计算机组成原理第六章答案56843

欢迎共阅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，???4.23位，最小正数为?????，???5.???(1)将???(2)???6.尾数值占??????(1)???(2)???(3)???7.???8.???9.=+0.00 (01)???10.123456???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???15.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。

习题1．给出以下概念的解释说明。

指令周期（Instruction Cycle）机器周期（Machine Cycle）同步系统（Synchronous system）时序信号（Timing signal）控制单元（Control Unit, CU）执行部件（Execute Unit，EU）组合逻辑元件（Combinational logic element）或操作元件（Operate element）时序逻辑元件（Sequential logic circuit）或状态元件（State element）多路选择器（Multiplexor）扩展器（Extension unit）“零”扩展（0- extend）“符号”扩展（Sign extend）算术逻辑部件ALU（Arithmetic Logic Unit）加法器（Adder）CPU总线（CPU Bus）寄存器堆（Register file）定时方式（Clocking methodology）边沿触发（Edge-triggered）寄存器写信号（Register Write）指令存储器（Instruction Memory）数据存储器（Data Memory）程序计数器（Program Counter）指令寄存器（Instruction Register）指令译码器（Instruction Decoder）时钟周期（Clock Cycle）主频（CPU Clock Rate / Frequency 转移目标地址（Branch target address）控制信号（Control signal）微程序控制器（Microprogrammed control）硬布线控制器（Hardwared control）控制存储器（Control Storage，控存CS）微代码（Microcode）微指令（Microinstruction）微程序（Microprogram）固件（Firmware）中断过程（Interrupt Processing）异常（Exception）故障（fault）自陷(Trap) 终止（Abort）中断（Interrupt）中断服务程序（Interrupt Handler）中断允许位（Interrupt Enable Bit）关中断（Interrupt OFF）开中断（Interrupt ON）中断响应（Interrupt Response）向量中断（Vector Interrupt）中断向量（Interrupt vector）中断向量表（Interrupt vector table）向量地址（vector Address）中断类型号（Interrupt number）2. 简单回答下列问题。

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——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。

第六章单元测验（一）1、通常情况下，不包含在中央处理器(CPU)芯片中的部件是（）（单选）A、ALUB、控制器C、寄存器D、DRAM2、一定不属于冯•诺依曼机体系结构必要组成部分的是（）（单选）A、ROMB、CPUC、CacheD、RAM3、冯•诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU依据（）来区分它们(单选)A、指令和数据的表示形式不同B、指令和数据的寻址方式不同C、指令和数据的访问时间不同D、指令和数据的地址形式不同4、指令寄存器的位数取决于______。

（单选）A、存储器的容量B、指令字长C、机器字长D、存储字长5、下列寄存器中，对汇编语言程序员不透明的是（）（单选）A、存储器地址寄存器(MAR)B、程序计数器(PC)C、存储器数据寄存器(MDR)D、条件状态寄存器6、PC存放的是下一条指令的地址，故PC的位数与（）的位数相同A、指令寄存器IRB、指令译码器IDC、主存地址寄存器MARD、程序状态字寄存器PSWR7、某计算机字长32位，在执行指令的顺序寻址时，PC的增量值为（）（单选）A、1B、2C、4D、88、某计算机指令集中包含有RR型运算指令、访存指令Load、Store、分支指令Branch和跳转指令Jump。

若采用单周期数据通路实现该指令系统，若指令存储器和数据存储器的时延都是3ns;ALU时延为2ns;寄存器文件读写时延都是1ns。

在不考虑多路复用器、控制单元、PC、符号扩展单元和传输线路等延迟的情况下，该计算机时钟周期至少为（）。

（单选）A、6nsB、8nsC、9nsD、10ns9、在控制器的控制方式中，机器周期内的时钟周期个数可以不相同，这种控制方式属于______。

（单选）A、同步控制B、异步控制C、联合控制D、分散控制10、下列不属于控制器功能的是（）（单选）A、指令的顺序控制B、操作控制C、算术与逻辑运算D、异常控制11、不会影响指令执行流程的是( ) （单选）A、操作数的寻址方式B、CPU内总线结构C、指令的功能D、ALU的进位方式12、以下给出的事件中，无须异常处理程序进行处理的是（）。

