2计算机组成原理-2(2)
计算机组成原理 第2章
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
原码、反码与补码
• 例2：已知[x]补=11101110，求[-x]补、[x]反、[x]原及真值x。 解：[-x]补=00010010 （[x]补取反加1） [x]反=11101101 （[x]补减1） [x]原=10010010 （[x]原低7位取反） 真值x=-0010010B=-12H=-18D
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 对定点整数，补码的定义是： X [X]补= 2n > x 0 （mod 2n+1）
2n+1+x=2n+1-|x|
0 > x -2n
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
补码表示法
• 利用补码可以将减法运算变成加法运算来实现。但是 根据补码定义，求负数的补码要从2减去|X|。为了用加 法代替减法，结果还得在求补码时作一次减法，这显 然是不方便的。可以利用反码的方式解决负数的求补 问题。 • 另一方面，利用补码实现减法运算，可以和常规的加 法运算使用用一加法器电路，从而简化了计算机的设 计。
移码表示法
• 移码的定义：[X]移=2n +X （-2n = <x< 2n）n为阶码数值位 (除符号位)
• 移码的计算：先求出X的补码，再对其符号位取反或直接利用定 义计算。
《计算机组成原理与实验》 冶金工业出版社
计算机组成原理——第 2章
移码的特点
（1）在移码中，最高位为“0”表示负数，最高位为“1”表示正数。 （2）移码为全0时，它所对应的真值最小，为全1时，它所对应的真 值最大。因此，移码的大小比较直观地反映了真值的大小，这有 助于比较两个浮点数阶码的大小。 （ 3 ） 真 值 0 在 移 码 中 的 表 示 形 式 是 唯 一 的 ， 即 [+0] 移 =[-0] 移 = 100…0。 （4）移码把真值映射到一个正数域，所以可将移码视为无符号数， 直接按无符号数规 则比较大小。 （5）同一数值的移码和补码除最高位相反外，其他各位相同。
计算机组成原理第2章习题答案
计算机组成原理第2章习题答案第2章习题及解答2-2 将下列⼗进制表⽰成⼆进制浮点规格化的数（尾数取12位，包括⼀位符号位；阶取4位，包括⼀位符号位），并写出它的原码、反码、补码三和阶移尾补四种码制形式； (1)7.75解：X=7.75=(111.11)2=0.11111×211[X]原=0011×0.11111000000 [X]反=0011×0.11111000000 [X]补=0011×0.11111000000 [X]阶称，尾补=1011×0.11111000000 (2) –3/64解：X=-3/64=(-11/26)2=(-0.00001)2=-0.11×2-100[X]原=1100×1.11000000000 [X]反=1011×1.00111111111 [X]补=1100×1.010********[X]阶称，尾补=0100×1.010********(3) 83.25解：X=-3/64=(1010011.01)2=0.101001101×2111 [X]原=0111×0.101001101 [X]反=[X]补=[X]原[X]阶称，尾补=1111× 0.10100110(4) –0.3125解：X=（–0.3125）10=(-0.0101)2=-0.101×2-1 [X]原=1001×1.10100000000 [X]反=1110×1.010******** [X]补=1111×1.01100000000[X]阶称，尾补=0111×1.011000000002-4 已知x 和y ，⽤变形补码计算x+y ，并对结果进⾏讨论。
(2) x=0.11101，y=-0.10100 解：[X]补=00.11101, [Y]补=11.01100, [-Y]补=00.10100 [X]补+ [Y]补=00.11101+11.01100=00.01001X+Y=0.01001[X]补- [Y]补= [X]补+ [-Y]补=00.11101+00.10100=01.10001 X+Y 正溢(3) x=-0.10111，y=-0.11000解: [X]补=11.01001, [Y]补=11.01000, [-Y]补=00.11000 [X]补+ [Y]补=11.01001+11.01000=11.10001X+Y=-.011111[X]补- [Y]补= [X]补+ [-Y]补=11.01001+00.11000=00.00001 X －Y =0.000012-5 已知x 和y ，⽤变形补码计算x-y ，并对结果进⾏讨论。
计算机组成原理课后答案
计算机组成原理课后答案习题解答第一章思考题与习题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？计算机系统是指计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。
硬件即指计算机的实体部分。
软件是由计算机运行所需的程序及相关文档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4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O 机理等等计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成(5) 指令在存储器内按顺序存放。
(6) 机器以运算器为中心。
6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。
