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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？2．如何理解计算机系统的层次结构？3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别和联系。4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？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。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。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。9．根据迭代公式)(21nnyxyx，设初态y0=1，要求精度为ε，试编制求x的解题程序（指令系统自定），并结合所编程序简述计算机的解题过程。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。10．指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。软件和硬件都很重要。2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持合执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持合执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令，高级语言是面向用户的语言，它是一种接近于数学的语言，直观，通用，与具体机器无关。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。4、答：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。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，大都属于抽象的属性。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。5、答：特点是：(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，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置(5)指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定情况下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。(6)机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器。6、答：见下图籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。运算器用来完成算术和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存再运算器内，它内部各部分用途如下：ACC：累加器，用于存放操作数，如被加数及和，被减数及差，乘积高位、被除数及系数等。MQ：乘商寄存器，用于存放乘数及乘积地位、商。X：操作数寄存器，用于存放加数、减数、被乘数、除数。ALU：算逻部件，用来完成算术逻辑运算。控制器用来控制，指挥程序和数据的输入，运行以及处理运算结果。它内部各部分用途如下：CU：控制但愿，用来分析当前指令所需完成的操作，并发出各种微操作命令序列，用以控制所有被控对象。PC：程序计数器，用来存放当前欲执行指令的地址，而且具有计数功能。IR：指令寄存器，存放当前指令。存储器：用来存放数据和程序。它内部各部分用途如下：MAR：存放欲访问的存储但愿和地址。MDR：存放从存储体某但愿取出的代码或者准备往某存储单元存入的代码。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每秒浮点运算次数預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。7、答：主机：中央处理器，CPU与主存储器合起来称为主机。CPU：运算器合控制器合起来称为中央处理器。主存：是存储器子系统的一类，用来存放程序合数据，可直接与CPU交换信息。存储单元：由若干个连续的存储元件构成，是组成存储体的单位存储(基)元：即存储元件，是构成存储单元的单位，每个存储(基)元只能寄存一位二进制代码0或1。存储字：一个存储单元可存储一串二进制代码，称这串二进制代码为一个存储字。存储字长：存储字所对应的二进制代码的个数称为存储字长。存储容量：存储单元个数×存储字长，存储容量包括主存容量合辅存容量。机器字长：指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU寄存器位数有关。指令字长：一条指令在计算机中用一串二进制代码表示，此二进制代码的个数称为指令字长。8、答：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ACC:accumulator累加器MQ:multiplier-quotientregister乘商寄存器X:操作数寄存器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主存储器CPUACCMQALUACCX存储体MARMDRCU控制单元IRPCI/OFLDPS:floatingpointoperationpersecond每秒浮点运算次数来衡量运算速度。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。9、答：主要有以下步骤：(1)取X到ACC(2)加1存于ACC(3)除2存于MQ，又[MQ]→主存单元m(4)取X到ACC(5)将y1从m中取出，执行[m]→X，[ACC]÷[X]→MQ，得x/yn(6)[MQ]→ACC，执行yn＋x/yn，即[ACC]＋[X]→ACC(7)除2得结果于MQ，又[MQ]→ACC，[MQ]→m(8)[ACC]－[X]→ACC，然后判断[ACC]与ε的大小，若|[ACC]|≦ε则到(9)，否则返回(5)铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。(9)打印[m](10)停机10、答：在取指阶段从存储器取出的信息即为指令，在执行阶段从存储器取出的信息为数据。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？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？擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3．常用的总线结构有几种？不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？举例说明。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？贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。5．解释下列概念：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。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。6．试比较同步通信和异步通信。7．画图说明异步通信中请求与回答有那几种互锁关系？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？9．分离式通信有何特点？主要用于什么系统？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？蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。11．画一个具有双向传送功能的总线逻辑图。12．设数据总线上接有A、B、C、D、四个寄存器，要求选用合适的74系列芯片，完成下列逻辑设计：（1）设计一个电路，在同一时间实现D→A、D→B和D→C寄存器间的传送；（2）设计一个电路，实现下列操作：T0时刻完成D→总线；T1时刻完成总线→A；T2时刻完成A→总线；T3时刻完成总线→B。第三章系统总线习题部分答案1、答：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。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。③为减轻总线上的负载，各种I/O设备要通过I/O接口接在总线上，而且还要通过三态门挂在总线上，没有数据交换时置成高阻态。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。2、答：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。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。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。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。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（几次幂的关系）锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。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；对与机器字长，存储字长，存储单元无关系。3、答：常用的总线结构有单总线结构，双总线结构，三总线结构，四总线结构。①单总线结构：将CPU，主存，I/O设备都挂在一组总线上，允许I/O之间或I/O与主存之间直接交换信息。因为所有的传送都通过这组共享总线，极易形成计算机系统的瓶颈，不允许两个以上部件在同一时刻向总线传输信息，必然会影响系统工作效率的提高，其结构图见课本图3.2ISA.EISA总线是单总线结构構氽頑黉碩饨荠龈话骛。②双总线结构：双总线结构的特点是将速度较低的设备从总线上分离出来，形成主存总线与I/O总线分开的结构，见课本图3.5。途中通道是一个具有特殊功能的处理器，CPU将一部分功能下放给通道，使其对I/O设备具有统一管理的功能，系统的吞吐能力可以相当大。如果将不同速率的I/O设进行分类，然后将它们连接在不同的通道上，将成为总线结构。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。③三总线结构：图3.6：主存总线用于CPU与主存间的传输；I/O总线供CPU与各类I/O之间传递信息，DMA总线用于高速外设（磁盘，磁带等）与主存之间直接交换信息。图3.7:处理器于高速缓冲存储器Cache之间怎叫一条局部总线，Cache可以通过系统总线与主存传输信息，I/O与主存之间也不必通过CPU。还有一条扩展总线，可以支持相当多的I/O设备。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。④四总线结构（见图3.8）在三总线基础上，增加一条与计算机系统机密相连的高速总线，这种结构对高速设备而言，其自身的工作可以很少依赖处理器，同时他们又比扩展总线上的设备更贴近处理器。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。4、答：①如多个主设备同时要使用总线时，就由总线控制器的判优，仲裁逻辑按一定的优先级顺序，确定那个主设备能使用总线，只有获得总线使用权的主设备才能开始传送数据。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。②常见的集中式总线控制有三种⑴链式查询：其特点是只需很少几根线就能按一定优先次序实现总线控制，并且很容易扩充设备，但对电路故障很敏感。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。⑵计数器定时查询：其特点是，计数可以从“0”开始，此时设备的优先次序是固定的