計(jì)算機(jī)組成原理習(xí)題答案.pdf

第一章第一章第一章第一章 1 l 解釋下列名詞 摩爾定律 對(duì)集成電路上可容納的晶體管數(shù)目 性能和價(jià)格等發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè) 其主要 內(nèi)容是 成集電路上可容納的晶體管數(shù)量每 18 個(gè)月翻一番 性能將提高一倍 而其價(jià)格 將降低一半 主存 計(jì)算機(jī)中存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器 為計(jì)算機(jī)的主要工作存儲(chǔ)器 可隨機(jī) 存取 控制器 計(jì)算機(jī)的指揮中心 它使計(jì)算機(jī)各部件自動(dòng)協(xié)調(diào)地工作 時(shí)鐘周期 時(shí)鐘周期是時(shí)鐘頻率的倒數(shù) 也稱為節(jié)拍周期或 T 周期 是處理操作最基本的時(shí) 間單位 多核處理器 多核處理器是指在一枚處理器中集成兩個(gè)或多個(gè)完整的計(jì)算引擎 內(nèi)核 字長(zhǎng) 運(yùn)算器一次運(yùn)算處理的二進(jìn)制位數(shù) 存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)器中可存二進(jìn)制信息的總量 CPI 指執(zhí)行每條指令所需要的平均時(shí)鐘周期數(shù) MIPS 用每秒鐘執(zhí)行完成的指令數(shù)量作為衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)指標(biāo) 該指標(biāo)以每秒鐘完成 的百萬(wàn)指令數(shù)作為單位 CPU 時(shí)間 計(jì)算某個(gè)任務(wù)時(shí) CPU 實(shí)際消耗的時(shí)間 也即 CPU 真正花費(fèi)在某程序上的時(shí)間 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)由多級(jí)構(gòu)成 一般分成 5 級(jí) 由低到高分別 是 微程序設(shè)計(jì)級(jí) 機(jī)器語(yǔ)言級(jí) 操作系統(tǒng)級(jí) 匯編語(yǔ)言級(jí) 高級(jí)語(yǔ)言級(jí) 基準(zhǔn)測(cè)試程序 把應(yīng)用程序中使用頻度最高的那那些核心程序作為評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)性能的標(biāo)準(zhǔn)程 序 軟 硬件功能的等價(jià)性 從邏輯功能的角度來(lái)看 硬件和軟件在完成某項(xiàng)功能上是相同的 稱為軟 硬件功能是等價(jià)的 如浮點(diǎn)運(yùn)算既可以由軟件實(shí)現(xiàn) 也可以由專門(mén)的硬件實(shí)現(xiàn) 固件 是一種軟件的固化 其目的是為了加快軟件的執(zhí)行速度 可靠性 可靠性是指系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi) 完成規(guī)定功能的能力 產(chǎn) 品可靠性定義的要素是三個(gè) 規(guī)定 規(guī)定條件 規(guī)定時(shí)間 和 規(guī)定功能 MTTF 平均無(wú)故障時(shí)間 指系統(tǒng)自使用以來(lái)到第一次出故障的時(shí)間間隔的期望值 MTTR 系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間 MTBF 平均故障間隔時(shí)間 指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間 可用性 指系統(tǒng)在任意時(shí)刻可使用的概率 可根據(jù) MTTF MTTR 和 MTBF 等指標(biāo)計(jì)算處系統(tǒng)的 可用性 1 3 馮 諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本思想是什么 按此思想設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)應(yīng)由哪些部 件組成 各起什么作用 答 馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本思想是存儲(chǔ)程序和程序控制 其中的 存儲(chǔ)程序 是指將解題 的步驟編寫(xiě)成程序 然后把存儲(chǔ)存放到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中 而 程序控制 是指控制器讀出存 放在存儲(chǔ)器中的程序并根據(jù)該程序控制全機(jī)協(xié)調(diào)工作以完成程序的功能 根據(jù)馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的基本思想 計(jì)算機(jī)的硬件應(yīng)該由運(yùn)算器 控制器 存儲(chǔ)器 輸 入 輸出設(shè)備和總線組成 各部件的作用 運(yùn)算器 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的部件 存儲(chǔ)器 存放程序和數(shù)據(jù) 控制器 根據(jù)指令的功能控制構(gòu)成計(jì)算機(jī)的各大功能部件協(xié)調(diào)工作 共同完成指令的功 能 輸入設(shè)備 將外部信息輸送到主機(jī)內(nèi)部的設(shè)備 輸出設(shè)備 能將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息以不同并且相應(yīng)的形式反饋給人們的設(shè)備 總線 連接兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備 