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《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。
计算机原理第六章中央处理器课堂笔记及练习题主题：第六章中央处理器学习时间： 2016年11月7日--11月13日内容：我们这周主要学习第六章中央处理器其中包括CPU的功能和组成、指令周期、时序产生器和控制方式、微程序控制器等内容。
希望通过这些内容的学习能使同学们进一步掌握计算机的中央处理器的相关知识。
一、学习要求1．了解CPU的功能和组成；2．掌握指令周期、时序产生器和控制方式的相关知识；3. 掌握微程序控制器的相关知识。
二、主要内容(一) CPU的功能和组成1．CPU的功能CPU（central processing unit）是电脑中的核心配件，是一台计算机的运算核心和控制核心。
电脑中所有操作都由CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。
CPU的结构：中央处理器CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件。
中央处理器从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码。
它把指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作，从而完成一条指令的执行。
指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。
指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字和特征码。
CPU的五大功能：---输入单元：用来读取给电脑处理的资料或程式---处理单元：用来执行计算；比较和判断等运算功能---输出单元：将电脑的运算结果和处理好的资料输出---记忆单元：用来储存资料或程式的地方---控制单元：按作业程序指挥上述单元的运作及交换资料通道的传送2．CPU的组成CPU内部结构大概可以分为控制单元、运算单元、存储单元和时钟等几个主要部分。
运算器是计算机对数据进行加工处理的中心，它主要由算术逻辑部件（ALU：Arithmetic and Logic Unit）、寄存器组和状态寄存器组成。
ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作。
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、性能与价格等发展趋势的预测,其主要内容就是: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与数据的存储器,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:时钟周期就是时钟频率的倒数,也称为节拍周期或T周期,就是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器:多核处理器就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,由低到高分别就是: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瞧,硬件与软件在完成某项功能上就是相同的,称为软/硬件功能就是等价的,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:就是一种软件的固化,其目的就是为了加快软件的执行速度。
可靠性:可靠性就是指系统或产品在规定的条件与规定的时间内,完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素就是三个“规定”:“规定条件”、“规定时间”与“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与MTBF等指标计算处系统的可用性。
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。
• 156 •第六章 中央处理器2. 简单回答下列问题。
（参考答案略） （1）CPU 的基本组成和基本功能各是什么？（2）取指令部件的功能是什么？ （3）控制器的功能是什么？（4）为什么对存储器按异步方式进行读写时需要WMFC 信号？按同步方式访问存储器时，CPU 如何实现存储器读写？（5）单周期处理器的CPI 是多少？时钟周期如何确定？为什么单周期处理器的性能差？元件在一个指令周期内能否被重复使用？为什么？（6）多周期处理器的设计思想是什么？每条指令的CPI 是否相同？为什么在一个指令周期内某个元件可被重复使用？（7）单周期处理器和多周期处理器的控制逻辑设计的差别是什么？ （8）硬布线控制器和微程序控制器的特点各是什么？（9）为什么CISC 大多用微程序控制器实现，RISC 大多用硬布线控制器实现？ （10）水平型微指令和垂直型微指令的基本概念和优缺点是什么？（11）CPU 检测内部异常和外部中断的方法有什么不同？3. 在书中图6.9中，假定总线传输延迟和ALU 运算时间分别是20ps 和200ps ，寄存器建立时间为10ps ，寄存器保持时间为5ps ，寄存器的锁存延迟（Clk-to-Q time ）为4ps ，控制信号的生成延迟（Clk-to-signal time ）为7ps ，三态门接通时间为3ps ，则从当前时钟到达开始算起，完成以下操作的最短时间是多少？ （1）将数据从一个寄存器传送到另一个寄存器 （2）将程序计数器PC 加1 参考答案：（1）寄存器的锁存延迟与控制信号的生成延迟的时间重叠，且Clk-to-signal time> Clk-to-Q time ，所以完成寄存器传送的时间延迟为：7+3+20+10=40ps 。
（2）分两个阶段：PC+1→Z ：7+3+20+200+10=240ps ； Z →PC ：7+3+20+10==40ps 寄存器保持时间用来作为时间约束。
