計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題及答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上簡(jiǎn)答題1.什么是存儲(chǔ)程序原理？按此原理，計(jì)算機(jī)應(yīng)具有哪幾大功能？1.答：存儲(chǔ)程序原理是用戶事先編號(hào)的程序先存入主存中，然后CPU在從主存中取出指令、運(yùn)行指令。按此原理，計(jì)算機(jī)應(yīng)具有輸入輸出設(shè)備，即能把程序和數(shù)據(jù)通過輸入輸出設(shè)備送入主存中；還應(yīng)具有存儲(chǔ)設(shè)備，即內(nèi)存能存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)；最后應(yīng)具有控制器和運(yùn)算器，即CPU能從主存中取出程序和數(shù)據(jù)，并按順序一條一條取出、執(zhí)行。2.存儲(chǔ)器與CPU連接時(shí)，應(yīng)考慮哪些問題？2.答：應(yīng)考慮（1）合理選擇存儲(chǔ)芯片，要考慮芯片的類型和數(shù)量盡量使連線簡(jiǎn)單方便；（2）地址線的連接，將CPU地址線的低位與存儲(chǔ)芯片的地址線相連，以選擇芯片中的某一單

2、元，兒高位則在擴(kuò)充存儲(chǔ)芯片時(shí)用，用來選擇存儲(chǔ)芯片；（3）數(shù)據(jù)線的連接，CPU的數(shù)據(jù)線與存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線不一定相等，相等時(shí)可直接連接，不相等時(shí)要對(duì)存儲(chǔ)芯片進(jìn)行擴(kuò)位，使其相等連接；（4）讀/寫控制線的連接，高電平為讀，低電平為寫；（5）片選線的連接，CPU的高位地址來產(chǎn)生片選信號(hào)。3.什么叫地址重疊區(qū)，什么情況下會(huì)產(chǎn)生地址重疊區(qū)？3.答：存儲(chǔ)系統(tǒng)中的某些存儲(chǔ)單元有多個(gè)地址，這種現(xiàn)象叫地址重疊區(qū)。原因是，存儲(chǔ)系統(tǒng)是由多個(gè)芯片組成的，在產(chǎn)生片選信號(hào)時(shí)，如果只用部分高位地址來產(chǎn)生片選信號(hào)，則有一部分高位地址線沒用，這樣這部分地址線的值就不確定，可以為0也可以為1，所以存儲(chǔ)芯片的地址空間也不確定了，出現(xiàn)了

3、重復(fù)值，產(chǎn)生了地址重疊區(qū)。4.什么叫“對(duì)準(zhǔn)字”和“未對(duì)準(zhǔn)字”，CPU對(duì)二者的訪問有何不同？4.答：CPU訪問的數(shù)據(jù)類型有字節(jié)，半字，字和雙字。若字長(zhǎng)為32位，則字節(jié)8位，半字16位，字32位，雙字64位。對(duì)準(zhǔn)字就是存儲(chǔ)這四種數(shù)據(jù)類型時(shí)，字節(jié)的起始地址任意，半字的起始地址為2的倍數(shù)，字的起始地址為4的倍數(shù)，雙字的起始地址為8的倍數(shù)。未對(duì)準(zhǔn)字就是四種數(shù)據(jù)類型在存儲(chǔ)時(shí)都任意，無論從哪個(gè)存儲(chǔ)單元開始都可以。CPU訪問對(duì)準(zhǔn)字只要一個(gè)存儲(chǔ)周期就行了，因?yàn)閷?duì)準(zhǔn)字都在同一行，能同時(shí)選中；訪問未對(duì)準(zhǔn)字需要多個(gè)存取周期，引文他們對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元可能不在同一行。5.中斷周期的前和后各是CPU的什么工作周期，如何工作？

4、5.答：中斷周期的前一周期是指令的執(zhí)行周期，CPU根據(jù)指令的操作碼，發(fā)出不同的操作指令完成指令的執(zhí)行；中斷周期的后一周期是取指周期，因?yàn)橹袛嘀芷谑侵噶钪芷诘淖詈笠粋€(gè)周期，若執(zhí)行周期結(jié)束，有中斷請(qǐng)求且符合中斷執(zhí)行的條件則進(jìn)入中斷周期，當(dāng)中斷周期結(jié)束時(shí)，就進(jìn)入的下一條指令的取指周期，取指周期主要是根據(jù)程序計(jì)數(shù)器的值，從主存中把要執(zhí)行的指令取到cpu中來分析、執(zhí)行。6.為什么要設(shè)置總線標(biāo)準(zhǔn)，你知道目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些？6.答：總線標(biāo)準(zhǔn)可視為系統(tǒng)與各模塊、模塊與模塊之間的一個(gè)互連的標(biāo)準(zhǔn)界面。如果沒有總線標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)設(shè)備之間如果要傳送數(shù)據(jù)，就必須相互了解特征、屬性，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)有多種設(shè)備，每個(gè)設(shè)備的特