硬件的主要技术指标：(1) 机器字长：指 CPU 一次能处理数据的位数，通常与 CPU 的寄存器位数有关(2) 存储容量：包括主存容量和辅存容量，存放二进制代码的总数＝存储单元个数×存储字长(3) 运算速度：主频、Gibson 法、MIPS 每秒执行百万条指令、CPI 执行一条指令所需时钟周期数、FLOPS 每秒浮点运算次数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。
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，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；存储字长——存储器一次存取操作的最大位数；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；等于处理器内部寄存器位数指令字长——一条指令包含的二进制代码位数；8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
计算机组成原理---第二章测试题
计算机组成原理第二章测试题1.计算机系统中的I/O设备通过I/O端口与各自的控制器连接,然后由控制器与总线相连，常用的I/O端口有_D_。
A、并行口B、串行口C、视频口,USB口D、以上全部2.下列关于I/O控制器的叙述正确的是_A_。
A、I/O设备通过I/O控制器接收CPU的输入输出命令B、所有I/O设备都使用统一的I/O控制器C、I/O设备的驱动程序都存放在I/O控制器上的ROM中D、随着芯片组电路集成度的提高,越来越多的I/O控制器都从主板的芯片组中独立出来, 制作成专用的扩充卡B接口是由Compag,IBM,Intel,Microsoft和NEC等公司共同开发的一种I/O接口。
在下列有关USB接口的叙述中,错误的是_C_。
A、USB接口是一种串行接口,USB对应的中文为"通用串行总线"B、USB2.0的数据传输速度比USB1.1快得多C、利用"USB集线器",一个USB接口最多只能连接63个设备D、USB既可以连接硬盘,闪存等快速设备,也可以连接鼠标,打印机等慢速设备4.在目前的技术条件下,计算机使用的CRT显示器与LCD显示器相比具有_D_的优点。
A、没有辐射危害B、功耗小C、体积轻薄D、价格较低5.PC计算机中RAM的功能是_A_。
A、存放可读写的程序和数据B、用于永久存放专用程序和数据C、存放要求容量大速度慢的程序文件D、存放要求容量大速度慢的数据文件6.一台PC机上总有多种不同的I/O接口,如串行口,并行口,USB接口等。
在下列I/O接口中,不能作为扫描仪和主机接口的是_A_。
A、PS/2接口B、USBC、1394(FireWire)D、并行口7.下列说法中是正确的_B_。
A、半导体ROM信息可读可写,且断电后仍能保持记忆B、半导体ROM是非易失性的,断电后仍然能保持记忆C、半导体RAM是非易失性的,断电后不能保持记忆D、EPROM是可改写的,因而也是随机存储器的一种8.下面关于CPU性能的说法中,错误的是_D_。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机硬件和软件的组成以及它们之间的工作原理。
计算机硬件主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。
计算机软件则由系统软件和应用软件组成。
在计算机中，中央处理器是计算机的核心，它负责执行计算机程序中的指令。
中央处理器由控制器和运算器组成。
控制器用于解码和执行指令，而运算器用于进行数据运算。
存储器用于存储数据和指令，其主要有两种类型：主存储器和辅助存储器。
主存储器一般是随机存取存储器(RAM)，用于存储当前正在执行的程序和数据。
辅助存储器一般是固态硬盘(SSD)或磁盘，用于长期存储数据和程序。
输入输出设备负责将数据和指令输入计算机，并将计算结果输出到外部设备或显示器上。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪，而输出设备有显示器、打印机和音频设备等。
总线是计算机各个组件之间进行通信的路径。
总线分为地址总线、数据总线和控制总线。
地址总线用于指示存储器或I/O设备的地址，数据总线用于传输数据，而控制总线用于传输与控制操作有关的信息。
系统软件是计算机操作系统的核心部分，它管理计算机的资源和提供用户与计算机硬件之间的接口。
应用软件则是由用户使用的各种程序，如办公软件、图像处理软件和游戏等。
在计算机工作原理方面，计算机是按照指令的顺序执行程序的。
计算机从存储器中读取指令和数据，存储在寄存器中，并通过总线传递信息。
控制器解码指令并控制算术逻辑单元(ALU)进行数据运算。
运算结果再存储在寄存器中，最后输出到输出设备或存储器中。
总之，计算机组成原理是计算机硬件和软件的组成和工作原理的总称。
通过了解计算机的组成和工作原理，可以更好地理解计算机的工作方式，从而进行计算机系统的设计和优化。
《计算机组成原理》2在线作业答案
《计算机组成原理》2在线作业答案一、单选题（共 35 道试题，共 70 分。
）1. 计算机操作的最小单位时间是（）A. 时钟周期B. 指令周期C. CPU周期D. 中断周期正确答案：A 满分：2 分2. 计算机存储数据的基本单位为（）。
A. 比特BitB. 字节ByteC. 字组WordD. 以上都不对正确答案：A 满分：2 分3. 采用虚拟存贮器的主要目的是（）。
A. 提高主存贮器的存取速度B. 扩大主存贮器的存贮空间，并能进行自动管理和调度C. 提高外存贮器的存取速度D. 扩大外存贮器的存贮空间正确答案：B 满分：2 分4. 若9BH表示移码（含1位符号位），其对应的十进制数是（）。
