计算机组成原理习题答案第八章
《计算机组成原理》课后题答案_清华大学出版_秦磊华_吴非··
1、l 解释下列名词摩尔定律:对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能与价格等发展趋势的预测,其主要内容就是:成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番,性能将提高一倍,而其价格将降低一半。
主存: 计算机中存放正在运行的程序与数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取。
控制器:计算机的指挥中心,它使计算机各部件自动协调地工作。
时钟周期:时钟周期就是时钟频率的倒数,也称为节拍周期或T周期,就是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器:多核处理器就是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。
字长:运算器一次运算处理的二进制位数。
存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。
CPI:指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
MIPS:用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标,该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。
CPU时间:计算某个任务时CPU实际消耗的时间,也即CPU真正花费在某程序上的时间。
计算机系统的层次结构:计算机系统的层次结构由多级构成,一般分成5级,由低到高分别就是:微程序设计级,机器语言级,操作系统级,汇编语言级,高级语言级。
基准测试程序:把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。
软/硬件功能的等价性:从逻辑功能的角度来瞧,硬件与软件在完成某项功能上就是相同的,称为软/硬件功能就是等价的,如浮点运算既可以由软件实现,也可以由专门的硬件实现。
固件:就是一种软件的固化,其目的就是为了加快软件的执行速度。
可靠性:可靠性就是指系统或产品在规定的条件与规定的时间内,完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素就是三个“规定”:“规定条件”、“规定时间”与“规定功能”。
MTTF:平均无故障时间,指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。
MTTR:系统的平均修复时间。
MTBF:平均故障间隔时间,指相邻两次故障之间的平均工作时间。
可用性:指系统在任意时刻可使用的概率,可根据MTTF、MTTR与MTBF等指标计算处系统的可用性。
《计算机组成原理》课后习题答案
第1章计算机组成原理考试大纲第一章计算机体系结构和计算机组成冯。
诺伊曼体系的特点Amdahl定律第二章数制和数制转换各种码制的表示和转换浮点数的表示补码加减法布思算法浮点数的加减法海明码的计算练习：5，6，7，8，101、已知X=19，Y=35，用布思算法计算X×Y和X×(-Y)。
2、使用IEEE 754标准格式表示下列浮点数：-5，-1.5，1/16，-6，384，-1/32。
3、已知X=-0.1000101×2-111，Y=0.0001010×2-100。
试计算X+Y，X-Y，X×Y和X/Y。
4、某浮点数字长12位，其中阶符1位，阶码数值3位，尾符1位，尾数数值7位，阶码和尾数均用补码表示。
它所能表示的最大正数是多少？最小规格化正数是多少？绝对值最大的负数是多少？5、求有效信息位为01101110的海明码校验码。
第三章练习：5解释下列概念：PROM，EPROM，E2PROM，Flash memory，FPGA，SRAM和DRAM。
第四章总线的分类总线操作周期的四个传输阶段总线仲裁的概念及其分类异步通信方式的种类总线的最大传输率第五章存储器的分类存储容量的扩展RAID的概念、特点以及分类Cache的地址映射Cache的写策略Cache的性能分析3C练习：4，5，71．一个容量为16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少?用下列存储芯片时，各需要多少片?1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×l位，4K×8位，8K×8位2．现有1024×l的存储芯片，若用它组成容量为16K×8的存储器。