微型计算机课后答案（第六章）（六）习题六解答1．CPU与外设交换数据的方式分为几种？各有什么特点？接口电路控制数据信号的传送，这种传送操作是在中央处理器监控下完成的，对中央处理器而言，数据传送就是输入输出操作，中央处理器可以采用查询、中断和DMA 3种方式控制接口的传送操作。
1．查询方式查询方式是中央处理器随时询问接口数据传送完否或数据准备好否，在查询方式下，中央处理器需要完成下面一些操作：(1)中央处理器向接口发出传送命令，输入数据或输出数据。
(2)中央处理器查询外设是合允许传送(输出数据发送完否或输入数据准备好否)，如接口状态允许发送，则中央处理器向接口发出数据；如输入准备好，则中央处理器取回数据。
查询方式下，中央处理器需要花费较多的时间去“询问”状态，而接口处于被动状态。
2.中断方式中断方式下，中央处理器不必定时查询接口状态，而由接口在数据发送完毕或接收数据准备好时通知中央处理器，中央处理器再发送或接收数据。
中断方式提高了系统工作效率，使中央处理器可以管理更多的接口。
3．直接存储器存取(DMA)方式DMA 方式即是数据不经过中央处理器再存储器和外设之间直接传送的操作方式。
DMA方式适合大量的高速数据传送，如存储器与磁盘之间的数据传送。
但DMA方式控制复杂，需要专用接口控制芯片。
2.如何从CPU的指令系统判断I/O端口的编码方式？当系统采用存储器映射编址时，使用MOV指令能否访问整个存储空间？答：指令系统中若有IN或OUT指令存在，则I/O端口的编址方式属于单独编址方式，若不存在IN或OUT指令，则属于存储器映射编址。
当采用存储器映射编址时，可以使用MOV指令访问整个地址空间。
3．比较中断传送和DMA传送的区别。
答：中断方式下，外设需与主机传输数据时要请求主给予中断服务，中断当前主程序的执行，自动转向对应的中断处理程序，控制数据的传输，过程始终是在处理器所执行的指令控制之下。
直接存储器访问(DMA)方式下，系统中有一个DMA控制器，它是一个可驱动总线的主控部件。
计算机应用基础第六章习题及答案第一节选择题1. 下列哪个不属于计算机硬件的四大基本组成部件？A. 中央处理器（CPU）B. 随机存取存储器（RAM）C. 输入设备D. 操作系统答案：D2. 下列哪个不属于计算机的五大基本功能？A. 输入B. 存储C. 计算D. 复制答案：D3. 在二进制系统中，一个位（bit）的取值是：A. 0或者1B. 0或者2C. 1或者2D. 1或者10答案：A第二节填空题1. 现代计算机网络的核心技术是___________。
答案：互联网2. 在二进制系统中，8个二进制位表示一个___________。
答案：字节3. 计算机中，把一个只包含两个状态的信号称为_____________。
答案：位第三节简答题1. 请简要介绍计算机的发展历程。
答案：计算机的发展可以追溯到古代的计算工具，如算盘等。
随着科学技术的不断进步，计算机从机械式计算工具逐渐发展为电子计算机。
在20世纪40年代，第一台电子计算机ENIAC诞生，并开启了电子计算机的时代。
随后，计算机的体积越来越小，性能不断提高。
在20世纪60年代至70年代，计算机开始进入个人计算机时代，普及到家庭和办公场所。
21世纪以来，计算机继续发展，出现了云计算、移动计算等新兴技术，计算机的智能化水平也持续提高。
2. 请简述计算机硬件和软件的概念及其关系。
答案：计算机硬件指的是计算机的实体部件，包括中央处理器（CPU）、内存、硬盘、显示器、键盘等。
它们是构成计算机系统的物理组成部分。
计算机软件指的是计算机系统中的程序和数据，包括操作系统、应用软件等。
计算机硬件和软件紧密相连，相互依赖。
硬件提供了计算机运行的基础，而软件控制硬件的运行，使其能够完成特定的任务。
硬件和软件之间的关系就像人的身体和大脑的关系，硬件是身体，软件是大脑，二者相互配合才能使计算机正常工作。
第四节解答题1. 解释什么是操作系统，列举三种常见的操作系统。
答案：操作系统是一种管理和控制计算机硬件和软件资源的系统软件。
第二章运算方法和运算器1.写出下列各数的原码、反码、补码、移码表示（用8位二进制数）。
其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。
如果是小数，小数点在MSB之后；如果是整数，小数点在LSB之后。
(1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小数表示-1 (5) 用整数表示-1解：(1)先把十进制数-35/64写成二进制小数：(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-100011×2-6)2=(-0.100011)2令x=-0.100011B∴ [x]原=1.1000110 (注意位数为8位) [x]反=1.0111001[x]补=1.0111010 [x]移=0.0111010(2) 先把十进制数23/128写成二进制小数：(23/128)10=(10111/10000000)2=(10111×2-111)2=(0.0001011)2令x=0.0001011B∴ [x]原=0.0001011 [x]反=0.0001011[x]补=0.0001011 [x]移=1.0001011(3) 先把十进制数-127写成二进制小数：(-127)10=(-1111111)2令x= -1111111B∴ [x]原=1.1111111 [x]反=1.0000000[x]补=1.0000001 [x]移=1.0000001(4) 令x=-1.000000B∴ 原码、反码无法表示[x]补=1.0000000 [x]移=0.0000000(5) 令Y=-1=-0000001B∴ [Y]原=10000001 [Y]反=11111110[Y]补=11111111 [Y]移=011111115.已知X和Y, 用变形补码计算X+Y, 同时指出运算结果是否溢出。
（2）X=0.11011 Y= -0.10101解：x+y = 0.00110无溢出6.已知X 和Y, 用变形补码计算X-Y, 同时指出运算结果是否溢出。
第六章中央处理器
一.填空题
1.算术逻辑运算结果通常放在和中.
