《計算機組成原理》期末復習資料（一）復習資料及試題匯編(00.1-01.7)一、數(shù)據(jù)表示、運算和運算器部件1.將十進制數(shù)+107/128和-52化成二進制數(shù)，再寫出各自的原碼、反碼、補碼表示（符號位和數(shù)值位共8位）。解：+107/128=+6BH/80H=+1101011B/10000000B=+0.1101011–52=-34H=–110100原碼0110101110110100反碼0110101111001011補碼01101011110011002.判斷下面的二元碼的編碼系統(tǒng)是有權還是無權碼，寫出判斷的推導過程。十進制數(shù)二元碼的編碼00000101112011030101401005101161010710018100091111解：設4位二元嗎每位分別為ABCD，且假定其為有權碼。則從4的編碼0100可求得B的位權為4；從8的編碼1000可求得A的位權為8；從7的編碼1001可求得D的位權為-1；從6的編碼1010可求得C的位權為-2；再用ABCD的位權分別為84-2-1來驗證112359的編碼值，結果均正確。所以，該編碼系統(tǒng)為有權碼。3.說明海明碼糾錯的實現(xiàn)原理。為能發(fā)現(xiàn)并改正一位、也能發(fā)現(xiàn)二位錯，校驗位和數(shù)據(jù)位在位數(shù)上應滿足什么關系？解：(1)海明碼是對多個數(shù)據(jù)位使用多個校驗位的一種檢錯糾錯編碼方案，。它是對每個校驗位采用偶校驗規(guī)則計算校驗位的值，通過把每個數(shù)據(jù)位分配到幾個不同的校驗位的計算中去。若任何一個數(shù)據(jù)位出錯，必將引起相關的幾個校驗位的值發(fā)生變化，這樣也就可以通過檢查這些校驗位取值的不同情況，不僅可以發(fā)現(xiàn)是否出錯，還可以發(fā)現(xiàn)是哪一位出錯，從而提供了糾錯檢錯的可能。(2)設數(shù)據(jù)位為k，校驗位為r，則應滿足的關系是2r-1>=k+r。4.什么叫二-十進制編碼？什么叫有權碼和無權碼？夠舉出有權、無權碼的例子。解：(1)二-十進制編碼通常是指用4位二進制碼表示一位十進制數(shù)的編碼方案。(2)有權碼是指4位二進制碼中，每一位都有確定的位權，4位的位權之和代表該十進制的數(shù)值。例如8421碼從高到低4位二進制碼的位權分別為8、4、2、1；無權碼則相反，4位二進制碼中，每一位都沒有確定的位權，只能用4位的總的狀態(tài)組合關系來表示該十進制數(shù)值。例如循環(huán)碼就找不出4個二進制位中的每一位的位權。5.已知：[X]補=010111101,[Y]補=011010101,計算[X+Y]補，[X-Y]補。并判斷溢出。解：[-Y]補=/[y]補+1=100101010+1=1001010110010111101（+189）+）0011010101（+213）10010010（+402）∴[X+Y]補=[X]補+[Y]補=0110010010,結果出現(xiàn)上溢。0010111101（+189）+)1100101011（-213）11101000（-24）∴[X-Y]補=[X]補-[-Y]補=1111101000，計算結果無溢出。6.已知：X=0.1101,Y=-0.1011，利用原碼一位乘法實現(xiàn)X*Y。解：高位部分積低位部分積/乘數(shù)0000001011+）001101001101→0001101101+）001101010011→0010011110+）000000001001→0001001111+）001101010001→0010001111結果符號位為負，∴X*Y=100011117.P91例題8.設A=–0.101101*2-3,B=0.101001*2-2,先將A、B表示為規(guī)格化的浮點數(shù)。要求階碼用4位（含階符號）移碼表示，尾數(shù)用8位（含浮點數(shù)的符號）原碼表示，再寫出A+B的計算步驟和每一步的運算結果。