Ciguclu计算机组成原理课后答案1Word文件下载.docx
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解:
P3
计算机系统——计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。
计算机硬件——计算机的物理实体。
计算机软件——计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。
5.冯•诺依曼计算机的特点是什么?
冯氏计算机的特点是:
P9
•由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;
•指令和数据以同一形式(二进制形式)存于存储器中;
•指令由操作码、地址码两大部分组成;
•指令在存储器中顺序存放,通常自动顺序取出执行;
•以运算器为中心(原始冯氏机)。
7.解释下列概念:
主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
P10
主机——是计算机硬件的主体部分,由CPU+MM(主存或内存)组成;
CPU——中央处理器(机),是计算机硬件的核心部件,由运算器+控制器组成;
(早期的运、控不在同一芯片上)
主存——计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取;
由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元——可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位;
存储元件——存储一位二进制信息的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫存储基元或存储元,不能单独存取;
存储字——一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位;
存储字长——一个存储单元所存二进制代码的位数;
存储容量——存储器中可存二进制代码的总量;
(通常主、辅存容量分开描述)
机器字长——CPU能同时处理的数据位数;
指令字长——一条指令的二进制代码位数;
讲评:
一种不确切的答法:
CPU与MM合称主机;
运算器与控制器合称CPU。
这两个概念应从结构角度解释较确切。
8.解释下列英文缩写的中文含义:
CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS
全面的回答应分英文全称、中文名、中文解释三部分。
CPU——CentralProcessingUnit,中央处理机(器),见7题;
PC——ProgramCounter,程序计数器,存放当前欲执行指令的地址,并可自动计数形成下一条指令地址的计数器;
IR——InstructionRegister,
指令寄存器,存放当前正在执行的指令的寄存器;
CU——ControlUnit,控制单元(部件),控制器中产生微操作命令序列的部件,为控制器的核心部件;
ALU——ArithmeticLogicUnit,算术逻辑运算单元,运算器中完成算术逻辑运算的逻辑部件;
ACC——Accumulator,累加器,运算器中运算前存放操作数、运算后存放运算结果的寄存器;
MQ——Multiplier-QuotientRegister,乘商寄存器,乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。
X——此字母没有专指的缩写含义,可以用作任一部件名,在此表示操作数寄存器,即运算器中工作寄存器之一,用来存放操作数;
MAR——MemoryAddressRegister,存储器地址寄存器,内存中用来存放欲访问存储单元地址的寄存器;
MDR——MemoryDataRegister,存储器数据缓冲寄存器,主存中用来存放从某单元读出、或写入某存储单元数据的寄存器;
I/O——Input/Outputequipment,输入/输出设备,为输入设备和输出设备的总称,用于计算机内部和外界信息的转换与传送;
MIPS——MillionInstructionPerSecond,每秒执行百万条指令数,为计算机运算速度指标的一种计量单位;
10.指令和数据都存于存储器中,计算机如何区分它们?
计算机硬件主要通过不同的时间段来区分指令和数据,即:
取指周期(或取指微程序)取出的既为指令,执行周期(或相应微程序)取出的既为数据。
另外也可通过地址来源区分,从PC指出的存储单元取出的是指令,由指令地址码部分提供操作数地址。
问题讨论:
×
由控制器分析是指令还是数据;
数据进控制器?
指令由指令寄存器存取;
指令寄存器有控制功能?
指令和数据的格式不一样;
指令由操作码和地址码组成)
两者的二进制代码形式不一样?
指令顺序存放,而数据不是;
数据为什么不能顺序存放?
MAR放地址,MDR放数据;
取指时MDR中也是数据?
存取数据和存取指令的操作在机器中完全一样;
无法区分?
指令和数据的地址不一样;
某一存储单元只能放数据(或指令)?
指令放在ROM中,数据放在RAM中;
用户程序放在哪?
第三章
1.什么是总线?
总线传输有何特点?
为了减轻总线负载,总线上的部件应具备什么特点?
总线是多个部件共享的传输部件。
总线传输的特点是:
某一时刻只能有一路信息在总线上传输,即分时使用。
为了减轻总线负载,总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。
讲评:
围绕“为减轻总线负载”的几种说法:
×
应对设备按速率进行分类,各类设备挂在与自身速率相匹配的总线上;
应采用多总线结构;
总线上只连接计算机的五大部件;
总线上的部件应为低功耗部件。
上述措施都无法从根上(工程上)解决问题,且增加了许多不必要(或不可能)的限制。
总线上的部件应具备机械特性、电器特性、功能特性、时间特性;
这是不言而喻的。
4.为什么要设置总线判优控制?
