7.1 什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器指令的主要
功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？
机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组
成。
指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机
内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。
指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。
7.2 什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？
寻址方式：指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影
响指令格式和指令功能。
学习寻址方式，是为了找到指令中参与操作的数据，然后根据指令，得出结果。
7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长？
指令字长：是指机器指令中二进制代码的总位数。指令字长取决于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址
的个数。不同的指令的字长是不同的。
机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数（整数运算即定点整数运算）。机器字长也就
是运算器进行定点数运算的字长，通常也是CPU内
部数据通路的宽度。即字长越长，数的表示范围也
越大，精度也越高。机器的字长也会影响机器的运
算速度。
存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8
位、16位、32位等。
7.6 某指令系统字长为16位，地址码取4位，提出一种方案，使该指令系统有
8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。
解：三地址指令格式如下：
4 4 4 4
OP A1 A2 A3
指令操作码分配方案如下：
4位OP
0000，
……， A1,A2,A3:8条三地址指令
0111，
1000，0000，
……，……， A2，A3:16条二地址指令
1000，1111，
1001，0000，0000，
……，……，……， A3:100条一地址指令
1001，0110，0011，
1001，0110，0100，
……，……，……，冗余编码
1001，1111，1111，可用来扩充一、零地址指令条数
1010，
……，冗余编码
1111，可用来扩充三、二、一、零地址指令条数
7.7 设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作数的地址为6位。如
果定义了13条二地址指令，还可以安排多少条一地址指令？
解：二地址指令格式如下：
设二地址指令格式为该指令系统的基本格式，4位操作码共
有16种编码，其中13种用来定义二地址指令，还剩3种可
用来作扩展标志。如不考虑零地址指令，该指令系统最多还
能安排：
一地址指令条数 = 3 * 2^6 = 192条
7.9 比较间接寻址和寄存器间接寻址。
解：计算机组成原理: 试比较间接寻址和寄存器间接寻址。
7.10 比较基址寻址和变址寻址。
解：1）都可以有效的扩大指令寻址范围。
2）基址寻址时，基准地址由基址寄存器给出，地址的改变反映在位移量A的取值上，变址寻址时，基准地址由
A给出，地址的改变反映在变址值的自动修改上，变
址值由变址寄存器给出。
3）基址寄存器内容通常由系统程序设定，变址寄存器内容通常由用户设定。
4）基址寻址适用于程序的动态重定位，变址寻址适用于数组或字符串处理，适用场合不同。
7.14 设相对寻址的转移指令占两个字节，第一个字节是操作码，第二个字节是
相对位移量，用补码表示。假设当前转移指令第一字节所在的地址为2000H，且CPU每取出一个字节便自动完成（PC）+1→PC的操作。问当执行“JMP * +8”和“JMP * -9”指令时，转移指令第二字节的内容各为多少？
解：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：
2000H
2001H
2002H
当执行JMP指令时，指令第二字节的内容不变，PC的内容
变为2002H。此时转移指令第二字节内容各为：
A1 = +8 = 0000 1000 = 08H
A2 = -9 = 1111 0111 = F7H
其有效地址各为：
EA1 = (PC) + 8 = 2002H + 0008H = 200AH
EA2 = (PC) –9 = 2002H + FFF7H = 1FF9H
7.20 什么是RISC？简述它的主要特点。
解：RISC（reduced instruction set computer，精简指令集计算机）是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起
源于80 年代的MIPS主机（即RISC 机），RISC机中采用的
微处理器统称RISC处理器。
主要特点：
(1)选取使用频度较高的一些简单指令以及一些很有用但
又不复杂的指令，让复杂指令的功能由频度高的简单指
令的组合来实现。
(2)指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
(3)只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在
寄存器内完成。
(4)CPU中有多个通用寄存器。
(5)采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成。
采用超标量和超流水线技术，可使每条指令的平均执行
时间小于一个时钟周期。
(6)控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。
(7)采用优化的编译程序。
7.21 比较RISC和CISC。
解：（1）指令系统：RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用
的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常
用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC 机
器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流
水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC 计算
机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功
