中央电大《计算机组成原理A》第1234次作业及答案.docx
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中央电大《计算机组成原理A》第1234次作业及答案
第一次作业
一、分析题：
把下面给出的几个十进制数化为二进制数（无法精确表示时，小数点后取三位）、八进制数、十六进制数。
7+3/4，—23/64，27.5，—125.9375，5.43
二、分析题：
把下面给出的几种不同进制的数化成十进制的数。
（1010.0101）2，—（101101111.101）2，（23.47）8，—（1A3C.D）16
三、分析题：
写出下面2组数的原码、反码、补码表示，并用补码计算每组数的和、差。
双符号位的作用是什么？
它只出现在什么电路之处？
（1）X=0.1101，Y=—0.0111
（2）X=10111101，Y=—00101011
四、简述题：
解释定点运算器的功能和组成部件？
以Am2901芯片为实例，来介绍定点运算器的有关知识，你的认知程度如何？
五、简答题：
以教学计算机为例，说明应如何控制与操作运算器完成指定的数据运算、传送功能，为什么必须在Am2901之外解决向运算器提供最低位的进位信号，最低、最高位的移位输入信号，以及状态位的接收与记忆问题。
设计完成如下操作功能的操作步骤和必须提供的信号：
把100送入R0，R0的内容送入R1，完成R0—R1本存入R0，R1的内容减1，R1的内容送入Q，R1和Q与C联合右移一位。
六、计算题：
假定X=0.0110011×211,Y=0.1101101×2-10（此处的数均为二进制），在不使用隐藏位的情况下，回答下列问题：
（1）浮点数阶码用4位移码、尾数用8位原码表示（含符号位），写出该浮点数能表示的绝对值最大、最小的（正数和负数）数值；
（2）写出X、Y的正确浮点数表示（注意，此处预设了小陷阱）
（3）计算X+Y；
参考答案：
一、答案：
十进制数二进制数八进制数十六进制数
7+3/4111.117.67.C
-23/64-0.010111-0.27-0.5C
27.511011.133.41B.8
-125.9375-1111101.1111175.747D.F
5.43101.0115.35.68
二、答案：
（1010.0101）2=（10.3125）10
-（101101111.101）2=（357.625）10
（23.47）8=（19+39/64）10
-（1A3C.D）16=（6716+13/16）10
三、答案：
（1）X=0.1101，Y=—0.0111
[X]原=001101，[X]反=001101，[X]补=001101
[Y]原=110111，[Y]反=111000，[Y]补=111001，[-Y]补=000111
001101001101
+）111001+）000111
000110010100
[X+Y]补=000110[X-Y]补=010100
X+Y=0.0110X-Y溢出
（2）X=10111101，Y=—00101011
[X]原=0010111101,[X]反=0010111101,[X]补=0010111101
[Y]原=1100101011,[Y]反=1111010100,[Y]补=1111010101，[-Y]补=0000101011
00101111010010111101
+）1111010101+）0000101011
00100100100011101000
[X+Y]补=0010010010[X-Y]补=0011101000
X+Y=+10010010X-Y=+1110100
四、答案：
定点运算器的功能与组成：
①对数据进行算术运算和逻辑运算，给出结果某些特征；
②暂存参加运算的数据和中间结果；
③可用硬件完成乘除运算；
④接受外部数据的输入，送出运算结果；
⑤与计算机其他部件协同工作
运算器的组成：
①算术与逻辑运算部件；②通用寄存器；③乘商寄存器；④多路选择器；⑤输入/输出逻辑电路。
Am2901芯片，其组成部分包括一个算术逻辑运算部件，完成对数据的算术运算和逻辑运算；一个由16个通用寄存器组成的寄存器组，以暂存参加运算的数据和中间结果；一个Q寄存器，实现硬件乘除运算；有5组二选一或三选一器件，以选择数据的输入和送出运算结果；有9个控制信号：
其中I5～I3选择运算功能，I2～I0选择数据来源，I8～I6控制数据处理方式，从而实现与计算机其它部件协调工作。
五、答案：
在教学计算机中,为控制运算器完成指定的数据运算、传送功能，必须给出要用的数据组合，ALU要完成的运算功能，和对运算结果的保存及送出办法；
选择送到ALU最低位的进位信号的状态，如何处理最高、最低位的移位信号的状态，是否保存运算结果的特征位信号等问题，都要依据指令执行的实际需求来处理，不是运算器内部功能所能包含的，故只能到Am2901芯片之外来解决。
预期功能
控制信号
I8-6
I5-3
I2-0
SST
A地址
B地址
SCi
SSH
R0←100（64H）
011
000
111
001
不用
0000
00
00
R1←R0
011
000
100
001
0000
0001
00
00