A. 27B. －27C. －101D. 155正确答案：A 满分：2 分5. 直接寻址的无条件转移指令功能是将指令中的地址码送入（）。
A. PCB. 地址寄存器C. 累加器D. 指令寄存器正确答案：A 满分：2 分6. 下列语句中是（）正确的。
A. 1KB＝10241024BB. 1KB＝1024MBC. 1MB＝10241024BD. 1MB＝1024B正确答案：C 满分：2 分7. 程序员编程所用的地址叫做（）。
A. 逻辑地址B. 物理地址C. 真实地址D. 伪地址答案：A正确答案：A 满分：2 分8. I/O采用不统一编址时，进行输入输出操作的指令是（）。
A. 控制指令B. 访存指令C. 输入输出指令D. 伪指令正确答案：C 满分：2 分9. Cache的地址映像中，若主存中的任一块均可映射到Cache内的任一块的位置上，称作（）。
A. 直接映像B. 全相联映像C. 组相联映像D. 间接映像正确答案：C 满分：2 分10. 下列描述中（）是正确的。
A. 控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果；B. 一台计算机包括输入、输出、控制、存储及算逻运算五个单元；C. 所有的数据运算都在CPU的控制器中完成；D. 以上答案都正确。
第二章 计算机组成原理-二
第二章计算机组成原理一、单项选择题1.计算机的存储单元中存储的内容_______。
A.只能是数据B.只能是程序C.可以是数据和指令D.只能是指令【答案】C【解析】本题属于基本概念。
2.下面有关计算机的叙述中，正确的是_______。
A.计算机的主机只包括CPUB.计算机程序必须装载到内存中才能执行C.计算机必须具有鼠标才能工作D.计算机键盘上字母的排列方式是随机的【答案】B【解析】A选项:目前计算机硬件系统遵循冯·诺依曼提出的存储程序与程序控制的原理，由五大组成部件构成:运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。
中央处理器( CPU)是计算机的核心部件，主要由三个部分组成:运算器、控制器、寄存器组。
其中，CPU、内存储器、总线等构成了计算机的主机;外存储器、输入设备、输出设备构成了计算机的外围设备，简称外设。
B选项:计算机包括两大存储体系:内存储器和外存储器，内存直接与CPU相连接( CPU可直接访问)，外存储器不直接与CPU相连接( CPU不能直接访问，其中存储的程序及数据必须先送入内存，才能被CPU使用)。
C选项:鼠标不是必需的输入设备，但键盘是必需的输入设备，没有键盘，计算机将不能正常进入操作系统。
D选项:计算机键盘上的字母键是为了方便用户操作计算机并加快录入速度而优化排列的。
3.电子计算机工作最重要的特征是_______。
A.高速度B.高精度C.存储程序自动控制D.记忆力强【答案】C【解析】迄今为止，我们所使用的计算机大多是按照冯·诺依曼提出的“存储程序控制”的原理进行工作的，即一个问题的解题步骤(程序)连同它所处理的数据都使用二进制位表示，并预先存放在存储器中。
程序运行时，CPU从内存中一条一条地取出指令和相应的数据，按指令操作码的规定，对数据进行运算处理，直到程序执行完毕为止。
4.对计算机的性能进行评测时，经常会用MIPS来描述计算机的_______。
A.平均无故障时间B.硬盘的等待时间C.平均故障修复时间D. CPU的运算速度【答案】D【解析】MIPS(百万条定点指令/秒)是度量CPU性能的使用指标。
第二章 计算机组成原理考点
第 2 章计算机组成原理★考核知识要点、重点、难点精解★考点 1 * ：计算机硬件的组成及其功能计算机硬件主要包括中央处理器（CPU ）、内存储器、外存储器、输入设备和输出设备等，它们通过系统总线互相连接1. 输入设备（1）输入设备的概念用来向计算机输入信息的设备通称为“输入设备”。
（2）输入设备的分类输入设备有多种，例如，数字和文字输入设各（键盘、写字板等），位置和命令输入设备（鼠标器、触摸屏等），图形输入设备（扫描仪，数码相机等），声音输入设各（麦克风、MIDI 演奏器等），视频输入设备（摄像机），温度、压力输入设备．（温度、压力传感器）等。
注意：输入到计算机中的信息都使用二进位（“0”和“ 1 " ）来表示。
2 中央处理器（CPU）负责对输入信息进行各种处理（例如计算、排序、分类、检索等）的部件称为“处理器”。
注意：一台计算机中往往有多个处理器，它们各有其不同的任务，有的用于绘图，有的用于通信．其中承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器（CPU），它是任何一台计算机必不可少的核心组成部件。
3 ．内存储器( l ) 内存储器的概念计算机的一个重要特性是它具有强大的“记忆”功能，能够把程序和数据（包括原始数据、中间运算结果与最终结果等）储存起来，具有这种功能的部件就是“存储器”。
( 2 ) 内存的工作原理内存是存取速度快而容量相对较小（因成本较高）的一类存储器。
内存储器直接与CPU 相连接，是计算机中的工作存储器，它用来存放正在运行的程序和需要立即处理的数据。
CPU 工作时，它所执行的指令及处理的数据都是从内存中取出的，产生的结果也存放在内存中。
4 ．外存储器外存则是存取速度较慢而容量相对很大的一类存储器。
外存储器也称为辅助存储器，其存储容量很大，它能长期存放计算机系统中几乎所有的信息。
计算机执行程序时，外存中的程序及相关的数据必须先传送到内存，然后才能被CPU 使用。
计算机组成原理实验2
表6-1 累加器A使用法
图6-2是累加器A判零线路
图6-2 累加器A判零线路
此线路利用内存模块中的与门7411(U21) 对或非门7427(U22)的三个输出组合，产生 ZD信号。ZD为1表示累加器A当前的内容为 零。当ZC电平正跳时ZD状态被存人触发器 7474(U19)，信号Z是它的输出。
