计算机组成原理A 形考作业一（参考答案）
一、选择题：
1．机器数_____中，零的表示形式是唯一的。
A ．原码 B ．补码 C ．移码 D ．反码
答案：B ，C
2．某计算机字长16位，采用补码定点小数表示，符号位为1位，数值位为15位，则可表示的最大正小数为_____，最小负小数为_____。
A ．
C ．
B ．
D ．
答案：C
3．加法器采用并行进位的目的是_____。
A ．提高加法器的速度 B ．快速传递进位信号
C ．优化加法器结构 D ．增强加法器功能
答案：B
4．组成一个运算器需要多个部件，但下面所列_____不是组成运算器的部件。
A ．状态寄存器 B ．数据总线
C ．ALU D ．地址寄存器
答案：D
二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。
1．ASCII 编码是一种汉字字符编码；×
答：ASCII 编码是西文字符集，共能表示128个字符。
2．一般采用补码运算的二进制减法器，来实现定点二进制数加减法的运算；× 答：补码表示适合于进行加减法运算，对符号位与数值位同等处理，只要结果不超出机器所能表示的范围，将直接得到正确的运算结果，并且可以用实现加法运算的电路完成减法运算。
3．在浮点数表示法中，阶码的位数越多，能表达的数值精度越高；×
答：在浮点数表示法中，阶码的位数越多，能表达的数值越大；尾数的位数越多，能表达的数值精度越高。
4．只有定点数运算才可能溢出，浮点数运算不会产生溢出。×
答：不仅定点数运算可能溢出，浮点数运算也会产生溢出。
三、简答题：
1．简述奇偶校验码和海明校验码的实现原理。
答：奇偶校验码是一种最简单的数据校验码，可以检测出一位错误（或奇数个位错误），但不能确定出错的位置，也不能检测出偶数个位出错。通常是在有效的数据位之外再增加一个二进制位，称为校验位，通过异或门线路判断数据位中取值为1的位数是奇数和偶数，来决定校验位的值为1或0，使新得到的码字中取值为1的位数凑成为奇数或偶数，这项操作被称为编码过程，凑成奇数的方案称为奇校验，凑成偶数的方案称为偶校验。
海明校验码原理：海明码是对多个数据位使用多个校验位的一种检错纠错编码方案。是在k 个数据位之外加上r 个校验位，从而形成一个k+r位的新的码字，使新的码字的码距比较均匀地拉大。把数据的每一个二进制位分配在几个不同的偶校验位的组合中，当某一位出现错误，就会引起相关的几个校验位的值发生变化，这不但可以发现错误，还可以指出哪一位出错，并能恢复该出错位的正确值。
2．简述教材中给出的MIPS 计算机的运算器部件的功能和组成。
答：MIPS 计算机是上个世纪八十年代中期推出的典型RISC 结构、非常成功的系统，国内外许多教材都把MIPS 的指令系统和实现技术选为教学内容。
下图是MIPS 计算机的运算器部件的内部组成。由图可见，它主要包括两个重要部分，一个是由128个寄存器组成的寄存器堆，另一个是执行数据运算的ALU 。这个运算器被用于多周期CPU 系统（对不同类型的指令选用不同的周期数）时，ALU 既用于计算数据，又用于计算数据和指令在存储器中的地址，故还需要向ALU 提供计算指令地址的相关信息。
寄存器堆REGs 由 4组各32个寄存器组成，有3个控制端口(5位) 提供寄存器编号，其中的 2个(rs、rt) 用于读，读出的数据将保存到寄存器 A 和B 。1个(rd) 用于写，写入的数据由DI 引脚提供，可以是寄存器C 或从内存读出的内容，寄存器B 的内容可以写到内存。
算逻运算单元ALU 能完成加、减、与、或、异或等运算，用ALU-func 信号选择，一路运算数据包括寄存器A 和程序计数器PC 2个来源，用A-sel 选择，另一路包括寄存器B 、常数4、两个立即数Immed-1和Immed-2（两个立即数来自指令寄存器IR 并经过扩展得到）4个来源，用B-sel 选择，产生运算结果R (送到PC) 或保存到结果寄存器C ，还产生结果为0 的标志位信息 Z 。ALU 完成数据运算，数据、指令在内存中的地址计算这三种操作。
3．浮点运算器由哪几部分组成？
答：浮点运算器总是由处理价码和处理尾数的这样两部分逻辑线路组成。例如：以Intel 80827浮点协处理器为例，80827内部有处理浮点数指数部分的部件和处理尾数部分的部件，还有加速移位操作的移位寄存器线路以及寄存器堆栈等组成。
4．假定 X = 0.0110011*211， Y = 0.1101101*2-10 （此处的数均为二进制），在不使用隐藏位的情况下，回答下列问题：
（1）浮点数阶码用4位移码、尾数用8位原码表示（含符号位），写出该浮点数能表示的绝对值最大、最小的（正数和负数）数值；
（2）写出X 、Y 的浮点数表示。
（3）计算X+Y
