中央电大 2010计算机组成原理A 形考作业及答案

1、1 .在机器数补充代码中，零的表现形式是唯一的。2 .某计算机的字符长度为16位，用带符号小数点后的位数表示，带符号小数点后的位数为1位，带数值小数点后的位数为15位时，能显示的最大正的小数为(1-2-15 )，最小负的小数为-1。3 .加法器采用并行进位的目的是高速传输进位信号。4 .构成一个运算器需要多个部件，而以下所示的地址寄存器不是构成运算器的部件。1.ASCII码是汉字文字码2 .通常使用补数运算的二进制减法器来实现定点二进制加减运算3 .浮点表现法中，步码的位数越多，能够表现的数值精度越高4 .只有定点数运算可能溢出，浮点数运算不溢出。1 .简述奇偶校验码和海明校验码的实现原理。a

2、 :奇偶校验编码的原理：通过在通常被称为比特的1字节中添加二进制比特，并将该比特值设置为0或1，字节本身的8比特以及该比特必须包括1值的比特数是奇数或偶数。 在接收端，检查接收的码字是否也满足值为1的总比特数的奇偶关系，并确定数据是否错误。汉明校验码的原理：通过在k个数据位上加上r个奇偶校验位，形成k r位的新码字，使新码字的码字间距相对均匀地扩展。 如果将数据的各个二进制比特分配给几个不同的奇偶校验位的组合，则某个比特有错误时，关联的几个奇偶校验位的值会发生变化，这不仅发现错误，还指出哪个比特是错误的，而且是错误的。2 .简要叙述教材所示的MIPS计算机的运算器部件的功能和构成。MIPS计算

3、机运算器部件的功能和构成：运算器的第一个功能是完成数据的算术和逻辑运算，其中之一被称为算术和逻辑运算部件(简称ALU )的运算器的第二个功能是暂时存储参加运算的数据和中间结果， 为了用其内部一系列寄存器负担的硬件线路完成乘除命令运算，运算器内通常有可以左右移位的专用寄存器，通称乘商寄存器。 这些组件必须包括逻辑电路，用于通过多组复用器电路实现互连和数据传输，运算器结合计算机的一些其他功能部件工作，并且逻辑电路用于接收外部数据的输入和运算结果。3 .浮点运算器是由哪个部分组成的？a :由处理浮点指数部分的零件、处理零头的零件、加速移位操作的移位寄存器电路、寄存器堆栈等构成。假设X=0.01100

4、11*211，Y=0.1101101*2-10 (这里都是二进制)，在不使用隐藏位的情况下回答以下问题(1)浮点步进码由4移位码表示，尾数由8比特原代码表示(包括符号比特)，并且写入由该浮点表示的绝对值最大、最小(正数和负数)的数值解答：绝对值最大：1 111 0 1111111、1 1111111111；绝对值最小：0 001 0 0000000、0 001 1 0000000(2)写x、y的浮点表示。X浮子=1 011 0 0110011 Y浮子=0 110 0 1101101(3)计算xya :求出阶差： |E|=|1011-0110|=0101b :对层： y为1 011 0 0000

5、0 1101101c :尾数加法： 0001100110000110101=00011011001101d :标准化：左规：零数为01101101101101101101101，步骤编号为1010f :舍入处理：若用0舍1法处理，则为00 1101100 1=00 1101101e :不溢出来因此，XYY最终浮点格式的结果：1 010 0 1101101，即0.1101101*210用二进制表示1.16进制的数据14.4CH，然后用八进制和十进制表示。14.4 ch=(10100.01001100 )2=(14.23 )8=(20.21875 ) 102 .用8比特(包括1比特符号比特)的二进

6、制原符号和补数来表示下一个十进制数。(1) 17元=00010001，补充=00010001(2)-17 X元=10011000001，X补充=111011113 .知道以下各x原，求出各自的x反和x补充。(1)原稿=0.10100； 反向=010100，互补=010100(2)x原稿=1.00111； 反向=111000，互补=111001(3)原稿=010100； 反向=010100，互补=010100(4)原稿=110100； 反向=101011，补充=101100写出X=10111101，Y=-00101011的双码位原码、反转、互补码表示，用双码互补码计算两个个数的差。元=00 10