5、征都各不想通過，相互之間傳送數(shù)據(jù)都要有獨(dú)立的數(shù)據(jù)線，這樣數(shù)據(jù)線就很復(fù)雜，且設(shè)備的接口多。使用了總線標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)設(shè)備就只有一個(gè)接口接向總線，而不需要了解其他設(shè)備的接口特點(diǎn)。目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有：EISAPCIUSBAGPRS232等等。計(jì)算器1.設(shè)某機(jī)有4個(gè)中斷源A、B、C、D，其硬件排隊(duì)優(yōu)先次序?yàn)锳>B>C>D，現(xiàn)要求將中斷處理次序改為D>A>C>B。（1）寫出每個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)的屏蔽字（2）按圖時(shí)間軸給出的四個(gè)中斷源的請(qǐng)求時(shí)刻，畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。設(shè)每個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)間均為20us。1.答：（1）在中斷處理次序改為D>A>C>B后

6、，每個(gè)中斷源新的屏蔽字如下：中斷源屏蔽字A 1 1 1 0B 0 1 0 0C 0 1 1 0D 1 1 1 12.請(qǐng)寫出數(shù)據(jù)的海明碼，用4位校驗(yàn)位，采用偶校驗(yàn)。根據(jù)海明碼的定義有：D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 P4 D4 D3 D2 P3 D1 P2 P11 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0P1=D1D2D4D5D7D9D11=0100011=1P2=D1D3VD4D6D7D10D11=0101001=1P3=D2D3D4D8D9D10D11=1101101=1P4=D5D6D7D8D9D10D11=0101101=0所以，數(shù)據(jù)的海明碼為1 0 1 1 0 1 0 0

7、0 1 1 1 0 1 1加上下劃線為校驗(yàn)位。3.CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，Cache完成存取次數(shù)為3800次，主存完成存取的次數(shù)為200次，已知Cache存取周期為50ns，主存為250ns，求Cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時(shí)間。3.解：命中率H=3800/(3800+200)=0.95平均訪問時(shí)間為Ta=50*0.95+250*（1-0.95）=60ns效率e=50/60*100%=83.33%4.已知某8位機(jī)的主存采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，地址碼為18位，若使用4K*4位RAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并選用模塊條的形式，問：（1）若每個(gè)模塊條為32k*8位，共需幾個(gè)模塊條（2）每個(gè)模

8、塊內(nèi)共有多少片RAM芯片（3）主存共需多少RAM芯片？CPU如何選擇各模塊條？4.地址線為18位的8位機(jī)主存容量為218*8=256KB(1)共需8個(gè)模塊板(2)每個(gè)模塊板內(nèi)有16片RAM芯片(3)主存共需128片RAM芯片，18根地址線分配如下：A11-A0作為4K*4位芯片本身的地址線；A14-A12作為模塊板內(nèi)片選地址，采用74LS138譯碼器，共8個(gè)輸出，每個(gè)輸出選擇2片4K*4位的RAM芯片；A17-A15作為模塊板的地址，用74LS138譯碼器，每個(gè)輸出選8個(gè)模塊板中的任一塊。5.CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，Cache完成存取次數(shù)為5000次，主存完成存取的次數(shù)為200次，已知Cache

9、存取周期為40，主存為160，求命中率，Cache/主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時(shí)間。解：命中率H=Nc/（Nc+Nm）=5000/（5000+2000）=5000/5200=0.96主存慢于cache的倍率R=Tm/Tc=160ns/40ns=4訪問效率：（）+（）×./:2分平均訪問時(shí)間.n6某磁盤存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)速為3000 rpm，共有4個(gè)記錄盤面，道密度為5 tpm，每道記錄信息12288 B,最小磁道直徑為230 mm，共有275道，求：（1）磁盤存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量（2）最高位密度和最低位密度（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率（4）平均等待時(shí)間（1）每道記錄信息容量=12288B每個(gè)記錄面信息容量=

