组成原理期末复习

第一章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：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。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•诺依曼计算机的特点是：P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序；机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成第3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？答：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。总线传输的特点是：某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息，但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。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。/3.常用的总线结构有几种？不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？举例说明。答：略。见P52-55。（1）总线结构通常可以分为单总线结构和多总线结构两种。（2）单总线结构简单也便于扩充，但所有的传送都通过这组共享总线，因此极易形成计算机系统的瓶颈，它也不允许两个以上的部件在同一时刻向总线传输信息，这就必然会影响系统工作效率的提高，这类总线多数被小型计算机或微型计算机采用；多总线结构解决了单总线中所有部件同时共享总线的现状，有效的提高了系统的工作效率，如大，中型计算机系统双总线：将速度较低I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开的结构第4章7.一个容量为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：地址线和数据线的总和=14+32=46根；选择不同的芯片时，各需要的片数为：1K×4：（16K×32）/（1K×4）=16×8=128片2K×8：（16K×32）/（2K×8）=8×4=32片4K×4：（16K×32）/（4K×4）=4×8=32片16K×1：（16K×32）/（16K×1）=1×32=32片4K×8：（16K×32）/（4K×8）=4×4=16片8K×8：（16K×32）/（8K×8）=2×4=8片/15设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用（低电平有效）作访存控制信号，作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列存储芯片：ROM（2K×8位，4K×4位，8K×8位），RAM（1K×4位，2K×8位，4K×8位），及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。试从上述规格中选用合适芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要求：（1）最小4K地址为系统程序区，4096~16383地址范围为用户程序区。（2）指出选用的存储芯片类型及数量。（3）详细画出片选逻辑。解：（1）地址空间分配图：系统程序区（ROM共4KB）：0000H-0FFFH用户程序区（RAM共12KB）：1000H-3FFFH（2）选片：ROM：选择4K×4位芯片2片，位并联RAM：选择4K×8位芯片3片，字串联(RAM1地址范围为:1000H-1FFFH,RAM2地址范围为2000H-2FFFH,RAM3地址范围为:3000H-3FFFH)（3）各芯片二进制地址分配如下：MREQW/RA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM300110000000000000011111111111111CPU和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图(3)所示：CPUROM1RAM1RAM2RAM374138ROM2D0D3D4D7A11A0A15A14A13A12G1ABC...............OEOECSCSR/WR/WR/WCS.....................R/WMREQPD/PROGG2BG2AY7Y3Y2Y1Y0...图（3）/38.磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘面可以记录，存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层密度为400位/cm，转速3600转/分，问：（1）共有多少存储面可用？（2）共有多少柱面？（3）盘组总存储容量是多少？（4）数据传输率是多少？解：（1）共有：6×2=12个存储面可用。（2）有效存储区域=（33-22）/2=5.5cm柱面数=40道/cm×5.5=220道（3）内层道周长=×22=69.08cm道容量=400位/cm×69.08cm=3454B面容量=3454B×220道=759，880B盘组总容量=759，880B×12面=9，118，560B（4）转速=3600转/60秒=60转/秒数据传输率=3454B×60转/秒=207，240B/S39.某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，每毫米5道，每道记录信息12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道，求：（1）磁盘存储器的存储容量。（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。