7、111101，逆=00 10111101，补充=00 10111101元=11 00101011，逆=11 1101010100，补充=11 1101010101X补全Y补全=00 100100101 .计算机硬件只能直接识别和执行机器语言程序。2 .指令中使用的数据可从通用寄存器、输入输出接口、存储器单元中获取。3 .汇编语言必须经过_汇编程序_的翻译，才能在计算机上执行。4 .设计指令操作码时，区分指令系统中的所有指令，使表示操作数的地址、长度恰当地统一。5 .控制器的功能是向计算机的各部提供控制信号。6 .从资源利用率和性能价格比来看，指令管线方案_最佳_、多指令周期方案其次是单指令周期

8、方案最不理想。1 .在索引寻址中，必须在指令中指定寄存器编号和数值。 日2 .计算机的命令越多，功能越强。3 .程序计数器PC主要用于解决指令的执行顺序。 日4 .微程序控制器的动作速度一般比硬连接控制器快。1 .一个命令通常由哪个部分组成？ 指令的操作码一般有什么样的组织方式？分别适用于什么情况？ 各自的优点和缺点是什么？a :一个指令通常由操作码和操作数两部分组成。指令的操作码通常有固定长度的操作码和固定长度的操作码两种组织方式。固定长度操作码的组织方式应用于现在很多计算机中变长的操作码组织方式，一般用于小型以上的计算机中。定长操作码的组织方式有利于简化计算机硬件设计，提高指令解码和识别速

9、度。变长的操作码组织方式可以表示相对短的指令词中相对多的指令数，并能尽可能满足提供对应的操作数地址的请求。2 .如何在命令中显示操作数的地址？ 常用的基本寻址方法是什么？a :是用地址方式表示操作数的地址。通常使用的基本地址方法包括即时数字地址、直接地址、寄存器地址、寄存器间地址、索引地址、相对地址、间接地址、堆栈地址等。3 .为读写输入输出设备指定读写设备的一般寻址方式有几种？a :为了读写输入输出设备，通常指定读写设备，有两种通用的寻址方式。 一种是I/O端口和主存储器的统一创建方式，另一种是I/O端口和主存储器的独立创建方式。4 .简要叙述了计算机控制器的功能和基本结构，微程序控制器和硬

10、件连接控制器在结构和工作原理上有什么不同？a :控制器主要由以下四部分组成(1)程序计数器(PC )用于提供指令存在于存储器内的地址的手段，服务指令的读取，使得能够增加内容并接收新指令地址，并且提供下一个要执行的指令的地址。(2)指令寄存器(IR )用于接收并保存从存储器读取的指令内容，在执行本指令的全过程中，向系统的运行提供指令自身的主要信息。(3)指令执行的步骤描述了每个指令的执行步骤的相对顺序关系，并标记了线路以确保每个指令以设置的步骤顺序执行。(4)所有的控制信号的生成单元可以根据指令操作码、指令的执行步骤(时刻)，形成或提供当前执行步骤计算机的各单元使用的控制信号。 整个计算机的硬件

11、系统在这些信号控制下协同工作，执行指令，产生预期的执行结果。由于上述后两部分的具体构成和运行原理不同，控制器分为硬连接控制器和微程序控制器。与微程序的控制器组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。共同点：基本的功能是提供计算机各部件协调运行所需的控制信号构成部分有程序计数器PC、指令寄存器IR执行各指令的具体功能分几个步骤完成。差异：主要在处理指令执行程序的方法上，提供控制信号的方案不同。 微程序的控制器通过微指令地址的联系来区分指令执行顺序，从控制存储器读取要提供的控制信号，并经由微指令寄存器发送至被控制部件。 组合逻辑控制器在节拍发生器中指定指令执行程序，且提供应该直接在组合逻辑电

12、路中供给的控制信号。微程序控制器的优点是设计和实现简单，易于用于实现系列计算机产品的控制器，能够实现理论上动态的微程序设计，运行速度慢。复合逻辑控制器的优点是运行速度明显快，缺点设计和实现复杂，但随着EDA工具的成熟，这一缺点大大缓解了。5 .控制器的设计及其与计算机指令系统的关系是什么？a :控制器的基本功能是根据当前执行中的指令及其执行顺序，形成并提供该时刻整个单元所需的控制信号。 因此，控制器的设计和该计算机的指令系统处于一对一的关系。 也就是说，控制器的设计应该根据指令的要求来进行，特别是分析各指令的执行顺序，产生各步骤所需的控制信号。6 .指令以顺序方式、流水线方式执行的主要区别是什

