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1、组成原理作业标准答案组成原理作业答案 作者： 日期： 第一章 计算机系统概论5. 冯诺依曼计算机的特点是什么？解：冯诺依曼计算机的特点是：P8 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成； 指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问； 指令和数据均用二进制表示； 指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置； 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； 机器以运算器为中心（原始冯诺依曼机）。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

2、令字长。解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。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

3、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：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。指令字长：一条指令的二进制代码位数。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解：全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。CPU：Central Processing Unit，中央处理机（器），是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并

4、可自动计数形成下一条指令地址。IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。CU：Control Unit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。ACC：Accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。MQ：Multiplier-Quotient Register，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

5、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：Memory Address Register，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。MDR：Memory Data Register，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。I/O：Input/Output equipment，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：Million Instruction Per Second，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。第3章 系统总线1.

6、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？答：P41.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。 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？答：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、计数器定时查询、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；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，

7、连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。5. 解释下列概念：总线宽度、总线带宽、总线复用、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。答：P46。总线宽度：通常指数据总线的根数；总线带宽：总线的数据传输率，指单位时间内总线上传输数据的位数；总线复用：指同一条信号线可以分时传输不同的信号。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，配合主设备完成数据传输的设备（模块），它只能被动接受主设备发来的命令；总线的传输周期：指总线完成一次完整而可靠的传

8、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。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plug and play？哪些总线有这一特点？答：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；plug and play：即插即用，EISA、PCI等具有此功能。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

9、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。而主存与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分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

10、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。11. 一个8K8位的动态RAM芯片，其内部结构排列成256256形式，存取周期为0.1s。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？解：采用分散刷新方式刷新间隔为:2ms，其中刷新死时间为：2560.1s=25.6s采用分散刷新方式刷新间隔为：256（0.1s+0.1s）=51.2s采用异步刷新方式刷新间隔为:2ms30. 一个组相连映射的CACHE由64块组成，每组内包含4块。主存包含4096块，每块由128字组成，访存地址为字地址。试问主存和高速存储器的地址各为几位？画出主存地址格式

11、。解：cache组数：64/4=16 ，Cache容量为：64*128=213字，cache地址13位主存共分4096/16=256区，每区16块主存容量为：4096*128=219字，主存地址19位，地址格式如下：主存字块标记（8位）组地址（4位）字块内地址（7位）第 六 章12. 设浮点数格式为：阶码5位（含1位阶符），尾数11位（含1位数符）。写出51/128、-27/1024所对应的机器数。要求如下：（1）阶码和尾数均为原码。（2）阶码和尾数均为补码。（3）阶码为移码，尾数为补码。 解：据题意画出该浮点数的格式：阶符1位阶码4位数符1位尾数10位 将十进制数转换为二进制：x1= 51/

12、128= 0.0110011B= 2-1 * 0.110 011B x2= -27/1024= -0.0000011011B = 2-5*(-0.11011B）则以上各数的浮点规格化数为：（1）x1浮=1，0001；0.110 011 000 0 x2浮=1，0101；1.110 110 000 0（2）x1浮=1，1111；0.110 011 000 0 x2浮=1，1011；1.001 010 000 0（3）x1浮=0，1111；0.110 011 000 0 x2浮=0，1011；1.001 010 000 0 16设机器数字长为16位，写出下列各种情况下它能表示的数的范围。设机器数采

13、用一位符号位，答案均用十进制表示。 （1）无符号数； （2）原码表示的定点小数。 （3）补码表示的定点小数。 （4）补码表示的定点整数。 （5）原码表示的定点整数。 （6）浮点数的格式为：阶码6位（含1位阶符），尾数10位（含1位数符）。分别写出其正数和负数的表示范围。 （7）浮点数格式同（6），机器数采用补码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数的真值范围。解：（1）无符号整数：0 216 - 1，即：0 65535； 无符号小数：0 1 - 2-16 ，即：0 0.99998； （2）原码定点小数：-1 + 2-151 - 2-15 ，即：-0.99997 0.99997（3）补码定点小数