计算机组成原理第6章习题参考答案第6章中央处理器6-6．某机CPU芯⽚的主振频率为8MHz，其时钟周期是多少uS？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0.8MIPS，试问：（1）平均指令周期是多少？（2）平均每个指令周期含有多少个机器周期？（3）若改⽤时钟周期为0.4uS的CPU芯⽚，则计算机的平均指令执⾏速度⼜是多少MIPS？（4）若要得到40万次/S的指令执⾏速度，则应采⽤主振频率为多少MHz的CPU芯⽚？[解] 时钟周期 = 1÷8MHz = 0.125uS（1）平均指令周期 = 1÷0.8MIPS = 1.25uS（2）机器周期 = 0.125u S×4 = 0.5uS平均每个指令周期的机器周期数 = 1.25u S÷0.5u S = 2.5（3）平均指令执⾏速度 = 1÷（0.4×4×2.5）= 0.25 MIPS（4）主振频率 = 8MH z/(0.8MIPS/0.4MIPS) = 4MHz6-7．以⼀条典型的单地址指令为例，简要说明下列部件在计算机的取指周期和执⾏周期中的作⽤。

（1）程序计数器PC（2）指令寄存器IR（3）算术逻辑运算部件ALU（4）存储器数据寄存器MDR（5）存储器地址寄存器MAR[解]（1）程序计数器PC：存放指令地址（2）指令寄存器IR：存放当前指令（3）算术逻辑运算部件ALU：进⾏算逻运算（4）存储器数据寄存器MDR：存放写⼊到内存或从内存读出的数据或指令（5）存储器地址寄存器MAR：存放写⼊到内存或从内存读出的数据或指令的地址以单地址指令“加1（INC A）”为例，该指令分为3个周期：取指周期、分析取数周期、执⾏周期。

3个周期完成的操作如表所⽰。

取指周期分析取数周期执⾏周期PC （PC）→ MAR ——IR 指令→MDR→IR ——ALU (PC)+1 —（A）+1MAR 指令地址→MAR A→MAR —MDR 指令→MDR （A）→MDR （A）+1→MDR6-9．指令和数据都存放在主存，如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据？[解] 指令和数据都存放在主存，它们都以⼆进制代码形式出现，区分⽅法为：（1）取指令或数据时所处的机器周期不同：取指令周期取出的是指令；分析取数或执⾏周期取出的是数据。

第六章中央处理器6.1 CPU组成与功能随堂测验1、控制ＣＰＵ内数据通路传送的部件是（）（单选）A、程序控制器B、时序产生器C、指令译码器D、操作控制器2、下列可能是CPU组成部件的是( ）（多选）A、程序计数器ＰＣB、指令寄存器ＩＲC、累加器ＡＣD、算术逻辑运算单元ＡＬＵ3、下列属于ＣＰＵ功能的是（）（多选）A、算术逻辑运算功能B、存储控制功能C、操作控制功能D、异常控制功能4、下列关于程序计数器的下列描述中，正确的是（）（多选）A、指令执行过程中会保存当前正在执行的指令地址B、指令执行过程中会保存下一条指令的地址C、其值不一定按ＰＣ＋“１”的方式改变D、ＣＰＵ中可以没有ＰＣ6.2 数据通路随堂测验1、下列关于数据通路的叙述中，正确的是（）（多选）A、数据通路是指令周期内信息传输的路径B、不同指令执行使用的数据通路可以不同C、同一指令在执行的不同阶段使用的数据路径不同D、不同数据路径不能使用相同的功能部件2、下图是数据通路中反映时间关系的原理图。