部件 的公共信息通路 1 4 什么是計(jì)算機(jī)字長(zhǎng) 它取決于什么 計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)統(tǒng)一了哪些部件的長(zhǎng)度 答 計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)一般指一次參與運(yùn)算數(shù)據(jù)的基本長(zhǎng)度 用二進(jìn)制數(shù)位的長(zhǎng)度來(lái)衡量 它取決于運(yùn)算器一次運(yùn)算處理的二進(jìn)制位數(shù) 它是計(jì)算機(jī)的重要性能指標(biāo) 常用的計(jì)算 機(jī)字長(zhǎng)有 8 位 16 位 32 位及 64 位 一般與計(jì)算機(jī)內(nèi)部寄存器 加法器 數(shù)據(jù)總線的位數(shù)以及存儲(chǔ)器字長(zhǎng)等長(zhǎng) 因此 字長(zhǎng) 直接影響硬件的代價(jià) 1 5 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從功能上可劃分為哪些層次 各層次在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起什么作用 答 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分成五級(jí)層次結(jié)構(gòu) 第 1 級(jí)為微程序設(shè)計(jì)級(jí) 第 2 級(jí)為機(jī)器語(yǔ)言級(jí) 第 3 級(jí)為操作系統(tǒng)級(jí) 第 4 級(jí)為匯編語(yǔ)言級(jí) 第 5 級(jí)為高級(jí)語(yǔ)言級(jí) 各層次的作用 微程序級(jí) 為機(jī)器指令級(jí)提供機(jī)器指令的解釋指行功能 機(jī)器指令級(jí) 是軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)的界面 一條機(jī)器指令的功能由微程序機(jī)器級(jí)的一 段微型程序的功能實(shí)現(xiàn) 操作系統(tǒng)級(jí) 調(diào)度計(jì)算機(jī)中的軟件和硬件資源 匯編語(yǔ)言級(jí) 它將用戶編寫(xiě)的接近人類語(yǔ)言的程序 翻譯成能在機(jī)器上運(yùn)行的目標(biāo)程序 高級(jí)語(yǔ)言級(jí) 完全面向用戶 是用戶關(guān)心的目標(biāo) 可執(zhí)行各種用途的程序 1 6 計(jì)算機(jī)內(nèi)部有哪兩股信息在流動(dòng) 它們彼此有什么關(guān)系 答 計(jì)算機(jī)中有兩股信息在流動(dòng) 一股是控制信息 即操作命令 它分散流向各個(gè)部件 一 股是數(shù)據(jù)信息 它受控制信息的控制 從一個(gè)部件流向另一個(gè)部件 在流動(dòng)的過(guò)程被相應(yīng)的 部件加工處理 1 9 說(shuō)明高級(jí)語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言三者之間的差別和聯(lián)系 答 機(jī)器語(yǔ)言是直接用二進(jìn)制代碼指令表達(dá)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言 是一種面向機(jī)器的編程語(yǔ)言 屬 于低級(jí)語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言是用助記符號(hào)來(lái)表示計(jì)算機(jī)指令的語(yǔ)言 也是低級(jí)的語(yǔ)言 高級(jí)語(yǔ)言是一類接近于人類自然語(yǔ)言和數(shù)學(xué)語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的統(tǒng)稱 分為面向過(guò)程 的語(yǔ)言和面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言 它們都是計(jì)算機(jī)的編程語(yǔ)言 并且是計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言發(fā)展的三個(gè)階段 三者各自的特點(diǎn) 使用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的程序 占用內(nèi)存少 執(zhí)行效率高 缺點(diǎn) 編程工作量大 容易出錯(cuò) 依賴具體的計(jì)算機(jī)體系 因而程序的通用性 移植性都很差 使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序 能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對(duì)代碼做最佳的優(yōu)化 提高運(yùn)行速 度 能夠最大限度地發(fā)揮硬件的功能 但是編寫(xiě)的代碼非常難懂 不好維護(hù) 開(kāi)發(fā)效率很低 時(shí)間長(zhǎng)且單調(diào) 高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)是 編程相對(duì)簡(jiǎn)單 直觀 易理解 不容易出錯(cuò) 編寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序通 用性好 具有較好的移植性 1 10 什么是系統(tǒng)的可靠性 衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)有哪些 如何提高系統(tǒng)的可靠性 答 系統(tǒng)的可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi) 