图6-3是进位发生线路
计算机提供了一系列功能模块，这里逐一 介绍它们的组成和使用。
6.2 运算器模块
运算器模块(ALU)主要由累加器A(74198)运算器 ALU(74181x2)、累加器暂存器ACT(74377)、暂 存器TMP(74373)、输出缓冲器BUFFER(74245)， 以及进位产生线路、累加器判零线路等构成。
运算器模块上的开关KA、KB、KC以及寄存器堆 模块上的开关KR的不同组合，决定了实验计算机的 运算器结构。
从理论上讲， KA、KB、KC和KR可有16种不同 组合，但有实际逻辑意义的组合为以下几种(L表示 置左、R表示置右): (1).KA、KB、KC 、KR置为R、L、L、R，这种组 合的运算器结构如图6-5(a)。如果不使用寄存器堆， 则它简化为如图6-5(e)。
IR2(U10)是三态输出的8位寄存器。当它的接 数控制脉冲端CL出现电平正跳变时接数，当它的输 出控制OI为低电平输出，OI为高电平时IR2输出呈 高阻。
经典：计算机组成原理-第2章-运算方法和运算器
第二章：运算方法和运算器
2．1 数据与文字的表示方法 2．2 定点加法、减法运算 2．3 定点乘法运算 2．4 定点除法运算 2．5 定点运算器的组成 2．6 浮点运算方法和浮点运算器
其中尾数域所表示的值是1.M。因为规格化的浮点数的尾数域最
左位（最高有效位）总是1。故这一位经常不予存储，而认为隐藏
在小数点的左边。
64位的浮点数中符号位1位，阶码域11位，尾数域52位，指数偏
移值是1023。因此规格化的64位浮点数x的真值为：
x=(－1)s ×(1.M) × 2E－1023 e=E－1023
[X]反=1.x1x2...xn 对于0，有[+0]反=[-0]反之分：
[+0]反=0.00...0
[-0]反=1.11...1
我们比较反码与补码的公式
[X]反=2-2-n+X
[X]补=2+X
可得到 [X]补=[X]反+2-n
8
若要一个负数变补码，其方法是符号位置1，其余各位0变1，1变 0，然后在最末位（2-n）上加1。
10100.10011=1.010010011*24 e=4 于是得到：S=0,E=4+127=131=10000011, M=010010011 最后得到32位浮点数的二进制存储格式为： 0100 0001 1010 0100 1100 0000 0000 0000=（41A4C000）164
北交《计算机组成原理》在线作业二_2【答案59207】
北交《计算机组成原理》在线作业二_2
红字部分为答案！
一、单选题
1.在下列几种存储器中，CPU可直接访问的是()
A.主存储器
B.磁盘
C.磁带
D.光盘
2.通道是重要的I/O方式，其中适合连接大量终端及打印机的通道是______。
A.数组多路通道
B.选择通道
C.字节多路通道
D.以上答案全不对
3.EPROM是指()
A.读写存储器
B.只读存储器
C.可编程的只读存储器
D.光擦除可编程的只读存储器
4.总线的数据通路宽度是指_____
A.能一次并行传送的数据位数
B.可依次串行传送的数据位数
C.单位时间内可传送的数据位数
D.可一次传送的数据的最大值
5.关于浮点数加减法以下论述正确的是()
A.对阶时较小的数进行左移
B.对阶时小阶向大阶对齐
C.对阶时大阶向小阶对齐
D.对阶时较大的数进行左移
6.运算器的主要功能是进行()
A.逻辑运算
B.算术运算
C.逻辑运算和算术运算
D.只作加法
7.寄存器间接寻址方式中，操作数处在()
A.通用寄存器
B.程序计数器
C.堆栈
D.主存单元
8.断电后会丢失信息的是()。
A.ROM
B.RAM。
第二章 计算机组成原理知识点
第二章计算机组成原理2.1计算机的组成与分类2.1.1计算机的发展与作用作用：①速度快，通用性强②具有多种多样的信息处理能力，不仅能进行复杂的数学运算，而且能对图像，文字和声音等多种形式的信息进行获取，编辑，转换，存储，展现等处理③信息存储容量大，存取速度高④具有互联，互通和互操作的特性，计算机网络不仅能进行信息的交流与共享，还可借助网络上的其他计算机协同完成复杂的信息处理任务。
2.1.2 计算机的逻辑组成计算机系统由硬件和软件两部分组成。
硬件是计算机系统中所有实际物理装置的总称。
软件是指计算机中运行的各种程序及其处理的数据和相关的文档。
CPU，内存存储器，总线等构成计算机的“主机”输入/输出设备和外存储器称为“外设”承担系统软件和应用软件运行任务的处理器称为“中央处理器”使用多个CPU实现超高速计算的技术称为“并行处理”总线是用于在CPU，内存，外存和各种输入输出设备之间传输信息并协调它们工作的一种部件（含传输线和控制电路）计算机系统中的I/O设备一般都通过I/O接口与各自的控制器连接，然后由控制器与I/O总线相连2.1.3计算机的分类巨型机，大型机，服务器，个人计算机，嵌入式计算机微处理器（µP或MP），通常指使用单片大规模集成电路制成的，具有运算和控制功能的部件SOC：单个集成电路芯片中包含微处理器，存储器，输入/输出控制与接口电路，电子系统模拟电路，数字/模拟混合电路和无线通信使用的射频电路2.2 CPU的结构与原理2.2.1 CPU的作用与组成匈牙利数学家冯·诺依曼的“存储程序控制”原理CPU的根本任务是执行指令CPU的组成：寄存器组（用来临时存放参加运算的数据和运算得到的中间结果），运算器：也称算术逻辑部件（ALU），控制器：指令计数器（用来存放CPU正在执行的指令的地址）和指令寄存器（用来保存当前正在执行的指令）2.2.2 指令与指令系统指令是构成程序对的基本单位，采用二进制表示，指令由操作码和操作数地址组成，CPU所能执行的全部指令称为指令系统2.2.3 CPU的性能指标字长，主频，CPU总线速度，高速缓存的容量与结构，指令系统，逻辑结构，内核个数 