《计算机组织与体系结构》课后习题答案

《计算机组织与体系结构（第4版立体化教材）》是2008年8月1日清华大学出版社出版的图书，作者是白中英。

《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·计算机系列教材·计算机组织与体系结构》重点讲授计算机单处理机系统的组成和工作原理。在此基础上，扩展讲授并行计算机的体系结构。书中内容分为13章：（1）计算机系统概论；（2）运算方法和运算器；（3）内部存储器；（4）指令系统；（5）中央处理机；（6）总线系统；（7）外围设备；（8）输入/输出系统；（9）操作系统支持；（10）安腾高性能处理机体系结构；（11）并行体系结构； （12）教学实验设计；（13）课程综合设计。在附录A中介绍了配套光盘与教学设备。

《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·计算机系列教材·计算机组织与体系结构》是作者对“计算机组织与体系结构”课程体系、教学内容、教学方法、教学手段进行综合改革的具体成果。

《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·计算机系列教材·计算机组织与体系结构》特色：基础性、时代性、系统性、实践性、实用性、启发性融为一体，文字教材、多媒体CAI软件、教学课件、习题答案库、自测试题库、教学仪器、实验设计、课程设计综合配套，形成“理论、实验、设计”三个过程相统一的立体化教学体系。《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·计算机系列教材·计算机组织与体系结构》文字流畅、通俗易懂，有广泛的适应面，可作为高等学校计算机系的教材，也可作为成人自学考试和全国计算机等级考试NCRE（四级）用书。