能。因此，处理特殊任务效率较高。
（2）存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接。（3）程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编
语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序
设计相对容易，效率较高。
（4）中断：RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中
断。
（5）CPU：RISC CPU 包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISC CPU 包含有丰富的电路单元，因而功
能强、面积大、功耗大。
（6）设计周期：RISC 微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；CISC 微处理器结构复
杂，设计周期长。
（7）用户使用：RISC 微处理器结构简单，指令规整，性能
容易把握，易学易用；CISC微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。
（8）应用范围：由于RISC 指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC 机器更适合于专用机；而CISC 机器则更适合于通用机。
第6章 计算机的运算方法 2. 已知X=0.a1a2a3a4a5a6（ai 为0或1），讨论下列几种情况时ai 各取何值。 （1）2 1 X > （2）8 1X ≥ （3） 16 1 X 41> ≥ 解： （1）若要2 1 X > ，只要a1=1，a2~a6不全为0即可。 （2）若要8 1 X ≥，只要a1~a3不全为0即可。 （3）若要 16 1X 41>≥，只要a1=0，a2可任取0或1； 当a2=0时，若a3=0，则必须a4=1，且a5、a6不全为0； 若a3=1，则a4~a6可任取0或1； 当a2=1时， a3~a6均取0。 3. 设x 为整数，[x]补=1，x1x2x3x4x5，若要求 x < -16，试问 x1~x5 应取何值？ 解：若要x < -16，需 x1=0，x2~x5 任意。（注：负数绝对值大的补码码值反而小。） 4. 设机器数字长为8位（含1位符号位在内），写出对应下列各真值的原码、补码和反码。 -13/64，29/128，100，-87 解：真值与不同机器码对应关系如下： 5. 已知[x]补，求[x]原和x 。 [x1]补=1.1100; [x2]补=1.1001; [x3]补=0.1110; [x4]补=1.0000; [x5]补=1,0101; [x6]补=1,1100; [x7]补=0,0111; [x8]补=1,0000; 解：[x]补与[x]原、x 的对应关系如下： 6. 设机器数字长为8位（含1位符号位在内），分整数和小数两种情况讨论真值x 为何值时，[x]补=[x]原成立。 解：当x 为小数时，若x ≥ 0，则 [x]补=[x]原成立； 若x < 0，当x= -1/2时，[x]补=[x]原=1.100 0000，则 [x]补=[x]原成立。 当x 为整数时，若x ≥0，则 [x]补=[x]原成立； 若x< 0，当x= -64时，[x]补=[x]原=1,100 0000，则 [x]补=[x]原成立。 7. 设x 为真值，x*为绝对值，说明[-x*]补=[-x]补能否成立。 解：当x 为真值，x*为绝对值时，[-x*]补=[-x]补不能成立。原因如下： （1）当x<0时，由于[-x*]补是一个负值，而[-x]补是一个正值，因此此时[-x*]补=[-x]补不成立； （2）当x ≥0时，由于-x*=-x ，因此此时 [-x*]补=[-x]补的结论成立。 8. 讨论若[x]补>[y]补，是否有x>y ？
第一章 1．比较数字计算机和模拟计算机的特点 解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的；数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。两者主要区别见 P1 表 1.1 。 2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？ 解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机和单片机六类。分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、 指令系统规模和机器价格等因素。 3．数字计算机有那些主要应用？（略） 4．冯 . 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？ 解：冯 . 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。 主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？ 解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB MB GB来度量，存储 容 量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地 址。 数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。 6．什么是指令？什么是程序？ 解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。 7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。
第4章习题参考答案 1．ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？ 答：不合理。指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。一个字符的ASCII 是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。 2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。 答：字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。 双操作数指令 单操作数指令 无操作数指令 3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。 答：该指令格式及寻址方式特点如下： (1) 单字长二地址指令。 (2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。 (3) 源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是RR型指令，即两个操作数均在寄存器中。 (4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。 4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。 15 10 9 8 7 4 3 0 答：该指令格式及寻址方式特点如下： (1)双字长二地址指令，用于访问存储器。 (2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。 (3)RS型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数 在主存中。有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。
