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计算机组成原理课后习题答案(第五版 白中英)
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《计算机组成原理》课后习题答案
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你可能喜欢程序计数器：用来存放待执行指令在存储器中的地址指；指令译码器：暂存在指令寄存器中的指令，其操作码部；前要执行的指令是一条什么指令；时序部件：用来产生计算机工作过程中所需要的各种时；微操作控制部件：任何指令的执行过程都是一个微操作；制部件用来产生与各条指令相对应的微操作控制信号；中断系统：用来处理中断，即计算机操作过程中一些预；故障等；操作控制台：它是任何计算
程序计数器：用来存放待执行指令在存储器中的地址 指令寄存器：用来存放从存储器中取出的待执行指令 指令译码器：暂存在指令寄存器中的指令，其操作码部分经过译码后才能识别出当前要执行的指令是一条什么指令。指令译码器进行译码功能的实现。 时序部件：用来产生计算机工作过程中所需要的各种时序信号 微操作控制部件：任何指令的执行过程都是一个微操作序列的产生过程，微操作控制部件用来产生与各条指令相对应的微操作控制信号。 中断系统：用来处理中断，即计算机操作过程中一些预想不到的时间，例如某部件故障等。 操作控制台：它是任何计算机系统中实现人机联系的桥梁，从启、停机器到操作过程中的人工干预或对机器进行测试等都必须通过操作控制台来实现。
详见P169~171
2. 简述CPU组成及其主要功能。 控制器：1.从内存中取出一条指令，并指出下条指令在内存中的位置 2.对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作
3.指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间的数据流动方向。 运算器：1.执行所有的算术运算
2.执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。 Cache:
是主存储器的缓冲存储器，由高速SRAM组成，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术。
3.解释下列名词： (1) 指令周期：取出并执行一条指令的时间 (2) 机器周期(又称CPU周期)：通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期 (3) 时钟周期(又称节拍)：又称节拍脉冲或T周期，它是处理操作的最基本单位。决定是机器硬件本身。 (4) 微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，这些控制命令就叫做微命令。 (5) 微指令：在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合构成一条微指令。 (6) 微程序：一条机器指令的功能是用许多条微指令组成的序列来实现的，这个微指令序列通常叫做微程序。 (7) 微程序设计：为了提高CPU的程序执行能力，需要合适高效的微指令序列，即微程序，因此，如何确定微指令的结构乃是微程序设计的关键。需要对微程序编码、位地址的形成方法（即顺序控制）以及微指令格式进行设计。
4.控制器中产生微操作控制信号的方式有哪几种?简述各自的主要特点。 组合逻辑控制方式：由于对微操作的控制全部采用硬件控制，因此速度很快，但对硬件成本要求很高，设计复杂。一旦控制部件构成后，除非重16
新设计和物理上的重新布线，否则想要增加新的控制功能是不可能的。 微程序控制方式：
具有规整性、灵活性、可维护性等一系列有点，使用软件方法来设计硬件的一门技术。但与组合逻辑控制方式相比，微程序控制方式的速度会慢些，因此对于超高度的计算机，仍不适宜采用微程序控制方式。 PLA（可编程逻辑阵列）控制方式：
集中了组合逻辑控制器和微程序控制器两者的优点，与组合逻辑相比，它的设计工作量小，而且修改、维护方便；与微程序控制器比较，它速度快。
5.水平型微指令和垂直型微指令的主要区别是什么?
