计算机组成原理和系统结构课后答案

1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？ 略。

1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？ 略。

1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。

略。

1．4 计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？

略。

1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些？

答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。 答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。

1．6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？

答： 指CPU一次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速

度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。 1．7 什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？

答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。

1

它包括主存容量和辅存容量。

主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。 辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。

1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短

语只能使用一次。

（1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和

鼠标。

（2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、

测试和控制其他部件的功能。

（3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其

中。

（4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做

什么的部件。

（5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现

相应功能。

（6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。 （7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。 （8）将高级语言翻译成机器语言的程序。

2

（9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。 （10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。

供选择的词或短语：

1、汇编器 2、嵌入式系统 3、中央处理器（CPU） 4、编译器

5、操作系统 6、控制器 7、机器指令 8、台式机或个人计算机

9、主存储器 10、VLSI

答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2， （6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7

计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？ 答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。

硬件由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部件构成

1．9 冯·诺伊曼Von Neumann计算机的主要设计思想是什么？ 略。

1．10 计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么？ 略。

1．11 计算机软件包括哪几类？说明它们的用途。

3

略。

1．12 简述计算机系统的多级层次结构的分层理由及各层的功能。 略。

1．13 通过计算机系统的层次结构学习，你对计算机系统有了怎样的了解？ 略。

第二章

2．1 数字信号和模拟信号的主要区别是什么？与模拟电路相比，数字电路有何特点？ 略。

2．2 二极管两端需要加多大的电压才使二极管导通？

答：大于二极管的正向特性存在死区电压Vr（硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.2V）

2．3 三极管何时处于截止状态，何时处于饱和状态？

答：当输入电压Vi>0，且Vi < 死区电压Vr’，三极管处于截止状态。 当输入电压Vi增大，基极电流IB、集电极电流IC随之增大，输入电压VCE＝VCC－ICRC不断下降，当VCE降到0.7V以下时，发射结仍正向偏置，集电结则由反向偏置转为正向偏置，此时三极管进

4

入饱和状态。

2．4 双极型逻辑门和单极型逻辑分别是怎样形成的？它们各有何特点？ 略.

2．5 实现逻辑代数的基本运算有哪几种逻辑门？ 答：与，或，非。

2．6 分析图2－41所示的逻辑电路图，写出表达式并进行化简。

F? AB

(b) F=AD+C +BD

2．7 请用代数化简法将下列各逻辑表达式化成最简式。 （1）F?AB?BC?BC?AB 答：F?AB?AC?BC

（2）F?AD?AD?AB?AC?BD?ACEF?BEF?DEFG 答：F?A?C?BD?BEF

2．8 分析图2－42所示的逻辑电路，列出真值表，说明其逻辑功能。

5

X0AF1X1FX2BCX3F2A1 答：

A0图2－42 习题2. 8图图2－43 习题2.9 图2.8

A1 A0 X0 X1 X2 X3 F 0 0 X X X X X0 0 1 X X X X X1 1 0 X X X X X2 1 1 X X X X X3

图2－42是一个四选一电路

2．9 分析图2－43所示的逻辑电路图，列出真值表，说明其逻辑功能。 答：

6

A B C F1 F2 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1

图2－43是一个一位全加器，A, B为加数和被加数，C为低位进位, F1为和，F2为产生的进位。

（图中有错误，第4个与门的输入少了 A ）

2．10 请用卡诺图法将下列各逻辑表达式化成最简式。

（1）F?AB?ABD?AC?BCD （2）F?AC?AB?BCD?BCE?CDE 答：（1）F?AC?AB （2）F?AB?BD?CE?AC

2．11 简述组合逻辑电路的设计过程。

7

略：

2．12 用与非门设计实现下列函数的组合逻辑电路。 （1）F(A,B,C,D)??m(0,2,6,7,10,13,14,15)； （2）F(A,B,C,D)??m(2,4,5,6,7,10)???(0,3,8,15)。 答：(1)

F?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCDBC?CD?ABD?ABD=BCCDABDABD

＝

图略。 (2)

F?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD?ABCD??(ABCD?ABCD?ABCD?ABCD)

=AC?AB?BCD=ACABBCD 图略。

2．13 用一位全加器组成4位并行进位加法器，其并行进位电路应该如何实现？ 略。

2．14请画出74LS273的典型用法的接线图。 2．15 什么是三态门？一般应用在什么场合？

8

略

2．16计算机中常用的寄存器有哪些？请说明如何使用？ 略

2．17 请说明74LS299的功能及使用方法。 略

2．18 请说明74LS161的功能及使用方法。 略

习题3

移码（8位） 11111111 10000000 01111111 00000000 补码（8位） 01111111 00000000 11111111 10000000 对应的真值 +127 0

－1

－128

编码对应的 +255 +128 +127 0 无符号数值

3．1 求下列各数的十进制数值：

（1）（267．3）（BD．C）（1011011．101）8 （2）16 （3）

2

9

答：.(1 ) 183.375， (2) 189.75， (3 ) 91.625

3．2 将下列十进制数转化为二进制、八进制和十六进制数据（小

数取四位二进制有效数据）：

（1）-282．75 （2）123．46 （3）-115/512 （4）44．9375 答：2.