第5章习题参考答案 1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： (1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR ）； (2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR ） (3)算术逻辑运算结果通常放在（DR ）和（通用寄存器）。 2．参见图5.15的数据通路。画出存数指令“STO Rl，(R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 解： STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下：
STO R1, (R2) R/W=R DR O, G, IR i R2O, G, AR i R1O, G, DR i R/W=W 3．参见图5.15的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中，标出各微操作控制信号序列。 解： LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下：
PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 3O , G, AR i DR O , G, R 0i R/W=R LAD (R3), R0 4．假设主脉冲源频率为10MHz ，要求产生5个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。 解：
5．如果在一个CPU 周期中要产生3个节拍脉冲；T l ＝200ns ，T 2=400ns ，T 3=200ns ，试画出时序产生器逻辑图。 解：取节拍脉冲T l 、T 2、T 3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。所以取时钟源提供的时钟周期为200ns ，即，其频率为5MHz.；由于要输出3个节拍脉冲信号，而T 3的宽度为2个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期，所以除了C 4外，还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3；并令 211C C T *=；321C C T *=；313C C T =，由此可画出逻辑电路图如下：
2. （2000）10化成十六进制数是______。 A．（7CD）16 B.（7D0）16 C.（7E0）16 D.（7F0）16 3. 下列数中最大的数是______。 A．（10011001）2 B.（227）8 C.（98）16 D.（152）10 4. ______表示法主要用于表示浮点数中的阶码。 A. 原码 B. 补码 C. 反码 D. 移码 5. 在小型或微型计算机里，普遍采用的字符编码是______。 A. BCD码 B. 16进制 C. 格雷码 D. ASCⅡ码 6. 下列有关运算器的描述中，______是正确的。 A.只做算术运算，不做逻辑运算 B. 只做加法 C.能暂时存放运算结果 D. 既做算术运算，又做逻辑运算 7. EPROM是指______。 A. 读写存储器 B. 只读存储器 C. 可编程的只读存储器 D. 光擦除可编程的只读存储器 8. Intel80486是32位微处理器，Pentium是______位微处理器。 Ａ．１６Ｂ．３２Ｃ．４８Ｄ．６４ ９. 设［X］补=1.x1x2x3x4,当满足______时，X > -1/2成立。 Ａ．x1必须为1，x2x3x4至少有一个为1 Ｂ．x1必须为1，x2x3x4任意 Ｃ．x1必须为0，x2x3x4至少有一个为1 Ｄ．x1必须为0，x2x3x4任意 10. CPU主要包括______。 A.控制器 B.控制器、运算器、cache C.运算器和主存 D.控制器、ALU和主存 11. 信息只用一条传输线，且采用脉冲传输的方式称为______。 A.串行传输 B.并行传输 C.并串行传输 D.分时传输 12. 以下四种类型指令中，执行时间最长的是______。 A. RR型 B. RS型 C. SS型 D.程序控制指令 13. 下列______属于应用软件。 A. 操作系统 B. 编译系统 C. 连接程序 D.文本处理 14. 在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是______。 A. 增加内存容量 B. 提高内存可靠性 C. 解决CPU和主存之间的速度匹配问题 D. 增加内存容量，同时加快存取速度 15. 某单片机的系统程序，不允许用户在执行时改变，则可以选用______作为存储芯片。 A. SRAM B. 闪速存储器 C. cache D.辅助存储器 16. 设变址寄存器为X，形式地址为D，（X）表示寄存器X的内容，这种寻址方式的有效地址为______。 A. EA=(X)+D B. EA=(X)+(D) C.EA=((X)+D) D. EA=((X)+(D)) 17. 在指令的地址字段中，直接指出操作数本身的寻址方式，称为______。 1
计算机组成原理第六 章答案
1. 写出下列各数的原码、反码、补码、移码（用8位二进制表示），其中MSB是最高位（符号位），LSB是最低位。如果是小数，则小数点在MSB之后；如果是整数，则小数点在LSB之后。 (1)-59/64 (2)27/128 (3)- 127/128 (4)用小数表示-1 (5)用整数表示-1 (6)- 127 (7)35 (8)-128 2. 设[x]补=x0.x1x2x3x4，其中x i取0或1，若要使x＞－0.5，则x0、x1、x2、x3、x4的取值应满足什么条件？ 3. 若32位定点小数的最高位为符号位，用补码表示，则所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为；若32位定点整数的最高位为符号位，用原码表示，则所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数 为，最小负数为。 4. 若机器字长为32位，在浮点数据表示时阶符占1位，阶码值占7位，数符占1位，尾数值占23位，阶码用移码表示，尾数用原码表示，则该浮点数格式所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数 为，最小负数为。 5. 某机浮点数字长为18位，格式如图2.35所示，已知阶码（含阶符）用补码表示，尾数（含数符）用原码表示。 (1)将(-1027)10表示成规格化浮点数； (2)浮点数(0EF43)16是否是规格化浮点数？它所表示的真值是多少？ 图2.35 浮点数的表示格式 6. 有一个字长为32位的浮点数，格式如图2.36所示，已知数符占1位；阶码占8位，用移码表示；尾数值占23位，尾数用补码表示。
