“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第一章习题解答 1.1 什么是程序存储式计算机？ 程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。 存储程序原理又称“·诺依曼原理”，其核心思想包括： ●程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中； ●计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中 读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。 1.2 通用计算机的几个主要部件是什么？ ●主机（CPU、主板、存）； ●外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）； 1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.4 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？ 摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温…… 解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多核…… （为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。）
“微处理器系统原理与嵌入式系统设计”第三章习题解答 3.1处理器有哪些功能？说明实现这些功能各需要哪些部件，并画出处理器的基本结构图。 处理器的基本功能包括数据的存储、数据的运算和控制等功能。其有5个主要功能：①指令控制②操作控制③时间控制④数据加工⑤中断处理。其中，数据加工由ALU 、移位器和寄存器等数据通路部件完成，其他功能由控制器实现。处理器的基本结构图如下： 寄存器组 控制器 整数单元 浮点单元 数据通路 处理器数据传送 到内存数据来自内存数据传送到内存指令来自内存 3.2处理器内部有哪些基本操作？这些基本操作各包含哪些微操作？ 处理器基本操作有：取指令、分析指令、执行指令。 取指令：当程序已在存储器中时，首先根据程序入口地址取出一条程序，为此要发出指令地址及控制信号。 分析指令：对当前取得的指令进行分析，指出它要求什么操作，并产生相应的操作控制命令。 执行指令：根据分析指令时产生的“操作命令”形成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器及输入/输出设备的执行，实现每条指令的功能，其中包括对运算结果的处理以及下条指令地址的形成。 3.3什么是冯·诺伊曼计算机结构的主要技术瓶颈？如何克服？ 冯·诺伊曼计算机结构的主要技术瓶颈是数据传输和指令串行执行。可以通过以下方案克服：采用哈佛体系结构、存储器分层结构、高速缓存和虚拟存储器、指令流水线、超标量等方法。
3.5指令系统的设计会影响计算机系统的哪些性能？ 指令系统是指一台计算机所能执行的全部指令的集合，其决定了一台计算机硬件主要性能和基本功能。指令系统一般都包括以下几大类指令。：1）数据传送类指令。（2）运算类指令 包括算术运算指令和逻辑运算指令。（3）程序控制类指令 主要用于控制程序的流向。 （4）输入/输出类指令 简称I/O 指令，这类指令用于主机与外设之间交换信息。 因而，其设计会影响到计算机系统如下性能: 数据传送、算术运算和逻辑运算、程序控制、输入/输出。另外，其还会影响到运算速度以及兼容等。 3.9某时钟速率为2.5GHz 的流水式处理器执行一个有150万条指令的程序。流水线有5段，并以每时钟周期1条的速率发射指令。不考虑分支指令和乱序执行带来的性能损失。 a)同样执行这个程序，该处理器比非流水式处理器可能加速多少？ b)此流水式处理器是吞吐量是多少（以MIPS 为单位）？ a.=51p T nm S T m n =≈+-串流水 速度几乎是非流水线结构的5倍。 b.2500M IPS p n T T =≈流水 3.10一个时钟频率为2.5 GHz 的非流水式处理器，其平均CPI 是4。此处理器的升级版本引入了5级流水。然而，由于如锁存延迟这样的流水线内部延迟，使新版处理器的时钟频率必须降低到2 GHz 。 (1) 对一典型程序，新版所实现的加速比是多少？ (2) 新、旧两版处理器的MIPS 各是多少？ （1）对于一个有N 条指令的程序来说： 非流水式处理器的总执行时间s N N T 990 106.1)105.2/()4(-?=??= 5级流水处理器的总执行时间s N N T 991 10)4(2)102/()15(-?+=?-+= 加速比=42.310 +=N N T T ，N 很大时加速比≈3.2 （2）非流水式处理器CPI=4，则其执行速度=2500MHz/4=625MIPS 。 5级流水处理器CPI=1，则其执行速度=2000 MHz /1=2000 MIPS 。 3.11随机逻辑体系结构的处理器的特点是什么？详细说明各部件的作用。 随机逻辑的特点是指令集设计与硬件的逻辑设计紧密相关，通过针对特定指令集进行