序号 十进制 十六进制 二进制 八进制

(1) -282.75 -11A.C -100011010.1100 -432.6 (2) 123.46 7B.7 1111011.0111 173.34

(3) -115/512 -0.398 －0.001110011 -0.163

(4) 44.9375 2C.F 101100.1111 54.74

3．3 写出下列各数的原码、反码和补码，机器数长度为8位： （1）0 （2）-127 （3）-0.5 （4）-19/128 （5）100 （6）23/64

序号 真值 原码 补码 反码

10

(1) 0 00000000 00000000 00000000

10000000 11111111

0.0000000 0.0000000 0.0000000

1.0000000 1.1111111

(2) －127 11111111 10000001 10000000 (3) －0.5 1.1000000 1.1000000 1.0111111

(4) －19/128 1.0010011 1.1101101 1.1101100 (5) 100 01100100 01100100 01100100

(6) 23/64 0.0101110 0.0101110 0.0101110

3．4 写出下列各机器数的二进制真值X：

（1）[X]补=0.1001 （2）[X]补=1.1001 （3）[X]原=0.1101 （4）[X]原=1.1101

（5）[X]反=0.1011 （6）[X]反=1.1011 （7）[X]移=0,1001 （8）[X]移=1,1001

11

（9）[X]补=1,0000000（10）[X]反=1,0000000（11）[X]原=1,0000000 （12）[X]移=1,0000000 答：

(1) 0.1001 (7) - 0111 (2) -0. 0111 (8) ＋1001 (3) +0.1101 (9) - 1000 0000 (4) -0.1101 (10) - 01111111 (5) +0.1011 (11) - 00000000 (6) -0.0100 (12) 00000000

3．5 设某机器数字长为8位，有两个数的16进制表示形式为9CH

和FFH，问：若它们分别表示为下列格式的机器数时，其对应的十进制真值是多少？ （1） 无符号整数； （2） 原码表示的定点整数； （3） 原码表示的定点小数； （4） 补码表示的定点整数； （5） 补码表示的定点小数；

12

（6） 反码表示的定点整数； （7） 移码表示的定点整数。

答： 数 9CH （10011100） FFH（11111111）

无符号整数 156 255 原码表示的定点整数 -28 -127 原码表示的定点小数 -(2-3+2-4+2-5) = 0.21875 -(1-2-7) 补码表示的定点整数 -100 -1 补码表示的定点小数 -(2-1+2-2+2-5)=-0.78325 -2-7 反码表示的定点整数 -99 -0 移码表示的定点整数 28 127

3．6 假设某规格化浮点数的尾数表示形式为M0.M1 …… Mn，选

择正确的答案写在横线上：

（1） 若尾数用原码表示，则尾数必须满足 。 (2)若尾数用补码表示，则尾数必须满足 。 A．M0=0

B．M0=1

C．M1=0 G

．

D．M1=1

或

E．M0.M1=0.0

F．M0.M1=1.1 M0.M1=0.1

M0.M1=1.0 H．M0.M1=1.0

13

答：（1）D ；（2）G

3．7 浮点数的表示范围取决于 的位数，浮点数的表示精度取决于 的位数，浮点数的正负取决于 ， 在浮点数的表示中是隐含规定的。 A．数符

B．阶符

C．尾数

D．阶码

E．阶码的底

答：D, C, A, E

3．8 设一浮点数格式为：字长12位，阶码6位，用移码表示，

尾数6位，用原码表示，阶码在前，尾数（包括数符）在后，则按照该格式：

(1)已知X=-25/64，Y=2.875，求数据X、Y的规格化的浮点数形式。 (2)已知Z的浮点数以十六进制表示为9F4H，则求Z的十进制真值。 答：

（1）

X=－0.11001×2-1, [X ]浮＝1.11001×2011111 [X ]浮＝0,11111 1.11001

Y=0.10111×22 , [Y ]浮＝0.10111×2100010

[Y ]浮＝1,00010 0.10111

14

（2）[Z]浮= －0.10100×2100111 Z= －80

3．9 设一机器数字长16位，求下列各机器数的表示范围： （1） 无符号整数； （2） 原码表示的定点整数； （3） 补码表示的定点整数； （4） 补码表示的定点小数；

