计算机组成原理答案第二版_答案_唐朔飞

计算机系统概论 第二版第第 一一 章章课后习课后习 题题 答案答案1. 什么是计算机系统、计算机硬件和 计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统计算机硬件、软件和 数据通信设备的物理或逻辑的综合体。计算机硬件计算机的物理实体。计算机软件计算机运行所需的程 序及相关资料。硬件和软件在计算机系统中相互依存 ，缺一不可，因此同样重要。5. 冯·诺依曼计算机的特点是什么？解：冯氏计算机的特点是：P9· 由运算器、控制器、存储器、输入设 备、输出设备五大部件组成；· 指令和数据以同一形式（二进制形式 ）存于存储器中；· 指令由操作码、地址码两大部分组成 ；· 指令在存储器中顺序存放，通常自动 顺序取出执行；· 以运算器为中心（原始冯氏机）。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、指令字长 。解：P10主机是计算机硬件的主体部分 ，由CPU+MM（主存或内存）组成；CPU中央处理器（机），是计 算机硬件的核心部件，由运算器+控制器 组成；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；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；机器字长CPU能同时处理的 数据位数；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：CPUCentral Processing Unit， 中央处理机（器），见7题；PCProgram Counter，程序计数 器，存放当前欲执行指令的地址，并可自动 计数形成下一条指令地址的计数器；IRInstruction Register， 指令寄存器，存放当前正在执行的指令的寄 存器；CUControl Unit，控制单元（ 部件），控制器中产生微操作命令序列的 部件，为控制器的核心部件；ALUArithmetic Logic Unit， 算术逻辑运算单元，运算器中完成算术逻 辑运算的逻辑部件；ACCAccumulator，累加器， 运算器中运算前存放操作数、运算后存放 运算结果的寄存器；MQMultiplier-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；MARMemory Address Register，存储器地址寄存器，内存中用 来存放欲访问存储单元地址的寄存器；MDRMemory Data Register ，存储器数据缓冲寄存器，主存中用来存 放从某单元读出、或写入某存储单元数据 的寄存器；I/OInput/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；MIPSMillion 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；CPICycle Per Instruction， 执行一条指令所需时钟周期数，计算机 运算速度指标计量单位之一；FLOPSFloating Point Operation Per Second ，每秒浮点运算次数，计算机 运算速度计量单位之一。10. 指令和数据都存于 存储器中,计算机如何区分它 们？解：计算机硬件主要通 过不同的时间段来区分指令 和数据，即：取指周期（或 取指微程序）取出的既为指 令，执行周期（或相应微程 序）取出的既为数据。另外也可通过地址来源 区分，从PC指出的存储单元 取出的是指令，由指令地址 码部分提供操作数地址。返回返回 目录目录系 统 总 线第第 三三 章章1. 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？解：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？解：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；计数器查询方 式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连 线及控制过程较复杂；独立请求方式判优 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。解：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 总线完成一次完整而可靠 的传输所需时间；总线的通信控制 指总线传送过程中双方的 时间配合方式。6. 试比较同步通信和异步通信。解：同步通信由统一时钟控制的通信 ，控制方式简单，灵活性差，当系统中各 部件工作速度差异较大时，总线工作效率 明显下降。适合于速度差别不大的场合；异步通信不由统一时钟控制的通 信，部件间采用应答方式进行联系，控制 方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各 部件工作速度差异较大时，有利于提高总 线工作效率。8. 为什么说半同步通 信同时保留了同步通信和异 步通信的特点？解：半同步通信既能像同步 通信那样由统一时钟控制， 又能像异步通信那样允许传 输时间不一致，因此工作效 率介于两者之间。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？解：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。11. 画一个具有双向传输功能的总线 逻辑图。解：此题实际上是要求设计一个双向 总线收发器，设计要素为三态、方向、使 能等控制功能的实现，可参考74LS245等 总线缓冲器芯片内部电路。 逻辑图如下： （n位）GDIRA1B1AnBn 12. 设数据总线上接有A、B、C、 D四个寄存器，要求选用合适的74系列 芯片，完成下列逻辑设计：（1） 设计一个电路，在同一时间实现 DA、DB和DC寄存器间的传送；（2） 设计一个电路，实现下列操作：T0时刻完成D总线；T1时刻完成总线A；T2时刻完成A总线；T3时刻完成总线B。解：（1）采用三态输出的D型寄存 器74LS374做A、B、C、D四个寄 存器，其输出可直接挂总线。A、B 、C三个寄存器的输入采用同一脉冲 打入。注意-OE为电平控制，与打入 脉冲间的时间配合关系为： -OE-OE ：令：令：BUSBUSA=BUSA=BUSB=BUSB=BUSC=CPC=CP；D DBUS= -OEBUS= -OE； 当当CPCP前沿到来时，将前沿到来时，将D DA A、B B、C C。现以8位总线为例，设计此电路，如下图 示：数据总线数据总线D7D7D0D0BUSBUSA A1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374D D1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374A A1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374B B1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374C CBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSD DD DBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSA ABUSBUS（2）寄存器设置同（1），由 于本题中发送、接收不在同一节拍 ，因此总线需设锁存器缓冲，锁存 器采用74LS373（电平使能输入） 。节拍、脉冲配合关系如下： 时钟：时钟： CLKCLK：节拍电平：节拍电平：TiTi：打入脉冲：打入脉冲：PiPi：图中，脉冲图中，脉冲包包在电平中，为了在电平中，为了留有较留有较 多的多的传送时间，脉冲设置在靠近电平传送时间，脉冲设置在靠近电平后沿后沿 处处。节拍、脉冲分配逻辑如下：二位二位 格雷格雷 码同码同 步计步计 数器数器1 1&&&&&&&&1 11 11 1G Y0G Y0Y1 Y1 1/21391/2139Y2 Y2 A A B Y3B Y31 1CLKCLKP0P0P1P1P2P2P3P3T0T0T1T1T2T2T3T3-T0-T0-T1-T1-T2 -T2-T3-T3节拍、脉冲时序图如下：时钟：时钟：CLKCLK ： 输出：输出： T0T0：T1T1：T2T2：T3T3： 输入：输入： P0P0：P1P1：P2P2：P3P3：以8位总线为例，电路设计如下： （图中，A、B、C、D四个寄存器与数据总线 的连接方法同上。）>=1>=11Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374A A1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374B BBUSBUSB BD DBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSA ABUSBUSBUSBUSA A1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374D DBUSBUSD D1Q 8Q1Q 8QOE G OE