計算機組成原理（第三版）習題答案

附錄 各章習題參考答案 第 1 章 習題參考答案 1. （ 1） D （ 2） D （ 3） B （ 4） C （ 5） D （ 6） D 2. 答：計算機是一種以電子器件為基礎的，不需人的直接干預，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)字化信息進行快速算術(shù)和邏輯運算的工具，是一個由硬件軟件組成的復雜的自動化設備。 理解計算機的概念，應從六個方面：（ 1） 以電子器件為物質(zhì)基礎，即研究的對象是電子數(shù)字計算機（ （ 2）不需要人的直接干預，說明具有自動化能力，其前提是存儲程序；（ 3）處理各種數(shù)字化信息，計算機以二進制編碼作 為數(shù)字化編碼及運算的基礎；（ 4）具有算邏運算能力，基本運算操作是算術(shù)和邏輯運算；（ 5）計算機是快速工具，主要取決于兩個因素：一是電子器件，二是存儲程序。（ 6） 由硬件和軟件組成。 3. 答：見本章小結(jié)。 4. 答：計算機的生命力在于它的廣泛應用，應用的范圍幾乎涉及人類社會的所有領域。歸納起來，在科學計算、過程檢測與控制、信息管理、計算機輔助系統(tǒng)等領域中的應用成就最為突出。 舉例：計算機輔助教學 生的學籍管理系統(tǒng)；數(shù)字圖書館系統(tǒng)；虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)；售票系統(tǒng)；學校的一卡通系統(tǒng)等。 5. 答：馮 諾依曼原理的基 本思想是： 采用二進制形式表示數(shù)據(jù)和指令。指令由操作碼和地址碼組成。 將程序和數(shù)據(jù)存放在存儲器中，使計算機在工作時從存儲器取出指令加以執(zhí)行，自動完成計算任務。這就是“存儲程序”和“程序控制”（簡稱存儲程序控制）的概念。 指令的執(zhí)行是順序的，即一般按照指令在存儲器中存放的順序執(zhí)行，程序分支由轉(zhuǎn)移指令實現(xiàn)。 計算機由存儲器、運算器、控制器、輸入設備和輸出設備五大基本部件組成，并規(guī)定了 5 部分的基本功能。 馮 諾依曼型計算機的基本特點也可以用“存儲程序”和“程序控制”來高度概括。 6. 答：計算機的 硬件系統(tǒng)由有形的電子器件等構(gòu)成的，它包括運算器、存儲器、控制器、輸入輸出設備及總線系統(tǒng)組成。而總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線，其結(jié)構(gòu)有單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)及多總線結(jié)構(gòu)。存儲器（ 用來存放數(shù)據(jù)和程序的部件；運算器是對信息進行運算處理的部件；控制器是整個計算機的控制核心。它的主要功能是讀取指令、翻譯指令代碼、并向計算機各部分發(fā)出控制信號，以便執(zhí)行指令；輸入設附錄 各章習題參考答案 7 備能將數(shù)據(jù)和程序變換成計算機內(nèi)部所能識別和接受的信息方式，并順序地把它們送入存儲器中；輸出設備將計算機處理的結(jié)果以人們能接受的或其它機 器能接受的形式送出。 7. 答：總線（ 是計算機中用于傳送信息的公用通道，是為多個部件服務的一組信息傳送連接線。按照總線的連接方式，計算機組成結(jié)構(gòu)可以分為單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和多總線結(jié)構(gòu)等（詳細內(nèi)容見第 7 章）。 8. 答：計算機硬件（ 指構(gòu)成計算機的所有實體部件的集合，通常這些部件由電路（電子元件）、機械等物理部件組成。計算機軟件（ 指能使計算機工作的程序和程序運行時所需要的數(shù)據(jù)，以及與這些程序和數(shù)據(jù)有關(guān)的文字說明和圖表資料，其中文字說明和圖表資料又稱為文檔。固 件（ 一種介于傳統(tǒng)的軟件和硬件之間的實體，功能上類似軟件，但形態(tài)上又是硬件。微程序是計算機硬件和軟件相結(jié)合的重要形式。 軟件和硬件的邏輯等價含義： （ 1）任何一個由軟件所完成的操作也可以直接由硬件來實現(xiàn) （ 2）任何一條由硬件所執(zhí)行的指令也能用軟件來完成 在物理意義上軟件和硬件是不等價的。 9. 答：計算機軟件可以分為系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是指管理、監(jiān)控和維護計算機資源（包括硬件和軟件）的軟件。系統(tǒng)軟件為計算機使用提供最基本的功能，但是并不針對某一特定應用領域。