图2.36 浮点数的表示格式 请写出： (1)所能表示的最大正数； (2)所能表示的最小负数； (3)规格化数所能表示的数的范围。 7. 若浮点数x的IEEE754标准的32位存储格式为(8FEFC000)16，求其浮点数的十进制数值。 8. 将数(-7.28125)10转换成IEEE754标准的32位浮点数的二进制存储格式。 9. 已知x=-0.x1x2…x n，求证：[x]补=+0.00…01。 10. 已知[x]补=1.x1x2x3x4x5x6，求证：[x]原=+0.000001。 11. 已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出运算结果是否发生溢出。 (1)x=0.11011 y=-0.10101 (2)x=-10110 y=-00011 12. 已知x和y，用变形补码计算x-y，同时指出运算结果是否发生溢出。 (1)x=0.10111 y=0.11011 (2)x=11011 y=-10011 13. 已知[x]补=1.1011000，[y]补=1.0100110，用变形补码计算2[x]补 +1/2[y]补=？，同时指出结果是否发生溢出。 14. 已知x和y，用原码运算规则计算x+y，同时指出运算结果是否发生溢出。 (1)x=0.1011，y=-0.1110 (2)x=-1101，y=-1010
第七章指令系统 ?7-1指令，程序 指令：计算机执行某种操作的命令 程序：由有序的指令串构成，程序要解决一个具体的问题 指令系统：一台计算机能执行的全部指令的集合 指令系统的重要性：软件编程的基础，硬件设计的依据，综合考虑计算机的软硬件是计算机设计的关键因素。 ?7-2操作码 操作码用来指明该指令所要完成的操作。通常位数反映了机器的操作种类，即机器允许的指令条数，如7位→2^7=128条指令 固定长度操作码：操作码长度(占二进制位数)固定不变 硬件设计相对简单 指令译码时间开销小 指令空间利用率较低 可变长度操作码：操作码长度随指令地址数目的不同而不同(可平均缩短指令长度) 硬件设计相对复杂 指令译码时间开销较大 指令空间利用率较高 例：某机器采用固定长度指令系统，16位，包括3地址指令15条，双地址指令10条，单地址指令若干，每个地址占4位。问：该指令系统最多容纳多少个单地址指令，并设计该指令系统的操作码编码方案 析：每条指令：一个唯一操作码编码，不同类型指令具有不同标识，用扩展操作码方案 三15条，1111 双10条，6个没用6*16=96个 ? 7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长？ ? 7.6某指令系统字长为16位，地址码取4位，试提出一种方案，使该指令系统 有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。 固定操作码为4位。 8条三地址指令操作码为：0000~0111（剩下1000~1111共8个扩展窗口） 16条二地址指令操作码为：1000 0000~1000 1111 （剩下1001 0000~1111 1111共112个扩展窗口）100条一地址指令操作码为：10010000 0000~10010000 1111 10010001 0000~10010001 1111 10010010 0000~10010010 1111 10010011 0000~10010011 1111 10010100 0000~10010100 1111 10010101 0000~10010101 1111 10010110 0000~10010110 0011
计算机组成原理第五版习题答案计算机组成原理第五版习题答案 第一章 (1) 第二章 (3) 第三章 (14) 第四章 (19) 第五章 (21) 第六章 (27) 第七章 (31) 第八章 (34) 第九章 (36)
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计算机组成原理第五版习题答案第一章 1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字0 和 1 表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。 2．数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 3．科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。4．主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。主要组成部分有：:运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。 5．存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。每个存储单元都有编号，称为单元地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字。6．计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。 7．取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流。 8．半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同用来保存二进制数据。运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU，它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。 9．计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能用用途；应用程序是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序。 10．