【正文】 存儲保護的目的是：在多用戶環(huán)境中，既要防止一個用戶程序出錯而破壞系統(tǒng)軟件或其他用戶程序，又要防止一個用戶訪問不是分配給他的主存區(qū)，以達到數(shù)據(jù)安全和保密的要求。16．從下列有關(guān)存儲器的描述中，選擇出正確的答案： A．在虛擬存儲器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允許程序員用比主存空間大得多的外存空間編程。 D．cache的功能全由硬件實現(xiàn)。 B．訪問存儲器的請求是由CPU發(fā)出的。用列表法求采用LRU替換策略時的命中串。解：設(shè)取指周期為T，總線傳送周期為τ，指令執(zhí)行時間為t0 (1)t = (T+5τ+6t0)*80 = 80T+400τ+480 t0 (2) t = (T+7τ+8t0)*60 = 60T+420τ+480 t0 故不相等。（1）循環(huán)程序由6條指令組成，重復(fù)執(zhí)行80次。在具有虛存的系統(tǒng)中，則該程序可正常運行，因為有了虛存技術(shù)，在運行程序時，系統(tǒng)不是將要運行程序及其要處理的數(shù)據(jù)整體調(diào)入主存，而是采用頁式、段式或段頁式，將要運行的程序逐頁、逐段、或逐段逐頁地從外存調(diào)入主存，這樣即使程序大于實際的主存容量，也可以正常運行。解：cache的命中率 cache/主存系統(tǒng)效率e為 平均訪問時間Ta為 10．已知cache存儲周期40ns，主存存儲周期200ns，cache／主存系統(tǒng)平均訪問時間為50ns，求cache的命中率是多少?解：已知cache／主存系統(tǒng)平均訪問時間ta=50ns，而ta = h*tc+(1h)*tm；所以有 h*tc+tmh*tm=50ns , (tctm)*h=50tm h=(50tm)/(tctm)=(50200)/(40200)=150/160=%11．主存容量為4MB，虛存容量為1GB，則虛擬地址和物理地址各為多少位?如頁面大小為4KB，則頁表長度是多少?解：主存容量為4MB，則物理地址是22位，虛存容量為1GB，則虛擬地址是30位如頁面大小為4KB，則頁表長度是230/212=218=256K12．假設(shè)可供用戶程序使用的主存容量為200KB，而某用戶的程序和數(shù)據(jù)所占的主存容量超過200KB，但小于邏輯地址所表示的范圍。存儲周期T＝lOOns，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期，τ=50ns。(2) 將ROM與RAM同CPU連接。假設(shè)RAM芯片有CS和WE信號控制端。解：（1）系統(tǒng)16位數(shù)據(jù)，所以數(shù)據(jù)寄存器16位（2）系統(tǒng)地址128K＝217，所以地址寄存器17位（3） 共需要8片（4） 組成框圖如下CPU地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器32K*832K*832K*832K*832K*832K*832K*832K*8CS3CS2CS1CS02:4譯碼器CS0~CS3A16A157．某機器中，已知配有一個地址空間為0000H—3FFFH的ROM區(qū)域。其存儲器結(jié)構(gòu)如圖所示。解： 所設(shè)計的存儲器單元數(shù)為1M，字長為32，故地址長度為20位（A19~A0），所用芯片存儲單元數(shù)為256K，字長為16位，故占用的地址長度為18位（A17~A0）。SRAM芯片有兩個控制端：當(dāng)CS有效時，該片選中。刷新方式可采用：在8ms中進行512次刷新操作的集中刷新方式，或按8ms/512 = 。問：(1) 總共需要多少DRAM芯片?(2) 設(shè)計此存儲體組成框圖。假定16K*1位的DRAM芯片用128*128矩陣存儲元構(gòu)成，刷新時只對128行進行異步方式刷新，則刷新間隔為2ms/128 = ，可取刷新信號周期15us。芯片本身地址線占14位，所以采用位并聯(lián)與地址串聯(lián)相結(jié)合的方法來組成整個存儲器，其組成邏輯圖如圖所示，其中使用一片2：4譯碼器。試問采用哪種刷新方式比較合理?兩次刷新的最大時間間隔是多少?對全部存儲單元刷新一遍所需的實際刷新時間是多少?解：(1)根據(jù)題意，存儲總?cè)萘繛?4KB，故地址總線需16位。解：（略）第三章 　存儲系統(tǒng)，問(1) 該存儲器能存儲多少字節(jié)的信息？(2) 如果存儲器由512K*8位SRAM芯片組成，需要多少片？(3) 需要多少位地址作芯片選擇？解： (1) 　 (2)(3) 只需1位地址作片選；2．已知某64位機主存采用半導(dǎo)體存儲器，其地址碼為26位，若使用256K*l6位的DRAM芯片組成該機所允許的最大主存空間，并選用模塊板結(jié)構(gòu)形式，問；(1) 若每個模塊板為1024K*64位，共需幾個模塊板?(2) 每個模塊板內(nèi)共有多少DRAM芯片?(3) 主存共需多少DRAM芯片? CPU如何選擇各模塊板?解： (1) (2) 每個模塊板共有片 每個模塊要16個DRAM芯片 (3) 主存共需64*16=1024個芯片，CPU可用高6位地址經(jīng)譯碼后作為模塊板選擇信號；3．