《计算机组成原理》唐朔飞-第二版-高等教育出版社-课后答案优秀PPT.ppt
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1、计算机系统概论计算机系统概论第第 一一 章章习习 题题 与与 题题 解解 1.什么是计算机系统、计算机什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?个更重要?解:解:P3 计算机系统计算机系统计算机硬件、计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。的综合体。计算机硬件计算机硬件计算机的物理计算机的物理实体。实体。计算机软件计算机软件计算机运行所计算机运行所需的程序及相关资料。需的程序及相关资料。硬件和软件在计算机系统中相硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不行,因此同样重要互依存,缺一不行,因此同样重要 5
2、.冯冯诺依曼计算机的特点是什么?诺依曼计算机的特点是什么?解:冯氏计算机的特点是:解:冯氏计算机的特点是:P9 由运算器、限制器、存储器、输入设由运算器、限制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;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)指令和数据以同一形式(二进制形式)存于存储器中;存于存储器中;指令由操作码、地址码两大部分组成;指令由操作码、地址码两大部分组成;指令在存储器中依次存放,通常自动指令在存储器中依次存放,通常自动依次取出执行;依次取出执行;以运算器为中心(原始冯氏机)。以运算器为中心(原始冯氏机)。7.说明下列概念:说明下列概念:主机、主机、CPU、主存
3、、存储单元、存储元、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储件、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。字长、存储容量、机器字长、指令字长。解:解:P10 主机主机是计算机硬件的主体部分,是计算机硬件的主体部分,由由CPU+MM(主存或内存)组成;(主存或内存)组成;CPU中心处理器(机),是计中心处理器(机),是计算机硬件的核心部件,由运算器算机硬件的核心部件,由运算器+限制器限制器组成;组成;主存主存计算机中存放正在运行的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;工作存储器,可
4、随机存取;存储单元存储单元可可存放一个机器字存放一个机器字并并具有特定存储地址具有特定存储地址的存储单位;的存储单位;存储元件存储元件存储一位二进制信息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的物理元件,是存储器中最小的存储单位,又叫位,又叫存储基元存储基元或或存储元存储元,不能单独不能单独存取;存取;存储字存储字一个存储单元所存二进一个存储单元所存二进制代码的制代码的逻辑单位逻辑单位;存储字长存储字长一个存储单元所存一个存储单元所存二进制代码的位数二进制代码的位数;存储容量存储容量存储器中可存二进存储器中可存二进制代码的制代码的总量总量;机器字长机器字长CPU能能同时处理同时处理
5、的的数据位数;数据位数;指令字长指令字长一条指令的一条指令的二进制二进制代码代码位数;位数;8.说明下列英文缩写的中文含义:说明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 解:解:CPUCentral Processing Unit,中心处理机(器),见中心处理机(器),见7题;题;PCProgram Counter,程序计数,程序计数器,存放当前欲执行指令的地址,并可自动器,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;计数形成下一条指令地址的计数器;IRInstruction Regi
6、ster,指令寄存器,存放当前正在执行的指令的寄指令寄存器,存放当前正在执行的指令的寄存器;存器;CUControl Unit,限制单元,限制单元(部件),限制器中产生微操作叮嘱序列(部件),限制器中产生微操作叮嘱序列的部件,为限制器的核心部件;的部件,为限制器的核心部件;ALUArithmetic Logic Unit,算术逻辑运算单元,运算器中完成算术逻算术逻辑运算单元,运算器中完成算术逻辑运算的逻辑部件;辑运算的逻辑部件;ACCAccumulator,累加器,累加器,运算器中运算前存放操作数、运算后存放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;运算结果的寄存器;MQMulti
