计算机组成原理课后答案

1、 1.2 1.2 把把114114、0.68750.6875这两个十进制数转换为这两个十进制数转换为7 7位字长的二进制数位字长的二进制数 解：解： 114d=1110010b 114d=1110010b ( (除除2 2取余取余) )0.6875=0.1011000b0.6875=0.1011000b(乘乘2取整取整)习题讲解习题讲解1.3 1.3 用二进制表示一个用二进制表示一个4 4位十进制整数最少需位十进制整数最少需多少位（不考虑符号位）？多少位（不考虑符号位）？ 解：设需要解：设需要n n位二进制，则位二进制，则因此至少需要因此至少需要1414位位4210 ,4lg10/lg214n

2、n1.41.4（5 5） 7.757.752.42.4解：解： 7.75d7.75d2.4d 2.4d = 111.11b = 111.11b10.011b10.011b = 10010.01101b = 10010.01101b = 18.406d = 18.406d其他正确结果：其他正确结果：a.a. 7.75d7.75d 2.4d2.4d = 111.11b= 111.11b 10.01b = 10001.0111b10.01b = 10001.0111bb.b. 7.75d7.75d 2.4d = 111.11b2.4d = 111.11b 10.01101b10.01101b = 1

3、0010.1010011b = 10010.1010011b1.41.4（4 4） 49.549.552.7552.75解：解： 49.5d49.5d52.75d 52.75d = 110001.1b = 110001.1b110100.11b110100.11b = 101000110011.001b = 101000110011.001b = 2611.125d = 2611.125d1.5 efh=?d1.5 efh=?defh=14efh=14161+15161+15160=224+15=239160=224+15=239说明：说明：h h标识标识1616进制数的后缀进制数的后缀 (e

4、f)(ef)16161.7 1.7 已知：已知：xx补补=11101011, y=11101011, y补补=01001010, =01001010, 则则x-yx-y补补= = a a 解：解： -y补补=10110110 (符号位取反，各位数值符号位取反，各位数值位按位取反，末位加位按位取反，末位加1) 则则x-y补补= x补补+ -y补补 = 11101011+10110110 (符号位有进位不一定为溢出符号位有进位不一定为溢出)判别溢出的方法之一：判别溢出的方法之一： 使用双符号位相加，若两符号位相同，使用双符号位相加，若两符号位相同，则不溢出，否则溢出。则不溢出，否则溢出。 如：如：

5、 111101011+110110110 = 1110100001不溢出，结果为不溢出，结果为10100001x补补=11101011, y补补=01001010, 则则x-y补补= a其他方法：其他方法：xx原原=10010101=10010101yy原原=01001010=01001010下一步怎么做？下一步怎么做？(1) 10010101-01001010=01001011 (2) 10010101+11001010=101011111 ; x x的真值：的真值：- -0010101y y的真值：的真值：+ +1001010x-y= -0010101- 1001010= -1011111

6、 (真值真值)补码：补码：1 01000011.10 1.10 把下列各数译成把下列各数译成8 8位的二进制数补码：位的二进制数补码：解：真值解：真值 补码补码 +19+190001001100010011 -19 -191110110111101101 +75 +750100101101001011 -56 -561100100011001000 +37 +370010010100100101 -48 -481101000011010000 真值真值 补码补码 +1+10000000100000001 -1 -11111111111111111 +2 +20000001000000010 -

7、2 -21111111011111110 +4 +40000010000000100 -4 -41111110011111100 +8 +8 0000100000001000 -8 -8 11111000111110001.14 1.14 将十进制数将十进制数15/215/2及及-0.3125-0.3125表示成二进制表示成二进制浮点规格化数（阶符浮点规格化数（阶符1 1位，阶码位，阶码2 2位，数符位，数符1 1位，位，尾数尾数4 4位）位） 解：（解：（1 1）15/2=111.1b,15/2=111.1b,表示成规格化数，若表示成规格化数，若阶码与尾数均用原码表示，则它可表示为阶码与尾数

