组成原理课后题补充题整理

1、组成原理课后题补充题整理第一章概论第1章作业（教材第20页）2、3、42、数字计算机的特点是什么？1. 自动连续地执行程序 2.运算速度快3.运算精度高4.存储能力强5.通用性好3、数字计算机有哪些性能指标？1. 基本字长2.运算速度3.数据传输率与数据通路宽度4.存储容量（主存容量、外存容量） 5.外围设备配置6.软件配置4、冯诺依曼思想包含那些特点？1.用二进制代码表示程序和数据；2. 计算机采用存储程序的工作方式；3. 计算机硬件由存储器、运算器、控制器、输入设备和输岀设备组成。计算机系统以硬件为基础，通过配置各种软件来扩充系统功能，形成一个有机组合的复杂系统。为 了建立整机的概念，便于

2、对系统进行分析、设计和开发，常用层次结构的观点，将计算机系统划分为若干 层次。按分层结构化设计策略实现的系统易于建造、调试和维护。第一张补充作业1、计算机是如何区分指令和数据的答：通过时序控制信号区分，在取指令周期，访存取岀的是指令，其他周期非指令。其次，依靠PC</理解：访问他们的时机不同，分为取指令时期和执行指令时期；控制器完全可以分别出哪些是指令，哪 /些是数据；取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器，而在执行周期中从内存读出的信 /息流是数据流，它由内存流向运算器简单说就是指令流取的是指令，数据流取的是数据。2、论述计算机软、硬件之间的关系。答：一是相互依存，二是逻辑

3、功能等价。/理解：计算机系统以硬件为基础，通过配置软件扩充其功能，并采用执行程序的方式来体现其功能。一/般说来，硬件只完成最基本的功能，复杂的功能往往通过软件实现。硬件和软件之间的功能分配关系常 /常随着技术的发展而变化，硬件、软件在功能上的逻辑等价。3、 数据总线宽度为 64位，总线时钟频率为 100MHz，每4个时钟周期传送一次，总线的数 据传输率是多少？64 X 100M/4=64X 25M位/ 秒=200MB/秒4. 、CPU主频1000MHz , CPI是4,计算机的 MIPS是多少？1000M/4=25MIPS第二章计算机中的信息表示第2章作业：（教材第69页）11, 12, 13

4、, 14,15, 16, 17, 18, 19, 2011、定点小数答案（原码）：典型值真值代码序列非零最小正 数2-150.0 01最大正数1-2-150.11 1绝对值最小 负数-2-151.0 01绝对值最大 负数-(1-2 -15)1.11 112、定点小数答案（补码）典型值真值代码序列补码非零最+10.0 01小正数补码最大正 数215-10.11 1补码绝对值 最小负数-11.11 1补码绝对值 最大负数-2-151.0 0013、定点整数答案（原码）：典型值真值代码序列非零最小正 数2-15001最大正数1-2-15011绝对值最小 负数-2-1511 11绝对值最大 负数-(1

5、-2 -15)10014、浮点整数答案（原码）：典型值真值代码序列非零最小正2-32 *2-1001数最大正数231*（ 1-2-9）011绝对值最小 负数2-32*（ -2-1）11 11绝对值最大 负数231*（-1）10015、(A27F)i6=10100010 0111 1111; E=- (11000) =-(24) io;M=- ( 0.110000001 ) =-(0.751953125) 10;N=-2-24* (2-1+2-2+2-9);16、37.25=(100101.01)2100101.01=1.0010101 X 2101阶码:01111111+101=1000010

6、0 尾数:0.0010101浮点数二进制代码：0,10000100,001010100017、简化地址结构的基本途径是：减少指令中显地址的数量，使用隐地址；目的操作数在运算后不再保留，该地址改用来存放运算结果。18、减少指令中一个地址信息的位数的方法是：采用寄存器寻址、寄存器间址等以寄存器为基础的寻址方式可以大大减少指令中一个地址信息的 位数。19、A: 1200H B : A307H 1001H C : 1200H1002H D : F03CH20、I/O设备的编址方法有：1. 外围设备单独编址，为各I/O接口中的有关寄存器分配一种 I/O端地址；2.外围设备与主存储器统一编址，将I/O接口