常见的集中式总线控制有几种?
各有何特点?
哪种方式响应时间最快?
哪种方式对电路故障最敏感?
总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题;
常见的集中式总线控制有三种:
链式查询、计数器查询、独立请求;
特点:
链式查询方式连线简单,易于扩充,对电路故障最敏感;
计数器查询方式优先级设置较灵活,对故障不敏感,连线及控制过程较复杂;
独立请求方式判优速度最快,但硬件器件用量大,连线多,成本较高。
5.解释下列概念:
总线的主设备(或主模块)、总线的从设备(或从模块)、总线的传输周期和总线的通信控制。
总线的主设备(主模块)——指一次总线传输期间,拥有总线控制权的设备(模块);
总线的从设备(从模块)——指一次总线传输期间,配合主设备完成传输的设备(模块),它只能被动接受主设备发来的命令;
总线的传输周期——总线完成一次完整而可靠的传输所需时间;
总线的通信控制——指总线传送过程中双方的时间配合方式。
6.试比较同步通信和异步通信。
同步通信——由统一时钟控制的通信,控制方式简单,灵活性差,当系统中各部件工作速度差异较大时,总线工作效率明显下降。
适合于速度差别不大的场合;
异步通信——不由统一时钟控制的通信,部件间采用应答方式进行联系,控制方式较同步复杂,灵活性高,当系统中各部件工作速度差异较大时,有利于提高总线工作效率。
8.为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点?
半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制,又能像异步通信那样允许传输时间不一致,因此工作效率介于两者之间。
10.为什么要设置总线标准?
你知道目前流行的总线标准有哪些?
什么叫plugandplay?
哪些总线有这一特点?
总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题;
目前流行的总线标准有:
ISA、EISA、PCI等;
plugandplay——即插即用,EISA、PCI等具有此功能。
11.画一个具有双向传输功能的总线逻辑图。
此题实际上是要求设计一个双向总线收发器,设计要素为三态、双向、使能等控制功能的实现,可参考74LS245等总线收发器芯片内部电路。
逻辑图如下:
(n位)
几种错误的设计:
12.设数据总线上接有A、B、C、D四个寄存器,要求选用合适的74系列芯片,完成下列逻辑设计:
(1)设计一个电路,在同一时间实现D→A、D→B和D→C寄存器间的传送;
(2)设计一个电路,实现下列操作:
T0时刻完成D→总线;
T1时刻完成总线→A;
T2时刻完成A→总线;
T3时刻完成总线→B。
(1)采用三态输出的D型寄存器74LS374做A、B、C、D四个寄存器,其输出可直接挂总线。
A、B、C三个寄存器的输入采用同一脉冲打入。
注意-OE为电平控制,与打入脉冲间的时间配合关系为:
现以8位总线为例,设计此电路,如下图示:
(2)寄存器设置同
(1),由于本题中发送、接收不在同一节拍,因此总线需设锁存器缓冲,锁存器采用74LS373(电平使能输入)。
节拍、脉冲配合关系如下:
节拍、脉冲分配逻辑如下:
节拍、脉冲时序图如下:
以8位总线为例,电路设计如下:
(图中,A、B、C、D四个寄存器与数据总线的连接方法同上。
)
几种错误的设计:
(1)几种错误的设计:
(2)几种错误的设计:
第四章
3.存储器的层次结构主要体现在什么地方?
为什么要分这些层次?
计算机如何管理这些层次?
答:
存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。
Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用,即从整体运行的效果分析,CPU访存速度加快,接近于Cache的速度,而寻址空间和位价却接近于主存。
主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用,即从程序员的角度看,他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存,而速度接近于主存。
综合上述两个存储层次的作用,从整个存储系统来看,就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。
主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。
而主存—辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现,即将主存与辅存的一部份通过软硬结合的技术组成虚拟存储器,程序员可使用这个比主存实际空间(物理地址空间)大得多的虚拟地址空间(逻辑地址空间)编程,当程序运行时,再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。
因此,这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。
4.说明存取周期和存取时间的区别。
存取周期和存取时间的主要区别是:
存取时间仅为完成一次操作的时间,而存取周期不仅包含操作时间,还包含操作后线路的恢复时间。
即:
存取周期=存取时间+恢复时间
5.什么是存储器的带宽?
若存储器的数据总线宽度为32位,
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