10、12288B*2754個(gè)記錄面信息容量=12288B*275*4=B（2）最高位密度D1按最小磁道半徑R1=115mm計(jì)算D1=12288/(2*3.14*115)=17 Bpm最低位密度D2按最大磁道半徑R2計(jì)算R2=R1+(275/5)=115+55=170mmD2=12288/(2*3.14*170)=11.5 Bpm（3）磁盤數(shù)據(jù)傳輸率C=NrN為每道信息容量12288Br=3000 rpm=50r/sC=Nr=12288*50=Bps（4）平均等待時(shí)間=(1/50)/2=1/100 s=10ms7要求用128K16的SRAM芯片組成512K16隨機(jī)存儲(chǔ)器，用64K16的EPROM芯片

11、組成128K16的只讀存儲(chǔ)器。試問：（1）數(shù)據(jù)寄存器多少位？（2）地址寄存器多少位？（3）兩種芯片各需多少片？（4）若EPROM的地址從00000H開始，RAM的地址從A0000H開始，寫出各芯片的地址分配情況（1）芯片都是*16的，數(shù)據(jù)寄存器的位數(shù)為16位（2）存儲(chǔ)器的總?cè)萘繛?12K+128K=640K,則需要220=1024K的地址才能把所有存儲(chǔ)單元都能尋址。地址寄存器是20位；（3）128k*16組成512k*16，需要4片，64k*16組成128k*16，需要2片（4）按照題目的要求，地址信號(hào)和地址分配如下：A19 A18 A17 A16 A15-A00 0 0 0 0-0 EPRO

12、M1:00000H1FFFFH0 0 0 1 1-10 0 1 0 0-0 EPROM2:20000H3FFFFH0 0 1 1 1-10 1 0 0 0-0 EPROM3:40000H5FFFFH0 1 0 1 1-10 1 1 0 0-0 EPROM3:60000H7FFFFH0 1 1 1 1-11 0 1 0 0-0 RAM1:A0000HAFFFFH1 0 1 0 1-11 0 1 1 0-0 RAM2:B0000HBFFFFH1 0 1 1 1-18CPU內(nèi)有32個(gè)32位的通用寄存器，設(shè)計(jì)一種能容納64種操作的指令系統(tǒng)。假設(shè)指令字長(zhǎng)等于機(jī)器字長(zhǎng)，回答下列問題：（1）如果主存可直接或

13、間接尋址，采用寄存器-存儲(chǔ)器型指令，能直接尋址的最大存儲(chǔ)董建是多少？畫出指令格式并說出各字段的含義。（2）在滿足（1）的前提下，如果采用通用寄存器作基址寄存器，則上述寄存器-存儲(chǔ)器型指令的指令格式有何特點(diǎn)？畫出指令格式并指出這類指令可訪問多大的存儲(chǔ)空間？寄存器是32位，則機(jī)器字長(zhǎng)為32位，指令字長(zhǎng)等于機(jī)器字長(zhǎng)為32位（1）指令格式為：OP 6寄存器號(hào)R 5形式地址A 2164種操作，則操作碼需要6位；32個(gè)寄存器，則寄存器號(hào)需要5位；剩下21位為形式地址。直接尋址的最大空間為221=2M字（2）滿足（1），采用寄存器-存儲(chǔ)器型指令，尋址方式用基址尋址方式，則需要加上寄存器號(hào)，指令格式為：OP

14、6寄存器號(hào)1R 5寄存器號(hào)2R 5形式地址A 16寄存器號(hào)1為第一操作數(shù)；寄存器號(hào)2和形式地址構(gòu)成第二操作數(shù)，用的是基址尋址方式，寄存器為32位，按照基址尋址方式EA=(R)+A，則EA為32位，所以尋址空間為232=4G字9磁盤組有6片磁盤，最外兩側(cè)盤片可以記錄，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層密度為400位/cm，轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分。（1）共有多少存儲(chǔ)面可用?（2）共有多少柱面（3）盤組總存儲(chǔ)容量是多少（4）數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（1）6片，最外兩側(cè)可以記錄，則有12個(gè)存儲(chǔ)面可用（2）柱面即磁道面，（33-22）/2=5.5cm，磁道數(shù)為40道/cm*5.5cm

