计算机组成原理(第四版)
计算机组成原理(第四版)PPT课件
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2.5 术语：存储元、存储单元、存储体、存储 单元地址，有何联系和区别？
存储元：存储一位二进制信息的基本单元电路。
存储单元：由若干存储元组成。一台机器的所有存储 单元长度相同，一般由8的整数倍个存储元构成。
存储体：是存储单元的集合，它由许多存储单元组成， 用来存储大量的数据和程序。
存储器单元地址：计算机在存取数据时，以存储单元 为单位进行存取。为区别不同单元，给每个存储单 元赋予地址，每个存储单元都有一条唯一的字线与 存储单元地址编码对应。
总称为
。
解：记录面号(磁头号)、磁道号(柱面号)、扇区号、 记录块、道密度、位密度、存储密度。
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2.19 某磁盘组有4个盘片，5个记录面。每个记录面的内磁 道直径为22cm，外磁道直径为33cm，最大位密度为1600 位/cm，道密度为80道／cm，转速为3600r/min。求： (1)磁盘组的总存储容量是多少位(非格式化容量)? (2)最大数据传输率是每秒多少字节? (3)请提供一个表示磁盘信息地址的方案。
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2.17 欲将10011101写入磁表面存储器中：
(1) 分别画出归零制、不归零制和调频制的写入电流 波形。
(2)改进不归零制(NRZl)的记录原则是见“1”就翻。 即当记录“1”时写电流要改变方向；记录“0”时不 改变方向。画出它的电流波。
(3)改进调频制(MFM)与调频制方式区别在于：FM在 信息元交界处写电流总要改变一次方向；而MFM仅 当连续记录两个“0”时，信息交界处翻转一次；其
解：该机的地址码为18b，字长8b，故该机的主存容 量为218X8b＝28 X 210 X 8 b＝ 256KB，
(1)若每个模板块为32K X 8b，
计算机组成原理_第四版课后习题答案(完整版)
第一章1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。
解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的；数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。
两者主要区别见P1 表1.1。
2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。
通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。
分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等因素。
3．数字计算机有那些主要应用？（略）4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？解：冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。
存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。
主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。
5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。
单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。
数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。
指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。
6．什么是指令？什么是程序？解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。
程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。
7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。
计算机组成原理第4版CPU子系统指令系统
③ 字符型数据 通常表示为ASCII码/汉字内码格式。
④ 逻辑型数据 常规二进制代码，不具有数值含义。
计算机组成原理第4版CPU子系统指令系 统
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5. MIPS32架构的指令格式
RISC 指令字长为：32位 寄存器数量：32个
②不利于VLSI工艺
为实现大量的复杂指令，控制逻辑极不规整，给VLSI工艺 造成很大困难。
③ 主存技术的发展
一般通过保存在控制存储器中的微程序来实现复杂指令， 70年代后期开始用DRAM做主存，使主存与控制存储器的 速度相当，因此很多复杂指令不必再用微程序来实现，可 用简单指令构成的子程序实现等效功能。
3. 地址结构 指令中提供的地址
地址偏移量/立即数 寄存器编号
（1）指令中提供地址的方式
√显式地址方式 →指令中明确指明地址码 (直接/间接给出)
√隐式地址方式
→地址码隐含约定，不在指令中出现。
使用隐式地址，可以减少指令中的地址数量， 从而简化地址结构。
计算机组成原理第4版CPU子系统指令系 统
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自动修改PC的内容，使PC指向下一条指令
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✓ 一地址结构指令
θ A1 源/目的地址
隐含约定
双操作数：A1 U [PC]H→PC 如：J addr
单操作数：
θ(A1) → A1 (PC)+ → PC 如：INC R0
自动修改PC的内容，使PC指向下一条指令
精简指令集计算 随着半导体技术进步，80年代开始逐渐直接通过硬件方 式，而不是扩充指令来实现复杂功能，指令规模逐渐缩 小、指令进一步简化 → 精简指令集
计算机组成原理第四版_科学出版社
∵ －0.5D = －0.100000B，则[－0.5D ]移＝0.100000
∴ 若要X>－0.5，即等价于[X]移> [－0.5D ]移 即0. a6 a5·· 0>0.100000，因此必须是a5··a0不全为0。 ·a · 结论： 如果a7 ＝0， a6··a0取任何值均可； · 如果a7 ＝1 ，必须满足a6 =1 且a5·· 0不全为0。 ·a
2013年8月9日星期五 11
3. 有一个字长为32位的浮点数，符号位1位；阶码8位，用移码 表示；尾数23位，用补码表示；基数为2。请写出：(1)最大 数的二进制表示，(2)最小数的二进制表示，(3)规格化数所能 表示的数的范围。（注意此题并没有说是IEEE754标准）
