计算机组成与设计答案

期末试卷（四、五、六章）一、选择题（每小题1分）1 单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用（C ）。

A 堆栈寻址方式B 立即寻址方式C 隐含寻址方式D 间接寻址方式2 RISC访内指令中，操作数的物理位置一般安排在（ D ）。

A 栈顶和次栈顶B 两个主存单元C 一个主存单元和一个通用寄存器D 两个通用寄存器3寄存器间接寻址方式中，操作数在（B ）。

A 通用寄存器B 主存单元C 程序计数器 D 堆栈4 机器指令与微指令之间的关系是（A ）。

A 用若干条微指令实现一条机器指令B 用若干条机器指令实现一条微指令C 用一条微指令实现一条机器指令D 用一条机器指令实现一条微指令5描述多媒体CPU基本概念中，不正确的是（ D ）。

A 多媒体CPU是带有MMX技术的处理器B MMX是一种多媒体扩展结构C MMX指令集是一种多指令流多数据流的并行处理指令D 多媒体CPU是以超标量结构为基础的CISC机器6 流水线中造成控制相关的原因是执行（ A ）指令而引起。

A 条件转移B 访内C 算逻D 无条件转移7 PCI总线是一个高带宽且与处理器无关的标准总线。

下面描述中不正确的是（B ）。

A 采用同步定时协议B 采用分布式仲裁策略C 具有自动配置能力D 适合于低成本的小系统8 同步控制是（ C ）。

A 只适用于CPU控制的方式B 只适用于外围设备控制的方式C 由统一时序信号控制的方式D 所有指令执行时间都相同的方式9 描述PCI总线中基本概念不正确的句子是（CD ）。

A PCI总线是一个与处理器无关的高速外围设备B PCI总线的基本传输机制是猝发式传送C PCI设备一定是主设备D 系统中只允许有一条PCI总线10当前的CPU由（ B ）组成。

A 控制器B 控制器、运算器、cacheC 运算器、主存D 控制器、ALU、主存11流水CPU是由一系列叫做“段”的处理部件组成。

和具备m个并行部件的CPU相比，一个m段流水CPU的吞吐能力是（ D ）。

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)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。

1.4 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？➢冯诺依曼计算机的主要设计思想是：存储程序并按地址顺序执行。

➢冯诺依曼计算机主要包括：存储器、运算器、控制器、输入和输出五部分组成。

1.5 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？➢存储容量✓存储器所能保存二进制数据的总数，常用单位为KB、MB等。

➢单元地址✓用于识别存储器中每个存储单元的编号，即单元地址。

➢数据字✓表示计算机所要处理数据的计算机字，称为数据字。

➢指令字✓表示一条指令的计算机字，称为指令字。

1.6 什么是指令？什么是程序？➢指令：由操作码和操作数两部分构成，能够表示计算机中的一个基本操作的代码或二进制串。

➢程序：用于求解某一问题的一串指令序列，称为该问题的计算程序，简称为程序。

1.7 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？➢计算机对指令和数据的区分是依靠指令的执行阶段来决定的；➢在取指阶段，从存储器中读取的均是CPU要执行的指令；➢在执行阶段，从存储器中读取的一定是指令执行所需要的操作数；1.8 什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。

➢内存：用于存放系统当前运行所需要的程序和数据的半导体存储器，称为内存储器，简称内存；➢外存：用于存放程序和数据，但不能被CPU直接访问的大容量存储器，称为外存储器，简称为外存；外存一般包括磁盘存储器和光盘存储器。

➢CPU：运算器和控制器合称为中央处理器，简称CPU。

➢适配器：主机和不同速度的外设之间的一种部件，用于主机和外设之间的信息转换。

2.2 设[X]补＝a7.a6 a5··· a0 ，其中ai 取0或1，若要X>-0.5，求a0 a1 a2 ··· a6 的取值。

①若a7 ＝0，则X为正数，显然a6··· a0取任何值，X均大于-0.5。

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。

第3章习题解答1 1．．指令长度和机器字长有什么关系指令长度和机器字长有什么关系??半字长指令、单字长指令、双字长指令分别表示什么意思么意思? ?解：解：指令长度与机器字长没有固定的关系，指令长度与机器字长没有固定的关系，指令长度可以等于机器字长，指令长度可以等于机器字长，指令长度可以等于机器字长，也可以大于或也可以大于或小于机器字长。

