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1、计算机系统概论唐朔飞著唐朔飞著 第第 一一 章章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？解：P3计算机系统计算机硬 件、软件和数据通信设备的物 理或逻辑的综合体。计算机硬件计算机的 物理实体。计算机软件计算机运 行所需的程序及相关资料。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。5. 冯诺依曼计算机的特点 是什么？解：冯氏计算机的特点是 ：P8 由运算器、控制器、存储 器、输入设备、输出设备五大部 件组成； 指令和数据以同一形式（ 二进制形式）存于存储器中； 指令由操作码、地址码两 大部分组成； 指令在存储器中顺序存放 ，通常自动顺序取出执行
2、； 以运算器为中心（原始冯 氏机）。7. 解释概念： 主机、CPU、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。解：主机是计算机硬件的主体 部分，由CPU+MM（主存或内存） 组成；CPU中央处理器（机）， 是计算机硬件的核心部件，由运算 器+控制器组成；（早期的运、控不 在同一芯片上）讲评：一种不确切的答法：CPU与MM合称主机；运算器与控制器合称CPU。这类概念应从性质和结构两个 角度共同解释较确切。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）存储单
3、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 ）机器字长CPU能同 时处理的数据位数；指令字长一条指令 的二进制代码位数；8. 解释下列英文缩写的中文 含义： CPU、PC、IR、CU、ALU、 ACC、MQ、X、MAR、MDR、 I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答应分英文全 称、中文名、中文解释三部分。CP
4、UCentral Processing Unit，中央处理机 （器），中文解释见7题，略；PCProgram Counter ，程序计数器，存放当前欲执行 指令的地址，并可自动计数形成 下一条指令地址的计数器；IRInstruction Register， 指令寄存器，存放当前正在执 行的指令的寄存器； CUControl Unit， 控制单元（部件），控制器中 产生微操作命令序列的部件， 为控制器的核心部件；ALUArithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单 元，运算器中完成算术逻辑运 算的逻辑部件；ACCAccumulator， 累加器，运算器中运算前存放 操作数、运算后存放
5、运算结果 的寄存器；MQMultiplier- Quotient Register，乘商寄 存器，乘法运算时存放乘数、 除法时存放商的寄存器。 X此字母没有专指的 缩写含义，可以用作任一部件 名，在此表示操作数寄存器， 即运算器中工作寄存器之一， 用来存放操作数；MARMemory Address Register，存储器地 址寄存器，内存中用来存放欲 访问存储单元地址的寄存器；MDRMemory Data Register，存储器数据 缓冲寄存器，主存中用来存放 从某单元读出、或写入某存储 单元数据的寄存器；I/OInput/Output equipment，输入/输出设备 ，为输入设备和输
6、出设备的总 称，用于计算机内部和外界信 息的转换与传送；MIPSMillion Instruction Per Second， 每秒执行百万条指令数，为计 算机运算速度指标的一种计量 单位；CPICPICycle Per InstructionCycle Per Instruction ，执行一条指令所需时钟周期数执行一条指令所需时钟周期数， 计算机运算速度指标计算机运算速度指标计量单位计量单位之一之一 ；FLOPSFloating Point Operation Per Second，每秒浮点 运算次数，计算机运算速度计量单 位之一。11. 指令和数据都存于存储器 中,计算机如何区分它们？解
7、：计算机硬件主要通过不同 的时间段来区分指令和数据，即： 取指周期（或取指微程序）取出的 既为指令，执行周期（或相应微程 序）取出的既为数据。另外也可通过地址来源区分， 从PC指出的存储单元取出的是指令 ，由指令地址码部分提供操作数地 址。系 统 总 线第第 三三 章章1. 什么是总线？总线传输有何 特点？为了减轻总线的负载，总线上 的部件都应具备什么特点？解：总线是多个部件共享的传输 部件；总线传输的特点是：某一时刻只 能有一路信息在总线上传输，即分时 使用；为了减轻总线负载，总线上的部 件应通过三态驱动缓冲电路与总线连 通。4. 为什么要设置总线判优 控制？常见的集中式总线控制有 几种？各