设机器数格式如右： ①最大值（最大正数） 0 1111 1111 即 x = (1-2-23) * 2127 二进制表示： x = (1-0.0000 0000 0000 0000 0000 001) * 2111 1111
2013年8月9日星期五 21
7、用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别 计算x×y。
x＝－11111 y＝－11011
输入数据的补码：
[x]补＝ 1 00001 算前求补器输出 |x|= 11111 乘法阵列： |x| ×|y| ＝ 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 即x×y=0 1101000101
设位数阶码均使用双符号位的补码表示 [x]浮＝ 11 101，00.100101 [y]浮＝ 11 110，11.100010
1)求阶差并对阶
△E＝Ex－Ey＝[Ex]补＋[－Ey]补＝11 101 ＋00 010＝11 111 修改后的x表示为：
纪禄平-计算机组成原理PPT(第4版)3(1)-CPU子系统-概述
✓处理指令-控制指令的执行顺序； ✓执行操作-产生控制信号控制部件工作； ✓控制时间-控制各步操作的时序； ✓数据运算-算术和逻辑运算；
2、执行指令的流程
✓读取指令-从存储器中读取； ✓指令译码-通过控制器进行、产生控制信号； ✓指令执行-寻址、取数、运算； ✓后续工作-保存结果、响应外部请求等；
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⑤程序状态字寄存器（PSW）
[主要用途] 仅1个，记录现行程序的运行状态和程序的工作模式。
❖ PSW-特征位 也叫标志位，反映CPU的当前状态。 指令执行时，根据情况自动设置这些特征位，作为后 续操作的判断依据，通常有5类:
进位 溢出 零值
P
…
自动设置(具备该特征，就设置该标志位=1)
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❖ PSW-编程设定位
PSW中某些位或字段可通过程序来设定，以决定程 序的调试、对中断的响应、程序的运行模式等。
跟踪位
T
允许中断
I
程序优 先级P
运行模式
⑥地址寄存器（MAR）
[主要用途] 只有1个，读写存储器时，先要定位存储单元，因此 设置MAR来存放目标单元的地址码。 先将有效地址送入MAR，再启动后续的读写操作。
数据1 数据0
栈底
堆栈(存储器)
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4、控制器
[主要作用] 根据指令、时钟信号、外部信号等信息，产生各种 控制信号(微命令)，以便控制各种功能部件协同工 作，完成指令的功能。
指令代码
控制单元
时序信号 状态信号
各种控制信号
根据产生微命令的方式，有两类控制单元：
①组合逻辑控制器 组合逻辑硬件电路→控制信号
第3章 CPU子系统
※本章主要介绍：
功能部件
计算机组成原理(第四版)课件5
第五章中央处理器第五章中央处理器5.1CPU功能和组成5.2指令周期5.3时序产生器5.4微程序控制器及其设计5.5硬布线控制器及其设计5.6传统CPU5.7流水CPU5.8RISC的CPU5.9多媒体CPU5.1 CPU 的功能和组成1、CPU 的功能●指令控制（程序的顺序控制）●操作控制（一条指令有若干操作信号实现）●时间控制（指令各个操作实施时间的定时）●数据加工（算术运算和逻辑运算）执行指令取指令操作控制、时间控制−−−−−−→−2、CPU 的基本组成RD/WRLDDR LDIRPC+1LDPCLDAR2、CPU的基本组成（1）中央处理器CPU=运算器+控制器（2）运算器●ALU●累加器●暂存器2、CPU的基本组成（3）控制器控制器组成：程序计数器、指令寄存器、数据缓冲器、地址寄存器、通用寄存器、状态寄存器、时序发生器、指令译码器、总线（数据通路）●程序计数器PC(Programming Counter)用来存放正在执行的指令的地址或接着将要执行的下一条指令的地址。
顺序执行时，每执行一条指令，PC的值应加1要改变程序执行顺序的情况时，一般由转移类指令将转移目标地址送往PC ，可实现程序的转移。
●指令寄存器IR(Instruction Register)指令寄存器用来存放从存储器中取出的待执行的指令。
在执行该指令的过程中，指令寄存器的内容不允许发生变化，以保证实现指令的全部功能。
2、CPU的基本组成●指令译码器ID(Instruction Decoder)暂存在指令寄存器中的指令只有在其操作码部分经译码后才能识别出是一条什么样的指令。
译码器经过对指令进行分析和解释，产生相应的控制信号提供给时序控制信号形成部件。
●机器周期、工作节拍、脉冲及启停控制线路由脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的时钟脉冲●时序控制信号形成部件时序控制信号形成部件又称微操作信号发生器，真正控制各部件工作的微操作信号是由指令部件提供的操作信号、时序部件提供的时序信号、被控制功能部件所反馈的状态及条件综合形成的。
计算机组成原理第四版第二章
+ [y]补 0. 0 1 0 1 [x+y]补 0. 1 1 1 0
所以x+y=+0.1110
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第二章 运算方法和运算器
B 补码减法
➢ 公式：
[x-y]补=[x]补-[y]补=[x]补+[-y]补
➢ 举例
已知 x=+0.1101 ， y=+0.0110，求x-y。 解： [x]补=0.1101 [y]补=0.0110 ，[-y]补=1.1010 [x]补 0. 1 1 0 1 + [-y]补 1. 1 0 1 0 [x-y]补 1 0. 0 1 1 1
最大正数，称为“上溢” 或“正溢出”
两个负数相加，结果 小于机器所能表示的最
小负数，称为“下溢” 或“负溢出”
判断方法
举例说明
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第二章 运算方法和运算器
溢出检测方法常用以下两种方法：
1.采用双符号位（变形补码）判断方法：
变形补码： “00”表示正数、“11”表负数，两符号位同时参加运算， 运算结果符号出现01或10表明溢出。
发生溢出；而在浮点运算时，运算结果超出尾数的表示范围 却并不一定溢出，只有当阶码也超出所能表示的范围时，才 发生溢出。
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3.十进制数串的表示方法
➢ 目前,大多数通用性较强的计算机都能直接 处理十进制形式表示的数据。十进制数串 在计算机内主要有两种表示形式：
➢ 1.字符串形式 ➢ 2.压缩的十进制数串形式
➢ 计算机采用定点数表示时，对于既有整数又有小数的原始数据，需要设 定一个比例因子，数据按其缩小成定点小数或扩大成定点整数再参加运 算，运算结果，根据比例因子，还原成实际数值。若比例因子选择不当， 往往会使运算结果产生溢出或降低数据的有效精度。
计算机组成原理课后习题答案(白中英第四版).