而應用軟件則恰好相 反，不同的應用軟件根據(jù)用戶和所服務的領域提供不同的功能。目前常見的系統(tǒng)軟件有操作系統(tǒng)、各種語言處理程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及各種服務性程序等。 舉例：系統(tǒng)軟件，如 ；應用軟件，如學生的學籍管理系統(tǒng)等。 10. 答：程序設計語言一般分為機器語言、匯編語言和高級語言三類。機器語言是最底層的計算機語言。用機器語言編寫的程序，計算機硬件可以直接識別。每一條機器指令都是二進制形式的指令代碼。匯編語言是為了便于理解與記憶，將機器語言用助記符號代替而形成的一種語言。高級語言是從 50 年代中期開始逐步 發(fā)展起來的面向問題的程序設計語言，與具體的計算機硬件無關(guān)，其表達方式接近于被描述的問題，易為人們接受和掌握。 機器語言程序是直接針對計算機硬件的，執(zhí)行效率比較高，能充分發(fā)揮計算機的速度性能。但是，用機器語言編寫程序的難度比較大，容易出錯，而且程序的直觀性比較差，也不容易移植。匯編語言采用了助記符，比機器語言直觀，容易理解和記憶，用匯編語言編寫的程序也比機器語言程序易讀、易檢查、易修改。但需要匯編程序的支持。高級語言的顯著特點是獨立于具體的計算機硬件，通用性和可移植性好，易于編程，但運行效率低。 11. 答： 計算機系統(tǒng)是一個由硬件、軟件組成的多級層次結(jié)構(gòu)，它通常由微程序級、一般機器級、操作系統(tǒng)級、匯編語言級、高級語言級組成，每一級上都能創(chuàng)造程序設計，且得到下級的支持。 12. 答：兼容（ 一個廣泛的概念，包括軟件兼容、硬件兼容、系統(tǒng)兼容等。軟件兼容存在以下兩種情況： （ 1）軟件的向上兼容性 這是指某檔機原開發(fā)的軟件可以不加修改便能在它的高計算機組成原理（第 3 版） 8 檔機上正確運行使用。 （ 2）軟件的向下兼容性 這是指某檔機的軟件可以不加修改便能在它的低檔機上正確運行使用。在這種情況下，軟件向上兼容是不成問題的。在 同一系列機內(nèi)，不論高檔機與低檔機，所有機型上都能運行使用的軟件，則是既能向上兼容又能向下兼容。 硬件兼容是軟件兼容的基礎，系統(tǒng)兼容包括硬件兼容和軟件問題。 13. 答：算術(shù)邏輯運算部件（ 是運算器的核心組成，功能是完成算數(shù)和邏輯運算?！爸醒胩幚韱卧保?括運算器和控制器，是計算機的信息處理的中心部件。存儲器、運算器和控制器在信息處理操作中起主要作用，是計算機硬件的主體部分，通常被稱為“主機”。字長決定 了計算機的運算精度、指令字長度、存儲單元長度等，可以是 8/16/32/64/128 位（ 。 14. 答：是的， 計算機硬件實體的 5 個基本組成部分缺一不可。 15. 答：見本章 。 16. 答：多媒體技術(shù)是指能夠同時獲取、處理 、編輯、存儲和展示兩個以上不同信息類型媒體的技術(shù)。計算機信息的形式可以是文字、聲音、圖形和圖象等。 17. 答：電子數(shù)字計算機中處理的信息是在時間上離散的數(shù)字量，運算的過程是不連續(xù)的；電子模擬計算機中處理的信息是連續(xù)變化的物理量，運算的過程是連續(xù)的。 代計算機系統(tǒng)是一個硬件與軟件組成的綜合體，可以把它看成是按功能劃分的多級層次結(jié)構(gòu)。 第 0 級為硬件組成的實體。 第 1 級是微程序級。這級的機器語言是微指令集，程序員用微指令編寫的微程序一般是直接由硬件執(zhí)行的。 第 2 級是傳統(tǒng)機器級。這級的機器語言是該機的指令集，程序員用機器指令編寫的程序可以由微程序進行解釋。 第 3 級操作系統(tǒng)級。從操作系統(tǒng)的基本功能來看，一方面它要直接管理傳統(tǒng)機器中的軟硬件資源，另一方面它又是傳統(tǒng)機器的延伸。 第 4 級是匯編語言級。這級的機器語言是匯編語言，完成匯編語言翻譯的程序叫做匯編程 序。 第 5 級是高級語言級。這級的機器語言就是各種高級語言，通常用編譯程序來完成高級語言翻譯工作。 第 6 級是應用語言級。這一級是為了使計算機滿足某種用途而專門設計的，因此這一級語言就是各種面向問題的應用語言。 19. 答： 計算機系統(tǒng)的主要技術(shù)指標有：機器字長、數(shù)據(jù)通路寬度、主 存儲器 容量和運算速度等。 機器字長是指參與運算的數(shù)的基本位數(shù)，它是由加法器、寄存器的位數(shù)決定的。 附錄 各章習題參考答案 9 數(shù)據(jù)通路寬度是指數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)。 主存 儲器 容量是指主存儲器所能存儲的全部信息。 