TFLOPS（万亿条浮点指令/秒）MIPS（百万条定点指令/秒），MFLOPS（百万条浮点指令/秒）2.3 PC主机的组成2.3.1 主板，芯片组与BIOSCPU芯片和内存条分别通过主板上的CPU插座和存储器插槽安装在主板上，PC机常用外围设备通过扩充卡或I/O接口与主板相连，扩充卡借助卡上的印刷插头插在主板上的PCI总线插槽中主板上还有两块特别有用的集成电路：一块是闪烁存储我，其中存放的是BIOS，它是PC机软件中最基础的部分，没有它机器就无法启动，另一个集成电路芯片是CMOS存储器，其中存放者与计算机系统相关的一些参数（称为配置信息），包括当前的日期和时间，开机口令，已安装的光驱和硬盘的个数及类型等，CMOS 芯片是一种易失性存储器，它由主板上的电池供电，即使计算机关机后它也不会丢失所存储的信息芯片组由北桥芯片（MCH）和南桥芯片（ICH）组成，CPU时钟信号由芯片组提供芯片组还决定了主板上所能安装的内存最大容量，速度及可使用的内存条的类型每次机器加电时，CPU首先执行BIOS程序，它具有诊断计算机故障和加载操作系统并启动其运行的功能BIOS:加电自检程序，引导装入程序，CMOS设置程序，基本外围设备的驱动程序内存储器由称为存储器芯片的半导体集成电路组成，RAM目前多采用MOS型半导体集成电路芯片制成DRAM:电路简单，集成度高，功耗小，成本低SRAM:电路复杂，集成度低，功耗大，成本高每个存储单元都有一个地址，CPU按地址对存储器进行访问存储器的存取时间指的是从CPU给出存储器地址开始到存储器读出数据并送回到CPU所需要的时间解决主存速度慢的方法是：①采用cache存储器②改进存储器芯片的电路与工艺，并对DRAM的存储控制技术进行改进2.3.3 I/O总线与I/O接口CPU芯片与北桥芯片相互连接总线称为CPU总线（前端总线FSB），I/O设备控制器与CPU，存储器之间相互交换信息，传输数据的一组公用信号线称为I/O总线，总线上有三类信号：数据信号，地址信号和控制信号总线带宽（MB/S）=(数据线宽度/8)X总线工作频率（MHZ）X每个总线周期的传输次数PCI-E是PC机I/O总线的一种新标准，采用高速串行传输USB电源（5V,100mA～500Ma） USB3.0的电流是1A2.4常用输入设备扫描仪的性能指标：①扫描仪的光学分辨率：普通家用扫描仪分辨率在1600～3200dpi②色彩位数③扫描幅面④与主机的接口2.5 常用输出设备显示器的刷新频率越高，图像的稳定性越好，响应时间越小越好。
计算机组成原理-2
每位取反，末位加 1 [y]补连同符号位在内，
y = （0. y1 y2 … yn + 2-n） 即得[ --y]补 y = 0. y1 y2 … yn + 2-n
14:00:32
[ y]补 = 0. y1 y2 … yn + 2-n
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2. 1. 1 定点数的表示—反码
3 反码
– 原码求补码或由补码求原码的中间过渡。 – 对亍正数，反码不原码和补码相同
5 -2 3
顺时针
可见 2 可用 + 10 代替
减法
14:00:32
5 + 10 15 - 12 3
时钟以 12为模
加法
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2. 1. 1 定点数的表示—补码
称 + 10 是 – 2 以 12 为模的补数
记作 类似 结论： 1. 两个互为补数的数，它们绝对值之和即为 模 数。 2. 一个负数加上 “模” 即得该负数的补数。 3. 正数的补数即为其本身。
如
x = +1010
[x]补 = 0,1010
用 逗号 将符号位 和数值位隔开
14:00:32
= 100000000 1011000 1,0101000
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2. 1. 1 定点数的表示—补码
x 小数
如
1＞x ≥0 0＞x ≥ 1（mod 2）
[x]补 =
2+x
x = + 0.1110 [x]补 = 0.1110
14:00:32
零(0)的原码表示有两个：正零和负零
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2. 1. 1 定点数的表示--原码
原码形式的n位定点整数的表示范围是： (2n–1–1) ～+(2n–1–1) 例如，8位定点整数的表示范围是: (27–1) ～ +(27–1)，即:–127～+127； 16位定点整数的表示范围是: –(215–1) ～ +(215–1)，即:–32767～+32767 原码表示的n位定点小数的表示范围是: – (1–2–(n–1) ) ～ + (1–2–(n–1) ) 。
计算机组成原理的题目(2)答案+解析
1.(单选题) 在计算机组成原理中，Cache缓存的作用是什么？A. 储存CPU指令B. 储存操作系统C. 临时存储CPU频繁访问的数据D. 储存外设驱动程序答案: C解析: Cache缓存用于临时存储CPU频繁访问的数据，以加快CPU的访问速度。
例如，当CPU反复读取同一段数据时，Cache可以直接从高速缓存中读取，而不必每次都访问内存，提高了数据访问效率。
2.(单选题) 什么是冯·诺依曼体系结构中的“存储程序”？A. 指存储计算机程序的光盘B. 将程序和数据存储在同一个存储器中C. 将程序和数据存储在不同的存储器中D. 将程序和数据存储在磁带上答案: B解析: 冯·诺依曼体系结构中的“存储程序”是指将程序和数据存储在同一个存储器中，程序可以像数据一样被读取和写入，实现了程序的灵活性和可修改性。