14、：- 11 - 2-15 ，即：-10.99997（4）补码定点整数：-215215 - 1 ，即：-3276832767（5）原码定点整数：-215 + 1215 - 1，即：-3276732767（6）据题意画出该浮点数格式，当阶码和尾数均采用原码，非规格化数表示时：最大负数= 1，11 111；1.000 000 001 ，即 -2-92-31最小负数= 0，11 111；1.111 111 111，即 -（1-2-9）231则负数表示范围为：-（1-2-9）231 -2-92-31最大正数= 0，11 111；0.111 111 111，即 （1-2-9）231最小正数= 1，11 1

15、11；0.000 000 001，即 2-92-31则正数表示范围为：2-92-31 （1-2-9）231（7）当机器数采用补码规格化形式时，若不考虑隐藏位，则最大负数=1，00 000；1.011 111 111，即 -2-12-32最小负数=0，11 111；1.000 000 000，即 -1231则负数表示范围为：-1231 -2-12-32最大正数=0，11 111；0.111 111 111，即 （1-2-9）231 最小正数=1，00 000；0.100 000 000，即 2-12-32则正数表示范围为：2-12-32 （1-2-9）23117. 设机器数字长为8位（包括一位符

16、号位），对下列各机器数进行算术左移一位、两位，算术右移一位、两位，讨论结果是否正确。 x1原=0.001 1010；y1补=0.101 0100；z1反=1.010 1111； x2原=1.110 1000；y2补=1.110 1000；z2反=1.110 1000； x3原=1.001 1001；y3补=1.001 1001；z3反=1.001 1001。解：算术左移一位： x1原=0.011 0100；正确 x2原=1.101 0000；溢出（丢1）出错 x3原=1.011 0010；正确 y1补=0.010 1000；溢出（丢1）出错 y2补=1.101 0000；正确 y3补=1.01

17、1 0010；溢出（丢0）出错 z1反=1.101 1111；溢出（丢0）出错 z2反=1.101 0001；正确 z3反=1.011 0011；溢出（丢0）出错算术左移两位： x1原=0.110 1000；正确 x2原=1.010 0000；溢出（丢11）出错x3原=1.110 0100；正确y1补=0.101 0000；溢出（丢10）出错 y2补=1.010 0000；正确 y3补=1.110 0100；溢出（丢00）出错 z1反=1.011 1111；溢出（丢01）出错 z2反=1.010 0011；正确 z3反=1.110 0111；溢出（丢00）出错算术右移一位： x1原=0.000

18、 1101；正确 x2原=1.011 0100；正确x3原=1.000 1100(1)；丢1，产生误差 y1补=0.010 1010；正确y2补=1.111 0100；正确y3补=1.100 1100(1)；丢1，产生误差z1反=1.101 0111；正确z2反=1.111 0100(0)；丢0，产生误差z3反=1.100 1100；正确算术右移两位： x1原=0.000 0110（10）；产生误差 x2原=1.001 1010；正确x3原=1.000 0110（01）；产生误差y1补=0.001 0101；正确y2补=1.111 1010；正确y3补=1.110 0110（01）；产生误差z

19、1反=1.110 1011；正确z2反=1.111 1010（00）；产生误差z3反=1.110 0110（01）；产生误差19. 设机器数字长为8位（含1位符号位），用补码运算规则计算下列各题。 （1）A=9/64， B=-13/32，求A+B。 （2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。 （3）A=-3/16，B=9/32，求A+B。 （4）A=-87，B=53，求A-B。 （5）A=115，B=-24，求A+B。 解：（1）A=9/64= 0.001 0010B, B= -13/32= -0.011 0100B A补=0.001 0010, B补=1.100 1100A+B补=

