组成原理书后部分习题解答.docx
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组成原理书后部分习题解答
第一章标准题解
1-3)计算机的硬件由哪些部件组成?
各有哪些功能?
解:
硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大基本部件组成。
各自功能为:
1输入设备:
把人们编制好的程序和原始数据送到计算机中去,并将它们转换为计算机所能识别和接受的信息方式;
2输出设备:
将计算机的处理结果以人或其它设备所能接受的形式送出计算机。
3存储器:
用来存放程序和数据;
4运算器:
对信息进行处理和运算;
5控制器:
按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊的自动工作。
1—4)什么叫总线?
简述总线结构的特点。
解:
总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路,它能分时发送和接收各部件的信息。
单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上,这个总线被称为系统总线。
CPU与主存、CPU与外设之间可以直接进行信息交换,主存与外设、外设与外设之间也可以直接进行信息交换,而无需经过CPU的干预。
1—6)计算机的主要技术指标有哪些?
解:
有:
机器字长,数据通路宽度,主存容量,运算速度等
机器字长:
参与运算的数的基本位数,由加法器、寄存器的位数决定。
数据通路宽度:
指数据总线一次能并行传送信息的位数。
主存容量:
主存储器能存储的全部信息量。
第二章标准题解:
9)某机字长16位,问在下列几种情况下所能表示的数值的范围:
(1)无符号整数;
(2)用原码表示定点小数;(3)用补码表示定点小数;(4)用原码表示定点整数;(5)用补码表示定点整数。
解:
(1)0
(2)-(1-2-15)
(3)
(4)
(5)
10)某机字长32位,试分别写出无符号整数和带符号整数(补码)的表示范围(用十进制数表示)
解:
无符号整数:
补码:
11)某浮点数字长为12位,其中阶符一位,阶码数值3位,数符一位,尾数数值7位,阶码以2为底,阶码和尾数均用补码表示。
它所能表示的最大正数是多少?
最小规格化正数是多少?
绝对值最大的负数是多少?
解:
最大正数=
最小规格化正数
绝对值最大的负数
15)某浮点数字长32位,格式如下。
其中阶码部分8位,以2为底,移码表示;尾数部分一共24位(含1位数符),补码表示。
现有一浮点带码为(8C5A3E00)16,试写出它所表示的十进制真值。
078932
阶码数符尾数
解:
18)将下列IEEE短浮点数转换为十进制数:
(1)11000000111100000000000000000000
(2)00111111000100000000000000000000
(3)01000011100110010000000000000000
(4)01000000000000000000000000000000
(5)01000001001000000000000000000000
(6)00000000000000000000000000000000。
解:
(1)1,10000001,11100000000000000000000
符号位=1
阶码=129-127=2
1.111×22=111.1B=7.5
结果=-7.5。
(2)0,01111110,00100000000000000000000
符号位=0
阶码=126-127=-1
1.001×2-1=0.1001B=0.5625
结果=0.5625
(3)0,10000111,00110010000000000000000
符号位=0
阶码=135-127=8
1.0011001×28=100110010B=306
结果=306
(4)0,10000000,00000000000000000000000
符号位=0
阶码=128-127=1
1.0×21=10B=2
结果=2
(5)0,10000010,010*********
符号位=0
阶码=130-127=3
1.01×23=1010B=10
结果=10
(6)0,00000000,00000000000000000000000
阶码和尾数都等于全零,
结果=0
19)对下列ASCII码进行译码:
1001001,0100001,1100001,1110111
1000101,1010000,1010111,0100100
解:
以上ASCII码依次为I,!
,a,w,E,P,W,$。
第四章标准题解
4-4)已知X和Y,试用它们的变形补码计算出X+Y,并指出结果是否溢出。
(1)X=0.11011,Y=0.11111
(2)X=0.11011,Y=-0.10101
(3)X=-0.10110,Y=-0.00001(4)X=-0.11011,Y=0.11110。
解:
(1)
+
(2)
+
X+Y=0.00110
(3)
+
X+Y=-0.10111
(4)
+`
X+Y=0.00011
4-6)已知:
X=0.1011,Y=-0.0101
求:
。
解:
4-16)用74181和74182芯片构成一个64位的ALU,采用多级分组并行进位链(要求速度尽可能快)
解:
应共需16片74181和5片74182组成三级先行进位的64位ALU,如图所示:
第五章
5-12)
一个容量为16K×32位的存储器,其地址线和数据线的总和是多少?