完成規(guī)定功能的能力 衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)有三個(gè) 平均無(wú)故障時(shí)間 平均故障間隔時(shí)間和可用性 提高系統(tǒng)可靠性的常用方法包括避錯(cuò)和容錯(cuò) 前者即避免錯(cuò)誤的出現(xiàn) 從而提高系統(tǒng)的 平均無(wú)故障時(shí)間 后者容許錯(cuò)誤的出現(xiàn) 但采取有效的方法來(lái)防止其造成的不利影響 1 11 假定某計(jì)算機(jī) 1 和計(jì)算機(jī) 2 以不同的方式實(shí)現(xiàn)了相同的指令集 該指令集中共有 A B C D 四類指令 它們?cè)诔绦蛑兴急壤謩e為 40 20 20 20 機(jī)器 1 和機(jī)器 2 的時(shí) 鐘周期為 600MHZ 和 800MHZ 各類指令在兩機(jī)器上的 CPI 如表 1 5 所示 求兩機(jī)器的 MIPS 各為多少 表 1 5 兩臺(tái)計(jì)算機(jī)不同指令的 CPI A B C D CPI1 2 3 4 5 CPI2 2 2 3 4 解 CPI1 2 0 4 0 2 3 4 5 3 2 MIPS1 f CPI1 10 6 600 106 3 2 106 187 5 CPI2 2 0 4 0 2 2 3 4 2 6 MIPS2 f CPI1 10 6 800 106 2 6 106 307 7 1 12 若某程序編譯后生成的目標(biāo)代碼由 A B C D 四類指令組成 它們?cè)诔绦蛑兴急壤?分別為 40 20 15 25 已知 A B C D 四類指令的 CPI 分別為 1 2 2 2 現(xiàn)需要 對(duì)程序進(jìn)行編譯優(yōu)化 優(yōu)化后的程序中 A 類指令條數(shù)減少了一半 而其它指令數(shù)量未發(fā)生變 化 假設(shè)運(yùn)行該程序的計(jì)算機(jī) CPU 主頻為 500MHZ 完成下列各題 1 優(yōu)化前后程序的 CPI 各為多少 2 優(yōu)化前后程序的 MIPS 各為多少 3 通過(guò)上面的計(jì)算結(jié)果你能得出什么結(jié)論 解 1 優(yōu)化前 CPI n i i i IC IC CPI 1 1 0 4 2 0 2 2 0 15 2 0 25 1 6 優(yōu)化后 A B C D 四類指令在程序中所占比例分別為 1 4 1 4 3 16 5 16 CPI n i i i IC IC CPI 1 1 1 4 2 1 4 2 3 16 2 5 16 1 75 2 根據(jù) 公式 MIPS 6 C PI 10 時(shí) 鐘 頻 率 得 優(yōu)化前 MIPS 500 10 6 1 6 106 312 5 優(yōu)化后 MIPS 500 10 6 1 75 106 285 7 3 優(yōu)化后 A 類指令條數(shù)減少 造成計(jì)算機(jī)的 CPI 增加 MIPS 減少 這樣的優(yōu)化雖然減少 了 A 類指令條數(shù) 卻降低了程序的執(zhí)行速度 第二章 2 1 解釋下列名詞 真值 正號(hào)和負(fù)號(hào)分別用 和 表示 數(shù)據(jù)位保持二進(jìn)制值不變的數(shù)據(jù)表示方法 數(shù)值數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)所支持的一種數(shù)據(jù)類型 用于科學(xué)計(jì)算 常見(jiàn)的數(shù)值數(shù)據(jù)類型包括小數(shù) 整數(shù) 浮點(diǎn)數(shù)數(shù)等 非數(shù)值數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)所支持的一種數(shù)據(jù)類型 一般用來(lái)表示符號(hào)或文字等沒(méi)有數(shù)值值的數(shù)據(jù) 機(jī)器數(shù) 數(shù)據(jù)在機(jī)器中的表示形式 是正負(fù)符號(hào)數(shù)碼化后的二進(jìn)制數(shù)據(jù) 變形補(bǔ)碼 用兩個(gè)二進(jìn)制位來(lái)表示數(shù)字的符號(hào)位 其余與補(bǔ)碼相同 即 00 表示正 11 表示負(fù) 規(guī)格化 將非規(guī)格化的數(shù)處理成規(guī)格化數(shù)的過(guò)程 規(guī)格化數(shù)規(guī)定尾數(shù)用純小數(shù)表示 且真值 表示時(shí)小數(shù)點(diǎn)后第一位不為 0 以機(jī)器數(shù)表示時(shí)對(duì)小數(shù)點(diǎn)后第一位的規(guī)定與具體的機(jī)器數(shù)的 形式有關(guān) 機(jī)器零 計(jì)算機(jī)保存數(shù)字的位有限 所能表示最小的數(shù)也有范圍 其中有一個(gè)范圍之中 的數(shù)據(jù)無(wú)法精確表示 當(dāng)實(shí)際的數(shù)據(jù)處在這個(gè)無(wú)法精確表示的數(shù)據(jù)范圍時(shí)計(jì)算機(jī)就將 該數(shù)作為機(jī)器零來(lái)處理 因此 計(jì)算機(jī)中的機(jī)器零其實(shí)對(duì)應(yīng)的不是一個(gè)固定的數(shù) 而 是一個(gè)數(shù)據(jù)表示范圍 BCD 碼 用 4 位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示 1 位十進(jìn)制數(shù)中的 0 9 這 10 個(gè)數(shù)碼 即二進(jìn)制表示的十 進(jìn)制數(shù) 漢字內(nèi)碼 計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ) 處理加工和傳輸漢字時(shí)所用的由 0 和 1 符號(hào)組成的代碼 碼距 