通常，把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；指令长度等于半个指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。

机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。

2 2．．零地址指令的操作数来自哪里零地址指令的操作数来自哪里??一地址指令中，另一个操作数的地址通常可采用什么寻址方式获得寻址方式获得??各举一例说明。

各举一例说明。

解：解：双操作数的零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和次栈顶。

双操作数的一地址指令的另一个操作数通常可采用隐含寻址方式获得，即将另一操作数预先存放在累加器中。

例如，前述零地址和一地址的加法指令。

前述零地址和一地址的加法指令。

3 3．某机为定长指令字结构，．某机为定长指令字结构，．某机为定长指令字结构，指令长度指令长度16位；每个操作数的地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。

操作数、单操作数和双操作数三类。

若双操作数指令已有若双操作数指令已有K 种，无操作数指令已有L 种，问单操作数指令最多可能有多少种单操作数指令最多可能有多少种??上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少? ? 解：解：解：X= (2X= (24一K)×26一[L/26]双操作数指令的最大指令数：双操作数指令的最大指令数：双操作数指令的最大指令数：224一1。

单操作数指令的最大指令数：15×2单操作数指令的最大指令数：15×26一l(l(假设双操作数指令仅假设双操作数指令仅1条，为无操作数指令留出1个扩展窗口个扩展窗口))。

白中英第五版计算机组成原理课后习题参考答案第一章计算机系统概述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答：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，其中存储程序是指将程序和数据事先存放到存储器中，而程序控制是指控制器依据存储的程序来控制全机协调地完成计算任务。

总体来讲，存储程序并按地址顺序执行，这就是冯•诺依曼型计算机的主要设计思想。

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答：见教材P8和P10。

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答：见教材P10。

第二章运算方法和运算器】1、写出下列各整数的原码、反码、补码表示（用8位二进制数）。

3、有一个字长为32位的浮点数，符号位1位，阶码8位，用移码表示，尾数23位，用补码表示，基数为2，请写出：（1）最大数的二进制表示阶码用移码表示，题中并未说明具体偏移量，故此处按照移码的定义，即采用偏移量为27=128，则此时阶码E的表示范围为0000 0000~1111 1111，即0~255，则在上述条件下，浮点数为最大数的条件如下：所以最大数的二进制表示为：0 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 111对应十进制真值为：+（1-2-23）×2127（2）最小数的二进制表示浮点数为最小数的条件如下：所以最小数的二进制表示为：1 1111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 000对应十进制真值为：-1×2127（3）规格化数所表示数的范围规格化要求尾数若为补码表示，则符号位和最高有效位符号必须不同。

（A）浮点数为最大正数的条件如下：所以最大正数的二进制表示为：0 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 111 对应十进制真值为：+（1-2-23）×2127（B）浮点数为最小正数的条件如下：所以最小正数的二进制表示为：0 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 000对应十进制真值为：+2-1×2-128=+2-129（C）浮点数为最大负数的条件如下：所以最大负数的二进制表示为：0 0000 0000 0111 1111 1111 1111 1111 111对应十进制真值为：-（2-1+2-23）×2-128（D）浮点数为最小负数的条件如下：所以最小负数的二进制表示为：0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 000对应十进制真值为：-1×2127所以，规格化数所表示数的范围如下：正数+2-129~+（1-2-23）×2127负数-2127 ~-（2-1+2-23）×2-1284、将下列十进制数表示成IEEE754标准的32位浮点规格化数。

第1章计算机系统概论什么是计算机系统、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，它由看得见摸得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。