7、中的有关寄存器与主存储器的各单元统一编址，为它们分配统一的总线地址。21、I/O 指令的设置方法：1. 设置专用的 I/O 指令（显式 I/O 指令）；2. 用传送指令实现 I/O 操作（隐式 I/O 指令）；3. 通过 I/O 处理器控制 I/O 操作 。第二章补充作业1、论述计算机中采用多种不同寻址方式的目的。答：目的是为了缩短指令字长，扩大寻址空间，增加编程灵活性，支持程序重定位等。2、某机器字长 16 位，主存按字节编址，转移指 令采用相对寻址， 由两个字节组成， 第一字节为 操作码字段， 第二字节为相对位移量字段。 假定 取指令时，每取一个字节 PC 自动加 1。若某转 移指令所在主

8、存地址为20OOH ,相对位移量字段 的内容为06H，则该转移指令成功转以后的目标 地址是多少？解： 2000H+1+1+06H=2008H3、思考题： 给定以十进制数表示的范围和精度， 如何设计浮点数的格式？ 表示范围主要取决于阶码位数，给定十进制表示范围，能表示的最大数如要用二进制表示，则有： 10y=2xX 就是阶码的位数（不含符号位） ，两边取对数有：y=xlg2 x=y/lg2将 x 向上取整，可得出阶码的位数。表示精度主要取决于尾数位数，同理有：10-y=2-xy=xlg2 x=y/lg2将 x 向上取整，可得出尾数的位数（不含符号位） 。第三章CPU子系统练习题： 2（选 1个）

9、、3（选 1 个）、4、8、92、3 题为计算题 必考2、 (1)01.100000 正溢,(2)00.1110011 无溢出(3)11.100000 无溢出 ,(4)10.100000 负溢3、 (1)11.110110无出 ,(2)01.100011 正溢(3)10.1011111 负溢出 ,(4)00.011010 无溢出4、书 P.23316 片 181，5片 182， 16 个小组，4 个中组，注意初始进位的输入和最高进位信号的输出8、试比较同步控制与异步控制的特点及应用场1）同步控制的特点：时钟周期作为基本的时序单位，时间固定，各部操作的衔接、各部件之间的数据传 递受严格同步定时控

10、制。应用场合：用于 CPU内部、设备内部、系统总线操作 （各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较 近）。2）异步控制的特点： 无统一时钟周期划分， 各操作间的衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答方式。 应用场合：用于异步总线操作 （各挂接部件速度差异大，传送时间不确定，传送距离较远）。9、试比较组合逻辑控制和微程序控制的优缺点 及应用场合。答：组合逻辑控制方式优缺点及应用：1. 优点 速度快，用于低档机成本低。2. 缺点 1） 设计不规整 , 设计复杂 , 繁琐 , 设计效率低，检查调试困难。2） 灵活性差，不易修改扩充。应用场合：用于高速计算机，RISC，低档机。微程序控制方式优缺点

11、及应用1. 优点（1）设计规整，设计效率高； （2）易于修改、扩展指令系统功能； （3）适合系列机控制器 , 性 价比高；（4）易于诊断 , 维护，可靠性高。2. 缺点（ 1）速度慢（ 2）执行效率不高 应用场合：用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。第三章补充作业：1. X= 0.1001 , Y= 0.1101，用原码和补码加 减交替法计算X- Y,要求完整过程。（略）2. X= 1111，Y= 0101，用原码一位乘和补码 一位比较乘计算XX Y,要求完整过程。（略）3. 控制器由哪些部件组成？比较微程序控制器 和组合逻辑控制器组成的不同。答：组合逻辑控制器的基本组成：由微命令产生部件、

12、时序系统、指令部件、程序状态字寄存器等部件组成。（如总线控制，中断控制，控制台）。微程序控制器的基本组成：也是由时序系统、指令部件、程序状态字寄存器和微命令产生部件组成。但微命令产生部件又由控制存储器 CM （高速ROM、微指令寄存器及译码器、微地址寄存器、 微地址形成电路组成。4. CPU中设置哪些专用寄存器？其作用是什么？答：（1、通用寄存器组：CPU通过程序可以访问的寄存器，用来存放操作数运算结果地 址指针，也可用作基址、变址寄存器、计数器等。由D触发器或RAM勾成，可以是单口或双口。（2）暂存器：CPU不能通过程序访问的寄存器，用来临时存放某些中间信息，如来自主存或写入主存的信息。（3

13、、指令寄存器（IR）:存放当前正在执行的指令。（4）程序计数器（PC）:存放 下条指令的地址；（5、程序状态字寄存器（PSV）: PSW勺内容指示程序运行方式，反映程序运行 结果。（6）地址寄存器（MAR:存放CPU访问主存的单元地址；（7）数据缓冲寄存器（MBR MDR： 存放CPU写入主存或从主存读出的信息。5 微程序控制器由哪些部件组成？哪一个是核心部件？答：微程序控制器的基本组成：是由时序系统、指令部件、程序状态字寄存器和微命令产生部件组成。但 微命令产生部件又由控制存储器CM（高速ROM、微指令寄存器及译码器、微地址寄存器、微地址形成电路组成。核心部件是 1.控制存储器CM 2.微指