（5） 非规格化浮点表示，格式为：阶码8位，用移码表示，尾数8位，

用补码表示（要求写出最大数、最小数、最大负数、最小正数）； （6）

上述浮点格式的规格化浮点表示范围（要求写出最大数、最

小数、最大负数、最小正数）。

6答： 机器字长16位， 下列各术的表示范围 (1) 无符号整数 0~216-1 (2) 原码定点整数 －(215-1) ~ +215－1 (3) 补码定点整数 －215 ~ +215－1 (4) 补码定点小数 －1 ~ + 1－2-15

(5)、(6) 阶码八位，移码表示，尾数8位，补码表示

15

最大数 最小数 最大负数 最

小正数 非规格化

浮点数 (1-2-7)×2+127 -1×2+127 -2-7×2-128 2-7 ×2-128 规格化

浮点数 (1-2-7) ×2+127 -1 ×2+127 -(0.5＋2-7 ) ×2-128 0.5 ×2-128

3．10 将下列十进制数转换为IEEE754 单精度浮点数格式： （1）＋36．75 答：

3．11 求下列各IEEE754 单精度浮点数的十进制真值： （1）43990000H

（2）00000000H

（2）－35/256

答：(1) X=(-1)0×(1.0011001) ×2135-127=(100110000)2=(304)10

0

(2) X=(-1)×(1.0000000)

×20-127=(2-127)10

3．12 在汉字系统中，有哪几种编码？它们各自有什么作用？ 略。

16

3．13 汉字库中存放的是汉字的哪一种编码？汉字库的容量如何

计算？

答：汉字库中存放的是汉字字模码。汉字库的容量可按下列： 存储每个汉字字模点阵所需的字节数×汉字数×点阵方法数。 3．14 在一个应用系统中，需要构造一个包含了100个汉字的汉

字库，假设采用16×16的汉字字形，问：该汉字库所占存储容量是多少字节？一篇由50个汉字构成的短文，需要占用多少字节的存储容量来存储其纯文本？

答： 16×2×100＝3200字节；2 ×50＝100字节。

3．15 汉字系统的几种编码中，对于某个汉字来说，是 惟一的。

A. 输入码 B. 字模码 C. 机内码 答：C。

3．16 若下面的奇偶校验码均正确，请指出哪些是奇校验码，哪

些是偶校验码。

（1） 10110110 （2）01111110 （3）11011000 （4）10100001 答：奇校验码：（1）、（4）；偶校验码：（2），（3）。

3．17 在7位的ASCII码的最高位前面添加一位奇（偶）校验位

后，即可构成8位的ASCII码的奇（偶）校验码。假设字符“A”

17

的这样的奇（偶）校验码为41H，则它是（1）；字符“C”的这样的（1）是（2）。

（1）： A. 奇校验码 B. 偶校验码

（2）： A. 43H B. 87H C. C3H 86H

答：（1）B; （2）C。

3．18 对于3.6.2节所介绍的k=8，r=4的能纠错一位的海明码，若

编码为100110111100，试判断该海明码是否有误，若有，请纠正，并写出其8位正确的有效信息。 答： 10000111

3．19 试设计有效信息为10位的能纠错一位的海明码的编码和译码

方案，并写出有效信息0110111001的海明码。 答：k=10，r=4的海明码的排列如下：编码:

H14 H13 H12 H11 H10 H9 H8 H7 H6 H5 H4 H3 H2 H1

D10 D9 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P1

P4= D10?D9?D8?D7?D6?D5 P3= D10?D9?D8?D4?D3?D2

18

D.

P2= D10?D7?D6?D4?D3?D1

P1= D9?D7?D5?D4?D2?D1 译码:

S4=P4? D10?D9?D8?D7?D6?D5 S3=P3? D10?D9?D8?D4?D3?D2

S2=P2? D10?D7?D6?D4?D3?D1

S1=P1? D9?D7?D5?D4?D2?D1

指误字：S4S3S2S1

效信息0110111001的海明码: 01101101001110

3．20 在3.6.2节所介绍有效信息为8位的能纠错一位的海明码基础

上，思考如何改进，使其能够达到检错两位并能纠错一位的校验能力。 答：略

设生成多项式为X3+X+1（即1011B），请计算有效数据10101的CRC编码。 答：101010101

3．21 试分析3.3节介绍的三种奇偶校验、海明校验和CRC校验三

种校验码的检错纠错能力，它们的码距各为多少？

19

答：奇偶校验码只能检错，可检单个、奇数个错，码距＝２； 海明校验可以纠一位错。 CRC校验可以纠一位错。

3．22 在Motorola系列的微处理器中，数据存放在内存的规则是高

位字节存放在低地址单元的，对照图3.10写出各数据在这种情况下的存储方式。 略

习题4

3．23 设X=0.1101，Y= -0.0110，求：

（1）[X]补

补

（2）[-X]补 （3）[2X]补 （4）[-2X]