软件是看不见摸不着的，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、资料、数据集合。

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。

如何理解计算机系统的层次结构解：（1）第一级：实际机器M1 (机器语言机器)，机器语言程序直接在M1上执行；（2）第二级：虚拟机器M2（汇编语言机器），将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，再在M1-上执行；（3）第三级：虚拟机器M3(高级语言机器)，将高级语言程序先翻译成汇编语言程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执行；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执行微指令。

（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。

（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。

说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及联系。

解：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。

用机器语言编写程序时要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极易出错。

汇编语言是符号式的程序设计语言，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。

用汇编语言编写的汇编语言程序必须先被翻译成机器语言程序，才能被机器接受并自动运行。

汇编语言的每一条语句都与机器语言的某一条语句（0、1代码）一一对应。

高级语言是面向用户的语言，与具体的计算机指令系统无关、对问题的描述更接近于人们习惯，且易于掌握和书写。

它具有较强的通用性，程序员完全不必了解、掌握实际机器M1的机型、内部的具体组成及其指令系统，只要掌握这类高级语言的语法和语义，便可直接用这种高级语言来编程，给程序员带来了极大的方便。

第三章课后习题参考答案1．有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少个字节的信息？（2）如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？（3）需要多少位地址作芯片选择？解：（1）∵ 220= 1M，∴该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1024K/512K）×（32/8）= 8（片）（3）需要1位地址作为芯片选择。

3．用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。

(2) 设DRAM芯片存储体结构为128行，每行为128×8个存储元。

如单元刷新间隔不超过2ms，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？解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片）每4片组成16K×32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2：4译码器产生片选信号，逻辑框图如下所示：（2）根据已知条件，CPU在1us内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us，如果采用集中刷新，有64us的死时间，肯定不行；所以采用分散式刷新方式：设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则分散式刷新的间隔时间为：t=2ms/128=15.6(s) 取存储周期的整数倍15.5s(0.5的整数倍)则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下可见，两次刷新的最大时间间隔为tMAXt MAX＝15.5×2－0.5＝30.5 (μS)对全部存储单元刷新一遍所需时间为tRt R＝0.5×128=64 (μS)4．有一个1024K×32位的存储器，由128K×8位DRAM芯片构成。

