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计算机组成原理第9章习题指导

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计算机组成原理(唐朔飞)习题附标准答案

计算机组成原理(唐朔飞)习题附标准答案

第一章思考题与习题1．什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？2．如何理解计算机系统的层次结构？3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别和联系。

4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。

7．解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。

8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。

9．根据迭代公式)(21nn yxyx+=，设初态y0=1，要求精度为ε，试编制求x的解题程序（指令系统自定），并结合所编程序简述计算机的解题过程。

10．指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。

硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。

软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。

软件和硬件都很重要。

2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。

由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持合执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持合执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。

3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。

汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令，高级语言是面向用户的语言，它是一种接近于数学的语言，直观，通用，与具体机器无关。

计算机组成原理期末复习答案讲解

计算机组成原理期末复习答案讲解

第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。

计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。

计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

2.如何理解计算机的层次结构？答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。

（1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。

（2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。

（3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。

通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。

各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。

4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？答：计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。

计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。

8. 解释下列英文缩写的中文含义：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。

CPU：Central Processing Unit，中央处理机（器），是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。

PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址。

IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。

CU：Control Unit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。

ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。

计算机组成原理作业1-10章答案(唐朔飞)

计算机组成原理作业1-10章答案(唐朔飞)

第1章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。

计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。

计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

2. 如何理解计算机的层次结构？答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。

（1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。

（2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。

（3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。

通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。

各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。

3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。

答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。

高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。

4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？答：计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。

计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。

5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；●指令和数据均用二进制表示；●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；●机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。

计算机组成原理习题——4+8+9章带答案

计算机组成原理习题——4+8+9章带答案

第四章1．一个容量为16K×32位的存储器,其地址线和数据线的总和是多少?当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位,4K×8位，8K×8位地址线和数据线的总和= 14 + 32 = 46根; 选择不同的芯片时，各需要的片数为: 1K×4：(16K×32）/ (1K×4) = 16×8 = 128片2K×8：（16K×32）/ (2K×8）= 8× 4 = 32片4K×4:（16K×32）/ (4K×4）= 4×8 = 32片16K×1：（16K×32）/ （16K×1) = 1×32 = 32片4K×8:（16K×32）/ （4K×8）= 4× 4 = 16片8K×8：（16K×32） / (8K×8） = 2×4 = 8片2．现有1024×1的存储芯片，若用它组成容量为16K×8的存储器。

试求：（1）实现该存储器所需的芯片数量？（2）若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量为4K×8位，该存储器所需的地址线总位数是多少?其中几位用于选板？几位用于选片？几位用做片内地址?16K×8=2^14×8，地址线为14根.4K×8容量的板，共需要4块板子。

则14根地址线的最高2位用于板选(00~11,第1块板子～第4块板子）,4K＊8位＝2^12*8位＝12*1K＊8位，也就是在每块板子内需要4＊8个芯片，而每8个芯片组成8位，也就是位扩展。

也就是说需要4组,则除了最高2位，剩余的12位中,有2位用于片选(00～11,第一组~第4组）.也就是：2位用于板选,2位用于片选，剩余的10位用于片内地址选择。

《计算机组成原理》各章练习参考答案.

《计算机组成原理》各章练习参考答案.

《计算机组成原理》各章练习题参考答案第一章思考练习题一.填空1.电子数字计算机可以分为专用计算机和通用计算机两类。

2.硬件采用LSI或VLSI的电子计算机属于计算机发展过程中的第四代。

3.存储器中存放数据和程序。

4.一台计算机包括运算、存储、控制、输入及输出五个单元。

5.完成算术运算和逻辑运算的部件是运算器(或ALU)；运算器的核心是加法器；控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果的部件是控制器。

6.CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线是内部总线；CPU同存储器、通道等互相连接的总线是系统总线；中、低速I/O设备之间互相连接的总线是I/O总线。