（3）磁盘数据传输率。（4）平均等待时间。解：（1）存储容量=275道×12288B/道×4面=13516800B（2）最高位密度=12288B/（×230）=17B/mm=136位/mm（向下取整）最大磁道直径=230mm+2×275道/(5道/mm)=230mm+110mm=340mm最低位密度=12288B/(×340)=11B/mm=92位/mm（向下取整）（3）磁盘数据传输率=12288B×3000转/分=12288B×50转/秒=614400B/s（4）平均等待时间=1s/50/2=10ms第五章1.I/O设备的分类，典型的I/O设备举例人机交互设备，计算机信息的存储设备，机-机通信设备输入设备：键盘，图形输入设备，图像输入设备，条形码阅读器，光学字符识别，语音和文字输入设备输出设备：显示器，打印设备，绘图仪，音箱输入输出设备：终端设备（键盘和显示器），汉字处理设备，A/D,D/A转换设备，多媒体设备，脱机输入/输出设备P1665.11简述I/O接口的功能和基本组成功能：选址功能，传送命令的功能，传送数据的功能，反应I/O设备工作状态的功能基本组成：数据缓冲寄存器DBR,标记设备状态的触发器，控制逻辑电路，设备选择电路，命令寄存器和命令译码器第六章1、原吗、补码、反码关于零的表示方法，计算机采用补码运算的目的原码：[+0.0000]=0.0000[-0.0000]=1.0000补码：[+0.0000]=0.0000[-0.0000]=0.0000反码：[+0.0000]=0.0000[-0.0000]=1.1111采用补码运算目的：简化计算机的设计可以将符号位和数值域统一处理，加法和减法也可以统一处理，补码和原码相互转换，其运算过程是相同的，不需要额外的硬件电路12.设浮点数格式为：阶码5位（含1位阶符），尾数11位（含1位数符）。写出51/128、-27/1024、7.375、-86.5所对应的机器数。要求如下：（1）阶码和尾数均为原码。（2）阶码和尾数均为补码。（3）阶码为移码，尾数为补码。解：据题意画出该浮点数的格式：阶符1位阶码4位数符1位尾数10位将十进制数转换为二进制：x1=51/128=0.0110011B=2-1*0.110011Bx2=-27/1024=-0.0000011011B=2-5*(-0.11011B）x3=7.375=111.011B=23*0.111011Bx4=-86.5=-1010110.1B=27*(-0.10101101B)则以上各数的浮点规格化数为：（1）[x1]浮=1，0001；0.1100110000[x2]浮=1，0101；1.1101100000[x3]浮=0，0011；0.1110110000[x4]浮=0，0111；1.1010110100（2）[x1]浮=1，1111；0.1100110000[x2]浮=1，1011；1.0010100000[x3]浮=0，0011；0.1110110000[x4]浮=0，0111；1.0101001100（3）[x1]浮=0，1111；0.1100110000[x2]浮=0，1011；1.0010100000[x3]浮=1，0011；0.1110110000[x4]浮=1，0111；1.010100110019.设机器数字长为8位（含1位符号位），用补码运算规则计算下列各题。（1）A=9/64，B=-13/32，求A+B。（2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。（3）A=-3/16，B=9/32，求A+B。（4）A=-87，B=53，求A-B。（5）A=115，B=-24，求A+B。解：（1）A=9/64=0.0010010B,B=-13/32=-0.0110100B[A]补=0.0010010,[B]补=1.1001100[A+B]补=0.0010010+1.1001100=1.1011110——无溢出A+B=-0.0100010B=-17/64（2）A=19/32=0.1001100B,B=-17/128=-0.0010001B[A]补=0.1001100,[B]补=1.1101111,[-B]补=0.0010001[A-B]补=0.1001100+0.0010001=0.1011101——无溢出A-B=0.1011101B=93/128B（3）A=-3/16=-0.0011000B,B=9/32=0.0100100B[A]补=1.1101000,[B]补=0.0100100[A+B]补=1.1101000+0.0100100=0.0001100——无溢出A+B=0.0001100B=3/32（4）A=-87=-1010111B,B=53=110101B[A]补=10101001,[B]补=00110101,[-B]补=11001011[A-B]补=10101001+11001011=01110100——溢出（5）A=115=1110011B,B=-24=-11000B[A]补=01110011,[B]补=1，1101000[A+B]补=01110011+11101000=01011011——无溢出A+B=1011011B=91第七章1.什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？答：参考P300。机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成。指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。指令格式和指令周期等概念指令格式：操作码，地址码指令周期：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间CPU的组成ALU,寄存器，中断系统，CU计算器硬件的性能指标机器字长，存储容器，运算速度2、长度相同但格式不同的2种浮点数，不同长短的阶段、尾数它们可表示的数的范围和精度比较基数r越大，可表示的浮点数范围越大，浮点数的精度反而下降阶吗长尾数短比阶吗短尾数长可表示的范围大但精度低3、定点数运算产生益出的原因运算的结果的操作数超过了机器的表示范围4、主存和CPU增加Cache的原因C.解决CPU与内存之间的速度匹配问题5、内存和外存各