当选用下列不同规格的存储芯片时,各需要多少片?
解:
地址线14根;数据线32根,共46根线。
若选用1K×4位的芯片需128片;
2K×8位的芯片需32片;
4K×4位的芯片需32片;
16K×1位的芯片需32片;
4K×8位的芯片需16片;
8K×8位的芯片需8片。
5-14)
已知某机字长8位,现采用半导体存储器作主存,其地址线16位,若使用1K×4的SRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间,并采用存储模板结构形式。
(1)若每块模板容量为4K×8,共需多块存储模板?
(2)画出一个模板内各芯片的连接逻辑图。
解:
(1)由题可知,存储器容量为
,所以,共需64/4=16块存储模板。
(2)一个模板内各芯片的连接逻辑图:
5-15)
某半导体存储器容量为16K×8,可选SRAM芯片的容量为4K×4;地址总线为
(低),双向数据总线
(低),由R/W线控制读写。
请设计并画出该存储器的逻辑图,并注明地址分配、片选逻辑及片选信号的极性。
解:
地址分配如下:
假设采用部分移码方式,片选逻辑为:
存储器逻辑图如下:
5-25)设某机主存容量为4MB,Cache容量为16KB,每块包含8个字,每字32位,设计一个四路组相联映像(即Cache每组内共有四个块)的Cache组织,要求:
(1)画出主存地址字段中各段的位数。
(3)若Cache的速度是主存的6倍,试问有Cache和无Cache相比,速度提高多少倍?
解:
(1)主存容量为4MB,按字节编址,主存地址应为22位,地址格式如下:
设Cache的存取周期为T,则主存的存取周期为6T。
有Cache的访存时间=
=
无Cache的访问时间为6T,
所以访问速度提高了
倍。
第三章标准题解
3-10)某机字长为16位,主存容量为64K字,指令格式为单字长单地址,共有64条指令。
试说明:
(1)若只采用直接寻址方式,指令能访问多少主存单元?
(2)为扩充指令的寻址范围,可采用直接/间接寻址方式,若只增加一位直接/间接标志,指令可寻址范围为多少?
指令直接寻址的范围为多少?
(3)采用页面寻址方式,若只增加一位Z/C(零页/现行页)标志,指令寻址范围为多少?
指令直接寻址的范围为多少?
(4)采用
(2)、(3)两种方式结合,指令的寻址范围为多少?
指令直接寻址的范围为多少?
解:
因为计算机中共有64条指令,所以操作码占6位,其余部分为地址码或标志位。
(1)若只采用直接寻址方式,则地址码部分为10位,指令能访问的主存单元数为
字。
(2)若采用直接/间接寻址方式,将增加一位直接/间接标志,则地址码部分为:
10-1=9位,指令直接寻址的范围为
字,而指令可寻址范围为整个主存空间
字。
(3)若采用页面寻址方式,将增加一位Z/C(零页/现行页)标志,所以指令直接寻址范围仍为
字,指令可寻址范围仍为
字
(4)此时将需要一位直接/间接标志和一位Z/C(零页/现行页)标志,所以指令直接寻址范围为
字,指令的可寻址诞仍是
字。
5-16)举例说明哪几种寻址方式除去取指以外不访问存储器?
哪几种寻址方式除去取指外只需访问一次存储器?
完成什么样的指令,包括取指令在内共访问4次存储器?
解:
立即寻址,寄存器寻址,除去取指令以外,不访问存储器;
直接寻址,寄存器间接寻址,变址寻址,基址寻址,相对寻址,页面寻址等除去取址外,只访问一次存储器;
二级间址包括取址在内,需访问四次存储器。
5—18)什么叫主程序和子程序?