8、均用原码表示，则它可表示为0.11110.11112 20 01111; ; 在机器中可写为在机器中可写为0 011110 011111111（2 2）-0.3125=-0.0101b-0.3125=-0.0101b，可表示为，可表示为1.1011.1012 21 10101；在机器中可写在机器中可写为为1 101011 110101010efesm1.18 1.18 画出函数的真值表：画出函数的真值表：( , ,)f a b ca bb cabc00010000010000010101101100001001000101000011011111110101ca bb ca bb c1.20

9、1.20 利用基本性质证明下列等式：利用基本性质证明下列等式：法法1 1：左右两边式子：左右两边式子与与abcabc法法2 2：abbccaabbcca1abacbcc11aaaa abbccaabbcca ab ccaa bcc bb aabcabcabcabccbacbaabccbaabccbaabcabcab ccaa bcca bbabbcca左边右边证明：证明：得证。得证。1abacbcc11abacbccbcabacbccbcabacbcabbaccabacbc 左边（）（）=（）（）=右边证明：证明：得证。得证。abbccaabbcca.abbccaab bc caabbccaa

10、bca b cabca b c左边右边证明：证明：其他方法：摩根律其他方法：摩根律1.22 1.22 若计算机准备传送的有效信息为若计算机准备传送的有效信息为10101100100011111010110010001111，生成多项式为，生成多项式为crc-crc-12,12,请为其写出请为其写出crccrc码。码。解：解：crc-12=1100000001111，设校验码为，设校验码为k位，则位，则k=12，信息位的多项式，信息位的多项式x1010110010001111000000000000做模做模2除得余数为除得余数为111111111000则则crc码为码为1010110010001

11、1111111111110001.23 1.23 按照诺伊曼原理，现代计算机应具备按照诺伊曼原理，现代计算机应具备哪些功能？哪些功能？答：按照答：按照neumann提出原理，计算机必须提出原理，计算机必须具有如下功能：具有如下功能：（1）输入输出功能。计算机必须有能力把）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），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把计算结果和计算过程中出现的情况告诉（输出）给使用者。（输出）给使用者。（2）记忆功能。计算机应能够）记忆功能。计算机应能够“记住记住”原原始数据和解题步骤以及解题过程中的一些始数据和解题

12、步骤以及解题过程中的一些中间结果。中间结果。 （3）计算功能。计算机应能进行一些最基）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。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，）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应能从预先无法确定的几种方案中选择一种操作方案。一种操作方案。（5）自我控制能力。计算机应能保证程序）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。执行的正确性和各部件之间的协调性。计算机以运算器为中心计算机以运算器为中心以存储器为中心以存储器为中心(目前目前 )2.3 rom

13、2.3 rom与与ramram两者的差别是什么？两者的差别是什么？ 答：答：( (1) ram1) ram是随机存取存储器是随机存取存储器; rom; rom是只读是只读存储器；存储器；(2) ram(2) ram是是易失性易失性的，一旦掉电，则所有信息的，一旦掉电，则所有信息全部丢失；全部丢失；romrom是是非易失性非易失性的，其信息可以的，其信息可以长期保存，常用于存放一些固定用的数据和长期保存，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、程序，如计算机的自检程序、biosbios、游戏卡、游戏卡中的游戏，等等。中的游戏，等等。习题讲解习题讲解2.5 2.5 术语：存储元、存储

14、单元、存储体、存储术语：存储元、存储单元、存储体、存储单元地址，有何联系和区别？单元地址，有何联系和区别？答：答：存储元：存储元：存储一位二进制信息的基本单元存储一位二进制信息的基本单元 电路；电路；存储单元：存储单元：由若干存储元组成，用来存放由若干存储元组成，用来存放多位二进制信息，具有独立地址，可以独立访多位二进制信息，具有独立地址，可以独立访问；问；存储体：存储体：是存储单元的集合，它由许多存是存储单元的集合，它由许多存储单元组成，用来存储大量的数据和程序。储单元组成，用来存储大量的数据和程序。存储单元地址：存储单元地址：现代计算机存储器的访问还是基现代计算机存储器的访问还是基于地址的

