计算机组成原理第七章课后部分答案

解：三地址指令格式如下：
4
4
4
4
OP
A1
A2
A3
解题思路：以三地址指令格式为
该指令系统的基本格式。以此格式为 基础，采用扩展操作码技术，设计出 题意所要求的地址码结构的指令。
指令操作码分配方案如下：
第 5 张幻灯片
指令操ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ码分配方案
4位OP 0000， ……， A1，A2，A3；8条三地址指令 01目11，录 1000，0000， …10上…00一，，页…11…11，， A2，A3；16条二地址指令 10下01一，页0000，0000， …退…，出……，……， 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
FFH ECH
第 14 张幻灯片
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16. 某机主存容量为4M16位，且存 储字长等于指令字长，若该机指令系统 可完成108种操作，操作码位数固定， 且具有直接、间接、变址、基址、相对、 立即等六种寻址方式，试回答以下问题。
（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）一次间接寻址和多次间接寻 址的寻址范围。 （4）立即数的范围（十进制表 示）。
第 15 张幻灯片
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执行JMP后PC各为： EA1= 200AH EA2 = 1FF7H
请参考课件上的例子。
第 13 张幻灯片
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15.解： +35-3 = 20H -17-3 = ECH

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。

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为若干个机器周期，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作脉冲。

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。

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。

第1章计算机组成原理考试大纲第一章计算机体系结构和计算机组成冯。

诺伊曼体系的特点Amdahl定律第二章数制和数制转换各种码制的表示和转换浮点数的表示补码加减法布思算法浮点数的加减法海明码的计算练习：5，6，7，8，101、已知X=19，Y=35，用布思算法计算X×Y和X×(-Y)。

2、使用IEEE 754标准格式表示下列浮点数：-5，-1.5，1/16，-6，384，-1/32。

3、已知X=-0.1000101×2-111，Y=0.0001010×2-100。

试计算X+Y，X-Y，X×Y和X/Y。

4、某浮点数字长12位，其中阶符1位，阶码数值3位，尾符1位，尾数数值7位，阶码和尾数均用补码表示。

它所能表示的最大正数是多少？最小规格化正数是多少？绝对值最大的负数是多少？5、求有效信息位为01101110的海明码校验码。

第三章练习：5解释下列概念：PROM，EPROM，E2PROM，Flash memory，FPGA，SRAM和DRAM。

第四章总线的分类总线操作周期的四个传输阶段总线仲裁的概念及其分类异步通信方式的种类总线的最大传输率第五章存储器的分类存储容量的扩展RAID的概念、特点以及分类Cache的地址映射Cache的写策略Cache的性能分析3C练习：4，5，71．一个容量为16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少?用下列存储芯片时，各需要多少片?1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×l位，4K×8位，8K×8位2．现有1024×l的存储芯片，若用它组成容量为16K×8的存储器。

(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，该存储器所需的地址线总数是多少?几位用于选片?几位用作片内地址?(3)画出各芯片的连接逻辑图。

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？答：计算机的硬件系统通常由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器等五大部件组成。

输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机内。

输出设备的主要功能是将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。

存储器的主要功能是存储信息，用于存放程序和数据。

运算器的主要功能是对数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算。

控制器的主要功能是按事先安排好的解题步骤，控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。

1.3 冯·诺依曼计算机的基本思想是什么？什么叫存储程序方式？答：冯·诺依曼计算机的基本思想包含三个方面：1) 计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。

2) 采用二进制形式表示数据和指令。

3) 采用存储程序方式。

存储程序是指在用计算机解题之前，事先编制好程序，并连同所需的数据预先存入主存储器中。

在解题过程（运行程序）中，由控制器按照事先编好并存入存储器中的程序自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行，直到获得所要求的结果为止。

1.4 早期计算机组织结构有什么特点？现代计算机结构为什么以存储器为中心？答：早期计算机组织结构的特点是：以运算器为中心的，其它部件都通过运算器完成信息的传递。

随着微电子技术的进步，人们将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一，集成到一个芯片里构成了微处理器。

同时随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储容量成倍地扩大，加上需要计算机处理、加工的信息量与日俱增，以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的需求，甚至会影响计算机的性能。

