《計算機組成原理》課后題答案_清華大學(xué)出版_秦磊華_吳非··

第一章 系統(tǒng)給概論 習(xí) 題 一 解釋下列名詞 摩爾定律 ： 對集成電路 上可容納的晶體管數(shù)目 、性能和價格等發(fā)展趨勢的預(yù)測 ，其主要內(nèi)容 是 ：成集電路 上可容納的晶體管數(shù) 量 每 18 個月 翻一番 ，性能將提高一倍，而其價格將降低一半。 主存 : 計算機中存放正在運行的程序和數(shù)據(jù)的存儲器，為計算機的主要工作存儲器，可隨機存取 。 控制器 ： 計算機的指揮中心，它使計算機各部件自動協(xié)調(diào)地工作。 時鐘周期 ： 時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù)，也稱為節(jié)拍周期或 處理操作最基本的時間單位。 多核處理器 ： 多核處理器是指在一枚處理器中集成兩個或多個完整的計算引擎 (內(nèi)核 )。 字長 ： 運算器一次運算處理的二進制位數(shù)。 存儲容量 : 存儲器中可存二進制 信息 的總量 。 指執(zhí)行每條指令所需要的平均時鐘周期數(shù)。 用每秒鐘執(zhí)行完成的指令數(shù)量作為衡量計算機性能的一個指標(biāo)， 該 指標(biāo) 以每秒鐘完成的百萬指令數(shù)作為 單位。 計算某個任務(wù)時 即 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) ： 計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 由多級構(gòu)成，一般 分成 5級，由低到高分別是：微程序設(shè)計級，機器語言級，操作系統(tǒng)級，匯編語言級，高級語言級。 基準(zhǔn)測試程序 ： 把應(yīng)用程序中使用頻度最高的那那些核心程序作為評價計算機性能的標(biāo)準(zhǔn)程序。 軟 /硬件功能的等價性 ： 從 邏輯功能的 角度來看 ， 硬件和軟件在 完成某項 功能上是 相同的，稱為 軟 /硬件功能是 等價的 ，如浮點運算既可以由軟件實現(xiàn)，也可以由專門的硬件實現(xiàn) 。 固件 ： 是一種軟件的固化，其目的是為了加快軟件的執(zhí)行速度。 可靠性 ： 可靠性是指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi) ，完成規(guī)定功能的能力 。 產(chǎn)品可靠性定義的要素是三個 “規(guī)定 ”： “規(guī)定條件 ”、 “規(guī)定時間 ”和 “規(guī)定功能 ”。 平均無故障時間 ，指系統(tǒng)自使用以來到第一次出故障的時間間隔的期望值 。 系統(tǒng)的平均修復(fù)時間。 平均故障間隔時間 ，指相鄰兩次故障之間的平均工作時間。 可用性 ： 指系統(tǒng)在任意時刻可使用的概率 ，可根據(jù) 么是計算機系統(tǒng)的硬件和軟件？為什么說計算機系統(tǒng)的硬件和軟件在邏輯功能上是等價的？ 答： 計算機硬件 系統(tǒng) 是指 構(gòu)成 計算機系統(tǒng)的 電子線路和電子元件等物理設(shè)備的總稱。硬件是構(gòu)成計算機的物質(zhì)基礎(chǔ)，是計算機系統(tǒng)的核心。 計算機的硬件系統(tǒng)包含運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備等五大部件。 計算機軟件是計算機中全部程序的集合。軟件按其功能分成應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩大類。 計算機硬件實現(xiàn)的往往是最基本的算術(shù)運算和邏輯運算功能，而其它功能大多是通過軟件的擴充得以實現(xiàn)的。有許多功能可以由硬件實現(xiàn)，也可以由軟件實現(xiàn)，即從用戶的角度來看它們在功能上是等價的，這一等價性被稱為軟 /硬件邏輯功能的等價性。 馮諾依曼型計算機的基本思想是什么？ 按此思想設(shè)計的計算機硬件系統(tǒng)應(yīng)由哪些部 件組成？各起什么作用？ 答： 馮諾依曼型計算機的基本思想是存儲程序和程序控制，其中的“存儲程序”是指將解題的步驟編寫成程序，然后把存儲存放到計算機的內(nèi)存中，而“程序控制”是指控制器讀出存放在存儲器中的程序并根據(jù)該程序控制全機協(xié)調(diào)工作以完成程序的功能。 根據(jù)馮諾依曼型計算機的基本思想，計算機的硬件應(yīng)該由運算器、控制器、存儲器、輸入 /輸出設(shè)備和總線組成。 各部件的 作用： 運算器：對數(shù)據(jù)進行運算的部件。 存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)。 控制器： 根據(jù)指令的功能控制構(gòu)成 計算機的各大功能部件協(xié)調(diào)工作，共同完成指令的功能 。 輸入設(shè)備：將外部信息輸送到主機內(nèi)部的設(shè)備。 輸出設(shè)備：能將計算機內(nèi)部的信息以不同并且相應(yīng)的形式反饋給人們的設(shè)備。 總線：連接兩個或多個設(shè)備（部件）的公共信息通路。 什么是計算機字長？它取決于什么？計算機字長統(tǒng)一了哪些部件的長度？ 