目录

• 第1章计算机系统概论/1
• 1.1计算机的分类/1
• 1.2计算机的发展简史/2
• 1.2.1计算机的五代变化/2
• 1.2.2半导体存储器的发展/3
• 1.2.3微处理器的发展/3
• 1.2.4计算机的性能指标/5
• 1.3计算机的硬件/5
• 1.3.1硬件组成要素/5
• 1.3.2运算器/7
• 1.3.3存储器/7
• 1.3.4控制器/8
• 1.3.5适配器与输入输出设备/11
• 1.4计算机的软件/11
• 1.4.1软件的组成与分类/11
• 1.4.2软件的发展演变/12
• 1.5计算机系统的层次结构/13
• 1.5.1多级组成的计算机系统/13
• 1.5.2软件与硬件的逻辑等价性/14
• 1.5.3三个常用术语的物理概念/15
• 1.5.4计算机体系结构的分类/15
• 本章小结/16
• 习题/16
• 第2章运算方法和运算器/18
• 2.1数据与文字的表示方法/18
• 2.1.1数据格式/18
• 2.1.2数的机器码表示/21
• 2.1.3字符与字符串的表示方法/25
• 2.1.4汉字的表示方法/27
• 2.1.5校验码/28
• 2.2定点加法、减法运算/29
• 2.2.1补码加法/29
• 2.2.2补码减法/30
• 2.2.3溢出概念与检测方法/31
• 2.2.4基本的二进制加法/减法器/32
• 2.3定点乘法运算/34
• 2.3.1原码并行乘法/34
• 2.3.2直接补码并行乘法/39
• 2.4定点除法运算/41
• 2.4.1原码除法算法原理/41
• 2.4.2并行除法器/43
• 2.5定点运算器的组成/45
• 2.5.1逻辑运算/45
• 2.5.2多功能算术/逻辑运算单元
• /47
• 2.5.3内部总线/51
• 2.5.4定点运算器的基本结构/52
• 2.6浮点运算方法和浮点运算器/53
• 2.6.1浮点加法、减法运算/53
• 2.6.2浮点乘法、除法运算/56
• 2.6.3浮点运算流水线/58
• 2.6.4浮点运算器实例/61
• 本章小结/63
• 习题/63
• 第3章内部存储器/66
• 3.1存储器概述/66
• 3.1.1存储器的分类/66
• 3.1.2存储器的分级/67
• 3.1.3主存储器的技术指标/68 [3]
• 3.2SRAM存储器/68
• 3.2.1基本的静态存储元阵列/68
• 3.2.2基本的SRAM逻辑结构/69
• 3.2.3读/写周期波形图/70
• 3.3DRAM存储器/71
• 3.3.1DRAM存储元的记忆原理/71
• 3.3.2DRAM芯片的逻辑结构/72
• 3.3.3读/写周期、刷新周期/73
• *3.3.4存储器容量的扩充/74
• 3.3.5高级的DRAM结构/76
• 3.3.6DRAM主存读/写的正确性校验/80
• 3.4只读存储器和闪速存储器/81
• 3.4.1只读存储器ROM/81
• 3.4.2FLASH存储器/84
• 3.5并行存储器/87
• 3.5.1双端口存储器/87
• 3.5.2多模块交叉存储器/90
• 3.6cache存储器/93
• 3.6.1cache基本原理/93
• 3.6.2主存与cache的地址映射/95
• 3.6.3替换策略/99
• 3.6.4cache的写操作策略/100
• 3.6.5Pentium4的cache组织/100
• 本章小结/101
• 习题/102
• 第4章指令系统/104
• 4.1指令系统的发展与性能要求/104
• 4.1.1指令系统的发展/104
• 4.1.2对指令系统性能的要求/105
• 4.1.3低级语言与硬件结构的关系
• /105
• 4.2指令格式/106
• 4.2.1操作码/107
• 4.2.2地址码/107
• 4.2.3指令字长度/108
• 4.2.4指令助记符/109
• 4.2.5指令格式举例/109
• 4.3操作数类型/112
• 4.3.1一般的数据类型/112
• 4.3.2Pentium数据类型/112
• 4.3.3PowerPC数据类型/113
• 4.4指令和数据的寻址方式/113
• 4.4.1指令的寻址方式/113
• 4.4.2操作数基本寻址方式/114
• 4.4.3寻址方式举例/118
• 4.5典型指令/122
• 4.5.1指令的分类/122
• 4.5.2基本指令系统的操作/123
• 4.5.3精简指令系统/125
• 本章小结/126
• 习题/127
• 第5章中央处理机/129
• 5.1CPU的功能和组成/129
• 5.1.1CPU的功能/129
• 5.1.2CPU的基本组成/129
• 5.1.3CPU中的主要寄存器/131
• 5.1.4操作控制器与时序产生器/132
• 5.2指令周期/132
• 5.2.1指令周期的基本概念/132
• 5.2.2MOV指令的指令周期/134
• 5.2.3LAD指令的指令周期/136
• 5.2.4ADD指令的指令周期/137
• 5.2.5STO指令的指令周期/138
• 5.2.6JMP指令的指令周期/140
• 5.2.7用方框图语言表示指令周期
• /141
• 5.3时序产生器和控制方式/143
• 5.3.1时序信号的作用和体制/143
• 5.3.2时序信号产生器/144
• 5.3.3控制方式/146
• 5.4微程序控制器/147
• 5.4.1微程序控制原理/147
• 5.4.2微程序设计技术/153
• 5.5硬连线控制器/157
• 5.6传统CPU/159
• 5.7流水CPU/162
• 5.7.1流水CPU的结构/162
• 5.7.2流水线中的主要问题/164 [2-3]
• 5.7.3奔腾CPU/166
• 5.8RISCCPU/171
• 5.8.1RISCCPU的特点/171
• 5.8.2RISCCPU实例/172
• 5.9多媒体CPU/176
• 5.9.1多媒体技术的主要问题/176
• 5.9.2MMX技术/177
• 本章小结/179
• 习题/180
• 第6章总线系统/183
• 6.1总线的概念和结构形态/183
• 6.1.1总线的基本概念/183
• 6.1.2总线的连接方式/184
• 6.1.3总线的内部结构/186
• 6.2总线接口/187
• 6.2.1信息传送方式/187
• 6.2.2总线接口的基本概念/189
• 6.3总线的仲裁/190
• 6.3.1集中式仲裁/191
• 6.3.2分布式仲裁/192
• 6.4总线的定时和数据传送模式/193
• 6.4.1总线的定时/193
• 6.4.2总线数据传送模式/195
• 6.5HOST总线和PCI总线/196
• 6.5.1多总线结构/196
• 6.5.2PCI总线信号/197
• 6.5.3总线周期类型/198
• 6.5.4总线周期操作/200
• 6.5.5总线仲裁/201
• 6.6InfiniBand标准/201
• 6.6.1InfiniBand的体系结构/201
• 6.6.2InfiniBand的通信协议/203
• 本章小结/204