一、嵌入式微处理器体系结构 嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构，指令系统可以选用精简指令系统RISC和复杂指令集系统CISC。 1、·诺依曼体系结构和哈佛体系结构； （1）·诺依曼结构的计算机由CPU和存储器构成，其程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置；采用单一的地址及数据总线，程序指令和数据的宽度相同。程序计数器（PC）是CPU内部指示指令和数据的存储位置的寄存器。 （2）哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。提高执行速度，提高数据的吞吐率,具有较高的执行效率。 2、CISC和RISC 类别CISC RISC 指令系统指令数量很多较少，通常少于100 执行时间有些指令执行时间很长， 如整块的存储器内容拷贝； 或将多个寄存器的内容 拷贝到存贮器没有较长执行时间的指令 编码长度编码长度可变，1-15字节编码长度固定，通常为4个字节 寻址方式寻址方式多样简单寻址 操作可以对存储器和寄存器只能对寄存器对行算术和逻辑操作， 进行算术和逻辑操作Load/Store体系结构 编译难以用优化编译器生成 高效的目标代码程序采用优化编译技术，生成高效的目标代码程序 二、ARM状态各模式下的寄存器 1、所有的37个寄存器，分成两大类： (1)31个通用32位寄存器； (2) 6个状态寄存器。 2、R0～R7为未分组的寄存器，也就是说对于任何处理器模式，这些寄存器都对应于相同的32位物理寄存器。 3、寄存器R8～R14为分组寄存器。它们所对应的物理寄存器取决于当前的处理器模式，几乎所有允许使用通用寄存器的指令都允许使用分组寄存器 4、寄存器R8～R12有两个分组的物理寄存器。一个用于除FIQ模式之外的所有寄存器模式，另一个用于FIQ模式。这样在发生FIQ中断后，可以加速FIQ的处理速度 5、寄存器R13、R14分别有6个分组的物理寄存器。一个用于用户和系统模式，其余5个分别用于5种异常模式。 三、处理器工作模式 1、ARM处理器有7种工作模式； ●usr（用户模式）：ARM处理器正常程序执行模式。 ●fiq（快速中断模式）：用于高速数据传输或通道处理 ●irq（外部中断模式）：用于通用的中断处理
第二章：微处理器与体系结构 ●计算机中，CPU的地址线与访问存储器单元范围的关系是什么？ 【解】：在计算机中，若CPU的地址线引脚数为N条，则访问存储器单元的数量为2N个，访问存储器单元范围为0~2N-1。 ●8086CPU中指令队列的功能和工作原理？ 【解】：8086CPU中指令队列的功能是完成指令的流水线操作。BIU单位经总线从程序存储器中读取指令并放入指令队列缓冲器，EU单元从指令队列缓冲器中获取指令，因EU并未直接从程序存储器中读取指令，而是经指令队列缓冲，使取指和执指能同时操作，提高了CPU的效率。 ●8086CPU的堆栈操作原理？ 【解】：8086CPU的堆栈是一段特殊定义的存储区，用于存放CPU堆栈操作时的数据。在执行堆栈操作前，需先定义堆栈段SS、堆栈深度（栈底）和堆栈栈顶指针SP。数据的入栈出栈操作类型均为16位，入栈操作时，栈顶指针值先自动减2（SP=SP-2），然后16位数据从栈顶处入栈；出栈操作时，16位数据先从栈顶处出栈，然后栈顶指针值自动加2（SP=SP+2）。 ●8086CPU的最小和最大工作模式的主要不同点？ 【解】：CPU的控制线应用方式不同：在最小工作模式下，计算机系统的所需的控制线由CPU直接提供；在最大工作模式下，CPU仅为计算机系统提供必要的控制线，而系统所需的控制线由专用芯片总线控制器8288产生。计算机系统复杂度不同：在最小工作模式下，计算机系统仅用单处理器（8086）组成，系统结构简单且功能也较小；在最大工作模式下，计算机系统由多处理器组成，除8086CPU外，还有总线控制器8288和协处理器8087。 ●8086CPU中的EU单元，BIU单元的特点？ 【解】：8086CPU为实现指令的流水线操作，将CPU分为指令执行单元EU和总线接口单元BIU。EU与一般CPU 的结构基本相同，含运算器ALU、寄存器、控制器和内部总线，但EU不从存储器中直接读取指令。BIU 是8086CPU的总线接口单元，主要功能有两点，第一是经总线从存储器中获得指令和数据，指令送指令队列缓冲器，以便EU从指令队列获取指令；数据经片内数据总线送CPU中的相关寄存器；第二是20位物理地址的形成，8086CPU中所有寄存器均是16位的，BIU中的地址加法器的入端为16位段首地址和16位段内偏移地址，出端为20位的实际地址，20位地址经线完成对存储器单元或I/O端口的访问。 ●什么叫物理地址？什么叫逻辑地址？ 【解】：物理地址：完成存储器单元或I/O端口寻址的实际地址称为物理地址，CPU型号不同其物理地址不问，例8080CPU的物理地址16位、8086CPU的物理地址20位、80286CPU的物理地址24位。逻辑地址：物理地址特殊表示方式，例如8086CPU中用16位段首逻辑地址和16位段内偏移逻辑地址表示20位的物理地址。 物理地址是惟一的，而逻辑地址是多样的。 ●8086CPU和8088CPU的主要区别？ 【解】：CPU内部的区别：8086的指令队列缓冲器为6字节，8088为4字节；CPU数据总线的区别：8086的数据总线宽度为16位，8088为8位；CPU控制线的区别：因8086可一次进行16位数据的操作，可用控制线/BHE 和地址线A0完成对奇偶存储库的选择，8088一次只能对8位数据的操作，无控制线/BHE的功能。8086与8088比较，存储器和I/0选择控制线的控制电平相反。 ●8086CPU的6个状态标志位的作用是什么？ 【解】：6个状态标志位为CF、OF、ZF、SF、AF和PF。CF是无符号数运算时的进位或借位标志，无进位或借位时CF=0，有进位或借位时CF=1；OF为有符号数运算时的溢出标志，无溢出时OF=0，有溢出时OF=1； ZF是两数运算时的值0标志，运算结果不为0，ZF=0，运算结果为0，ZF=1；SF是有符号数运算时运算结果符号的标志，运算结果为正时SF=0，运算结果为负时SF=1；AF是辅助进位标志，若D3位到D4位无进