（5）[X/2]补

（6）[-X/2]补

（7）[Y]补

（8）[-Y]补 （9）[2Y]补

（10）[-2Y]补

（11）[Y/2]补

（12）

[-Y/2]补

（13）[-Y/4]补

20

1. （1） [X]补=

0.1101

（2） [-X]补= 1.0011 （3） [2X]补= 1.1010 溢出 （4） [-2X]补= 0.0110 溢出 （5）[X/2]补= 0.0110 （6）[-X/2]补= 1.1001 （7）[Y]补= 1.1010 （8） [-Y]补= 0.0110 （9） [2Y]补=1.0100 （10）[-2Y]补=0.1100 （11）[Y/2]补=1.1101 （12）[-Y/2]补= 0.0010 (13) [-Y/4]补= 0.0001

3．24 已知X和Y，用变形补码计算X+Y和X-Y，并指出运算结

果是否溢出：

（1） X=0.11011，Y=0.11111 （2） X=-0.1101，Y=0.0110

答：.

21

（1） [X+Y]补： 溢出 [X－Y]补= 1.11100 （２） [X+Y]补=1.1001 [X－Y]补： 溢出

3．25 试使用两个4位二进制加法器和若干逻辑门电路，设计一位

余3码编码的十进制加法器。（提示：余3码加法的校正规则为：当余3码编码的两个数直接相加后，若结果有进位，则和数加3校正；否则和数减3校正） 图在ｗｏｒｄ下不好画：略：

22

4.4使用原码一位乘法计算X*Y： （1） X=0.11101，Y=0.01111 （2） X=-0.10011，Y=0.11010

答： （１）［X*Y］原 ＝0.0110110011 （２）［X*Y］原 ＝ 1.0111101110 4.5 使用补码Booth乘法计算X*Y： （3） X=0.01111，Y=-0.11101 （4） X=-0.10011，Y=-0.11010

答：（１）［X*Y］补 ＝1.1001001101 （２）［X*Y］补 ＝0.0111101110

23

4.6 分别使用原码恢复余数除法和原码加减交替除法计算X/Y： （5） X=0.0111，Y=0.1101 （6） X=0.1011，Y=-0.1110

答：（１）原码恢复余数除法: [Qs]原= 0.1000 ; [R]原=0.00001000

原码加减交替除法: [Qs]原= 0.1000; [R]原=0.00001000

（２）原码恢复余数除法: [Qs]原= 1.1100 ; [R]原=0.00001000

原码加减交替除法: [Qs]原= 1.1100 ; [R]原=0.00001000

4.7使用补码不恢复余数除法计算X/Y： （7） X=0.0111，Y=0.1101 （8） X=0.1011，Y=-0.1110

答：（１）[Qs]补= 0.1001; [R]补=0.00001110 （２）[Qs]补= 1.0011 ; [R]补=0.00001100

4.8设浮点数的格式为：阶码5位，尾数6位，均用补码表示，请计算X+Y和X-Y。（阶码和尾数均用补码计算）。 （9） X= -1.625，Y=5.25

24

（10） X=15/64，Y= -29/256

答：（１）X=－0.11010×20001, Y=0.10101×20011

［X＋Y］补 ＝0,0010 0.11101; X+Y=0.11101×20010 ［X－Y］补 ＝0,0011 1.00101; X-Y=－0.11011×20011 （２） X=－0.1111×2 - 0010, Y=0.11101×2 - 0011

［X＋Y］补 ＝1,1101 0.11111; X+Y=0.11111×2 - 0011

［X－Y］补 ＝1,1111 0.10110; X-Y=0.10110×2 - 0001

4.9设浮点数的格式为：阶码5位，用移码表示，尾数6位，用补码表示，请计算X*Y和X/Y（阶码用移码计算，尾数用任何一种机器数的串行乘除算法计算）。 （11） X=5.25，Y= -1.625 （12） X= -29/256，Y=15/64