一組編碼中對(duì)應(yīng)位上數(shù)字位不同的最小個(gè)數(shù) 奇偶校驗(yàn) 通過(guò)檢測(cè)校驗(yàn)碼中 1 的個(gè)數(shù)的奇 偶性是否改變來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)的一種數(shù)據(jù) 校驗(yàn)方法 海明校驗(yàn) 是一種基于多重奇校驗(yàn)且具有檢測(cè)與糾正錯(cuò)誤的校驗(yàn)方法 其基本原理是將有效 信息按某種規(guī)律分成若干組 每組安排一個(gè)校驗(yàn)位進(jìn)行奇偶測(cè)試 就能提供多位檢錯(cuò)信息 以指出最大可能是哪位出錯(cuò) 從而將其糾正 循環(huán)冗余校驗(yàn) 是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種具有檢測(cè)與糾正錯(cuò)誤能力差錯(cuò)校驗(yàn)碼 基利 用生成多項(xiàng)式并基于模 2 運(yùn)算建立編碼規(guī)則 檢錯(cuò) 檢測(cè)被傳送的信息中是否發(fā)生差錯(cuò) 糾錯(cuò) 糾正信息在傳送或存儲(chǔ)過(guò)程中所發(fā)生的錯(cuò)誤 2 2 回答下列問(wèn)題 1 為什么計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制 答 因?yàn)槎M(jìn)制具有運(yùn)算簡(jiǎn)單和表示簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn) 除此之外還有可靠和容易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn) 具體來(lái)說(shuō) 是因?yàn)?1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 計(jì)算機(jī)是由邏輯電路組成 邏輯電話通常只有兩個(gè)狀態(tài) 開(kāi)關(guān) 的接通與斷開(kāi) 這兩種狀態(tài)正好可以用 1 和 0 表示 2 簡(jiǎn)化運(yùn)算規(guī)則 兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)和 積運(yùn)算組合各有三種 運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單 有利 于簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 提高運(yùn)算速度 3 適合邏輯運(yùn)算 邏輯代數(shù)是邏輯運(yùn)算的理論依據(jù) 二進(jìn)制只有兩個(gè)數(shù)碼 正好 與邏輯代數(shù)中的 真 和 假 相吻合 4 易于進(jìn)行轉(zhuǎn)換 二進(jìn)制與十進(jìn)制數(shù)易于互相轉(zhuǎn)換 2 為什么計(jì)算機(jī)中采用補(bǔ)碼表示帶符號(hào)的整數(shù) 答 采用補(bǔ)碼運(yùn)算具有如下兩個(gè)特征 1 因?yàn)槭褂醚a(bǔ)碼可以將符號(hào)位和其他位統(tǒng)一處理 同時(shí) 減法也可以按加法來(lái)處理 即 如果是補(bǔ)碼表示的數(shù) 不管是加減法都直接用加法運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn) 2 兩個(gè)用補(bǔ)碼表示的數(shù)相加時(shí) 如果最高位 符號(hào)位 有進(jìn)位 則進(jìn)位被舍棄 這樣的運(yùn)算有兩個(gè)好處 a 使符號(hào)位能與有效值部分一起參加運(yùn)算 從而簡(jiǎn)化運(yùn)算規(guī)則 從而可以簡(jiǎn)化運(yùn)算器的 結(jié)構(gòu) 提高運(yùn)算速度 減法運(yùn)算可以用加法運(yùn)算表示出來(lái) b 加法運(yùn)算比減法運(yùn)算更易于實(shí)現(xiàn) 使減法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算 進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)中 運(yùn)算器的線路設(shè)計(jì) 3 浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍和精確度分別由什么決定 字長(zhǎng)一定時(shí)浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍與精確度之間 有和關(guān)系 答 浮點(diǎn)數(shù)的表示范圍由階碼的位數(shù)決定 精確度由尾數(shù)的位數(shù)決定 當(dāng)機(jī)器字長(zhǎng)一定時(shí) 分給階碼的位數(shù)越多 尾數(shù)占用的位數(shù)就越少 則數(shù)的表示范圍越 大 而尾數(shù)占用的位數(shù)減少 必然會(huì)減少數(shù)的有效數(shù)位 即影響數(shù)的精度 4 漢字輸入碼 機(jī)內(nèi)碼和字型碼在漢字處理過(guò)程中各有何作用 答 漢字輸入碼 機(jī)內(nèi)碼和字型碼 分別用于漢字的輸入 漢字在計(jì)算機(jī)內(nèi)的處理以及漢字 的顯示和打印 具體來(lái)說(shuō) 計(jì)算機(jī)要對(duì)漢字信息進(jìn)行處理 首先要將漢字轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的二進(jìn) 制形式并輸入到計(jì)算機(jī) 這是由漢字輸入碼完成的 漢字輸入到計(jì)算機(jī)后 還需要轉(zhuǎn)換成內(nèi) 碼才能被計(jì)算機(jī)處理 顯然 漢字內(nèi)碼也應(yīng)該是二進(jìn)制形式 