運算速度與機器的主頻、 執(zhí)行什么樣的操作、主存 儲器 本身的速度等許多因素有關(guān)。 20. 答： 聽覺 、 文字 、 圖像 、 音頻 、 視頻 圖像 、 聲音 、 壓縮 、 解壓 、 1. 答： 10 處理程度按從易到難是：文本 圖形 圖像 音頻 視頻 第 2 章 習題參考答案 1. （ 1） C （ 2） B （ 3） B （ 4） B （ 5） B （ 6） C （ 7） 8） D （ 9） B （ 10） B 2. （ 1）（ 2001） 10 （ 2001） 8 （ 2）（ 4095） 10 （ 7776） 8 （ 3）（ 10 （ 16 （ 4）（ 10 2111*溢 計算機組成原理（第 3 版） 10 (4)= 21100*. 解： 0 1 7. 解： X=Y= X補 = =X/2補 = Y/4補 =補 =. 解： （ 1） 421=( 3 （ 2） 421=( 3 9. 解： （ 1）不一定 （ 2）成立 10. 解： （ 1） 2） 3） 4） 43 11. 解： （ 1） 165 （ 2） 126 （ 3） 88 （ 4） 1332 12. 解： （ 1） 2） 3） 3. 解： 128B 216416B 486936B 14. 答： 若海明碼的最高位號為 m，最低位號為 1，即 m 2 1，則海明碼的編碼規(guī)則是： （ 1）校驗位與數(shù)據(jù)位之和為 m，每個校驗位 海明碼中被分在位號 2位置上，其余各位為數(shù)據(jù)位，并按從低向高逐位依次排列的關(guān)系分配各數(shù)據(jù)位。 （ 2）海明碼的每一位位碼 括數(shù)據(jù)位和校驗位）由多個校驗位校驗，其關(guān)系是被校驗的每一位位號要 等于校驗它的各校驗位的位號之和。 15. 答： 是一種糾錯能力較強的編碼。在進行校驗時，將 多項式與生成多項式 G(X)相除，若余數(shù)為 0，則表明數(shù)據(jù)正確；當余數(shù)不為 0 時，說明數(shù)據(jù)有錯。只要選擇適當?shù)纳啥囗検?G(X)，余數(shù)與 出錯位位置的對應關(guān)系是一定的，由此可以用余數(shù)作為依據(jù)判斷出錯位置從而糾正錯碼。 16. 解： 010 17. 答： （ 1）最大正數(shù) 0 11 111 111 111 111 111 111 111 111 111 11 X = 1+（ 12127 附錄 各章習題參考答案 11 （ 2）最小正數(shù) 0 00 000 000 000 000 000 000 000 000 000 00 X= 3）最大負數(shù) 111 111 11 111 111 111 111 111 111 111 11 X= -1+（ 12127 （ 4）最小負數(shù) 00 000 000 000 000 000 000 000 000 000 00 X=8. 答： （ 1）定點原碼整數(shù)表示： 最大正數(shù)： 數(shù)值 = （ 231 1） 10 最大負數(shù)： 數(shù)值 = -（ 231 1） 10 （ 2）定點原碼小數(shù)表示： 最大正數(shù) = （ 1 2 10 最大負數(shù) = -（ 1 2 10 19. 解： x 原 = x 補 = 補 = y 原 = y 補 = 補 = 0. 證明： 當 1 x 0 時，即 x 為正小數(shù)時， 1 x補 = x 0 因為正數(shù)的補碼等于正數(shù)本身，所以 1 x x n 0， 0 當 1 x - 1 時，即 x 為負小數(shù)，根據(jù)補碼定義有： 2 x 補 = 2 + x 1 （ 即 2 x n 1， 1 若 1 x 0 ， 0，則 x 補 = 2 x = x 若 - 1 x 0， 1，則 x 補 = 2 x = 2 + x 所以有 x補 = 2 x ，當 01,010,10 證。 21. 解： x 補 = y 補 = 0 111 111 111 111 111 111 111 111 111 1111 0 111 111 111 111 111 111 111 111 111 1111 計算機組成原理（第 3 版） 12 21x補 = 21x 補 = 41x補 = 41x 補 = = =2. 證明： 當 x 0 時， x 0 = 0， x補 = 0. x 1 x 2x n = x i 2 x 當 x 0 時， x 0= 1， x補 = 1. x 1 x 2x n =2+ x 所以 x = 1. x 1 x 2x 0. x1 x2x n = x i 2 綜合上述兩種情況，可得出： X = 補碼與真值的關(guān)系）。 第 3 章 習題參考答案 1. （ 1） B （ 2） D （ 3） B （ 4） C （ 5） D （ 6） C （ 7） A （ 8） B （ 9） B （ 10） D （ 11） B （ 12） D（ 13） A 2. 