15、，为此要为每个存储单元设置一个线性于地址的，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。地址，信息按地址存入或取出。计算机在存取数据时，以计算机在存取数据时，以存储单元存储单元为单位为单位进行存取。机器的所有存储单元长度相同，一般进行存取。机器的所有存储单元长度相同，一般由由8的整数倍个的整数倍个存储元存储元构成构成。同一单元的存储元。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元构成了一台机器的存储体存储体。由于每个存储单元。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，为每在存储体中的地位平等

16、，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存储单元地址编码对应。编码对应。2.8 2.8 设计一个用设计一个用64k64k* *1 1位的芯片构成位的芯片构成256k256k* *1616位的存储器，画出组织结构图。位的存储器，画出组织结构图。（1 1）要用）要用64k64k* *1 1的芯片构造的芯片构造256k256k* *1616位的存位的存储器，需要字储器，需要字/ /位同时扩展，共需芯片位同时扩展，共需芯片6464片片 （2 2）先进行位扩展，每）先进行位扩展，每1616个芯片为一组（共个芯片为一组（共4 4

17、组），扩展成一个组），扩展成一个64k64k* *1616位的存储体位的存储体 ：片：片选端选端cscs、读写信号并、读写信号并接接；cpucpu的的1616根地址线根地址线并连到各芯片的并连到各芯片的1616根地址线（根地址线（64k=264k=21616）上；）上；cpucpu数据线的每数据线的每1 1根与一个片中的数据线相连。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地址线的并连可画得更清楚些如图：如图：（3）对）对4组芯片进行字扩展。每组芯片看成组芯片进行字扩展。每组芯片看成1个个64k*16位的存储体位的存储体 ，地址线有，地址线有16根；而主根；而主存容量为存容量为256

18、kb=218b，即共需地址线，即共需地址线18根。根。所以用所以用2根地址线来选存储体：根地址线来选存储体：a0a15为体内为体内地址，各体地址线并接；地址高位地址，各体地址线并接；地址高位a16和和a17接接片选译码器的输入，译码器的片选译码器的输入，译码器的4个输出分别接个输出分别接各存储体的各存储体的cs端，用以端，用以选择选择4个存储体中的个存储体中的1个；数据线并接；读写信号线并接。个；数据线并接；读写信号线并接。（4）具体实现：）具体实现： 2.14 2.14 某存储器容量为某存储器容量为4kb4kb，其中，其中，rom 2kbrom 2kb，选用选用eprom 2kx 8 /ep

19、rom 2kx 8 /片、片、ram 2kb , ram 2kb , 选用芯选用芯片片ram 1kram 1k8/8/片、地址线片、地址线a a1515a a0 0。写出全部。写出全部片选信号的逻辑式。片选信号的逻辑式。 解：解：(1) (1) 确定芯片：确定芯片：根据要求根据要求rom的容量为的容量为2kb，故只需，故只需1 片片eprom；而；而ram的容量为的容量为2kb，故需，故需ram芯片芯片2 片片。（。（2）片内地址：）片内地址：对于对于rom片内地址为片内地址为11位，用了地址线的位，用了地址线的a10a0。这。这11根地址线；根地址线；ram片内地址为片内地址为10位，用了地

20、址线的位，用了地址线的a9a0。（3）选片：）选片：主存中有主存中有3 片芯片，至少需要片芯片，至少需要2 位地址信号加以区别，按其总容量需要位地址信号加以区别，按其总容量需要12根根地址线，可以考虑用地址线，可以考虑用1根地址线根地址线a11作为区别作为区别eprom和和ram的片选信号，对于的片选信号，对于2 片片ram芯片可利用芯片可利用a10来区别其片选信号。由此来区别其片选信号。由此.可得可得到如下的逻辑式：到如下的逻辑式：eprom ： ram：0111111021110csacsa acsa a2.172.17改进不归零制（改进不归零制（nrzinrzi）改进调频制改进调频制(m

21、fm)(mfm)! !注意注意:mfm:mfm是是fmfm的改进的改进, ,只有只有在记录连续两在记录连续两个或以上个或以上0 0时电时电流方向才翻转流方向才翻转一次一次用于双密度磁盘用于双密度磁盘. .2.20 2.20 解：解：（1）磁盘容量）磁盘容量412288b/道道275道道13516800b（2）传输率）传输率3000转转/60s12288b614400b/s（3）平均等待时间）平均等待时间1/（2转速）转速）1（23000/60）0.01s10ms2.25 2.25 存储系统的层次结构可以解决什么问题？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？用什实