7、plier-Quotient Register,乘商寄存器,乘法运算时存放,乘商寄存器,乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。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,此字母没有专指的缩写含义,可以用作任一部件名,在此表示可以用作任一部件名,在此表示操作数寄操作数寄存器存器,即运算器中工作寄存器之一,用来,即运算器中工作寄存器之一,用来存放操作数存放操作数;MARMemory Address Register,存储器地址寄存器存储器地址寄存器,内存中用,内存中用来来存放欲访问存储单元地址存放欲访问存储单元地址的寄存器;的寄存器;MDRMemory Data Register,
8、存储器数据缓冲寄存器存储器数据缓冲寄存器,主存中用来,主存中用来存存放放从某单元从某单元读出读出、或、或写入写入某存储单元某存储单元数据数据的寄存器的寄存器;I/OInput/Output equipment,输入输入/输出设备输出设备,为输入设备和输出设,为输入设备和输出设备的总称,用于计算机备的总称,用于计算机内部和外界信息内部和外界信息的转换与传送的转换与传送;MIPSMillion Instruction Per Second,每秒执行百万条指令数每秒执行百万条指令数,为计算机运算速度指标的一种为计算机运算速度指标的一种计量单位计量单位;CPICycle Per Instruction
9、,执行一条指令所需时钟周期数执行一条指令所需时钟周期数,计算机,计算机运算速度指标运算速度指标计量单位计量单位之一;之一;FLOPSFloating Point Operation Per Second,每秒浮点运算次数每秒浮点运算次数,计算机,计算机运算速度运算速度计量单位计量单位之一。之一。10.指令和数据都存于指令和数据都存于存储器中存储器中,计算机如何区分它计算机如何区分它们?们?解:计算机硬件主要通解:计算机硬件主要通过不同的时间段来区分指令过不同的时间段来区分指令和数据,即:取指周期(或和数据,即:取指周期(或取指微程序)取出的既为指取指微程序)取出的既为指令,执行周期(或相应微程
10、令,执行周期(或相应微程序)取出的既为数据。序)取出的既为数据。另外也可通过地址来源另外也可通过地址来源区分,从区分,从PC指出的存储单元指出的存储单元取出的是指令,由指令地址取出的是指令,由指令地址码部分供应操作数地址。码部分供应操作数地址。返回返回返回返回书目书目书目书目系系 统统 总总 线线第第 三三 章章 1.什么是总线?总线传输什么是总线?总线传输有何特点?为了减轻总线负载,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?总线上的部件应具备什么特点?解:总线是多个部件共享解:总线是多个部件共享的传输部件;的传输部件;总线传输的特点是:某一总线传输的特点是:某一时刻只能有一路信
11、息在总线上传时刻只能有一路信息在总线上传输,即分时运用;输,即分时运用;为了减轻总线负载,总线为了减轻总线负载,总线上的部件应通过三态驱动缓冲电上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。路与总线连通。4.为什么要设置总线判优限制?常见为什么要设置总线判优限制?常见的集中式总线限制有几种?各有何特点?的集中式总线限制有几种?各有何特点?哪种方式响应时间最快?哪种方式对电路哪种方式响应时间最快?哪种方式对电路故障最敏感?故障最敏感?解:总线判优限制解决多个部件同时解:总线判优限制解决多个部件同时申请总线时的运用权支配问题;申请总线时的运用权支配问题;常见的集中式总线限制有三种:常见的集中式总线限制
12、有三种:链式查询、计数器查询、独立恳求;链式查询、计数器查询、独立恳求;特点:链式查询方式连线简洁,易于特点:链式查询方式连线简洁,易于扩充,对电路故障最敏感;计数器查询方扩充,对电路故障最敏感;计数器查询方式优先级设置较灵敏,对故障不敏感,连式优先级设置较灵敏,对故障不敏感,连线及限制过程较困难;独立恳求方式判优线及限制过程较困难;独立恳求方式判优速度最快,但硬件器件用量大,连线多,速度最快,但硬件器件用量大,连线多,成本较高。成本较高。5.说明下列概念:总线的主设备说明下列概念:总线的主设备(或主模块)、总线的从设备(或从模块)(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
