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习题解答第一章思考题与习题1．什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？计算机系统是指计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。硬件即指计算机的实体部分。软件是由计算机运行所需的程序及相关文档硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等等计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？(1)计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2)指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3)指令和数据均可以用二进制代码表示(4)指令由操作码和地址码组成(5)指令在存储器内按顺序存放。(6)机器以运算器为中心。6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。硬件的主要技术指标：(1)机器字长：指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关(2)存储容量：包括主存容量和辅存容量，存放二进制代码的总数＝存储单元个数×存储字长(3)运算速度：主频、Gibson法、MIPS每秒执行百万条指令、CPI执行一条指令所需时钟周期数、FLOPS每秒浮点运算次数7．解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。主机——是计算机硬件的主体部分，由CPU+MM（主存或内存）组成；CPU——中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；存储字长——存储器一次存取操作的最大位数；存储容量——存储器中可存二进制代码的总量；机器字长——CPU能同时处理的数据位数；等于处理器内部寄存器位数指令字长——一条指令包含的二进制代码位数；8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。CPU:centralprocessingunit中央处理器PC:programcounter程序计数器IR:instructionregister指令寄存器CU:controlunit控制单元ALU:arithmeticlogicunit算术逻辑运算单元MAR:memoryaddressregister存储器地址寄存器MDR:memorydataregister存储器数据寄存器I/O:input/outputequipment输入与输出设备MIPS:millioninstructionpersecond每秒执行百万条指令CPI:cycleperinstruction执行一条指令所需的时钟周期数FLOPS:floatingpointoperationpersecond每秒浮点运算次数来衡量运算速度。第三章思考题与习题1．什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线的负载，总线上的部件都应具备什么特点？①总线是连接多个部件的信息传输线，是个部件共享的传输介质。②总线传输特点：在某一时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接受相同的信息。③为减轻总线上的负载，总线上的设备需通过三态缓冲驱动电路连接到总线上。2．总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分几类？它们各有何作用？是单向的还是双向的？它们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系？①分类：按数据传输方式，可分为并行传输总线和串行传输总线。按使用范围，可分为计算机总线，控制总线，网络通信总线。按连接部件，可分为片内总线，系统总线，通信总线。②系统总线指CPU，主存，I/O各大部件之间的信息传输线。按系统总线传输信息的不同，分为数据总线，地址总线，控制总线。数据总线：用来传输各功能部件之间的数据信息，是双向传输总线，其位数与机器字长，存储字长有关，一般为8位，16位或32位。地址总线：用来指出数据总线上的源数据或目的数据在贮存单元的地址，是单向传输的，其位数与存储单元的个数有关控制总线：用来发出各种控制信号的，对任意控制线，是单向的；4．为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？总线上的设备有主设备和从设备，当总线有多个主设备时，需要总线判优控制解决多个主设备同时申请总线时的使用权分配问题；常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器查询、独立请求；链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式判优速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。5．解释下列概念：总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期和总线的通信控制。总线宽度——指数据总线的位（根）数，用bit（位）作单位。总线带宽——指总线在单位时间内可以传输的数据量，等于总线工作频率与总线宽度（字节数）的乘积。总线复用——指两种不同性质且不同时出现的信号分时使用同一组总线，称为总线的“多路分时复用”。总线的主设备（主模块）——总线传输期间对总线控制权的设备（模块）；总线的从设备（从模块）——总线传输期间没有总线控制权的设备（模块），它只能被动接受主设备发来的命令；总线的传输周期——总线完成一次完整而可靠的传输所需时间；总线的通信控制——指总线传送过程中双方的时间配合方式6．试比较同步通信和异步通信。同步通信——由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合；异步通信——不由统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率7．画图说明异步通信中请求与回答有那几种互锁关系？不互锁、半互锁、全互锁8．为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点？半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间。9．分离式通信有何特点？主要用于什么系统？特点：各模块有权申请占用总线采用同步方式通信，不等对方回答各模块准备数据时，不占用总线总线被占用时，无空闲应用于大型计算机系统10．为什么要设置总线标准？你知道目前流行的总线标准有哪些？什么叫plugandplay？哪些总线有这一特点？总线标准——可理解为系统与模块、模块与模块之间的互连的标准界面。总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题；目前流行的总线标准有：ISA、EISA、PCI等；即插即用——指任何扩展卡插入系统便可工作。EISA、PCI等具有此功能。14.设总线的时钟频率为8MHz，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送16位数据，试问总线的带宽是多少？解：总线宽度=16位/8=2B总线带宽=8MHz×2B=16MB/s15.在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHz，假设总线最短传输周期为4个时钟周期，试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据传输率，可采取什么措施？解答：总线工作频率=66MHz/4=16.5MHz总线最大数据传输率=16.5MHz×4B=66MB/s若想提高总线的数据传输率，可提高总线的时钟频率，或减少总线周期中的时钟个数，或增加总线宽度16.波特率=120*（1+8+1+2）=1440baud比特率=120*8=960bit/s第四章思考题与习题1．解释下列概念主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、FlashMemory主存：与CPU直接交换信息，用来存放数据和程序的存储器。辅存：主存的后援存储器，不与CPU直接交换信息。CACHE：为了解决CPU和主存的速度匹配，设在主存与CPU之间，起缓冲作用，用于提高访存速度的一种存储器。RAM：随机存储器：是随机存取的，在程序执行过程中既可读出也可写入，存取时间与存储单元所在位置无关。SRAM：静态RAM，以触发器原理存储信息。DRAM：动态RAM，以电容充放电原理存储信息。ROM：只读存储器，在程序执行过程中只能读出，而不能对其写入。PROM：一次性编程的只读存储器。EPROM：可擦除的可编程只读存储器，用紫外线照射进行擦写。EEPROM：用电可擦除的可编程只读存储器。CDROM：只读型光盘FlashMemory：快擦型存储器，是性能价格比好，可靠性高的可擦写非易失型存储器2．计算机中哪些部件可用于存储信息，请按其速度、容量和价格/位排序说明。寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带等。速度按顺序越来越慢，容量越来越高和价格/位越来越低3．存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次，计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，接近于Cache的速度，而容量和位价却接近于主存。主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存4．说明存取周期和存取时间的区别。存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次存取操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即：存取周期=存取时间+恢复时间5．什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。存储器带宽=1/200ns×32位=160M位/秒=20MB/S=5M字/秒6．某机字长为32位，其存储容量是64KB，按字编址它的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。存储容量是64KB时，按字节编址的寻址范围就是64KB，则：按字寻址范围=64K×8/32=16K字7．一个容量为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；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=32片4K×8：16K×32/4K×8=4×4=16片8K×8：16K×32/8K×8=2X4=8片8．试比较静态RAM和动态RAM。特性SRAMDRAM存储触发器电容破坏性读出非是需要刷新不要需要地址复用无有运行速度快慢集成度低高功耗高低适用场合cache大容量主存9．什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。解：刷新——对DRAM定期进行的全部重写过程；刷新原因——因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三种——集中式、分散式、异步式。集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新；分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间；异步式：是集中式和分散式的折衷10．半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种：线选法和重合法。线选法：地址译码信号只选中同一个字的所有位，结构简单，费器材；重合法：地址分行、列两部分译码，行、列译码线的交叉点即为所选单元。。可大大节省器材用量，是最常用的译码驱动方式11.一个8K×8位的动态RAM芯片，其内部结构排列成256×256形式，存取周期为0.1μs。试问采用集中刷新、分散刷新及异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？解：设DRAM的