解： （1）集中刷新间隔为：2ms（共 20000 个存取周期） （2）分散刷新间隔为：256 个存取周期（但存取周期为 0.2ms），即 51.2ms。 （3）异步刷新间隔为：2ms/256=7.8ms，即每隔 7.8ms 刷新一行，但对每行来说，刷新间隔仍为 2ms。 4.14 某 8 位微型计算机地址码为 18 位，若使用 4K×4 位的 RAM 芯片组成模块板结构的存储器，试问：
A2A1A0 连 3-8 译码器的 C、B、A 端， M / IO 通过非门连译码器的 G2A 非和 G2B 非使能端，译码器的
G1 使能端接+5V 电源。 （5）CPU 和存储芯片的连接图：略
4.28 设主存容量为 256K 字，Cache 容量为 2K 字，块长为 4。
（1）设计 Cache 地址格式，Cache 中可装入多少块数据？ （2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。 （3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。
Cache 块号 字块内地址
9位
2位
（2）根据主存容量为 256K 字=218，得主存字地址为 18 位。在直接映射方式下，主存字块标记为 18-11=7， 故主存地址格式为：
主存字块标记 7位
Cache 字块地址 字块内地址
9位
2位
第 3 页 共 19 页
3
（3）根据四路组相联的条件，一组内有 4 块，得 Cache 共分 512/4=128=2q 组，即 q=7，主存字块标 记为 18-q-b=18-7-2=9 位，其地址格式为：
16K ´ 32位
（5）当选用 4K×8 位的存储芯片时，需要 4K ´ 8位 =16 片。
16K ´ 32位
（6）当选用 8K×8 位的存储芯片时，需要 8K ´ 8位 =8 片。

计算机组成原理课后答案习题解答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？计算机系统是指计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。

硬件即指计算机的实体部分。

软件是由计算机运行所需的程序及相关文档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4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？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，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O 机理等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，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。

5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成(5) 指令在存储器内按顺序存放。

(6) 机器以运算器为中心。

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。

硬件的主要技术指标：(1) 机器字长：指 CPU 一次能处理数据的位数，通常与 CPU 的寄存器位数有关(2) 存储容量：包括主存容量和辅存容量，存放二进制代码的总数＝存储单元个数×存储字长(3) 运算速度：主频、Gibson 法、MIPS 每秒执行百万条指令、CPI 执行一条指令所需时钟周期数、FLOPS 每秒浮点运算次数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。

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，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；存储字长——存储器一次存取操作的最大位数；存储容量——存储器中可存二进制代码的总量；机器字长——CPU能同时处理的数据位数；等于处理器内部寄存器位数指令字长——一条指令包含的二进制代码位数；8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。

寄存器写口和寄存器读口分别安排在一个时钟周期的前、后半个周期内独立工作呢？ ——2、3、4 条之前分别插入 2 条 nop 就可以
• 159 •
7. 假定以下 MIPS 指 令序列在图 7.18 所示 的流 水线数据通路中 执行：
addu $s3, $s1, $s0
subu $t2, $s0, $s3
流水线深度（ Pipeline Depth） 流 水 线 冒 险 （ Hazar d） 控制冒险（Control hazard） 流水线阻塞（ Pipeline stall） 空 操 作 （ nop） 分支预测（Branch predict） 动态分支预测（Dynamic predict） 分支 延迟槽（Delayed branch slot） 旁 路 （ Bypassing） IPC（Instructions Per Cycle） 动态多发射（Dynamic multiple issue） 超长指令字 VLIW 动态流水线（Dynamic pipelining） 指令分发（Instruction dispatch） 无序发射（ out-of-order issue） 重排序缓冲（Reorder buffer） 乱序执行（ out-of-order execution） 无序完成（ out-of-order completion）
（1）插入 一个流水段寄 存器，得到 一个两级 流水线 （2）插 入两个流水段 寄存器，得 到一个三 级流水线 （3）插入 三个流水段寄 存器，得到 一个四级 流水线 （4）吞 吐量最大的流 水线 参考答案：
（1）两级流水线的平衡点在 C 和 D 之间，其前面一个流水段的组合逻辑延时为 80+30+60=170ps，后 面一 个流水 段的 组合逻 辑延时 为 50+70+10=130ps。这 样每个 流水段 都 以 最 长 延 时 调 整 为 170+20=190ps ， 故 时 钟 周 期 为 190ps ， 指 令 吞 吐 率 为 1/190ps=5.26GOPS，每条 指令的执行时 间为 2x190=380ps。

当M=1（最小值），N=1（最小值）时，二
地址指令最多有：
Kmax=16-1-1=14种 2）若采用变长操作码时，二地址指令格式
仍如1）所示，但操作码长度可随地址码的个数而变。
此时，
M=((24 -K)*26-N)*26 ，即
K= 24 -(N/26 + M/212 )；
（N/26 + M/212 向上取整）
2021/4/30
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10. 试比较基址寻址和变址寻址。
解：比较如下：
1）都可有效地扩大指令寻址范围。
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
操作数
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14
注意：
1）英文缩写EA表示有效地址，不能乱用。 2）示意图中应标明EA（有效地址）的位置。
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12. 画出“SUB @R1”指令对操作数的寻
为零地址、一地址和二地址三种格式。若零
地址指令有M种，一地址指令有N种，则二地
址指令最多有几种？若操作码位数可变，则
二地址指令最多允许有几种？
解：1）若采用定长操作码时，二地
址指令格式如下：
4
6
6
此时，无论指令中有几个地址，
指令格式都不变。
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8
设二地址指令有K种，则：
K=24-M-N
指令系统
第七章
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1
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 器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？