解： （ 1） （ 2） （ 3） . 解： X+Y變補 = （ 312022） 8 補 = （ 110000） 8 溢出（兩符號位 01） 4. 解：（運算過程請參考書中例題） （ 1） 1， 101011000010 （ 2） 0， 000011010010 （ 3） 1， 000011010010 （ 4） 0， 011000111001 5. 解：（運算過程請參考書中例題） （ 1） X/Y原 =1， 11000；余 = 2） X/Y原 =1， 11010；余 = 3） X/Y原 =1， 10000；余 = 4）溢出 6. 答：原碼一位乘法運算過程中，每一步相加的和有可能往前有進位，所以部分積的符號位用一位，以保留往前的進位，然后再進行右移操作； 原碼兩位乘法中的運算過程使用了補碼運算，由于有乘 2 運算，也就 是往左移操作，每一步相加的和有可能往前有進位，且有可能影響兩個符號位，所以部分積的符號位要三位，以保留往前的進位，然后進行右移操作時可以根據(jù)最高符號位確定往右補的編碼。 7. 答： 運算器的基本結(jié)構(gòu)應包括以下幾個部分： 附錄 各章習題參考答案 13 (1) 能實現(xiàn)算術(shù)和邏輯運算功能的部件 (2) 存放待加工的信息或加工后的結(jié)果信息的通用寄存器組； (3) 按操作要求控制數(shù)據(jù)輸入的部件：多路開關(guān)或數(shù)據(jù)鎖存器； (4) 按操作要求控制數(shù)據(jù)輸出的部件：輸出移位和多路開關(guān)； (5) 計算器與其它部件進行信息傳送的總線以及 總線接收器與發(fā) 送器；總線接收器與發(fā)送器通常是由三態(tài)門構(gòu)成的。 8. 答：浮點加減運算的運算步驟包括：對階、求和、規(guī)格化、舍入、溢出判斷。規(guī)則及示例請見書中“浮點加減法運算”一節(jié)。 9. 解： 原碼加減交替法的規(guī)則是： 當余數(shù)為正時，商上 1，余數(shù)左移一位，減除數(shù)絕對值得新余數(shù)； 當余數(shù)為負時，商上 0，余數(shù)左移一位，加除數(shù)絕對值得新余數(shù)。 X原 = Y原 = X| = |Y| = -|Y|補 = 算過程如圖所 示 所以， 1 1 = 0 X/Y原 = Q原 = R原 = 2 （余 數(shù) R） 商 Q 操作說明 0 0. 1 0 0 1 +） 1 1. 0 1 0 1 X| +-|Y|補 1 1. 1 1 1 0 1 1. 1 1 0 0 +） 0 0. 1 0 1 1 0 得 0，商上 1 余數(shù)與商左移一位 +-|Y|補 0 0. 0 0 1 1 0 0. 0 1 1 0 +） 1 1. 0 1 0 1 0. 1 1 得 0，商上 1 余數(shù)與商左移一位 +-|Y|補 1 1. 1 0 1 1 1 1. 0 1 1 0 +） 0 0. 1 0 1 1 0. 1 1 0 得 0，商上 1 商左移一位，余數(shù)不動 10. 答： （ 1）定點表示法，例如定點小數(shù)，帶符號 n+1 位數(shù)時： 小于 2：下溢，當 0； 大于 1：上溢。 （ 2）浮點表示法，規(guī)格化后，從階碼上分析溢出： 階碼很小時：下溢，當 0； 階碼超出最大值時：上溢。 11. 答： 請參考本章先行進位 的有關(guān)描述。 12. 解： （ 1）浮點乘法規(guī)則： N 2 = )(2 21)( 21 （ 2）階碼求和： 0 （ 3）尾數(shù)相乘： 被乘數(shù) =乘數(shù) 數(shù)絕對值相乘得積的絕對值，積的符號位 = 0 0 = 0。按無符號陣乘法器運算得： N 2 = 20 4）尾數(shù)規(guī)格化、舍入（尾數(shù)四位） 2)01(221 2) 13. 解： （ 1）組成最低四位的 74181 進位輸出為： = G + P G + P 向第 0 位進位。 其中， G = = 以， 2）設標準門延遲時間為 T， “ 與或非門 ” 延遲時間為 ，則進位信號 最低位傳至 經(jīng)一個反向器、兩極 “ 與或非門 ” ，故產(chǎn)生 最長延遲時間為： T + 2 4T （ 3）最長求和時間應從施加操作數(shù)到 一片 74181 有 3 級 “ 與或非門 ” （產(chǎn)生控制參數(shù) ），第二、三片 74181 共 2 級反向器和 2 級 “ 與或非門 ” （進位鏈），第四片 7181 求和邏輯（ 1 級 “ 與或非門 ” 和 1 級半加器，設其延遲時間為 3T），故總的加法時間為： 3 2T + 2 3T = 14T 附錄 各章習題參考答案 15 14. 