答： 計算機的字長一般指一次參與運算數(shù)據(jù)的基本長度，用二進制數(shù)位的長度來衡量。 它取決于運算器一次運算處理的二進制位數(shù)。 它是計算機的重要性能指標(biāo)。常用的計算機字長有 8位、 16位、 32位及 64 位。 一般與計 算機內(nèi)部寄存器、加法器、數(shù)據(jù)總線的位數(shù)以及存儲器字長等長，因此，字長直接影響硬件的代價。 計算機系統(tǒng)從功能上可劃分為哪些層次？各層次在計算機系統(tǒng)中起什么作用？ 答： 計算機系統(tǒng)分成 五級層次結(jié)構(gòu)，第 1 級為微程序設(shè)計級、第 2 級為機器語言級、第 3級為操作系統(tǒng)級、第 4 級為匯編語言級、第 5級為高級語言級。 各層次的 作用： 微程序級 ： 為機器指令級提供機器指令的解釋指行功能。 機器指令級： 是 軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的 界面，一條機器指令的功能由微程序機器級的一段微型程序的功能實現(xiàn) 。 操作系統(tǒng)級：調(diào)度計算 機中的軟件和硬件資源。 匯編語言級：它將用戶編寫的接近人類語言的程序，翻譯成能在機器上運行的目標(biāo)程序。 高級語言級：完全面向用戶，是用戶關(guān)心的目標(biāo)，可執(zhí)行各種用途的程序。 計算機內(nèi)部有哪兩股信息在流動？它們彼此有什么關(guān)系？ 答： 計算機中有兩股信息在流動：一股是控制信息，即操作命令，它分散流向各個部件；一股是數(shù)據(jù)信息，它受控制信息的控制，從一個部件流向另一個部件，在流動的過程被相應(yīng)的部件加工處理。 為什么說計算機系統(tǒng)的軟件與硬件可以互相轉(zhuǎn)化？ 答： 計算機硬件實現(xiàn)的往往是最 基本的算術(shù)運算和邏輯運算功能，而其它功能大多是通過軟件的擴充得以實現(xiàn)的。有許多功能可以由硬件實現(xiàn)，也可以由軟件實現(xiàn)，即從用戶的角度來看它們在功能上是等價的，這一等價性被稱為軟 /硬件邏輯功能的等價性。 由于這樣的等價性，所以可以說計算機系統(tǒng)的軟件與硬件是可以互相轉(zhuǎn)化的。 什么叫軟件系統(tǒng)？它包含哪些內(nèi)容？ 答： 一臺計算機中全部程序的集合，統(tǒng)稱為這臺計算機的軟件系統(tǒng)。軟件按其功能分成應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件兩大類。 應(yīng)用軟件是用戶為解決某種應(yīng)用問題而編制的一些程序 。 系統(tǒng)軟件用于對計算機系統(tǒng)的管理、調(diào)度、監(jiān)視 和服務(wù)等功能 ， 常將系統(tǒng)軟件分為以下六類： 操作系統(tǒng) ,言處理程序 ,標(biāo)準(zhǔn)程序庫 ， 服務(wù)性程序 ， 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 和 算機網(wǎng)絡(luò)軟件 。 明高級語言、匯編語言和機器語言三者之間的差別和聯(lián)系。 答： 機器 語言是直接用二進制代碼指令表達的 計算機 語言， 是 一種面向機器的編程語言，屬于低級語言 。 匯編語言 是用 助記符號來表示 計算機指令 的語言 ， 也是低級的語言 。 高級語言 是一類接近于人類自然語言和數(shù)學(xué)語言的程序設(shè)計語言的統(tǒng)稱 ， 分為面向過程的語言和 面向?qū)ο?的語言 。 它們都是計算機的編程語言，并且是計算機編程語言發(fā)展的 三個階段。三者各自的特點： 使用機器語言編寫的程序，占用內(nèi)存少、執(zhí)行效率高。缺點 ： 編程工作量大，容易出錯；依賴具體的計算機體系，因而程序的通用性、移植性都很差。 使用匯編語言編寫計算機程序， 能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對代碼做最佳的優(yōu)化，提高運行速度； 能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能。 但是 編寫的代碼非常難懂，不好維護；開發(fā)效率很低，時間長且單調(diào)。 高級語言的優(yōu)點是：編程相對簡單、直 觀、易理解、不容易出錯； 編寫的計算機程序通用性好，具有較好的移植性。 么是系統(tǒng)的可靠性 ?衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)有哪些 ?如何提高系統(tǒng) 的可靠性 ? 答： 系統(tǒng) 的可靠 性是指系統(tǒng) 在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)有三個：平均無故障時間、平均故障間隔時間和可用性。 提高系統(tǒng)可靠性的 常用方法包括 避錯 和容錯。前者即 避免錯誤的出現(xiàn)， 從而 提高系統(tǒng)的平均無故障時間； 后者容許錯誤的出現(xiàn)，但采取有效的方法來防止其造成的不利影響。 