22、现存储器层次结构的先决条件是什么？用什么度量？么度量？ 答：答：存储器层次结构存储器层次结构可以提高计算机存储系统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。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实现存储器层次结构的先决条件先决条件是程序局部性，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的基础。其度量方法主要是存储系统的命中率命中率，由高级存储器向低级存储器访问数据时，能够由高级存储器向

23、低级存储器访问数据时，能够得到数据的概率。得到数据的概率。 2.34 cache2.34 cache与虚拟存储器在原理和功能方面有与虚拟存储器在原理和功能方面有何不同和相似之处？何不同和相似之处？ 答：答：cachecache与虚拟存储器在原理和功能方面存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。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

24、以提高继续运行时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。和替换算法是相同的。不同之处：不同之处：cachecache用于弥补主存与用于弥补主存与cpucpu之间的之间的速度差异，而虚拟存储器则用来弥补主存容量速度差异，而虚拟存储器则用来弥补主存容量的不足；的不足；cachecache每次传送的信息块是定长的，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，长度也比较定长的页，也可以是不定长的段，长度也比较大

25、。大。cpucpu可直接访问可直接访问cachecache，但不能直接访问，但不能直接访问辅存。辅存。cachecache与主存信息交换的过程全部由硬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。件与存储管理软件来完成。补充题补充题1 1 设某虚存有如下快表放在相联存储器中，设某虚存有如下快表放在相联存储器中，其容量为其容量为8个存储单元。问：按如下三个虚拟个存储单元。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？地址访问主存，主存的实际地址码各是多少？（设地址均为设地址均为16进制）进制） 页号

26、页号 页内地址页内地址1 15 03242 7 01283 48 0516页号页号本页在主存起始地址本页在主存起始地址3342000253800079600066000044000015800005500003070000答：答： （1）80000h+0324h=80324h（2）96000h+0128h=96128h（3）去主存查找，有可能需重新分配。）去主存查找，有可能需重新分配。补充题补充题2 2 设某计算机的设某计算机的cache采用采用4路组相联映像，路组相联映像，已知已知cache容量为容量为16kb，主存容量为，主存容量为2mb，每，每个字块有个字块有8个字，每个字有个字，每个字

27、有32位。请回答：主位。请回答：主存地址多少位（按字节编址），各字段如何划存地址多少位（按字节编址），各字段如何划分（各需多少位）？分（各需多少位）？分析：分析：2m=221，每块，每块32*8/8=32b4路：每组路：每组4块。组号：块。组号：16k/32/4=2721-7-5=9 (9=7+2)答：答：主存地址主存地址21位位主存高位地址主存高位地址组号组号块内地址块内地址字节字节9732主存高位地址主存高位地址组号组号 块块号号块号块号块内地址块内地址字节字节77232字段划分：字段划分：或：或：3.14 3.14 一次程序中断大致可分为哪些过程？一次程序中断大致可分为哪些过程？ 答：答

28、：（1）中断申请，由中断源发出中断请求；）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）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请中断，需要通过判优部件选择一个中断源响应；响应；（3）中断响应，在允许中断的情况下，）中断响应，在允许中断的情况下，cpu执执行完一条指令后，开始响应中断；行完一条指令后，开始响应中断；习题讲解习题讲解（4）中断处理，）中断处理，cpu先关中断，然后保存先关中断，然后保存当前程序的断点和现场，转入相应的中当前程序的断点和现场，转入相应的中断服务程序，开中断，执行中断服务程断服务程序，开中断，执行中断服务

29、程序，执行完毕，先关中断，然后恢复现序，执行完毕，先关中断，然后恢复现场和断点，开中断，返回原程序执行场和断点，开中断，返回原程序执行3.24 dma3.24 dma方式与通道方式有何异同？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答：相同点：把外设与主机交换数据过程控制权从权从cpu接管，使外设能与主机并行工作。接管，使外设能与主机并行工作。 不同点：（不同点：（1）工作原理：）工作原理：dma完全采用硬完全采用硬件控制数据交换的过程，速度较快；通道则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，通过执行一道通道采用软硬件结合的方法，通过执行一道通道命令