如果需要顯示和打印漢字 還 要將漢字的內(nèi)碼轉(zhuǎn)換成字形碼 5 在機(jī)內(nèi)碼中如何區(qū)分兩個(gè) ASCII 碼字符和一個(gè)漢字 答 將一個(gè)漢字看成是兩個(gè)擴(kuò)展 ASCII 碼 使表示 GB2312 漢字的兩個(gè)字節(jié)的最高位都為 1 而每個(gè) ASCII 碼字符中每個(gè)字節(jié)的最高位為 0 這樣就能區(qū)別一個(gè)機(jī)內(nèi)碼到底對(duì)應(yīng)一個(gè)漢字 還是兩個(gè)西文字符 6 8421 碼就是二進(jìn)制數(shù) 這種說(shuō)法對(duì)嗎 為什么 答 這種說(shuō)法是不對(duì)的 8421 碼是一種最簡(jiǎn)單的有權(quán)碼 它選取 4 位二進(jìn)制數(shù)的前 10 個(gè)代 碼 0000 1001 分別對(duì)應(yīng)表示十進(jìn)制數(shù)的 10 個(gè)數(shù)碼 若按權(quán)求和 和數(shù)就等于該代碼所對(duì)應(yīng) 的十進(jìn)制數(shù) 8421 碼是一種編碼方式 用于十進(jìn)位制與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 而二進(jìn)制數(shù)是用 0 和 1 兩個(gè)數(shù)碼來(lái)表示的數(shù) 二者是不同的概念 不能等同 7 如何識(shí)別浮點(diǎn)數(shù)的正負(fù) 浮點(diǎn)數(shù)能表示的數(shù)值范圍和數(shù)值的精確度取決于什么 答 當(dāng)采用一般浮點(diǎn)數(shù)格式表示浮點(diǎn)數(shù)時(shí) 階碼和尾數(shù)都各包含一位符號(hào)位 浮點(diǎn)數(shù)的正負(fù) 由尾數(shù)的的符號(hào)位決定 當(dāng)采用 IEEE754 格式時(shí) 通過(guò)數(shù)符就能判斷出浮點(diǎn)數(shù)的正負(fù) 浮點(diǎn)數(shù)能表示的數(shù)值范圍和數(shù)值的精確度 分別取決于階碼的位數(shù)和尾數(shù)的位數(shù) 8 簡(jiǎn)述 CRC 的糾錯(cuò)原理 答 發(fā)送部件將某信息的 CRC 碼傳送至接收部件 接收部件收到 CRC 碼后 仍用約定的生成 多項(xiàng)式 G x 去除 若余數(shù)為 0 表示傳送正確 若余數(shù)不為 0 表示出錯(cuò) 再由余數(shù)的值來(lái) 確定哪一位出錯(cuò) 從而加以糾正 具體的糾錯(cuò)原理如下 1 不論錯(cuò)誤出現(xiàn)在哪一位 均要通過(guò)將出錯(cuò)位循環(huán)左移到最左邊的一位上時(shí)被糾正 2 不為零余數(shù)的具有循環(huán)特性 即在余數(shù)后面補(bǔ)一個(gè)零除以生成多項(xiàng)目式 將得到 下一個(gè)余數(shù) 繼續(xù)在新余數(shù)基礎(chǔ)上補(bǔ)零除以生成多項(xiàng)式 繼續(xù)該操作 余數(shù)最后能循環(huán)到最開(kāi) 始的余數(shù) 3 CRC 就是利用不為零余數(shù)的循環(huán)特性 在循環(huán)計(jì)算余數(shù)的同時(shí) 將收到的 CRC 編碼 同步移動(dòng) 當(dāng)余數(shù)循環(huán)到等于最左邊位出錯(cuò)對(duì)應(yīng)的余數(shù)時(shí) 表明已將出錯(cuò)的位移到 CRC 碼的 最左邊 對(duì)出錯(cuò)位進(jìn)行糾錯(cuò) 4 繼續(xù)進(jìn)行余數(shù)的循環(huán)計(jì)算 并同步移動(dòng) CRC 編碼 當(dāng)余數(shù)又回到最開(kāi)始的值時(shí) 糾 錯(cuò)后的 CRC 碼又回到了最開(kāi)始的位置 至此 完成 CRC 的糾錯(cuò)任務(wù) 2 4 已知數(shù)的補(bǔ)碼表示形式 求數(shù)的真值 x 補(bǔ) 0 10010 x 補(bǔ) 1 10010 x 補(bǔ) 1 11111 x 補(bǔ) 1 00000 x 補(bǔ) 0 10001 x 補(bǔ) 1 00001 解 x 補(bǔ) 0 10010 則 x 原 0 10010 x 0 10010 x 補(bǔ) 1 10010 則 x 原 1 01101 x 0 01101 x 補(bǔ) 1 11111 則 x 原 1 00000 x 0 x 補(bǔ) 1 00000 則 x 原 1 11111 x 0 11111 x 補(bǔ) 0 10001 則 x 原 0 10001 x 0 10001 x 補(bǔ) 1 00001 則 x 原 1 11110 x 0 11110 2 5 已知 x 0 10110 y 0 01010 求 x 2 補(bǔ) x 4 補(bǔ) y 2 補(bǔ) 2y 補(bǔ) 解 x 原 0 10110 x 反 x 補(bǔ) 所以 x 2 補(bǔ) 0 010110 x 4 補(bǔ) 0 0010110 y 原 1 01010 y 反 1 10101 y 補(bǔ) 1 10110 所以 y 2 補(bǔ) 1 110110 2y 補(bǔ) 1 0110 2 6 C 語(yǔ)言中允許無(wú)符號(hào)數(shù)和有符號(hào)整數(shù)之間的轉(zhuǎn)換 下面是一段 C 語(yǔ)言代碼 Int x 1 Unsigned u 2147483648 Printf x u d n x x Printf u u d n u u 給出在 32 位計(jì)算機(jī)中上述程序段的輸出結(jié)果并分析原因 解 x 4294967295 1 u 2147483648 2147483648 原因 x 是 int 型 在計(jì)算機(jī)中以補(bǔ)碼形式存在 u 以無(wú)符號(hào)輸出 d 輸出真值 所以 x 4294967295 1 u 