答：（１） ［X×Y］浮=1,0100 1.01111; X*Y=－0.10001×20100

［X/Y］浮= 1,0010 1.00111; X/Y=－0.11001×20010

（２） ［X×Y］浮=0,1011 1.00101; X*Y=－0.11011×2-0101

［X/Y］浮= 0,1111 1.00001; X/Y=－0.11111×2-0001

3．26 假设浮点数加减运算时，尾数采用变形补码（模4补码）

25

进行运算，运算结果形式为：MS1 MS2.M1 …… Mn，选择正确的答案写在横线上：

（1） 若尾数运算结果形式满足 条件时，结果需要左

规；

（2） 若尾数运算结果形式满足 条件时，结果需要右

规（1次）；

（3） 若尾数运算结果形式满足 条件时，结果不需要

规格化； A．MS1MS2.M1=00.0

C．MS1MS2.M1=01.0

E．MS1MS2.M1=10.0 B．MS1MS2.M1=00.1

D．MS1MS2.M1=01.1

F．MS1MS2.M1=10.1

G．MS1MS2.M1=11.0 H．MS1MS2.M1=11.1

答：（１）A, H （２）D,E,F （３）B 3．27 浮点数运算的溢出判断，取决于 。 A．尾数是否上溢 C．阶码是否上溢 答：C

3．28 设[X]补=X0.X1……Xn，X必须满足 条件时，X左

26

B．尾数是否下溢 D．阶码是否下溢

移一位求2X时，才不会发生溢出。 A．X0.X1=0.0

B．X0.X1=1.1

C．X0.X1=0.1

D．X0.X1=1.0

答：A, B

3．29 设机器字长8位，若机器数DAH为补码，则算术左移一位

后为 ，算术右移一位后为 。 A．B4H 答：A, E

3．30 在计算机内，减法一般用 来实现。 A．二进制减法器 器 答：C

3．31 设某运算器由一个加法器Σ、两个暂存器A和B（D型边沿

寄存器）、一个状态寄存器、一个二选一多路选择器构成，如图4.29所示。加法器具有F=A、F=B和F=A+B这3种功能；A、B均可接收加法器的输出，A还可以接收外部输入数据D。问： （1） 描述外部数据D传送到暂存器B的过程，写出发送的信号序

列。

27

B．B5H C．F4H D．6DH E．EDH

B．十进制减法器 C．二进制加法

D．十进制加法器

（2） 如何实现操作A+B→A和A+B→B？写出发送的信号序列。 （3） 可以实现操作D+A→A和D+B→B吗？如果可以，请写出发

送的信号序列。

（4） 若A、B均为锁存器（电平触发的寄存器），那么实现操作A+B

→A和A+B→B时有问题吗？为什么？

FLAGSCPFΣ 加法器A→ΣCPAF=AF=BF=A+BB→ΣABCPBSD二选一

4.29 习题4.15图示

答：（１）传送过程：Ｄ Ａ，Ａ ∑ Ｂ。

控制信号：Ｓ＝0（选Ｄ），CPA, A ∑,F=A,S=1(选∑) （２）A ∑,B ∑,F=A+B,S=１(选∑)，CPA A ∑,B ∑,F=A+B,CPB

（３）S=0(选D),CPA, A ∑,B ∑,F=A+B,S=１(选∑)，CPA

S=0(选D),CPA, A ∑,B ∑,F=A+B,CPB

28

（４）结果不对。加法器会多次运算。

3．32 如果将例4.12中的两条指令修改如下，试写出运算结果及其

标志位，并分析各标志的意义。 MOV AL，7FH ADD AL，80H 答：（AL）=FFH； ZF=0：因为运算结果非零；

CF=0：因为加法运算的最高位没产生进位，

OF=0：因为C1⊕Cf=0，表明有符号数运算发生没溢出， SF=1：因为运算结果的最高位为1,

PF=1：结果中“1”的个数为偶数个，所以PF=1。

3．33 如果将例4.12中的两条指令修改如下，试写出运算结果及其

标志位，并分析各标志的意义。 MOV AL，7FH SUB

AL，1

答：（AL）=7EH； ZF=0：因为运算结果非零；

CF=0：因为加法运算的最高位没产生借位，

29

OF=0：因为C1⊕Cf=0，表明有符号数运算发生没溢出， SF=0：因为运算结果的最高位为0,

PF=0：结果中“1”的个数为奇数个，所以PF=0。

第五章

5.1 说明主存储器的组成，并比较SRAM和DRAM有什么不同之处？为什么DRAM的地址一般要分两次接收？ 略。

5.2 有一个64K×16位的存储器，由16K×1位的DRAM芯片（芯片内是128×128结构）构成，存储器读/写周期为500ns，问： （1）需要多少片DRAM芯片？

（2）采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过2ms，则刷新信号周期是多少？

（3）如果用集中刷新方式，存储器刷新一遍最少用多少时间？ 答：（１）64; （２）15.625微秒 （３）64微秒

5.3 某机字长16 位，CPU地址总线18位，数据总线16位，存储器按字编址，CPU 的控制信号线有：MREQ#（存储器访问请求，

30

低电平有效），R/W#（读写控制，低电平为写信号，高电平为读信号）。试问：

（1）该机可以配备的最大主存容量为 。 （2）该机主存采用64K×1bit的DRAM芯片（内部为4个128×128阵列）构成最大主存空间，则共需 个芯片；若采用异步刷新方式，单元刷新间隔为2ms，则刷新信号的周期为 。

