送数据 I O和主机交换信息完全靠CPU响应中断后 转至中断服务程序完成的 1 对DMA请求 CPU在一个机器周期结束时就可响应 对于程序中断 则CPU必须执行完一条指令后方可响应 2 DMA的控制只在外设和内存之间进行 不会破坏CPU的现场 在响应DMA请求时 不需保护现场 因此可快速响应 另 中断控制方式下的中断与DMA请求有何异同 3 26试述接口的功能及其组成 答 简单的说 接口的基本功能是在系统总线和外设之间传输信号 提供缓冲功能 以满足接口两边的时序要求 由于外设的多样性和复杂性 对不同的外设接口功能不尽相同 但一般来讲 接口应具备如下的基本功能 1 寻址功能 接口要能识别CPU的访问信号 并识别要求的操作 2 输入输出功能 接口能按照CPU要求的读写信号从总线上接收CPU送来的数据和控制信息 或把数据和状态信息送到总线上 3 数据缓冲功能 CPU与外设的速度往往不相匹配 为消除速度差异 接口必须提供数据缓冲功能 4 数据转换功能 不同外设信息格式不同 与主机格式也不同 接口应提供计算机与外设的信息格式的转换 比如正负逻辑的转换 串 并转换 数 模或模 数转换等 5 其他 如检错纠错功能 中断功能 时序控制功能等 为实现上述接口的功能 接口至少应有一组缓冲器和一个具有锁存能力的锁存器 主机访问接口主要是对接口的端口 各种寄存器 进行访问 因此 在接口中还必须有对端口的选择机构和读写控制机构 如地址译码线路 读写控制线路和中断控制线路 除此之外 还需要有设备状态寄存器 定时信号线路等 3 27I O接口有哪两种寻址方式 各有何优缺点 答 I O接口有端口地址与主存统一编址方式和端口地址单独编址方式 统一编址方式是指把I O端口当做存储器的单元进行分配地址 这种方式CPU不需设置专门的