231是一個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù) 無(wú)溢出 由于首位為 1 u 符號(hào)輸出第一位為非符號(hào)位 所以是 2147483648 d 第一位為符號(hào)位 所以是負(fù)數(shù) 取反加 1 還是 231所以是 2147483648 2 10 求與 IEEE754 32 位浮點(diǎn)數(shù) 43940000H 對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù) 解 43940000H 0100 0011 1001 0100 0000 0000 0000 0000 2 S 0 E 10000111 2 127 8 M 1 00101 所以表示數(shù)為 100101000 對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為 296 2 11 求 32 位 IEEE754 浮點(diǎn)數(shù)能表示的最大數(shù)和最小數(shù) 解 用 IEEE754 格式 E 的取值范圍 1 254 留出全 0 和全 1 分別表示 0 和無(wú)窮大 31 30 23 22 0 E M 1 最大數(shù)的二進(jìn)制表示 0 11111110 11111111111111111111111 即 2 127 2 2 23 2 最小數(shù)的二進(jìn)制表示 1 11111110 11111111111111111111111 即 2 127 2 2 23 2 15 設(shè)有效信息為 01011011 分別寫(xiě)出奇校驗(yàn)碼和偶校驗(yàn)碼 如果接收方收到的有效信息 為 01011010 說(shuō)明如何發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤 解 奇偶校驗(yàn)位分別為 0 和 1 奇校驗(yàn)碼 010110110 0 0 0 偶校驗(yàn)碼 010110111 1 1 1 如果采用奇校驗(yàn) 則發(fā)送方發(fā)出的奇校驗(yàn)碼 x 010110110 0 0 0 前 8 位是有效信息位 最后一位 是校驗(yàn)位 如果接收方收到的 x 010110100 0 0 0 只有 1 位出錯(cuò) 最后一個(gè) 0 是校驗(yàn)位 接收方按奇校驗(yàn)方式根據(jù) 01011010 計(jì)算得到的驗(yàn)位 C 1 與從信息中讀到得校驗(yàn)碼的取 值不同 表明傳送的信息發(fā)生了錯(cuò)誤 如果采用偶校驗(yàn) 利用相似的方法可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤 2 16 由 6 個(gè)字符的 7 位 ASCII 編碼排列 再加上水平和垂直偶校驗(yàn)位構(gòu)成如表 2 23 的 行列結(jié)構(gòu) 最后一列為水平奇偶校驗(yàn)位 最后一行為垂直奇偶校驗(yàn)位 表 2 23 ASCII 碼交叉校驗(yàn) 字符 7 位 ASCII 碼 HP 3 0 X1 X2 0 0 1 1 0 Y1 1 0 0 1 0 0 X3 1 X4 1 0 1 0 1 1 0 Y2 0 1 X5 X6 1 1 1 1 D 1 0 0 X7 1 0 X8 0 0 X9 1 1 1 X10 1 1 VP 0 0 1 1 1 X11 1 X12 則 X1 X2 X3 X4 處的比特分別為 1110 X5 X6 X7 X8 處的比特分別為 1000 X9 X10 X11 X12 處 的比特分別為 1011 Y1 和 Y2 處的字符分別為 I 和 7 解答思路 利用交叉奇 偶校驗(yàn)原理來(lái)確定各個(gè) X 值 再查詢 ASCII 碼表獲知 Y1 和 Y2是 什么字符 2 17 設(shè) 8 位有效信息為 01101ll0 試寫(xiě)出它的海明校驗(yàn)碼 給出過(guò)程 說(shuō)明分組檢測(cè)方式 并給出指誤字及其邏輯表達(dá)式 如果接收方收到的有效信息變成 01101111 說(shuō)明如何定位 錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤 解 被檢驗(yàn)位有 8 位 設(shè)檢驗(yàn)位有 r 位 因?yàn)?8 rB A C 畫(huà)出串行鏈?zhǔn)脚?隊(duì)電路 解解解解 圖 8 10 串行鏈接方式示意圖 8 6 有 4 個(gè)設(shè)備 A B C D 的響應(yīng)優(yōu)先權(quán)為 A B C D 試畫(huà)出獨(dú)立請(qǐng)求方式的排隊(duì)電路 解解解解 總線 控制器 數(shù)據(jù)線 地址線 控制線 A B D BGD BRD BGB BRB BGA BRA C BGC BRC 其中優(yōu)先權(quán)的設(shè)定可通過(guò)編程進(jìn)行修改 8 7 假定有一個(gè)具有以下性能的系統(tǒng) 1 存儲(chǔ)器和總線系統(tǒng)支持大小為 4 16 個(gè) 32 位字的數(shù)據(jù) 塊訪問(wèn) 2 總線的時(shí)鐘頻率為 200MHZ 總線寬度為 64 位 每 64 位數(shù)據(jù)的傳輸需要一個(gè)時(shí)鐘 周期 向存儲(chǔ)器發(fā)送一個(gè)地址需要一個(gè)時(shí)鐘周期 每個(gè)總線操作之間需要 2 個(gè)總線周期 設(shè) 一次存儲(chǔ)之前總線總是處于空閑狀態(tài) 3 對(duì)最初的 4 個(gè)字的訪問(wèn)時(shí)間為 200ns 隨后的 4 個(gè)字 能在 20ns 的時(shí)內(nèi)被讀取 假定總線傳輸數(shù)據(jù)的操作可以與讀下 4 個(gè)字的操作重疊進(jìn)行 讀操 作中 分別用 4 個(gè)字的數(shù)據(jù)塊和 16 