(1)实现该存储器所需的芯片数量?(2)若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量为4K×8，该存储器所需的地址线总数是多少?几位用于选片?几位用作片内地址?(3)画出各芯片的连接逻辑图。
计算机组成原理第8章习题指导
第8章CPU的结构和功能例8.1假设指令流水线分取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）、回写（WR）四个过程段，共有10条指令连续输入此流水线。
（1）画出指令周期流程。
（2）画出非流水线时空图。
（3）画出流水线时空图。
（4）假设时钟周期为100ns，求流水线的实际吞吐率。
（5）求该流水处理器的加速比。
解:（1）根据指令周期包括IF、ID、EX、WR四个子过程，图8.1（a）为指令周期流程图。
（2）非流水线时空图如图8.1（b）所示。
假设一个时间单位为一个时钟周期，则每隔4个时钟周期才有一个输出结果。
（3）流水线时空图如图8.1（c）所示。
由图可见，第一条指令出结果需要4个时钟周期。
当流水线满载时，以后每一个时钟周期可以出一个结果，即执行完一条指令。
(a)指令周期流程(b) 非流水线时空图(c) 标准流水线时空图图8.1 例8.1答图（4）由图8.1（c）所示的10条指令进入流水线的时空图可见，在13个时钟周期结束时，CPU执行完10条指令，故实际吞吐率为：10/(100ns×13) ≈ 0.77×107条指令/秒（5）在流水处理器中，当任务饱满时，指令不断输入流水线，不论是几级流水线，每隔一个时钟周期都输出一个结果。
对于本题四级流水线而言，处理10条指令所需的时钟周期数为T4 = 4 +（10 −1）= 13。
而非流水线处理10条指令需4×10 = 40个时钟周期。
故该流水处理器的加速比为40 ÷13 ≈ 3.08 例8.2设某机有四个中断源1、2、3、4，其硬件排队优先次序按1→2→3→4降序排列，各中断源的服务程序中所对应的屏蔽字如表8.1所示。
表8.1 例8.2各中断源对应的屏蔽字中断源 屏蔽字1 2 3 41 1 1 0 12 0 1 0 03 1 1 1 14 0 1 0 1（1）给出上述四个中断源的中断处理次序。
（2）若四个中断源同时有中断请求，画出CPU执行程序的轨迹。
计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第八章
t
26. 设某机配有A、B、C三台设备， 其优先级按A→B→C降序排列，为改 变中断处理次序，它们的中断屏蔽字 设置如下：
设备 A B C 屏蔽字 111 010 011
请按下图所示时间轴给出的设备 请求中断的时刻，画出CPU执行程序 的轨迹。设A、B、C中断服务程序的 执行时间均为20s。
向量编码器——向量中断时，用 来产生向量地址； 中断允许触发器（EINT）—— CPU中的中断总开关，完成开、关中 断状态的设置； 中断标记触发器（INT）——用来 建立中断周期状态。INT=1，表示进 入中断周期，即开始执行中断隐指令； 中断屏蔽触发器——对于可屏蔽 的中断源进行开、关中断操作，可视 为各中断源的中断分开关； 采用程序中断技术时，指令系统 中往往有相关指令支持。常见的指令 有：开中断、关中断、中断返回等。
17. 在中断系统中，INTR、INT、 EINT这三个触发器各有何作用？ 解：INTR——中断请求触发器，用 来登记中断源发出的随机性中断请求信号， 以便为CPU查询中断及中断排队判优线路 提供稳定的中断请求信号； EINT——中断允许触发器，CPU中 的中断总开关。当EINT=1时，表示允许 中断（开中断），当EINT=0时，表示禁 止中断（关中断）。其状态可由开、关中 断等指令设置； INT——中断标记触发器，控制器时 序系统中周期状态分配电路的一部分，表 示中断周期标记。当INT=1时，进入中断 周期，执行中断隐指令的操作。
4. 设CPU内有下列部件：PC、IR、 SP、AC、MAR、MDR和CU，要求： （1）画出完成间接寻址的取数指 令LDA@X（将主存某地址单元X的内 容取至AC中）的数据流（从取指令开 始）。 （2）画出中断周期的数据流。 解：CPU中的数据流向与所采用 的数据通路结构直接相关，不同的数 据通路中的数据流是不一样的。常用 的数据通路结构方式有直接连线、单 总线、双总线、三总线等形式，目前 大多采用总线结构，直接连线方式仅 适用于结构特别简单的机器中。
计算机组成原理习题——4+8+9章带答案
计算机组成原理习题——4+8+9章带答案第四章1．⼀个容量为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2．现有1024×1的存储芯⽚，若⽤它组成容量为16K×8的存储器。
