计算机组成原理第五版 第5章习题答案

1、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：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。
主要组成部分有：:运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。
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 计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，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数据流。
8 半导体存储器称为内存。

2、1）1原 10000001（ 2（ 2（ 21补 111111111反 111111102x补 = a0. a1a2a6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, a2a 6 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, a1a 6 任意即可；（2） x补 = x = a0. a1a2a6（2） 若 x -0.5只需-x 0x补 = -x, 0.5补 = 01000000即-x补 01000000a0 * a1 * a 2a6 1 01000000a0 * a1 * a 2a6 00111111a0 a1a 2a6 11000000即 a0a1 = 11, a2a 6 不全为 0 或至少有一个为 1（但不是“其余取 0”）3。

3、规定机器完成一定的功能。
指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合称为这台计算机的指令系统。
指令系统是表征一台计算机性能的重要因素，它的格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，而且也直接影响到系统软件，影响到机器的适用范围。
,5.1 指令系统的发展,20世纪50年代和60年代早期： 计算机所支持的指令系统只有定点加减、逻辑运算、数据传送和转移等十几至几十条最基本的指令； 寻址方式简单。
60年代后中、后期： 指令系统越来越丰富，增加了设置乘除法运算指令、浮点运算指令、十进制运算指令以及字符串处理指令等，指令数达一、二百条； 寻址方式趋于多样化。
,5.1 指令系统的发展,为了满足各计算机上的软件的兼容性，以便在旧机器上编制的各种软件也能在新的、性能更好的机器上正确运行，因此，在60年代出现了系列计算机。
系列计算机：基本指令系统相同，基本体系结构相同的一系列计算机。
IBM370系列、VAX11系列、IBMPC（XT/AT/286/386/486/Pentium）微机系列 系列机能解决软件兼容问题的必要条件是该系列的各机种有共同的指令集，而且新推出的机种的指令系统一定包含旧机种的所有。

4、1.1 总线的基本概念,总线：构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。
总线支持不同部件之间的地址、数据、控制三类信息的传送。
,一个单处理器系统中的总线，大致分为三类： 内部总线 CPU内，连接各寄存器及运算器。
系统总线 CPU同计算机系统的其他高速功能部件之间互相连接的总线I/O总线中、低速I/O设备之间互相连接的总线。
,1. 总线的特性,物理特性指物理连接方式的规定。
如总线的根数、插头插座的形状和尺寸等。
功能特性指总线中每一根的功能。
如它是数据、地址，还是控制线？,功能特性中，如果描述了n根地址线，则可直接访存的地址范围为0(2n1)。
,物理特性功能特性电气特性时间特性,1. 总线的特性(续),电气特性规定每根线上信号的传递方向和有效电平范围。
从CPU发出的信号，称输出信号(OUT)；送入CPU的信号，称输入信号(IN)。
数据线可传送双向信号，地址、控制线只单向传送信号。
,时间特性规定每根线上的信号什么时间有效。
,访存时地址、控制、数据信号的时序关系,2. 系统总线的标准化,PC中，。

5、存储器，则需要每 4 片为一组进行字长的位数扩展，然后再由 2 组进行存储器容量的扩展。
所以只需一位最高位地址进行芯片选择。
2、已知某 64 位机主存采用半导体存储器，其地址码为 26 位，若使用 4M8位的 DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问；(1) 若每个内存条为 16M64 位，共需几个内存条?(2) 每个内存条内共有多少 DRAM 芯片?(3) 主存共需多少 DRAM 芯片? CPU 如何选择各内存条?解：(1) 共需 内存条条4612M(2) 每个内存条内共有 个芯片32861(3) 主存共需多少 个 RAM 芯片， 共有 4 个内存条，18426故 CPU 选择内存条用最高两位地址 A24 和 A25 通过 2：4 译码器实现；其余的24 根地址线用于内存条内部单元的选择。
3、用16K8位的DRAM芯片构成64K32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设存储器读/写周期为 0.5S，CPU 在 1S 内至少要访问一次。
试问采用哪种刷新方式比较合理? 两次刷新。

6、操作控制器与时序产生器,中央处理器是控制计算机自动完成取出指令和执行指令任务的部件。
它是计算机的核心部件，通常简称为CPU（Central Processing Unit）,5.1.1 CPU的功能, 指令控制 保证机器按程序规定的顺序取出执行, 操作控制 CPU产生每条指令对应的操作信号，并把操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作, 时间控制 对各种操作的实施时间进行定时, 数据加工 对数据进行算术运算和逻辑运算处理,控制器,运算器,5.1.2 CPU的基本组成,控制器:完成对整个计算机系统操作的协调与指挥。
(1) 取出一条指令，并指出下一条指令的地址；(2) 指令译码，产生操作控制信号送往相应的部件；(3) 指挥并控制CPU、内存与I/O设备之间数据流动的方向运算器:是数据加工处理部件，所进行的全部操作由控制器发出的控制信号指挥 。
(1)执行所有的算术运算； (2)执行所有的逻辑运算，并进行逻辑测试,CPU由运算器、cache和控制器三大部分组成。
,暂时存放由内存读出或写入的数据,保存由算术和逻辑指令的结果建立的各种条件码,确定下一条指令的地。

7、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： 采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示, 指令在存储器中按执行顺序存放。
主要组成部分有 ： :运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。
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 计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，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。