1水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令则较差；
2水平型微指令一条操作时间短，垂直型微指令执行时间长；
3由平行型微指令解释指令的微程序，有微指令字较长而微程序短的特点。垂直型微指令则相反，微指令字比较短而微程序长。
4水平型微指令与机器指令差别很大，一般需要对及其结构、数据通路、时序系统以及微命令很精通才能设计。 6.某机采用微程序控制方式，已知全机有50个微命令，控制存储器共128字，条件测试字段占3位。解答下述问题： (1)若采用直接控制的水平型微指令，请设计微指令的具体格式。 (2)若采用编码控制的水平型微指令，已知50个微命令构成4个相斥类，分别包含4个、18个、22个和6个微命令，其他条件不变，请设计微指令的具体格式。 7.某机微程序控制器中，控制存储器容量为256×30(位)，可判定的外部条件有4个，采用直接控制的水平型微指令判定方式。请设计该微程序控制器的结构框图，并作简要说明。 8.第6题中，若改成增量方式，请设计该微程序控制器的结构框图，并作简要说明。 9.已知\十进制加法\指令的微指令流程图如6.49图所示，微指令格式同图6.21，请设计\十进制加法\指令的微程序。
图6.49微指令格式图 17
10.什么是中断向量?为什么要设置中断向量表?
中断向量即中断源的识别标志，可用来存放中断服务程序的入口地址或跳转到中断服务程序的入口地址。 当CPU响应了某及中断请求后，为了解决如何正确的找到响应的中断服务程序入口这一问题，需要在主存储器中开辟一个区域，将各个中断服务程序的入口地址按顺序存放到图6.36（P191）的“表”中，这个表即中断向量表。可知，中断向量表的设置是为了存放中断程序的入口地址，使得CPU可以顺利的处理中断。
11.中断系统的主要功能有哪些?
1.及时发现和处理机器中的软硬件故障
2.计算机系统中主机与输入输出设备之间可以采用中断方式相互交换信息，以完成输入输出功能。
3.应用在实时控制系统中的计算机，可由中断系统来接收从外部实时输入的信息，并进行必要处理
4.多用户计算机系统中，可通过中断系统实现多道程序之间的调度以实现多道程序的并行执行。
5.计算机系统中的虚拟存储器可用中断方式向CPU报告存储空间的使用情况。 6.计算机软件的调试与维护过程中，可利用中断系统提供人工干预的途径，以实现人机会话功能。 （见P186）
12.某线性流水线共包含8个功能段，每个功能段的执行时间为Δt0。请画出该流水线的时间图，在连续流水情况下，多少时间可输出一个结果?
13.某系统中浮点加法运算线性流水线如图6.50所示。
图6.50浮点加法运算线性流水线图 已知每个功能段执行时间均为50ns，现要求完成如下运算： X=A+B+C+D+E+F+G+H (1)请用较好算法，使流水线尽可能连续流水，画出相应的时空图。 (2)该流水线运算多长时间可输出X? (3)若不采用流水线，则机器需要运算多少时间才能输出X?
第7章 习题与思考题答案 1、 在一个16位的总线中，若时钟频率为100MHz，总线数据周期为5个时钟周期传输一个字。试计算总线的数据传输率。 时钟周期：1/100MHz 总线的传输速率：2Bx100M/5=40MB/s 18
2.、总线分成哪几种?各用在什么场合?
地址线：用来传送主存与设备的地址
数据线：用来传送数据
控制线：用来指明数据传送的方向，中断控制和定时控制等。
3、总线控制方式有哪几种?各有什么主要特点?