個(gè)字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個(gè)數(shù)據(jù) 計(jì)算機(jī)兩種情況下總線 傳輸?shù)膸捄兔棵胫锌偩€事務(wù)的次數(shù) 說(shuō)明 一個(gè)總線傳輸操作包含一個(gè)地址和緊隨其后 的數(shù)據(jù) BG BR BS 地址線 數(shù)據(jù)線 控制線 D 總線 控制器 B C A 解解解解 用 4 個(gè)字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個(gè)數(shù)據(jù) 需要傳送 64 次數(shù)據(jù) 根據(jù)題目假設(shè)條件 傳輸 256 個(gè)數(shù)據(jù)需要的總時(shí)間為 t 200ns 20ns 64 1 1460ns 則傳輸?shù)膸挒?256 4B 1460ns 701MB s 總線事務(wù)次數(shù)為 64 1 2 192 次 用 16 個(gè)字的數(shù)據(jù)塊傳輸 256 個(gè)數(shù)據(jù) t 3 16 T 200ns 16 48 20ns 傳輸帶寬為 256 4B 3 16 T 200ns 16 48 20ns 233MB s 總線事務(wù)次數(shù)為 16 1 8 144 次 第九章 9 1 解釋下列名詞 接口 中斷 中斷處理優(yōu)先級(jí) 中斷屏蔽 多重中斷 中斷向量 中斷響應(yīng)優(yōu)先級(jí) 中斷隱指令 程序中斷 I O 程序查詢 I O DMA 周期挪用 通道 選擇型通道 通道指令 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 顯示分辨率 點(diǎn)距 行反轉(zhuǎn)掃描法 解 1 接口 接口是兩個(gè)不同部件或系統(tǒng)之間的連接部分 可以是兩個(gè)硬設(shè)備 可以都是計(jì) 算機(jī) 也可以都是外部設(shè)備 之間的連接 也可以是軟件系統(tǒng)中兩個(gè)獨(dú)立程序塊之間的連接 2 中斷 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) 若系統(tǒng)外部 內(nèi)部或現(xiàn)行程序本身出現(xiàn)某種非預(yù)期的事件 CPU 將暫時(shí)停下現(xiàn)行程序 轉(zhuǎn)向?yàn)樵撌录?wù) 待事件處理完畢 再恢復(fù)執(zhí)行原來(lái)被終止的 程序 這個(gè)過(guò)程稱為中斷 3 中斷處理優(yōu)先級(jí) 處理優(yōu)先級(jí)是指 CPU 實(shí)際完成中斷處理程序的先后次序 對(duì)單級(jí)中斷 而言 先被 CPU 響應(yīng)的中斷服務(wù)程序先完成 對(duì)多重中斷而言 先被 CPU 響應(yīng)的中斷不一定 先完成 這與中斷屏蔽密切相關(guān) 4 中斷屏蔽 為了便于利用程序控制中斷處理的先后順序 可通過(guò)程序有選擇地封鎖部分 中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求 而允許其余部分中斷仍得到響應(yīng) 這種方式稱為中斷屏蔽 5 多重中斷 若在中斷服務(wù)程序執(zhí)行過(guò)程中 如果允許 CPU 響應(yīng)其它中斷請(qǐng)求 則這種中 斷稱為多重中斷 也稱中斷嵌套 6 中斷向量 通常將中斷服務(wù)程序的入口地址和程序狀態(tài)字 有的機(jī)器不包含此項(xiàng) 稱為 中斷向量 7 中斷響應(yīng)優(yōu)先級(jí) 響應(yīng)優(yōu)先級(jí)是指 CPU 對(duì)各設(shè)備中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)的先后次序 它根據(jù) 中斷事件的重要性和迫切性而定 當(dāng)幾個(gè)設(shè)備同時(shí)有中斷請(qǐng)求時(shí) 優(yōu)先級(jí)高的先響應(yīng) 優(yōu)先 級(jí)低的后響應(yīng) 8 中斷隱指令 CPU 響應(yīng)中斷之后 經(jīng)過(guò)某些操作 轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序 這些操作是 由硬件直接實(shí)現(xiàn)的 把它稱為中斷隱指令 中斷隱指令并不是指令系統(tǒng)中的一條真正的指令 它沒(méi)有操作碼 所以中斷隱指令是一種不允許 也不可能為用戶使用的特殊指令 9 程序中斷 I O 當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)外設(shè)后 無(wú)需等待查詢 而是繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序 外設(shè)在 做好輸入輸出準(zhǔn)備時(shí) 向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求 主機(jī)接到請(qǐng)求后就暫時(shí)中止原來(lái)執(zhí)行的程序 轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)ν獠空?qǐng)求進(jìn)行處理 在中斷處理完畢后返回原來(lái)的程序繼續(xù)執(zhí)行 10 程序查詢 I O 程序查詢方式是一種程序直接控制方式 這是主機(jī)與外設(shè)間進(jìn)行信息交 換的最簡(jiǎn)單的方式 輸入和輸出完全是通過(guò) CPU 執(zhí)行程序來(lái)完成的 一旦某一外設(shè)被選中并 啟動(dòng)后 主機(jī)將查詢這個(gè)外設(shè)的某些狀態(tài)位 看其是否準(zhǔn)備就緒 若外設(shè)未準(zhǔn)備就緒 主機(jī) 將再次查詢 若外設(shè)已準(zhǔn)備就緒 則執(zhí)行一次 I O 操作 11 