（3）若为该机配备2K×16位的Cache，每块8字节，采用2路组相联映象，试写出对主存地址各个字段的划分（标出各个字段的位数）；若主存地址为462EH，则该地址可映象到Cache的哪一组？ （4）已知该机已有8K×16位的ROM存储器，地址处于主存的最高端；现在再用若干个16K×8位的SRAM芯片形成128K×16位的RAM存储区域，起始地址为00000H，假设SRAM芯片有CS#（片选，低电平有效）和WE#（写使能，低电平有效）信号控制端；试写出RAM、ROM的地址范围，并画出SRAM、ROM与CPU的连接图，请标明SRAM芯片个数、译码器的输入输出线、地址线、数据线、控制线及其连接。 答：（１）256KW

（２）64, 15.625微秒

31

（３） 高位字块标记(８位) 组地址(８位) 块内地址(２位)

（４）略

5.4 设有一个4体交叉存储器，在使用时经常遇到连续访问同一个存储体的情况，会产生怎样的结果？ 答：存储器带宽降低。

5.5 某计算机的存储系统由Cache、主存和用于虚拟存储的磁盘组成。CPU总是从Cache中获取数据。若所访问的字在Cache中，则存取它只需要20ns，将所访问的字从主存装入Cache需要60ns，而将它从磁盘装入主存则需要1200?s。假定Cache的命中率为90%，主存的命中率为60%，计算该系统访问一个字的平均存取时间。 答：48.0098?s

5.6 CPU执行一段时间时，cache完成存取的次数为3900次，主存完成的存取次数为100次，已知cache的存储周期为40ns，主存的存储周期为240ns。求cache/主存系统的效率和平均访问时间？ 答：e=3900/4000=97.5% Ta=45ns

5.7 某处理器包含一片内Cache，容量为8K字节，且采用4路

32

组相联结构，块的大小为4个32位字。当Cache未命中时，以分组方式从主存读取4个字到Cache，假定主存容量为16M字节。请说明：

（1）Cache共分多少组？

（2）写出主存的字节地址的格式，并说明地址格式中的不同字段的作用和位数； 答：(1) 128组;

(2) 高位字块标记(13位) 组地址(7位) 块内地址(4位)

5.8 计算机主存容量为256K字，Cache为8K字。主存与Cache之间按组相联映射，Cache的每组有4个行，每行有64个字。假设开始时Cache为空，CPU按顺序从主存地址为0，1，2，… ，8447单元执行“取“操作（不命中时，采用将主存中含有该字的块送入Cache后，再从Cache中把需要的字读出送CPU的方法），然后又重复执行20次。设Cache存取时间为主存的1/10。替换使用LRU算法，请计算上述操作总的存取时间与不用Cache相比，速度提高多少倍？

答：约4.965倍

5.9 简述虚拟存储器的含义和作用。

33

略。 习题六

6．1 指令包括哪几部分？各表示什么含意？

略。

6．2 在一地址指令、二地址指令中，如何指定二个操作数地址？

如何存放操作结果？ 略。

6．3 简述指令操作码的扩展技术的基本方法。

略。

6．4 某机器字长16位，采用单字长指令，每个地址码6位。试采

用操作码扩展技术，设计14条二地址指令，80条一地址指令，60条零地址指令。请给出指令编码示意图。 1．（7分） ? 14条双地址指令：

操作码（4地址码A1(6地址位） 位) A2(6位) 码 操作码: 000000～001101

34

? 80条单地址指令：

地址码A（6操作码（10位） 位） 操作码:1110××××××（64条中可选择前63条） 1111××××××（64条中可选择前17条） ? 60条零地址指令：

操作码（16位） 操作码: 1111111111××××××（64条中选择60个编码即可）

其他编码方案，只要符合操作码扩展技术都可以 6．5 什么是指令字长？什么是机器字长？它们之间有何关系？

略：

6．6 确定寻址方式的目的是什么？

略

6．7 请说明间接寻址和直接寻址的不同。 略。

6．8 简述变址寻址和基址寻址的主要区别。

35

略。

6．9 单项选择题

（1）寄存器间接寻址方式中，操作数在（ ）中。

A. 程序计算器 B. 堆栈 C. 寄存器 D. 主存 答：D

（2）堆栈常用于（ ）。

A. 数据移位 B. 程序转移 C. 保护程序现场 D. 输入、输出 答：C

（3）单地址指令中，为了完成两个数的算术运算，除地址码指

明的一个操作数外，另一个数常需采用（ ）。

A．堆栈寻址 B. 立即寻址 C. 隐含寻址 D. 间接寻址 答：C

36

（4）用于对某个寄存器中操作数的寻址方式称为（ ）

A．直接寻址 B. 间接寻址 C. 寄存器直接寻址 D. 寄存器间接寻址

（5）指令中采用不同的寻址方式，其主要目的是（ ）。 A. 可以实现操作码的扩展 B. 实现存储程序和程序控制

C. 缩短指令长度、扩大寻址空间、提高编程的灵活性。 D. 降低指令译码的难度。 答：C

（6）指令寻址和数据寻址的不同在于（ ）。 A. 前者是访问存储器，后者是访问寄存器。 B. 前者是确定程序转移地址，后者取操作数。 C. 前者是确定程序顺序执行，后者是取操作数地址。 D. 前者是短指令，后者是长指令。