13、通信限制。、总线的传输周期和总线的通信限制。解:解:总线的主设备(主模块)总线的主设备(主模块)指一指一次总线传输期间,拥有总线限制权的设备次总线传输期间,拥有总线限制权的设备(模块);(模块);总线的从设备(从模块)总线的从设备(从模块)指一指一次总线传输期间,协作主设备完成传输的次总线传输期间,协作主设备完成传输的设备(模块),它只能被动接受主设备发设备(模块),它只能被动接受主设备发来的叮嘱;来的叮嘱;总线的传输周期总线的传输周期总线完成一次完整而牢靠总线完成一次完整而牢靠的传输所需时间;的传输所需时间;总线的通信限制总线的通信限制指总线传送过程中双方的指总线传送过程中双方的时间协作方式
14、。时间协作方式。6.试比较同步通信和异步通信。试比较同步通信和异步通信。解:解:同步通信同步通信由统一时钟限制的通信,由统一时钟限制的通信,限制方式简洁,灵敏性差,当系统中各部限制方式简洁,灵敏性差,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;显下降。适合于速度差别不大的场合;异步通信异步通信不由统一时钟限制的通不由统一时钟限制的通信,部件间接受应答方式进行联系,限制信,部件间接受应答方式进行联系,限制方式较同步困难,灵敏性高,当系统中各方式较同步困难,灵敏性高,当系统中各部件工作速度差异较大时,有利于提高总部件工作速度
15、差异较大时,有利于提高总线工作效率。线工作效率。8.为什么说半同步通为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异信同时保留了同步通信和异步通信的特点?步通信的特点?解:解:半同步通信既能像同步半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟限制,通信那样由统一时钟限制,又能像异步通信那样允许传又能像异步通信那样允许传输时间不一样,因此工作效输时间不一样,因此工作效率介于两者之间。率介于两者之间。10.为什么要设置为什么要设置总线标准总线标准?你?你知道目前知道目前流行的总线标准流行的总线标准有哪些?什有哪些?什么叫么叫plug and play?哪些总线有哪些总线有这这一特点?一特点?解:解:总线标准的设置
16、总线标准的设置主要解决不同厂主要解决不同厂家各类模块化产品的家各类模块化产品的兼容兼容问题;问题;目前流行的总线标准有:目前流行的总线标准有:ISA、EISA、PCI等;等;plug and play即插即用即插即用,EISA、PCI等具有此功能。等具有此功能。11.画一个具有双向传输功能的总线画一个具有双向传输功能的总线逻辑图。逻辑图。解:此题事实上是要求设计一个双向解:此题事实上是要求设计一个双向总线收发器,设计要素为三态、方向、使总线收发器,设计要素为三态、方向、使能等限制功能的实现,可参考能等限制功能的实现,可参考74LS245等等总线缓冲器芯片内部电路。总线缓冲器芯片内部电路。逻辑图
17、如下:逻辑图如下:(n位)位)GDIRA1B1AnBn 12.设数据总线上接有设数据总线上接有A、B、C、D四个寄存器,要求选用合适的四个寄存器,要求选用合适的74系列系列芯片芯片,完成下列逻辑设计:,完成下列逻辑设计:(1)设计一个电路,在同一时间实现设计一个电路,在同一时间实现DA、DB和和DC寄存器间的传送;寄存器间的传送;(2)设计一个电路,实现下列操作:设计一个电路,实现下列操作:T0时刻完成时刻完成D总线;总线;T1时刻完成时刻完成总线总线A;T2时刻完成时刻完成A总线;总线;T3时刻完成时刻完成总线总线B。解:解:(1)接受三态输出的)接受三态输出的D型寄存型寄存器器74LS37
18、4做做A、B、C、D四个寄四个寄存器,其输出可干脆挂总线。存器,其输出可干脆挂总线。A、B、C三个寄存器的输入接受同一脉冲打三个寄存器的输入接受同一脉冲打入。留意入。留意-OE为电平限制,与打入脉为电平限制,与打入脉冲间的时间协作关系为:冲间的时间协作关系为:-OE-OE:令:令:令:令:BUSBUSA=BUSA=BUSB=BUSB=BUSC=CPC=CP;D DBUS=-OEBUS=-OE;当当当当CPCP前沿到来时,将前沿到来时,将前沿到来时,将前沿到来时,将D DA A、B B、C C。现以现以8位总线为例,设计此电路,如下图位总线为例,设计此电路,如下图示:示:数据总线数据总线数据总线
19、数据总线D7D7D0D0BUSBUSA A1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 D D1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 A A1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 B B1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 C CBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSD DD DBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSA ABUSBUS (2)寄存器设置同()寄存器设置同(1),由),由于本题中发送、接收不在同一节拍,于本题中发送、接收不在同一节拍,因此总线需设锁存器缓