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 AR3算术逻辑运算结果通常放在 DR 和 通用寄存器 ;2．参见图的数据通路;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：3．参见图的数据通路,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：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：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：80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条公用微指令,所以总微指令条数为80 4-1+1=241条微指令,每条微指令32位,所以控存容量为：24132位7．某ALU 器件是用模式控制码M S 3 S 2 S 1 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,φ为0或l 任选;2,S l ,C 的逻辑表达式;由表可列如下逻辑方程 M=GS 3=H+D+FS 2=A+B+D+H+E+F+G S 1=A+B+F+G C=H+D+Ey+Fy8．某机有8条微指令I1—I8,每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示;a—j分别对应10种不同性质的微命令信号;假设一条微指令的控制字段仅限为8位,请安10位控制字段,现控制字段仅限于8位,那么,为了压缩控制字段的长度,必须设法把一个微指令周期中的互斥性微命令组合在一个小组中,进行分组译码;经分析,e,f,h和b,i,j、或d,i,j和e,f,h、或g,b,j和i,f,h均是不可能同时出现的互斥信号,所以可将其通过2:4译码后输出三个微命令信号00表示该组所有的微命令均无效,而其余四个微命令信号用直接表示方式;因此可用下面的格式安排控制字段;e f h b i je f h d i jf h i bg j9μA8 = P1·IR6·T4μA7 = P1·IR5·T4μA6 = P2·C·T4其中μA8—μA6为微地址寄存器相应位,P1和P2为判别标志,C为进位标志,IR5和IR6为指令寄存器的相应位,T4为时钟周期信号;说明上述逻辑表达式的含义,画出微地址转移逻辑图;解：μA5=P3·IR5·T4μA4=P3·IR4·T4μA3=P1·IR3·T4μA2=P1·IR2·T4μA1=P1·IR1·T4μA0=P1·IR·T4+P2·C·T4用触发器强置端低有效修改,前5个表达式用“与非”门实现,最后1个用“与或非”门实现μA2、μA1、μA触发器的微地址转移逻辑图如下：其他略10．某计算机有如下部件,ALU,移位器,主存M,主存数据寄存器MDR,主存地址寄存器MAR,指令寄存器IR,通用寄存器R0R3,暂存器C和D;1请将各逻辑部件组成一个数据通路,并标明数据流动方向;2画出“ADD R1,R2”指令的指令周期流程图;解：1 设该系统为单总线结构,暂存器C和D用于ALU的输入端数据暂存,移位器作为ALU输出端的缓冲器,可对ALU的运算结果进行附加操作,则数据通路可设计如下：2 根据上面的数据通路,可画出“ADD R1,R2”设R1为目的寄存器的指令周期流程图如下：11．已知某机采用微程序控制方式,控存容量为51248位;微程序可在整个控存中实现转移,控制微程序转移的条件共4个,微指令采用水平型格式,后继微指令地址采用断定方式;请问；1微指令的三个字段分别应为多少位2画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图;解：1 因为容量为51248位,所以下址字段需用9位,控制微程序转移的条件有4个,所以判别测试字段需4位或3位译码,因此操作控制字段的位数48-9-4=35位或48-9-3=36位2微程序控制器逻辑框图参见教材图12．今有4级流水线,分别完成取指、指令译码并取数、运算、送结果四步操作;今假设完成各步 操作的时间依次为100ns,100ns,80ns,50ns;请问； 1流水线的操作周期应设计为多少2若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么第2条指令要推迟多少时间进行3如果在硬件设计上加以改进,至少需推迟多少时间 答：1 流水操作周期为max100,100,80,50=100ns2若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么在第1条指令“送结果”步骤完成后,第2条指令的“取数”步骤才能开始,也就是说,第2条指令要推迟两个操作周期,即200ns 才能进行;3 如果在硬件设计上加以改进,采用定向传送的技术,则只要第1条指令完成“运算”的步骤,第2条指令就可以“取数”了,因此至少需推迟100ns;13．指令流水线有取指IF 、译码ID 、执行EX 、访存MEM 、写回寄存器堆WB 五个过程段,共有20条指令连续输入此流水线;1画出流水处理的时空图,假设时钟周期为100ns;2求流水线的实际吞吐率单位时间里执行完毕的指令数; 3求流水线的加速比; 解：1 流水处理的空图如下,其中每个流水操作周期为100ns ：空间S I 1 I 2 I 15 I 16 I 17 I 18 I 19 I 20WB MEM EXIDIF123456192021222324时间T2 流水线的实际吞吐量：执行20条指令共用5+119=24个流水周期,共2400ns,所以实际吞吐率为：3 流水线的加速比为：设流水线操作周期为τ,则n指令串行经过k个过程段的时间为nkτ；而n条指令经过可并行的k段流水线时所需的时间为k+n-1τ；故20条指令经过5个过程段的加速比为：14．用时空图法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率;解：设流水计算机的指令流水线分为4个过程段：IF、ID、EX、WB,则流水计算机的时空图如下：空间S I1I2I3I4I5WBEXIDIF12345678时间T 非流水计算机的时空图：空间S I1I2WB EX ID IF1 2 3 4 5 6 7 8 时间T由图中可以看出,同样的8个操作周期内,流水计算机执行完了5条指令,而非流水计算机只执行完了2条指令；由此,可看出流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率; 15．用定量描述法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率; 证明：设流水计算机具有k 级流水线,每个操作周期的时间为,执行n 条指令的时间为：()τ⨯-+=1n k T ；吞吐率为：()τ⨯-+=11n k nH而非流水计算机,执行n 条指令的时间为：τ⨯⨯=k n T ；吞吐率为：τ⨯⨯=k n nH 2当n=1时,21H H =；当n>1时,21H H >,即：流水计算机具有更高的吞吐率;16．判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关 1 I 1 LAD R1,A ； MA →R1,MA 是存储器单元 I 2 ADD R2,Rl ； R2+R1→R2 2 I 1 ADD R3,R4 ； R3+R4→R3 I 2 MUL R4,R5 ； R4R5→R43 I 1 LAD R6,B ； MB →R6,MB 是存储器单元I 2 MUL R6,R7 ； R6 R7→R6 解：1 I 1的运算结果应该先写入R 1,然后再在I 2中读取R 1的内容作为操作数,所以是发生RAW “写后读”相关2 WAR3 RAW 和WAW 两种相关17．参考图所示的超标量流水线结构模型,现有如下6条指令序列： I 1 LAD R1,B ； MB →R1,MB 是存储器单元 I 2 SUB R2,Rl ； R2-R1→R2 I 3 MUL R3,R4 ； R3R4→R3 I 4 ADD R4,R5 ； R4+R5→R4I 5 LAD R6,A ； MA →R6,MA 是存储器单元 I 6 ADD R6,R7 ； R6+R7→R6请画出：1按序发射按序完成各段推进情况图; 2按序发射按序完成的流水线时空图; 解：(1) 按序发射按序完成各段推进情况图如下仍设F 、D 段要求成对输入；F 、D 、W 段只需1个周期；加需要2个周期；乘需要3个周期；存/取数需要1个周期；执行部件内部有定向传送,结果生成即可使用：取指段译码段执行段取/存加法器乘法器写回段1234567891011时钟I1I2超标量流水线的时空图。

