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1、 课后答案网1 第一章1 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 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 主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主
2、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 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 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 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。8 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，
3、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。9 计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能用用途；应用程序是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序。10在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程序称为手编程序或目的程序；后来，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序，称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序，源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系
4、统进行解释执行；随着计算机技术的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库管理系统。11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。12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。13（
5、略） 课后答案网2 第二章1（1）6435100011.043.06435)8(110001106435原101110106435补101110016435反001110106435移（2）001011100.0134.012823)8(0 0 01 0 11 112823原0 0 01 0 1 1 112823补0 0 01 0 11 112823反1 0 01 01 1 11 2 823移（3）-127-127=-7F=-1111111-127 原=11111111-127 补=10000001-127 反=10000000-127 移=00000001（4）-1 原=1000 0000-
6、1 补=1000 0000-1 反=1111 1111-1 移=0000 0000（5）-1=-00000001-1 原=1000 0001-1 补=1111 1111-1 反=1111 1110-1 移=0111 1111 课后答案网3 2x 补=a0.a1a2,a6 解法一、（1）若 a0=0,则 x 0,也满足 x -0.5 此时 a1a6可任意（2）若 a0=1,则 x -0.5,需 a1=1 即 a0=1,a1=1,a2a6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,a1 a6任意即可x 补=x=a0.a1a2,
7、a6（2）若 x -0.5 只需-x 0 x 补=-x,0.5 补=01000000 即-x 补 AR M-DR DR-IR R2-AR R1-DR DR-M R30,G,ARiR/W=R DR0,G,R0iPC-AR M-DR DR-IR R3-AR M-DR DR-R 课后答案网19 QQSETCLRDC5脉冲时钟源CLRS32+5VRQQSETCLRDC2QQSETCLRDC1QQSETCLRDC4QQSETCLRDC3T1T2T5T4T35.节拍脉冲T1，T2，T3的宽度实际上等于时钟脉冲的周期或是它的倍数。此处 T1=T2=200ns,T3=400ns，所以主脉冲源的频率应为MHzT
8、f51。为了消除节拍脉冲上的毛刺，环形脉冲发生器采用移位寄存器形式。图中画出了题目要求的逻辑电路图与时序信号关系图。根据时序信号关系，T1，T2，T3三个节拍脉冲的逻辑表达式如下：211*CCT22CT13TTT1用与门实现，T2和 T3则用 C2的Q端和 C1的 Q 端加非门实现，其目的在于保持信号输出时延时间的一致性并与环形脉冲发生器隔离。QQSETCLRDC1QQSETCLRDC2QQSETCLRDC3QQSETCLRDC4脉冲时钟源CLRS32+5VT3 T2 T1R 课后答案网20 1 2 3 4 5 6C4C1C2C3T1T2T36.字节964832*)13*80(7.M=G S3