定某計算機 1和計算機 2以不同的方式實現(xiàn)了相同的指令集 ,該指令集中共有 A、 B、C、 它們在程序中所占比例分別為 40%、 20%、 20%、 20%， 機器 1和機器 2的時鐘周期為 600 800類指令在兩機器上的 表 示 ，求兩機器的 表 臺計算機不同指令的 B C D 3 4 5 2 3 4 解： 2*3+4+5)= f/(06) = 600106/(06)=2*2+3+4)= f/(06) = 800106/(06)=某程序編譯后生成的目標(biāo)代碼由 A、 B、 C、 們在程序中所占比例分別為 40%、 20%、 15%、 25%。已知 A、 B、 C、 、 2、 2、 2?，F(xiàn)需要對程序進行編譯優(yōu)化，優(yōu)化后的程序中 其它指令數(shù)量未發(fā)生變化。假設(shè)運行該程序的計算機 00成下列各題： 1)優(yōu)化前后程序的 為多少 ? 2)優(yōu)化前后程序的 3）通過上面的計算結(jié)果你能得出什么結(jié)論？ 解： 1)優(yōu)化前： = 1 2 2 2 化后 ： A、 B、 C、 D 四類指令在程序中所占比例分別為 1/4、 1/4、 3/16、 5/16， = 1 1/4 + 2 1/4 + 2 3/16 + 2 5/16 = ） 根據(jù) 公式 610時 鐘 頻 率得 優(yōu)化前： (500106)/(06) = 化后： (500106)/(06) = ） 優(yōu)化后， A 類指令條數(shù)減少，造成計算機的 樣的優(yōu)化雖然減少了 降低了程序的執(zhí)行速度。 第 二 章 數(shù)據(jù)表示方法 習(xí) 題 二 釋下列名詞 真值 ： 正號和負(fù)號分別用“ +”和“ -”表示，數(shù)據(jù)位保持 二進制 值不變的數(shù)據(jù)表示方法 。 數(shù)值數(shù)據(jù) ： 計算機所支持的一種數(shù)據(jù)類型，用于科學(xué)計算，常見的數(shù)值數(shù)據(jù)類型包括小數(shù)、整數(shù)、 浮點數(shù) 數(shù)等。 非數(shù)值數(shù)據(jù) ： 計算機所支持的一種數(shù) 據(jù)類型，一般用來表示符號或文字 等 沒有 數(shù)值 值的 數(shù)據(jù) 。 機器數(shù) ：數(shù)據(jù)在機器中的表示形式，是正負(fù)符號數(shù)碼化后的二進制數(shù)據(jù)。 變形補碼 ：用兩個二進制位來表示數(shù)字的符號位，其余與補碼相同。即“ 00”表示正，“ 11”表示負(fù)。 規(guī)格化 ：將非規(guī)格化的數(shù)處理成規(guī)格化數(shù)的過程。規(guī)格化數(shù)規(guī)定尾數(shù)用純小數(shù)表示， 且真值表示時 小數(shù)點后第一位不為 0（以機器數(shù)表示時對小數(shù)點后第一位的規(guī)定 與具體的機器數(shù)的形式有關(guān) ） 。 機器零 ： 計算機保存數(shù)字的位有限，所能表示最小的數(shù)也有范圍， 其中有一個范圍之中的數(shù)據(jù)無法精確表示，當(dāng)實際的數(shù)據(jù)處在這個 無法精確表示的數(shù)據(jù)范圍時計算機就將該數(shù)作為機器零來處理，因此，計算機中的機器零其實對應(yīng)的不是一個固定的數(shù)，而是一個數(shù)據(jù)表示范圍。 ： 用 4 位二進制數(shù)來表示 1 位十進制數(shù)中的 09 這 10 個數(shù)碼 ，即二進制表示的十進制數(shù) 。 漢字內(nèi)碼 ： 計算機內(nèi)部存儲 、 處理加工和傳輸漢字時所用的由 0 和 1 符號組成的代碼。 碼距 ： 一組編碼中對應(yīng)位上數(shù)字位不同的最小個數(shù)。 奇偶校驗 ： 通過檢測校驗碼中 1 的個數(shù)的奇 /偶性是否改變來判斷數(shù)據(jù)是否出錯 的一種數(shù)據(jù)校驗方法 。 海明校驗 ： 是一種基于多重奇校驗且具有檢測與糾正錯誤的校驗 方法。其基本原理是 將有效信息按某種規(guī)律分成若干組，每組安排一個校驗位 進行 奇偶測試，就能提供多位檢錯信息，以指出最大可能是哪位出錯，從而將其糾正。 循環(huán)冗余校驗 ： 是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種 具有 檢測與糾正錯誤能力 差錯校驗碼， 基 利用 生成多項式 并基于 模 2 運算建立編碼規(guī)則。 檢錯 ： 檢測被傳送的信息中是否發(fā)生差錯。 糾錯 ： 糾正 信息在 傳送或存儲 過程中所發(fā)生的錯誤 。 答下列問題 1)為什么計算機中采用二進制 ? 答： 因為二進制具有運算簡單和表示簡單的優(yōu)點，除此之外還有可靠和容易實現(xiàn)等特點。 具體來說 ，是因為 ： （ 1）技術(shù)實現(xiàn)簡單，計算機是由邏輯電路組成，邏輯電話通常只有兩個狀態(tài)，開關(guān) 的接通與斷開，這兩種狀態(tài)正好可以用“ 1”和“ 0”表示。 （ 2）簡化運算規(guī)則：兩個二進制數(shù)和、積運算組合各有三種，運算規(guī)則簡單，有利 于簡化計算機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高運算速度。 （ 3）適合邏輯運算：邏輯代數(shù)是邏輯運算的理論依據(jù)，二進制只有兩個數(shù)碼，正好 與邏輯代數(shù)中的“真”和“假”相吻合。 （ 4）易于進行轉(zhuǎn)換，二進制與十進制數(shù)易于互相轉(zhuǎn)換。 