用16K*8位的DRAM芯片構(gòu)成64K*32位存儲器，要求：(1) 畫出該存儲器的組成邏輯框圖。15．現(xiàn)給定的芯片只有與或非門和非門，請設(shè)計一個行波進位加法器，要求進位鏈傳遞時間最短，邏輯圖只畫出4位即可。試設(shè)計余3碼編碼的十進制加法器單元電路。（2）設(shè)狀態(tài)寄存器有4位：V（溢出置位）、Z（結(jié)果全零置位）、C（進位置位）、S（結(jié)果為負置位）、寫出它們的邏輯表達式。（2）若用一片74182構(gòu)成二級組間先行進位，請畫出邏輯圖。(5) 判溢出階碼兩符號位為11，不溢出，故最后結(jié)果為[x]浮+[y]浮=11 010，010100真值為2110*()，尾數(shù)6位，用浮點運算方法，計算下列各式（1）（23 13/16）[24 （－9/16）]（2） （22 13/32） 247。（1）x = 2011 * y = 2010 *（ ）（2）x = 2101 *（） y = 2100 * ()解：設(shè)兩數(shù)均以補碼表示，階碼采用雙符號位，尾數(shù)采用單符號位，則它們的浮點表示分別為：題(1) [x]浮=11 101, [y]浮=11 110,(1) 求階差并對階 ΔE=ExEy=[Ex]補[Ey]補=[Ex]補+[Ey]補=11 101 + 00 010 =11 111即ΔE為1，x階碼小，應(yīng)使Mx右移1位，Ex加1 [x]浮=11 110,(1)(2) 尾數(shù)求和 (1) + (1)(3) 規(guī)格化 可見尾數(shù)運算結(jié)果的符號位與最高位相同，應(yīng)執(zhí)行左規(guī)格化處理，每左移尾數(shù)一次，相應(yīng)階碼減1，所以結(jié)果尾數(shù)為1．010010，階碼為11 100(4) 舍入處理 對本題不需要。y。（1）x= y=（2）x= y=（3）x= y=解：（1）x = y = [x]補 = 0 0. 1 1 0 1 1[y]補 = +0 0. 1 1 1 1 1 0 1. 1 1 0 1 0 溢出（2）x = y = [x]補 = 0 0. 1 0 1 1 1[y]補 = +1 1. 0 0 1 0 1 1 1. 1 1 1 0 0 xy = 無溢出（3）x = y = [x]補 = 0 0. 1 1 0 1 1[y]補 = +0 0. 1 0 0 1 1 0 1. 0 1 1 1 0 溢出7．用原碼陣列乘法器、補碼陣列乘法器分別計算x*y。 (1) 27/64 (2) – 27/64解：27/64==*22(1) 0 01111101 10110000000000000000000(2) 1 01111101 101100000000000000000005．已知x和y，用變形補碼計算x+y，同時指出結(jié)果是否溢出。請寫出：（1）最大數(shù)的二進制表示；（2）最小數(shù)的二進制表示； （3）規(guī)格化數(shù)所能表示數(shù)的范圍。(1) 35/64 (2)23/128 (3) –127 (4)用小數(shù)表示1 (5)用整數(shù)表示1解：(1)35/64 = (2)23/128= (3) –127=1111111 原碼11111111 反碼10000000 補碼10000001(4) 用小數(shù)表示1 (5) 用整數(shù)表示1 原碼10000001 反碼11111110 補碼1111111112． 設(shè)[x]補＝a0. a 1 a 2 …a 6 其中ai 取0或1，若要x,求a 0，a 1 ， a 2 ， … ， a6 的取值。第二章 運算方法和運算器1．寫出下列各數(shù)的原碼、反碼、補碼表示（用8位二進制數(shù)），其中MSB是最高位（又是符號位），LSB是最高位。13．“計算機應(yīng)用”與“應(yīng)用計算機”在概念上等價嗎？用學(xué)科角度和計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來說明你的觀點。(2)在一片硅單晶芯片上制作復(fù)雜的邏輯電路已實際可行，這又為擴大指令功能提供了相應(yīng)的技術(shù)手段，而且成本降低使實用成為可能。而且，不同的硬件結(jié)構(gòu)，其層次也不同，如硬布線控制器的計算機，就沒有微程序級。其中前二級是硬件系統(tǒng)、后兩級是軟件系統(tǒng)對硬件系統(tǒng)的功能擴展，第三級是可以說是軟件與硬件的一個交界面。答：在早期的計算機中，人們是直接用機器語言來編寫程序的，這種程序稱為手編程序或目的程序；后來，為了編寫程序方便和提高使用效率，人們使用匯編語言來編寫程序，稱為匯編程序；為了進一步實現(xiàn)程序自動化和便于程序交流，使不熟悉具體計算機的人也能很方便地使用計算機，人們又創(chuàng)造了算法語言，用算法語言編寫的程序稱為源程序，源程序通過編譯系統(tǒng)產(chǎn)生編譯程序，也可通過解釋系統(tǒng)進行解釋執(zhí)行；隨著計算機技術(shù)的日益發(fā)展，人們又創(chuàng)造出操作系統(tǒng)；隨著計算機在信息處理、情報檢索及各種管理系統(tǒng)中應(yīng)用的發(fā)展，要求大量處理某些數(shù)據(jù)，建立和檢索大量的表格，于是產(chǎn)生了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。