3.(单选题) 计算机系统中的时钟频率指的是什么？A. CPU执行指令的速度B. 数据传输的速率C. 主存储器的访问速度D. CPU内部时钟发生器的振荡频率答案: D解析: 计算机系统中的时钟频率指的是CPU内部时钟发生器的振荡频率，它决定了CPU 执行指令的速度，是衡量CPU性能的重要指标。
4.(单选题) 在计算机系统中，什么是硬件中断？A. 由软件主动发起的中断请求B. 外部设备发出的中断信号C. 由CPU内部错误引发的中断D. 由硬件故障引发的中断答案: B解析: 硬件中断是由外部设备发出的中断信号，通知CPU需要进行处理。
例如，外部设备完成了数据传输，可以通过硬件中断通知CPU数据已经准备好。
5.(单选题) 在计算机系统中，什么是地址总线？A. 用于传输控制信号的线路B. 用于传输数据的线路C. 用于传输地址信息的线路D. 用于传输时钟信号的线路答案: C解析: 地址总线是用于传输CPU发出的内存地址信息的线路，它决定了CPU可以访问的内存空间范围。
6.(单选题) 在计算机系统中，什么是DMA（直接存储器访问）？A. CPU直接访问主存储器B. 外部设备直接访问主存储器C. CPU直接访问外部设备D. 外部设备直接访问CPU答案: B解析: DMA（直接存储器访问）是指外部设备可以直接访问主存储器，而不需要经过CPU的介入，提高了数据传输的效率。
计算机组成原理作业2
计算机组成原理形成性考核作业二(参考答案)一、选择题：1．计算机硬件能直接识别和运行的只能是_______程序。
A．机器语言B．汇编语言C．高级语言D．VHDL答：A2．指令中用到的数据可以来自_______（可多选）。
A．通用寄存器B．微程序存储器C．输入输出接口D．指令寄存器E. 内存单元F. 磁盘答：A、C、E3．汇编语言要经过_______的翻译才能在计算机中执行。
A．编译程序B．数据库管理程序C．汇编程序D．文字处理程序答：C4．在设计指令操作码时要做到_______（可多选）。
A．能区别一套指令系统中的所有指令B．能表明操作数的地址C．长度随意确定D．长度适当规范统一答：A、B、D5．控制器的功能是_______。
A．向计算机各部件提供控制信号B．执行语言翻译C．支持汇编程序D．完成数据运算答：A6．从资源利用率和性能价格比考虑，指令流水线方案_______，多指令周期方案_______，单指令周期方案_______。
A．最好B．次之C．最不可取D．都差不多答：A、B、C二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。
1．变址寻址需要在指令中提供一个寄存器编号和一个数值。
√说明：对的。
变址寻址就是将寄存器（该寄存器一般称作基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。
变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单元。
采用变址寻址方式的指令常见有以下几种形式，如下所示：LDR R0，[R1，＃4] ；R0←[R1＋4]LDR R0，[R1，＃4]！；R0←[R1＋4]、R1←R1＋4LDR R0，[R1] ，＃4 ；R0←[R1]、R1←R1＋4LDR R0，[R1，R2] ；R0←[R1＋R2]2．计算机的指令越多，功能越强越好。
×说明：错的。
并不一定，CISC比RISC指令更多，功能更强大，但并不比RISC好；CISC存在的问题：指令系统庞大，指令功能复杂，指令格式、寻址方式多；执行速度慢；难以优化编译，编译程序复杂；80%的指令在20%的运行时间使用；无法并行；无法兼容；RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。
计算机组成原理
计算机组成原理计算机组成原理是指计算机由硬件和软件组成的过程和原理。
它涉及了计算机内部各部件的功能和相互关系，以及它们如何协同工作，实现计算、存储和通信等功能的基本原理。
计算机组成原理主要包括指令执行周期、存储器层次结构、总线结构、I/O系统、中央处理单元（CPU）、寄存器以及各种逻辑门电路等基本概念和原理。
计算机组成原理是计算机科学与技术的核心课程之一，它为我们深入了解计算机的工作原理以及如何有效地设计和优化计算机系统提供了重要基础。
指令执行周期是计算机工作的基本单位，它由取指令、指令译码、指令执行、访问存储器、写回数据等若干步骤组成。
存储器层次结构是指计算机系统中不同速度和容量的存储器层级，包括高速缓存、主存储器和辅助存储器等。
各级存储器通过读写控制线和数据线相连，实现数据的传输和存储。
总线结构是计算机内部各部件之间传输数据和控制信号的途径。
它包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于在CPU、存储器和I/O设备之间传输数据和控制信息。
I/O系统是计算机与外部设备之间的接口，负责数据的输入输出和设备的管理。
它通过I/O控制器和外设接口等实现计算机与外部设备的通信。
CPU是计算机的核心部件，负责执行程序中的指令。
它由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的控制和管理，算术逻辑单元负责进行数据的运算和逻辑判断。
寄存器是CPU内部用于存储数据和指令的临时存储器，包括通用寄存器、指令寄存器、程序计数器等。
逻辑门电路是计算机中最基本的构建单元，包括与门、或门、非门等。
通过逻辑门的组合和连接，可以实现各种逻辑运算和控制功能。
计算机组成原理涉及的其他概念还包括指令集体系结构、流水线技术、中断处理等。
总之，计算机组成原理是计算机科学与技术中的重要基础课程，它为我们理解计算机工作原理、设计高效的计算机系统提供了基础。
通过学习计算机组成原理，我们可以更好地理解计算机的内部结构和原理，为后续的计算机体系结构、操作系统、编译原理等课程奠定坚实的基础。