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。

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。

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。

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 4OP A1 A2 A3指令操作码分配方案如下：4位OP0000，……，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。

第一章：概述一、选择题1．完好的计算机系统应包括__ ___。

A. 运算器、存储器、控制器B. 外部设备和主机C. 主机和实用程序D. 配套的硬件设备和软件系统2．至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是_ __。

A. 节约元件B. 运算速度快C. 物理器件的性能决定D. 信息处理方便3．从系统构造看，至今绝大多数计算机仍属于__ __型计算机。

A. 并行B. 冯.诺依曼C. 智能D. 实时处理4．计算机外围设备是指__ ___。

A. 输入/输出设备B. 外存储器C. 远程通讯设备D. 除CPU和内存以外的其他设备5．在微型机系统中，外围设备通过___ ___与主板的系统总线相连接。

A. 适配器B. 译码器C. 计数器D. 存放器6．冯·诺依曼机工作的根本方式的特点是__ ____。

A. 多指令流单数据流B. 按地址访问并顺序执行指令C. 堆栈操作D. 存贮器按内容选择地址7．微型计算机的开展一般是以_____技术为标志。

A. 操作系统B. 微处理器C. 磁盘D. 软件8．以下选项中，___ ___不属于硬件。

A. CPUB. ASCIIC. 内存D. 电源9．对计算机的软、硬件进展管理是__ ____的功能。

A. 操作系统B. 数据库管理系统C. 语言处理程序D. 用户程序10．下面的四个表达中，只有一个是正确的，它是____。

A．系统软件就是买的软件，应用软件就是自己编写的软件B．外存上的信息可以直接进入CPU被处理C．用机器语言编写的程序可以由计算机直接执行，用高级语言编写的程序必须经过编译〔解释〕才能执行D．假如说一台计算机配置了FORTRAN语言，就是说它一开机就可以用FORTRAN 语言编写和执行程序答案：1.D 2C. 3.B. 4.D. 5.A. 6B 7.B 8. B 9. A 10. C二、判断题1．在微型计算机广阔的应用领域中，会计电算化应属于科学计算应用方面。