试求：（1）实现该存储器所需的芯⽚数量？（2）若将这些芯⽚分装在若⼲块板上，每块板的容量为4K×8位，该存储器所需的地址线总位数是多少？其中⼏位⽤于选板？⼏位⽤于选⽚？⼏位⽤做⽚内地址？16K×8=2^14×8,地址线为14根.4K×8容量的板,共需要4块板⼦.则14根地址线的最⾼2位⽤于板选（00～11,第1块板⼦～第4块板⼦）,4K*8位＝2^12*8位＝12*1K*8位,也就是在每块板⼦内需要4*8个芯⽚,⽽每8个芯⽚组成8位,也就是位扩展.也就是说需要4组,则除了最⾼2位,剩余的12位中,有2位⽤于⽚选（00～11,第⼀组～第4组）.也就是：2位⽤于板选,2位⽤于⽚选,剩余的10位⽤于⽚内地址选择.3．已知某计算机字长8位，现采⽤半导体存储器作主存，其地址线为16位，若使⽤1K×4的SRAM芯⽚组成该机所允许的最⼤主存空间，并采⽤存储模块结构形式。
计算机组成原理课后参考答案(部分)
A2A1A0 连 3-8 译码器的 C、B、A 端， M / IO 通过非门连译码器的 G2A 非和 G2B 非使能端，译码器的
G1 使能端接+5V 电源。 （5）CPU 和存储芯片的连接图：略
4.28 设主存容量为 256K 字，Cache 容量为 2K 字，块长为 4。
（1）设计 Cache 地址格式，Cache 中可装入多少块数据？ （2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。 （3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。
Cache 块号 字块内地址
9位
2位
（2）根据主存容量为 256K 字=218，得主存字地址为 18 位。在直接映射方式下，主存字块标记为 18-11=7， 故主存地址格式为：
主存字块标记 7位
Cache 字块地址 字块内地址
9位
2位
第 3 页 共 19 页
3
（3）根据四路组相联的条件，一组内有 4 块，得 Cache 共分 512/4=128=2q 组，即 q=7，主存字块标 记为 18-q-b=18-7-2=9 位，其地址格式为：
16K ´ 32位
（5）当选用 4K×8 位的存储芯片时，需要 4K ´ 8位 =16 片。
16K ´ 32位
（6）当选用 8K×8 位的存储芯片时，需要 8K ´ 8位 =8 片。
计算机组成原理习题 第八章输入输出系统
第八章输入输出系统一、填空题；1.直接内存访问（DMA）方式中，DMA控制器从CPU完全接管对的控制，数据交换不经过CPU,而直接在内存和之间进行。
2.通道是一个特殊功能的，它有自己的专门负责数据输入输出的传输控制。
3.并行I/O接口和串行I/O接口是目前两个最具有权威性的标准接口技术。
4.在计算机系统中，CPU对外围设备的管理，除了程序查询方式、程序中断方式外，还有方式、方式和方式。
5.程序中断方式控制输入输出的主要特点是，可以使A 和B 并行工作。
6.DMA控制器按其A 结构，分为B 型和C 型两种。
7.通道是一个特殊功能的A ，它有自己的B 专门负责数据输入输出的传输控制，CPU只负责C 功能。
8.通道有三种类型：A 通道、B 通道、C 通道。
9.二、选择题：1.下面有关“中断”的叙述，______是不正确的。
A.一旦有中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转而去受理中断请求B.CPU响应中断时暂停运行当前程序，自动转移到中断服务程序C.中断方式一般适用于随机出现的服务D.为了保证中断服务程序执行完毕以后，能正确返回到被中断的断点继续执行程序，必须进行现场保存操作2.中断向量地址是______。
A. 子程序入口地址B. 中断服务例行程序入口地址C. 中断服务例行程序入口地址的地址D. 主程序返回地址3.在数据传送过程中，数据由串行变并行或由并行变串行，其转换是通过______。
A. 移位寄存器B. 数据寄存器C. 锁存器D. 指令寄存器4.下述I/O控制方式中，主要由程序实现的是______。
A. PPU(外围处理机)方式B. 中断方式C. DMA方式D. 通道方式5.采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据要占用______的时间。
A. 一个指令周期B. 一个机器周期C. 一个时钟周期D. 一个存储周期6.发生中断请求的条件是______。
A. 一条指令执行结束B. 一次I/O操作开始C. 机器内部发生故障D. 一次DMA操作开始7.中断向量地址是______。
西安交大计算机组成原理—习题解答(第八章)
.
Q D C1 +5V
。. .