第一章1．数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
2．冯诺依曼型计算机主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备3．存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
如果某字为一条指令，称为指令字。
4．每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。
5．指令和数据的区分：取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是指令流。
6．半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同用来保存二进制数据。
运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU，它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。
适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。
7．从第一至五级分别为微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级。
采用这种用一系列的级来组成计算机的概念和技术，对了解计算机如何组成提供了一种好的结构和体制。
而且用这种分级的观点来设计计算机，对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的。
8．因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。
实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。
9．计算机的性能指标：吞吐量、响应时间、利用率、处理机字长、总线宽度、存储器容量、存储器带宽、主频/时钟周期、CPU执行时间、CPI、MIPS、MFLOPS.第二章2．[x]补 = a0. a1a2…a6解法一、（1）若a0 = 0, 则x > 0, 也满足x > -0.5此时a1→a6可任意（2）若a0= 1, 则x <= 0, 要满足x > -0.5, 需a1=1即a 0 = 1, a 1 = 1, a 2→a 6有一个不为0解法二、-0.5 = -0.1(2) = -0.100000 = 1, 100000（1） 若x >= 0, 则a0 = 0, a 1→a 6任意即可[x]补 = x = a 0. a 1a 2…a 6（2）若x < 0, 则x > -0.5只需-x < 0.5, -x > 0[x]补 = -x, [0.5]补 = 01000000即[-x]补 < 01000000 即a 0a 1 = 11, a 2→a 6不全为0或至少有一个为1（但不是“其余取0”）3．字长32位浮点数，阶码10位，用移码表示，尾数22位，用补码表示，基为2（1） 最大的数的二进制表示E = 111111111Ms = 0, M = 11…1（全1）表示为： 11...1 011 (1)10个 21个即：)21(221129---⨯（2） 最小的二进制数E = 111111111Ms = 1, M = 00…0（全0）（注意：用10….0来表示尾数－1）表示为： 11...1 100 010个 21个即：)1(2129-⨯-（3） 规格化范围正最大 E = 11…1， M = 11…1， Ms = 010个 21个即：)21(222119---⨯正最小 E = 00…0， M = 100…0， Ms = 010个 20个即：12922--⨯ 负最大 E = 00…0， M = 011…1， Ms = 110个 20个（最接近0的负数）即：)22(221129---+⨯- 负最小 E = 11…1， M = 00…0， Ms =110个 21个即：5111292)1(2-=-⨯-规格化所表示的范围用集合表示为：[12922--⨯ , )21(222119---⨯] [5111292)1(2-=-⨯-,)22(221129---+⨯-] （4） 最接近于0的正规格化数、负规格化数（由上题可得出）正规格化数 E = 00…0， M = 100…0， Ms = 010个 20个12922--⨯ 负规格化数 E = 00…0， M = 011…1， Ms = 110个 20个)22(221129---+⨯-4（1）1211011.0011011.06427-⨯==阶补码： 1 11尾数补码： 0 1101 1000机器数： 1110 1101 1000（2） 12110110.0011011.06427-⨯-=-=-阶补码： 1 11尾数补码： 1 0010 1000 机器数： 1110 0010 10005．（1）x+y = 0.11110无溢出x+y = 0.00110无溢出（3）x = -0.10110x+y = -0.10111无溢出6．（1）x = 0.11011溢出（2）x = 0.10111x-y = -0.00100无溢出（3）x = 0.11011溢出7．（1）原码阵列x = 0.11011, y = -0.11111符号位: x0⊕y0 = 0⊕1 = 1原原[x*y]原= 1，11 0100 0101直接补码阵列[x*y]补= 1,00101,11011（直接补码阵列不要求）带求补器的补码阵列[x]补= 0 11011, [y]补= 1 00001乘积符号位单独运算0⊕1＝1尾数部分算前求补输出│X│＝11011，│y│＝11111X×Y＝-0.1101000101(2) 原码阵列x = -0.11111, y = -0.11011符号位: x0⊕y0 = 1⊕1 = 0[x]补 = 11111, [y]补 = 11011[x*y]补 = 0,11010,00101直接补码阵列[x]补= (1)00001, [y]补= (1)00101[x*y]补= 0,11010,00101（直接补码阵列不要求）带求补器的补码阵列[x]补= 1 00001, [y]补= 1 00101乘积符号位单独运算1⊕1＝0尾数部分算前求补输出│X│＝11111，│y│＝11011X×Y＝0.11010001018．