5.10 用16K×1位的DRAM芯片组成64K×8位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？ （1）组建存储器共需DRAM芯片数N=（64K*8）/（16K*1）=4*8（片）。 每8片组成16K×8位的存储区，A13~A0作为片内地址，用A15、A14经2:4译码器产生片选信号，逻辑框图如下（图有误：应该每组8片，每片数据线为1根） （2）设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，刷新周期为2ms。因为刷新每行需0.5μS，则两次（行）刷新的最大时间间隔应小于： 为保证在每个1μS内都留出0.5μS给CPU访问内存，因此该DRAM适合采用分散式或异步式刷新方式，而不能采用集中式刷新方式。 ●若采用分散刷新方式，则每个存储器读/写周期可视为1μS，前0.5μS用于读写，后 0.5μS用于刷新。相当于每1μS刷新一行，刷完一遍需要128×1μS＝128μS，满足刷新周期小于2ms的要求； ●若采用异步刷新方式，则应保证两次刷新的时间间隔小于15.5μS。如每隔14个读写周期刷新一行，相当于每15μS刷新一行，刷完一遍需要128×15μS＝1920μS，满足刷新周期小于2ms的要求； 需要补充的知识： 刷新周期：从上一次对整个存储器刷新结束到下一次对整个存储器全部刷新一遍为止的时间间隔。刷新周期通常可以是2ms，4ms或8ms。 DRAM一般是按行刷新，常用的刷新方式包括： ●集中式：正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。
“微处理器系统结构与嵌入式系统设计”第一章习题解答 1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.3 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？ SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。 IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。它有软核、硬核和固核三种实现形式。 1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？ 概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。 特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。 2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。 3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。 4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器
系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。 ①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中； ②要求高质量、高可靠性的软件代码； ③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。 5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。 6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 第二章习题答案 2.2 完成下列逻辑运算 （1）101+1.01 = 110.01 （2）1010.001-10.1 = 111.101 （3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1 （4）10.1101-1.1001 = 1.01 （5）110011/11 = 10001 （6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.1 2.3 完成下列逻辑运算 （1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101 （2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001 （3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 0111 2.4 选择题 （1）下列无符号数中最小的数是( A )。 A．H (1,1011,0101) (01A5)B．B
微处理器系统结构与嵌入式系统设计(第二版)答案全
一 1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.3 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？ SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。 IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。它有软核、硬核和固核三种实现形式。 1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？ 概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。 特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。 