9、=H+D+F S2=A+B+H+D+E+F+G S1=A+B+F+G C=H+D+Ey+Fy+G 8.经分析，（d,i,j）和（e,f,h）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，剩下的 a,b,c,g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：a bc g0 1 d 10 i 10 f 11 j 11 h*9.P1=1，按 IR6、IR5 转移P2=1，按进位C 转移10.(1)将 C，D 两个暂存器直接接到ALU 的 A，B 两个输入端上。与此同时，除C，D 外，其余 7 个寄存器都双向接到单总线上。移位器R3MARMDRR2R1R0DCIRMPCALU
10、+1+1AB 课后答案网21(2)M-MDR-IR,PC+1R1-MDRM-MDR-CR2-MDRM-MDR-DC+D-MDRMDR-M,R2-DD+1-R2PC-MAR测试取指取源操作数取目的操作数加存回修改送回继指令地址11.(1)假设判别测试字段中每一位作为一个判别标志，那么由于有4 个转移条件，故该字段为 4 位。下地址字段为9位，因为控存容量为512 单元。微命令字段则是（48-4-9）=35 位。(2)对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框图如图所示。其中微地址寄存器对应下地址字，P 字段即为判别测试字段，控制字段即为微命令字段，后两部分组成微指令寄存器。地址转移逻辑的输入是指令寄
11、存器的OP 码、各种状态条件以及判别测试字段所给的判别标志（某一位为1），其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序的分支转移。就是说，此处微指令的后继地址采用断定方式。OP微地址寄存器地址转移逻辑控制存储器地址译码P 字段控制字段指令寄存器 IR状态条件微命令信号,12.(1)流 水 线 的 操 作 周 期 应 按 各 步 操 作 的 最 大 时 间 来 考 虑，即 流 水 线 时 钟 周 期 性nsi100max(2)遇到数据相关时，就停顿第2 条指令的执行，直到前面指令的结果已经产生，因此至少需要延迟2 个时钟周期。(3)如果在硬件设计上加以改进，如采用专用通路技术，就可使流水线不
12、发生停顿。 课后答案网22 13.(1)1 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 51 2 3 4 5 0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t19 t20 1 2 3 4 5 15 16,时间T空间SWBMEMEXIDIF(2)秒条/10*33.810*100*)1205(20)1(69nKnH(3)17.415205*20)1(nKKnTpTsS14.WBEXIDIF空间S时间T 1 2 3 4 5 6 7 8I1I1I1I1I2I2I2I2非流水线时间图WBEXIDIF空间S时间T 1 2 3 4 5 6 7 8I1I1I1I1I2I2I2
13、I2流水线时间图I3I3I3I3I4I4I4I4I5I5I5I5如上两图所示，执行相同的指令，在8 个单位时间内，流水计算机完成5 条指令，而非流水计算机只完成2 条，显然，流水计算机比非流水计算机有更高的吞吐量。15.证：设 n 条指令，K 级流水，每次流水时间则用流水实现Tp=K+(n-1)TpnHp非流水实现Ts=Kn TsnHs1111)-(nKnKKnKKnKnTpTsTsnTpnHsH 课后答案网23 n-时，HsHpn=1 时，1HsHp，则可见 n1 时 TsTp，故流水线有更高吞吐量16.(1)写后读RAW(2)读后写WAR(3)写后写WAW 17.(1)I1I2译码段执行段
14、写回段I2I1I3I4I2I1I5I6I2I4I3I6I5I4I3I2I6I3I5I6I6取/存 加法器 乘法器I3I4(2)I1I2I3I4I5I6FFDDEWEEWFFDDEEEEEWWFFDDEWEEW 课后答案网24 第六章1.单总线结构：它是一组总线连接整个计算机系统的各大功能部件，各大部件之间的所有的信息传送都通过这组总线。其结构如图所示。单总线的优点是允许I/O 设备之间或I/O设备与内存之间直接交换信息，只需 CPU 分配总线使用权，不需要 CPU 干预信息的交换。所以总线资源是由各大功能部件分时共享的。单总线的缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上，所以总线的负载很重，可能
15、使其吞量达到饱和甚至不能胜任的程度。故多为小型机和微型机采用。CPU内存设备接口设备接口,系统总线双总线结构：它有两条总线，一条是内存总线，用于CPU、内存和通道之间进行数据传送；另一条是I/O 总线，用于多个外围设备与通道之间进行数据传送。其结构如图所示。双总线结构中，通道是计算机系统中的一个独立部件，使CPU 的效率大为提高，并可以实现形式多样而更为复杂的数据传送。双总线的优点是以增加通道这一设备为代价的，通道实际上是一台具有特殊功能的处理器，所以双总线通常在大、中型计算机中采用。CPU内存通道I/O 接口I/O 接口I/O 总线内存总线三总线结构：即在计算机系统各部件之间采用三条各自独立