在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程序称为手编程序或目的程序；后来，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序，称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序，源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；随着计算机技术的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库管理系统。 11．第一级是微程序设计级，这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令； 第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由程序解释机器指令系统；第三级是操作系统级，它由操作系统实现；第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性；第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。用一系列的级来组成计算机的接口对于掌握计算机是如何组成的提供了一种好的结构和体制，而且用这种分级的观点来设计计算机对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的。
计算机组成原理试题及答案 一、填空（12分） 1.某浮点数基值为2，阶符1位，阶码3位，数符1位，尾数7位，阶码 和尾数均用补码表示，尾数采用规格化形式，用十进制数写出它所能表示的最大正数，非0最小正数，最大负数，最小负数。 2.变址寻址和基址寻址的区别是：在基址寻址中，基址寄存器提 供，指令提供；而在变址寻址中，变址寄存器提供，指令提供。 3.影响流水线性能的因素主要反映在和 两个方面。 4.设机器数字长为16位（含1位符号位）。若1次移位需10ns，一次加 法需10ns，则补码除法需时间，补码BOOTH算法最多需要时间。 5.CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间 叫，它通常包含若干个，而后者又包含若干个。组成多级时序系统。 二、名词解释(8分) 1.微程序控制 2.存储器带宽 3.RISC 4.中断隐指令及功能
三、简答（18分） 1. 完整的总线传输周期包括哪几个阶段？简要叙述每个阶段的工作。 2. 设主存容量为1MB，Cache容量为16KB，每字块有16个字，每字32位。 (1)若Cache采用直接相联映像，求出主存地址字段中各段的位数。 (2)若Cache采用四路组相联映像，求出主存地址字段中各段的位数。 3. 某机有五个中断源，按中断响应的优先顺序由高到低为L0,L1,L2,L3,L4，现要求优先顺序改为L3,L2,L4,L0,L1，写出各中断源的屏蔽字。
4. 某机主存容量为4M ×16位，且存储字长等于指令字长，若该机的指令系统具备120种操作。操作码位数固定，且具有直接、间接、立即、相对四种寻址方式。 （1）画出一地址指令格式并指出各字段的作用； （2）该指令直接寻址的最大范围； （3）一次间址的寻址范围； （4）相对寻址的寻址范围。 四、（6分） 设阶码取3位，尾数取6位（均不包括符号位），按浮点补码运算规则 计算 [25169?] + [24)16 11 (-?] 五、画出DMA 方式接口电路的基本组成框图，并说明其工作过程（以输入设备为例）。（8分）
计算机组成原理第六章答案54731
第6章 计算机的运算方法 2. 已知X=0.a1a2a3a4a5a6（ai 为0或1），讨论下列几种情况时ai 各取何值。 （1）21X > （2）8 1X ≥ （3） 16 1X 41>≥ 解： （1）若要2 1 X > ，只要a1=1，a2~a6不全为0即可。 （2）若要8 1 X ≥，只要a1~a3不全为0即可。 （3）若要 16 1X 41>≥，只要a1=0，a2可任取0或1； 当a2=0时，若a3=0，则必须a4=1，且a5、a6不全为0； 若a3=1，则a4~a6可任取0或1； 当a2=1时， a3~a6均取0。 3. 设x 为整数，[x]补=1，x1x2x3x4x5，若要求 x < -16，试问 x1~x5 应取何值？ 解：若要x < -16，需 x1=0，x2~x5 任意。（注：负数绝对值大的补码码值反而小。） 4. 设机器数字长为8位（含1位符号位在内），写出对应下列各真值的原码、补码和反码。 -13/64，29/128，100，-87 解：真值与不同机器码对应关系如下： 5. 已知[x]补，求[x]原和x 。 [x1]补=1.1100; [x2]补=1.1001; [x3]补=0.1110; [x4]补=1.0000; [x5]补=1,0101; [x6]补=1,1100; [x7]补=0,0111; [x8]补=1,0000; 解：[x]补与[x]原、x 的对应关系如下： 6. 设机器数字长为8位（含1位符号位在内），分整数和小数两种情况讨论真值x 为何值时，[x]补=[x]原成立。 解：当x 为小数时，若x ≥ 0，则 [x]补=[x]原成立； 若x < 0，当x= -1/2时，[x]补=[x]原=1.100 0000，则 [x]补=[x]原成立。 当x 为整数时，若x ≥0，则 [x]补=[x]原成立； 若x< 0，当x= -64时，[x]补=[x]原=1,100 0000，则 [x]补=[x]原成立。 7. 设x 为真值，x*为绝对值，说明[-x*]补=[-x]补能否成立。 解：当x 为真值，x*为绝对值时，[-x*]补=[-x]补不能成立。原因如下： （1）当x<0时，由于[-x*]补是一个负值，而[-x]补是一个正值，因此此时[-x*]补=[-x]补不成立； （2）当x ≥0时，由于-x*=-x ，因此此时 [-x*]补=[-x]补的结论成立。 8. 讨论若[x]补>[y]补，是否有x>y ？ 解：若[x]补>[y]补，不一定有x>y 。 [x]补 > [y]补时 x > y 的结论只在 x > 0且y > 0，及 x<0且y<0时成立。
7.1什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器指令的主要功能以 及与硬件结构之间存在着密切的关系？ 机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成。 指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机 内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。 指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。 7.2什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？寻址方式：指确定本条指令的数 据地址以及下一条将要执行的指 令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影响指 令格式和指令功能。 学习寻址方式，是为了找到指令中参与操作的数据，然后根据指令，得出结果。 7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长？指令字长：是指机器指令中二进制 代码的总位数。指令字长取决 于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个 数。不同的指令的字长是不同的。 机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据 的位数（整数运算即定点整数运算）。机器字长也就是运 算器进行定点数运算的字长，通常也是CPU内 部数据通路的宽度。即字长越长，数的表示范围也 越大，精度也越高。机器的字长也会影响机器的运算速