计算机组成原理(第二版)唐朔飞----各章节知识点
__________________________________________________计算机组成原理(第二版)唐朔飞----各章节知识点第一章知识总结（一）2017-04-19马辉一个完整的计算机系统包括了硬件和软件两个子系统。
硬件部分按冯诺依曼观点分为运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大功能部件。
它们之间用系统总线进行连接。
系统总线按传输内容分地址总线、数据总线和控制总线三类。
软件部分包括系统软件和应用软件两类，它们通常使用机器语言、汇编语言和高级语言三种计算机语言进行编写。
由于机器硬件电路只能识别用0、1编写成的机器语言程序，所以用汇编或高级语言编写的源程序在运行前需使用汇编程序、编译程序或解释程序进行翻译。
软件的狭义观点是：软件是人们编制的具有各类特殊功能的程序，广义观点是：软件是程序以及开发、使用和维护程序需要的所有文档。
为了简化对复杂的计算机系统的理解，对计算机系统进行了层次结构划分，通常分为微程序机器、传统机器语言机器、操作系统虚拟机、汇报语言虚拟机、高级语言虚拟机等。
从不同角度、层次理解机器的功能与使用方法，简化了需要掌握的知识内容。
虚拟机：依赖于一定的系统软件，所体现出的具有某种结构、功能和使用方法的计算机。
计算机组成原理关注传统机器语言机器M1和微程序机器M0，它们是实际机器，所看到的机器功能与结构由硬件电路直接实现。
冯诺依曼关于计算机结构的观点：1、计算机由五大功能部件组成。
2、指令和数据均用二进制数表示，以同等地位存放于存储器中。
3、存储器按地址进行访问。
4、指令由操作码和地址码组成，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。
5、指令在存储器内按顺序存放，通常被顺序执行，在特定条件下，可根据运算结果或设定的条件改变执行顺序。
6、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。
现代大部分机器仍采用“存储程序”思想构建，仍属于冯诺依曼结构的计算机。
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用来提供常数、设置初值等。
（2） 直接寻址 指令直接给出操作数地址。
存储单元号(数在M中) 寄存器号 (数在R中)
● 存储器直接寻址 （直接寻址）
定长格式 操作码θ 有效地址D 变长格式 基本指令 DL DH D的位数可覆盖 整个存储空间 D的位数有限, 限制访存范围
S =（D）
● 寄存器直接寻址 （寄存器寻址）
2.3 指令信息的表示
指令：指示计算机执行某类操作的信息的集合。 本节主要讨论：一般指令格式 常用寻址方式 面向用户指令类型 2.3.1 指令格式
指令基本格式 操作码θ
一个
地址码 D
一个或几个
1. 指令字长
定长指令格式 变长指令格式 2. 操作码结构 （1） 定长操作码 各指令θ 的位置、位数固定相同。 便于控制 合理利用存储空间
格式 操作码θ 寄存器号R
S =（R）
R所占位数少； 访问R比访问M快
用于访问固定的存储单元或寄存器。
（3）间接寻址 指令给出操作数的间接地址。
存储单元号 (数在M中) 寄存器号 (数在M中)
间址单元 地址指针
M
● 存储器间址
格式 操作码θ 间接地址D
D=0030
0060 ...
0060
S
...
S =((D))
例.POP(SP):
执行前： 执行后：
低 低
SP
10 20 46
SP
高
20 46
高
2.3.2 常见寻址方式 指寻找操作数地址或操作数的方式。
1. 常见寻址方式
（1） 立即寻址 指令直接给出操作数。
定长格式：操作码θ 立即数S 变长格式：基本指令 立即数S
数在指令中， 其长度固定、 有限。
数在基本指令之 后，其长度可变。
（2）转子指令与返回指令
转子：操作码 返回：操作码 子程序入口 返回地址
同一条返回指令应能提供多个不同的返回地址。 返回地址的存取： 用堆栈存放返回地址。
（3）软中断指令
程序
自陷指令 调试程序 …… … …
早期主要用于程序的调试。
现在常常用于系统功能调用。
以 INT n 的形式出现在程序中。
表示不同的功能调用
如何设置控制/状态寄存器是接口设计的关键。
（2）主机对外设的寻址方式 寻找I/O接口中的寄存器的方式。 I/O端口 如何为I/O端口分配地址？
● 单独编址 编址到寄存器：为每个寄存器(I/O端口)分配独 立的端口地址； I/O指令中给出端口地址。 I/O地址空间不占主存空间，可与主存空间重叠。 需设置标志区分访问对象，如 M/IO
4K
D=2
... …...
存空间。
● 基址加变址 指令给出两个寄存器号和一个地址量，寄存 器内容与地址量之和为有效地址。
格式 操作码θ RX Rb D
位移量
变址寄存器号 基址寄存器号
S =((RX)+(Rb)+ D) 便于处理两维数组。 ● 相对寻址 指令给出位移量，PC内容与位移量之和为有 效地址。 或隐含指定 位移量
格式 操作码θ PC
±D
S =((PC)±D)
有效地址相对 PC上下浮动,给 编程带来方便。
● 页面寻址 指令给出位移量，PC的高位部分与位移量拼 接，形成有效地址。
格式 操作码θ PC D
位移量 或隐含指定
S =((PC)H，D)
页号 页内地址
...
例. M为64KB，划分 为256页，每页256B。
Rb
4K
... …...
便于访问两维数组中某类 指定的元素。 变址与基址的区别：
变址：指令提供基准量(不变)， R提供修改量(可变)；适 于处理一维数组。 基址：指令提供位移量(不变)， R提供基准量(可变)；用 于扩大有限字长指令的访
Rb
4K
M
学生姓名 性别 年龄
D=2
... …...