R0←R0-R1
011
001
001
001
0001
0000
00
00
R1←R1-1
010
001
011
001
不用
0001
01
00
Q←R1
000
000
100
001
0001
不用
00
00
与Cy联合右移R1│Q←R1│Q
100
000
011
001
0001
0001
00
10
控制的作用
Y的输出通用与Q寄存器的接收
运算
功能
运算
数据
状态
寄存器
选A口
数据
选B口
数据
最低位
进位
移位
控制
最后一项操作中，移入通用寄存起R1最高位的不是状态触发器C的值，而是ALU运算的符号位Cy的值，通用寄存器和Q联合右移时，不能支持与C的循环移位。
六、答案：
（1）绝对值最大正数：
0.1111111×27绝对值最小正数：
0.1000000×2-7
绝对值最小负数：
-0.1000000×2-7绝对值最大负数：
-0.1111111×27
（2）X的浮点数表示：
010110110011
Y的浮点数表示：
001101101101
（3）计算X+Y
①求阶差：
[ΔE]补=[X阶码]补–[Y阶码]补=0101，
ΔE的真值为+5，即X的阶码比Y的阶码大5。
②对阶：
Y变为010110000011[01101]
③尾数相加000110011双符号位补码相加
+000000011[01101]
000110110
④规格化：
左规，尾数为01101100，阶码为1010
⑤舍入操作：
尾数为01101101；不溢出，
故最的终浮点数格式的结果：
010101101101，即+0.1101101×22。
第二次作业
1．计算机指令中要用到的操作数一般可来自哪些部件？
如何在指令中表示这些操作数的地址？
通常使用哪些寻址方式？
2．什么是形式地址？
简述对变址寻址、相对寻址、基地址寻址应在指令中给出什么信息？
如何得到相应的实际（有效）地址？
各自有什么样的主要用法？
3．用教学机的指令系统，设计一个程序，实现从键盘读入无符号的整型数据；到计算机内转换为二进制数并保存在累加器R0中，要求有适当的检查各种操作错误的能力。
4．简述计算机的控制器的功能和基本组成。
微程序控制器和组合逻辑控制器和在组成和运行原理两个方面的相同、不同之处表现在哪里。
参考答案：
1、答：
计算机指令中要用到的操作数一般可来自：
①CPU内部的通用寄存器，应在字中给出用的的寄存器编号（寄存器名）；②外围设备（接口）中的一个寄存器，通常在指令字中用设备编号设备入出端口地址来表示；③内存储器的一个单元，应在指令字中给出该存储单元的地址。
通常使用立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、基地址寻址、间接寻址和堆栈寻址等寻址方式。
2、答：
表示在指令中的操作数地址通常称为形式地址。
变址寻址应在指令中给出个数值（变址偏移量）与指定的一个寄存器（变址寄存器）编号（寄存器名）。
把变址寄存器中的内容与变址偏移值相加得到相应的实际地址（操作数地址）。
其主要用法是将变址偏移量作为基准地址，变址寄存器的内容作为修改量，通过修改寄存器的内容可以访问数组、表格、字符串等中的不同元素。
相对寻址应在指令中给出一个数值（相对地址偏移量）。
相对地址偏移量与程序计数器PC内容相加之和即为相应的实际地址（操作数地址或转移指令的地址）。
其主要用法是用作程序转移。
基地址寻址应在指令中给出一个寄存器（基地址寄存器）。
基地址寄存器的内容与程序中所用到的地址相加之和即为相应的实际地址（操作数的地址或指令的地址）。
其主要用法是为多道程序或浮动地址程序定位存储器空间。
3、答：
A2040
MVRDR2,2030;用于判断数字符的下界值
MVRDR3,0039;用于判断数字符的上界值
（2044）IN81;判断键盘上是否按了一个键
SHRR0;R0右移一位,最低位移入状态标志位C
SHRR0;即串行口是否有了输入的字符
JRNC2044;尚没有输入则循环测试
IN80;把输入字符读到R0低字节
MVRDR1,00FF;
ANDR0,R1;将R0的高字节清0
CMPR0,R2;判断输入的字符<字符0否
JRNC2053;是,转到程序结束处
CMPR3,R0;判断输入的字符>字符9否
JRC2053;是,转到程序结束处
OUT80;输出刚输入的数字符
JMPA2044;转去程序前边等待输入下一个字符
（2053）RET
4、答案：
计算机的控制器的基本功能是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号，组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR，脉冲源和启停控制逻辑，时序控制信号产生部件。
组合逻辑的控制器和微程序的控制器是计算机中两种不同类型的控制器，其共同点是：
基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号，组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR，都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能；不同点主要表现在：
