計算機組成原理作業1

1．把下面給出的幾個十進制的數化為二進制的數(無法精確表達時,小數點后取3位）、八進制的數、十六進制的數:7+3/4，-23/６4,27.５,－125.9375，5．43解答:7＋3／４=(111.11)２=(7.6）8=(7.Ｃ)１6－23/64=－(0．０10１11)2=-（０．２７)８＝-(0.５C)16

２7.５＝(11011．1)2=(３3.4）8＝(1B.８)16-12５.9375=-（11１1１01．111１)2＝－(１７5.74)8=－(7D．F）１6?５.43=（101.011)2＝(5.3)8＝(5．６)1６

2．把下面給出的幾個不同進制(以下標形式給出的右括號之后)的數化成十進制的數:?(1010．0１0１)２、-(．１０1)2、(23.4７)8、-(1A３C.D)16解答:（１0１０.0１01）2=1０.312５-(.１01)2＝-３６7.625

(23.４７）8=１9.7１８７5-(1A3C.D）16=-6716.８１２５?３.寫出下面２組數的原、反、補表達,并用補碼計算每組數的和、差.雙符號位的作用是什么?它只出現在什么電路之處?

（1）Ｘ=0．1101

Y=-0．0111?(2)X=10１1110１Y=-０0１0101１解答:

X=０.1101

Y＝-0.０１１1?X=１０11110１

Y=-0010１０11?[X]原=0０１１01?[Ｙ]原=１1０１１1?[X]原=00101１110１

［Y]原＝110010101１?[X]反＝0０1１０１?［Y]反=1１1000

[Ｘ]反=0０1０111１0１?［Ｙ]反=1１1101０100

[X］補=0０1101?[Ｙ]補=111001?[X]補=0010１11１01?[Y]補=111101010１

［X＋Y]補＝(００1101+１１100１)MＯＤ2?=(0001１0)MOＤ２＝00110?[X－Ｙ]補=([X]補＋[-Ｙ]補)MＯD2

=（001１0１＋00０111)ＭOＤ2?＝(0１010０)ＭＯＤ２?(雙符號得值不同溢出,上溢)

［Ｘ+Ｙ]補=(00101１1１0１＋1１1101０101）ＭOＤ2

=(00１００10０1０)MＯＤ2=010０100１0?[X-Y]補=（［X]補+[-Y］補)ＭOD２?＝(001０1１1１０１+000０1010１1)MOＤ2?=01１10１000

4.雙符號位能容易檢查加減運算中的溢出情況.當符號位相同,數值結果對的;當符號位為01或1０時,表達數值溢出.01表達兩個正數相加之和≥1的情況,通常稱數值“上溢”；為10時,表達兩個負數相加之和<－１的情況,通稱數值“下溢”．前面的1個符號位是對的的符號位.

5.只有在算術與邏輯運算部件中采用雙符號位.由于只在把兩個模4補碼的數值送往算術與邏輯運算部件完畢加減計算時,才把每個數的符號位的值同時送到算術與邏輯運算部件的兩位符號位,所以只有在算術和邏輯運算部件中采用雙符號位.

6.假定Ｘ=０.01１0０1１＊２１１，Y=0.1101101*2-10(此處的數均為二進制).?(1)浮點數階碼用４位移碼、尾數用8位原碼表達(含符號位),寫出該浮點數能表達的絕對值最大、最小的(正數和負數）數值;

(2）寫出Ｘ、Y對的的浮點數表達(注意,此處預設了個小陷阱);

(３)計算Ｘ+Y；

(4）計算X*Ｙ.解答:(1)絕對值最大:11１10111111１、1１1111111111;絕對值最小:000100０00０00、000110000000

(2)X:1011001１0011、Y:０1１００１10１10１

(３）計算Ｘ＋Y?Ａ:求階差:|△Ｅ|=|１0１1-0１1０|＝0101?Ｂ：對階:Y變為１0１100０0０0110１1０1?C：尾數相加:000110０１10000０+00０00001101101=000110110011０１?D:規格化:左規:尾數為0110１１001101,階碼為１0１0?F:舍入解決:采用0舍１入法解決，則有00110110０＋１=0０1１0１10１