（1）答：阶码用4位移码表示、尾数用8位原码表示：
绝对值最大： 1111 0 1111111
阶码 尾数符号位 尾数
1111 1 1111111
绝对值最小：1000 0 1000000
1000 1 1000000
（2）答：写出X 、Y 的浮点数表示。
[X]浮＝1011 0 0110011 [Y]浮＝0110 0 1101101
（3）答：计算X+Y
A ：求阶差：|△E|=|1011-0110|=0101
B ：对阶：Y 变为 1 011 0 00000 1101101
C ：尾数相加：00 0110011 00000+ 00 00000 1101101=00 0110110 01101
D ：规格化：左规：尾数为0 1101100 1101，阶码为1010
F ：舍入处理：采用0舍1入法处理，则有00 1101100+1=00 1101101
E ：不溢出
所以，X+Y最终浮点数格式的结果： 1010 0 1101101，即0.1101101*210
四、计算题：
1．将十六进制数据14.4CH 表示成二进制数，然后表示成八进制数和十进制数。 解：14.4CH=(10100.01001100)2=(24.23)8=(20.296875)10
2．对下列十进制数表示成8位（含一位符号位）二进制数原码和补码编码。
（1）17； （2）-17；
解：（1）x=17=(10001) 2； 则 [X]原＝0 0010001，[X]补＝0 0010001
（2）x=-17=(-10001) 2； 则 [X]原＝1 0010001，[X]补＝1 1101111
3．已知下列各[x]原，分别求它们的[x]反和[x]补。
（1）[X]原＝0.10100；（2）[x]原＝1.00111；（3）[x]原＝010100；（4）[x]原＝110100； 解：（1）已知 [X]原＝0.10100；则 [X]反＝0 10100，[X]补＝0 10100
（2）已知[X]原＝1.00111；则 [X]反＝1 11000，[X]补＝1 11001
（3）已知[X]原＝010100；则 [X]反＝0 10100，[X]补＝0 10100
（4）已知[X]原＝110100；则 [X]反＝1 01011，[X]补＝1 01100
4．写出X ＝10111101，Y ＝－00101011的双符号位原码、反码、补码表示，并用双符号补码计算两个数的差。
解：[X]原＝00 10111101, [X]反＝00 10111101, [X]补＝00 10111101
[Y]原＝11 00101011, [Y]反＝11 11010100, [Y]补＝11 11010101
[ X – Y ]补＝ [X]补+[-Y]补＝00 1011 1101+00 0010 1011＝ 00 1110 1000
注意：补码、移码表示中零是唯一的。
计算机组成原理A 形成性考核作业二(参考答案)
一、选择题：
1．计算机硬件能直接识别和运行的只能是_______程序。
A ．机器语言 B ．汇编语言 C ．高级语言 D ．VHDL
答：A
2．指令中用到的数据可以来自_______（可多选）。
A ．通用寄存器 B ．微程序存储器 C ．输入输出接口 D ．指令寄存器 E. 内存单元 F. 磁盘
答：A 、C 、E
3．汇编语言要经过_______的翻译才能在计算机中执行。
A ．编译程序 B ．数据库管理程序 C ．汇编程序 D ．文字处理程序 答：C
4．在设计指令操作码时要做到_______（可多选）。
A ．能区别一套指令系统中的所有指令
B ．能表明操作数的地址
C ．长度随意确定
D ．长度适当规范统一
答：A 、B 、D
5．控制器的功能是_______。
A ．向计算机各部件提供控制信号 B ．执行语言翻译
C ．支持汇编程序 D ．完成数据运算
答：A
6．从资源利用率和性能价格比考虑，指令流水线方案_______，多指令周期方案_______，单指令周期方案_______。
A ．最好 B ．次之 C ．最不可取 D ．都差不多
答：A 、B 、C
二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。
1．变址寻址需要在指令中提供一个寄存器编号和一个数值。√
答: 对的。变址寻址就是将寄存器（该寄存器一般称作基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单元。
2．计算机的指令越多，功能越强越好。×
答:错的。并不一定，CISC 比RISC 指令更多，功能更强大，但并不比RISC 好
3．程序计数器PC 主要用于解决指令的执行次序。√
4．微程序控制器的运行速度一般要比硬连线控制器更快。×
答: 错的。正好相反.