而應(yīng)用軟件是用戶利用計算機來解決某些問題而編制的程序，如工程設(shè)計程序，數(shù)據(jù)加工程序，自動控制程序，企業(yè)管理程序、情報檢索程序、科學(xué)計算程序等等。系統(tǒng)軟件用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能及用途。9．計算機的系統(tǒng)軟件包括哪幾類？說明它們的用途。ROM用來存放監(jiān)控程序和一些不變的數(shù)據(jù)表格，RAM存放正運算的程序和正在處理的數(shù)據(jù)，外存通常指的是磁盤、磁帶、光盤存儲器等，用于存放暫不運行的程序和暫不處理的數(shù)據(jù)。 8．什么是內(nèi)存？什么是外存？什么是CPU？什么是適配器？簡述其功能。6．什么是指令？什么是程序？答：每一個基本操作稱為一條指令，而解算某一問題的一串指令序列，稱為程序。如果某字代表要處理的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)字。5．什么是存儲容量？什么是單元地址？什么是數(shù)據(jù)字，什么是地址字？答：存儲器所有存儲單元的總數(shù)稱為存儲器的存儲容量。3．?dāng)?shù)字計算機有哪些主要應(yīng)用？答：數(shù)字計算機的主要應(yīng)用有：科學(xué)計算、自動控制、測量和測試、信息處理、教育和衛(wèi)生、家用電器、人工智能。數(shù)字計算機與模擬計算機相比，精度高，數(shù)據(jù)存儲量大，邏輯判斷能力強。數(shù)字計算機的主要特點是按位運算，并且不連續(xù)地跳動計算。《計算機組成原理》課后習(xí)題參考答案第一章 計算機系統(tǒng)概論1．比較數(shù)字計算機和模擬計算機的特點。答：模擬計算機的特點是數(shù)值由連續(xù)量來表示，運算過程也是連續(xù)的。模擬計算機用電壓表示數(shù)據(jù)，采用電壓組合和測量值的計算方式，盤上連線的控制方式，而數(shù)字計算機用數(shù)字0和1表示數(shù)據(jù)，采用數(shù)字計數(shù)的計算方式，程序控制的控制方式。2．?dāng)?shù)字計算機如何分類？分類的依據(jù)是什么？答：數(shù)字計算機可分為專用計算機和通用計算機，是根據(jù)計算機的效率、速度、價格、運行的經(jīng)濟性和適應(yīng)性來劃分的。4．？它由哪些主要組成部分？答：，它由運算器，控制器，存儲器，接口及I/O設(shè)備組成。每個存儲單元都有編號，稱為單元地址。如果某字為一條指令，稱為指令字。7．指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計算機如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？答：計算機可以從時間和空間兩方面來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，在時間上，取指周期從內(nèi)存中取出的是指令，而執(zhí)行周期從內(nèi)存取出或往內(nèi)存中寫入的是數(shù)據(jù)，在空間上，從內(nèi)存中取出指令送控制器，而執(zhí)行周期從內(nèi)存從取的數(shù)據(jù)送運算器、往內(nèi)存寫入的數(shù)據(jù)也是來自于運算器。答：內(nèi)存是指計算機內(nèi)的半導(dǎo)體存儲器，包括ROM和RAM。CPU是運算器和控制器的合稱，適配器是指連接主機與外設(shè)一個中間電路，也叫接口，其作用相當(dāng)于一個轉(zhuǎn)換器，保證外設(shè)用與主機要求相適應(yīng)的形式發(fā)送和接收信息。答：計算機的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。它可分為四類：（1）各種服務(wù)性程序，如診數(shù)據(jù)程序、排錯程序、練習(xí)程序等；（2）語言程序，如匯編程序、編譯程序、解釋程序等；（3）操作系統(tǒng)程序；（4）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）。10．說明軟件發(fā)展的演變過程。11．現(xiàn)代計算機系統(tǒng)如何進行多級劃分？這種分級觀點對計算機設(shè)計會產(chǎn)生什么影響?答：現(xiàn)代計算機系統(tǒng)可分為五個層次，第一級是微程序設(shè)計級；第二級是一般機器級；第三級是操作系統(tǒng)級；第四級是匯編語言級；第五級是高級語言級。這種分級不是絕對的，也不是惟一的，比如隨著大規(guī)模集成電路和固件的發(fā)展，硬件的功能在不斷往上層延伸。12．為什么軟件能夠轉(zhuǎn)化為硬件？硬件能夠轉(zhuǎn)化為軟件？實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的媒介是什么？答：隨著大規(guī)模集成電路和計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，