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一、简答题

1． 为什么软件能够转化为硬件，硬件能够转化为软件? 实现这种转化的媒介是什么？

【答案】软件能够转化为硬件，硬件能够转化为软件原因如下：

（1）容量大、价格低、体积小、可改写的只读存储器提供了软件固化的良好物质基础。现在已经可以把许多复杂的、常用的程序制作成固件。就它的功能来说，固件是软件，但从形态来说，固件又是硬件。

（2）目前在一片硅单晶芯片上制作复杂的逻辑电路已经是实际可行的，这又为扩大指令的功能提供了相应的物质基础。因此，本来通过软件手段来实现的某种功能，现在可以通过硬件来直接解释执行。传统的软件部分，今后完全有可能“固化”甚至“硬化”。

（3）任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。

实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。

2． 什么是存储容量? 什么是单元地址? 什么是数据字? 什么是指令字？

【答案】（1）存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。

（2）每个存储单元的编号，称为单元地址。

（3）如果某字代表要处理的数据，称为数据字。

（4）如果某字代表一条指令，称为指令字。

3． “计算机应用”与“应用计算机”在概念上等价吗? 用学科角度和计算机系统的层次结构来说明你的观点。

【答案】“计算机应用”与“应用计算机”在概念上等价不等价，原因如下：

（1）计算机应用是一个学科的名词，它包含计算机网络、信息管理、数据库技术、人工智能、计算机辅助设计等多个领域；

（2）应用计算机，从计算机层次结构的角度来看，不同的应用者，应用的方法和目标是不同的，如CPU 的设计者是在微程序级应用计算机，目的是为后面的应用者提供功能强大的指令系统；而操作系统的设计者是在汇编语言级应用计算机，目的是扩展硬件功能，为后面的应用者提供良好的操作环境和手段。

4． 数字计算机如何分类? 分类的依据是什么？

【答案】数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，分类依据是计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性。

5． 比较总线和标准的性能特点。

【答案】（1）总线是当前使用的总线，是一个高带宽且与处理器无关的标准总线，又是重要的层次总线。它采用同步定时协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力，适合于低成本的小系统，因此在微型机系统中得到 了广泛的应用。

（2）正在发展的标准，追求高端服务器市场的最新规范，是一种基于开关的体

总线，数系结构，可连接多达64000个服务器、存储系统、网络设备，能替代当前服务器中的

据传输率达30GB/S，因此适合于高成本的较大规模计算机系统。

二、分析题

6． 浮点数四则运算的基本公式如下：

其中

.

算器的逻辑结构图。

【答案】浮点乘法和除法相对来说比较简单，因为尾数和阶码可以独立处理：浮点乘法只需对尾数作定点乘和阶码作定点加，而浮点除法只需对尾数作定点除和阶码作定点减即可。不论乘法和除法，需将结果规格化。

浮点加减法较复杂，原因在于尾数相加或减之前必须对阶。为此，将较小的阶码X 。

对应的尾数

（1）计算

（2）将

（3）计算

（4）将结果规格化。

图为浮点运算器的结构图。该运算器由两个相对独立的定点运算器组成。阶码部件只进行加、减操作，

实现对阶（求阶差）和阶码加减法操作

部件完成。寄存器尾数部分可进行加、减、乘、除运算，并与阶码部件协同完成对阶和规格化等功能。尾数的加、减由加法器完成，尾数乘除由高速乘除和积商寄存器本身具有移位功能，以便完成对阶和规格化等操作。 移右移位以得到一个新的尾数

.

这样就能与进行运算。因此浮点加减法需要四步运算： （定点减法）； 位以形成. （定点加法或减法）； 试画出浮点运

图

7． 某32位机共有微操作控制信号52个，构成5个相斥类的微命令组，各组分别包含4个、5个、8个、15 个和20个微命令。己知可判定的外部条件有CY 和ZF 两个，微指令字长29位。

（1）给出采用断定方式的水平型微指令格式。

（2）控制存储器的容量应为多少位？

【答案】（1）微指令的格式如下所示（注意各控制字段中应包含一种不发出命令的情况，条件测试字段包含一种 不转移的情况）。

（2）控存容量为

8． 设一个按位编制的虚拟存储器，它可以满足1K 个任务的需要，但在一段较长的时间内一般只有四个任务在使用，故用容量为四行的相连存储器组硬件来缩短被变换的虚地址中的用户位数，每个任务的程序空间最大可达4096个页，每页为512字节，实主存容量为220位，设快表用CAM 存储器构成，行数为22, 快表的地址是经过散列技术形成的。为减少散列冲突，配有两套独立的相等比较器电路（这时快表的每行包含两个单元，各存放一个进行地址交换的表目）。请设计该地址变换机构：

（1）画出其虚实地址经快表变换的逻辑示意图；

（2）求相连存储器组中每个寄存器的相连比较位数；

（3）求散列变换硬件的输入位数和输出位数；

（4）求每个相等比较器的位数；

（5）求快表的总位数。

【答案】（1）虚拟地址分为3个字段，最左边的字段是虚页号，中间字段是高速缓存块号，最右边的字段是块内字地址。逻辑示意图如图所示。