13在所用主存储器芯片已确定的情况下，还要进行大幅度提高主存储器系统的读写 速度的办法是什么？
答：在所用主存储器芯片已确定的情况下，还要进行大幅度提高主存储器系统的读 写速度的办法是采用成组传送数据的方式，该方式是指用于提高在数据总线上的数 据输入/输出能力的一种技术。即通过地址总线传送一次地址后，能连续在数据总 线上传送多个（一组）数据，而不像正常总线工作方式那样，每传送一次数据，总 要用两段时间，即先送一次地址（地址时间），后送一次数据传送（数据时间）。 在成组传送方式，为传送N个数据，就可以用N+1个总线时钟周期，而不再是用 2N个总线时钟周期，使总线上的数据入/出尖峰提高一倍。
01
12存储器读写操作时，地址信号、片选信 号、读写命令、读出的数据或写入的数据， 在时间配合上要满足些什么关系？
02
答：存储器读写操作时，地址信号、片选信 号、读写命令、读出的数据或写入的数据， 它们之间在时序配合要满足以下这些条件： 有了稳定的地址与片选信号才可以读；有了 稳定的地址和写入的数据，再有了片选信号 才能再给出写命令，以便保证无误的写操作。 此外，这些信号应有一定的持续时间，以保 证读写操作得以正常完成。
202X
计算机组成原 理第七章习题
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7.1.在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？它们的应用是建 立在程序的什么特性之上的？
答：在现代的计算机系统中，通常总是采用由三种运行原理不同，性能差异 很大的存储介质分别构建高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器，再将它 们组成三级结构的统一管理、高度的一体化存储器系统。由高速缓冲存储器 缓解主存储器读写速度慢，不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储 器更大的存储空间，解决主存储器容量小，存不下更大程序与更多数据的难 题。

第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。

2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。

3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。

（2）外围设备向CPU提供状态信息。

（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。

历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。

（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。

统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。

由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。

【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。

二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。

2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。

程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。

历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。

（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。

程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。

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23
（6）六种寻址方式中，立即寻 址指令执行时间最短，因为此时不需寻址；
间接寻址指令执行时间最长，因 为寻址操作需访存一次到多次；
相对寻址便于程序浮动，因为此 时操作数位置可随程序存储区的变动而改 变，总是相对于程序一段距离；
变址寻址最适合处理数组问题， 因为此时变址值可自动修改而不需要修改 程序。
指令操作码分配方案如下：
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5
4位OP 0000，
指令操作码分配方案
……， 0111，
A1，A2，A3；8条三地址指令
1000，0000，
……，……， 1000，1111，
A2，A3；16条二地址指令
1001，0000，0000，
……，……，……， A3；100条一地址指令
1001，0110，0011，
地址短于存储地址时，基址寻址就变成了段寻 址，基地址就叫做段地址，此时主存分段。
存于ACC中，并假设（PC）=4000H。
解：由于本题未指定数据通路结构，因此
只能大概地排一下信息流程图，并且流程图中突出
寻址过程的实现。
ADD *-5指令信息流程图如下：
A
取指令（可省）
EA MAR，读
寻址计算：
EA=(PC)-5 =4000H+FFFBH =3FFBH
A
M(EA) MDR
(ACC)+(MDR) ACC
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4. 零地址指令的操作数来自哪里？一地址 指令的另一个操作数地址通常可采取什么 寻址方式获得？各举一例说明。
答：零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和 次栈顶。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ACC中。

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 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。