(1) 符号位Sf = 0⊕1 = 1去掉符号位后：[y’]补 = 00.11111[-y’]补 = 11.00001[x’]补 = 00.1100052*00111.0,11000.0--=-=余数yx (2) 符号位 Sf = 1⊕0 = 1去掉符号位后：[y ’]补 = 00.11001[-y ’]补 = 11.00111[x ’]补 = 00.010119．(1) 规格化处理: 0.110000 阶码 11110x-y=2-2*0.110001(2) x = 2-101*(-0.010110), y = 2-100*0.010110[x]浮= 11011,-0.010110[y]浮= 11100,0.010110Ex-Ey = 11011+00100 = 11111规格化处理: 0.101100 阶码 11010-6规格化处理: 1.011111 阶码11100x-y=-0.100001*2-410．(1) Ex = 0011, Mx = 0.110100Ey = 0100, My = 0.100100(2)Ey = 0011, My = 0.111100Ez = Ex-Ey = 1110+1101 = 1011[Mx]补= 00.011010商= 0.110110*2-6, 余数=0.101100*2-6 11．4位加法器如上图，1111)()(----⊕+=++=++=i i i i i i i i i i i i i i i i i C B A B A C B A B A C B C A B A C(1)串行进位方式C 1 = G 1+P 1C 0 其中：G 1 = A 1B 1 P1 = A 1⊕B 1（A 1＋B 1也对）C 2 = G 2+P 2C 1 G 2 = A 2B 2 P 2 = A 2⊕B 2C 3 = G 3+P 3C 2 G 3 = A 3B 3 P 3 = A 3⊕B 3C 4 = G 4+P 4C 3 G 4 = A 4B 4 P 4 = A 4⊕B 4(2)并行进位方式C 1 = G 1+P 1C 0C 2 = G 2+P 2G 1+P 2P 1C 0C 3 = G 3+P 3G 2+P 3P 2G 1+P 3P 2P 1C 0C 4 = G 4+P 4G 3+P 4P 3G 2+P 4P 3P 2G 1+P 4P 3P 2P 1C 012．(1)组成最低四位的74181进位输出为：C 4 = C n+4 = G+PC n = G+PC 0， C 0为向第0位进位其中，G = y 3+y 2x 3+y 1x 2x 3+y 0x 1x 2x 3，P = x 0x 1x 2x 3，所以C 5 = y 4+x 4C 4C 6 = y 5+x 5C 5 = y 5+x 5y 4+x 5x 4C 4(2)设标准门延迟时间为T ，“与或非”门延迟时间为1.5T ，则进位信号C 0，由最低位传送至C 6需经一个反相器、两级“与或非”门，故产生C 0的最长延迟时间为T+2*1.5T = 4T(3)最长求和时间应从施加操作数到ALU 算起：第一片74181有3级“与或非”门（产生控制参数x 0, y 0, C n+4），第二、三片74181共2级反相器和2级“与或非”门（进位链），第四片74181求和逻辑（1级与或非门和1级半加器，设其延迟时间为3T ），故总的加法时间为：t 0 = 3*1.5T+2T+2*1.5T+1.5T+3T = 14T 第三章1. (1)字节M 4832*220= (2)片84*28*51232*1024==K K (3)1位地址作芯片选择2. (1)个模块64264*264*262026==(2)1616*2*264*281020= 每个模块要16个DRAM 芯片 (3)64*16 = 1024块由高位地址选模块3. (1)根据题意，存储总容量为64KB ，故地址总线需16位。
计算机组成原理第四版张基温课后答案
（2）记忆功能。计算机应能够“记住”原 始数据和解题步骤以及解题过程中的一些 中间结果。
（3）计算功能。计算机应能进行一些最基 本的运算，组成人们所需要的一切计算。
（4）判断功能。计算机在进行一步操作后， 应能从预先无法确定的几种方案中选择 一种操作方案。
（5）自我控制能力。计算机应能保证程序 执行的正确性和各部件之间的协调性。
则CRC码为1010110010001111111111111000
1.23 按照诺伊曼原理，现代计算机应具备 哪些功能？
答：按照Neumann提出原理，计算机必须 具有如下功能： （1）输入输出功能。计算机必须有能力把 原始数据和解题步骤接收下来（输入）， 把计算结果和计算过程中出现的情况告诉 （输出）给使用者。
答：存储器层次结构可以提高计算机存储系统 的性能价格比，即在速度方面接近最高级的存 储器，在容量和价格方面接近最低级的存储器。 实现存储器层次结构的先决条件是程序局部性， 即存储器访问的局部性是实现存储器层次结构 的基础。其度量方法主要是存储系统的命中率， 由高级存储器向低级存储器访问数据时，能够 得到数据的概率。
ABC CB A ABC C B A ABC ABC
得证。
AB AC BC C 1
证明： 左边 AB AC BC C BC） （
AB AC BC C BC） （ =AB AC B C AB B）（AC C） （ =A B A C 1 B C 1 右边
Ef E S M
1.18 画出函数的真值表：f ( A, B, C) A B BC
A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1
计算机组成原理第四版第三章
用以存储1位二进制代码“0”或 “1”。
存储单元：由若干个具有相同操作
属性的存储元组成，是CPU访问 存储器的基本单位 。
存储体：很多个存储单元的集合，
是实际存放二进制信息的地方。
存储器：是计算机系统中的记忆设 备，用来存放程序和数据。包括 存储体和它的外围电路。
三、SRAM存储器——基本结构
地 址 输 入
第三章 多层次的存储器
3.1 存储器概述 3.2 SRAM存储器 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8
DRAM存储器
半导体只读存储器及闪存 并行存储器 Cache存储器 虚拟存储器 奔腾系列机的虚存组织
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存储器分类: 根据存储元件的性能及