处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样，组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着大规模现场可编程集成电路的出现，该缺点已得到很大缓解；微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号是从控制存储器中读出来的，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的，其缺点是运行速度要慢一些，优点是设计与实现简单些，易于用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计。
第三次作业
一、简答题：
在计算机中为什么要采用多级结构的存储器系统？
它应用是建立在程序的什么特性之上的？
二、简答题：
多级结构的存储器是由哪三级存储器组成的？
每一级存储器使用什么类型的存储介质，这些介质的主要特性是什么？
在多级结构的存储器中，什么是信息的一致性原则和包含性原则？
三、简答题：
为什么要采用磁盘阵列技术？
什么是逻辑盘，什么是物理盘？
作为一个逻辑盘使用的多个物理盘需要在转速和所有扇区等方面严格同步吗？
为什么？
四、简答题：
高速缓冲存储器在计算机中的主要作用是什么，用什么类型的存储器芯片实现，为什么？
高速缓存与主存在读写原理方面有何差别？
参考答案：
一、答案：
通过把读写速度高，但容量小、存储的单位成本最高的高速缓冲存储器（Cache）与读写速度略慢、但容量可以更大、价格适中的主存储器，和读写速度最慢、但容量可以极大、存储价格最低的高速磁盘空间（虚拟存储器），组合成统一管理与调度的一体化的存储器系统，以便达到高速度、大容量、低价格的目的，即得到具有更高的运行性能/价格比的存储器系统。
多级结构的存储器系统是建立在程序运行的局部型原理之上。
二、答案：
多级结构的存储器由高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器三级存储器组成。
高速缓冲存储器使用静态存储芯片，主存储器使用动态存储器芯片，虚拟存储器使用快速磁盘设备。
静态存储芯片速度快，价格归，容量小，无需动态刷新；动态存储器芯片容量较大，速度较慢，价格适中，需动态刷新；快速磁盘设备容量特大，价格最低，但速度最慢。
详见下表：
名称
作用
构成
存取方式
速度
容量
主存储器
用来存入需要执行的程序及需要处理的数据，能由CPU直接读出或写入。
由半导体动态MOS存储器构成，
采取随机存取方式，按字节存放或读取内容
工作速度快
有一定存储容量
虚拟存储器
用来存放需要联机存放，但暂不执行的程序和数据，当需要时再由外存调入主存
磁盘、磁带等磁表面存储器和光盘存储器构成。
按文件进行组织，采取顺序存取或直接存取
速度较低
存储容量大、
高速缓冲存储器
用于存放CPU在最近一小段时间内要使用的程序和数据。
作为主存某些局部区域的内容副本。
主要为了解决CPU与主存之间的速度匹配问题
用高速半导体存储器构成，存取周期约为几至十几ns
采用随机存取方式，便于CPU直接访问
工作速度快
存储容量小
在多级结构的存储器中，所谓一致性原则，指保存在不同级的存储器中同一个数据必须有相同的值；包含性原则，指保存在内层存储器（靠近CPU）中的数据一定也被保存在外层存储器中，即保存在内层存储器中的数据只是已保存在外层存储器中更多数据中的一小部分的复制品。
三、答案：
采用磁盘阵列技术的目的是：
①通过多个磁盘的并列操作来提高设备总体的性能和可靠性。
②通过合理在多个磁盘之间组织数据，得到比较理想的容错能力，即额外拿出一定的存储容量（冗余）用于保存检错纠错的信息。
用阵列控制卡（RAID卡）把组成阵列的多个物理（实际）磁盘连接成一个逻辑整体，这个逻辑整体被称为逻辑盘。
参与由阵列控制卡（RAID卡）组成阵列的多个物理（实际）磁盘被成为物理盘。
作为一个逻辑盘使用的多个物理盘需要在转速和所有扇区等方面不需严格同步，因为阵列磁盘有两项技术，即并发命令请求和命令排队技术及快速接入和切断技术能进一步提高数据读写的速度和把占用总线的时间压缩到尽可能短。
四、答案：
高速缓冲存储器是设置在CPU与主存之间，其主要作用缓解主存速度慢、跟不上CPU读写速度要求的矛盾。
它用静态存储器芯片实现。
因为静态存储器芯片相对内存来说容量很小，速度特快，其读写速度可与CPU匹配，从而大大减小了CPU的读写时间。
高速缓存与主存在读写原理方面的差别：
（1）读内存储器，是给出内存储器的地址，直接读出选中单元的内容即可；
（2）读Cache存储器，按一定的地址变换方式给出Cache地址，并检查地址标识字段部分的内容，匹配，则该单元数据的内容就是被读内容。
（3）读Cache存储器比读内存储器速度快，一是由于二者使用的芯片速度不同造成的，二是因为两种存储器的组成和工作原理不完全相同，Cache是用关联存储器原理运行的。
第四次作业
一、简答题：
提高针式打印机打印速度有哪些可行办法?