E:不溢出所以,X+Y最終浮點數格式的結果:1０1０011０11０１,即0.1101１0１*21０

(３)計算X*Y

A:階碼相加：[X+Y]移=[Ｘ]移+[Y]補＝０１011+１１110=01０01

(符號位１0第1位為0，不溢出;00時上溢，0１時下溢)

B:尾數相乘結果:０1０101１0110１11

C:已滿足規格化規定,不需左規,尾數不變,階碼仍為001

D：舍入解決:按0舍1入規則，尾數之后的６位110111舍去,尾數+1=0１010１11所以,Ｘ＊Ｙ最終浮點數格式的結果:100101010１11,即０．101０111*21／／///／／///////／///////／///////////／/////////?1．計算機指令中要用到的操作數一般可以來自哪些部件?如何在指令中表達這些操作數的地址？通常使用哪些尋址方式?解答:計算機指令中要用到的操作數一般可以來自:

1.CPU內部的通用寄存器,此時應在指令字中給出用到的寄存器編號(寄存器名）,通用寄存器的數量一般為幾個、十幾個,故在指令字中須為其分派2、3、４、５或更多一點的位數來表達一個寄存器;該寄存器的內容,可以是指令運算用到的數據，也也許用作為一個操作數的地址．?2.可以是外圍設備(接口）中的一個寄存器,通常用設備編號或設備入出端口地址或設備映像地址來表達;?３.可以是內存儲器的一個存儲單元，此時應在指令字中給出該存儲單元的地址.計算機的尋址方式：

1．立即數尋址:操作數直接給出在指令字中,即指令字中直接給出的不同再是操作數地址,而是操作數自身．

２.直接尋址:操作數地址字段直接給出操作數在存儲器中的地址.?３.寄存器尋址：指令字中直接給出操作數所在的通用寄存器的編號.

4.寄存器間接尋址:指令字中給出通用寄存器的編號,在寄存器中給出的不是一個操作數，而是操作數地址時，就可以用這一地址去讀寫存儲器．

5.變址尋址：指令字中給出的一個數值(變址偏移量)與指定的一個寄存器(變址寄存器)的內容相加之和作為操作數的地址,用于讀寫存儲器．?6．相對尋址:指令字中給出的一個數值(相對尋址偏移量)與程序計數器PC的內容相加之和作為操作數的地址或轉移指令的轉移地址．、

7．基地址尋址:把在程序中所用的地址與一個特定的寄存器（基地址寄存器)的內容相加之和作為操作數的地址或指令的地址.

8.間接尋址：指令字的地址字段給出的既不是一個操作數的地址，也不是下一條指令的地址,而是一個操作數地址的地址,或一條指令地址的地址.

9.堆棧尋址：堆棧是存儲器中一塊特定的按“后進先出”原則管理的存儲區,該存儲區中被讀寫單元的地址是用一個特定的寄存器命同的,該寄存器被稱為堆棧指針(SＰ)．假如有些指令,其操作碼部分已經指明一個操作數為堆棧中的一個單元的內容,則它已經約定將使用ＳP訪問該單元,故不必在指令的操作數地址字段中另加說明.?2.什么是形式地址？簡述對變址尋址、相對尋址、基地址尋址應在指令中給出些什么信息?如何得到相應的實際(有效)地址?各自有什么樣的重要用法?解答：表達在指令中的操作數地址,通常被稱為形式地址;用這種形式地址并結合某些規則,可以計算出操作數在存儲器中的存儲單元地址，這一地址被稱為物理地址．變址尋址:指令字中給出的一個數值（變址偏移量)與指定的一個寄存器(變址寄存器)的內容相加之和作為操作數的地址,用于讀寫存儲器．重要適合于解決數組型數據．相對尋址：指令字中給出的一個數值(相對尋址偏移量)與程序計數器PC的內容相加之和作為操作數的地址或轉移指令的轉移地址.與變址尋址的區別是,計算實際地址所用的寄存器已擬定為PC，故無須再在指令中指定;而變址尋址中的可用的變址寄存器往往有多個，通常要在指令中指定本次要使用哪一個．重要用于指令轉移.基地址尋址：把在程序中所用的地址與一個特定的寄存器(基地址寄存器）的內容相加之和作為操作數的地址或指令的地址．重要用于為多道程序或浮動地址程序定位存儲器空間.基地址寄存器中的值是由系統程序用特權指令設定的，用戶不能在自己的程序對其進行修改.?4.簡述計算機的控制器的功能和基本組成.微程序的控制器和組合邏輯的控制器在組成和運營原理方面的相同、不同之處表現在哪里?解答：計算機的控制器的功能是向整機每個部件提供協同運營所需要的控制信號．是依據當前正在執行的指令和它所處的執行環節,形成并提供出在這一時刻整機各部件要用到的控制信號.控制器的基本組成:?1.程序計數器(PＣ)：能提供指令在內存中的地址的部件,服務于讀取指令,并接受下條要執行的指令地址;?2.指令寄存器（IR）:能保存讀來的指令內容的部分，以保存本指令執行的整個過程中要用到的指令自身的重要信息;