使用方法不同，存储器有各种 不同的分类方法。 4.按信息的易失性分类 1.按存储介质分类 永久性记忆的存储器（易失性） 半导体存储器 非永久性存储器（非易失性） 磁表面存储器 2.按存取方式分类 5.按在计算机系统中的作用 随机存储器 分类 顺序存储器 半顺序存储器 主存储器 3.按存储内容可变性（读写功能）分类 辅助存储器 只读存储器（ROM) 缓冲存储器 随机存储器（RAM) 控制存储器
3）擦除方法：
这种器件的上方有一个石英窗口，见图所
示。当用光子能量较高的紫外线照射G1浮 栅时，G1中的电子获得足够的能量，从而 穿过氧化层回到衬低，见图所示。这样， 浮栅上的电子消失，达到擦去存储信息的 目的，相当于存储器又存了全1。
计算机组成原理课后习题答案(白中英第四版).docx
计算机组成原理第四版白中英主编弟一早 1・比较数字计算机和模拟计算机的特点；模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。
数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字0和1表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。
数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。
2.数字计算机如何分类？分类的依据是什么？数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
3.数字计算机有哪些主要作用？科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。
4.冯诺依曼型计算机的主要涉及思想是什么？它包括哪些主要组成部分？主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备5.什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
如果某字为一条指令，称为指令字。
6.什么是指令？什么是程序？每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。
7.指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分他们是指令还是数据？取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是指令流O8.什么是内存？什么是外存？什么是CPU?什么是适配器？简述其功能.半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同用来保存二进制数据。
运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU,它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。
适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。
计算机组成原理(第四版)复习重点及例子
计算机组成原理复习重点及要求第二章运算方法和运算器1．定点数的表示方法：掌握定点数的概念；掌握定点数的机器码表示（主要是原码、补码和移码）。
2．定点数的运算方法：掌握补码加减运算方法、溢出概念及检测方法。
3．定点运算器：掌握全加器的功能；掌握行波进位加减法器的结构及工作原理；理解多功能ALU的结构原理；掌握定点运算器的基本结构及其特点（包括单总线结构、双总线结构和三总线结构）。
4．浮点数的表示方法：掌握浮点数的概念；掌握浮点数表示的一般格式；掌握浮点数规格化表示的方法及其意义。
5．浮点数的运算方法：掌握浮点数的加减运算方法及步骤。
第三章存储系统1．理解多级存储器体系结构的意义及各级存储器的主要作用。
2．SRAM存储器：理解存储器芯片的逻辑结构（包括存储阵列、双译码方式、读写控制等）；掌握SRAM存储器芯片的外部引脚特征（包括地址、数据、控制引脚）；掌握SRAM存储器容量扩充方法（包括位扩展、字扩展、字位同时扩展，以及与CPU 的连接等）。
3．DRAM存储器：掌握DRAM存储器的存储原理；理解DRAM存储器的刷新问题及刷新方法；掌握DRAM存储器芯片的外部引脚特征。
4．ROM存储器：掌握ROM存储器的种类；掌握EPROM的擦、写特点。
5．Cache存储器：掌握cache存储器的作用及工作原理，理解程序局部性原理的意义；掌握cache－主存系统性能指标的计算方法（包括命中率、平均访问时间及效率）；掌握各种主存与cache的地址映射方式及其特点，理解各种映射方式下的主存与cache的地址格式及其各字段的含义；理解替换策略对cache存储器的意义。
6．虚拟存储器：掌握虚拟存储器的作用及相关概念；掌握各式虚拟存储器的工作原理及特点（包括页式、段式和段页式虚拟存储器）；掌握各式虚拟存储器的地址变换过程，掌握各自的虚地址格式及其各字段的含义。
第四章指令系统1．指令系统的基本概念：掌握机器指令、指令系统、系列机、CISC、RISC等概念。
计算机组成原理第四版课后题答案五,六章
第五章1．请在括号内填入适当答案。
在CPU中：(1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）；(2) 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是(程序计数器PC)；(3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器）和（数据缓冲寄存器DR ）。
2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。
画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），RO"的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。
5．如果在一个CPU周期中要产生3个脉冲 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,试画出时序产生器逻辑图。