第三章3.1十进制数化成地进制数和八进制数（无法精确表示时，二进制数取3位小数，八进制取1位小数）。

7＋3/4,±3/64,73.5,725.9375,25.34解：（1）、（7+3/4）：（7）10=（111）2（3/4）10=（0.00）2∴（7+3/4）10=（111.11）=（7.6）8（2）、（±3/64）10=（±0.）2=（±0.03）8（3）、（73）10=64+8+1=（），（0.5）10=（0.1）2∴（73.5）10=（.1）2=（111.4）8（4）、（725）10=512+128+64+16+4+1=（）2=（1325）8（0.9375）10=（0.1111）2=（0.74）8∴（725.9375）10=（.1111）2=（1325.74）8（5）、（25）10=（11001）2=（31）8（0.34）10=（0.011）2=（0.3）8∴（25.34）10=（11001.011）2=（31.3）83.2 把下列各数化成十进制数：（101.10011）2,(22.2)8,(AD.4)16,解：（1）（101.10011）2＝２2＋２0＋２－１＋２-4＋２-5=(5.59375)10=(5+19/32)10（2）(123.123)4=42+2*41+3+4-1+2*4-2+3*4-3=(27.)10 =(27+27/64)10=(1+1/4)*(4+2*4+3)=27*(1/64+1)(3) (22.2)8=2*81+2+2*8-1=(10.25)10=(10+1/4)10(4)(AD.4) 16=10*16+13+4*16-1=(173.25)10=(173+1/4)10(5) (300.3)8=3*82+3*8-1=(192.375)10=(192+3/8)103.3 完成下列二进制运算：101.111+11.011,1001.10-110.01,101.11*11.01,÷11013.4写出下列各地进制数的原码、补码和反码：0.1010,0,-0,-0.1010,0.1111,-0.0100答：x [x]原[x]补[x]反0.1010 0.1010 0.1010 0.10100 0.0000 0.0000 0.0000-0 1.0000 0.0000 1.1111-0.1010 1.1010 1.0110 1.01010.1111 0.1111 0.1111 0.1111-0.0100 1.0100 1.1100 1.10113.5 已知[X]原为下述各值，求[X]补:0.10100,1.10111,1.10110答：[x]原0.10100 1.10111 1.10110[x]补0.10100 1.01001 1.010103.6 已知[X]补为下述各值，求X（真值）：0.1110,1.1100,0.0001,1.1111,1.0001答：[x]补0.1110 1.1100 0.0001 1.1111 1.0001x 0.1110 -0.0100 0.0001 -0.0001 -0.11113.7已知X＝0.1011,Y= -0.0101,试求：[X]补，[-X]补,[Y]补，[-Y]补,[X/2]补,[X/4]补,[2X]补,[Y/2]补,[Y/4]补,[2Y]补,[-2Y]补答：[x]补=0.1011; [-x]补=1.0101; [y]补=1.1011; [-y]补=0.0101;[x/2]补=0.0101(1); [x/4]补=0.0010(11); [2x]补=1.0110(溢出)；[y/2]补=1.1101(1); [y/4]补=1.1110(11); [2y]补=1.0110; [-2y]补=0.10103.8 设十进制数X＝（＋128.75）＊2－10（1）若（Y）2＝（X）10，用定点数表示Y值。

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：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。

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）。

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。

解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。

CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。

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；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。

存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。

存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。

存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。

存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。

存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。

机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。

指令字长：一条指令的二进制代码位数。

第1章习题答案5 .若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行，假定M1和M2的价格分别是5000元和8000请回答下列问题：（1）对于P1,哪台机器的速度快？快多少？对于P2呢？（2）在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MlPS ?在M2上的执行速度又各是多少？从执行速度来看，对于P2，哪台机器的速度快？快多少？（3）假定M1和M2的时钟频率各是800MHZ和1.2GHZ，则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少？（4）如果某个用户需要大量使用程序P1 ,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率，那么, 该用户需要大批购进机器时，应该选择M1还是M2 ?为什么？（提示：从性价比上考虑）（5）如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2 ?为什么？参考答案：（1）对于P1，M2比M1快一倍；对于P2，M1比M2快一倍。

（2）对于M1，P1 的速度为：200M∕10=20MIPS ；P2 为300k∕0.003=100MIPS。

对于M2，P1 的速度为：150M∕5=30MIPS ；P2 为420k∕0.006=70MIPS。

从执行速度来看，对于P2,因为100/70=1.43倍，所以M1比M2快0.43倍。

（3）在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10疋00M∕（200×106）=40。

在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5X1.2G/（150 ×06）=40°（4）考虑运行P1时M1和M2的性价比，因为该用户主要关心系统的响应时间，所以性价比中的性能应考虑执行时间，其性能为执行时间的倒数。

