组成课后答案

《一》 ２?．冯·?诺依曼计算机的特点是什么?其中最主要的一点是什么? 解：冯·?诺依曼计算机的特点如下：?

①?计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成；?

②?计算机内部采用二进制来表示指令和数据；?

③?将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。? 第③?点是最主要的一点。?

３ ．计算机的硬件是由哪些部件组成的 它们各有哪些功能

解：计算机的硬件应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。它们各自的功能是：

① 输入设备：把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去，并且将它们转换成计算机内部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他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地自动工作。 ６ ．计算机系统的主要技术指标有哪些

解：计算机系统的主要技术指标有：机器字长、数据通路宽度、主存容量和运算速度等。 机器字长是指参与运算的数的基本位数，它是由加法器、寄存器的位数决定的。 数据通路宽度是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。 主存容量是指主存储器所能存储的全部信息量。

运算速度与机器的主频、执行什么样的操作、主存本身的速度等许多因素有关。 《二》１７ ．将下列十进制数转换为IEEE 短浮点数： １８ ．将下列IEEE 短浮点数转换为十进制数：

（１） １１００００００ １１１１００００ ００００００００ ００００００００ ； （２） ００１１１１１１ ０００１００００ ００００００００ ００００００００ ； （３） ０１００００１１ １００１１００１ ００００００００ ００００００００ ； （４） ０１００００００ ００００００００ ００００００００ ００００００００ ； （５） ０１０００００１ ００１０００００ ００００００００ ００００００００ ； （６） ００００００００ ００００００００ ００００００００ ００００００００ 。 《三》３ ．某机为定长指令字结构，指令长度１６ 位；每个操作数的地址码长６ 位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。若双操作数指令已有K 种，无操作数指令已有L种，问单操作数指令最多可能有多少种 上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少 ４ ．设某机为定长指令字结构，指令长度１２ 位，每个地址码占３ 位，试提出一种分配 方案，使该指令系统包含：４ 条三地址指令，８ 条二地址指令，１８０ 条单地址指令。 ５ ．指令格式同上题，能否构成：三地址指令４ 条，单地址指令２５５ 条，零地址指令６４ 条 为什么

９ ．某机字长为１６ 位，主存容量为６４K 字，采用单字长单地址指令，共有５０ 条指令。若有直接寻址、间接寻址、变址寻址、相对寻址四种寻址方式，试设计其指令格式。 解：操作码６ 位，寻址方式２ 位，地址码８ 位。 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 指令直接寻址范围为多少

《四》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 ８ ．分别用原码乘法和补码乘法计算X × Y 。

（１） X ＝ ０ ．１１０１１ ，Y ＝ － ０ ．１１１１１

（２） X ＝ － ０ ．１１０１０ ，Y ＝ － ０ ．０１１

（２） X × Y ＝ ０ ．０１０１１０１１００ ，过程略。 １０ ．分别用原码和补码加减交替法计算X ÷ Y 。 （１） X ＝ ０ ．１０１０１ ，Y ＝ ０ ．１１０１１ （２） X ＝ － ０ ．１０１０１ ，Y ＝ ０ ．１１０１１ （３） X ＝ ０ ．１０００１ ，Y ＝ － ０ ．１０１１０ （４） X ＝ － ０ ．１０１１０ ，Y ＝ － ０ ．１１０１１

《五》２ ．存储器的主要功能是什么 为什么要把存储系统分成若干个不同层次 主要有哪些层次

解：存储器的主要功能是用来保存程序和数据。存储系统是由几个容量、速度和价格各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。把存储系统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓存和主存间称为Cache － 主存存储层次（Cache 存储系统） ；主存和辅存间称为主存— 辅存存储层次（虚拟存储系统） 。

５ ．动态RAM 为什么要刷新 一般有几种刷新方式 各有什么优缺点

解：DRAM 记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的，由于电容上的电荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉，因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷，这个过程就叫做刷新。常见的刷新方式有集中式、分散式和异步式３ 种。集中方式的特点是读写操作时不受刷新工作的影响，系统的存取速度比较高；但有死区，而且存储容量越大，死区就越长。分散方式的特点是没有死区；但它加长了系统的存取周期，降低了整机的速度，且刷新过于频繁，没有充分利用所允许的最大刷新间隔。异步方式虽然也有死区，但比集中方式的死区小得多，而且减少了刷新次数，是比较实用的一种刷新方式。