13、么？ 各有什么优点和缺点？序列方法是在一个指令被完全执行之后，执行下一指令。 控制器的设计简单、容易实现的优点是速度慢.流水线方式是提高计算机硬件性能的重要技术和有效措施，在成本增加少的情况下显着提高了计算机的性能。 追求的目标是在各命令执行步骤中完成命令的执行过程。 实现构想是把一个指令的几个功能分成不同的执行部件来完成，使这些部件能在时间上同时执行。 缺点是控制器的设计复杂，比较不容易实现。显着的优点是速度显着提高。1 .在以下部件(设备)中，访问速度最快的是磁盘存储器。2 .一个SRAM芯片的电容必须是1K8位，加上电源和接地端子，该芯片的引线的最小数量必须是20。3 .增加主存储器和C

14、PU之间的Cache的目的是解决CPU和主存储器之间的速度匹配。4 .在独立地址方案中，存储单元和I/O装置通过不同的地址和指令代码来区分。5 .随着cpu的速度增加，不采用程序检索方式的原因是cpu和外围设备并行工作。6 .在使用DMA方案的I/O系统中，直接在主存储器与外围装置之间建立数据路径是基本的想法。1.CPU访问存储器的时间取决于存储器的容量，存储器容量越大，存储器访问的时间越长。2 .部署虚拟存储系统的目的是提高对外部存储器的访问速度。3 .根据主机和接口之间的数据传输方案，输入/输出接口被分为串行接口和并行接口。 日4.DMA控制器以中断向CPU发送DMA请求信号。 日1 .在

15、第三级存储系统中，主存储、外部存储和高速缓存起着什么样的作用？a :多级存储器系统还可以读写，以存储容量适当的主存储器为中心整理执行，通过高速缓冲存储器来减轻主存储器的读写速度慢，不能满足CPU的执行速度需求的矛盾。 解决了虚拟存储空间更大、主存储容量小、无法存储更大的程序和更多数据的问题，使整个存储系统以更快的读写速度、尽可能大的存储容量、较低的制造和操作成本高速缓冲存储器的问题是容量小，虚拟存储器的问题是读写速度慢。 追求整个存储系统有更高的性能/价格比的核心想法，目的是在使用中充分发挥三级存储的各种优势，并尽量避免其缺点。2 .什么是随机访问方式？ 哪个存储采用了随机访问方式呢？a:ra

16、m (也就是随机存储器)可以被视为是由许多基本存储器单元组合构成的大规模集成电路。 静态随机存储器(RAM )和动态随机存储器(DRAM )可以随机访问。3 .什么是虚拟存储？ 能解决什么样的问题呢？ 为什么？a :虚拟内存属于主存储-外部存储层，内存管理硬件和操作系统中的内存管理软件支持，利用硬盘等辅助存储，透明地提供给用户的计算机系统有辅助存储的容量，以接近主存储的速度，单位主要用于缓解内存不足的问题。 这是因为系统使用部分硬盘空间来补充内存。4 .什么是串行接口和并行接口？ 简要叙述这些数据传输方式和应用场合。a :串行接口仅通过一对信号线传输数据，主要用于传输速度不高、传输距离长的情况

17、。 并行接口传输适用于以字或字节处理数据、传输速度低、打印机等传输速度高的设备。5.CPU在每次执行中断服务程序时应该做什么样的工作？a:cpu在每次执行中断服务程序时完成：判断关闭中断的中断点和保存停止的程序的现场信息的中断源，执行传输中断服务程序的入口地址的中断命令。 CPU在每次执行中断服务程序时完成：关闭中断，返回主程序准备恢复现场信息，恢复中断点，返回执行中断主例程。6 .总线信息传输有哪些方式？具体说明几种方式的特征。a :总线的传输方式是串行传输、并行传输、多路传输和数据包传输。串行传输方式是通过1条通信信号线一位一位地传输n位的字长的数据的方式。并行传输方法是用n条信号线同时传输字长n位的数据的方法，当然数据传输的速度一直很快。复用传输方式是以时分方式传输数据分组的方式，由同步信号进行控制，在组的通信线上采用时分的方法，按顺序并行传输不同组的信号。分组转发方式使要转发的信息为固定数据结构，通常包括数据、地址、时钟信息的采购。1 .在定点二进制运算器中，加法运算通常通过补数运算的二进制加法器来实现。2 .在索引寻址方法中，操作数的有效地址等于索引寄存器的内容和形式地址。3 .将ram芯片的数据线、地址线和读写控制线分别连接，将芯片选择信号线分别连接，其目的是增加存储单元数。1 .输