解：节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数，此时T1 = T3 =200ns ，T2 = 400 ns ，所以主脉冲源的频率应为 f = 1 / T1 =5MHZ 。
为了消除节拍脉冲上的毛刺，环型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。
下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。
根据关系，节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的逻辑表达式如下：T1 = C1·， T2 = ， T3 =6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。
解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条取控存容量为：256×32位=1KB7. 某ALU器件使用模式控制码M，S3，S2，S1，C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。
计算机组成原理第四版精要免费全文阅读
3 按用途分：专用计算机和通用计算机。 4 通用机又分：超级计算机、大型机、服务器、PC机、
单片机和多核机。
2. 计算机的主要应用
1 科学计算 2 数据处理 3 过程控制 4 计算机辅助设计/辅助制造 5 人工智能
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➢1.2 计算机的发展史
1.2.1 计算机的五代变化
计算机简单组成框图
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主机 CPU
主
ALU存 CU源自I/O设备计算机简单组成框图
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运算器：
功能是进行加减乘除等运算，除此以外 还可以进行逻辑运算，逻辑测试等。
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控制器：
功能是按照人们预先确定的操作步骤， 控制整机各部件步调一致的自动工作。
基本概念的理解：指令 指令格式 程序
指令周期 指令流 数据流 指令系统… …
➢ 计算机的性能指标：P5 ➢是在冯.诺依曼结构的基础上，从提高速度、
加大字长、扩大容量、降低成本、提高系 统可靠性和方便用户使用方面快速发展. ➢ 发展趋势：
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1.3 计算机的硬件
反馈 信息
输入设备
控制信号 请求信号
运算器
数 据
结 果
存储器
地
指
址
令
控制器
操作 命令
输出设备
控制信号 请求信号
➢ 20世纪70年代末才出现强大的通用16位微处理器，8086便 是其中之一(8088，准16位的CPU)。
➢ 在1981年，贝尔实验室和HP公司开发出了32位单片微处理 器。 Intel于1985年推出了32位微处理器Intel 80386。
➢ 到现在的64位处理器和多核处理器。
《计算机组成原理》第四版ppt课件剖析
系统结构
1.2.3 微处理器的发展
基本概念
1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU 的所有元件都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理 器诞生了。 微处理器演变中的另一个主要进步是 1972 年出现 的 Intel 8008，这是第一个 8位微处理器，它比 4004复杂 一倍。 1974年出现了Intel 8080。这是第一个通用微处理器， 而4004和8008是为特殊用途而设计的。8080是为通用 微机而设计的中央处理器。 20 世纪 70 年代末才出现强大的通用 16 位微处理器， 8086便是其中之一。 这一发展趋势中的另一阶段是在 1981 年，贝尔实验室 和HP公司开发出了32位单片微处理器。 Intel于1985年推出了32位微处理器Intel 80386。 到现在的64
计算机的发展史
类型
第 1代
基本概念
时期
19461957 19581964 19641971
主要器件
电子管
重 要 特 征
机器语言，汇编语言。速度低，体积大， 价格昂贵，可靠性差，用于科学计算。 速度达几千次到几万次 算法语言，操作系统。体积缩小，可靠 性提高。从科学计算到数据处理。每秒 几万次到几十万次
☼ 三、课程与其他课程的联系与分工
☆ 先修课：数字电路、模拟电路、汇编语言程序设计 ☆ 后续课：计算机系统结构、微型计算机系统与设计，关系密切的还有操作系统等课程。
☼ 四、课程总学时中各环节的学时分配（讲授、实验、上机、实践等）
☆ 授课学时：48，实验学时：8
目录 第一章 计算机系统概论
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系统结构
1.2.4 计算机的性能指标
纪禄平-计算机组成原理(第4版)PPT 5.1-概述
5.1.2 接口的功能与类型
I/O接口：主机和外设的衔接部分，位于总线 和外部设备之间。
外 设 外 设
系 统 总 线
接口1 接口n
…
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※I/O接口的基本功能
(1)设备寻址
系 统 总 线
接口
外 设
接收CPU送来的地址码，选择接口中的寄存器 供CPU访问。 (2)数据缓冲 实现主机与外设的速度匹配,缓冲深度与传送 的数据量有关。
4/12
(3)预处理功能 串-并格式转换（串口） 数据通路寬度转换（并口） 高-低电平转换 (4)控制逻辑功能
系 统 总 线
接口
外 设
接收主机CPU的控制命令、保存状态信息，协 助主机实现对I/O传送操作的控制。
5/12
※对接口中寄存器编址
(1)单独编址 为接口中的每个寄存器(I/O端口)分配独立的端口 地址（可与主存地址重叠） 需设置标志区分访问的对象，如 =1 访问存储器 =0 访问I/O端口