解： 因 )()(2 ，求 X+數(shù)求和及規(guī)格化等步驟。 （ 1）對階： J= 2（ +10） 2=（ 2 所以 ,根據(jù)式（ 1） x（ 0. 補 = x補 y補 = x補 （ 0. 即 xy補 = x補 （ 0. + （ 3） 被乘數(shù) x 與乘數(shù) y 的符號任意，以補碼表示。 只要將式（ 1）與式（ 2）綜合起來便得到補碼乘法的統(tǒng)一算式 ， 如下： xy補 = x補 （ 0. - x補 x補 0. =x補 -1+ +x補 y 17. 解： （ 1）設 x 的尾數(shù)， y 的尾數(shù)，則 （ 10 = （ 2 = 2 = （ 10 = （ +2 = 2）求 z = x y 的二進制浮點規(guī)格化結(jié)果。 （ A）對階： 設 x 的階碼為 jx, （ +01） 2， （ +10） 2, （ 01） 2 （ 10） 2 = （ 2，小階的尾數(shù) 移一位 ， （ 2， （ 10） 2 = 舍入后， （ 00） 2，對階完畢。 22 )1 0 10(1 22 1 0 10(2 22 Sy B）尾數(shù)相減 = = = 尾數(shù)求和絕對值大于 1 尾數(shù)右移一位，最低有效位舍掉，階碼加（右規(guī)），則 = 格化數(shù)）， 11 附錄 各章習題參考答案 17 （ C）規(guī)格化結(jié)果 8. 解： （ 1） 1134=128+6=（ 1000 0110） 2，所以 x 的機器數(shù)為（ 1000 0110） 2，故 內(nèi)容為 86H。 246=255 1111 0110） 2，所以 y 的機器數(shù)為（ 1111 0110） 2。 1000 0110） 2+（ 0000 1010） 2=（ 0 1001 0000） 2，最前面的 0 表示加法器的進位，故 內(nèi)容為 90H。 x+y：（ 1000 0110） 2+（ 1111 0110） 2=（ 1 0111 1100） 2，最前面的 1 表示加法器的進位，故 內(nèi)容為 7 （ 2） m 的機器數(shù)與 x 的機器數(shù)相同，都為 86H=（ 1000 0110） 2，解釋為帶符號整數(shù) m（用補碼表示）時，其值為（ 010） 2= 機器數(shù)與 機器數(shù)相同，都為 90H=（ 1001 0000） 2，解釋為帶符號整數(shù) 補碼表示）時，其值為 -（ 111 0000） 2= （ 3）這四種運算能利用同一個加法器及輔助電路實現(xiàn)。 其理由如下：由于 n 位加法器實現(xiàn)的是模 2n 無符號整數(shù)加法運算， 對于無符號整數(shù) a和 b， a+b 可以直接用加法器實現(xiàn)，而 用 a 加 b 的補碼實現(xiàn)，即 a+ （ 所以 n 位無符號整數(shù)加 /減法運算都可在 n 位加法器中實現(xiàn)；由于帶符號整數(shù)用補碼表示，補碼加 /減法運算公式為： a+b補 =a補 b補 （ =a補 （ 所以 減法運算都可在 n 位加法器中實現(xiàn)。 （ 4）帶符號整數(shù)加 /減運算的溢出判斷規(guī)則為：若加法器的兩個輸入端（加數(shù)）的符號相同，且不同于輸出端（和），則結(jié)果溢出。 第 4 章 習題 參考答案 1. （ 1） B （ 2） C （ 3） B （ 4） C （ 5） D （ 6） C （ 7） A （ 8） D （ 9） D （ 10） D （ 11） B （ 12） D （ 13） D （ 14） D （ 15） C （ 16） D 2. 答：略 3. 答： 請參考本章主存儲器有關(guān)描述。 4. 答： 請參考本章主存儲器有關(guān)描述。 5. 答： 主存儲器的基本組成： （ 1）貯存信息的存儲體。一般是一個全體基本存儲單元按照一定規(guī)則排列起來的存儲陣列。存儲體是存儲器的核心。 （ 2）信息的尋址機構(gòu)，即讀出和寫入信息的地址選擇機構(gòu)。這包括：地址寄存器（ 地址譯碼器。地址譯碼器完成地址譯碼，地址寄存器具有地址緩沖功能。 （ 3）存儲器數(shù)據(jù)寄存器 數(shù)據(jù)傳送中可以起數(shù)據(jù)緩沖作用。 計算機組成原理（第 3 版） 18 （ 4）寫入信息所需的能源，即寫入線路、寫驅(qū)動器等。 （ 5）讀出所需的能源和讀出放大器，即讀出線路、讀驅(qū)動器和讀出放大器。 （ 6）存儲器控制部件。包括主存時序線路、時鐘脈沖線路、讀邏輯控制線路，寫或重寫邏輯控制線路以及動態(tài)存儲器的定時刷新線路等，這些線路總稱為存儲器控制部件。 6. 