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1、计算机组成原理计算机组成原理考研指定教材考研指定教材习题解答习题解答李淑芝李淑芝 欧阳城添欧阳城添江西理工大学江西理工大学 计算机科学与技术教研室计算机科学与技术教研室2013.92013.9目目 录录第第 1 1 章章 计算机系统概计算机系统概论论. .1.1第第 2 2 章章 计算机的发展及应计算机的发展及应用用. .6.6第第 3 3 章章 系统总系统总线线. .8.8第第 4 4 章章 存储存储器器. .1313第第 5 5 章章 输入输出系输入输出系统统. .3232第第 6 6 章章 计算机的运算方计算机的运算方法法. .4444第第 7 7 章章 指令系指令系统统. .6565第
2、第 8 8 章章 CPUCPU 的结构和功能的结构和功能. .7070第第 9 9 章章 控制单元的功控制单元的功能能. .7878第第 1010 章章 控制单元的设控制单元的设计计8585第第 1 1 章章 计算机系统概论计算机系统概论1.11.1 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？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？解：解：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，它由看得见摸得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。
3、软件是见摸得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。软件是看不见摸不着的，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、资料、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、资料、数据集合。数据集合。硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。1.21.2 如何理解计算机系统的层次结构？如何理解计算机系统的
4、层次结构？解：（解：（1）第一级：实际机器）第一级：实际机器 M1 (机器语言机器机器语言机器)，机器语言程序直接在，机器语言程序直接在 M1 上执行；上执行；（2）第二级：虚拟机器）第二级：虚拟机器 M2（汇编语言机器）（汇编语言机器） ，将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，再在再在 M1上执行；（上执行；（3）第三级：虚拟机器）第三级：虚拟机器 M3(高级语言机器高级语言机器)，将高级语言程序先翻译成，将高级语言程序先翻译成汇编语言程序，再在汇编语言程序，再在 M2、M1（或直接到（或直接到 M1）上执行；（）上执行；（4）第零级：微程序机器）第零级：微
5、程序机器M0（微指令系统）（微指令系统） ，由硬件直接执行微指令。，由硬件直接执行微指令。 （5）实际上，实际机器）实际上，实际机器 M1 和虚拟机器和虚拟机器 M2之间还有一级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。之间还有一级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。（6）虚拟机器）虚拟机器 M3 还可以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。还可以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。1.31.3 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及联系。说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及联系。解：机器语言由解：机器语言由 0、1 代码组成，是机器能识别的一
6、种语言。用机器语言编写程序时代码组成，是机器能识别的一种语言。用机器语言编写程序时要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极易出错。过程也极易出错。汇编语言是符号式的程序设计语言，汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符汇编语言是符号式的程序设计语言，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。用汇编语言编写的汇编语言程序必须先被翻译成机器语言程序，才能被机器号表示指令。用汇编语言编写的汇编语言程序必须先被翻译成机器语言程序，才能被机器接受并自动运行。汇编语言的
7、每一条语句都与机器语言的某一条语句（接受并自动运行。汇编语言的每一条语句都与机器语言的某一条语句（0、1 代码）一一对代码）一一对应。应。高级语言是面向用户的语言，与具体的计算机指令系统无关、对问题的描述更接近于高级语言是面向用户的语言，与具体的计算机指令系统无关、对问题的描述更接近于人们习惯，且易于掌握和书写。它具有较强的通用性，程序员完全不必了解、掌握实际机人们习惯，且易于掌握和书写。它具有较强的通用性，程序员完全不必了解、掌握实际机器器 M1 的机型、内部的具体组成及其指令系统，只要掌握这类高级语言的语法和语义，便的机型、内部的具体组成及其指令系统，只要掌握这类高级语言的语法和语义，便可
8、直接用这种高级语言来编程，给程序员带来了极大的方便。但是，用高级语言编写的高可直接用这种高级语言来编程，给程序员带来了极大的方便。但是，用高级语言编写的高级语言程序必须先被翻译成汇编语言程序，然后再将其翻译成机器语言程序或者将高级语级语言程序必须先被翻译成汇编语言程序，然后再将其翻译成机器语言程序或者将高级语言程序直接翻译成机器语言程序才能被机器接受并自动运行。言程序直接翻译成机器语言程序才能被机器接受并自动运行。1.41.4 如何理解计算机组成和计算机体系结构？如何理解计算机组成和计算机体系结构？解：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解：计算机组成是指如何
9、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。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、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、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。机理等等，大都属于抽象的属性。1.51.5 冯冯诺依曼计算机的特点是什么？诺依曼计算机的特点是什么？解：冯解：
10、冯诺依曼计算机的特点是：诺依曼计算机的特点是：（1）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；（2）指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；）指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；（3）指令和数据均用二进制表示；）指令和数据均用二进制表示；（4）指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用）指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；来表示操作数在存储器中的位置；（5）指令在存储器中顺序存放，通常自动
11、顺序取出执行；）指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；（6）机器以运算器为中心（典型的冯）机器以运算器为中心（典型的冯诺依曼机）诺依曼机） 。1.61.6 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。标。解：解： 现代的计算机组成框图如图现代的计算机组成框图如图 1.1 所示：所示：输输入入设设备备控控制制器器运运算算器器输输出出设设备备存存储储器器控控制制线线反反馈馈线线数数据据线线计计算算结结果果计计算算步步骤骤和和 原原始始数数据据图图 1.1 以存储器为中心的计算机结构框图以存储器为中心的
12、计算机结构框图各部件的作用：各部件的作用：(1)运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内；运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内；(2)存储器用来存放数据和程序；存储器用来存放数据和程序；(3)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。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。(4)输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见有键盘、输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见有键盘、鼠标等。鼠标等。(5)输出设备可以将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机
13、输出，显示器输出设备可以将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出，显示器输出。输出。硬件的主要技术指标：硬件的主要技术指标：(1) 机器字长：指机器字长：指 CPU 一次能处理数据的位数，通常与一次能处理数据的位数，通常与 CPU 的寄存器位数有关。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。存储字长。(3) 运算速度：主频、运算速度：主频、Gibson 法、法、MIPS 每秒执行百万条指令、每秒执行百万条指令、CPI 执行一条指令所执行一条指令所需时钟周期数
14、、需时钟周期数、FLOPS 每秒浮点运算次数。每秒浮点运算次数。1.71.7 解释概念：主机、解释概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、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。存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。解：主机：是计算机硬件的主体部分，由解：主机：是计算机硬件的主体部分，由 CPU 和主存储器和主存储器 MM 合成为主机。合成为主机。CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成（早期的运算：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成（早期的运算器和控制器不在同
15、一芯片上，现在的器和控制器不在同一芯片上，现在的 CPU 内除含有运算器和控制器外还集成了内除含有运算器和控制器外还集成了 CACHE） 。主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。基元或存储元，不能单独存取。存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。存储容量：存储器中可存二进制代码的总量（通常主、辅存容量分开描述）存储容量：存储器中可存二进制代码的总量（通常主、辅存容量分开描述） 。机器字长：指机器字长：指 CPU 一次能处理的二进制数据的位数，通常与一次能处理的二进制数据的位数，通常与 CPU 的寄存器位数有关。的寄存器位数有关。指令字长