14、令寄存器；3.微地址形成电路；4.微地址寄存器。5. 下列选项中，能缩短程序执行时间的措施是 哪一个？（1）提高CPU时钟频率（2）优化数据通路结构（3）优化编译程序(1) ( 2) ( 3、都可以6. 简述微程序控制方式的基本思想和工作过程。答：1.基本思想： 1）若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；2）若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；3）微程序事先存放在控制存储器中， 执行机器指 令时再取岀。2. 工作过程： （1 ）执行取指微程序取机器指令； （2）转微程序入口； （ 3）逐条取岀对 应微指令执行；（4）返回取指微程序。7. 时序系统的作用是什么？时序信号有哪些

15、？答：作用：控制操作时间和操作时刻，用来产生各级时序信号。时序系统包括时钟源、 机器周期触发器、节拍电位发生器及启停控制电路等， 用来产生各级时序信号。8微指令的编码方法有哪些？比较其优缺点。答：（1）垂直型微指令：一条微指令定义并执行一种基本操作。优点：微指令短、简单、规整，便于编写微程序。缺点：微程序长，执行速度慢；工作效率低。（2）水平型微指令：一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。优点：微程序短，执行速度快。缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。9. 微指令的分段直接编译法的分段原则是什么?答：微命令分组原则：同类操作中互斥的微命令分在同一字段 ，相容的微命令分在不同字段。10. RIS

16、C计算机普遍采用哪种控制器？组合逻辑控制器。/10 . CPU设计主要包括哪几步？比较微程序控 制器和组合逻辑控制器设计的不同。/答:1、拟定指令系统；2.确定总体结构；3.安排时序；4.拟定指令流程和微命令序列；/5.形成控制逻辑。11. C语言程序在32位机器上运行。程序中定 义了三个变量xyz,其中x和z是int型，y为short 型。当x=127, y=-9时，执行赋值语句z=x+y后， xyz 的值分别是多少（十六进制表示）？X 、Y、Z 在机器里是补码表示，X :1271111111,00 01 1 ,0000003FH （32 位）Y: -9-1001,11 10111,0FFF

17、7H（16位）Z ： 1181110110,00 01110110,00000076H12 、设浮点数的阶码和尾数均采用补码表示,且位数分别为 5 位和 7 位（均含 2 位符号位）。若 有两个数 X=27 X 29/32, Y = 25 X 5/8,则用浮 点加法计算 X+Y 的最终结果是多少？X=27X 29/32, Y = 25 X 5/8,X ： 2111 X 0.1110100111,00.11101Y ：2101X 0.10100101,00.10100对阶： Y ： 2111X 0.00101尾数加： 01.00010规格化： 0 0. 1 0 0 0 1 ,阶码加 1：0100

18、0,阶码溢出, 运算溢出。13、微指令采用分段直接编译法,33 个微命令分成 5 组,每组包含的微命令分别是 7、3、12、5、6 个,控制字段需几位？3+2+4+3+3=15位14、&某计算机字长为16位，主存地址空间大小为 128KB.按字编址。采用单字长指令格式，指令各 字段定义如下：1512 119 86 5320OPMsRsMdRd源操作数目的操作数该指令系统最多可有多少指令?该计算机最多 有多少个通用寄存器？有多少种寻址方式？存储 地址寄存器(MAR)和存储数据寄存器(MDR)至少 各霊多少位？答案：16条指令，8个寄存器，8种寻址方式，16位。第四章存储子系统练习题 2、

19、3、5、6、7、27。书 P.233其中2、3、5题为存储器逻辑设计题必考 自己看书其中5题第问答案：需EPROM 2片需RAM 6片。6、SRAM和DRAM分别依靠什么原理存储信息？需要刷新吗？答：SRAMI利用双稳态触发器存储信息；不需要刷新。DRAM利用电容上的电荷状态存储信息；需要刷新。7、答案： 1M=1K KB=210*210*8 位 则共 1024行，所以要刷新 1024 次。27、题目见书 234 页直接映像： 按主存组号 （标记）确定后，组内页号 （主存页号 MOD Cache 的余数）拼接页内地址形成 Cache 的地址。全相联映像：按主存页号（标记）确定后，标记所在 Ca