7.在多总路线结构中，CPU总线、系统总线和高速总线相连通过桥实现。

8.计算机软件一般分为系统软件和应用软件。

9.完整的计算机系统由硬件系统和软件系统构成。

10.机器字长是指一台计算机一次所能够处理的二进制位数量。

11.数据分类、统计、分析属于计算机在数据处理方面的应用。

12.计算机是一种信息处理机，它最能准确地反映计算机的主要功能。

13.个人台式商用机属于微型机。

14.对计算机软硬件进行管理，是操作系统的功能。

15.用于科学技术的计算机中，标志系统性能的主要参数是MFLOPS。

16.通用计算机又可以分为超级机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机六类。

17.“存储程序控制”原理是冯.诺依曼提出的。

18.运算器和控制器构成CPU，CPU和主存构成主机。

19.取指令所用的时间叫取指周期，执行指令所用的时间叫执行周期。

20.每个存储单元都有一个编号，该编号称为地址。

21.现代计算机存储系统一般由高速缓存、主存和辅存构成。

22.计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制原理。

二.单选1.存储器用来存放( C )。

A.数据B.程序C.数据和程序D.正在被执行的数据和程序2.下面的描述中，正确的是( B )A.控制器能够理解、解释并执行所有的指令及存储结果。

计算机组成原理习题答案9

计算机组成原理习题答案9

第9章习题(有关虚拟存储器的题目)参考答案3. 下述有关存储器的描述中，正确的是( B、D )A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成B. 存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序，又要防止用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全与保密的要求。

C. 在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。

D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。

5．虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。

B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。

C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。

D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。

6. 某虚拟存储器采用页式存储管理，使用LRU页面替换算法，若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问序列如下：1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。

已知主存只允许放4个页面，初始状态时4个页面是全空的，则页面失效次数是___6____。

解答过程：LRU算法的思想：每页设置一个计数器，每次命中一页，该页对应的计数器清零，其他各页的计数器加1；需要替换时，将计数值最大的页换出，所以，对应的访问过程及相应的计数器的内容、替换结果如下：访问序列1 8 1 7 82 7 2 1 83 8 2 1 3 1 7 1 3 7调入的页号a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1b 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 7 7 7 7c 7 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3d 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2各计数器的值a 0 1 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 0 1 0 1 0 1 2b 0 1 2 0 1 2 3 4 0 1 0 1 2 3 4 0 1 2 0c 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1d 0 1 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7注：红色标注的页是未命中的访问——共6次7. 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB，则页表长度是多少?解：主存容量为4MB，物理地址22位虚存容量为1GB，虚拟地址30位页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K8. 设某系统采用页式虚拟存储管理，页表存放在内存中。

操作系统第9章课后习题解答

操作系统第9章课后习题解答

9.14 • 在多级反馈队列调度器的调度下，I/Obound的进程比CPU-bound的进程更有利， 也就是说，调度器更倾向于选择I/O-bound 的进程进行分派。原因在于I/O-bound的进 程会比较长时间地阻塞；在阻塞过程中， CPU-bound的进程得到多次分派执行，因而 会很快进入低优先级的反馈队列中。这样， I/O-bound的进程被唤醒之后，通常具有比 CPU-bound的进程高得多的优先级，所以会 得到调度器的“青睐”。
10 7 3.50 8 5 2.50 9 6 3.00 5 2 1.00 5 2 1.00 10 7 3.50 6 3 1.50 8 5 2.50
15 6 1.20 18 9 1.80 19 10 2.00 15 6 1.20 15 6 1.20 15 6 1.20 19 10 2.00 18 9 1.80
9.16
A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
C
D
E
平均周转 时间 32.20 30.00 28.80 21.00
RR
45
34 9 24 18
14 39 27 3
27 45 33 9
41 21 45 30
Priority 36 FCFS SPN 15 45
进程
A
B
C
D
E
到达时刻
0
1
3
9
12
服务时间（Ts）
3
5
2
5
5
平均值
FCFS
完成时刻 周转时间（Tr） Tr / Ts 完成时刻 周转时间（Tr） Tr / Ts 完成时刻 周转时间（Tr） Tr / Ts 完成时刻 周转时间（Tr） Tr / Ts 完成时刻 周转时间（Tr） Tr / Ts 完成时刻 周转时间（Tr） Tr / Ts 完成时刻 周转时间（Tr） Tr / Ts 完成时刻 周转时间（Tr） Tr / Ts