１１ ．某机字长为３２ 位，其存储容量是６４KB ，按字编址的寻址范围是多少 若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。

解：某机字长为３２ 位，其存储容量是６４KB ，按字编址的寻址范围是１６KW 。若主存以字节编址，每一个存储字包含４ 个单独编址的存储字节。假设采用大端方案，即字地址等于最高有效字节地址，且字地址总是等于４ 的整数倍，正好用地址码的最末两位来区分同一个字中的４ 个字节。主存字地址和字节地址的分配情况如图５-１９ 所示。

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

１K×４位，２K×８位，４K×４位，1６K×１位，４K×８位，８K×８位。 解：地址线１４ 根，数据线３２ 根，共４６ 根。

若选用不同规格的存储芯片，则需要：１K×４位芯片１２８片，２K×８位芯片３２片，４K×４位芯片

３２片，１６K×１位芯片３２片，４K×８位芯片16片，８K×８位芯片８ 片。

１３ ．现有１０２４ × １ 的存储芯片，若用它组成容量为１６K × ８ 的存储器。试求：

（１） 实现该存储器所需的芯片数量

（２） 若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量为４K × ８ ，该存储器所需的地址线总位数是多少 其中几位用于选板 几位用于选片 几位用作片内地址 解：（１） 需１０２４ × １ 的芯片１２８ 片。

（２） 该存储器所需的地址线总位数是１４位，其中２位用于选板，２位用于选片，10位用作片内地址。

１４ ．已知某机字长８ 位，现采用半导体存储器作主存，其地址线为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 ，共需多少块存储模板 （２） 画出一个模板内各芯片的连接逻辑图。 解：（１） 根据题干可知存储器容量为２１６ ＝ ６４KB ，故共需１６ 块存储模板。 （２） 一个模板内各芯片的连接逻辑图如图５-２０ 所示。 《六》１１ ．设一地址指令格式如下：

现在有４ 条一地址指令：LOAD（取数） 、ISZ（加“１”为零跳） 、DSZ（减“１”为零跳） 、STORE（存数） ，在一台单总线单累加器结构的机器上运行，试排出这４ 条指令的微操作序列。要求：当排ISZ 和DSZ 指令时不要破坏累加寄存器Acc 原来的内容。 解：（１） LOAD（取数）指令

PC → MAR ，READ ；取指令 MM → MDR

MDR → IR ，PC ＋ １ → PC

A → MAR ，READ ；取数据送Acc MM → MDR MDR → Acc

（２） ISZ（加“１”为零跳）指令 取指令微操作略。

A → MAR ，READ ；取数据送Acc MM → MDR MDR → Acc

Acc＋ １ → Acc ；加１

If Z ＝ １ then PC ＋ １ → PC ；结果为０ ，PC ＋ １ Acc → MDR ，WRITE ；保存结果 MDR → MM

Acc － １ → Acc ；恢复Acc （３） DSZ（减“１”为零跳）指令 取指令微操作略。

A → MAR ，READ ；取数据送Acc MM → MDR MDR → Acc

Acc － １ → Acc ；减１

If Z ＝ １ then PC ＋ １ → PC ；结果为０ ，PC ＋ １ Acc → MDR ，WRITE ；保存结果 MDR → MM

Acc＋ １ → Acc ；恢复Acc （４） STORE（存数）指令： 取指令微操作略。

A → MAR ；Acc 中的数据写入主存单元 Acc → MDR ，WRITE MDR → MM

１２ ．某计算机的CPU 内部结构如图６唱２２ 所示。两组总线之间的所有数据传送通过ALU 。ALU 还具有完成以下功能的能力： F ＝ A ； F ＝ B

F ＝ A ＋ １ ； F ＝ B ＋ １ F ＝ A － １ ； F ＝ B － １

写出转子指令（JSR）的取指和执行周期的微操作序列。JSR 指令占两个字，第一个字是操作码，第二个字是子程序的入口地址。返回地址保存在存储器堆栈中，堆栈指示器始终指向栈顶。