集中式仲裁：所有请求总线使用权的设备全部由中央仲裁器统一控制使用权。 链式查询方式：总线授权信号串行的从一个I/O接口传到下一个，直到遇到总线请求。
计数器定时查询方式：通过计数装置，与链式查询方式相比，可以方便改变优先次序。
独立请求方式：每个共享总线的设备都有一堆总线请求线和总线授权线，总线仲裁器中的排队电路以一定的优先次序决定响应顺序。既可以灵活的控制休闲次序，也具有响应时间快的优点。
分布式仲裁：不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。
4、同步通信和异步通信有什么区别?各适于用在什么场合？
同步通信是指通信双方由定宽、定距的时表控制总线上数据的传送。在通过总线传送数据时用一个公共的时钟信号进行同步控制。适用于总线较短，通信双方速率相等或比较接近的场合，这种情况下一般都具有较高的数据传送速率。
异步通信是指通信双方按照各自的时钟频率工作，在进行数据通信之前，双方必须通过联络信号取得联系后方可进行正常通信。其优点是简单、可靠，适用于面向字符的、低速的异步通信场合。
5、总线接口的主要功能有哪些? 总线接口又可称为输入输出接口，这是因为主机通过总线与各种类型的输入输出设备连接，并且相互交换信息。 主要功能有：数据缓冲功能；数据转换功能；数装配与拆卸功能；接口中如果设置有地址寄存器和字节计数器，应能完成其修改功能；启停控制功能；命令、状态信息的传送功能；与CPU之间取得联系。 详见P214
6、某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，若一个总线周期等于一个时钟周
期，总线频率为33MHz，问总线带宽是多少？ 设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期T=1/f，一个总线周期传送数据量用D表示， 可得：Dr = D/T = D x f = 4B x 33 x 106/s = 132M/s. 即总线带宽为132M/s。
7、若一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟提高为66MHz，问总线带宽是多少？分析影响带宽的有哪些因素？
64位=8B ， Dr= D x f =8B x 66 x 106/s = 528MB/s. 19
分析可知，影响带宽的因素有总线时钟频率和字长有关。实际带宽会受到总线布线长度、总线驱动/接收器性能、连接在总线上的模块数等因素的影响。
8、在异步串行传输系统中，若每秒可传输20个数据帧，一个数据帧包含1个起始位、7个数据位、一个奇校验位和1个结束位。试计算其波特率和比特率。 每个数据帧包含位数为：1+7+1+1 = 10 每秒可传输20个数据帧，故比特率为 10 x 20 = 200 bit/s 波特率为20Bout/s.
第8章 习题与思考题答案 1、 编码键盘与非编码键盘的主要区别是什么?各有什么优缺点? 编码键盘与非编码键盘的主要区别是：编码键盘本身带有实现接口主要功能所需的硬件电路，不仅能自动栓测被按下的键并完成去抖动防串键等功能，而且能提供与被按键功能对应的键码（如ASCⅡ码）送往CPU，而非编码键盘只简单的提供按键开关的行列矩阵，有关键的识别，键码的输入与确定，以及去抖动等功能场由软件完成。
2、 某字符显示器一屏可显示40列×25行，每字符包含16个点阵字节，可显示的字符总数共256个，该显示器中字符发生器的容量应为多少?视频存储器的容量应为多少? 字符发生器的容量：256x16=4096字节 视频存储器的容量：40x25=1000字节
3、 打印机如何分类?各有什么特点? 按印字原理分为击打式和非击打式。击打式设备成本低，但噪音大且速度慢。非击打式速度快、噪音低、印字质量高但价格较贵，有时需要专用纸张。 另外比较普及的有点阵式打印机和激光印字机。点阵式打印机结构简单、体积小、重量轻、价格低、字符种类不受限制，微小型机中都配置这种打印机。激光打印机基本原理和静电复印机相似，输出速度快、印字质量高，可以使用普通纸张，在办公自动化及轻印刷系统中得到了广泛的应用。
4、 汉字的\区位码\、\国标码\、\机内码\和\字形码\是如何构成的?各有什么区别? 西文处理系统的交换码和机内码均为ASCII,用一个字节表示,一般只用低七位。1981年我国在国标GB2312-80制定了汉字交换码也称为国标交换码(简称国标码)。在国标码中,一个汉字用两个字节表示,每个字节也只用其中 的七位,每个字节的取值范围和94个可打印的ASCII字符的取值范围相同(21H-7EH),涵盖了一、二级汉字和符号。为了避免ASCII码和国标码 同时使用时产生二义性问题,大部分汉字系统一般都采用将国标码每个字节高位置“1”作为汉字机内码。这样既解决了汉字机内码与西文机内码之间的二义性,又使汉字机内码与国标码具有极简单的对应关系。区位码、国标码和机内码之间的关系可以概括为(区位码的十六进制表示) 2020H=国标码,国标码 8080H=机内码,以汉字“大”为例,“大”字的区内码为2083,将其转换为十六进制表示为1453H,加上2020H得到国标码3473H,再加上 8080H得到机内码为B4F3H。而汉字字形控制码是为了打印各种风格的字体和字形所制定的代码。
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