答： 在 導體存儲器中，根據(jù)存儲信息機構(gòu)的原理不同，又分為靜態(tài) 動態(tài) 儲器（ 前者利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來保存信息，只要不斷電，信息不會丟失，后者利用 容存儲電荷來保存信息，使用時需不斷給電容充電才能使信息保持。 7. 答： 對動態(tài)存儲器要每隔一定時間（通常是 2全部基本存儲元的存儲電容補充一次電荷，稱為 刷新， 2刷新間隔時間。由于存放信息的電荷會有泄漏，動態(tài)存儲器的電荷不能象靜態(tài)存儲器電路那樣，由電源經(jīng)負載管源源不斷地補充，時間一長，就會丟失信息，所以必須刷新。常用的刷新方式有兩種：集中式刷新、分布式刷新。 8. 答： （ 1）靜態(tài)存儲器： 易失性存儲器 （ 2）動態(tài)存儲器： 易失性存儲器 （ 3） 路存儲器： 易失性存儲器 （ 4）只讀存儲器： 非易失性存儲器 （ 5）隨機存取存儲器： 不確定 9. 答： 高速緩沖存儲器、多體交叉存儲器。 10. 答： （ 1）方案一：順序方式 (a) 主存地址被分成高 n 位和低 m 位，高位（ n）表示模塊號，低位（ m 位）表示塊內(nèi)地址； (b) 在一個模塊內(nèi)，程序是從低位地址連續(xù)存放； (c) 對連續(xù)單元存取，一般僅對一個模塊操作 (d) 特點：多模塊并行工作；易擴充容量；故障局部性。 （ 2）方案二：交叉方式 (a) 主存地址被分成高 n 位和低 m 位，低位（ m 位）表示模塊號，高位（ n）表示塊內(nèi)地址； (b) 各模塊間采用多模塊交叉編址； (c) 對連續(xù)單元存取，則多個模塊并行工作 (d) 特點：多模塊并行工作，速度快；不易擴展；故障全局性。 11. 答： 請參考本章高速緩沖存儲器有關(guān)描述。 12. 答： A：； B：； C：； D：； E：； 13. 答：（ 3）（ 5）（ 10）（ 11） 14. 答： 請參考本章存儲器的分級結(jié)構(gòu)和虛擬存儲器等有關(guān)描述。 15. 解： 附錄 各章習題參考答案 19 （ 1）主存容量 4096 128B=219 故主存地址共有 19 位 （ 2）頁內(nèi)地址 7 位 組地址 4 位 主存字塊標記 19 7 4 8 （ 3）引入 構(gòu)的目的是為了解決主存和 而采用虛擬存儲結(jié)構(gòu)目的是解決主存容量不足的問題 16. 解： 64 片； 19 位； 8 位 17. 解：最小的和 =18 （ 1）地址線： 16 根，數(shù)據(jù)線： 2 根 （ 2）地址線： 17 根，數(shù)據(jù)線： 1 根 18. 解：（ 1） 16K；（ 2） 128 片；（ 3） 4 位 19. 解：需要 32 個芯片。 請參考本章存儲器與中央處理器的連接有關(guān)例題。 20. 解： 頁面容量為： 412B 程序地址空間： 231B 故虛頁號字段位數(shù) =319 頁表長度 =219 虛擬地址格式： 21. 解： （ 1） 量 64塊 8以 塊內(nèi)地址為 13 位（第 0 位到第 12 位）； 塊地址為 16 13 3 位（第 13 位到第 15 位）； （注：塊地址也可以稱為 頁面標記為 20 16 4 位（第 16 位到第 19 位） （ 2） 35303H 0011 0101 0011 0000 0011 所以區(qū)號 0011 塊號 010 塊內(nèi)地址 1 0011 0000 0011 （ 3） 8 塊 主存的第 k 塊映射到 第 k 個塊 22. 答： 存儲器和寄存器不是一回事。存儲器在 門用來存放程序和數(shù)據(jù)，訪問存儲器的速度較慢。寄存器屬于 問寄存器的速度很快。 邏輯頁號（ 19 位： 12 頁內(nèi)行地址（ 12 位： 0 計算機組成原理（第 3 版） 20 23. 答： 存儲器的主要功能是用來保存程序和數(shù)據(jù)。存儲系統(tǒng)是由幾個容量、速度和價格各不相同的存儲器用硬件、軟件 以及 硬件與軟件相結(jié)合的方法連接起來的系統(tǒng)。把存儲系統(tǒng)分成若干個不同層次的目的是為了解決存儲容量、存取速度和 價格之間的矛盾。由高速緩沖存儲器、主存儲器 和 輔助存儲器構(gòu)成的三級存儲系統(tǒng)可以分為兩個層次，其中高速緩沖和主存間稱為 存存儲層次（ 儲系統(tǒng)）；主存和輔存間稱為主存輔存存儲層次（虛擬存儲系統(tǒng)）。 24. 答： 存取周期是指主存進行一次完整的讀寫操作所需的全部時間，即連續(xù)兩次訪問存儲器操作之間所需要的最短時間。存取時間是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。存取周期一定大于存取時間。 25. 解： （ 1）需 1024 1 的芯片 128 片。 （ 2）該存儲器所需的地址線總位數(shù)是 14 位，其 中 2 位用于選板， 2 位用于選片， 10位用作片內(nèi)地址。 26. 解： 順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出 m=8個字的信息總量都是 ： q = 64 位 8 =512 位 順序存儲器和交叉存儲器連續(xù)讀出 8個字所需的時間分別是 ： 8 200160016 10 S） T + （ m1） t =200 750 550 10 （ S） 順序存儲器帶寬 q/ 512 / （ 1610 = 32 107（位 /S） 交叉存儲器帶寬 q/ 512/ （ 0 = 73 107（位 /S） 27. 解： 主存地址分布及芯片連接圖如圖 4據(jù)給定條件，選用 K 16位 芯片 1 片， K16 位芯片 4 片 ， 4K 16 位芯片 1 片， 3:8 譯碼器 1 片，與非門及反向器。 附錄 各章習題參考答案 21 圖 4存地址分布及芯片連接圖 行片內(nèi)譯碼 8 組） 28. 證明： 假設 （ 1）存儲器模塊字長等于數(shù)據(jù)總線寬度 ； （ 2）模塊存取一個字的存儲周期等于 T； （ 3）總線傳送周期為 ； （ 4）交叉存儲器的交叉模塊數(shù)為 m。 交叉存儲器為了實現(xiàn)流水線方式存儲，即每通過 時間延遲后啟動下一模塊，應滿足 T = （ 1） 交叉存儲器要求其模塊數(shù) m,以保證啟動某模塊后經(jīng)過 間后再次啟動該模塊時，它的上次存取操作已經(jīng)完成。這樣連續(xù)讀取 m 個字 所需要時間為 ： T + （ m 1） = = （ 2m 1） （ 2） 故存儲器帶寬為 ： 1/ 1/（ 2 （ 3） 而順序方式存儲器連續(xù)讀取 m 個字所需時間為 ： （ 4） 存儲器帶寬為 ： 1/ 1/ （ 5） 比較 （ 3） 和 （ 5） 式可知，交叉存儲器帶寬 于順序存儲器帶寬 29. 解： （ 1）數(shù)據(jù) 容量位 4256 位（ 532 字節(jié)）。因為主存地址為 28 位（ 25628B），其中 6 位為塊內(nèi)地址， 3 位為行號（行索引），所以標記字段占 289 位，即每行有 1位有效位、 19 位標記（ 、 64 字節(jié)（ 512 位）數(shù)據(jù)。在不考慮用于 致性維護和替換算法的控制位時，數(shù)據(jù) 總?cè)萘?=8（ 1+19+512） =4256位 =532字節(jié)。 0 12 R/W 13 15 K 16 S A B C 3： 8 譯碼器 K 16 S R/W K 16 S R/W K 16 S R/W K 16 S R/W K 16 S R/W 計算機組成原理（第 3 版） 22 （ 2）數(shù)組 a031所在主存塊映射到 6 行， a1 1所在主存塊映射到 5 行。 行號 0 5 6 7 a 0 0 a 0 1 5 a 0 1 6 a 0 2 5 5 a 1 0 a 1 1 5 a 1 2 5 5 a 0 3 1 3 2 0 6 21 Ca c h e 主存 5 塊 號 圖 4組 a 在主存中的存放位置及其映射關(guān)系 （ 3）編譯時 i、 j、 數(shù)據(jù)訪問命中率僅考慮數(shù)組 a 的情況。 程序 A 的數(shù)據(jù)訪問命中率：由于程序 A 中數(shù)組訪問順序與存放順序相同，故依次訪問的數(shù)組元素位于相鄰單元；程序共訪問 256 256=64 64K4B/64B=4地址 320正好位于一個主存塊邊界。所以，每塊第一個數(shù) 組元素缺失，其他都命中，其缺失 4數(shù)據(jù)訪問命中率 =（ 64。 程序 于程序 次訪問的數(shù)組元素分布在相隔 1024（即 2564）的單元處，因此依次訪問的前后數(shù)組元素都不在同一個主存塊中，故每個數(shù)據(jù)元素的訪問都不命中，均需要將所在的主存塊調(diào)入 （調(diào)入的塊中只有當前數(shù)組元素被使用，其他均不被使用）。所以，數(shù)據(jù) 缺失次數(shù) =256 256=64訪問命中率 =（ 64。 根據(jù)上述計算 出的命中率，得知程序 以程序 30. 解： （ 1）虛擬地址為 24 位，其中高 12 位為虛頁號。物理地址為 20 位，其中高 8 位為物理頁號。 （ 2） 20 位物理地址中，最低 5 位為塊內(nèi)地址，中間 3 位為 號，高 12 位為標志。 附錄 各章習題參考答案 23 （ 3）在主存中。