2)為什么計算機中采用補碼表示帶符號的整數(shù) ? 答： 采用補碼運算具有如下兩個特征： （ 1） 因為使用補碼可以將符號位和其他位統(tǒng)一處理，同時，減法也可以按加法來處理，即如果是補碼表示的數(shù)，不管是加減法都直接用加法運算即可實現(xiàn)。 （ 2） 兩個用補碼表示的數(shù)相加時，如果最高位（符號位）有進位，則進位被舍棄。 這樣的運算有兩個好處： （ a） 使符號位能與有效值部分一起參加運算，從而簡化運算規(guī)則。從而可以簡化運算器的結(jié)構(gòu)，提高運算速度；（減法運算可以用加法運算表示出來。） （ b） 加法運算比減法運算更易于實現(xiàn)。使減法運算轉(zhuǎn)換為加法運算，進一步簡化計算機中運算器的線路設(shè)計。 3)浮點數(shù)的表示范圍和精確度分別由什 么決定 ?字長一定時浮點數(shù)的表示范圍與精確度之間有和關(guān)系 ? 答： 浮點數(shù)的表示范圍由階碼的位數(shù)決定，精確度由尾數(shù)的位數(shù)決定。 當(dāng)機器字長一定時，分給階碼的位數(shù)越多，尾數(shù)占用的位數(shù)就越少，則數(shù)的表示范圍越大。而尾數(shù)占用的位數(shù)減少，必然會減少數(shù)的有效數(shù)位，即影響數(shù)的精度。 4)漢字輸入碼、機內(nèi)碼和字型碼在漢字處理過程中各有何作用？ 答： 漢字輸入碼、機內(nèi)碼和字型碼，分別用于漢字的輸入、漢字在計算機內(nèi)的處理以及漢字的顯示和打印。 具體來說，計算機要對漢字信息進行處理，首先要將漢字轉(zhuǎn)換成計算機可以識別的二進制形式并輸入 到計算機，這是由漢字輸入碼完成的；漢字輸入到計算機后，還需要轉(zhuǎn)換成內(nèi)碼才能被計算機處理，顯然，漢字內(nèi)碼也應(yīng)該是二進制形式。如果需要顯示和打印漢字，還要將漢字的內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成字形碼。 5)在機內(nèi)碼中如何區(qū)分兩個 字符和一個漢字 ? 答： 將一個漢字看成是兩個擴展 ，使表示 字的兩個字節(jié)的最高位都為 1，而每個 字符中每個字節(jié)的最高位為 0。 這樣就能區(qū)別一個機內(nèi)碼到底對應(yīng)一個漢字還是兩個 西文字符 。 6)“ 8421碼就是二進制數(shù)”。這種說法對嗎？為什么？ 答： 這種說法是不對的。 8421碼是一種最簡單的有權(quán)碼， 它選取 4位二進制數(shù)的前 10個代碼 0000 1001分別對應(yīng)表示十進制數(shù)的 10 個數(shù)碼。若按權(quán)求和，和數(shù)就等于該代碼所對應(yīng)的十進制數(shù)。 8421碼是一種編碼方式，用于十進位制與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。 而 二進制數(shù) 是 用 0 和 1 兩個數(shù)碼來表示的數(shù) 。二者是不同的概念，不能等同。 7)如何識別浮點數(shù)的正負(fù)？浮點數(shù)能表示的數(shù)值范圍和數(shù)值的精確度取決于什么？ 答： 當(dāng)采用一般浮點數(shù)格式表示浮點數(shù)時 ,階碼和尾數(shù)都各包含一位符號位。浮點數(shù)的正負(fù)由尾數(shù)的的符號位決定。 當(dāng)采用 過數(shù)符就 能判斷出浮點數(shù)的正負(fù)。 浮點數(shù)能表示的數(shù)值范圍和數(shù)值的精確度，分別取決于階碼的位數(shù)和尾數(shù)的位數(shù)。 8)簡述 糾錯原理。 答： 發(fā)送部件將某信息的 收部件收到 用約定的 生成多項式 G(x)去除，若余數(shù)為 0，表示傳送正確；若余數(shù)不為 0，表示出錯，再由余數(shù)的值來 確定哪一位出錯，從而加以糾正。具體的糾錯原理如下： （ 1） 不論錯誤出現(xiàn)在哪一位 ,均要通過將出錯位循環(huán)左移到最左邊的一位上時被糾正； （ 2） 不為零余數(shù)的具有循環(huán)特性。即在余數(shù)后面補一個零除以生成多項目式 ,將得到下一個余 數(shù) ,繼續(xù)在新余數(shù)基礎(chǔ)上補零除以生成多項式 ,繼續(xù)該操作，余數(shù)最后能循環(huán)到最開始的余數(shù)。 （ 3） 在循環(huán)計算余數(shù)的同時，將收到的 余數(shù)循環(huán)到等于最左邊位出錯對應(yīng)的余數(shù)時，表明已將出錯的位移到 對出錯位進行糾錯。 （ 4） 繼續(xù)進行余數(shù)的循環(huán)計算 ,并同步移動 碼 ,當(dāng)余數(shù)又回到最開始的值時 ,糾錯后的 此，完成 糾錯任務(wù)。 寫出下列各數(shù)的原碼、反碼和補碼。 0， 一 0， 一 一 ： x=0，則 0 原 0 ， 0 反 0， 0 補 0； x= 0 原 0， 0反 l， 0補 0； x= x 原 x反 x補 x=一 x 原 x反 x補 x= x 原 x反 x補 x=一 x 原 x反 x補 x= x 原 x反 x補 x= x 原 x反 x補 知數(shù)的補碼表示形式，求數(shù)的真值。 