度。 存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串 二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8 位、 16 位、32 位等。 7.6 某指令系统字长为16位，地址码取 4 位，提出一种方案，使该指令系统有 8 条三地址指令、16 条二地址指令、100 条一地址指令。 解：三地址指令格式如下： 4 4 4 4 OP A1 A2 A3 指令操作码分配方案如下： 4 位OP 0000 ， ,, ，A1,A2,A3:8 条三地址指令 0111 ， 1000，0000， ,, ，,, ，A2 ，A3:16 条二地址指令 1000，1111， 1001，0000，0000， A3:100 条一地址指令 1001, 0110, 0011, 1001, 0110, 0100,
计算机组成原理试卷１ 一、选择题（共20分，每题1分） 1．CPU响应中断的时间是_ C _____。 A．中断源提出请求；B．取指周期结束；C．执行周期结束；D．间址周期结束。 2．下列说法中___c___是正确的。 A．加法指令的执行周期一定要访存；B．加法指令的执行周期一定不访存； C．指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期一定访存； D．指令的地址码给出存储器地址的加法指令，在执行周期不一定访存。 3．垂直型微指令的特点是___c___。 A．微指令格式垂直表示；B．控制信号经过编码产生； C．采用微操作码；D．采用微指令码。 4．基址寻址方式中，操作数的有效地址是___A___。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）；B．程序计数器内容加上形式地址； C．变址寄存器内容加上形式地址；D．寄存器内容加上形式地址。 5．常用的虚拟存储器寻址系统由____A__两级存储器组成。 A．主存－辅存；B．Cache－主存；C．Cache－辅存；D．主存—硬盘。 6．DMA访问主存时，让CPU处于等待状态，等DMA的一批数据访问结束后，CPU再恢复工作，这种情况称作__A____。 A．停止CPU访问主存；B．周期挪用；C．DMA与CPU交替访问；D．DMA。 7．在运算器中不包含___D___。 A．状态寄存器；B．数据总线；C．ALU；D．地址寄存器。 8．计算机操作的最小单位时间是__A____。 A．时钟周期；B．指令周期；C．CPU周期；D．中断周期。 9．用以指定待执行指令所在地址的是_C_____。 A．指令寄存器；B．数据计数器；C．程序计数器；pc D．累加器。 10．下列描述中____B__是正确的。 A．控制器能理解、解释并执行所有的指令及存储结果； B．一台计算机包括输入、输出、控制、存储及算逻运算五个单元； C．所有的数据运算都在CPU的控制器中完成； D．以上答案都正确。 11．总线通信中的同步控制是__B____。 A．只适合于CPU控制的方式；B．由统一时序控制的方式； C．只适合于外围设备控制的方式；D．只适合于主存。 12．一个16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是B______。14+32=46 A．48；B．46；C．36；D．32。 13．某计算机字长是16位，它的存储容量是1MB，按字编址，它的寻址范围是A______。1mb/2b=1024kb/2b=512k A．512K；B．1M；C．512KB；D．1MB。 14．以下__B____是错误的。（输入输出4） A．中断服务程序可以是操作系统模块；B．中断向量就是中断服务程序的入口地址； C．中断向量法可以提高识别中断源的速度； D．软件查询法和硬件法都能找到中断服务程序的入口地址。 15．浮点数的表示范围和精度取决于__C____ 。 A．阶码的位数和尾数的机器数形式；B．阶码的机器数形式和尾数的位数； C．阶码的位数和尾数的位数；D．阶码的机器数形式和尾数的机器数形式。
第 6 章习题答案 1 ．控制器有哪几种控制方式?各有何特点? 解：控制器的控制方式可以分为3 种：同步控制方式、异步控制方式和联合控方式。同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一目的节拍电位和工作脉冲。这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。 异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体况决定，需要多少时间，就占用多少时间。异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高机器的效率，但是控制比较复杂。 联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。 2．什么是三级时序系统? 解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。计算机中每个指令周期划分若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工脉冲。3．控制器有哪些基本功能?它可分为哪几类?分类的依据是什么? 解：控制器的基本功能有： (1) 从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。 (2) 对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。 (3) 指挥并控制CPU主存和输入输出设备之间的数据流动。 控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型 3 类，分类的依据在于控制器的核心一一微操作信号发生器(控制单元CU)的实现方法不同。 4 ．中央处理器有哪些功能?它由哪些基本部件所组成? 解：从程序运行的角度来看，CPU的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。对于冯?诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。 