2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。 3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。 ①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中； ②要求高质量、高可靠性的软件代码； ③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。 5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。 6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 二 2.2 完成下列逻辑运算 （1）101+1.01 = 110.01 （2）1010.001-10.1 = 111.101 （3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1 （4）10.1101-1.1001 = 1.01 （5）110011/11 = 10001 （6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.1 2.3 完成下列逻辑运算 （1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101 （2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001 （3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 0111
一 1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.3 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？ SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。 IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。它有软核、硬核和固核三种实现形式。 1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？ 概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。 特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。 2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。 3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。
4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。 ①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中； ②要求高质量、高可靠性的软件代码； ③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。 5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。 6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 二 2.2 完成下列逻辑运算 （1）101+1.01 = 110.01 （2）1010.001-10.1 = 111.101 （3）-1011.0110 1-1.1001 = -1100.1111 1 （4）10.1101-1.1001 = 1.01 （5）110011/11 = 10001 （6）(-101.01)/(-0.1) = 1010.1 2.3 完成下列逻辑运算 （1）1011 0101∨1111 0000 = 1111 0101 （2）1101 0001∧1010 1011 = 1000 0001 （3）1010 1011⊕0001 1100 = 1011 0111 2.4 选择题
80X86微型处理器及其系统结构 学习目的: 了解三总线及堆栈的工作原理。 掌握微处理器的一般结构、算逻部件ALU、寄存器结构、控制部件。 重点掌握Intel 8086微处理器的结构。 堆栈 1. 堆栈的定义 用作数据暂时存储的一组寄存器或存储单元称为堆栈。 堆栈中数据按“后进先出”的结构方式进行处理，即新入栈的依次堆放在原来数据之上，存放信息的最后一个单元叫做栈顶，用堆栈指针SP(Stack Pointer)指示。 堆栈操作有两种：压入(PUSH)和弹出(POP)，而SP始终指向堆栈栈顶的新位置。 2. 堆栈编址结构的两种形式 (1) 向上生成 该结构中，每压入一个数据，堆栈指示器SP按增量修改，每弹出一个数据，SP按减量修改。 (2) 向下生成 该结构中，每压入一个数据，SP按减量修改，每弹出一个数据，SP按增量修改 3. 构成堆栈的两种形式 一种是使用微处理器内部的一组寄存器作为堆栈。 优点：访问速度快。 缺点：寄存器数量有限。 一种形式是在随机存储器RAM中开辟一个区间供堆栈使用，较为普遍；若编址采用向下生成，其堆栈操作如下图所示。
由上图中可以看出，出栈操作并不会从堆栈中去掉信息，也不擦除它们，只是因SP 的自动修改而改变了堆栈的栈顶。 堆栈主要用于中断控制，子程序调用以及数据暂时存储。 3.2 微处理器的一般结构 传统的微处理器结构由算术逻辑部件ALU ，控制电路及寄存器阵列三大部分组成，如下图所示。