3.脈沖源和啟?？刂七壿嫞菏侵噶顖绦械沫h節標記線路,它標記出每條指令的各執行環節的相對順序關系;?4.時序控制信號的產生部件:依據指令內容、指令的執行環節(時刻),也許尚有些別的什么條件信號,來形成并提供出當前各部件本時刻要用到的控制信號．計算機整機各硬件系統,正是在這些信號控制下協同運營,產生預期的執行結果,也就是執行一條又一條的指令.

組合邏輯的控制器和和程序的控制器是計算機中兩種不同類型的控制器,其共同點是:基本功能都是提供計算機各個部件協同運營所需要的控制信號，組成部分都有程序計數器PＣ，指令寄存器ＩR,都提成幾個執行環節完畢每一條指令的具體功能;不同點重要表現在解決指令執行環節辦法,提供控制信號的方案不同樣,組合邏輯控制器是用節拍發生器指明指令執行環節,用組合邏輯電路直接給出應提供的控制信號,其優點是運營速度明顯地快,缺陷是設計與實現復雜些,但隨著大規?，F場可編程集成電路的出現,該缺陷已得到很大緩解；微程序的控制器是通過微指令地址的銜接區分指令執行環節，應提供的控制信號是從控制存儲器中讀出來的,并通過一個微指令寄存器送到被控制部件的，其缺陷是運營速度要慢一點,優點是設計與實現簡樸些,易用于實現系列計算機產品的控制器，理論上可實現動態微程序設計．///////////／//／／/////／//／／／/／/／／//／//////／//／/////／//／/／／／／/////／在計算機中，為什么要采用多級結構的存儲器系統?它們的應用是建立在程序的什么特性之上的?答:在現代的計算機系統中，通?？偸遣捎糜扇N運營原理不同，性能差異很大的存儲介質分別構建高速緩沖存儲器、主存儲器和虛擬存儲器,再將它們組成三級結構的統一管理、高度的一體化存儲器系統.由高速緩沖存儲器緩解主存儲器讀寫速度慢,不能滿足CPU運營速度需要的矛盾;用虛擬存儲器更大的存儲空間,解決主存儲器容量小,存不下更大程序與更多數據的難題.這種三級結構的存儲器系統的運營原理,是建立在程序運營的局部性原理之上的．即在一小段時間內，運營的程序只使用少量的指令和少量的數據,而這少量的指令和少量的數據往往又集中在存儲器的一小片存儲區域中,指令順序執行比轉移執行的比例要大,故可以按對所使用的指令和數據的急切和頻繁限度,將其存入容量、速度、價格不同的存儲器中,從而取得更高的性能價格比.重要體現在時間、空間、指令執行順序三個方面.