中央处理器由运算器和控制器组成。 5 ．中央处理器中有哪几个主要寄存器?试说明它们的结构和功能。 解：CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。 通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。专用寄存器是专门用来完成某一种特殊功能的寄存器，如程序计数器PC指令 寄存器IR、存储器地址寄存器MAR存储器数据寄存器MDR状态标志寄存器PSWF等。 15 、什么是微命令和微操作?什么是微指令?微程序和机器指令有何关系?微程序和程序之间有何关系? 解：微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。微操作是指计算机中最基本的、不可再分解的操作。微命令和微操作是一一对应的，微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。 微指令是若干个微命令的集合。微程序是机器指令的实时解释器，每一条机器指令都对应一个微程序。 微程序和程序是两个不同的概念。微程序是由微指令组成的，用于描述机器指令，实际上是机器指令的实时解释器，微程序是由计算机的设计者事先编制好并存放在控制储器中的，一般不提供给用户；程序是由机器指令组成的，由程序员事先编制好并存放在主存储器中。 16．什么是垂直型微指令?什么是水平型微指令?它们各有什么特点? 解：垂直型微指令是指一次只能执行一个微命令的微指令；水平型微指令是指一次能定义并能
第五章 1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： (1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）； (2) 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是(程序计数器PC)； (3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器）和（数据缓冲寄存器DR）。 2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期 流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。标出各微操作信 号序列。 解："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：
3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），RO"的指令周期流程图， 其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。 5．如果在一个CPU周期中要产生3个脉冲 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,试画出 时序产生器逻辑图。 解：节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数，此时T1 = T3 =200ns ， T2 = 400 ns ，所以主脉冲源的频率应为 f = 1 / T1 =5MHZ 。为了消除节拍脉冲上的毛刺，环 型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。根据关 系，节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的逻辑表达式如下：
T1 = C1·， T2 = ， T3 = 6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指 令公用的。已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。 解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条 取控存容量为：256×32位=1KB 7. 某ALU器件使用模式控制码M，S3，S2，S1，C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。 下表列出各条指令所要求的模式控制码，其中y为二进制变量，F为
计算机组成原理第六章 答案 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
1. 写出下列各数的原码、反码、补码、移码（用8位二进制表示），其中MSB是最高位（符号位），LSB是最低位。如果是小数，则小数点在MSB之后；如果是整数，则小数点在LSB之后。 (1)-59/64 (2)27/128 (3)-127/128 (4)用小数表示-1 (5)用整数表示-1 (6)-127 (7)35 (8)-128 2. 设[x]补=，其中x i取0或1，若要使x＞－，则x0、x1、x2、x3、x4的取值应满足什么条件 3. 若32位定点小数的最高位为符号位，用补码表示，则所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为；若32位定点整数的最高位为符号位，用原码表示，则所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为。 4. 若机器字长为32位，在浮点数据表示时阶符占1位，阶码值占7位，数符占1位，尾数值占23位，阶码用移码表示，尾数用原码表示，则该浮点数格式所能表示的最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为。 5. 某机浮点数字长为18位，格式如图所示，已知阶码（含阶符）用补码表示，尾数（含数符）用原码表示。 (1)将(-1027)10表示成规格化浮点数； (2)浮点数(0EF43)16是否是规格化浮点数它所表示的真值是多少 图浮点数的表示格式 6. 有一个字长为32位的浮点数，格式如图所示，已知数符占1位；阶码占8位，用移码表示；尾数值占23位，尾数用补码表示。 图浮点数的表示格式 请写出： (1)所能表示的最大正数； (2)所能表示的最小负数； (3)规格化数所能表示的数的范围。 7. 若浮点数x的IEEE754标准的32位存储格式为(8FEFC000)16，求其浮点数的十进制数值。 8. 将数10转换成IEEE754标准的32位浮点数的二进制存储格式。