x補 x補 x補 x補 x補 x補 解： x補 x原 x= x補 x原 x= x補 x原 x= 0； x補 x原 x= x補 x原 x= x補 x原 x= 已知 x y ： x/2補 , x/4補 , y/2補 , 2y補 解： x原 =x反 =x補 ， 所以 x/2補 =x/4補 = y原 =y反 =y補 = 所以 y/2補 =2y補 = 語言中允許無符號數(shù)和有符號整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 , 下面是一段 C 語言代碼 : x =u=2147483648; “x=%u=%dn”,x,x); “u=%u=%dn”,u,u); 給出在 32 位計算機中上述程序段的輸出結(jié)果并分析原因 . 解： x=4294967295=u=2147483648=因： x 是 ，在計算機中以補碼形式存在。 %u 以無符號輸出， %d 輸出真值 ,所以x=4294967295= u=231 是一個無符號數(shù)，無溢出，由于首位為 1 %u 符號輸出第一位為非符號位，所以是 2147483648 %d 第一位為符號位，所以是負(fù)數(shù)，取反加 1 還是 231 所以是 析下列幾種情況下所能表示的數(shù)據(jù)范圍分別是多少 1)16 位無符號數(shù) ; 2)16 位原碼定點小數(shù) ; 3)16 位補碼定點小數(shù) ; 4) 16 位補碼定點整 數(shù) ; 解： 1)16 位無符號數(shù) ： 0 1111 1111 1111 1111，即 0 2165535 2)16 位 原碼定點小數(shù) ： 111 1111 1111 111 1111 1111，即 -（ 1 1)16 位補碼定點小數(shù) ： 000 0000 0000 111 1111 1111，即 1) 16 位補碼定點整 數(shù) ： 1000 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111，即 215補碼表示 8 位二進制整數(shù)，最高位用一位表示符號（即形如 ,模應(yīng)為多少？ 解： 因為 8 位二進制數(shù)補碼的表示范圍為： 27 一共有 256 個數(shù)，所以模為 256。 用 2位浮點數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表示十進制數(shù) a)856b)c)64000 解： a) 首先分別將整數(shù)和分?jǐn)?shù)部分轉(zhuǎn)換成二進制數(shù) ： 856=動小數(shù)點，使其 變成 形式： 2 于是得到： S=0, e = 2， E= 10+01111111 = 10000001， M = 10101 最后得到 32 位浮點數(shù)的二進制存儲格式為： 1100 0000 1101 0100 0000 0000 0000 0000=（ 16 b) 首先分別將整數(shù)和分?jǐn)?shù)部分轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)： 動小數(shù)點，使其 變成 形式 2 于是得到： S=0, e = 1， E= 1+01111111 =10000000， M = 10010010000111111011010 最后得到 32 位浮點數(shù)的二進制存儲格式為： 0100 0000 0100 1001 0000 1111 1101 1010=（ 4049016 c) 首先將 6400 轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)： 64000=1100100000000 移動小數(shù)點，使其 變成 形式 1100100000000=212 于是得到： S=0, e = 12， E= 1100+01111111 =10001011， M = 1001 最后得到 32 位浮點數(shù)的二進制存儲格式為： 0100 0101 1100 1000 0000 0000 0000 0000=(4516 與 2 位浮點數(shù) 43940000H 對應(yīng)的十進制數(shù)。 解： 43940000H=（ 0100 0011 1001 0100 0000 0000 0000 0000） 2 S=0， E=（ 10000111） 2， M=以表示數(shù)為 100101000，對應(yīng)的十進制數(shù)為 296。 32 位 點數(shù)能表示的最大數(shù)和最小數(shù)。 解： 用 1254，留出全 0和全 1分別表示 0和無窮大 ) 31 30 23 22 0 S E M (1) 最大數(shù)的二進制表示： 0 11111110 11111111111111111111111 即 2127(2(2) 最小數(shù)的二進制表示： 1 11111110 11111111111111111111111 即 - 2127(2有兩個正浮點數(shù)： 2m 2n （ 1）若 m n，是否有 （ 2）若 2是規(guī)格化的數(shù)，上述結(jié)論是否正確？ 解： （ 1）不一定。 例如， 23 22 時 m n，卻有 再如， 23 22 時 m n，卻有 （ 2） 正確。 因為浮點數(shù)規(guī)格化，要求尾數(shù)的最高位為非 0 數(shù)碼，即當(dāng)尾數(shù)的值不為零時，其絕對值應(yīng)大于或等于 (1/2)10。 