《计算机科学导论》第五章课后作业解答（个人版）
1.计算机由哪三个子系统组成？
CPU、主存和输入/输出子系统。
2.CPU由哪几个部分组成？
算术逻辑单元（ALU），控制单元和一系列寄存器。
3.ALU的功能是什么？
算术逻辑单元负责算术、移位和逻辑运算。
4.控制单元的功能是什么？
控制单元控制各个子系统的操作。
5.主存的功能是什么？
存储数据和程序指令。
6.定义RAM、ROM、SRAM、DRAM、PROM、EPROM和EEPROM。
存储器的类型主要有两种：RAM和ROM。
RAM：随机存取存储器是计算机中主存的主要部分。可以使用存储单元地址来随机存取一个数据项，而不需要存取位于它前面的所有数据项。用户可对其读写，且具有易失性。
ROM：和RAM一样，可能随机存取。该存储器的内容是由制造商写进去的。用户只能读不能写，具有非易失性。
SRAM：静态RAM通过使用传统的触发器门电路来保存数据，存取速度高，但价格昂贵。
DRAM：动态RAM通过使用电容器来保存数据，存取速度稍慢，但价格便宜。
PROM：可编程只读存储器在计算机发货时是空白的，用户可借用一些特殊的设备将程序存储在上面，之后就无法再次重写了。
EPROM：可擦除的可编程只读存储器，用户需要用一种可以发出紫外光的特殊仪器对其重写，在重写之前还得拆下来再重新安装。
EEPROM：电可擦除的可编程只读存储器，重写时用电子脉冲即可，无需从计算机上下来。
7.高速缓冲存储器的作用是什么？
提高CPU存取内存中数据的速度。
8.描述一下磁盘的物理组成？
磁盘由一张张磁片叠加而成。这些磁片由薄磁膜封装起来。信息通过盘上每一个磁片的读/写磁头读写磁介质表面来进行读取和存储。
9.磁盘和磁带表面是怎样组织的？
磁盘的盘面被划分成磁道，每个磁道又分成若干个扇区，磁道间通过磁道内部间隔隔开，扇区之间通过扇区内部间隔隔开。
磁带在宽度上可分为9个磁道，磁道上的每个点可分别存储1位的信息，同时垂直切面的9个点可以存储8位的信息，另外的1位用于错误检测。
11.比较分析SCSI、火线和USB控制器。
SCSI、火线和USB控制器作为CPU、内存和输入/输出设备之间的中介，清除了三者在本质上的障碍。
小型计算机系统接口（SCSI）属于并行控制器，提供了菊花链连接，连接链两端都必须有终结器，每个设备必须要有唯一的地址。
火线属于一种高速的串行接口，数据采用数据包的形式传送，可使用菊花链或树型连接。与SCSI不同，火线不需要SCSI控制器中的终结器。
通用串行总线（USB）控制器作为一种高速的串行控制器，可连接一些低速和高速的设备。多个设备可组成树状拓扑结构连接到一个USB控制器（根集线器）上。设备可在计算机不关闭的情况下被移除或连接到USB树中。
12.比较分析两种I/O设备寻址的方法有何不同？
在I/O独立寻址中，用来读/写内存的指令与用来读/写输入/输出的指令是完全不同的。有专门的指令完成对输入/输出设备的测试、控制及读写操作。每个输入/输出设备有自己的地址。因为指令的不同，所以输入/输出地址可以和内存地址交迭而不会产生混淆。
在I/O存储器映射寻址中，CPU将输入/输出控制器中的每一个寄存器都看作是内存中的某个存储字，即CPU没有单独的指令用来表示是从内存或是从输入/输出设备传送数据。
13.比较分析三种同步CPU和I/O设备的方法？
在程序控制输入/输出中，采用最简单的一种同步：CPU等待I/O设备。当CPU遇到一条I/O指令时，它就停止工作直到数据传输完毕。当一个单元数据被传输时，CPU需要浪费时间去查询I/O设备的状态。数据在I/O设备和CPU之间传输，且在输入操作后被传送到内存，在输出操作前则是从内存中取出。
在中断控制输入/输出中，CPU可以在数据传输中做其他的工作，比如运行其他的程序，从其他的I/O设备读入或传出数据。数据在I/O设备和CPU之间传输，且在输入操作后被传送到内存，在输出操作前则是从内存中取出。
直接存储器存取（DMA）用于在高速I/O设备间传输大量的数据块，且不需要通过CPU的数据传输。这种方法需要一个DMA控制器来承担CPU的一些功能。通过控制器中的寄存器，DMA可以在内存传输前后保存数据块。CPU仅当在DMA和内存间传输数据时才空闲，之后可以做其他工作。