计算机组成原理_学习指导与习题解答_答疑提纲

计算机组成原理_学习指导与习题解答_答疑提纲

(4) CPU 的 24 根地址线中，最低 2 位地址 A1 A0 为字节地址，A20-A2 这 19 根地址线与 Flash 的地址 线相连，最高 3 位地址 A23 A22 A21；可通过 3 线-8 线译码器形成片选信号。每一个片选信号同时选中
4 片 Flash，以满足 32 位的数据线要求。
(2) 时钟频率加倍至 100 MHz，外部数据总线宽 度仍为 16 位，则数据总线的传输周期为 T′=4/(100 MHz) =40 × 10-9 s 数据传输率为 2 B/T'=2 B/(40 × 10-9s)=50 × 106 Bps 若既增加数据总线位数，又提高时钟频率，将 有更好的效果。
存储器
2.2 例题精选
2.2.1 例 3.6
假设总线的时钟频率为 33 MHz，且一个总线时钟 周期为一个总线传输周期。若在一个总线传输周期 可并行传送 4 个字节的数据，求该总线的带宽，并 分析哪些因素影响总线的带宽。
【解】 总线的带宽是指单位时间内总线上可传输的数据 位数，通常用每秒传送信息的字节数来衡量，单位 可用字节/秒(Bps)表示。 由时钟频率 f = 33 MHz，可得时钟周期 T=1/f，根 据题目假设的条件，一个总线传输周期为一个时钟 周期，且在一个总线传输周期传输 4 个字节数据， 故总线带宽为 4 B/T=4 B×f=4 B × 33 × 106 Hz≈132 MBps(1 M=220)
(2)对于 4M ×32 位的存储器，按字寻址的范 围是 222，按字节寻址的范围是 224，故该存储器的 地址线为 24 位 A23-A0。
(3) 4 片 512K×8 位的 Flash 可组成 512K × 32 位的存储器，4M × 32 位的存储器共需 32 片 512K× 8 位的 Flash 。

第9章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)

第9章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)

3. 假定一个政府机构同时监控100路移动电话的通话消息，通话消息被分时复用到一个带宽为4MBps的网络上，复用使得每传送1KB的通话消息需额外开销150µs，若通话消息的采样频率为4KHz，每个样本的量化值占16位，要求计算每个通话消息的传输时间，并判断该网络带宽能否支持同时监控100路通话消息？参考答案：每路移动电话1秒钟所要传输的数据量：4000HZ x(16/8)B=8000B=7.8125KB该网络传输1KB数据所需要的时间为：150µs+(1KB / 4MB)=394µs所以实际传输100路移动电话所需时间为：394µs/KB x7.8125KB x 100=0.31s因为0.31s小于1秒钟，故该网络带宽支持同时监控100路通话消息。

4．假定一个程序重复完成将磁盘上一个4KB的数据块读出，进行相应处理后，写回到磁盘的另外一个数据区。

各数据块内信息在磁盘上连续存放，并随机地位于磁盘的一个磁道上。

磁盘转速为7200RPM，平均寻道时间为10ms，磁盘最大数据传输率为40MBps，磁盘控制器的开销为2ms，没有其他程序使用磁盘和处理器，并且磁盘读写操作和磁盘数据的处理时间不重叠。