20、che 页号拼接页内地址形成 Cache 的地址。 . .组相联映像：按主存组号（标记：主存页号除以Cache 组数的商，标记在 Cache 的组号由主存页号 MODCache 组数的余数决定）确定后，标记所在 Cache 页号拼接页内地址形成 Cache 的地址。 第二种组相联映像：主存按 Cache 页数分区，再按 Cache 每组页数分组，主存组号是几，该组内任一页可 以装入第几组的任一页。如果按 Cache 每组页数分组，主存页号除以 Cache 组数的商为组号，组号 MOD Cache 组数，余数为装入 Cache 的组号，该组内任一页可以装入该组的任一页。标记：区号拼接组内页号。第

21、四章补充作业：1. 论述计算机存储系统组成采用层次结构的目 的和方法，Cache、主存和外存各担负什么作用？ 他们之间有何关系？目的：容量、速度和价格方法：容量小、速度快的靠近 CPU ,作用：Cache存放立刻要用到得程序和数据关系：副本、后援2. SRAM和DRAM勺主要不同是什么？答：SRAM利用双稳态触发器存储信息，速度快，非破坏性读出，电源正常信息不会丢失；不需要刷 新。DRAM利用电容上的电荷状态存储信息，速度慢，破坏性读出，电源正常信息也会丢失；需要刷新。3. RAM和ROM勺主要不同点是什么？答：RAM可按地址访问存储器中的任一单元，访问时间与单元地址无关；可读可写断电信息丢失

22、。ROM ： RAM勺特例，用于存放固定不变的信息；可读不可写断电信息不丢失。4、DRAM为什么要刷新？有哪几种方法？答：原因：动态存储器依靠电容电荷存储信息，平时无电源供电，由于电容存在漏电流, 时间一长电容电荷会泄放，导致信息丢失 , 需定期向电容补充电荷，以保持信息不变。刷新方法：按行读，刷新一行所用的时间为一个存取；周期刷新周期的安排方式有1、集中刷新 2、分散刷新 3 、异步刷新。5、用若干个 2K x 4 位芯片组成一个 8K x 8 为存 储器，则 0B1FH 所在芯片的最小地址是多少？ 注：计算过程看作业6、什么是组相联映象？如采用组相联映象，Cache分8组，每组4页，每页0

23、.5KB,主存2MB 计算主存的第2000号单元可映象到Cache的哪 一页？页标记是多少 ？（组和页的编号都从 0 开 始）。2000 除以 512 向下取整，商 3， 2000 号单元在 主存的第 3 页， 3 MOD 8 等于 3，装入 Cache 第 3组的任一页 ,即 12,13,14,15,中的任一页 , 第 3 页 是主 存的 第 0 组（整数商 0）， 标记为 : 000000000（21-9-3=9 位）如果是第 36页， 36/8=4 余 4 装入 Cache 第 四组的任一页。即 16,17,18,19,中的任一页 , 标记 为: 0000001007、虚存空间16MB，

24、主存空间1MB，页面大小4KB， Cache 采用直接映像，分 8 块，大小为 32B。虚地址几位？哪几位是页号？主存地址几 位？哪几位是页号？ Cache 块内地址几位？主 存块标志几位？ Cache 块号几位？ 虚存：24位，高 12位；主存： 20位，高 8位。Ccahe:块内：5位，8块，块号：3位，标志： 20-5-3=12 位8、下列有关 RAM 和 ROM 得叙述中正确的是：（1）、（2）（ 1）RAM 是易失性存储器， ROM 是非易失性 存储器。（ 2）RAM 和 ROM 都是采用随机存取方式进行 信息访问。（3） RAM 和 ROM 都可用做 Cache。（ 4） RAM

25、和 ROM 都需要进行刷新。9、下列组合情况，一次访存过程中，不可能发生的是：（ 4）（1）TLB未命中，Cache未命中，Page未命中（2）TLB未命中，Cache命中，Page命中（3）TLB命中，Cache未命中，Page命中4）TLB 命中， Cache 命中， Page 未命中10、假设某计算机的存储系统由 Cache 和主存组 成，某程序执行过程中访存 1000 次，其中 访问Cache缺失（未命中）50次，则Cache 的命中率是多少？答案： 95%第 5 章 输入/ 输出系统练习题 2、6、7 、 192、比较并说明下述几种 I/O 控制方式的优缺点 及其应用场合。（ 1）直