16、的总线来构成信息通路。这三条总线是：内存总线，输入/输出（I/O）总线和直接内存访问（DMA）总线，如图所示。内存总线用于CPU 和内存之间传送地址、数据的控制信息；I/O 总线供 CPU 和各类外设之间通讯用；DMA 总线使内存和高速外设之间直接传送数据。一般来说，在三总线系统中，任一时刻只使用一种总线；但若使用多入口存储器，内存总线可与DMA 总线同时工作，此时三总线系统可以比单总线系统运行得更快。但是三总线系统中，设备到不能直接进行信息传送，而必须经过CPU 或内存间接传送，所以三总线系统总线的工作效率较低。CPU内存接口磁盘机打印机显示器接口接口I/O 总线DMA 总线内存总线2.(1
17、)简化了硬件的设计。从硬件的角度看，面向总线是由总线接口代替了专门的I/O 接口，由总线规范给出了传输线和信号的规定，并对存储器、I/O 设备和 CPU 如何挂在总线上都作了具体的规定，所以，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作CPU 插件、存储器插件以及I/O 插件等，将它们连入总线即可工作，而不必考虑总线的详细操 课后答案网25 作。(2)简化了系统结构。整个系统结构清晰，连线少，底板连线可以印刷化。(3)系统扩充性好。一是规模扩充，二是功能扩充。规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件；功能扩充仅仅需要按总线标准设计一些新插件。插件插入机器的位置往往没有严格的限制。这就使系统扩充既简
18、单又快速可靠，而且也便于查错。(4)系统更新性能好。因为CPU、存储器、I/O 接口等都是按总线规约挂到总线上的，因而只要总线设计恰当，可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，新的插件插到底板上对系统进行更新，而这种更新只需更新需要更新的插件，其他插件和底板连线一般不需更改。3.“A”的 ASCII 码为 41H=01000001B，1 的个数为偶数，故校验位为0；“8”的 ASCII码为 38H=00111000B，1 的个数为奇数，故校验位为1。停止位起始位数据位数据位数据位数据位数据位数据位数据位数据位校验位停止位起始位数据位数据位数据位数据位数据位数据位数据位数据位校
19、验位停止位0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 74.5.中央仲裁器设备接口0设备接口1设备接口n,BSBRBGDA6.中央仲裁器设备接口0设备接口1设备接口n,BG0BG1BGnBR0BR1BR 课后答案网26 竞争设备竞争号设备竞争号接其它设备仲裁总线AB7ABiAB0W7WiW0CN7CNiCN08.C 9.B、A、C 10.A 11.D 12.A 13.14.D、C、A、B 15.B、A、E、D、C 16.C、A、B、D、E 17.PCI 总线上有HOST 桥、PCI/LAGACY总线桥、PCI/PCI 桥。桥在PCI 总线体系结构中起着重要作用，它连接两条总线，使
20、彼此间相互通信。桥是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上，从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表。桥可以实现总线间的猝发式传送，可使所有的存取都按CPU 的需要出现在总线上。由上可见，以桥连接实现的PCI 总线结构具有很好的扩充性和兼容性，允许多条总线并行工作。18.分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤消它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁
21、总线上，分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础。 课后答案网27 竞争设备竞争号设备竞争号接其它设备仲裁总线AB7ABiAB0W7WiW0CN7CNiCN019.总线的一次信息传送过程，大致可分为：请求总线，总线仲裁，寻址，信息传送，状态返回。地址数据总线时钟启动信号读命令地址线数据线认可20.70*8=560MHz/s 第七章1D 2C、D、C、A 3(1)32*12*2=768字节(2)3000*12*16=576000位=72000 字节(3)(4)50*(11+1)*(32+6)*(16+4)*(12+4)=7.3MHz 4(1)80*25*1=2000B 80*25*60=1.2*105
22、字符/s 带宽 1.2*105字符/s(2)60*(7+1)*(80+34)*(7+1)*(25+7)=14MHz 点计数器:8 课后答案网28 字计数器:114 行计数器:8 排计数器:32(3)5MB18*8256*1024*102462*40*9*512=360KB 7设读写一块信息所需总时间为tB，平均找道时间为ts，平均等待时间为tl，读写一块信息的传输时间为tm，则tB=ts+tl+tm 假设磁盘以每秒r 转速率旋转，每条磁道容量为N 个字，则数据传输率=rN 个字/秒。又假设每块的字数为n，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在)/(rNntm秒的时间中传输完毕。tl是磁盘旋转半周