那么 必須是 的形式。這時，若 m n，則一定有 設(shè)二進制浮點數(shù)的階碼為 3 位，尾數(shù)是 7 位。用模 2 補碼寫出它們所能表示的最大正 數(shù)、最小正數(shù)、最大負(fù)數(shù)和最小負(fù)數(shù)，并將它們轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)。 解： 補碼 真值 最大正數(shù) : 011； 23 （ 1 最小正數(shù) : 101； 23 2大負(fù)數(shù) : 101； 2小負(fù)數(shù) : 011； （ 1 下列 十進制數(shù)表示成浮點規(guī)格化數(shù)，階碼 4位，尾數(shù) 10 位，各含 1位符號，階碼和尾數(shù)均用補碼表示。 （ 1） 57/128 （ 2) 69/128 解： （ 1） 57/128=(，記 x= x原 =x反 =x補 = 規(guī)格化： x補 =碼的原碼為： 1001，因此補碼為： 1111 尾數(shù)為： 0111001000 表示成浮點規(guī)格化數(shù)： 1111 0111001000 （ 2） 28=(， 記 x= x原 =x反 =x補= 無需規(guī)格化， 階碼為 0000，尾數(shù)為 1011101100 表示成浮點規(guī)格化數(shù)： 0000 1011101100 有效信息為 01011011，分別寫出奇校驗碼和偶校驗碼。如果接收方收到的有效信息為 01011010，說明如何發(fā)現(xiàn)錯誤。 解： 奇偶校驗位分別為： 0和 1， 奇校驗碼： 010110110 偶校驗碼： 010110111 如果采用奇校驗，則發(fā)送方發(fā)出的奇校驗碼 x=010110110（前 8位 是 有效信息位，最后一位是 校驗位） ， 如果接收方收到的 x=010110100 (只有 1位出錯，最后一個 0是校驗位 ), 接收方按 奇 校驗方式根據(jù) 01011010計算得到的驗位 C 1 ，與從信息中讀到得校驗碼的取值不同，表明傳送的信息發(fā)生了錯誤。 如果采用偶校驗， 利用 相 似 的方法可以發(fā)現(xiàn)錯誤。 6 個字符的 7 位 碼排列，再加上水平 和 垂 直偶校驗位構(gòu)成 如 表 行列結(jié)構(gòu) （最后一列為水平奇偶校驗位，最后一行為垂直奇偶校驗位） 表 字符 7 位 0 2 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 + 0 1 0 1 1 0 1 6 1 1 1 1 D 1 0 0 0 = 0 1 1 1 0 1 1 1 2 4 處的比特分別為 _1110_； 6 8 處的比特分別為 _1000_； 10 12 處的比特分別為 _1011_； 的字符分別為 _ _7_。 解答思路： 利用 交叉奇 /偶校驗 原理 來確定各個 X 值 ， 再 查詢 表 獲知 什么字符。 8位有效信息為 01101寫出它的海明校驗碼。給出過程，說明分組檢測方式，并給出指誤字及其邏輯表達式。如果接收方收到的有效信息變成 01101111，說明如何定位錯誤并糾正錯誤。 解： 被檢驗位有 8 位，設(shè)檢驗位有 r 位 因為： 8+C，畫出串行鏈?zhǔn)脚抨犽娐贰?解： 圖 串行鏈接方式示意圖 4 個設(shè)備 A、 B、 C、 D 的響應(yīng)優(yōu)先權(quán)為 ABCD，試畫出獨立請求方式的排隊電路。 解： 總線 控制器 數(shù)據(jù)線，地址線，控制線 A B D C 其中優(yōu)先權(quán)的設(shè)定 可通過編程進行修改 。 定有一個具有以下性能的系統(tǒng) 1)存儲器和總線系統(tǒng)支持大小為 4 32 位字的數(shù)據(jù)塊訪問 ;2)總線的時鐘頻率為 200線寬度為 64 位，每 64 位數(shù)據(jù)的傳輸需要一個時鐘周期，向存儲器發(fā)送一個地址需要一個時鐘周期；每個總線操作之間需要 2 個總線周期 (設(shè)一次存儲之前總線總是處于空閑狀態(tài) );3)對最初的 4 個字的訪問時間為 200后的 4 個字能在 20時內(nèi)被讀取 ,假定總線傳輸數(shù)據(jù)的操作可以與讀下 4 個字的操作重疊進行。讀操作中，分別用 4 個字的數(shù)據(jù)塊和 16 個字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個數(shù)據(jù)，計算機兩種情況下總線傳輸?shù)膸捄兔棵胫锌偩€事務(wù)的次數(shù)。（說明：一個總線傳輸操作包含一個地址和緊隨其后的數(shù)據(jù)） 解 : 用 4 個字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個數(shù)據(jù) ，需要傳送 64 次數(shù)據(jù)，根據(jù)題目假設(shè)條件，傳輸 256個數(shù)據(jù)需要的總時間為： t= 200+ 20 (64= 1460*64*T+2004， 則傳輸?shù)膸挒椋?256*4B/1460 701MB/s 總線事務(wù)次數(shù)為： 64*（ 1+2） =192 次。 