调用子程序时还可采用哪几种方法保存返回地址?
画图说明调用子程序的过程。
解:
主程序就是指通常的程序,而子程序是一组可以公用的指令序列,只要知道子程序的入口地址就能调用它。
保存返回地址的方法有多种:
(3)用子程序的第一个单元存放返回地址。
转子指令把返回地址存放在子程序的第一个单元中,子程序从第二个单元开始执行,返回时将第一个单元地址作为间接地址,采用间址方式返回主程序。
(4)用寄存器存放返回地址,转子指令先把返回地址放到某一个寄存器中,再由子程序将寄存器中的内容转移到另一个安全的地方。
(5)用堆栈保存返回地址。
调用子程序的过程如图所示,此时返回地址保存在堆栈中。
第六章作业标准答案
1.什么是三级时序系统?
解:
是指机器周期、节拍和工作脉冲。
每个指令周期划分为若干个机器周期,每个机器周期划分为若干个节拍,每个节拍包含有几个工作脉冲。
2.控制器有哪些基本功能?
解:
功能有
(1)从主存取出一条指令,并給出下一条指令的位置;
(2)对指令进行译码或测试,产生相应的操作控制信号,以便启动轨定的工作;(3)指挥并控制CPU、主存和输入输出设备之间的数据流动。
3.中央处理器有哪些功能?
它由哪些基本部件组成?
解:
从程序运行的角度看,CPU的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。
且数据流是由指令流来驱动的。
中央处理器CPU由运算器和控制器组成。
7.某机主要部件如图所示。
(1)请补充各部件间的主要连接线,并注明数据流动方向。
(2)拟出指令ADD(R1),(R2)+的执行流程(含取指过程与确定后继指令地址)。
该指令的含义是进行加法操作,源操作数地址和目的操作数地址分别在寄存器R1和R2中,目的操作数寻址方式为自增型寄存器间址。
解
(1)将各部件间的主要连接线补充完后的图如所示。
(2)指令ADD(R1),(R2)+的含义为
((R1))+((R2))(R2)
(R2)+1R2
指令的执行流程如下:
A)(PC)MAR;取指令
B)Read
C)M(MAR)MDRIR
D)(PC)+1PC
E)(R1)MAR;取被加数
F)Read
G)M(MAR)MDRC
H)(R2)MAR;取加数
I)Read
J)M(MAR)MDRD
K)(R2)+1R2;修改目的地址
L)(C)+(D)MDR;求和并保存结果
M)Write
N)MDRCM
第八章作业标准题解
1.什么是I/O接口?
I/O接口有哪些特点和功能?
接口有哪些类型?
解:
I/O接口是主机和外设之间的交接界面,通过接口可以实现主机和外设间信息交换。
接口的基本功能有:
实现主机和外设间的通信连络控制;实现地址译码和设备选择;实现设备缓冲;完成数据格式转换;传递控制命令和状态信息。
接口按数据传送方式分类,有串行接口和并行接口;按控制方式分有:
程序查询接口,程序中断接口,DMA接口和通道计算机。
2.什么是DMA传送方式?
试比较常用的3种DMA传送方法的优缺点。
解:
DMA传送方式是在外设和主存之间开辟一条“直接数据通道”,在不需要CPU干预也不需要软件介入的情况下实现二者之间高速的数据传送。
常用的DMA方式有:
CPU停止访问主存方式;存储器分时方式;周期挪用方式。
CPU停止访问方式适用于高速外设的数据成组传送,可减少总线控制权的交换次数,有利于提高输入输出的总速度。
存储器分时法无需申请和归还总线,可在CPU不知不觉中进行DMA传送,但这种方法要求主存在原来的存取周期内为两个部件服务,如果要维持CPU的访问速度不变,就要求主存的工作速度提高一倍,另外,由于大多数外设的速度都不能与CPU相匹配,所以供DMA使用的时间段有可能成为空操作,从而造成一些不必要的浪费。
周期挪用法是上述两种方法的折中。
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