2.多級結構的存儲器是由哪三級存儲器組成的?每一級存儲器使用什么類型的存儲介質,這些介質的重要特性是什么?在多級結構的存儲器系統中,何謂信息的一致性原則和包含性原則?答：多級結構的存儲器是由高速緩沖存儲器、主存儲器和虛擬存儲器．高速緩沖存儲器使用靜態存儲器芯片實現,主存儲器通常使用動態存儲器芯片實現,兩者是半導體電路器件,以數字邏輯電路方式進行讀寫；虛擬存儲器則使用快速磁盤設備上的一片存儲區，是在磁性介質層中通過電磁轉換過程完畢信息讀寫的．

這三級不同的存儲器中存放的信息必須滿足如下兩個原則:(１)一致性原則,即同一個信息會同時存放在幾個級別的存儲器中，此是同一信息在幾個級別的存儲器中必須保持相同的值.（2)包含性原則,即處在內層（更靠近CPU)存儲器中的信息一定被包含在各外層的存儲器中,即內層存儲器中的所有信息一定是各外層存儲器中所存信息中一小部分的副本.這是保證程序正常運營、實現信息共享、提高系統資源運用率所必須的.

３.為什么要采用磁盤陣列技術？何為邏輯盤，何為物理盤?作為一個邏輯盤使用的多個物理盤需要在轉速和所用扇區等方面嚴格的同步嗎？為什么?答:使用統一管理的由多個磁盤組成的磁盤陣列,這一技術的著眼點,是通過多個磁盤設備的并行操作來提高設備總體的性能和可靠性．假如一個磁盤有xMB的容量,單位時間提供y傳送能力,則概念上講,n個這樣的磁盤就有n*ｘMＢ的容量，n*yMＢ的傳送能力,即要讀出yMB的數據，所用的平均時間只要本來單個磁盤所用時間的１/n；尚有一點好處是通過合理地在多個磁盤之間組織數據,可以得到比較抱負的容錯能力,這指的是,額外拿出一定的存儲容量,用于保存檢錯糾錯的信息．在總體價格上，使用多個磁盤也不會給用戶帶來太大的經濟承擔.實際使用的多個磁盤就是物理盤.

為了統一管理磁盤陣列,使用戶所感覺到的不再是多個物理盤,似乎就是一個性能更高的單個磁盤，就要使用一塊特點的接口卡(RAIＤ陣列控制卡)，把組成陣列的多個物理磁盤連接為一個邏輯整體,這就是邏輯磁盤.作為一個邏輯盤使用的多個物理盤不需要在轉速和所用扇區等方面嚴格同步.陣列磁盤運營過程中,有以下兩項重要技術.一個是并發命令請求和排隊管理,并使多個命令得以并發解決;假如在解決命令的時候,還能進行某些性能優化，而不是機械地按命令到來的先后順序解決,還可以進一步提高數據讀寫的速度．最簡樸的例子，對兩個等待操作的命令,磁頭先到達哪一個命令的數據扇區,就先執行哪一個命令,這在磁盤自身的控制器部分來解決也許更方便．此外一項技術是設備的快速接入和斷開,即當一個占據了總線的磁盤開始執行一個讀命令,數據又尚未準備好時，它應快速地暫時把自己從總線上分離出來,以便使此外正急于使用總線的磁盤也許搶到總線,從而提高總線的使用效率和系統性能,當這個磁盤準備好數據時，應保證它能把自己盡快地接通到總線上去.這實質是把占用總線的時間壓縮到盡也許短的一項解決技術