第六章 12. 设浮点数格式为：阶码5位（含1位阶符），尾数11位（含1位数符）。写出51/128、-27/1024所对应的机器数。要求如下： （1）阶码和尾数均为原码。 （2）阶码和尾数均为补码。 （3）阶码为移码，尾数为补码。 解：据题意画出该浮点数的格式： 阶符1位阶码4位数符1位尾数10位 将十进制数转换为二进制：x1= 51/128= 0.0110011B= 2-1 * 0.110 011B x2= -27/1024= -0.0000011011B = 2-5*(-0.11011B）则以上各数的浮点规格化数为： （1）[x1]浮=1，0001；0.110 011 000 0 [x2]浮=1，0101；1.110 110 000 0 （2）[x1]浮=1，1111；0.110 011 000 0 [x2]浮=1，1011；1.001 010 000 0 （3）[x1]浮=0，1111；0.110 011 000 0 [x2]浮=0，1011；1.001 010 000 0 16．设机器数字长为16位，写出下列各种情况下它能表示的数的范围。设机器数采用一位符号位，答案均用十进制表示。 （1）无符号数； （2）原码表示的定点小数。 （3）补码表示的定点小数。 （4）补码表示的定点整数。 （5）原码表示的定点整数。 （6）浮点数的格式为：阶码6位（含1位阶符），尾数10位（含1位数符）。分别写出其正数和负数的表示范围。 （7）浮点数格式同（6），机器数采用补码规格化形式，分别写出其对应的正数和负数的真值范围。 解：（1）无符号整数：0 —— 216 - 1，即：0—— 65535； 无符号小数：0 —— 1 - 2-16，即：0 —— 0.99998； （2）原码定点小数：-1 + 2-15——1 - 2-15，即：-0.99997 —— 0.99997 （3）补码定点小数：- 1——1 - 2-15，即：-1——0.99997 （4）补码定点整数：-215——215 - 1 ，即：-32768——32767 （5）原码定点整数：-215 + 1——215 - 1，即：-32767——32767 （6）据题意画出该浮点数格式，当阶码和尾数均采用原码，非规格化数表示时： 最大负数= 1，11 111；1.000 000 001 ，即 -2-9?2-31 最小负数= 0，11 111；1.111 111 111，即 -（1-2-9）?231 则负数表示范围为：-（1-2-9）?231 —— -2-9?2-31 最大正数= 0，11 111；0.111 111 111，即（1-2-9）?231 最小正数= 1，11 111；0.000 000 001，即 2-9?2-31
计算机组成原理第七章课后部分答案
7.1 什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器指令的主要 功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？ 机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组 成。 指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机 内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。 指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。 7.2 什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？ 寻址方式：指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影 响指令格式和指令功能。 学习寻址方式，是为了找到指令中参与操作的数据，然后根据指令，得出结果。 7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长？ 指令字长：是指机器指令中二进制代码的总位数。指令字长取决于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址 的个数。不同的指令的字长是不同的。 机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据 的位数（整数运算即定点整数运算）。
机器字长也就是运算器进行定点数运 算的字长，通常也是CPU内部数据通 路的宽度。即字长越长，数的表示范 围也越大，精度也越高。机器的字长 也会影响机器的运算速度。 存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8 位、16位、32位等。 7.6 某指令系统字长为16位，地址码取4位，提出一种方案，使该指令系统有 8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。 解：三地址指令格式如下： 4 4 4 4 OP A1 A2 A3 指令操作码分配方案如下： 4位OP 0000， ……， A1,A2,A3:8条三地址指令 0111， 1000，0000， ……，……， A2，A3:16条二地址指令 1000，1111， 1001，0000，0000，
第六章总线系统 一、填空题： 1.PCI总线采用仲裁方式，每一个PCI设备都有独立的总线请求和总线授权两条信号线与相连。 2.SCSI是处于和之间的并行I/O接口，可允许连接台不同类型的高速外围设备。 3.总线有A 特性、B 特性、C 特性、D 特性，因此必须E 。 4.微型计算机的标准总线从16位的A 总线发展到32位的B 总线和C 总线，又进一步发展到64位的D 总线。 二、选择题： 1.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现技术化，同时______。 A. 减少信息传输量 B. 提高信息传输速度 C. 减少了信息传输线的条数 D. 减少了存储器占用时间 2.描述PCI总线基本概念中正确的句子是______。 A.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送 B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线 C.PCI设备一定是主设备 D.系统中允许只有一条PCI总线 3.描述PCI总线中基本概念表述不正确的是______。 A.PCI设备不一定是主设备 B.PCI总线是一个与处理器有关的高速外围总线 C.PCI总线的基本传输机制是猝发式传送 D.系统中允许有多条PCI总线 4.并行I/O标准接口SCSI中，一块适配器可以连接______台具有SCSI接口的设备。 A. 6 B. 7 C. 8 D. 9 5.下面对计算机总线的描述中，确切完备的概念是______。 A.地址信息、数据信息不能同时出现 B.地址信息与控制信息不能同时出现 C.数据信息与控制信息不能同时出现 D.两种信息源的代码不能在总线中同时传送 6.SCSI接口以菊花链形式最多可连接______台设备。 A．7台B．8台C．6台D．10台 7.微型机系统中外设通过适配器与主板的系统总线相连接，其功能是___。 A. 数据缓冲和数据格式转换 B.监测外设的状态 C.控制外设的操作 D. 前三种功能的综合作用 8.计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化,同时___。 A.减少了信息传输量 B.提高了信息传输的速度