20、冲,锁存器因此总线需设锁存器缓冲,锁存器接受接受74LS373(电平使能输入)。(电平使能输入)。节拍、脉冲协作关系如下:节拍、脉冲协作关系如下:时钟:时钟:时钟:时钟:CLKCLK:节拍电平:节拍电平:节拍电平:节拍电平:TiTi:打入脉冲:打入脉冲:打入脉冲:打入脉冲:PiPi:图中,脉冲图中,脉冲图中,脉冲图中,脉冲包包包包在电平中,为了在电平中,为了在电平中,为了在电平中,为了留有较留有较留有较留有较多的多的多的多的传送时间,脉冲设置在靠近电平传送时间,脉冲设置在靠近电平传送时间,脉冲设置在靠近电平传送时间,脉冲设置在靠近电平后沿后沿后沿后沿处处处处。节拍、脉冲支配逻辑如下:节拍、脉冲
21、支配逻辑如下:二位二位二位二位格雷格雷格雷格雷码同码同码同码同步计步计步计步计数器数器数器数器1 1&1 11 11 1G Y0G Y0 Y1 Y11/21391/2139 Y2 Y2A A B Y3B Y31 1CLKCLKP0P0P1P1P2P2P3P3T0T0T1T1T2T2T3T3-T0-T0-T1-T1-T2-T2-T3-T3节拍、脉冲时序图如下:节拍、脉冲时序图如下:时钟:时钟:时钟:时钟:CLKCLK:输出:输出:输出:输出:T0T0:T1T1:T2T2:T3T3:输入:输入:输入:输入:P0P0:P1P1:P2P2:P3P3:以以8位总线为例,电路设计如下:位总线为例,电路设计
22、如下:(图中,(图中,A、B、C、D四个寄存器与数据总线四个寄存器与数据总线的连接方法同上。)的连接方法同上。)=1 11Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 A A1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 B BBUSBUSB BD DBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSA ABUSBUSBUSBUSA A1Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8D374374 D DBUSBUSD D1Q 8Q1Q 8Q OE G OE G 1D 8D1D 8D3733731Q 8Q1Q 8QOE OE 1D 8D 1D 8DBU
23、SBUSC C374374 C C=1 1T1 T3 T0 T2T1 T3 T0 T2数据总线(数据总线(数据总线(数据总线(D7D0D7D0)令:令:令:令:A ABUS=-T2BUS=-T2 D DBUS=-T0BUS=-T0 BUS BUSA=P1A=P1 BUS BUSB=P3B=P3返回书目返回书目返回书目返回书目存存 储储 器器第第 四四 章章 4.说明存取周期和存取时间的区分。说明存取周期和存取时间的区分。解:存取周期和存取时间的主要区分是:解:存取周期和存取时间的主要区分是:存取时间仅为完成一次操作的时间,而存取周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
24、含操作后线路的复期不仅包含操作时间,还包含操作后线路的复原时间。即:原时间。即:存取周期存取周期=存取时间存取时间+复原时间复原时间 5.什么是存储器的带宽?若存储器的数据什么是存储器的带宽?若存储器的数据总线宽度为总线宽度为32位,存取周期为位,存取周期为200ns,则存储,则存储器的带宽是多少?器的带宽是多少?解:存储器的带宽指单位时间内从存储器解:存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。进出信息的最大数量。存储器带宽存储器带宽=1/200ns X 32位位=160M位位/秒秒=20MB/S=5M字字/秒秒 6.某机字长为某机字长为32位,其存储容量是位,其存储容量是64KB,
25、按字编址它的寻址范围是多少?若主存以字,按字编址它的寻址范围是多少?若主存以字节编址,试画出主存字地址和字节地址的支配节编址,试画出主存字地址和字节地址的支配状况。状况。解:存储容量是解:存储容量是64KB时,按字节编址的时,按字节编址的寻址范围就是寻址范围就是64KB,则:,则:按字寻址范围按字寻址范围=64KX8/32=16K字字 按字节编址时的主存地址支配图如下:按字节编址时的主存地址支配图如下:0 01 12 236 65 54 4655346553465532655327 765535655356553365533字地址字地址字地址字地址 HB HB 字节地址字节地址字节地址字节地址
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