。
&
。 Q R。
.。
Q D C2 Q R
.
Q D C3
. .
1 。
。
。 Q R。
.
Q D C4
. .
。 Q R。
。
&
CLR
。 S D
Q C5
。
Q
.
10MH 脉冲源
.
Copyright ©2012 Computer Organization Group. All rights reserved.
第八章 8.5 ⑵ 解 时序产生器
⑵ 时序产生器逻辑图如下： 节拍译码逻辑如下： T1=C1·/C2 T2=C2 T3=/C1
+5V T3 & T1 & T2 &
Q D C1
. 。.
。
&
。 Q R。
. . 。
Q D C2 Q R
. .
1 。
。
Q D C3
。 Q R。
。
&
CLR
。 S D
Q C4
。
Q
Copyright ©2012 Computer Organization Group. All rights reserved.
第八章 8.2
8.2请分别分析用硬布线和门阵列两种组合逻辑控制单 元设计技术设计控制器的特点。 解：这两种技术采用的设计方法一样，均为组合逻辑 设计技术，但实现方法不一样。硬布线控制单元基于 传统的逻辑门电路组合逻辑设计方法来构建控制单元 ，门阵列控制器则采用集成度更高、性能更好的门阵 列芯片，利用硬件描述语言等工具编程完成逻辑设计 、通过烧制实现门阵列芯片内部的电路制作。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1．说明磁介质存储器的存储原理。
解：磁介质存储器的存储过程是一种电磁转换的过程。
在磁介质存储器中，信息是记录在一薄层磁性材料上的，这个薄层称为磁层。
磁层与所附着的载体称为记录介质或记录媒体。
磁头是磁记录设备的关键部件之一，是一种电磁转换元件，能把电脉冲表示的二进制代码转换成磁记录介质上的磁化状态，即电→磁转换；反过来，能把磁记录介质上的磁化状态转换成电脉冲，即磁→电转换。
2 ．分别用RZ 、NRZ 、NRZ唱１、PE 、FM 、MFM 和M２FM 制记录方式记录下述数据序列，画出写电流波形。
（１）１１０１１０１１１０１１０
（２）１０１０１１００１１０００
解：（１）写电流波形如图７唱９（a）所示。
（２）写电流波形如图７唱９（b）所示。
图７唱９写电流波形
3 ．若对磁介质存储器写入数据序列１００１１，请画出不归零唱１制、调相制、调频制、改进的调频制等记录方式的写电流波形。
解：写电流波形如图７唱１０所示。
图７唱１０写电流波形
4 ．主存储器与磁介质存储器在工作速度方
面的指标有什么不同？为什么磁盘存储器采用
两个以上的指标来说明其工作速度？
解：主存储器速度指标主要有存取速度和存取周期，而磁介质存储器速度指标为平均存
取时间，这是因为磁介质存储器采用顺序存取或直接存取方式。
磁盘存储器的平均存取时间至少应当包括平均寻道时间和平均等待时间两部分，因为磁盘存储器首先需要将磁头移动到指定的磁道上，然后将记录块旋转到磁头的下方才能进行读写。
5 ．某磁盘组有六片磁盘，每片可有两个记录面，存储区域内径为２２cm ，外__________径为３３cm ，道密度４０道／cm ，位密度４００b／cm ，转速２４００r／min 。
试问：
（１）共有多少个存储面可用？
（２）共有多少个圆柱面？
（３）整个磁盘组的总存储容量有多少？
（４）数据传送率是多少？
（５）如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一存储面上还是记录在同一圆柱面上？为什么？
（６）如果采用定长信息块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？
解：（１）６×２＝１２（面），共有１２个存储面可用。
（２）４０×３３－２２
２＝２２０（道），共有２２０个圆柱面。
（３）１２×２２π×４００×２２０＝７３×１０６（位）。