• 习题/205
• 第7章外围设备/207
• 7.1外围设备概述/207
• 7.1.1外围设备的一般功能/207
• 7.1.2外围设备的分类/208
• 7.2磁盘存储设备/209
• 7.2.1磁记录原理/209
• 7.2.2磁盘的组成和分类/211
• 7.2.3磁盘驱动器和控制器/212
• 7.2.4磁盘上信息的分布/214
• 7.2.5磁盘存储器的技术指标/215
• 7.3磁盘存储设备的技术发展/216
• 7.3.1磁盘cache/216
• 7.3.2磁盘阵列RAID/217
• 7.3.3可移动存储设备/218
• *7.4磁带存储设备/219
• 7.5光盘和磁光盘存储设备/220
• 7.5.1光盘存储设备/220
• 7.5.2磁光盘存储设备/222
• *7.6显示设备/223
• 7.6.1显示设备的分类与有关概念
• /223
• 7.6.2字符/图形显示器/224
• 7.6.3图像显示设备/226
• 7.6.4VESA显示标准/227
• *7.7输入设备和打印设备/230
• 7.7.1输入设备/230
• 7.7.2打印设备/231
• 本章小结/232
• 习题/233
• 第8章输入/输出系统/235
• 8.1外围设备的速度分级与信息交换方式
• /235
• 8.1.1外围设备的速度分级/235
• 8.1.2信息交换方式/236
• 8.2程序查询方式/238
• 8.3程序中断方式/241
• 8.3.1中断的基本概念/241
• 8.3.2程序中断方式的基本I/O接口
• /243
• 8.3.3单级中断和多级中断/244
• 8.3.4中断控制器/249
• 8.3.5Pentium中断机制/250
• 8.4DMA方式/252
• 8.4.1DMA的基本概念/252
• 8.4.2DMA传送方式/253
• 8.4.3基本的DMA控制器/255
• 8.4.4选择型和多路型DMA控制器
• /257
• 8.5通道方式/259
• 8.5.1通道的功能/260
• 8.5.2通道的类型/261
• 8.5.3通道结构的发展/262 [3]
• 8.6通用I/O标准接口/263
• 8.6.1并行I/O标准接口SCSI/263
• 8.6.2串行I/O标准接口IEEE1394
• /264
• 本章小结/266
• 习题/267
• 第9章操作系统支持/270
• 9.1操作系统概述/270
• 9.1.1操作系统的概念/270
• 9.1.2操作系统的功能/271
• 9.1.3操作系统的特性及其需要解决的问题/273
• 9.1.4操作系统的硬件环境/274
• 9.2调度/276
• 9.2.1进程/276
• 9.2.2调度的层次/277
• 9.2.3处理机调度的实现/278
• 9.3存储管理/280
• 9.3.1分区式存储管理/280
• 9.3.2交换技术和分布技术/280
• 9.4虚拟存储器/281
• 9.4.1虚拟存储器的基本概念/281
• 9.4.2页式虚拟存储器/283
• 9.4.3段式虚拟存储器和段页式虚拟存储器/285
• 9.4.4虚存的替换算法/288
• 9.5存储保护/289
• 9.5.1存储区域保护/289
• 9.5.2访问方式保护/291
• 9.6奔腾系列机的虚存组织/291
• 9.6.1存储器模型/292
• 9.6.2虚地址模式/292
• 9.6.3分页模式下的地址转换/293
• 本章小结/294
• 习题/295
• 第10章安腾高性能处理机体系结构/297
• 10.1高性能处理机体系结构的演变/297
• 10.1.1IA体系结构的历史演变
• /297
• 10.1.2英特尔64位处理机的两种体系结构/298
• 10.2安腾体系结构的基本设计思想/299
• 10.3安腾指令系统结构/302
• 10.3.1执行单元与指令类型/302
• 10.3.2安腾寄存器结构/303
• 10.3.3安腾指令格式/304
• 10.3.4安腾汇编语言格式/305
• 10.4指令级并行机制/306
• 10.4.1推断执行技术/307
• 10.4.2推测技术/309
• 10.5双核安腾处理机的组成/312
• 10.5.1双核安腾处理机的基本特性
• /312
• 10.5.2双核安腾处理机的组织结构
• /314
• 本章小结/317
• 习题/318
• 第11章并行体系结构/320
• 11.1体系结构中的并行性/320
• 11.1.1并行性的概念/320
• 11.1.2提高并行性的技术途径/321
• 11.1.3单处理机系统中并行性的发展
• /321
• 11.1.4多处理机系统中并行性的发展
• /322
• 11.1.5并行处理机的体系结构类型
• /323
• 11.2超长指令字处理机/324
• 11.2.1VLIW处理机的特点/324
• 11.2.2VLIW处理机的结构模型
• /325
• 11.2.3典型处理机结构/326
• 11.3多线程与超线程处理机
• 11.3.1指令级并行与线程级并行
• /328
• 11.3.2同时多线程结构/330
• 11.3.3超线程处理机结构/331
• 11.4向量处理机/332
• 11.4.1向量处理的基本概念/332
• 11.4.2向量处理机的结构/335
• 11.4.3并行向量处理机/338
• 11.5对称多处理机/340
• 11.5.1多处理机系统的分类/340
• 11.5.2SMP的基本概念/341
• 11.5.3SMP的结构和实例/342
• 11.5.4多处理机操作系统/344
• 11.5.5多处理机的cache一致性
• /345
• 11.6机群系统/347
• 11.6.1机群系统的定义和特点/347
• 11.6.2机群系统的体系结构/348
• 11.6.3IBMSP2系统/350
• 11.6.4超级刀片系统/351
• 本章小结/354
• 习题/355
• 第12章教学实验设计/357
• 12.1教学实验仪器与测试工具/357
• 12.1.1TEC-8计算机组成与体系结构实验系统/357
• 12.1.2逻辑测试笔/358
• 12.2TEC-8实验系统结构和操作/359
• 12.2.1模型计算机时序信号/359
• 12.2.2模型计算机组成/359
• 12.2.3模型计算机指令系统/362
• 12.2.4开关、按钮、指示灯/363
• 12.2.5E2PROM中微代码的修改
• /365
• 12.3运算器组成实验/371
• 12.4双端口存储器实验/376
• 12.5数据通路实验/380
• 12.6微程序控制器实验/385
• 12.7CPU组成与机器指令执行实验/391
• 12.8中断原理实验/395
• 第13章课程综合设计/399
• 13.1模型机硬连线控制器设计/399
• 13.2模型机流水微程序控制器设计/404
• 13.3模型机流水硬连线控制器设计/407
• 13.4含有阵列乘法器的ALU设计/409
• 附录A配套光盘与教学设备/412
• 参考文献/413