2.一般而言,CPU至少有,, , ,
和6个寄存器.
3.在计算机中,基本的运算有和.
4.保存当前正在执行指令的寄存器是指令寄存器IR,保存当前正在执行指令地址的寄存器是,保存当前栈顶地址的寄存器是.
二.单项选择题 1.中央处理器(CPU)是指( ).
A.控制器
B.控制器和主存
C.运算器和控制器
D.运算器和寄存器
2.下列逻辑部件中,( )不包括在运算器内.
A.累加器
B.状态条件寄存器
C.指令寄存器
D.ALU
3.程序计数器的功能是( ).
A.存放指令
B.存放下一条机器指令的地址
C.计算程序长度
D.存放微指令的地址
4.状态寄存器用来存放( ).
A.算术运算结果
B.运算类型
C.逻辑运算结果
D.算术运算,逻辑运算及指令的状态结果
5.在微程序控制器中,机器指令和微指令的关系是( )
A.每一条机器指令由一条微指令来执行
B.一条微指令由若干条机器指令组成
C.每一条机器指令由一段用微指令组成的微程序来解释执行
D.一段微程序由一条机器指令来执行
6.运算器在运算的过程中,得到的标志位中没有( )
A.进位标志位
B.溢出标志位
C.零标志位
D.正数标志位
三.是非题
1.在主机中,只有内存能存放数据.( )
2.一个指令周期由若干个机器周期组成.( )
3.非访内指令不需要从内存中取操作数,也不需要将目的操作数存放到内存,因此这类指令的执行不需要地址寄存器参与工作.( )
4.与微程序控制器相比,组合逻辑控制的速度较快.( )。
第6章中央处理器答案
一．判断题
1．一个指令周期由若干个机器周期组成。
解：答案为正确。
2．非访内指令不需从内存中取操作数，也不需将目的操作数存放到内存，因此这类指令的执行不需地址寄存器参与。
解：答案为错误。
3．组合逻辑控制器比微程序控制器的速度快。
解：答案为正确。
4．流水线中的相关问题是指在一段程序的相邻指令之间存在某种信赖关系，这种关系影响指令的执行。
解：答案为正确。
5．微程序控制控制方式与硬布线控制方式相比，最大的优点是提高了指令的执行速度。
解：答案为正确。
6．微程序控制器中的控制存储器可用PROM、EPROM或闪存实现。
解：答案为正确。
7．指令周期是指人CPU从主存取出一条指令开始到执行这条指令完成所需的时间。
解：答案为正确。
8．控制存储器是用来存放微程序的存储器，它比主存储器速度快。
解：答案为正确。
9．机器的主频最快，机器的速度就最快。
解：答案为正确。
10．80X86的数据传送指令MOV，不能实现两个内存操作数的传送。
解：答案为正确。
二．选择题
C D B B B A C C D C
C C DC
D BD A B
三．填空题
1．答：运算器，控制器。
2．答：指令寄存器IR，程序计数器PC。
3．答：指令周期，机器周期，时钟周期。
4．答：取指令，执行指令。
5．答：空间，时间。
6．答：译码器，操作码。
7．答：控制存储器，只读存储器。
8．答：计数器方式，断定方式。
9．答：取指令。
10．答：微程序，微命令。
11．答：软件，控制器。
12．答：不可能同时出现，可以同时出现，相容的微命令。
13．答：同步控制。
14．答：栈顶指针SP。
15．答：⑴状态寄存器中的ZF。
⑵状态寄存器中的OF。
⑶CX。
⑷AL/AX。
⑸累加器。
四．综合题
1．在8086中，对于物理地址2014CH来说，如果段起始地址为20000H，则偏移量应为多少? 解：14CH。
2．解：⑴SP＝2000H－2＝1FFEH
⑵执行PUSH BX和POP AX后，SP＝1FFEH－2＋2＝IFFEH，BX＝5000H，指针变化图略。