下列关于该图中几个时间关系描述的描述中，正确的是（）（多选）A、建立时间setup 指触发器时钟到来之前数据应该保持稳定不变时间，否则数据不能在该时钟有效时被打入触发器B、保持时间hold 指触发器时钟到来之后数据应该保持稳定不变时间，否则数据不能在该时钟有效时被打入触发器C、CLk-to-Q是指时钟有效之后新输入的值稳定出现在输出端所经历的时延D、由此可知该电路的时钟最后最小值为setup + hold + Clk-to-Q3、下列关于数据通路结构及其影响的描述中，正确的是（）（多选）A、常用的数据通路有专用通路和共享通路两种B、相同指令在不同数据通路结构下数据路径不同C、完成相同指令在不同数据通路结构下需要的控制信号不同D、相同指令在不同数据通路结构下执行的效率不同6.4 数据通路实例随堂测验1、下图为单总线结构数据通路实例关于该数据通路的下列描述中，正确的是（) (多选)A、PC +“1" 的数据通路为PC -> X -> ALU ->Z -> PCB、取指令的数据通路为：PC -> AR -> MEM -> DR -> IRC、所有控制寄存器向总线数据的控制信号，如R2out, Zout等都一定不能同时有效D、所有控制从总线向寄存器输入的控制信号，如Xin，R2in等一定不能同时有效2、下图为另一种单总线结构的CPU原理图假定PCout 兼有使PC +”1"的功能，围绕该图的下列描述中，正确的是（）（多选）参考答案如下：A、实现PC + "1"的数据通路是PC -> PCB、取指令的数据通路为：PC-> AR -> 主存-> DR -> IRC、PCout、DRout 、IRA out 及bus1->BUS 都一定不能同时有效D、某采用简洁寻址的指令其执行阶段的数据通路一定包含: IR -> AR ->主存->DR->AR->主存->DR3、下图为基于专用通路的CPU结构围绕该图的下列描述中，正确的是（）（多选）A、取指令的数据通路为PC-> 指令寄存器B、完成PC 增量操作的数据通路为：PC-> PC+1 部件-> PCBranch ->MUX1->PCC、由于使用了专题通路结构和多路选择器，所有功能部件的输出将不再有数据冲突D、图中PC 既是指令地址寄存器也是数据地址寄存器6.1D、ABCD、ACD、ABC6.2ABC、ABC、ABCD6.4ABC、ABCD、ABC。

6.4 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：十进制数二进制数原码反码补码-13/64 -0.00 1101 1.001 1010 1.110 0101 1.110 011029/128 0.001 1101 0.001 1101 0.001 1101 0.001 1101100 110 0100 0,110 0100 0,110 0100 0,110 0100-87 -101 0111 1,101 0111 1,010 1000 1,010 10016.5 已知[x]补，求[x]原和x.[x]补 = 1.1100; [x]补 = 1.1001; [x]补 = 0.1110; [x]补= 1.0000;[x]补 = 1,0101; [x]补 = 1,1100; [x]补 = 0,0111; [x]补= 1,0000；解：[x]补 [x]原 x1.1100 1.0100 -0.01001.1001 1.0111 -0.01110.1110 0.1110 0.11101.0000 1.0000 01,0101 1,1011 -10111,1100 1,0100 -01000,0111 0,0111 1111,0000 1,0000 06.9 当十六进制‎数9B和F‎F分别表示‎为原码、补码、反码、移码和无符‎号数时，所对应的十‎进制数各为‎多少（设机器数采‎用一位符号‎位）解：原码补码反码移码无符号数9B 二进制 -11011‎ -11001‎01 -11001‎00 +11011‎ 1001 十进制 -27 -101 -100 +27 155 FF 二进制 -11111‎11 -00000‎01 -00000‎00 +11111‎11 1111 1111十进制 -127 -1 -0 +127 2556.11 已知机器数‎字长为4位‎（其中1位为‎符号位），写出整数定‎点机和小数‎定点机中原‎码、补码和反码‎的全部形式‎，并注明其对‎应的十进制‎数真值。

第六章计算机的运算方法6.20 用原码一位乘、两位乘和补码一位乘（Booth算法）、两位乘计算x·y。

（1）x= 0.110 111，y= -0.101 110；（2）x= -0.010 111，y= -0.010 101；（3）x= 19，y= 35；（4）x= 0.110 11，y= -0.111 01。

答：（1）原码一位乘：z0=x0⊕ y0=0 ⊕1=1，[x×y]原=1.100 111 100 010，x·y= -0. 100 111 100 010原码两位乘：[x×y]原=1.100 111 100 010，x·y= -0. 100 111 100 010补码一位乘：补补码两位乘：[x×y]补=1.011 000 011 110，x·y= -0.100 111 100 010（2）原码一位乘：z0=x0⊕ y0=1⊕1=0，[x×y]原=0.000 111 101 111，x·y= 0.000 111 101 111原码两位乘：[x×y]原=0. 000 011 110 101，x·y= 0. 000 011 110 101补码一位乘：补补码两位乘：=0.000111100011，x·y= 0.000111100011 [x×y]补（3）原码一位乘原码二位乘补码一位乘补码两位乘（4）原码一位乘原码两位乘补码一位乘补码两位乘6.22 设机器字长为16位（含1位符号位），若一次移位需1us，一次加法需1us,试问原码一位乘、补码一位乘、原码加减交替除和补码加减交替法最多各需多少时间？答：原码一位乘：15+15=30us补码一位乘：15+16=31us原码加减交替除：15+16=31us补码加减交替法：15+15=30us6.26 按机器补码浮点运算步骤，计算[x±y]补.（1）x=2-011× 0.101 100，y=2-010×（-0.011 100）；（2）x=2-011×（-0.100 010），y=2-010×（-0.011 111）；（3）x=2101×（-0.100 101），y=2100×（-0.001 111)。