若程序对磁盘数据的处理需要20000个时钟周期，处理器时钟频率为500MHz，则该程序完成一次数据块“读出-处理-写回”操作所需的时间为多少？每秒钟可以完成多少次这样的数据块操作？参考答案：平均旋转等待时间：(1s / (7200/60)) / 2 ≈8.33/2 ≈4.17ms因为块内信息连续存放，所以数据传输时间：4KB / 40MBps ≈0.1ms平均存取时间T ：寻道时间+ 旋转等待时间+ 数据传输时间= 10ms + 4.17ms + 0.1ms = 14.27ms读出时间(写回时间)：14.27ms+2ms = 16.27ms数据块的处理时间：20000 / 500MHz ≈0.04ms因为数据块随机存放在某个磁道上，所以，每个数据块的“读出-处理-写回”操作时间都是相同的，所以完成一次操作时间：16.27ms x 2+0.04ms = 32.58ms每秒中可以完成这样的数据块操作次数：1s / 32.58ms ≈30次5. 假定主存和磁盘存储器之间连接的同步总线具有以下特性：支持4字块和16字块两种长度（字长32位）的突发传送，总线时钟频率为200MHz ，总线宽度为64位，每个64位数据的传送需1个时钟周期，向主存发送一个地址需要1个时钟周期，每个总线事务之间有2个空闲时钟周期。

计算机组成原理课后习题及答案_唐朔飞

计算机组成原理课后习题及答案_唐朔飞
解： 主机——是计算机硬件的主体 部分，由CPU+MM（主存或内存） 组成；
CPU——中央处理器（机），
是计算机硬件的核心部件，由运算 器+控制器组成；（早期的运、控不 在同一芯片上）
讲评：一种不确切的答法：
CPU与MM合称主机； 运算器与控制器合称CPU。 4
主存——计算机中存放正在运
行的程序和数据的存储器，为计算
计算机系统概论
第一章
1
1. 什么是计算机系统、计算
1
机硬件和计算机软件？硬件和
软件哪个更重要？
解：P3
计算机系统——计算机硬
件、软件和数据通信设备的物
理或逻辑的综合体。
计算机硬件——计算机的
物理实体。
计算机软件——计算机运
行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统
中相互依存，缺一不可，因此
同样重要。
CU——Control Unit，控 制单元（部件），控制器中产 生微操作命令序列的部件，为 控制器的核心部件；
ALU——Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，运 算器中完成算术逻辑运算的逻 辑部件；
ACC——Accumulator，累 加器，运算器中运算前存放操 作数、运算后存放运算结果的 8
控制功能的实现，可参考74LS245等总线缓
冲器使能芯片内部电路。 逻辑图如下：（n位）
控制 G B1
Bn
方向
控制 DIR
A1
………… …………
An
21
错误的设计：
系统总线
存储总线
CPU
MM
I/O1 I/O2 …… I/On
这个方案的错误是： 不合题意。按题意要求应画出逻辑线路图而

计算机组成原理课后习题答案(一到九章)

计算机组成原理课后习题答案(一到九章)

作业解答第一章作业解答1.1基本的软件系统包括哪些内容？答：基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。

系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。

包括：操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。

1.2计算机硬件系统由哪些基本部件组成？它们的主要功能是什么？1.31)2)3)1.41.5以保证总①可以减少各个部件之间的连线数量，降低成本；②便于系统构建、扩充系统性能、便于产品更新换代。