虛擬地址 001 0000 00000001 1100 0110 0000） 2，查看（ 0000 0000 0001） 2=001于對應的有效位為 1，所以虛擬地址 001 頁表 001理頁號）為 04H（ 0000 0100） 2，與頁內(nèi)偏移量（ 1100 0110 0000） 2 拼接成物理地址：（ 0000 0100 1100 0110 0000） 2=04 對于物理地址（ 0000 0100 1100 0110 0000） 2，所在主存塊只可能映射到 第 3行，即第（ 011） 2 行，由于該行的有效位為 1、標記（值為 105H） 04理地址高12 位），所以訪問該地址時 命中。 （ 4）虛擬地址 024 0000 0010 0100 1011 1001 1100） 2，所以虛擬頁號為 0000 0010 0100） 2，由于 ，因此虛頁號中高 11 位為 低 1 位為 們的值分別為（ 0000 0010 010） 2（即 012H）和 0B，這樣該虛擬地址所對應物理頁面只可能映射到 組。 由于組 0 中存在有效位為 1、標記為 012H 的項，所以訪問 中，即虛擬地址024 第 5 章 習題參考答案 1. 答：略 2. 解：（ 1）（ 4）（ 5） 3. （ 1） B （ 2） D （ 3） B （ 4） C （ 5） C （ 6） B （ 7） C （ 8） D （ 9） B （ 10） A （ 11） A （ 12） C （ 13） C （ 14） A （ 15） D 4. 答： 請參考本章指令系統(tǒng)的要求有關(guān)描述。 5. 答：一臺計算機選擇怎樣的指令格式，涉及多方面因素。一般要求指令的字長要短一些，以得到時間和空間上的優(yōu)勢。但指令也必須有足夠的長度以利于增加信息量。再者，指令字長一般應是機器字符長度的整數(shù)倍以便存儲系統(tǒng)的管理。另外，指令格式的設計還與如何選定指令中操作數(shù)地址的位數(shù)有關(guān)。 6. 解： 設 1 地址指令有 X 條 （ 24*26*26=M 得： X=（ 24*26. 解： 由于設定全部指令采用 8 位固定的 段，故這臺計算機最多的指令條數(shù)為 28=256條。因此最多還可以設計出（ 256單操作數(shù)指令。 8. 答：不能。 9. 解：可以，具體方案： 計算機組成原理（第 3 版） 24 4 條三地址指令 8 條二地址指令 192 一地址指令（ 192=24*23） 10. 答：寄存器尋址；寄存器間址；立即數(shù)尋址；變址尋址、基址尋址、相對尋址。 11. 答： 請參考本章指令系統(tǒng)的分類有關(guān)描述。 12. 答：指令是靈活多變的，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：指令格式多樣；尋 址方式豐富；指令類型多種；操作碼位數(shù)可隨地址碼個數(shù)變化而變化（擴展操作碼方式）；指令長度可變等。 13. 答： 基址尋址方式和變址尋址方式，在形式上是類似的。但用戶可使用變址尋址方式編寫程序，而基址尋址方式中對于基址寄存器，用戶程序無權(quán)操作和修改，由系統(tǒng)軟件管理控制程序使用特權(quán)指令來管理的。再者基址尋址方式主要用以解決程序在存儲器中的定位和擴大尋址空間等問題。 14. 答： 請參考本章指令尋址方式有關(guān)描述。 15. 答： （ 1）堆棧的概念 是若干個存儲單元 (或寄存器 )的有序集合，它順序地存放一組元素。 數(shù)據(jù)的存取都只能在棧頂單元內(nèi)進行，即數(shù)據(jù)的進棧與出棧都只能經(jīng)過棧頂單元這個“出入口”。 堆棧中的數(shù)據(jù)采用“先進后出”或“后進先出”的存取工作方式。 （ 2）堆棧結(jié)構(gòu)在計算機中的作用 具有堆棧結(jié)構(gòu)的機器使用零地址指令，這不僅合指令長度短，指令結(jié)構(gòu)簡單，機器硬件簡化。 實現(xiàn)程序調(diào)用，子程序嵌套調(diào)用和遞歸調(diào)用。 對于“中斷”技術(shù)，堆棧更是不可缺少的，保存“斷點”和“現(xiàn)場”。 （ 3）堆棧的操作 設數(shù)據(jù)進棧方向為從高地址向低地址發(fā)展，當向堆棧壓入數(shù)據(jù)時， 內(nèi)容先自動遞減而指向一個新的空棧頂單元，再把 數(shù)據(jù)寫入此棧頂單元；當數(shù)據(jù)彈出堆棧時，立即讀出指向的棧頂單元內(nèi)容，再把 容自動遞增而指向新的棧頂位置。即 X； (1X)( X； (X (16. 答： （ 1）數(shù)據(jù)傳送指令，源操作數(shù)是寄存器尋址，終點操作數(shù)也是寄存器尋址； （ 2）數(shù)據(jù)傳送指令，源操作數(shù)是寄存器間址，終點操作數(shù)是寄存器尋址； 附錄 各章習題參考答案 25 （ 3）加法指令，源操作數(shù)是變