１．如何区别存储器和寄存器？两者是一回事的说法对吗？解：存储器和寄存器不是一回事。

存储器在CPU 的外边，专门用来存放程序和数据，访问存储器的速度较慢。

寄存器属于CPU 的一部分，访问寄存器的速度很快。

２．存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有哪些层次？解：存储器的主要功能是用来保存程序和数据。

存储系统是由几个容量、速度和价存储系统和结构各不相同的存储器用硬件、软件、硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。

把存储系统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。

由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓存和主存间称为Cache －主存存储层次（Cache 存储系统）；主存和辅存间称为主存—辅存存储层次（虚拟存储系统）。

３．什么是半导体存储器？它有什么特点？解：采用半导体器件制造的存储器，主要有MOS 型存储器和双极型存储器两大类。

半导体存储器具有容量大、速度快、体积小、可靠性高等特点。

半导体随机存储器存储的信息会因为断电而丢失。

４．SRAM 记忆单元电路的工作原理是什么？它和DRAM 记忆单元电路相比有何异同点？解：SRAM 记忆单元由６个MOS 管组成，利用双稳态触发器来存储信息，可以对其进行读或写，只要电源不断电，信息将可保留。

DRAM 记忆单元可以由４个和单个MOS管组成，利用栅极电容存储信息，需要定时刷新。

５．动态RAM 为什么要刷新？一般有几种刷新方式？各有什么优缺点？解：DRAM 记忆单元是通过栅极电容上存储的电荷来暂存信息的，由于电容上的电荷会随着时间的推移被逐渐泄放掉，因此每隔一定的时间必须向栅极电容补充一次电荷，这个过程就叫做刷新。

常见的刷新方式有集中式、分散式和异步式３种。

集中方式的特点是读写操作时不受刷新工作的影响，系统的存取速度比较高；但有死区，而且存储容量越大，死区就越长。

分散方式的特点是没有死区；但它加长了系统的存取周期，降低了整机的速度，且刷新过于频繁，没有充分利用所允许的最大刷新间隔。

6.4 ‎长为8位（含1位 ‎位在内），‎

-13/64，29/128，100，-87解：十进制 二进制-13/64 -0.00 1101 1.001 1010 1.110 0101 1.110 011029/128 0.001 1101 0.001 1101 0.001 1101 0.001 1101100 110 0100 0,110 0100 0,110 0100 0,110 0100-87 -101 0111 1,101 0111 1,010 1000 1,010 10016.5 已知[x] ，求[x]x.[x] = 1.1100; [x] = 1.1001; [x] = 0.1110; [x]= 1.0000;[x] = 1,0101; [x] = 1,1100; [x] = 0,0111; [x]= 1,0000；解：[x] [x] x1.1100 1.0100 -0.01001.1001 1.0111 -0.01110.1110 0.1110 0.11101.0000 1.0000 01,0101 1,1011 -10111,1100 1,0100 -01000,0111 0,0111 1111,0000 1,0000 06.9 十 进制‎9B F‎F‎为‎ ， 十‎进制 为‎ （ ‎ 位‎位）解：9B 二进制 -11011‎ -11001‎01 -11001‎00 +11011‎ 1001 十进制 -27 -101 -100 +27 155 FF 二进制 -11111‎11 -00000‎01 -00000‎00 +11111‎11 1111 1111十进制 -127 -1 -0 +127 2556.11 已知 ‎长为4位‎（其中1位为‎ 位）， ‎‎ 中 ‎‎‎， 其 ‎ 十进制‎ 。

解：6.12 ‎为：阶 1位 阶 4位 1位 尾 10位‎，51/128-27/10247.375-86.5‎。

第六章习题参考答案1．中央处理器有哪些功能？它由哪些基本部件所组成？答：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。

2．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。

答：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PSWR 等。

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？答：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--微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。

4．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？答：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制方式。

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数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来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情况决定，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，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。