DMA 直接存儲(chǔ)器存取控制方式 DMA 方式下外設(shè)與主存之間傳送數(shù)據(jù)時(shí) CPU 仍可執(zhí)行 主程序 12 周期挪用 周期挪用是指利用 CPU 不訪問(wèn)存儲(chǔ)器的那些周期來(lái)實(shí)現(xiàn) DMA 操作 此時(shí) DMAC 可以使用總線而不用通知 CPU 也不會(huì)妨礙 CPU 的工作 13 通道 通道方式是 DMA 方式的發(fā)展 在通道方式下 數(shù)據(jù)的傳送方向 存取數(shù)據(jù)的內(nèi)存 起始地址及傳送的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度等都由獨(dú)立于 CPU 的通道來(lái)進(jìn)行控制 因此 通道方式可進(jìn)一 步減少 CPU 的干預(yù) 14 選擇型通道 對(duì)于這種高速傳輸 通道難以同時(shí)對(duì)多個(gè)這樣的設(shè)備進(jìn)行操作 只能一次 對(duì)一個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作 這種通道稱為選擇通道 15 通道指令 通道程序是由一系列通道指令組成的 通道指令一般包含被交換數(shù)據(jù)在內(nèi)存 中應(yīng)占據(jù)的位置 傳送方向 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度及被控制的 I O 設(shè)備的地址信息 特征信息 例如 是磁帶設(shè)備還是磁盤(pán)設(shè)備 等 16 輸入設(shè)備 向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備 17 輸出設(shè)備 是人與計(jì)算機(jī)交互的一種部件 用于數(shù)據(jù)的輸出 18 顯示分辨率 顯示分辨率是顯示器在顯示圖像時(shí)的分辨率 分辨率是用點(diǎn)來(lái)衡量的 顯 示器上這個(gè) 點(diǎn) 就是指像素 pixel 19 點(diǎn)距 點(diǎn)距指屏幕上相鄰兩個(gè)同色像素單元之間的距離 即兩個(gè)紅色 或綠 藍(lán) 像素 單元之間的距離 20 行反轉(zhuǎn)掃描法 先對(duì)所有行線送 1 所有列線送 0 讀鍵盤(pán)行掃描值 然后反過(guò)先 對(duì)所有行線送 0 然后對(duì)所有列線送 1 并讀鍵盤(pán)列掃描值 9 2 簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題 1 什么是接口 它有哪些功能 2 主機(jī)與外部設(shè)備之間如何連接 3 主機(jī)與外部設(shè)備信息交換的控制方式有哪些 各有什么特點(diǎn) 4 什么是程序程序查詢 I O 方式 簡(jiǎn)要說(shuō)明其工作原理 5 比較單級(jí)中斷和多重中斷處理流程的異同點(diǎn) 6 中斷隱指令完成什么功能 7 為什么在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程中 CPU 必須關(guān)中斷 8 CPU 響應(yīng)中斷的條件有哪些 9 什么是中斷向量 簡(jiǎn)要分析中斷向量方式下形成中斷向量的基本方法 10 為什么采用 DMA 方式能提高成組數(shù)據(jù)傳送的速度 11 什么是中斷優(yōu)先級(jí) 它具有哪兩層含義 劃分優(yōu)先等級(jí)的原則是什么 12 計(jì)算機(jī)中斷系統(tǒng)中使用屏蔽技術(shù)有什么好處 13 計(jì)算機(jī)中斷響應(yīng)后 如何調(diào)出中斷服務(wù)程序 14 DMA 方式傳送數(shù)據(jù)前 主機(jī)應(yīng)向 DMA 接口輸送哪些參數(shù) 15 比較中斷 I O 和 DMA 的一統(tǒng)點(diǎn) 16 比較 DMA 與通道的異同點(diǎn) 17 中斷系統(tǒng)中設(shè)計(jì)中斷允許和中斷屏蔽的作用分別是什么 兩者是否可以合二為一 解 1 接口是兩個(gè)不同部件或系統(tǒng)之間的連接部分 可以是兩個(gè)硬設(shè)備 可以都是計(jì)算機(jī) 也可以都是外部設(shè)備 之間的連接 也可以是軟件系統(tǒng)中兩個(gè)獨(dú)立程序塊之間的連接 具有的功能 1 尋址功能 2 數(shù)據(jù)輸入 輸出功能 3 匹配主機(jī)與外設(shè)的速度差距 4 實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換或邏輯電平轉(zhuǎn)換 5 傳送主機(jī)命令 6 反映設(shè)備的工作狀態(tài) 2 主機(jī)通過(guò)接口連接 I O 設(shè)備 接口實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)的連接和信息的交換 3 主機(jī)與外部設(shè)備信息交換的控制方式有 程序查詢控制方式 程序中斷控制方式 直接 存儲(chǔ)器存取控制方式 DMA 通道方式 外圍處理機(jī)方式 特點(diǎn) 程序查詢控制方式接口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 但是 CPU 與外設(shè)只能串行工作 由于 CPU 的速度比 外設(shè)的速度要高得多 所以在信息傳送過(guò)程中 CPU 的大量時(shí)間是花費(fèi)在查詢和等待上 從 而使系統(tǒng)效率大大降低 程序中斷控制方式 允許外部設(shè)備用 中斷 信號(hào)中止 CPU 正在執(zhí)行的程序 具體他說(shuō) 當(dāng) 接口電路需要與 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 輸入 輸出等 時(shí) 便由接口電路向 CPU 發(fā)出一個(gè)中斷 請(qǐng)求