1.6按其任务分，总线有哪几种类型？它们的主要作用是什么？答：按总线完成的任务，可把总线分为：CPU内部总线、部件内总线、系统总线、外总线。

1.7计算机的主要特点是什么？答：计算机的主要特点有：①能自动连续地工作；②运算速度快；③运算精度高；④具有很强的存储能力和逻辑判断能力；⑤通用性强。

1.8衡量计算机性能有哪些基本的技术指标？以你所熟悉的计算机系统为例，说明它的型号、主频、字长、主存容量、所接的I/O设备的名称及主要规格。

答：衡量计算机性能的基本的技术指标有：①基本字长；②主存容量；③运算速度；④所配置的外部设备及其性能指标；⑤系统软件的配置。

1.9单选题（1）1946年，美国推出了世界上第一台电子数字计算机，名为__A__。

A.ENIACB.UNIVAC-IC.ILLIAC-IVD.EDVAC（2）在计算机系统中，硬件在功能实现上比软件强的是__C__。

A.灵活性强B.实现容易C.速度快D.成本低（3）完整的计算机系统包括两大部分，它们是__C____。

A.运算器与控制器B.主机与外设C.硬件与软件D.硬件与操作系统（4）在下列的描述中，最能准确反映计算机主要功能的是___D___。

A.计算机可以代替人的脑力劳动B.计算机可以存储大量的信息（5（6（71.10（1（2（3（4（5（6答：①应用领域（7）银河I（YH-I）巨型计算机是我国研制的①。

计算机组成原理课后习题讲解

计算机组成原理课后习题讲解
所以，地址寄存器为20位，数据寄存器为8位，编址范围0~2^20-1，写成16进制为00000H~FFFFFH。
（2）由题意得：
半字为16b，1M=2^19*16b
所以，地址寄存器为19位，数据寄存器为16位，编址范围0~2^19-1，写成16进制为00000H~7FFFFH。
（3）按字编址，字长为32，1M=2^18*32b
运算器用来进行数据变换和各种运算。
控制器则为计算机的工作提供统一的时钟，对程序中的各基本操作进行时序分配，并发出相应的控制信号，驱动计算机的各部件按节拍有序地完成程序规定的操作内容。
存储器用来存放程序、数据及运算结果。
输入/输出设备接收用户提供的外部信息或用来向用户提供输出信息。
第二章存储器系统
一、选择题
五、综合题
1、设有一个1MB容量的存储器，字长为32位，问：
（1）按字节编址，地址寄存器，数据寄存器各为几位？编址范围为多大？
（2）按半字编址，地址寄存器，数据寄存器各为几位？编址范围为多大？
（3）按字编址，地址寄存器，数据寄存器各为几位？编址范围为多大？
答：
（1）1M=2^10*2^10*8b=2^20*8b
二、冯若依曼体系结构的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些不见组成？他们各起什么作用
冯·诺依曼计算机体系的基本思想是存储程序，也就是将用指令序列描述的解题程序与原始数据一起存储到计算机中。计算机只要一启动，就能自动地取出一条条指令并直行之，直至程序执行完毕，得到计算结果为止。
按此思想设计的计算机硬件系统包含运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件。
存储体：由许多存储单元构成。
计算机在存储数据时，以存储单元为单位进行存取。机器的所有存储单元长度相同，一般由8的整数倍个存储元构成。同一单元的存储元必须并行工作，同时读出写入。由许多存储单元构成一台机器的存储体。由于每个存储单元在存储体中的地位平等，为区别不同单元，给每个存储单元赋予地址。

《计算机组成原理》课后题答案_清华大学出版_秦磊华_吴非··

《计算机组成原理》课后题答案_清华大学出版_秦磊华_吴非··

１.l 解释下列名词摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。

主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器,为计算机的主要工作存储器，可随机存取。

控制器:计算机的指挥中心,它使计算机各部件自动协调地工作。

时钟周期:时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。

多核处理器:多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎（内核)。

字长：运算器一次运算处理的二进制位数。

存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。

CＰＩ:指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。

MＩＰＳ：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。

ＣPＵ时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。

计算机系统的层次结构:计算机系统的层次结构由多级构成,一般分成5级,由低到高分别是：微程序设计级,机器语言级，操作系统级,汇编语言级，高级语言级。

基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。

软／硬件功能的等价性:从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的,称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现,也可以由专门的硬件实现。