30、字，即通道程序，来完成数据交换。命令字，即通道程序，来完成数据交换。 （2）功能：通道是在）功能：通道是在dma的基础上发展的基础上发展而来的。因此，通道功能要比而来的。因此，通道功能要比dma功能功能更强。在更强。在dma中，中，cpu必须进行设备的必须进行设备的选择、切换、启动、终止，并进行数据选择、切换、启动、终止，并进行数据校验，校验，cpu在输入输出过程中的开销较在输入输出过程中的开销较大；通道则代替大；通道则代替cpu管理控制外设，管理控制外设，cpu仅仅通过仅仅通过i/o指令启动通道，通道本指令启动通道，通道本身进行各外设的初始化工作。身进行各外设的初始化工作。（3）所控制的外设

31、类型：）所控制的外设类型：dma只能控制只能控制速度较快、类型单一的外设，一台外设速度较快、类型单一的外设，一台外设有一个有一个dma控制器，若一个控制器，若一个dma控制控制器连接多台同类外设，则它们只能串行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设，使得多外设均可在通道控制下同时工作。工作。 3.25 3.25 中断控制方式下的中断与中断控制方式下的中断与dmadma的中断的中断有何异同？有何异同？ 答：答：dma方式中的中断请求不是为了传送信方式中的中断请求不是为了传送信息（信息是通过主存和息

32、（信息是通过主存和i/o间的直接数据通间的直接数据通路传送的），只是为了报告路传送的），只是为了报告cpu一组数据传一组数据传送结束，有待送结束，有待cpu做一些后处理工作，如测做一些后处理工作，如测试传送过程中是否出错，决定是否继续使用试传送过程中是否出错，决定是否继续使用dma方式传送等。方式传送等。 而（当用于数据传送控制时）程序而（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，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和主机交换信息完全靠cpu响应中断响应中断后，转至中断服务程序完成的。后，转至中断服务程序完成的。（1）对）对dma请求请求，cpu在一个

33、机器周期在一个机器周期结束时就可响应。对于程序中断，则结束时就可响应。对于程序中断，则cpu必须执行完一条指令后方可响应。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的控制只在外设和内存之间进行，不会破坏行，不会破坏cpu的现场。在响应的现场。在响应dma请求请求时，不需保护现场，因此可快速响时，不需保护现场，因此可快速响应。应。另：中断控制方式下的中断与另：中断控制方式下的中断与dma请求请求有何异同有何异同 3.26 3.26 试述接口的功能及其组成。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答：简单的说，接口的基本功能是在系统总线和外设之间

34、传输信号，提供缓冲功能，以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同。但一般来讲，接口应具备如下的基本功能：能：（1）寻址功能。接口要能识别）寻址功能。接口要能识别cpu的访问的访问信号，并识别要求的操作。信号，并识别要求的操作。（2）输入输出功能。接口能按照）输入输出功能。接口能按照cpu要求要求的读写信号从总线上接收的读写信号从总线上接收cpu送来的数送来的数据和控制信息，或把数据和状态信息送据和控制信息

35、，或把数据和状态信息送到总线上。到总线上。（3）数据缓冲功能。）数据缓冲功能。cpu与外设的速度往与外设的速度往往不相匹配，为消除速度差异，接口必往不相匹配，为消除速度差异，接口必须提供数据缓冲功能。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）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、数负逻辑的转换、串并转换、数/模或模模或模/数转换等。数转换等。（5）其他。如检错纠错功能、中断功能、）其他。如检错纠错功能、中断功能、时序控制功

36、能等。时序控制功能等。 为实现上述接口的功能，接口至少应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、定时信号线路需要有设备状态寄存器、定时信号线路等。等。 3.27 i/o3.27 i/o接口有哪两种寻址方式？各有何优接口有哪两种寻址方式？各有何优缺点？缺点？ 答：答：i/o接口有端口地址与主存统一编址方式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。统一编址方式是和端口地址单独编址方式。统一编址方式是