三、简答题：
1．一条指令通常由哪两个部分组成？指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自应用在什么场合？各自的优缺点是什么？
答：一条指令通常由操作码和操作数两个部分组成。
指令的操作码一般有定长的操作码、变长的操作码两种组织方式。
定长操作码的组织方式应用在当前多数的计算机中；变长的操作码组织方式一般用在小型及以上的计算机当中。
定长操作码的组织方式对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度有利。 变长的操作码组织方式可以在比较短的指令字中，既能表示出比较多的指令条数，又能尽量满足给出相应的操作数地址的要求。
2．如何在指令中表示操作数的地址？通常使用哪些基本寻址方式？
答：是通过寻址方式来表示操作数的地址。
通常使用的基本寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、间接寻址、堆栈寻址等。
3．为读写输入/输出设备，通常有哪几种常用的寻址方式用以指定被读写设备？
答：为了便于CPU 对外部设备的快速识别和选择，即为读写输入/输出设备，必须对接口中所有可访问的寄存器（I/O端口）进行编址。通常有两种常用的编址方式用以指定被读写设备，一是I/O端口与主存储器统一的编制方式，另一种是I/O端口与主存储器彼此独立的编制方式。
4．简述计算机中控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和硬连线的控制器在组成和运行原理方面有何相同和不同之处？
答：控制器主要由下面4个部分组成：
（1）程序计数器（PC ），是用于提供指令在内存中的地址的部件，服务于读取指令，能执行内容增量和接收新的指令地址，用于给出下一条将要执行的指令的地址。
（2）指令寄存器（IR ），是用于接收并保存从内存储器读出来的指令内容的部件，在执行本条指令的整个过程中，为系统运行提供指令本身的主要信息。
（3）指令执行的步骤标记线路，用于标记出每条指令的各个执行步骤的相对次序关系，保证每一条指令按设定的步骤序列依次执行。
（4）全部控制信号的产生部件，它依据指令操作码、指令的执行步骤（时刻），也许还有些另外的条件信号，来形成或提供出当前执行步骤计算机各个部件要用到的控制信号。计算机 整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，执行指令，产生预期的执行结果。 由于上述后两个部分的具体组成与运行原理不同，控制器被分为硬连线控制器（又称为组合逻辑的控制器）和微程序控制器两大类。
微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。
共同点：①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；②组成部分都有程序计数器PC ，指令寄存器IR ；③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。 不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。
微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。
组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA 工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。
5．控制器的设计和该计算机的指令系统是什么关系？
答：控制器的的基本功能，是依据当前正在执行的指令，和它所处的执行步骤，形成并提供在这一时刻整机各部件要用到的控制信号。所以，控制器的设计和该计算机的指令系统是一一对应的关系，也就是控制器的设计应依据指令的要求来进行，特别是要分析每条指令的执行步骤，产生每个步骤所需要的控制信号。
6．指令采用顺序方式、流水线方式执行的主要差别是什么？各有什么优点和缺点？ 顺序方式是，在一条指令完全执行结束后，再开始执行下一条指令。优点是控制器设计简单，容易实现，；缺点是速度比较慢。
在计算机中，完成一条指令实际上可分为几个步骤，如取指令、译码、指令执行、存结果等步骤，指令流水线方式是提高计算机硬件性能的重要技术和有效措施，在成本增加不多的情况下很明显地提高了计算机的性能。实现的思路是把一条指令的处理过程分解为不同的几个步骤、使用不同的执行部件去完成，在时间上又允许这几个部件可以并行运行，例如当某一条指令在进行译码阶段时、下一条指令即可进入取指令阶段，这样可以大大提高指令的
执行的速度，缺点是控制器设计复杂，比较不容易实现，；突出的优点是速度明显提高。
计算机组成原理A 形成性考核作业三参考答案
一、选择题：
1．下列部件（设备）中，存取速度最快的是______。
答：B
A ．光盘存储器 B ．CPU 的寄存器 C ．软盘存储器 D ．硬盘存储器
2．某SRAM 芯片，其容量为1K×8位，加上电源端和接地端，该芯片引出线的最少数目应为______。
答：D
A ．23 B ．25 C ．50 D ．20
3．在主存和CPU 之间增加Cache 的目的是______。
A ．扩大主存的容量