解：-0.101101*2-3的浮點數(shù)的格式為：101011011010或0101110110100.101001*2-2的浮點數(shù)的格式為：001101010010或011001010010計算A+B：（雙符號位補碼相加）（1）求階差：|△E|=|0101-0110|=0001（2）對階：A變?yōu)?011001011010（3）尾數(shù)相加：1110100110（補碼）+001010010000100101（4）規(guī)格化：左規(guī)，尾數(shù)為01001010，階碼為0101（5）無舍入操作，也沒有溢出。計算結果為：001011001010，即+1001010*2-39.浮點數(shù)階碼選用移碼表示有何優(yōu)點？浮點數(shù)表示中的隱藏位技術的作用是什么？在什么時刻完成對隱藏位的處理？當尾數(shù)選用補碼表示時，如何表示十進制數(shù)-0.5,才能滿足規(guī)格化表示的要求。題，使系統(tǒng)具有主存容量和接近于Cache速度；虛擬存儲器-主存層次結構用于解決主存容量小、運行成本高的問題，使系統(tǒng)具有輔存容量和接近主存速度，且造價和運行成本低。(2)使用多體結構的目的是：實現(xiàn)主存儲器的并行讀寫，即在一個存取周期或略多的時間內(nèi)并行讀取多個字，以提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。3.DRAM和SRAM器件的特性有那些主要區(qū)別？各自主要應用在什么地方？（略P266）4.說明主存儲器、高速緩存、虛存各自的組成及優(yōu)缺點。解：（1）組成：主存儲器通常由動態(tài)存儲器DRAM芯片組成；高速緩存是由靜態(tài)存儲器SRAM組成；而虛存是由快速磁盤設備中的一片存儲區(qū)組成。（2）比較：1）在存取時間上高速緩存最快，虛存最慢，主存在其間；2）在處處容量上高速緩存最小，虛存最大，而主存在其間；3）在存儲成本上高速緩存最高，虛存最低，而主存在其間。5.說明高速緩存的組成、工作原理、映像方式、優(yōu)缺點。衡量高速緩存的最重要的指標是什么？解：(1)高速緩存是由容量小、速度塊的靜態(tài)存儲器器件組成。其工作原理如下：1）CPU將主存信息讀入CPU的同時也寫入Cache的數(shù)據(jù)字段，并將該數(shù)據(jù)所對應的主存地址寫入標志字段。2）CPU下次訪問主存時，先將該地址與標志字段的內(nèi)容相比較，若地址值相同，則數(shù)據(jù)內(nèi)容即為要讀的數(shù)據(jù)，可直接訪問Cache，且有效位字段置1（命中）；否則，再訪問主存，有效位字段置0。3）利用算法將非命中的數(shù)據(jù)逐步替換掉。4）根據(jù)局限性原理，CPU訪問的絕大部分信息可直接從Cache中得到。(2)映像方式有：1）全相聯(lián)映像，即將主存的一個字塊可以映像到整個Cache的任何一個字塊。靈活性大，但線路過于復雜，成本太高；2）直接映像，即將主存的一個字塊只能映像到Cache的確定一個字塊。線路簡單，成本低，但靈活性差，影響命中率；3）多組相聯(lián)映像即將Cache分為若干組，每個組含若干個多體。是前兩著方式的折中方案，命中率較高，線路也不太復雜。（3）衡量高速緩存的最重要的指標是它的命中率。6.說明一次性寫光盤的組成與工作原理。解：(1)由光盤機和盤片組成。其中光盤機由激光器、光束分離器、光聚焦鏡、主軸驅動機構、讀寫頭及尋道定位機構組成，盤片由基板、鋁質反射層和薄金屬膜組成。(2)工作原理：激光器產(chǎn)生一定強度的激光束，經(jīng)光束分離器將激光束分離為寫光束和讀光束兩部分。寫入時，寫光束通過跟蹤反射鏡和聚焦鏡實現(xiàn)尋道定位，將很細的光束照射到指定光盤位置，在金屬膜上融化出一個小坑，表示已完成1信號的寫入；讀出時，讀光束也照射到該光盤位置，將是否有無小坑通過反射光的強弱并光電轉換器還原為1、0信號。7.使用磁盤陣列的目的是什么？RADI0……各有什么樣的容錯能力？解：(1)使用磁盤陣列的目的是通過多個統(tǒng)一管理和調度的物理盤，得到比單個磁盤高大的存儲容量、更快的讀寫速度、更高的容錯能力和更好的性能價格比。(2)RAID0無容錯能力；RADI1是鏡像工作方式，每個數(shù)據(jù)都寫到兩個磁盤中，容錯能力強；RADI4和RADI5都是拿出N個磁盤總容量的1/N保存奇偶校驗信息，有容錯能力，磁盤存儲容量的有使用效率也較高。8.