计算机组成原理(1)——清华大学

附录各章习题参考答案第1章习题参考答案1. （1）D （2）D （3）B （4）C （5）D （6）D2. 答：计算机是一种以电子器件为基础的，不需人的直接干预，能够对各种数字化信息进行快速算术和逻辑运算的工具，是一个由硬件﹑软件组成的复杂的自动化设备。

理解计算机的概念，应从六个方面：（1）以电子器件为物质基础，即研究的对象是电子数字计算机（Digital Computer）；（2）不需要人的直接干预，说明具有自动化能力，其前提是存储程序；（3）处理各种数字化信息，计算机以二进制编码作为数字化编码及运算的基础；（4）具有算逻运算能力，基本运算操作是算术和逻辑运算；（5）计算机是快速工具，主要取决于两个因素：一是电子器件，二是存储程序。

（6）由硬件和软件组成。

3. 答：见本章小结。

4. 答：计算机的生命力在于它的广泛应用，应用的范围几乎涉及人类社会的所有领域。

归纳起来，在科学计算、过程检测与控制、信息管理、计算机辅助系统等领域中的应用成就最为突出。

举例：计算机辅助教学CAI；学生的学籍管理系统；数字图书馆系统；虚拟现实系统；售票系统；学校的一卡通系统等。

5. 答：冯•诺依曼原理的基本思想是：•采用二进制形式表示数据和指令。

指令由操作码和地址码组成。

•将程序和数据存放在存储器中，使计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。

这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念。

•指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。

•计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了5部分的基本功能。

冯•诺依曼型计算机的基本特点也可以用“存储程序”和“程序控制”来高度概括。

6. 答：计算机的硬件系统由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、输入输出设备及总线系统组成。

而总线分为数据总线、地址总线、控制总线，其结构有单总线结构、双总线结构及多总线结构。

计算机组成原理实用教程(第二版)习题1一、选择题1．微型计算机的分类通常是以微处理器的 D 来划分。

A．芯片名 B. 寄存器数目C．字长 D. 规格2. 将有关数据加以分类、统计、分析，以取得有价值的信息，我们称为 A。

A．数据处理 B. 辅助设计C．实时控制 D. 数值计算3．计算机技术在半个世纪中虽有很大的进步，但至今其运行仍遵循这一位科学家提出的基本原理 D 。

A.爱因斯坦B. 爱迪生C. 牛顿D. 冯·诺伊曼4．冯·诺伊曼机工作方式的基本特点是 A 。

A．按地址访问并顺序执行指令 B．堆栈操作C．选择存储器地址 D．按寄存器方式工作5．目前的CPU包括_A_和cache。

A. 控制器、运算器B. 控制器、逻辑运算器C. 控制器、算术运算器D. 运算器、算术运算器二、填空1. 数字式电子计算机的主要外部特性是快速性、准确性、通用性、逻辑性。

2. 世界上第一台数字式电子计算机诞生于 1946 年。

3. 第一代电子计算机逻辑部件主要由电子管组装而成。

第二代电子计算机逻辑部件主要由晶体管组装而成。

第三代电子计算机逻辑部件主要由集成电路组装而成。

第四代电子计算机逻辑部件主要由大规模集成电路组装而成。

4. 当前计算机的发展方向是网络化计算机系统、分布式计算机系统和智能化计算机系统等方向发展。

5. 电子计算机与传统计算工具的区别是自动化程度高。

6.冯·诺依曼机器结构的主要思想是1.采用二进制代码表示数据和指令；2．采用存储程序的工作方式；3．计算机的硬件系统由五大部分组成。

7. 冯·诺依曼机器结构由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部分组成。

8. 中央处理器由运算器和控制器两部分组成。

9. 计算机中的字长是指机器数的二进制位数（或计算机一次可以处理的二进制位数）。

10. 运算器的主要部件是算术逻辑运算单元ALU。

11. 控制器工作的实质是指挥和协调机器各个部件有条不紊工作。

清华大学2001年计算机组成原理试题试题内容：一、（10分）某RISC处理机各类指令使用频率和理想CPI（指令和数据访问Cache命中率为100％时的CPI）如下表所示。