8、有何特点？哪种方式响 应时间最快？哪种方式对电路故 障最敏感？解：总线判优控制解决多 个部件同时申请总线时的使用权 分配问题；常见的集中式总线控制有 三种： 链式查询、计数器查询、独立请 求；特点：链式查询方式连线 简单，易于扩充，对电路故障最 敏感；计数器查询方式优先级设 置较灵活，对故障不敏感，连线 及控制过程较复杂；独立请求方 式判优速度最快，但硬件器件用 量大，连线多，成本较高。5. 解释概念：总线宽度、总 线带宽、总线复用、总线的主设备 （或主模块）、总线的从设备（或 从模块）、总线的传输周期、总线 的通信控制。解：总线宽度指数据总线的位 （根）数，用bit（位）作单位。总线带宽指总
9、线在单位时 间内可以传输的数据总量，相当于 总线的数据传输率，等于总线工作 频率与总线宽度（字节数）的乘积 。 总线复用指两种不同性质 且不同时出现的信号分时使用同一 组总线，称为总线的“多路分时复 用”。总线的主设备（主模块） 指一次总线传输期间，拥有总线 控制权的设备（模块）；总线的从设备（从模块） 指一次总线传输期间，配合主设 备完成传输的设备（模块），它只 能被动接受主设备发来的命令；总线的传输周期总线完 成一次完整而可靠的传输所需时间 ；总线的通信控制指总线 传送过程中双方的时间配合方式。6. 试比较同步通信和异步 通信。解：同步通信由统一时钟 控制的通信，控制方式简单， 灵活性差，
10、当系统中各部件工 作速度差异较大时，总线工作 效率明显下降。适合于速度差 别不大的场合；异步通信不由统一时 钟控制的通信，部件间采用应 答方式进行联系，控制方式较 同步复杂，灵活性高，当系统 中各部件工作速度差异较大时 ，有利于提高总线工作效率。8. 为什么说半同步通信 同时保留了同步通信和异步 通信的特点？解：半同步通信既能像同步 通信那样由统一时钟控制， 又能像异步通信那样允许传 输时间不一致，因此工作效 率介于两者之间。10. 什么是总线标准？为什么 要设置总线标准？目前流行的总线标 准有哪些？什么是即插即用？哪些总 线有这一特点？解：总线标准可理解为系统与 模块、模块与模块之间的互连的
11、标准 界面。总线标准的设置主要解决不同 厂家各类模块化产品的兼容问题；目前流行的总线标准有：ISA、 EISA、PCI等；即插即用指任何扩展卡插 入系统便可工作。EISA、PCI等具有 此功能。11. 画一个具有双向传输功能的总线逻 辑图。解：此题实际上是要求设计一个双向总 线收发器，设计要素为三态、方向、使能等 控制功能的实现，可参考74LS245等总线缓 冲器芯片内部电路。 逻辑图如下：（n位） GDIRA1B1AnBn 使能 控制方向 控制错误的设计：CPUMM I/O1I/O2I/On系统总线系统总线存储总线存储总线这个方案的错误是：不合题意。按题意要求应画出逻辑线路图而 不是逻辑框图
12、。12. 设数据总线上接有A 、B、C、D四个寄存器，要 求选用合适的74系列芯片， 完成下列逻辑设计：（1） 设计一个电路，在同 一时间实现DA、DB和 DC寄存器间的传送；（2） 设计一个电路，实现 下列操作：T0时刻完成D总线；T1时刻完成总线A；T2时刻完成A总线；T3时刻完成总线B。令：令：BUSBUSA=BUSA=BUSB=BUSB=BUSC=CPC=CP；D DBUS= -OEBUS= -OE； 当当CPCP前沿到来时，将前沿到来时，将D DA A、B B、C C。解： （1）采用三态输出的D型寄存器 74LS374做A、B、C、D四个寄存 器，其输出可直接挂总线。A、B 、C三
13、个寄存器的输入采用同一脉 冲打入。注意-OE为电平控制，与 打入脉冲间的时间配合关系为： -OE-OE：CP CP：现以8位总线为例，设计此电路，如下图 示：数据总线数据总线D7D7D0D0BUSBUSA A1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374D D1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374A A1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374B B1Q 8Q1Q 8Q OE OE 1D 8D 1D 8D374374C CBUSBUSC CBUSBUSB BBUSBUSD DD DBUSBUSC CBUSBUSB B
14、BUSBUSA ABUSBUS（2）寄存器设置同（1），由 于本题中发送、接收不在同一节拍 ，因此总线需设锁存器缓冲，锁存 器采用74LS373（电平使能输入） 。节拍、脉冲配合关系如下： 时钟：时钟： CLKCLK：节拍电平：节拍电平：TiTi：打入脉冲：打入脉冲：PiPi：图中，脉冲图中，脉冲包包在电平中，为了在电平中，为了留有留有 较多的较多的传送时间，脉冲设置在靠近电平传送时间，脉冲设置在靠近电平 后沿处后沿处。节拍、脉冲分配逻辑如下：二位二位 格雷格雷 码同码同 步计步计 数器数器1 1&1 11 11 1G Y0G Y0Y1 Y1 1/21391/2139Y3 Y3 A A B Y2B Y21 1CLKCLKP0P0P1P1P2P2P3P3T0T0T1T1T2T2T3T3-T0-T0-T1-T1-T2 -T2-T3-T3节拍、脉冲时序图如下：CLKCLK：T0T0：T1T1：T2T2：T3T3：P0P0：P1P1：P2P2：P3P3：以8位总线为例，电路设计如下： （图中，A、B、C、D四个寄存器与数据总线 的连接方法同上。）=1=11Q 8Q1Q