一、算术逻辑部件ALU (Arithmetic Logic Unit) ALU是执行算术运算、逻辑运算及移位的装置。 ALU有两个输入端，一个与累加器相连，另一端与暂存器相连，用于存放参加运算的两个数。 ALU的输出端也有两个，一端将操作结果送回到内部总线再送回累加器，另一端用于输出表示操作结果特征的标志信息。 二、寄存器阵列 一般包括通用寄存器、累加器、标志寄存器、专用寄存器等。寄存器的使用提升了计算机的功能和程序设计的灵活性。 1. 通用寄存器组 可用于存放数据和地址，有8bit和16bit等，CPU可直接处理这些信息，减少了访问存储器的次数，节省访问内存时间。 2. 累加器 也是数据寄存器，与ALU一起完成各种算术或逻辑运算，运算前作为ALU的一个输入，运算后常用于保存结果。 CPU对I/O接口电路的读出或写入一般也是通过累加器进行的。 3. 标志寄存器 在算术或逻辑运算时，为了保存可能发生的进位、溢出、符号、全零及奇偶性等状态的变化，微处理器设置标志寄存器。 其所存的状态将可作为一种条件，常用于判断是否控制程序转移。 4. 专用寄存器 (1) 程序计数器PC (Program Counter) 它是指令地址寄存器，其内容指出了现行指令在存储器中的存放地址。 注：当按PC的内容从存储器中取出指令时，PC的内容自动加1。 对单字节指令而言，则PC指向了下一条指令所在的地址。 对多字节指令，则每取一个字节，PC自动加1，当取出最后一个指令字节时，PC仍指向下
第一章作业答案 1.2 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.3 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 什么是SoC？什么是IP核，它有哪几种实现形式？ SoC：系统级芯片、片上系统、系统芯片、系统集成芯片或系统芯片集等，从应用开发角度出发，其主要含义是指单芯片上集成微电子应用产品所需的所有功能系统。 IP核：满足特定的规范和要求，并且能够在设计中反复进行复用的功能模块。它有软核、硬核和固核三种实现形式。 1.8 什么是嵌入式系统？嵌入式系统的主要特点有哪些？ 概念：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗的严格要求的专用计算机系统，即“嵌入到应用对象体系中的专用计算机系统”。 特点：1、嵌入式系统通常是面向特定应用的。 2、嵌入式系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。 3、嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。 4、嵌入式处理器的应用软件是实现嵌入式系统功能的关键，对嵌入式处理器系统软件和应用软件的要求也和通用计算机有以下不同点。 ①软件要求固体化，大多数嵌入式系统的软件固化在只读存储器中； ②要求高质量、高可靠性的软件代码； ③许多应用中要求系统软件具有实时处理能力。 5、嵌入式系统和具体应用有机的结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行的，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，就具有较长的生命周期。 6、嵌入式系统本身不具备自开发能力，设计完成以后用户通常也不能对其
第一章习题解答 1.1 什么是程序存储式计算机？ 程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。 存储程序原理又称“冯·诺依曼原理”，其核心思想包括： 程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中； 计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。 1.2 通用计算机几个主要部件是什么？ 主机（CPU、主板、内存）； 外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）； 1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？ 中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片 1.4 阐述摩尔定律。 每18个月，芯片晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。 1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？ 摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温…… 解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多内核…… （为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。） 1.6 试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与相互影响。 计算机系统结构主要是指程序员关心的计算机概念结构与功能特性，而计算机组成原理则偏重从硬件角度关注物理机器的组织，更底层的器件技术和微组装技术则称为计算机实现。例如：确定指令集中是否有乘法指令属于计算机体系结构的内容，而乘法指令是由专门的乘法器实现还是用加法器实现则属于计算机组成原理的内容，乘法/加法器底层的物理器件类型及微组装技术则属于计算机实现的内容。