B ．增加CPU 中通用寄存器的数量
C ．解决CPU 和主存之间的速度匹配
D ．代替CPU 中的寄存器工作
答：C
4．在独立编址方式下，存储单元和I/O设备是靠______来区分的。
A ．不同的地址和指令代码 B ．不同的数据和指令代码
C ．不同的数据和地址 D ．不同的地址
答：A
5．随着CPU 速度的不断提升，程序查询方式很少被采用的原因是______。
A ．硬件结构复杂 B ．硬件结构简单
C ．CPU 与外设串行工作 D ．CPU 与外设并行工作
答：C
6．在采用DMA 方式的I/O系统中，其基本思想是在____之间建立直接的数据通路。
A ．CPU 与外设 B ．主存与外设
C ．CPU 与主存 D ．外设与外设
答：B
二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。
1．CPU 访问存储器的时间是由存储器的容量决定的，存储器容量越大，访问存储器所需的时间越长。×
答: 错的。它是由存储器的的带宽，字长和存储周期决定的
2．引入虚拟存储系统的目的，是为了加快外存的存取速度。×
答: 错的。虚拟存储器是指具有请求调入功能和置换功能，能从逻辑上对内存容量进行扩充的一种存储器系统。在虚拟存储器系统中，作业无需全部装入，只要装入一部分就可运行。 引入虚拟存储技术之后, 可以: （1、提高内存利用率；（如：定义100*100大小的数组，可能只用到10*10个元素） （2、程序不再受现有物理内存空间的限制；编程变得更容易；
（3、可以提高多道程序度，使更多的程序能够进入内存运行
3．按主机与接口间的数据传送方式，输入/输出接口可分为串行接口和并行接口。√
4．DMA 控制器通过中断向CPU 发DMA 请求信号。√
三、简答题：
1．在三级存储体系中，主存、外存和高速缓存各有什么作用？各有什么特点？ 答：主存储器：简称为主存或内存，主存储器速度快，但容量较小。它用来存放计算机运行时正在执行的程序和数据，CPU 可以直接对主存内的单元进行读写操作。
辅助存储器：。简称为外存，位于系统主机的外部，辅助存储器速度慢、容量大。它通常它用来存放需要长期保留的或是暂时不用的程序和数据信息，但需要处理这些信息时，CPU 要将它调入内存后，才能使用。
高速缓冲存储器：高速缓冲存储器（Cache ）是为了解决CPU 和主存之间速度不匹配而采用的一项技术。高速缓冲存储器，是一个相对于主存来说容量很小、速度特快、用静态存储器器件实现的存储器系统。它的作用在于缓解主存速度慢、跟不上CPU 读写速度要求的矛盾。它的实现原理，是把CPU 最近最可能用到的少量信息（数据或指令）从主存复制到Cache 中，当CPU 下次再用这些信息时，它就不必访问慢速的主存，而直接从快速的CACHE 中得到，从而提高了得到这些信息的速度，使CPU 有更高的运行效率。
2．什么是随机存取方式？哪些存储器采用随机存取方式？
答：RAM, 即随机存储器，可以看作是由许多基本的存储单元组合起来构成的大规模集成电路。
按工作原理的不同，随机存储器存取方式可分为：静态随机存储器（SRAM ）和动态随机存储器（DRAM ）两种类型。
3．什么是虚拟存储器？它能解决什么问题？为什么？
答：虚拟存储器属于主存－外存层次，由存储器管理硬件和操作系统中存储器管理软件支持，借助于硬磁盘等辅助存储器，并以透明方式提供给用户的计算机系统具有辅存的容量，接近主存的速度，单位容量的成本和辅存差不多的存储器。主要用来缓解内存不足的问题，当内存占用完时，计算机系统就会自动调用一部分硬盘空间来补充内存。
4．什么是串行接口和并行接口？简述它们的数据传输方式和适用场合。
答：串行接口只需要一对信号线来传输数据，主要用于传输速度不高、传输距离较长的场合。并行接口传输按字或字节处理数据，传输距离短、传输速率较高，实用于传输速度较高的设备，如打印机等。
5．CPU 在每次执行中断服务程序前后应做哪些工作？
答：CPU 在响应中断应满足下列条件：（中断条件）
①CPU 处于开中断状态；
②CPU 已经结束一条指令的执行；
③新任务的优先级高于CPU 正在处理的任务。
CPU 在每次执行中断服务程序前通常需要经过如下步骤：（中断处理）
①关中断。
②保存断点和被停下来的程序的现场信息。
③判别中断源；，转中断服务程序的入口地址。
④执行开中断指令，以便可以进入响应更高级别中断请求的运行状态。
⑤若有更高级别中断请求来到，则可以进入新的中断响应过程，否则执行中断服务程序。
CPU 在每次执行中断服务程序后通常需要经过如下步骤：（中断返回）
①执行完中断服务程序后，执行关中断，准备返回主程序。
②恢复现场信息，恢复断点。
③执行开中断。
④开中断之后，若有更高级别中断请求来到，则可以进入新的中断响应过程，否则，返回断点进入主程序的执行过程。
6．总线的信息传输有哪几种方式？具体说明几种方式的特点。
答：总线的传输方式有：串行传送、并行传送、复用传送和数据包传送。
串行传送方式：是n 位字长的数据通过一条通信信号线一位一位地传送。
并行传送方式：是字长n 位的数据由n 条信号线同时传送，数据传输速度快。
复用传送方式：是将数据分时分组传送的方式，它由同步信号控制，在一组通信线上采
用分时的办法，轮流地并行传送不同组的信号。
数据包传送方式：是将被传送的信息组成一个固定的数据结构，通常包含数据、地址和时钟等信息，这样可减少通信中同步操作的时间。