3．解：⑴源是寄存器直接寻址。
目的是寄存器间接寻址。
⑵源是变址/基址寻址，目的是寄存器直接寻址。
⑶源是立即数寻址，目的是寄存器直接寻址。
⑷源是寄存器间接寻址。
目的是寄存器直接寻址。
⑸源是变址/基址寻址，目的是寄存器直接寻址。
⑹源是变址/基址加偏移量寻址，目的是寄存器直接寻址。
⑺源是跨段的变址/基址寻址，目的是寄存器直接寻址。
⑻源是寄存器直接寻址。
目的是寄存器间接寻址。
⑼源是存储器直接寻址。
目的是寄存器直接寻址。
4．解：⑴MOV AX，1234H ；MOV DS，AX
⑵ADD AX，5678H
⑶MOV AX，DATAX
ADD DATAY，AX
⑷AND AX，0FFFH
⑸OR AX，0003H
5．解：⑴根据“异或”操作的特点，与“0”做“异或”操作，操作数不变；与“1”做“异或”操作，即使操作数变反，此题仅使BH变反，所以结果为BX＝1111110001111001＝FC79H。
⑵根据“与”操作的特点，对“0”做“与”操作，操作数为0；对“1”做“与”操作，即操作数不变。
此题仅使BL清0，BH不变，所以结果为BX＝0000001100000000＝0300H。
⑶根据“或”操作的特点，对“0”做“或”操作，操作数不变；对“1”做“或”操作，即操作数为1。
此题仅使BH（即高8位）置1，BL（低8位）不变，所以结果为BX＝0000001110000110＝0386H。
6．解：第一条指令把数5传送到CL（CL是指定用于存放移位或循环次数的寄存器）中，第2条是逻辑右移指令，使BX逻辑右移5次（由CL给出移位次数），结果BX＝02AAH。
7．解：算法为AX×10＝AX×2＋AX×8，指令序列如下：
SHL AX，1 ；AX×2
MOV BX，AX ；AX×2保存到BX
SHL AX，1 ；AX×4
SHL AX，1 ；AX×8
ADD AX，BX ；AX×10
8．解：⑴ADD DX，BX
⑵ADD AL，[BX＋SI]
⑶ADD [BX＋0BD2H]，CX
⑷ADD [0524H]，2A59H
⑸ADD AL，0B5H
9．解：⑴ MOV AX，1234H AX＝1234H
MOV CL，4 AX＝1234H
ROL AX，CL AX＝2341H
DEC AX AX＝2340H
MOV CX，4 AX＝2340H
MUL CX AX＝8D00H
INT 20H
第2、5、7条指令对AX没有操作，故不影响AX的值。
第1条指令把立即数1234H送到AX中，AX的值就是1234H，第3条指令把AX的内容循环移位4次，AX值为2341H，第4条指令把AX减1，AX的值为2340H，第6条指令把AX的值乘以4，AX的值变为8D00H。
⑵传送指令不影响标志位，第3条指令影响进位（CF）、溢出（OF）标志，CF＝0，OF ＝0；第4条指令不影响CF标志，该指令执行后，CF维持原状，OF＝0，零标志（ZF）也为0；第6条指令影响各标志位，由于DX＝0，因此CF＝0，OF＝0，ZF＝0。
⑶程序结束时，AX的值为8D00H，DX的值为0000H。
10．解：⑴存储器“0等待”是假设在访问存储器时，存储周期＝机器周期，此时机器周期＝主频周期×2（一个机器周期由两个时钟脉冲组成）
＝2/25MHz＝0.08μS
指令周期＝2×机器周期＝0.16μS
机器平均速度＝1/0.16＝6.25MIPS(百万条指令/秒)
⑵若每两个机器周期中有一个是访问存储器周期，则需插入两个时钟的等待时间。
指令周期＝0.16μS＋0.08μS＝0.24μS
机器平均速度＝1/0.24≈4.2MIPS(百万条指令/秒)。