14.比较分析CISC体系结构和RISC体系结构的异同点
复杂指令集计算机（CISC）由于采用大量的复杂指令，故在其上进行程序设计比在其他计算机上容易得多，因为每一项简单或复杂的任务都有一条对应的指令，程序员不需要写一大堆指令去完成一项复杂的任务。但由于其指令集的复杂性，使得CPU和控制单元的电路非常复杂。为了减小其复杂性，程序需在两个层面上运行。CPU不直接执行机器语言指令。复杂的指令被转化为一系列简单操作然后由CPU执行。这种执行机制需要一个被称为微内存的特殊内存，它负责保存机器集中的每个复杂指令的一系列操作。
精简指令集计算机（RISC）使用少量的指令完成最少的简单操作，复杂指令用简单指令子集模拟，因此，在RISC中进行程序设计比在其他设计中更难更费时。
15.描述流水线及其作用。
CPU能同时执行取指令、译码和指令执行中的两个或三个阶段，即当计算机在执行第一条指令的译码阶段时，它还能执行第二条指令的取指令阶段，甚至还能执行第三条指令的指令执行阶段。这种技术大大提高了计算机程序的运行速度。
16.描述并行处理及其作用。
并行处理是计算机通过拥有多个控制单元、多个算术逻辑单元和多个内存单元来提高程序运行速度的一种技术。
17.计算机中进行数据运算的子系统是_______. a.CPU
18._______是可以存放临时数据的独立存储单元。 b.寄存器
19._______是可以对两个输入相加的单元。 a.ALU
20.CPU中的寄存器可以保存_______. d.数据、指令和程序计数值
21.一个有5根线的控制单元可以定义_______种运算。 d.32
22.一个字是_______位。 d.8或16或32等等
23.如果存储器地址空间是16MB，字长为8位，那么存取一个字需要_______位。 c.24
24.如果计算机断电，那么下列_______中的数据将被擦除。 a.RAM
25._______是使用电容器类型的存储器，而且需要周期性地进行刷新。 b.DRAM
26._______是使用传统的触发器门电路保存数据的。 a.SRAM
27.16千兆字节是_______字节。 a.234
28._______内容可以程序编制并使用电脉冲进行擦写，而且在擦除过程中信息可以在计算机中。 d.EEPROM
29._______可以由用户而不是厂家存入程序，而且这些数据不能被重写。 b.PROM
30.CPU寄存器应该是_______速寄存器。 a.高31
31._______存储设备用户只可写入一次信息。 a.CD-R
32._______存储设备可以进行多次擦写。 c.CD-RW
33.磁盘一次可以存取的最小存储区域是________. b.扇区
34.如果存储器容量为232个字，那么地址总线需要_________. c.32
35.8线控制总线可以定义________种运算。 a.256
36._______控制器是以包形式传送数据的高速串行接口。 d.USB和火线
37.计算机中运行程序的三个步骤是按_______特定顺序执行的。 c.取指令、译码、执行
38.在用于CPU运算和I/O设备同步的_______方法中，当准备好传输数据时，I/O设备会通知CPU。 b.中断控制输入/输出
39.在用于CPU运算和I/O设备同步的_______方法中，CPU处于空闲状态直到I/O操作完成。 a.程序控制输入/输出
40.在用于CPU运算和I/O设备同步的_______方法中，大数据块可以通过I/O设备直接存入内存中。 c.DMA
41.一台计算机有64MB（兆字节）的内存，每个字长为4字节。那么在存储器中对每个字寻址需要多少位？
64MB即226字节，每个字长为4＝22字节，则在存储器中对每个字寻址需要log2224(即24)位。
42.如果屏幕有24行，每行80个字符，则需要多少字节的内存用于存储全屏的数据。如果系统使用ASCII码，每个ASCII字符占一个字节。
依题意，全屏一共有24×80＝1920个字符，即共需要1920个字节。
43.假如一台计算机有16个数据寄存器（R0~R15）、1024个字的存储空间以及16种不同的指令（如add、substract等），那么下面这条指令最少需要占多少空间？ Instruction M R2
（完）