虚拟存储器
一种将内存和外存统一管理的技术，使得用 户无需关心物理内存和外存的界限，方便程 序的编写和运行。
04 指令系统
指令格式与寻址方式
指令格式
指令格式包括操作码和地址码两部分，操作 码表示指令的操作类型，地址码表示操作数 所在内存单元的地址。
寻址方式
寻址方式是指确定操作数所在内存单元地址 的方式，包括直接寻址、间接寻址、寄存器
要点二
指令优化
为了提高指令执行效率，可以采用多种优化技术，如流水 线技术、分支预测、动态调度等。其中流水线技术可以将 指令执行过程划分为多个阶段，并行处理多个指令；分支 预测可以预测分支指令的执行路径，减少分支带来的时间 开销；动态调度可以根据指令的特性动态调整指令执行顺 序，提高指令的并行度。
05 中央处理器
重点与难点回顾
重点回顾
该部分对本章的重点内容进行了回顾，包括计算机组成 原理的基本概念、计算机系统的层次结构、指令系统、 中央处理器、存储器等。
难点回顾
该部分对本章的难点内容进行了回顾，包括计算机组成 原理的实现细节、指令执行的时序控制、流水线技术等 。
学习建议与展望
学习建议
该部分给出了一些学习建议，包括如何加深对计算机 组成原理的理解、如何提高解题能力等。
寻址、基址寻址和变址寻址等。
指令集与指令的功能
指令集
指令集是计算机中所有指令的集合，包括算术运算、 逻辑运算、控制转移等指令。
指令的功能
指令的功能是指指令所能完成的操作类型，如加法、 减法、乘法、除法、逻辑运算、控制转移等。
指令执行流程与优化
要点一
指令执行流程
指令执行流程包括取指令、解码、执行、访存和写回等阶 段，其中取指令阶段是从内存中取出指令并存放到CPU的 指令寄存器中；解码阶段是将指令操作码转换成相应的控 制信号；执行阶段是完成指令所描述的操作；访存阶段是 访问内存以获取操作数；写回阶段是将结果写回到内存或 寄存器中。

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。

６．某机CPU芯片的主振频率为８MHz，其时钟周期是多少μs？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μs？
（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０．４μs的CPU芯片，则计算机的平均指令执行速度又是多少MIPS？
１０．CPU中指令寄存器是否可以不要？指令译码器是否能直接对存储器数据寄存器MDR中的信息译码？为什么？请以无条件转移指令JMP A为例说明。
解：指令寄存器不可以不要。指令译码器不能直接对MDR中的信息译码，因为在
取指周期MDR的内容是指令，而在取数周期MDR的内容是操作数。以JMP A指令为
例，假设指令占两个字，第一个字为操作码，第二个字为转移地址，它们从主存中取出时都
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。
MDR→MM
Acc＋１→Acc；恢复Acc
（４）STORE（存数）指令：
取指令微操作略。
A→MAR；Acc中的数据写
入主存单元
Acc→MDR，WRITE
MDR→MM
１２．某计算机的CPU内部结构如图６唱２２所示。两

计算机组成原理答案第一章计算机系统概论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。

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）（CPU的两部分组成）、存储器、输入设备、输出设备（I/O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：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。

第七章1. 计算机的外围设备是指（）A．输入/输出设备 B. 外存储器C. 输入/输出设备及外存储器D. 除了CPU和内存以外的其他设备解： D2．打印机根据印字方式可以分为（）和（）两大类，在（）类打印机中，只有（）型打印机能打印汉字，请从下面答案中选择填空。

A．针型打印机 B. 活字型打印机C. 击打式D. 非击打式解：C D C A7．试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式。

解：设读写一块信息所需总时间为Tb，平均找道时间为Ts，平均等待时间为TL，读写一块信息的传输时间为Tm，则：Tb=Ts＋TL＋Tm。

假设磁盘以每秒r转速率旋转，每条磁道容量为N个字，则数据传输率=rN个字/秒。

又假设每块的字数为n，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在Tm≈（n / rN）秒的时间中传输完毕。

TL是磁盘旋转半周的时间，TL=（1/2r）秒，由此可得：Tb=Ts＋1/2r＋n/rN 秒8．某磁盘存贮器转速为3000转 / 分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288字节，最小磁道直径为230mm，共有275道。

问：（1）磁盘存贮器的容量是多少？（2）最高位密度与最低位密度是多少？（3）磁盘数据传输率是多少？（4）平均等待时间是多少？（5）给出一个磁盘地址格式方案。

解：（1）每道记录信息容量 = 12288字节每个记录面信息容量 = 275×12288字节共有4个记录面，所以磁盘存储器总容量为：4 ×275×12288字节 = 13516800字节（2）最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）：D1 = 12288字节 / 2πR1 = 17字节 / mm最低位密度D2按最大磁道半径R2计算：R2 = R1 + （275 ÷ 5） = 115 + 55 = 170mmD2 = 12288字节 / 2πR2 = 11.5 字节 / mm（3）磁盘传输率 C = r · Nr = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288字节（信道信息容量）C = r · N = 50 × 12288 = 614400字节 / 秒（4）平均等待时间 = 1/2r = 1 / (2×50) = 10毫秒（5）磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址。