而实际测得的指令访问Cache缺失率（miss rate）为5％，数据访问的Cache缺失率为10％，Cache的缺失损失（miss penalty）为40个时钟周期。

（1）该机器在无Cache缺失（理想情况）时的CPI是多少？（3分）（2）该机器在无Cache缺失（理想情况）时的速度比有Cache缺失时快多少倍？（7分）指令类型使用频率 CPI idealALU操作 43% 1Loads 21% 2Stores 12% 2Branches 24% 2二、（13分）一台模型机共有7条指令，主频25MHz，各指令的使用频率与CPI如下表所示。

该模型机有8位和16位两种指令字长，采用2-4扩展操作码。

8位字长指令为寄存器（R－R）二地址类型，16位字长指令为寄存器－存储器（R－M）二地址变址寻址类型（-128<=变址范围<=127）。

指令（字长）使用频度f CPII1（8位） 35% 1I2（8位） 25% 2I3（8位） 20% 2I4（16位） 10% 2I5（16位） 5% 1I6（16位） 3% 2I7（16位） 2% 2（1）计算该机的MIPS速率。

（4分）（2）计算操作码的平均码长。

（3分）（3）该机允许使用多少个可编址的通用寄存器，多少变址寄存器？（3分）（4）设计该机的两种指令格式，标出各字段位数并给出操作编码。

（3分）三、（12分）假设在一个采用组织相联映像方式的Cache中，主存有B0～B7共8块组成，Cache有C0～C3共4块，组内块数为2块。

每块的大小为32个字节，采用FIFO块替换算法。

在一个程序执行过程中依次访问块地址流如下：B1，B4，B6，B3，B0，B4，B6，B2，B4，B5（1）写出主存地址的格式，并标出各字段的长度（3分）（2）写出Cache地址的格式，并标出各字段的长度（3分）（3）画出主存与Cache之间各个块的映像对应关系（3分）（4）列出程序执行过程中Cache的块地址流分布情况。

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》实验指导重庆文理学院计算机学院贾旭飞实验一监控程序与汇编语言程序设计一、实验原理：教学机的监控程序是用教学机的汇编语言实现的，运行在教学机的硬件系统之上。

它的主要功能是支持把计算机终端或PC机仿真终端接入教学机系统，使用这样的设备执行输入/输出操作，运行教学机的有关程序，以更方便直观的形式支持教学机上的各项实验功能，提供教学机汇编语言的可用子程序。

监控程序提供类似PC机DOS系统下的Debug程序的功能，支持A、U、G、P、T、R、D和E共8个监控命令。

监控命令的格式为：单字母的命令名后跟回车，或命令名后跟一个地址参数，或寄存器名（编号）参数。

当有些命令运行时需要参数，但命令名后又不跟参数时，监控程序会从内存指定单元取一个默认的地址参数值，通常为该命令前一次运行后所接收地址。

TEC—2机从终端接收地址、指令，数值时，均用最多4位的16进制数输入与显示，并且不能（或说不必）用跟字符h加以标志。

⑴单条汇编命令A格式：A[adr]这里的[adr]表示此处的地址参数adr为任选项（但选择范围必须为0800H—0FFFH）。

无此参数时，系统将取默认值。

该规则下同。

功能：完成单条指令的汇编操作，把产生出来的TEC—2机的执行代码放入对应的内存单元中。

命令名后的地址是头一条汇编语句的执行码的内存单元地址。

每条语句汇编完成之后，系统将相应修改地址值，以便正确处理下条汇编语句。

在应该输入汇编语句时，不给出汇编语句而直接回车，则结束A命令的运行过程。

若汇编中发现语法错误，用ˆ指明出错位置后请求重新给出正确语句。

要说明，这里的单条汇编功能不很完善，例如不支持语句标号，也不能使用伪指令等。

遇到这些问题，要求使用者直接使用机器码，并通过E命令将其送入相应内存单元。

⑵反汇编命令U格式：U[adr]功能：每次从指定的（或默认的）地址反汇编15条命令，并将结果显示在终端屏幕上。

反汇编完成之后，已将该命令的默认地址修改好。