15、=220道則有220個(gè)柱面（3）內(nèi)徑22cm，周長(zhǎng)為3.14*22=69.08cm，內(nèi)層密度為400位/cm，則一條磁道的容量為69.08*400=27632位=3454B盤組總存儲(chǔ)容量為：3454*220*12=9MB（4）數(shù)據(jù)傳輸率為每條磁道容量*轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分，即60轉(zhuǎn)/秒3454*60=200KB/S10.將十進(jìn)制數(shù)-0.625轉(zhuǎn)換為IEEE短浮點(diǎn)數(shù)；采用IEEE754單精度浮點(diǎn)數(shù)格式表示一個(gè)數(shù)為H,則該數(shù)的值是多少？（1）-0.625=-0.101=-1.01*2-1符號(hào)位=1階碼=127-1=1261,0結(jié)果=BFH(2)符號(hào)位1位，階碼8位（用移碼表示，移碼為127）

16、，尾數(shù)數(shù)值為23位，隱含1位，用原碼表示，0100 0101 0001 0000 0000 0000 0000 00000,，0此數(shù)為正數(shù)，階碼為138-127=11，尾數(shù)為1.001=1.125數(shù)值為1.001*211=1001*28=9*256=2304應(yīng)用題1.為某8位微機(jī)（地址總線為16位）設(shè)計(jì)一個(gè)12KB容量的存儲(chǔ)器，要求EPROM區(qū)為8KB，從0000H開始，采用2716芯片（2K*8）；RAM區(qū)為4KB，從2000H開始采用6116芯片（2K*8）。求：（1）對(duì)各芯片的地址分配；（2）指出各芯片的片內(nèi)選擇地址線和芯片選擇地址線；（3）采用74LS138譯碼器，畫出片選地址譯碼電路

17、。1.解：（1）EPROM需要4片，從0000H開始；RAM需要2片從2000H開始，芯片都是2K*8的，則片內(nèi)地址需要11根，從A0-A10地址分配如下：A15 A14 A13 A12 A11 A10-A00 0 0 0 0 0-0 EPROM1：0000H-07FFH0 0 0 0 0 1-10 0 0 0 1 0-0 EPROM2：0800H-0FFFH0 0 0 0 1 1-10 0 0 1 0 0-0 EPROM3：1000H-07FFH0 0 0 1 0 1-10 0 0 1 1 0-0 EPROM4：1800H-1FFFH0 0 0 1 1 1-10 0 1 0 0 0-0 RA

18、M1：2000H-07FFH0 0 1 0 0 1-10 0 1 0 1 0-0 RAM2：2800H-2FFFH0 0 1 0 1 1-1（2）用低位地址作為芯片的片內(nèi)選擇地址線，6個(gè)芯片都是2K*8的，片內(nèi)地址需要11根，則從A0-A10，6個(gè)芯片需要3位地址才能實(shí)現(xiàn)片選，使用A11-A13.（3）用74LS138譯碼器，A11-A13接CBA，/Y0-/Y5即可作為6個(gè)芯片的片選信號(hào)，電路圖如下：2.假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)為16位，CPU內(nèi)有32個(gè)通用寄存器，主存容量為128KB，且存儲(chǔ)字長(zhǎng)等于機(jī)器字長(zhǎng)；指令長(zhǎng)度為16位或32位，共有128條指令，設(shè)計(jì)指令格式，要求有直接、立即數(shù)、相對(duì)、基址、間接

19、、變址六種尋址方式，畫出指令格式，寫出有效地址的計(jì)算方法、尋址空間、立即數(shù)的范圍2.解：128條指令，需要操作碼7位；主存容量為128KB，若能把所有主存空間都訪問完需要17位地址線；機(jī)器字長(zhǎng)為16位，則寄存器的位數(shù)也為16位，32個(gè)通用寄存器，寄存器號(hào)需要5位；六種尋址方式，需要尋址特征位3位，指令格式如下：直接尋址：指令字長(zhǎng)16位，形式地址A為6位，EA=A，尋址空間為26=64BOP 7尋址特征3形式地址A 6立即數(shù)尋址：指令字長(zhǎng)16位，立即數(shù)A為6位，沒有有效地址，A的范圍為-32-+31OP 7尋址特征3立即數(shù)A 6相對(duì)尋址：指令字長(zhǎng)16位，形式地址A為6位，EA=(PC)+A,PC