用16K*8的SRAM實現(xiàn)64k*16的主存系統(tǒng)，按字尋址，設計該主存的邏輯圖，并說明總線和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，該存儲器16位字長CPU的連接關系。解：(1)邏輯圖(2)用4片16k*8的SRAM可實現(xiàn)字擴展，2片實現(xiàn)位擴展，故共需要8片SRAM。要尋址64K字，內(nèi)存地址應為16位。CPU與內(nèi)存字長為16位，故數(shù)據(jù)總線也應為16位。四、輸入/輸出設備與輸入/輸出系統(tǒng)1.比較針式、噴墨和激光打印機的優(yōu)缺點和主要應用場合。解：(1)針式打印機的印字機械裝置是多個用電磁鐵控制的打印針。打印速度慢，噪聲大，打印質量一般。多用于質量要求不高且希望價格較低的場合。(2)噴墨打印機是非擊打式打印機。打印速度較快，噪聲低，打印質量較高。多用于彩色打的場合。(3)激光打印機也是非擊打式打印機。打印速度更快，噪聲低，打印質量更高。多用于要求打印質量較高的場合，高檔的激光打印機在電子照排印刷系統(tǒng)中得到了普遍的應用。2.說明激光打印機的原理性組成及完成打印操作的運行過程。解：(1)組成：帶電器、記錄鼓、印字機控制器、碳粉盒、打印紙及走紙機構、激光掃描系統(tǒng)、轉印裝置以及加熱部分等。(2)運行過程：帶電器將記錄鼓表面渡有一層感光材料且充滿一層電荷。由印字控制器將要打印的內(nèi)容形成點陣信息脈沖控制激光器系統(tǒng)輸出激光束，對作圓周運動的記錄鼓進行橫向重復掃描。掃描時激光器對鼓表面進行有選擇地暴光（照相）。被暴光部分釋放電荷，而未暴光部分仍保留電荷并使鼓表面形成“潛像”（潛影）。當記錄鼓轉到碳粉盒時，帶靜電電荷的潛像部分（信息區(qū)域）被吸附上碳粉（顯影）。因打印紙的背面施以反向靜電荷，則鼓表面上的碳粉由轉印裝置被吸附在打印紙上（轉?。?。碳粉經(jīng)加熱部分加熱后將融化烘干后凝沾在打印紙上（定影）。記錄鼓每旋轉一周打印一頁內(nèi)容。在打印下一之頁前清除掉鼓表面的碳粉和殘余的電荷。3.說明通用可編程輸入/輸出接口中應包括哪些組成部件及各自的功能，并解釋通用和可編程的含義。解：(1)通用可編程接口的組成與功能：1）設備識別電路，用于CPU尋找要用的設備；2）控制命令寄存器，用于存放CPU的控制命令；3）狀態(tài)寄存器，用于指出接口設備的運行狀態(tài)；4）數(shù)據(jù)緩沖寄存器，用于解決CPU與設備間交換數(shù)據(jù)時的速度匹配；5）中斷邏輯電路，用于記憶中斷請求、處理中斷屏蔽、響應中斷及中斷處理等。(2)通用是指該接口電路具有多功能和用法；可編程是指可利用指令對該接口的功能、運行方式及控制參數(shù)進行設置。4.說明DMA接口的組成與功能以及與通用接口的比較。解：(1)DMA的組成與功能：1）主存地址計數(shù)器，用于存放主存地址；2）數(shù)據(jù)數(shù)量計數(shù)器，用于存放傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量；3）控制狀態(tài)邏輯，用于修改主存地址計數(shù)器和數(shù)據(jù)數(shù)量計數(shù)器、指定傳送功能及協(xié)調CPU和DMA信號的配合與同步；4）請求觸發(fā)器，用于接收和記憶設備送來的請求數(shù)據(jù)傳送的信號；5）數(shù)據(jù)緩沖寄存器，用于存放高速設備與主存間的數(shù)據(jù)；6）中斷機構，用于實現(xiàn)中斷處理。(2)結構相似的是中斷機構、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和控制狀態(tài)邏輯；其余結構不同。5.比較程序直接控制、程序中斷傳送和直接存儲器訪問方式在完成輸入輸出操作時的優(yōu)缺點。解：(1)程序查詢方式是指在用戶程序中直接使用I/O指令完成輸入輸出操作。它由CPU通過查詢設備的運行狀態(tài)來控制傳送過程。優(yōu)點是硬件簡單，缺點是CPU速度快，外設慢，其絕大多數(shù)時間都花費在查詢等待上，因此嚴重影響系統(tǒng)運行性能。(2)程序中斷方式是指由被讀寫的設備主動向CPU報告是否已進入準備好狀態(tài)，這樣CPU不必花費時間去循環(huán)測試，從而提高了系統(tǒng)的總體運行性能，即CPU可與外設輸入輸出并行工作。(3