Rb
学生姓名 性别 年龄
（4）变址、基址寻址及其变化 ● 变址寻址 指令给出一个寄存器号和一个地址量，寄存 器内容与地址量之和为有效地址。
格式 操作码θ RX D
格式 操作码θ
RX
D
形式地址
变址寄存器号
S =((RX)+ D)
修改量 基准地址
例. 用变址方式访问一组连续区间内的数组元素。 D为存储区首址； 0 D=首址 (RX)为所访单元距离 1 D+1 D+2 2 首址的长度； RX初值为0，每访问一 D+n-1 n-1 个单元，(RX)+1。
操作数 地址
D3
结果 地址
下条指令地址
功能： (D1)θ (D2) (PC) + 1 ●二地址结构指令 格式： θ D1 D2
源/目的
D3 PC
转移时，用转移 地址修改PC内容。
目的/源
(D1)θ (D2) 功能： (PC) + 1
D2/D1 PC
●一地址结构指令 格式： θ D1
隐含约定
功能： 双操作数：(D1)θ (A) A (PC) + 1 PC 单操作数：θ (D1) D1 (PC) + 1 PC ●零地址结构指令 格式： θ 功能：用于堆栈或特殊指令操作。
PC 0165H 017CH
7C
...
S
用于页式管理存储系统。 寻址速度快，适于组织程序模块， 有效利用存储空间。
...
2. 对寻址方式的说明
（1）操作码隐含说明不同寻址方式 例.某机指令操作码最高两位 00：RR型指令，寄存器-寄存器寻址
01：RX型指令，寄存器-变址寻址
10：SI型指令，基址-立即寻址 11：SS型指令，基址-基址寻址
隐地址方式 :地址隐含约定,不出现在指令中。
使用隐地址可以减少指令中的地址数，简化 地址结构。 （2） 地址结构的简化 ● 四地址结构指令 格式： θ D1 D2
操作数 地址
D3
D4
结果 下条指 地址 令地址
(D1)θ (D2) D3 功能： (D4) 下条指令 用指令计数器PC指示指令地址。
●三地址结构指令 格式： θ D1 D2
2.输入/输出指令 主机
各种信息
外设
设置时需考虑：
（1）I/O指令的功能扩展 如何用通用I/O指令实现对各种具体设备的控制？ ● I/O指令中留有扩展余地 指令中某些字段编码事先不定义，需要时再约定 其含义。 用于外设种类、数量不多的场合。
● I/O接口中设置控制/状态寄存器
主机用输出指令或传送指令将具体设备的控制命令 按约定的代码格式送往接口中的控制寄存器，向外 设发出命令。 外设的状态信息也以某种格式放在接口的状态寄存 器中，主机用输入指令或传送指令从状态寄存器中 取出有关信息进行查询、分析。
...
（3）复合型操作码
操作码分为几部分，每部分表示一种操作。
例.某机算逻指令
0 1 2 3 4 5 6 7 8 15
基本操作 进位 移位 回送 判跳 操作数 3. 地址结构
存储单元地址码 指令中提供的地址数 寄存器编号 （1）指令提供地址的方式 直接或间接给出 显地址方式 :指令中明显指明地址。
● 寄存器间址
地址指针
M
R=02 格式 操作码θ 寄存器号R 0040 0040 S S =((R)) R所占位数少；R可提供全字长地址码； 修改R内容比修改M内容快。 指针不变(由指令指定)，指针内容可变，使同一指 令可指向不同存储单元，以实现程序的循环、共享， 并提供转移地址。 ... ... ...
D的位数有限，若不能提供全字长地址码，会使 访存空间受到限制。
...
...
...
● 基址寻址 指令给出一个寄存器号和一个地址量，寄存 器内容与地址量之和为有效地址。
格式 操作码θ Rb D
Rb
M 基址寄存器号 位移量
S =((Rb)+ D)
基准地址 相对于基址的位移
4K
... …...
（D的位数只需覆盖一个较小 的存储区间） 改变Rb的内容，程序能访问 存储空间中任何一个定长区 间(4K)。
（2）扩展操作码
各指令θ 的位置、位数不固定，根据需要 变化。
关键在设置扩展标志。
例. 指令字长16位，可含有3、2、1或0 个地址，每个地址占4位,给出扩展操作码方案。
操作码
15~ 12 11~ 8
地址码
0000
... ... ...
X
7~ 4
Y
3~ 0
Z
1110 X 1111 0000
... ... ...
累加器指令、堆栈操作指令等等。这类指令主
要用来实现主存和寄存器之间，或寄存器和寄
存器之间的数据传送。
设置时需考虑：
（1）规定传送范围
例. DJS-100系列： R 80X86：R M，R IBM370：R M，R
M R R， M
M
（2）指明传送单位 MOVB 例. 用操作码说明(VAX-11)： 8
3.算术逻辑运算指令
（1）算术运算指令 设置时需考虑操作数类型、符号、进制等； 运算结束后设置相应状态标志。 （2）逻辑运算指令 实现对代码位的设置、测试、清除、修改等。
或 与 异或
4. 程序控制指令 主要作用：控制程序流程。 （1）转移指令
无条件转移 ：操作码 转移地址 条件转移 ：操作码 转移地址 转移条件 循环 ：转移条件为循环计数值
● 堆栈间接寻址
格式 操作码θ 堆栈指针SP
SP 0070
栈顶
M
S =((SP))
S
... ... ...
堆栈向上生成
压栈： SP自动减1，再存数。SP -(SP)，自减型间址。 出栈： 先取数，SP再自动加1。