////／／／//////／／////／／////////／/／//////／／//／///／///////／/////／/／/／///／//／//針式打印機由哪些部件組成?簡述打印頭的結構和打印出一個字符的原理性過程?答:針式打印機由走紙機構、色帶機構、打印頭和一些邏輯電路等幾部分組成.打印頭由打印針、導軌、電磁鐵線圈、彈簧、銜鐵、外殼及殼帽幾部分組成.每根打印針是由具有鋼性和韌性都很好的金額材料制成,可以沿著導軌前后運動；運動的動力來自電磁銜鐵的正向推動和機械彈簧的反向推動．當電磁鐵的線圈中給出一個脈沖電流時將產生磁場,電磁銜鐵會在這一磁場作用下向前移動，推動打印針也向前移動并撞擊色帶;當線圈中的電流消失后,磁場消失,是磁銜鐵也失去作用力,機械彈簧的反向回原位置.由于多個打印針可以同時被驅動,故一次打印是一個字符的一個縱向的點陣列,之后使打印頭向右移動一個點的位置,就可以打印字符的下一個點陣列,幾次之后就打印出一個完整的字符.２.計算機總線的功能是什么?通常用什么類型的器件構成總線?為什么?從功能區分,總線由哪3部分組成?各自對計算機系統性能有什么影響?答:計算機總線是計算機的各部件之間傳輸信息的公共通路,涉及傳輸數據(信息)信號的邏輯電路、管理信息傳輸協議的邏輯線路和物理連線.由于總線上往往要連接許多部件或設備,傳輸的距離較長,負載比較重,故規定總線線路有更強的驅動能力.總線的硬件組成,通常選用集電極開路輸出的電路,或輸出端有高阻態輸出支持的電路.這樣的線路的輸出端可以直接連接在一起并通過為其中某個門給出低電平(0Ｖ)的控制信號，為其他門給出高電平(4Ｖ)的控制信號,實現把多路輸入中的某一路信息送到總工線上.從總線各自承擔的不同功能，提成數據總線、地址總線、控制總線3部分.數據總線在計算機部件之間傳輸數據信息，它的時鐘頻率和寬度的乘積正比于它支持的最大的數據輸入輸出能力.

地址總線在計算機部件之間傳輸地址(內存地址、Ｉ/O地址)信息,它的寬度決定了系統可以尋址的最大內存空間．?控制總線給出總線周期類型、Ｉ／Ｏ操作完畢的時刻、DMA周期、中斷等有關的控制信號.

3.解釋下列術語:總線周期，總線周期類型,總線的等待狀態,正?？偩€周期,bursｔ總線周期,同步傳輸控制，異步傳輸控制.答:總線周期:是通過總線完畢一次內存讀寫操作或完畢一次輸入輸出設備的讀寫操作所必需的時間．?按照總線周期區分為內存讀周期、內存寫周期、I/Ｏ讀周期、I/O寫周期4種類型.5Hｂ4QR'V+J?被讀寫的內存和外設的的運營速度低,不能在這一個數據時間內完畢讀寫操作,就必須再增長一到幾個數據時間用于繼續完畢讀寫操作,在增長了這一到幾個數據時間里,稱總線處在等待狀態．假如每次數據傳輸都要用兩個時間(地址時間、數據時間）組成的完整的總線周期完畢讀寫，則稱這種總線周期為正?？偩€周期(ｎorｍａｌｂｕscyclｅ）,每次只能傳輸一個數據．

在給出一次地址信息（一個地址時間)后,接著用連續的多個數據時間依次傳輸多個數據,這種運營方式可提高數據傳輸速度,稱為總線的急促傳輸方式(bｕｒsｔmｏde）.?同步傳輸控制是指在總線上傳送數據時,通信雙方使用同一個時鐘信號進行同步,這個時鐘信號通常可以由CＰU的總線控制邏輯部件提供，稱為總線時鐘.?異步傳輸控制是指在總線上傳送數據時,允許通信雙方各自使用自己的時鐘信號,采用“應答方式”解決數據傳輸過程中的時間配合關系，而不是共同使用同一個時鐘信號進行同步.?4．通用可編程接口應由哪些部件組成?各自的功能是什么?

答:為了盡量減少接口卡的種類,人們總是希望用同一塊接口卡能提供出更多的功能,并且能靈活選擇其運營功能和運營的控制參數,這樣的接口卡被稱為通用可編程接口.?接口卡上通常有接口命令寄存器,存放ＣPＵ發來的控制命令;有狀態寄存器,由設備運營設立其值,供ＣPＵ通過讀操作來了解設備接口的運營狀態．

接口卡上通常尚有一到幾個用于數據緩沖的寄存器,以便適當減少CPU和設備直