故性价比R为：R=1∕（执行时间×介格）R越大说明性价比越高，也即，执行时间×介格”的值越小，则性价比越高。

因为10×5000 > 5 ×000,所以，M2的性价比高。

单选题1、一个完整的计算机系统是由____两大部分组成的。

A、内部设备和外部设备B、硬件系统和软件系统C、存储器和中央处理器D、主机和显示器(题目编号:4449) 答案:B2、我们所说的软件系统是指_____。

A、程序和指令B、操作系统和文档C、程序和文档D、命令和文档(题目编号:4450) 答案:C3、计算机软件与硬件的关系是____。

A、相互对立B、相互独立C、相互依存，不可分割的有机整体D、以上均不正确(题目编号:4451) 答案:C4、现代计算机的“存储程序，逐条执行”的设计思想是由____提出来的。

A、比尔.盖茨B、巴贝奇C、冯.诺依曼D、图灵(题目编号:4452) 答案:C5、计算机与其他信息处理机（如计算机、电视机、电话机等）的根本区别是__。

A、计算机处理的是二进制的数字化信息B、设计先进，元器件质量高C、采用程序控制方式D、采用二进制形式表示数据(题目编号:4453) 答案:C6、冯.诺依曼式的计算机硬件系统主要是由__构成的。

A、CPU、存储器、输入和输出设备 B CPU、运算器、控制器C、主机、显示器、鼠标和键盘D、CPU、控制器、输入和输出设备(题目编号:4454) 答案:A7、我们把计算机的__称为中央处理器，简称CPU。

A、运算器和存储器B、控制器和主机C、存储器和主机 D控制器和运算器(题目编号:4455) 答案:D8、我们把计算机的___称为主机。

A、运算器和内部存储器B、CPU和控制器C、运算器和外部存储器D、CPU和内部存储器(题目编号:4456) 答案:D9、计算机的存储器通常分为由___。

A、软盘和硬盘B、内存和外存C、光盘和硬盘D、ROM和RAM(题目编号:4457) 答案:B10、下列关于存储器的说法，不正确的是__。

A、存储器中的内容可以无数次地读取B、从存储器的某个单元取出其内容后，该单元的内容仍保留不变C、从存储器的某个单元取出其内容后，该单元的内容将消失D、存储器的某个单元存入新信息后，原来保存的内容会自动丢失(题目编号:4458) 答案:C11、计算机当前正在执行的程序和相关数据存放在__中。

第四章思考题与习题1．解释下列概念主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory答：主存：与CPU 直接交换信息，用来存放数据和程序的存储器。

辅存：主存的后援存储器，不与CPU 直接交换信息。

CACHE：为了解决CPU 和主存的速度匹配，设在主存与CPU之间，起缓冲作用，用于提高访存速度的一种存储器。

RAM：随机存储器：是随机存取的，在程序执行过程中既可读出也可写入，存取时间与存储单元所在位置无关。

SRAM：静态RAM，以触发器原理存储信息。

DRAM：动态RAM，以电容充放电原理存储信息。

ROM：只读存储器，在程序执行过程中只能读出，而不能对其写入。

PROM：一次性编程的只读存储器。

EPROM：可擦除的可编程只读存储器，用紫外线照射进行擦写。

EEPROM：用电可擦除的可编程只读存储器。

CDROM：只读型光盘Flash Memory：快擦型存储器，是性能价格比好，可靠性高的可擦写非易失型存储器2．计算机中哪些部件可用于存储信息，请按其速度、容量和价格/位排序说明。

答：寄存器、缓存、主存、磁盘、磁带等。

速度按顺序越来越慢，容量越来越高和价格/位越来越低3．存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次，计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。

Cache—主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，接近于Cache的速度，而容量和位价却接近于主存。

主存—辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存4．说明存取周期和存取时间的区别。

答：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次存取操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。

即：存取周期= 存取时间+ 恢复时间5．什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32 位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。