针式打印机有什么优缺点？
为什么很少用针式打印机进行彩色打印？
二、简答题：
计算机总线的功能是什么？
通常用什么类型的器件构建总线？
为什么？
从功能区分，计算机中通常要使用哪三种类型的总线？
它们各自对计算机性能有什么影响？
三、简答题：
说明通用可编程接口由那些部件组成，各自的主要功能是什么？
四、简答题：
简述处理中断的一次完整过程。
五、简答题：
DMA传输方式的优点是什么？
DMA接口中通常应包括哪些逻辑部件？
各自的功能是什么？
参考答案：
一、答案：
提高针式打印机打印速度可行办法有：
①提高缓冲存储器的读写速度；②采用“梳式”或“梳齿式”打印头，增加打印针，使每个针只担负一行中少数几个字符的打印任务；③提高打印头向左和向右的移动速度（伴随提高电磁衔铁对打印针正向推动的反向弹动的速度）等。
针式打印机的优点是对打印纸无特殊要求，可打印多层复印纸，价格低，打印成本低；缺点是打印速度慢，噪声大，打印质量差。
因为针式打印机完成彩色打印的原理是采用一条上下分布着3种不同颜色的色带，在打印过程中通过上下移动色带，使不同颜色的色带处在打印头之下打印出不同颜色的，由于色带的颜色单一，且无法按一定的比例关系搭配成各种颜色，对彩色的打印效果很差，所以针式打印机很少用于彩色打印。
二、答案：
计算机总线的功能是在计算机各功能部件之间传输信息，包括传输数据（信息）信号和管理信息传输协议。
通常用集电极开路输出的电路或输出端有高阻态输出支持的电路构成总线。
这样的线路的输出端可以直接连接在一起，实现把多路输出中的某一路信息送到总线上。
从功能区分，计算机中通常使用数据总线、地址总线、控制总线三种类型的总线。
数据总线在计算机部件之间传送数据（指令）信息，其时钟频率和宽度（位数）的乘积正比于它所支持的最大的数据输入输出能力。
地址总线在计算机部件之间传送地址（内存地址，I/O设备地址）信息，其总线的宽度（位数）决定了系统可寻址的最大内存空间。
控制总线给出总线周期类型、I/O操作完成的时刻，DMA周期、中断等有关控制信号，总线周期的长短决定一次内存操作或一次输入输出设备的读写操作所必需的时间。
三、答案：
设备识别电路，用于CPU找到要用的设备；数据缓冲（输入/输出）寄存器，用于解决CPU与设备间交换数据时的缓冲问题；控制寄存器，用于存放CPU送到接口的控制命令等；状态寄存器，指出设备的运行状态，供CPU查询；中断逻辑电路，用于记忆中断请求，处理屏蔽中断，响应中断及处理等；其它可能有关的电路（如电平转换、串并行转换等）。
通用可编程接口一词中的“通用”，是指该接口电路有多种功能和用法，“可编程”则指可以用计算机指令指定该接口的功能、运行方式、运行控制参数等。
四、答案：
处理中断的一次完整的过程：
关中断；保存断点，保存现场；判中断源并转中断服务程序；开中断；执行中断服务程序；关中断；恢复现场，恢复断点；开中断；返回断点。
五、答案：
DMA传输方式优点是实现数据的高速传送，又减少了对CPU的打扰，提高了CPU的工作效率。
DMA接口中通常应包括：
①主存地址计数器，用于存放读写主存用到的主存地址；②数据数量计数器，用于存放传送数据的数量；③DMA控制状/态逻辑，用于修改主存地址计数器和数据数量计数器，指定传输功能，协调CPU和DMA信号的配合与同步；④DMA请求与（屏蔽）触发器，接收并记忆设备送来的请求数据传送的信号。
⑤数据缓冲寄存器，用于存放高速设备与主存之间交换的数据；⑥中断机构，中断请求发生在数据数量计数器计数到0值的时刻，用于向CPU报告本组数据传送完毕，并等待新的传送命令。
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