解： ① PC → B ，F ＝ B ，F → MAR ，Read ；取指令的第一个字

② PC → B ，F ＝ B ＋ １ ，F → PC ③ MDR → B ，F ＝ B ，F → IR

④ PC → B ，F ＝ B ，F → MAR ，Read ；取指令的第二个字 ⑤ PC → B ，F ＝ B ＋ １ ，F → PC ⑥ MDR → B ，F ＝ B ，F → Y

⑦ SP → B ，F ＝ B － １ ，F → SP ，F → MAR ；修改栈指针，返回地址压入堆栈

⑧ PC → B ，F ＝ B ，F → MDR ，Write

⑨ Y → A ，F ＝ A ，F → PC ；子程序的首地址→ PC ⑩ End

１３ ．某机主要部件如图６-２３ 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如图６-２４ 所示。 （２） 指令ADD （R１ ） ，（R２ ） ＋ 的含义为 （（R１ ）） ＋ （（R２ ）） → （R２ ） （R２ ） ＋ １ → R２ 指令的执行流程如下：

① （PC） → MAR ；取指令 ② Read

③ M（MAR） → MDR → IR ④ （PC） ＋ １ → PC

⑤ （R１ ） → MAR ；取被加数 ⑥ Read

⑦ M（MAR） → MDR → C

⑧ （R２ ） → MAR ；取加数 ⑨ Read

⑩ M（MAR） → MDR → D

（R２ ） ＋ １ → R２ ；修改目的地址 （C） ＋ （D） → MDR ；求和并保存结果 Write

MDR → MM

１４ ．CPU 结构如图６唱２５ 所示，其中有一个累加寄存器AC 、一个状态条件寄存器和其他４ 个寄存器，各部件之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。 （１） 标明４ 个寄存器的名称。

（２） 简述指令从主存取出送到控制器的数据通路。

（３） 简述数据在运算器和主存之间进行存取访问的数据通路。

解：（１） 这４ 个寄存器中，a 为存储器数据寄存器MDR ，b 为指令寄存器IR ，c 为存储器地址寄存器MAR ，d 为程序计数器PC 。

（２） 取指令的数据通路：PC → MAR → MM → MDR → IR

（３） 数据从主存中取出的数据通路（设数据地址为X） ：X → MAR → MM → MDR → ALU → AC

数据存入主存中的数据通路（设数据地址为Y） ：Y → MAR ，AC → MDR → MM １５ ．什么是微命令和微操作 什么是微指令 微程序和机器指令有何关系 微程序和程序之间有何关系 解：微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。微操作是指计算机中最基本的、不可再分解的操作。微命令和微操作是一一对应的，微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。微令是若干个微命令的集合。微程序是机器指令的实时解释器，每一条机器指令都对应一个微程序。微程序和程序是两个不同的概念。微程序是由微指令组成的，用于描述机器指令，实际上是机器指令的实时解释器，微程序是由计算机的设计者事先编制好并存放在控制存储器中的，一般不提供给用户；程序是由机器指令组成的，由程序员事先编制好并存放在主存储器中。

１６ ．什么是垂直型微指令 什么是水平型微指令 它们各有什么特点 又有什么区别 解：垂直型微指令是指一次只能执行一个微命令的微指令；水平型微指令是指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令。垂直型微指令的并行操作能力差，一般只能实现一个微操作，控制１ ～ ２ 个信息传送通路，效率低，执行一条机器指令所需的微指令数目多，执行时间长；但是微指令与机器指令很相似，所以容易掌握和利用，编程比较简单，不必过多地了解数据通路的细节，且微指令字较短。水平型微指令的并行操作能力强，效率高，灵活性强，执行一条机器指令所需微指令的数目少，执行时间短；但微指令字较长，增加了控存的横向容量，同时微指令和机器指令的差别很大，设计者只有熟悉了数据通路，才有可能编制出理想的微程序，一般用户不易掌握。 １７ ．水平型和垂直型微程序设计之间各有什么区别 串行微程序设计和并行微程序设计有什么区别 解：水平型微程序设计是面对微处理器内部逻辑控制的描述，所以把这种微程序设计方法称为硬方法；垂直型微程序设计是面向算法的描述，所以把这种微程序设计方法称为软方法。在串行微程序设计中，取微指令和执行微指令是顺序进行的，在一条微指令取出并执行之后，才能取下一条微指令；在并行微程序设计中，将取微指令和执行微指令的操作重叠起来，从而缩短微周期。