用 16 個字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個數(shù)據(jù)： t=3*16*T+2006+48*20輸帶寬為： 256*4B/（ 3*16*T+2006+48*20=233MB/s 總線事務(wù)次數(shù)為： 16*（ 1+8） =144 次。 R 址線、數(shù)據(jù)線、控制線 D 總線 控制器 B C A 第九章 輸入輸出系統(tǒng) 習(xí) 題 九 接口 中斷 中斷處理優(yōu)先級 中斷 屏蔽 多重中斷 中斷向量 中斷響應(yīng)優(yōu)先級 中斷隱指令 程序中斷 I/O 程序查詢 I/O 周期挪用 通道 選擇型通道 通道指令 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 顯示分辨率 點距 行反轉(zhuǎn)掃描法 解： (1)接口： 接口是兩個不同部件或系統(tǒng)之間的連接部分，可以是兩個硬設(shè)備 (可以都是計算機，也可以都是外部設(shè)備 )之間的連接，也可以是軟件系統(tǒng)中兩個獨立程序塊之間的連接。 (2)中斷： 計算機系統(tǒng)運行時，若系統(tǒng)外部、內(nèi)部或現(xiàn)行程序本身出現(xiàn)某種非預(yù)期的事件，現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)向為該事件服務(wù)，待事件處理完畢，再恢復(fù)執(zhí)行原來被終止的程序，這個過程稱為中斷。 (3) 中斷處理優(yōu)先級 :處理優(yōu)先級是指 際完成中斷處理程序的先后次序。對單級中斷而言 ,先被 應(yīng)的中斷服務(wù)程序先完成；對多重中斷而言，先被 與中斷屏蔽密切相關(guān)。 (4) 中斷屏蔽 : 為了便于利用程序控制中斷處理的先后順序，可通過程序有選擇地封鎖部分中斷源發(fā)出的中斷請求，而允許其余部分中斷仍得到響應(yīng)，這種方式稱為中斷屏蔽。 (5) 多重中斷 : 若在中斷服務(wù)程序執(zhí)行過程中，如果允 許 這種中斷稱為多重中斷，也稱中斷嵌套。 (6) 中斷向量 : 通常將中斷服務(wù)程序的入口地址和程序狀態(tài)字 (有的機器不包含此項 )稱為中斷向量。 (7) 中斷響應(yīng)優(yōu)先級 : 響應(yīng)優(yōu)先級是指 根據(jù)中斷事件的重要性和迫切性而定。當(dāng)幾個設(shè)備同時有中斷請求時，優(yōu)先級高的先響應(yīng)，優(yōu)先級低的后響應(yīng)。 (8) 中斷隱指令 : 過某些操作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這些操作是由硬件直接實現(xiàn)的，把它稱為中斷隱指令。中斷隱指令并不是指令系統(tǒng)中的一條真正的 指令，它沒有操作碼，所以中斷隱指令是一種不允許、也不可能為用戶使用的特殊指令。 (9) 程序中斷 I/O: 當(dāng)主機啟動外設(shè)后，無需等待查詢，而是繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，外設(shè)在做好輸入輸出準(zhǔn)備時，向主機發(fā)出中斷請求，主機接到請求后就暫時中止原來執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)ν獠空埱筮M行處理，在中斷處理完畢后返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。 (10)程序查詢 I/O: 程序查詢方式是一種程序直接控制方式 ,這是主機與外設(shè)間進行信息交換的最簡單的方式 ,輸入和輸出完全是通過 行程序來完成的。一旦某一外設(shè)被選中并啟動后，主機 將查詢這個外設(shè)的某些狀態(tài)位，看其是否準(zhǔn)備就緒？若外設(shè)未準(zhǔn)備就緒，主機將再次查詢；若外設(shè)已準(zhǔn)備就緒，則執(zhí)行一次 I/ (11)直接存儲器存取控制方式 式下外設(shè)與主存之間傳送數(shù)據(jù)時， 可執(zhí)行主程序 . (12)周期挪用 :周期挪用是指利用 時 (13)通道 : 通道方式是 式的發(fā)展，在通道方式下，數(shù)據(jù)的傳送方向、存取數(shù)據(jù)的內(nèi)存起始地址及傳送的數(shù)據(jù)塊長度等都由獨立于 控制，因此，通道方式可進一步減少 (14)選擇型通道 : 對于這種高速傳輸，通道難以同時對多個這樣的設(shè)備進行操作，只能一次對一個設(shè)備進行操作 ,這種通道稱為選擇通道 。 (15)通道指令 : 通道程序是由一系列通道指令組成的，通道指令一般包含被交換數(shù)據(jù)在內(nèi)存中應(yīng)占據(jù)的位置、傳送方向、數(shù)據(jù)塊長度及被控制的 I/征信息（例如 是磁帶設(shè)備還是磁盤設(shè)備）等 . (16)輸入設(shè)備 :向計算機輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備 . (17)輸出設(shè)備 :是人與計算機交互的一種部件，用于數(shù)據(jù)的輸出。 (18)顯示分辨率 :顯示分辨率是顯示器在顯示圖像時的分辨率，分辨率是用點來衡量的，顯示器上這個“點”就是指像素 ( (19)點距 : 點距指屏幕上相鄰兩個同色像素單元之間的距離，即兩個紅色（或綠、藍(lán)）像素單元之間的距離。 (20)行反轉(zhuǎn)掃描法 : 先對所有行線送 1，所有列線送“ 0”，讀鍵盤行掃描值；然后反過先對所有行線送 0，然后對所有列線送“ 1”，并讀鍵盤列掃描值。 要回答下列問題 1)什么是接口 ?它有哪些功能 ? 2)主機與外部設(shè)備之間如何連接 ? 3)主機與外部設(shè)備信息交換的控制方式有哪些 ?各有什么特 點 ? 4)什么是程序程序查詢 I/O 方式 ,簡要說明其工作原理 . 5)比較單級中斷和多重中斷處理流程的異同點 . 6)中斷隱指令完成什么功能 ? 7)為什么在保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場的過程中 , 8) 9)什么是中斷向量 ,簡要分析中斷向量方式下形成中斷向量的基本方法 . 10)為什么采用 11)什么是中斷優(yōu)先級 ?它具有哪兩層含義 ?劃分優(yōu)先等級的原則是什么 ? 12)計算機中斷系統(tǒng)中使用屏蔽技術(shù)有什么好處 ? 13)計算機中斷響應(yīng)后，如何調(diào)出中斷服務(wù) 程序 ? 14)機應(yīng)向 15)比較中斷 I/ 16)比較 17)中斷系統(tǒng)中設(shè)計中斷允許和中斷屏蔽的作用分別是什么 ?兩者是否可以合二為一 ? 解： (1)接口是兩個不同部件或系統(tǒng)之間的連接部分，可以是兩個硬設(shè)備 (可以都是計算機，也可以都是外部設(shè)備 )之間的連接，也可以是軟件系統(tǒng)中兩個獨立程序塊之間的連接。 具有的功能： 1)尋址功能 。 2)數(shù)據(jù)輸入 /輸出功能。 3)匹配主機與外設(shè)的速度差距 。 4)實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換或邏輯電平轉(zhuǎn)換 。 5)傳送主 機命令 。 6)反映設(shè)備的工作狀態(tài) 。 (2)主機通過接口連接 I/口實現(xiàn)主機與外設(shè)的連接和信息的交換。 (3) 主機與外部設(shè)備信息交換的控制方式有 :程序查詢控制方式 、 程序中斷控制方式 、 直接存儲器存取控制方式 ( 通道方式 、 外圍處理機方式 。 特點： 程序查詢控制方式接口設(shè)計簡單，但是 于 以在信息傳送過程中， 而使系統(tǒng)效率大大降低。 程序中斷控制方式 ： 允許外部設(shè)備用“中斷”信號中止 體他說，當(dāng)接口電路需要與 入、輸出等）時，便由接口電路向 調(diào)用中斷服務(wù)程序完成一個或多個字節(jié)的信息交換。這種方式不需要接口軟件主動查詢，而是由接口電路主動通知 在設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)階段， 使得接口軟件的效率比較高。 直接存儲器存取控制方式 ：數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊；所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的 ,或者相反；整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的； 通道方式 ： 道就開始工作。 I/控制 I/I/。這樣，一個通道可以連接多個 I/一個 I/ 外圍處理機方式 : 通常用于大、中型計算機系統(tǒng)中。由于 結(jié)構(gòu)更接近一般處理機，甚至就是一般的通用微小型計算機。它可以完成 可以完成碼制變換、格式處理、數(shù)據(jù)塊檢錯、糾錯等操作。 、 B、 C 是與主機連接的 3臺設(shè)備，在硬件排隊線路中，它們的優(yōu)先級是 ABC改變中斷處理的次序，它們的中斷屏蔽字如表 示 (設(shè)“ 0”表示允許中斷，“ 1”表示中斷屏蔽 ). 表 斷屏蔽表 蔽碼 A B C A 1 1 1 B 0 1 0 C 0 1 1 請按圖 示時間軸給出的設(shè)備中斷請求時刻，畫出 行程序的軌跡。 A、 B、 C 中斷服務(wù)程序的時間寬度均為 20 圖 斷程序 執(zhí)行軌跡 解： 分析如下 :A 在 0達，首先執(zhí)行 A， 20返回， 30 B 到過開始執(zhí)行 B,40到過，由 屏蔽，故 40去執(zhí)行 C， 60返回 B， 70秒時返回主程序。流程圖如下： 主程序 A B C 設(shè)備名稱 B C 中斷 請求 20 40 60 80 間 0 A 到達 20 A 返回 30 B 到達 40 C 到達 60 C 返回 70 B 返回 某機有 5級中斷； 中斷響應(yīng)優(yōu)先次序為： 4最低?，F(xiàn)在要求將中斷處理次序改為 3-2，試問： (1)表 中斷屏蔽字該如何設(shè)置 (“ 0”表示允許中斷，“ 1”表示中斷屏蔽 )? (2)若這 5 級中斷同時都發(fā)出中斷請求，按更改后的次序畫出進入各級中斷處理程序的過程示意圖。 新后的 中斷屏蔽 表 中 斷 處 理 程 序 中 斷 處 理 級 屏 蔽 位 斷處理程序 斷處理程序 斷處理程序 斷處理程序 斷處理程序 解： (1) 中 斷 處 理 程 序 中 斷 處 理 級 屏 蔽 位 斷處理程序 斷處理程序 斷處理程序 斷處理程序