（４）数据传送率＝２２π×４００
６０
２４００
＝１．１×１０６（b／s）＝０．１３８×１０６（B／s）。
（５）记录在同一圆柱面上。
因为这样安排存取速度快。
（６）如果采用定长信息块记录格式，直接寻址的最小单位是扇区。
磁盘地址为：驱动
器号、圆柱面号、盘面号、扇区号。
6 ．某磁盘存储器的转速为３０００r／min ，共有４个盘面，５道／mm ，每道记录信息１２２８８B ，最小磁道直径为２３０mm ，共有２７５道。
试问：
（１）该磁盘存储器的存储容量是多少？
（２）最高位密度和最低位密度是多少？
（３）磁盘的数据传送率是多少？
（４）平均等待时间是多少？
解：（１）磁盘存储器的容量＝４×２７５×１２２８８B ＝１３５１６８００B
（２）最高位密度D１＝每道信息量÷内圈圆周长＝１２２８８÷（π×最小磁道直径）≈１７B／mm 。
最低位密度D２＝每道信息量÷外圈圆周长＝１２２８８÷（π×最大磁道直径）≈１１．５B／mm 。
（３）磁盘数据传输率C ＝５０×１２２８８＝６１４４００B／s 。
（４）平均等待时间＝１２r ＝１２×５０＝１０ms 。
7 ．某磁盘组有效盘面２０个，每个盘面上有８００个磁道。
每个磁道上的有效记忆容量为１３０００B ，块间隔２３５B ，旋转速度３０００r／min 。
试问：
（１）在该磁盘存储器中，若以１０００B 为一个记录，这样，一个磁道能存放１０个记录。
若要存放１２万个记录，需要多少个圆柱面（一个记录不允许跨越多个磁道）？（２）这个磁盘存储器的平均等待时间是多少？
（３）数据传送率是多少？
解：（１）一个圆柱面可存放２００个记录，１２００００个记录需要６００个圆柱面。
（２）平均等待时间为旋转半圈的时间，１０ms 。
（３）数据传送率＝１３０００２０＝６５０KB／s 。
8 ．某磁盘格式化为２４个扇区和２０条磁道。
该盘能按需要选择顺时针或逆时针旋转，旋转一圈的时间为３６０ms ，读一块数据的时间为１ms 。
该片上有３个文件：文件A 从磁道６、扇区１开始占有２块；文件B 从磁道２、扇区５开始占有５块；文件C 从磁道５、扇区３开始占有３块。
试问：该磁盘的平均等待时间为多少？平均寻道时间是多少？若磁头移动和磁盘转动不同时进行，且磁头的初始位置在磁道０、扇区０，按顺序C 、B 、A 读出上述３个文件，总的时间是多少？在相同的初始位置情况下，读出上述３个文件的最短时间是多少？此时文件的读出次序应当怎样排列？
解：平均等待时间为１８０ms 。
磁盘分为２４个扇区，等待一个扇区的时间为１５ms 。
平均寻道时间为磁头移动１０条磁道的时间，设移动一个磁道的时间为n ，则平均寻
道时间为１０n 。
按顺序C 、B 、A 读出上述３个文件，总的时间包括：总的寻道时间：移动５道时间＋移动３道时间＋移动４道时间＝移动１２道时间＝１２n
总的等待时间：（３＋１＋９）×１５＝１９５ms
总的读出数据时间：（３＋５＋２）×１＝１０ms
读出上述３个文件的最短时间包括：
总的寻道时间：移动２道时间＋移动３道时间＋移动１道时间＝移动６道时间＝６n总的等待时间：（５＋７＋５）×１５＝２５５ms
总的读出数据时间不变。
此时文件的读出次序为B 、C 、A 。
9 ．什么是光盘？简述光盘的工作原理。
解：相对于利用磁通变化和磁化电流进行读写的磁盘而言，用光学方式读写信息的
圆盘称为光盘，以光盘为存储介质的存储器称为光盘存储器。
CD唱ROM 光盘上有一条从内向外的由凹痕和平坦表面相互交替而组成的连续的螺
旋形路径，当一束激光照射在盘面上，靠盘面上有无凹痕的不同反射率来读出程序和
数据。
CD唱R 光盘的写入是利用聚焦成１μm 左右的激光束的热能，使记录介质表面的形状发生永久性变化而完成的，所以只能写入一次，不能抹除和改写。
CD唱RW 光盘是利用激光照射引起记录介质的可逆性物理变化来进行读写的，光盘
上有一个相位变化刻录层，所以CD唱RW 光盘又称为相变光盘。