固件:是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。

可靠性:可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内,完成规定功能的能力。

产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。

MTTF:平均无故障时间,指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。

MＴTＲ:系统的平均修复时间。

MTＢF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。

可用性:指系统在任意时刻可使用的概率,可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。

计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第九章

计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第九章

5% 15%
解：指令平均运行时间 =（0.6×0.35 +0.8×0.45+10×0.05+1.4×0.15）µs
= 0.21+0.36+0.5+0.21 = 1.28µs 机器平均运行速度 = 1/1.28µs = 0.78125MIPS
CPU芯片升级后，机器平均运行速度计算： 方法一： 0.78125MIPS×(10MHz/ 6MHz)≈1.3MIPS 方法二： 时钟周期 = 1/6MHz≈0.16667µs 指令平均运行周期数=1.28µs/0.16667µs≈7.68CPI 升级后时钟周期 = 1/10MHz ≈ 0.1µs 指令平均运行时间≈0.1µs×7.68≈0.768µs 机器平均运行速度≈1/0.768µs≈1.3MIPS
当参数改变后： 机器周期= 125ns×4=500ns=0.5µs 平均指令周期=0.5µs×4=2µs 平均指令执行速度=1/2µs=0.5MIPS
结论：两个主频相同的机器，执 行速度不一定一样。
7. 某CPU的主频为10MHz，若已 知每个机器周期平均包含4个时钟周期， 该机的平均指令执行速度为1MIPS，
12. CPU结构同上题，写出完成 下列指令所需的全部微操作和控制信 号（包括取指令）。
（1）寄存器间接寻址的无条件转 移指令“JMP @ B”。
（2）间接寻址的存数指令“STA @ X”。
解：解题方法步骤同上题。 （1） “JMP @ B”指令的流程图 和全部微操作控制信号如下：
“JMP @ B”指令流程图及微命令序列：
=100ns 机器周期=100ns×4=400ns=0.4µs 平均指令周期=1/1MIPS
=1×10-6=1µs 每个指令周期所含机器周期个数 = 1µs/0.4µs=2.5个
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取指 图 9.4
(PC) + Ad(IR)→EAR EAR→Bus→MAR ACC→Bus→MDR MDR→M(MAR)
PCo，Ad(IR)o，+， EARi EARo， MARi ACCo， MDRi MDRo，MARo，R/W = W
“STA * D”指令周期的信息流程及相应的控制信号
4
计算机组成原理第 9 章习题
D” （X 为变址寄存器 XR，D 为形式地址）和“STA *D” （*表示相对寻址，D 为相对位移量）两条指 令的指令周期信息流程图，并列出相应的控制信号序列。
2
计算机组成原理第 9 章习题
ACC
MQ
X
IR
PC
XR
MAR
MDR
ALU 状态 LATCH
Ki
地 址 加法器
M + R/W
EAR
图 9.2 单总线计算机结构示意
计算机组成原理第 9 章习题
第9章
控制单元的功能
例 9.1 设 CPU 内部采用非总线结构，如图 9.1 所示。 （1）写出取指周期的全部微操作。 （2）写出取数指令“LDA M” ，存数指令“STA M” ，加法指令“ADD 址）在执行阶段所需的全部微操作。 （3）当上述指令均为间接寻址时，写出执行这些指令所需的全部微操作。 （4）写出无条件转移指令“JMP Y”和结果为零则转指令“BAZ 微操作。