4控制逻辑功能3预处理功能串并格式转换串口数据通路寬度转换并口高低电平转换512对接口中寄存器编址1单独编址为接口中的每个寄存器io端口分配独立的端口地址分配独立的端口地址可与主存地址重叠用专用的用专用的io指令显式io指令实现io操作1访问存储器需设置标志区分访问的对象如mio0访问io端口612把接口中的寄存器io端口当成特殊的主存单元并与其它主存单元统一编址
系 统 总 线 外 设
接口
9/12
3.按I/O操作的控制方式： （1）PIO接口 （Programed I/O，程控方式）
（可采用查询方式） （2）中断接口
（3）DMA接口（可插入中断做DMA善后处理） （4）IOP/PPU接口（专用处理器/机方式）
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2.2 存储器的带宽有何物理意义?存储器总线宽度为32 位，存取周期为250nS,这个存储器带宽是多少? 解：存储器的带宽是指每秒钟访问的二进制位的数目。 其物理意义是一个以存储器为中心的机器可以获取 的信息传输速度。 若存储周期为250ns，则工作速度=1/ 250ns , 所以，存储器带宽=工作速度×总线宽度 =1/250ns*32bit =1/250X10-9 × 32 bps =32X109 /250 bps =128X106 bps =128M bps
2.6 下面关于存储器的描述，请选则正确的叙述。 (1)CPU访问存储器的时间是由存储体的容量决定的， 存储容量越大，访问存储器所需的时间就越长； (2)因为动态存储器是破坏性读出，必须不断地刷新； (3)随机半导体存储器(RAM)中的任何一个单元都可以 访问； (4)固定存储器(ROM)中的任何一个单元不能随机访问. (5)一般情况下，ROM和RAM在存储体中是统一编址的. (6)由于半导体存储器加电后才能存储数据，断电后数 据就丢失了，因此，用EPROM做的存储器，加电后 必须重写原来的内容。
2.12 已知某8位机的主存采用半导体存储器，其地址 码为18位，若使用4Kx4位的静态RAM芯片组成该 机所允许的最大主存空间，并选用模板块结构，问： (1)若每个模板块为32KX8位，共需几个模板块? (2)每个模板内共有多少片RAM芯片? (3)主存共需多少RAM芯片? CPU如何选择各模板? 解：该机的地址码为18b，字长8b，故该机的主存容 量为218X8b＝28 X 210 X 8 b＝ 256KB， (1)若每个模板块为32K X 8b， 则需要256K / 32K＝8(块)。 (2)每个模板块需要32/4X8/4＝8X2=16片。 (3)主存共需16X8=128片。CPU可用3位地址码选 择8个模板块。
2.3 ROM与RAM两者的差别是什么? 解：ROM、RAM都是主存储器的一部分，但它们有 很多差别： (1)RAM是随机存取存储器，ROM是只读存取存储 器； (2)RAM是易失性的，一旦掉电，则所有信息全部 丢失；ROM是非易失性的，其信息可以长期保存， 常用于存放一些固定用的数据和程序，比如计算机 的自检程序CMOS、BIOS、汉字库等。 2.4 指出下列存储器哪些是易失性的? 哪些是非易 失性的? 哪些是读出破坏性的? 哪些是非读出破坏 性的? 动态RAM，静态取RAM，ROM，Cache， 磁盘，光盘。 解: 动态RAM、静态RAM、Cache是易失性的，ROM、 磁盘、光盘是非易失性的。动态RAM是读出破坏性 的，其余均为非读出破坏性的。
解：(1)F。主存是随机存储器，CPU访问任何单元的 时间都是相同的，同容量的大小没有关系。 (2)F。刷新不仅仅是因为存储器是破坏性读出，还 在于动态存储器在存储数据时，存储器不做任何操 作时，电荷也会泄漏，为保证数据的正确性，必须 使数据周期性地再生，即刷新。 (3)T。 (4)F。ROM只是把信息固定地存放在存储器中， 而访问存储器仍然是随机的。 (5)T。在计算机设计中，往往把RAM和ROM的整 体作主存，因此，RAM和ROM一般是统一编址的。 (6)F。EPROM是只读存储器，与半导体随机存储 器制作工艺不同，不会因掉电丢失数据。
2.13 某计算机的存储容量是64KB，若按字节寻址， 则寻址的范围为 (1) ，需要地址线 (2) 根，数据线 (3) 根；若字长为32位,按字编址,寻址的范围 (4)。 (1)A．64K B．32K C．16K D．8K (2)A．64 B．16 C．8 D． 6 (3)A．32 B．16 C ．8 D． 4 (4)A．64K B．32K C．16K D．8K 解：(1)A。计算机的存储容量为64KB，按字节寻址， 其范围就是主存的容量。 (2)B。64KB需要216个状态来表示，即需16根地址线. (3)C。按字节寻址，每个数据的长度为8位，因此需要 8根数据线。 (4)C。字长32位，按字寻址，每个数据的长度为32位 =4B，主存的总容量为64KB，则共有单元个数为 64K/4＝16K。
CS1 =A10 A11，CS2 =A10 A11
0 10
A11 A10 A0~9
地址总线
CPU
A0~9, 10 CS0 ROM
2K×8位
R
CS1
A0~9
CS2 R/W
A0~9
1K×8位
R/W
1K×8位
D0~7 D0~7 数据总线 RD 控制总线
D0~7
D0~7
2.15 请画出八体交叉主存系统中的编址方式。 解：在多体交叉主存系统中可以采用两种编址方 式——低位交叉和高位交叉。 低位交叉编址:
2.17 欲将10011101写入磁表面存储器中： (1) 分别画出归零制、不归零制和调频制的写入电流 波形。 (2)改进不归零制(NRZl)的记录原则是见“1”就翻。 即当记录“1”时写电流要改变方向；记录“0”时不 改变方向。画出它的电流波。 (3)改进调频制(MFM)与调频制方式区别在于：FM在 信息元交界处写电流总要改变一次方向；而MFM仅 当连续记录两个“0”时，信息交界处翻转一次；其 他情况不翻转。画出MFM的写电流波形。
M1
2n 2n+1 . . 3n-1
M2
3n 3n+1 . . 4n-1
M3
4n 4n+1 . . 5n-1
M4
5n 5n+1 . . 6n-1
M5
6n 6n+1 . . 7n-1
M6
7n 7n+1 . . 8n-1
M7
2.16 在八体交叉主存系统中，若每体并行读出两个
字，每字长两个字节，主存周期为T，求该存储器 的最大带宽。 解：存储器带宽是指单位时间内能读出的二进制 位数。若每体能并行读出2个字，八体交叉存储器 在1个周期内最多可读出16个字，每个字长为2个 字节，即16bit，则此存储器的带宽＝16X16bit/T＝ 256bit/T。
… .