37

答：C

（7）变址寻址方式中，操作数的有效地址为（ ）。

A. 程序计数器的内容加上形式地址。 B. 基址寄存器的内容加上形式地址。

C. 变址寄存器的内容加上形式地址。 D. 变址寄存器的内容加上基址寄存器的内容 答：Ｃ

（8）CISC指令系统与RISC指令系统相比具有（ ）等特点。 A. 前者指令条数少，后者指令条数多。 B. 前者执行速度慢，后者执行速度快。

C. 前者有利于编译生成优化代码，后者不便于编译。 D. 前者指令功能简单，后者指令功能复杂。 答：Ａ，Ｄ

38

6．10 某机16位字长指令格式如下：

OP M D 5位 3位 8位

其中：D是形式地址，采用补码表示（包括一位符号位）； M是寻址方式 M=0 立即寻址；

M=1 直接寻址（这时D为地址，是无符号数）； M=2 间接寻址；

M=3 变址寻址（变址寄存器RI，16位）； M=4 基址寻址（基址寄存器Rb，16位）； M=5相对寻址。

（1） 该指令格式最多可以定义多少种不同的操作？立即

寻址操作数范围是多少？

39

（2） 写出各种寻址方式的有效地址的计算表达式。 （3） 各种寻址方式时能访问的最大主存空间范围是多

少？

答：（１）32 , 0～255 （２）直接寻址:EA＝D 间接寻址:EA=(D) 变址寻址:EA=(RI)＋Ｄ 基址寻址:EA=（Rb）+D 相对寻址:EA=(PC)+D （３）直接寻址:0～255

间接寻址:0～255(设存储器长度为８位,且只能取一个字节)

变址寻址：0～16K-1 基址寻址:0~16K-1

40

相对寻址:当前指令地址的－128~+127

6．11 一个较完整的指令系统应该包括哪些类型的指令？ 略

6．12 假设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码

和寻址方式，第二个字节是相对偏移量，用补码表示。若当前转移指令的第一字节所在地址为0019H，且CPU每取出一个字节指令便会自动执行（PC）+1→PC操作。请问当转移地址分别为 0006H和0025H时，相对转移指令第二字节的内容是什么？ 答：EBH, 0AH.

6．13 某机器内共有16个32位的通用寄存器，设计一种有60种操

作，8种寻址方式的指令系统。假设指令字长等于机器字长，机器字长为32位，请回答：

41

(1)若主存可直接寻址或间接寻址，采用“寄存器－存储器”型指令，能寻址最大存储空间是多少？画出指令格式并说明各字段的含意。

(2)若采用通用寄存器作基址寄存器，则“寄存器－存储器”型指

令的指令格式是怎样? 能寻址最大存储空间是多少？ 答：（１）２19; 操作码(6位) 寻址方式（3位） 寄存器(4位) 地址A(19位) （２） 操作码(6位) 寻址方式（3位） 寄存器(4位) 地址A(19位) ２32

6．14 什么叫堆栈？它的操作特点是什么？堆栈主要用在哪里？

略。

6．15 简述RISC的主要优缺点。 略

6．16 设某机寄存器字长16位，用16进制表示，已知：变址寄

存器内容为0004H，PC的内容为0003H，内存中部分单元内容如下：

42

地址：内容 地址：内容 0002H：000AH 0007H：000AH 0003H：0002H 0008H：0002H 0004H：0007H 0009H：0003H 0005H：0004H 000AH：0009H 0006H：0005H 000BH：0008H

指令为双字长指令，格式如下：

操作码，寻址方式码，寄存器号(16位) 直接地址/间接地址/立即数/相对位移量/形式地址(16位) 若当前指令分别为下列寻址方式时，试求出操作

数填入下表。

寻址方式 直接 间接 立即 变址 操作数 答：000AH, 0009H, 0007H, 0008H

43

习题8

1． 简述外设的编址方式，并比较它们的优缺点。 略

2． 当控制器执行访存指令和I/O指令时，发出的读写控制信号有何不同？

答：访存指令发出存储器请求信号或存储器读写信号，访I/O指令发出I/O请求信号。或I/O读写信号。

3． 为何要在CPU和外设之间设置一个接口？简述接口的功能和组成。 略

4． 主机和外设交换信息的方式有哪几种？简述各自的工作原理和特点。 略

5． CPU与外设接口交换信息的方式有以下几种，其中 A 下，CPU被外设独占，而 B 下支持CPU与外设并行工作，并且可以用于突发事件的处理； C 用于高速、大批量的数据传送，并由硬件实现。