时钟
控制信号 … CU IR PC IRi PCi PCO MARi MDRi CPU 内 部 总 线
地址线
MAR MDR
数据线
MDRO ACi ACO Yi ALUi
AC Y
控制信号 #
ALU Z ZO
图 9.5 CPU 内部总线的数据通路和控制信号
（1）写出完成“LDA X” ， “STA X” ， “ADD X” （X 均为主存地址）3 条指令所需的全部微 操作，并指出哪些控制信号有效。 （2）当上述 3 条指令均为间接寻址时，写出完成这些指令所需的全部微操作命令，并指出那些控 制信号有效。 解：由图 9.5 可见，一条 CPU 内部总线 Bus 上连接了指令寄存器 IR，程序计数器 PC，存储器地 址寄存器 MAR，存储器数据寄存器 MDR，累加器 AC，算术逻辑单元 ALU，以及 ALU 输入端寄存 器 Y 和 ALU 输出端寄存器 Z。总线是上述这些器件的共享资源，每次只能传递一个数据，分别受控 制信号控制（下标 i 表示输入控制，下标 o 表示输出控制） 。 （1）上述三条指令的取指操作均相同，即 PC→Bus→MAR 1→R 数据线→MDR MDR→Bus→IR (PC) +1→PC ；PCo 和 MARi 有效，现行指令地址→MAR ；CU 发读命令 ；现行指令从存储器→数据线→MDR ；MDRo 和 IRi 有效，现行指令→IR ；形成下条指令的地址
取指周期结束时，指令在 MDR 和 IR 中。由于图 9.5 中没有 IRo 控制信号，故进入执行周期 后，操作数的地址均由 Ad(MDR)提供。3 条指令执行周期的微操作分别如下。 ① “LDA X”指令 Ad(MDR)→Bus→MAR ；MDRo 和 MARi 有效，指令的地址码字段→MAR
5
计算机组成原理第 9 章习题
解：不能说机器的主频越快，机器的速度就越快。因为机器的速度不仅与主频有关，还与机器周 期中所含的时钟周期数以及指令周期中所含的机器周期数有关。同样主频的机器，由于机器周期所含 时钟周期数不同，机器的速度也不同。机器周期中所含时钟周期数少的机器，速度更快。 此外，机器的速度还和其他很多因素有关，如主存的速度、机器是否配有 Cache、总线的数据传输率、 硬盘的速度、以及机器是否采用流水技术等等。机器速度还可以用 MIPS（每秒执行百万条指令数） 和 CPI（执行一条指令所需的时钟周期数）来衡量。 例 9.8 某计算机 CPU 的主频为 4MHz，各类指令的平均执行时间和使用频度如表 9.1 所示。试
图 9.3 “ADD
XRo，Ad(IR)o，+， EARi EARo， MARi MARo， R/W = R，MDRi MDRo， Xi ACCo， Xo，Ki = +，LATCHi LATCHo，ACCi
X，D”指令周期的信息流程及相应的控制信号
3
计算机组成原理第 9 章习题 PC→Bus→MAR M(MAR)→MDR MDR→Bus→IR (PC) + 1→PC PCo，MARi MARo，R/W = R，MDRi MDRo，IRi +1
（2）① 取数指令“LDA M”执行阶段所需的全部微操作如下： Ad(IR)→MAR 1 →R M(MAR)→MDR MDR→ACC ；指令的地址码字段→MAR ；命令存储器读 ；操作数从存储器中读至 MDR ；操作数→ACC
② 存数指令“STA M”执行阶段所需的全部微操作如下： Ad(IR)→MAR ；指令的地址码字段→MAR
（2）对于间接寻址的取数、存数和加法指令，其取指周期的操作是不变的，进入间址周期 3 条 指令的间址操作均相同，具体的微操作是： Ad(MDR) →Bus→MAR 1→R 数据线→MDR ；MDRo 和 MARi 有效，形式地址→MAR ；CU 发读命令 ；有效地址从存储器→数据线→MDR
间址周期结束时有效地址在 MDR 中，进入执行周期后，3 条指令的第一个微操作均为 MDR→Bus→MAR 例 9.5 ；MDRo 和 MARi 有效，有效地址→MAR 其余的微操作不变。
1
计算机组成原理第 9DD Ad(IR)→MAR 1→R M(MAR)→MDR (ACC) + (MDR)→ACC
；命令存储器写 ；欲写入的数据→MDR ；数据写至存储器中 M”执行阶段所需的全部微操作如下： ；指令的地址码字段→MAR ；命令存储器读 ；操作数从存储器中读至 MDR ；两数相加结果送 ACC