D
D
A15
D
.
D
..
D
16片 64K×1
.A14
A15
.
D
D
D
D
D
D
D
16片 64K×1
.A14
A15
.A14
A15
A0
A0
A0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
64K×1 A0
2.9 2114是排列成64 x 64阵列的六管存储芯片，试 问组成4K x l6位的存储器，共需少片2114? 画出 逻辑框图。 解：Intel 2114芯片一片的容量为1Kx4位，要组成 4KXl6位的存储器，需要2114芯片 4K/l x l6/4=16（片）。 片内地址需要10根地址线，用A0～A9，片选需要2 位地址线，用A10～A11。
数 D 据 5 D4 总 D3 D2 线 D1
D0
片 选 译 码
D15
地 A17 址 A16 总 A 线 A 15
14
A0
…
A15 A D14 A0
D
A15 A 14 D
D
D
A15 A 14 D
D
D
D
D
D D D
D
… ..
…
.
16片
.. D D .
.A14
D
A0
16片 64K×1
…
D A D0 . D
D15 数 D14
据 总 D3 D2 线 D1
D0
…
A0 A1 A9
A0 A1 A9
A0 A1 A9
A0 A1 A9
…
地 址 总 线
A10 A11
…
片 选 译 码
…
1Kx4
CS WB
…
1Kx4
CS WB
1Kx4
CS WB
1Kx4
CS WB
WB
2.11 设某机采用1Kx4位的动态RAM芯片（片内是 64x64结构)组成的16Kx8位的存储器。请回答： (1)设计该存储器共需几片RAM芯片? (2)画出存储体组成框图? 解： (1) 存储器共需16/1 x 8/4＝32片 (2) 存储器组成框图（略）。
2.5 术语：存储元、存储单元、存储体、存储 单元地址，有何联系和区别？
存储元：存储一位二进制信息的基本单元电路。 存储单元：由若干存储元组成。一台机器的所有存储 单元长度相同，一般由8的整数倍个存储元构成。 存储体：是存储单元的集合，它由许多存储单元组成， 用来存储大量的数据和程序。 存储器单元地址：计算机在存取数据时，以存储单元 为单位进行存取。为区别不同单元，给每个存储单 元赋予地址，每个存储单元都有一条唯一的字线与 存储单元地址编码对应。
计算机组成原理教程
第二章习题选解
2.1 说明存储器的存取时间与存取周期之间的联系与 区别。 解: (参见P62) 存取时间TA是指存储器从接收到CPU发来的读写 有关信号开始，到读出/写入数据所需的时间。而存 取周期TW是指连续两次读写存储器所需的最小时间 间隔。 存取时间和存取周期都是反映存储器存取速度 的指标，存取周期大于存取时间。在存储器进行读 写操作时，由于存储元件本身的性能，做完一次存 或取之后，不能马上进行另外的存或取，需要一段 稳定和恢复时间。存取周期就是存取时间加上存储 单元的恢复稳定时间。
2.14 某存储器容量4K，其中ROM 2KB，选用EPROM 2Kx8/片，RAM 2KB，选用芯片RAM 1Kx8/片；地址 线A11~A0。写出全部片选信号的逻辑式。 解：根据要求ROM的容量为2KB，故只需1片EPROM 而RAM的容量为2KB， RAM芯片容量为1KB，故需2 片。对于ROM片内地址为11位，用地址线的A10~ A0 这11根地址线，RAM片地址为10位，用地址线的 A9~A0这10根地址线。主存中有3片芯片，至少需要 2位地址信号加以区别，按其总容量需要12根地址 线，可以考虑用1根地址线A11作为区别。 EPROM和RAM的片选信号，对于2片RAM芯片可利 用A10来区别其片选信号。设EPROM的片选信号为 CS0，两片RAM的片选信号为CS1, CS2，由此可得到 如下的逻辑式： CS =A