20、為17為，尋址空間為217=128KBOP 7尋址特征3形式地址A 6基址尋址：指令長(zhǎng)度為32位，寄存器號(hào)5位，形式地址A為17位，EA=(R)+EA,寄存器為16位，則EA為17位，尋址空間為217=128KBOP 7尋址特征3寄存器號(hào)R 5形式地址A 17間接尋址：指令字長(zhǎng)16位，形式地址A為6位，EA=（A),存儲(chǔ)字長(zhǎng)等于機(jī)器字長(zhǎng)，則（A）為16位，尋址空間為216=64KBOP 7尋址特征3形式地址A 6變址尋址：指令長(zhǎng)度為32位，寄存器號(hào)5位，形式地址A為17位，EA=(R)+EA,寄存器為16位，則EA為17位，尋址空間為217=128KBOP 7尋址特征3寄存器號(hào)R 5形式地址A

21、 173.某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)32位，有16個(gè)通用寄存器，主存容量為1M字，采用單字長(zhǎng)二地址指令，共有64條指令，設(shè)計(jì)四種（寄存器，直接，變址，相對(duì)）尋址方式的指令格式，指出每種尋址方式的有效地址計(jì)算方法和尋址空間。3.解：字長(zhǎng)為32位，采用單字長(zhǎng)指令，則指令長(zhǎng)度為32位，16個(gè)通用寄存器，需要寄存器號(hào)為4位，主存容量為1M字，若要訪問到主存的任意空間，則有效地址位數(shù)為20位。4種尋址方式，尋址特征需要2位，64條指令，操作碼需要6位。寄存器尋址：指令字長(zhǎng)為16位，不需要計(jì)算有效地址，不需要訪存取操作數(shù)OP 6尋址特征2寄存器號(hào)R1 4寄存器R2 4直接尋址：指令字長(zhǎng)為32位，有效地址EA=A，A為2

22、0位，訪存空間為220=1MOP 6尋址特征2寄存器號(hào)R1 4形式地址A 20變址尋址尋址：指令字長(zhǎng)為32位，字長(zhǎng)為32位，寄存器值也為32位，有效地址EA=(變址寄存器）+A，共為32位，可訪存空間232=4GOP 6尋址特征2寄存器號(hào)R1 4變址寄存器4形式地址A 16相對(duì)尋址OP 6尋址特征2形式地址A 8寄存器尋址：指令字長(zhǎng)為16位，EA=（PC）+A,主存需地址線為20位，則PC為20位，所以EA也為20為，可訪存空間為：220=1M4.用16k*1位的DRAM芯片構(gòu)成64k*8位的存儲(chǔ)器，地址范圍是0000H-FFFFH，問：（1）需要多少片，怎么構(gòu)成，地址怎么分配，畫出片選信號(hào)；

23、（2）設(shè)存儲(chǔ)器讀寫周期均為0.5us，CPU在1us內(nèi)至少要訪存一次?？梢圆扇∈裁此⑿路绞?？?jī)纱嗡⑿碌臅r(shí)間間隔是多少？對(duì)全部存儲(chǔ)單元刷新一遍，所需實(shí)際刷新時(shí)間是多少？4.解：（1）需要32片。先用16k*1位的用位擴(kuò)展成16k*8位的，8片組成一組，這一組除了數(shù)據(jù)線不同之外，其余線的接法完全相同。再用16k*8位的4組用擴(kuò)展成64K*8位，這四組，用高位地址線形成片選線，其余線的接法完全相同。16K需要14根，組內(nèi)地址為A13-A0，每組的地址分配如下：A15 A14 A13-A00 0 0-0 DRAM1組：0000H-3FFFH0 0 1-10 1 0-0 DRAM2組：4000H-7FF

24、FH0 1 1-11 0 0-0 DRAM3組：8000H-BFFFH1 0 1-11 1 0-0 DRAM4組：C000H-FFFFH1 1 1-1用訪存控制信號(hào)，M=1，A15，A14作為74ls138譯碼器的CBA輸入端，/Y4選擇DARM1組，/Y5選擇DRAM2組，/Y6選擇DRAM3組，/Y7選擇DRAM4組，片選產(chǎn)生電路圖如下：（2）64k*8位，216*23位=219位，可寫成210*29行列形式，刷新是以行為單位的，即要刷新所有存儲(chǔ)單元即要刷新1024行。CPU在1us內(nèi)至少要訪存一次，不能采用集中刷新方式，可以采取分散刷新和異步刷新方式.分散刷新：刷一行，讀寫一次，1us時(shí)間內(nèi)正好0.5us刷新，0.5us讀寫，兩次刷新間隔為1us，1024行都刷新完需要1024us，即1.024ms。2ms