1→R 数据线→MDR MDR→Bus→AC ② “STA X”指令
；CU 发读命令 ；操作数从存储器→数据线→MDR ；MDRo 和 ACi 有效，操作数→AC
Ad(MDR)→Bus→MAR 1→W AC→Bus→MDR MDR→数据线 ③ “ADD X”指令
；MDRo 和 MARi 有效，指令的地址码字段→MAR ；CU 发写命令 ；ACo 和 MDRi 有效，欲写入的数据→MDR ；数据经数据线写入存储器
STA * D
指令执行周期
例 9.3
设某机主频为 8MHz，每个机器周期平均含 2 个时钟周期，每条指令的指令周期平均有
2.5 个机器周期，试问该机的平均指令执行速度为多少 MIPS？若机器主频不变，但每个机器周期平均 含 4 个时钟周期，每条指令的指令周期平均有 5 个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少 MIPS？由此可得出什么结论？ 解：根据主频为 8MHz ，得时钟周期为 1/8 = 0.125μs，机器周期为 0.125×2 = 0.25μs，指令周期为 0.25×2.5 = 0.625μs。 （1）平均指令执行速度为 1/0.625 = 1.6MIPS。 （2）若机器主频不变，机器周期含 4 个时钟周期，每条指令平均含 5 个机器周期，则指令周期为 0.125×4×5 = 2.5μs ，故平均指令执行速度为 1/2.5 = 0.4MIPS。 （3）可见机器的速度并不完全取决于主频。 例 9.4 设 CPU 内部采用总线连接方式，如图 9.5 所示。
指令执行周期
（2） “STA * D”指令取指周期和执行周期的信息流程及相应的控制信号如图 9.4 所示，图中 Ad(IR)为相对位移量的机器代码。
取指
(XR) + Ad(IR)→EAR EAR→Bus→MAR M(MAR)→MDR MDR→Bus→X (ACC) + (X)→LATCH LATCH→Bus→ACC
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计算机组成原理第 9 章习题
解：指令周期是 CPU 取出并执行一条指令所需的全部时间，即完成一条指令的时间。机器周期是 所有指令执行过程中的一个基准时间，通常以存取周期作为机器周期。时钟周期是机器主频的倒数， 也可称为节拍，它是控制计算机操作的最小单位时间。 一个指令周期包含若干个机器周期，一个机器周期又包含若干个时钟周期，每个指令周期内的机 器周期数可以不等，每个机器周期内的时钟周期数也可以不等。 例 9.7 能不能说机器的主频越快，机器的速度就越快，为什么？
② 结果为零则转指令“BAZ Z·Ad(IR)→PC
；当 Z = 1 时，转移（目标）地址 Y→PC （Z 为标记触发器，结果为 0 时 Z = 1）
例 9.2
已知单总线计算机结构如图 9.2 所示，其中 M 为主存，XR 为变址寄存器，EAR 为有效
地址寄存器，LATCH 为暂存器。图中各寄存器的输入和输出均受控制信号控制，如 PCi 表示 PC 的输 入控制信号，又如 MDRo 表示 MDR 的输出控制信号。假设指令地址已存于 PC 中，画出“ADD X，
（3）ADD R1，@mem
写出这三种寻址方式完成加法指令所需的全部微操作。 解： （1）ADD R1，R2 寄存器寻址
PC→Bus→MAR
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计算机组成原理第 9 章习题
1→R M(MAR)→数据线→MDR→Bus→IR (PC ) +1→PC R2→Y (R1) + (Y) →Z Z→Bus→R1 （2）ADD R1，@R2 寄存器间址
解： （1） “ADD X，D”指令取指周期和执行周期的信息流程及相应的控制信号，如图 9.3 所示，
图中 Ad(IR)为形式地址。
PC→Bus→MAR M(MAR)→MDR MDR→Bus→IR (PC) + 1→PC
PCo，MARi MARo，R/W = R，MDRi MDRo，IRi +1
ADD X，D
（3）当上述指令为间接寻址时，需增加间址周期的微操作。这 3 条指令在间址周期的微操作是相 同的，即 Ad(IR)→MAR 1→R M(MAR)→MDR ；指令的地址码字段→MAR ；命令存储器读 ；有效地址从存储器中读至 MDR