23、的时间，tl=（1/2r）秒。由此可得：21秒rNnrttsB8(1)275*12288*4=12.89MB(2)(3)sKB/60012288*603000(4)ms101000*300060*21(5)台号柱面(磁道)号盘面(磁头)号扇区号16 15 14 6 5 4 3 0此地址格式表示有4 台磁盘，每台有 4个记录面，每个记录面最多可容纳512 个磁道，每道有 16 个扇区。9ms5.721000*240060*2160平均等待时间平均查找时间存取时间sKBDr/480602400*9610 360 转/分=60 转/秒=60 道/秒60 道/秒*15 扇区/道*512B/扇区=450
24、KB/秒写入 4096B 需时：msKBB9.8/4504096秒由于找道时间为1040ms，故平均找道时间为25ms，最大找道时间为40ms 所以平均需时：25ms+8.9ms=33.9ms 最长需时：40ms+8.9ms=48.9ms 课后答案网29 11(1)msmvCD/64000/2/128000字节秒字节(2)传送一个数据块所需时间为秒秒字节字节1251/1280001024t一个数据块占用长度为mssmtvl016.01251*/2*每块间隙L=0.014m，数据块总数为块198674600Ll故磁带存储器有效存储容量为19867 块*1K 字节=19867K 字节12 1 1
25、0 1 0 1 0 0 1 1 0NRZNRZ1PMFMMFM13(1)磁盘内径为：9 英寸-5 英寸=4 英寸内层磁道周长为英寸4.315*14.3*22 R每道信息量=1000 位/英寸*31.4 英寸=3.14*104位磁盘有 100 道/英寸*5 英寸=500 道盘片组总容量：20*500*3.14*104=3.14*108位=314 兆位(2)每转即每道含有信息量3.14*104位，即 3.925*103B 分钟转转转/16020/267/10*925.3/13sBsMB14(1)(30*10-3+10*10-3+3000/500*10-3)*2+4*10-3*1000=96s(2)
26、(30*10-3+5*10-3+3000/1000*10-3)*2+4*10-3*1000=80s 15(1)存储容量从大到小依次为：活动头磁盘存储器，光盘存储器，主存，软磁盘，高速缓存，寄存器组存储周期从大到小依次为：软磁盘，光盘存储器，活动头磁盘存储器，主存，高速缓存，寄存器组(2) 课后答案网30(3)16刷新存储器是用来存储一图像信息以不断提供刷新图像的信号。其存储容量由图像分辨率和灰度级决定。1024*1024*24bit=3MB 17(1)1024*768*3=2.25MB(2)1024*768*3B*72/s=162MB/s 18道转转/2775/277560/4000/1850
27、00BBssB2*220*2775=1.16MB 第八章1.A、B、C 2.B 3.A 4.C 5.组织外围设备和内存进行数据传输；控制外围设备；选择；数组多路；字节多路6.能响应，因为设备A 的优先级比设备B 高。若要设备B 总能立即得到服务，可将设备B从第二级取出来，单独放在第三级上，使第三级的优先级最高，即令IM3=0。7.依次处理设备A，设备 D，设备 G 的时间为：T1=t1+t2+t3+t4+tAT2=t1+t2+t3+t4+tDT3=t1+t2+t3+t4+tG 总时间为T=T1+T2+T3=3*(t1+t2+t3+t4)+tA+tD+tG8.(1)中断处理程序L0中断处理程序L
28、1中断处理程序L2中断处理程序L3中断处理程序L4中断处理程序中断处理级屏蔽位L0级01111L1级L2级L3级L4级00001000000001111100(2) 课后答案网31 主程序L1L5L4L3L29.要将通用寄存器内容保存到主存中去。只需保存中断处理程序用到的那2 个寄存器内容。10.11.(1)IM2IM1IM0=011(2)IM2IM1IM0=001(3)若要设备B 总能立即得到服务，可将设备B 从第二级取出来，单独放在第三级上，使第三级的优先级最高，即令IM3=0。12.D 13.中断、蔽中断、中断、异常、异常、执行软件中断指令14.B、A、C、D、E 15.B、A、16.(1)通道方式：可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，大大提高了CPU 的工作效率。(2)DMA方式：数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的限制。需要更多硬件，适用于内存和高速外设之间大批数据交换的场合。(3)中断方式：一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，节省了CPU的时间开销，但硬件结构稍复杂一些。17.20us90us180us光盘软盘打印机DMA控制器18.类似P139 题 25