１８ ．图６唱２６ 给出了某微程序控制计算机的部分微指令序列。图中每一框代表一条 微指令。分支点a 由指令寄存器IR 的第５ 、６ 两位决定。分支点b 由条件码C０ 决定。现

采用下址字段实现该序列的顺序控制。已知微指令地址寄存器字长８ 位。 （１） 设计实现该微指令序列的微指令字之顺序控制字段格式。

（２） 给出每条微指令的二进制编码地址。 （３） 画出微程序控制器的简化框图。 解：（１） 该微程序流程有两处有分支的地方，第一处有４ 路分支，由指令操作码

IR５ IR６ 指向４ 条不同的微指令，第二处有２ 路分支，根据运算结果C０ 的值决定后继微地

址。加上顺序控制，转移控制字段取２ 位。图６唱２６ 中共有１５ 条微指令，则下址字段至少

需要４ 位，但因已知微指令地址寄存器字长８ 位（μMAR７ ～ μMAR０ ） ，故下址字段取８

位。微指令的顺序控制字段格式如图６-２７ 所示。 （２） 转移控制字段２ 位： ００ 顺序控制

０１ 由IR５ IR６ 控制修改μMAR４ ，μMAR３ 。 １０ 由C０ 控制修改μMAR５ 。

微程序流程的微地址安排如图６-２８ 所示。每条微指令的二进制编码地址见表６-３ 。 注：每条微指令前的微地址用十六进制表示。图６-２８ 微程序流程的微地址安排 （３） 微程序控制器的简化框图略。

１９ ．已知某机采用微程序控制方式，其控制存储器容量５１２ × ４８ 位，微程序可在整个控制存储器中实现转移，可控制转移的条件共４ 个，微指令采用水平型格式，后继指令地址采用断定方式，微指令格式如图６-２９ 所示。 （１） 微指令中的３ 个字段分别应为多少位

（２） 画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。 解：（１） 因为控制转移的条件共４ 个，则判别测试字段为２ 位；因为控存容量为５１２个单元，所以下地址字段为９ 位；微命令字段是（４８ － ２ － ９） ＝ ３７ 位。 （２） 对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框图如图６-３０ 。

《九》１７ ．现有A 、B 、C 、D 共４ 个中断源，其优先级由高向低按A 、B 、C 、D 顺序排列。若中断服务程序的执行时间为２０μs ，请根据图８-１６ 所示时间轴给出的中断源请求中断的时刻，画出CPU 执行程序的轨迹。 解：CPU 执行程序的轨迹如图８-１７ 所示。

１８ ．设某机有５ 级中断：L０ 、L１ 、L２ 、L３ 、L４ ，其中断响应优先次序为：L０ 最高、L１ 次

之、? ? 、L４ 最低。现在要求将中断处理次序改为L１ → L３ → L０ → L４ → L２ ，试问：

（１） 各级中断服务程序中的各中断屏蔽码应如何设置（设每级对应一位，当该位为 “０” ，表示中断允许；当该位为“１” ，表示中断屏蔽）

（２） 若这５ 级同时都发出中断请求，试画出进入各级中断处理过程示意图。 解：（１） 各级中断服务程序中的各中断屏蔽码设置如表８-３ 所示

５ 级中断同时发出中断请求，各级中断处理过程示意如图８-１８ 所示。

１９ ．实现多重中断应具备何种条件 如有A 、B 、C 、D 共４ 级中断，A 的优先级最高，B 次之，? ? ，D 最低。如在程序执行过程中，C 和D 同时申请中断，该先响应哪级中断如正在处理该中断时，A 、B 又同时有中断请求，试画出该多级中断处理的流程来。 解：多重中断又称为中断嵌套，在执行某个中断服务程序的过程中，CPU 可去响应级别更高的中断请求。

多级中断处理的流程如图８-１９ 所示。

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