20、 0.0010010 + 1.1001100 = 1.1011110 无溢出A+B= -0.010 0010B = -17/64 （2）A=19/32= 0.100 1100B, B= -17/128= -0.001 0001B A补=0.100 1100, B补=1.110 1111 , -B补=0.001 0001 A-B补= 0.1001100 + 0.0010001= 0.1011101 无溢出 A-B= 0.101 1101B = 93/128B（3）A= -3/16= -0.001 1000B, B=9/32= 0.010 0100B A补=1.110 1000, B补= 0.01

21、0 0100 A+B补= 1.1101000 + 0.0100100 = 0.0001100 无溢出A+B= 0.000 1100B = 3/32 （4） A= -87= -101 0111B, B=53=110 101B A补=1 010 1001, B补=0 011 0101, -B补=1 100 1011A-B补= 1 0101001 + 1 1001011 = 0 1110100 溢出（5）A=115= 111 0011B, B= -24= -11 000B A补=0 1110011, B补=1，110 1000 A+B补= 0 1110011 + 1 1101000 = 0 1011

22、011无溢出 A+B= 101 1011B = 9126.按机器补码浮点运算步骤，计算xy补. （1）x=2-011 0.101 100，y=2-010（-0.011 100）； （2）x=2-011（-0.100 010），y=2-010（-0.011 111）； （3）x=2101（-0.100 101），y=2100（-0.001 111)。解：先将x、y转换成机器数形式： （1）x=2-011 0.101 100，y=2-010（-0.011 100）x补=1，101；0.101 100, y补=1，110；1.100 100 Ex补=1,101, y补=1,110, Mx补=0.10

23、1 100, My补=1.100 100 1）对阶：E补=Ex补+-Ey补 = 11,101+ 00,010=11,111 0，应Ey向Ex对齐，则：Ey补+1=00，100+00，001=00，101=Ex补y补=0，101；1.111 000（1）2）尾数运算： Mx补+My补= 11.011011+ 11.111000（1）= 11.010011（1） Mx补+-My补= 11.011011+ 00.000111（1）= 11.100010（1）2） 结果规格化： x+y补=00，101；11.010 011（1），已是规格化数 x-y补=00，101；11.100 010（1）=00，

24、100；11.000 101 （尾数左规1次，阶码减1）4）舍入：x+y补=00，101；11.010 011（舍）x-y补 不变5）溢出：无则：x+y=2101（-0.101 101）x-y =2100（-0.111 011）32. 设机器字长为16位，分别按4、4、4、4和5、5、3、3分组后， （1）画出按两种分组方案的单重分组并行进位链框图，并比较哪种方案运算速度快。 （2）画出按两种分组方案的双重分组并行进位链框图，并对这两种方案进行比较。 （3）用74181和74182画出单重和双重分组的并行进位链框图。解：（1）4444分组的16位单重分组并行进位链框图见教材286页图6.22。

25、 5533分组的16位单重分组并行进位链框图如下：（2）4444分组的16位双重分组并行进位链框图见教材289页图6.26。 5533分组的16位双重分组并行进位链框图如下： 5533分组的进位时间=2.5ty3=7.5ty； 4444分组的进位时间=2.5ty3=7.5ty；可见，两种分组方案最长加法时间相同。 结论：双重分组并行进位的最长进位时间只与组数和级数有关，与组内位数无关。（3）单重分组16位并行加法器逻辑图如下（正逻辑）：注意： 1）74181芯片正、负逻辑的引脚表示方法； 2）为强调可比性，5-5-3-3分组时不考虑扇入影响； 3）181芯片只有最高、最低两个进位输入/输出端，组内进位无引脚； 4）181为4位片，无法5-5-3-3分组，只能4-4-4-4分组； 5）单重分组跳跃进位只用到181，使用182的一定是双重以上分组跳跃进位； 6）单重分组跳跃进位是并行进位和串行进位技术的结合；双重分组跳跃进位是二级并行进位技术；特别注意在位数较少时，双重分组跳跃进位可以采用全先行进位技术实现；位数较多时，可采用双重分组跳跃进位和串行进位技术结合实现。