A. 程序查询方式 B. 程序中断方式

44

C. DMA方式 D. 并行传送 E. 串行传送

答：(1) A , (2) B , (3) C

6． 程序中断方式与DMA方式有何异同? 略

7． 何谓中断？简述中断的全部过程。 略

8． 简要说明中断请求线的几种传送方式，并对比它们的优缺点。 略

9． 什么是中断屏蔽字？简述中断屏蔽技术的作用。 略

10． 什么是中断嵌套？它解决了什么问题？如何才能实现中断嵌套？ 略

11． 中断源可以分为哪几类？各自有何特点？ 略

12． 有哪几种中断优先级排队方法？比较它们的优缺点。

45

略

13． 解释下列名词：

（1）中断向量 （2）中断隐指令 （3）DMA （4）通道 （5）多重中断 （6）单重中断 （7）中断类型号 （8）菊花链电路 略

14． 假设有4个中断源A、B、C、D，硬件排队后，中断优先级从高到低依次为A→B→C→D。现在需要将4个中断源得到CPU响应的次序更改为C→A→D→B，写出各个中断源的中断服务程序中应该设置的中断屏蔽字。 ？ 习题九 9.1 略 9.2 略

9.3 总线的技术指标有哪些？总线带宽表示什么？ 略

46

总线有哪些特性？其中电气特性是什么？

总线有哪些类型？各种类型有何特点？

9.4 何谓系统总线？单总线结构有何优缺点？查找一种现代计算机

的多总线例子，说明其结构和原理。 略 9.5

总线信息传送方式有哪几种，它们各有何优缺点？它们各

适用于何种情况？ 略 9.6

设总线工作频率为33MHz，如果一个总线周期中并行传送

32位数据，则总线的带宽是多少? 答：32/8 ×33×106=126MB/秒 9.7

在异步串行传输中，字符格式为：1个起始位、7位数据位、

1位校验位、1个终止位。若要求每秒传输240个字符，则需要传输的波特率是多少？ 答：2400 9.8

为何要进行总线仲裁？集中式总线仲裁方式分为哪几种？

各有何优缺点？ 略 9.9

为何要进行总线定时？总线定时有哪几种方式？各有何特

点？一般适用于哪些场合？ 略

47

9.10 PCI总线的主要优点是什么？一般什么样的设备挂接在PCA总线上? 略

9.11 选择题

（1）系统总线中地址线的功能是（ ）

A. 用于寻址I/O单元 B. 用于传输数据 C. 用于选择主存单元 D. 用于传送选择主存单元和I/O接口的地址 答：D

（2）数据总线的宽度由总线的（ ）定义。 A. 电气特性 B. 物理特性 C. 机械特性 C. 功能特性 答：C

（3）（ ）的总线利用率最高；（ ）的总线吞吐量最高。 A. 双总线结构 B. 单总线结构 C.串行总线 D. 多总线结构 答：B, D

（4）在总线分布式仲裁方式中，（ ）所需要的连线最少，（ ）仲裁结果不可预测。

48

A. 自举分布式仲裁方式 B. 冲突检测分布式仲裁方式

C. 并行竞争仲裁方式 D. 独立请求仲裁方式 答：A ,B

（5）在单机系统中，（ ）总线结构的访问外设与访问主存单元一样。

A. 双总线结构 B. 单总线结构 C. 多总线结构 D. 三总线结构 答：B

（6）下列（ ）信息传输应采用异步定时方式。

A. CPU与存储器 B. CPU与I/O接口 C. CPU与PCI总线 D. I/0接口与I/O接口 答：B

（7）关于ISA总线的下列描述中错误的是（ ）。 A. ISA总线是在原先的PC/XT总线的基础上扩充的。 B. 主存寻址空间为16MB,I/O寻址空间为64KB；可进行8位或16位数据访问。

49

C. 地址线和数据线分时复用，支持无限猝发式数据传输。 D. 它支持存储器读/写、I/O读/写、中断响应、DMA响应、存储器刷新、总线仲裁。 答：C

（8）关于PCI总线的下列叙述中不正确的是（ ） A. PCI总线是一种与具体CPU无关的高速外围总线。 B．PCI总线可以将CPU与外部设备相连。

C. PCI总线的地址线和数据线分时复用，支持无限猝发式数据传输。

D. PCI总线采用集中式仲裁方式。 答：A

（9）关于RS-232C和RS－485总线的下列描述中错误的是（ ）。 A. RS-232C是一种串行通信接口的电气标准。 B. RS-232C的信号线采用负逻辑电压。 C. RS－485与RS-232C最长传输距离相同。

D. RS-4385采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力。 答：C

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