26、接程序控制方式（ 2）程序中断方式（ 3 ） DMA方 式答：（1）直接程序传送方式用于系统调试或对速度要求不高的系统。这种方式CPU通过执行I/O指令控制外设工作，查询外设状态并和外设交换数据，缺点：由于CPU和外设串行工作，系统效率低优点：接口结 构简单,实现容易。（2）程序中断方式用于处理中低速的 I/O 操作和随机事件；优点：处理能力强，可处理复杂的随机事态， 缺点：切换程序时花费时间使中断方式难以适应高速数据传送。（3）DMA方式可用于高速外设大批量数据传输 ，也可用于大批量数据采集系统和 DRAM勺刷新；优点：与查 询方式相比 ， 可以随机响应外设请求 ， 不必查询 ， 与程序中断

27、相比 ， 不必切换程序 ， 由硬件直接完成传 输；缺点：不能处理复杂事态。6比较程序中断和子程序调用的不同。 （）内为 辅助记忆内容答：程序中断和子程序的区别 :（1）进入的时刻不同（进入中断程序是随机的 ， 而进入子程序是可以预知的 ; ）（2）和被打断的程序关系不同（主程序和子程序是主从关系 ， 被中断的程序和中断服务程序可能没有任何 关系；）(3) 进入方式不同(子程序通过执行 CALL指令进入，中断服务程序通过执行中断隐指令进入； )(4) 程序中断比子程序调用更复杂。(程序中断和子程序相同的地方是都要进行程序切换 ， 都可以嵌套 ， 都使用堆栈保护返回地址。 )7. 什么是向量中断方

28、式和非向量中断方式？各有什么优缺点？(1) 非向量中断：将服务程序入口组织在查询程序中； CPU 响应时执行查询程序，查询中断源，转入相应 服务程序。(2) 向量中断：将服务程序入口组织在中断向量表中； CPU 响应时由硬件直接产生相应向量地址，按地址 查表，取得服务程序入口，转入相应服务程序。优缺点自己翻书 =。 =19.DMA初始化完成的任务。(1) 向设备送出 I/O 接口的寻址信息 ;(2) 向 DMA 控制器送出控制字 ;(3) 向 DMA 控制器送出主存缓冲区首地址 ;(4) 向 DMA 控制器送出交换量。第五章补充作业1. 比较程序中断方式和DMA方式的不同。相同点：都能响应随机

29、请求；可实现主机和外设并行操作。不同点：(1) DMA不占用CPU，不需要保护断点和现场，也不需要恢复；中断占用 CPU，需要保护断点和现场 也需要恢复；(2) CPU 在机器周期末响应 DMA 请求， CPU 在指令周期末响应中断请求；(3) DMA 用硬件实现高速、简单 I/O 传送， 中断用程序实现中、低速 I/O 传送 ;(4) DMA 不能处理复杂事态 ， 中断可以；(5) 处理 DMA 请求要进行总线权切换 ， 处理中断请求要进行程序切换。2. 列出各种总线的英文缩写。ISA 总线 : 工业标准总线 ，VESA 总线：局部总线EISA 总线 :扩展的工业标准总线PCI 总线 :外设

30、互连总线 ，PCI-E 总线(快速)AGP 总线：加速图形处理总线PS/2 总线:微通道总线USB:串行通用总线3. 简述中断优先排队的原则、原因和方法。答：原因：一是有可能多个中断源同时请求，二是当前运行的程序和中断请求相比哪一个重要。 原则：按轻、重、缓、急进行排队方法:有软件排队和硬件排队两大类，硬件又有串行排队和并行排队电路。软件排队：简单,容易实现，优先级的改变灵活，但速度慢；硬件排队：复杂,实现难,优先级的改变不灵活，但速度快。4简述DMA方式传输数据的工作原理。答：1.CPU做准备工作2.硬件控制传输3.中断结束传输单字传送：每次 DMA请求被批准后，CPU让出一个总线周期的总线控制权，以 DMA方式传送一个字，也叫 周期挪用，周期插入成组传送：每次DMA请求被批准后，DMA控制器可连续占用若干个总线周期的总线控制权 ，以DMA方式传送 一批数据，也叫停止 CPU方式5计算机中哪些是内部中断？哪些是外部中 断？来自主机内部的各种软件故障、硬件故障等。来自主机外部的各种中断。6写出单级中断系统中，中断服务程序要做的工 作。自己找去7.中断隐指令完成哪些操作?关中断、保存断点、形成中断服务程序入口。第六章 输入/输出设备及I /0接口练习题2 (1)、5、