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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MIPS？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：10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5×1.2G/(150×106)=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×价格)R越大说明性价比越高，也即，“执行时间×价格”的值越小，则性价比越高。
因为10×5000 > 5×8000，所以，M2的性价比高。
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MIPS？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，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/=100MIPS。
对于M2，P1的速度为：150M/5=30MIPS；P2为420k/=70MIPS。
从执行速度来看，对于P2，因为100/70=倍，所以M1比M2快倍。
（3）在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5×(150×106)=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×价格)R越大说明性价比越高，也即，“执行时间×价格”的值越小，则性价比越高。
因为10×5000 > 5×8000，所以，M2的性价比高。
应选择M2。
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元，下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。
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MIPS？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，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/=100MIPS。
对于M2，P1的速度为：150M/5=30MIPS；P2为420k/=70MIPS。
从执行速度来看，对于P2，因为100/70=倍，所以M1比M2快倍。
（3）在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5×(150×106)=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×价格)R越大说明性价比越高，也即，“执行时间×价格”的值越小，则性价比越高。
因为10×5000 > 5×8000，所以，M2的性价比高。
1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？略。
1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？略。
1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。
略。
1．4 计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？` 。
1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些？答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。
答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。
1．6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？答：指CPU一次能处理的数据位数。
它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。
1．7 什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。
它包括主存容量和辅存容量。
主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。
如内存等。
辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。
1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。
（1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。
（2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。
它具有加法、测试和控制其他部件的功能。
（3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。
（4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。
（5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。
（6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。
（7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。
（8）将高级语言翻译成机器语言的程序。
（9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。
（10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。
供选择的词或短语：1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器（CPU）4、编译器5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机9、主存储器 10、VLSI答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2，（6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。
《运算器》P61 3.4写出下列各机器数的二进制真值X：（1）[X]补=0,1001 X=1001（2）[X]补=1,1001 X=－111（3）[X]原=0,1101 X=1101（4）[X]原=1,1101 X=－1101（5）[X]反=0,1011 X=1011（6）[X]反=1,1011 X=－100（7）[X]移=0,1001 X=－111（8）[X]移=1,1001 X=＋1001（9）[X]补=1,0000000 X=－10000000B，X＝－128（10）[X]反=1,0000000 X＝－1111111B，X＝－127（11）[X]原=1,0000000 X＝－0（12）[X]移=1,0000000 X＝0P107 4.1X＝0.1101 Y＝－0.0110（设机器数长度为8位）[X]补=0.1101000[－X]补=1.0011000[2X]补=溢出[－2X]补=溢出[X/2]补=0.0110100[-X/2]补=1.1001100[Y]补=1.1010000[－Y]补=0.0110000[2Y]补=1.0100000[－2Y]补=0.1100000[Y/2]补=1.1101000[-Y/2]补=0.0011000[-Y/4]补=0.0001100P61：5、（1） X=-25/64=-0.011001B ，Y=2.875=10.111B[X]浮=0，11111 1.11001=7F9H [Y]浮=1,00010 0.10111=897H （2） [Z]浮=9F4H=1,00111 1.10100=-80P61：6、机器数字长16位 （1） 无符号整数：12~016-（2） 原码表示的定点整数：1，111…11~0，111…11即12~)12(1515--- （3） 补码表示的定点整数：1，00…000~0，111…11即12~21515--（4） 补码表示的定点小数：1.00…000~0.111…11即1521~1---（5） 非规格化浮点数：ER M N ⨯=最大数=12772)21(--⨯-最小数=12721-⨯-最大负数=72722--⨯-最小正数=72722--⨯（6） 最大数=12772)21(--⨯-最小数=12721-⨯-最大负数=72712)22(---⨯+-最小正数=72122--⨯P107：2、（1）（2）P108：4－14－2P108：55－1补码BOOTH算法5－2补码BOOTH算法P108：6、6－1原码恢复余数算法6－2原码加减交替算法P108 7－1补码加减交替算法7－2补码加减交替算法P108：8－1（1）X=-1.625=-1.101B Y=5.25=101.01B X+YX－Y:1、对阶同上2、尾数相减：11.1100110+ 11.01011[E X-Y]补= 11.00100103、结果不需规格化4、舍入处理：[E X-Y]补＝1.00101[X-Y] = 0,0011 1,00101X=0.2344 = 0.00111 Y= -0.1133=-0.00011X－Y:1、对阶同上2、尾数相减：00.11100+ 00.01100[E X-Y]补= 01.01000 发生正溢尾数右移，阶码加1[E X-Y]补= 0.10100[M x-y] = 1.11113、结果不需规格化4、舍入处理：[E X-Y]补＝0.10100[X-Y] = 1,1111 0,10100（1）X=5.25=101.01B Y=-1.625=-1.101B X*Y9-1 X/Y:9-2 X*Y9-2 X/Y《存储体系》P225：2、 （1） 片641641161664=⨯=⨯⨯K K（2） s msμ625.151282=（3） s ns μ64500128=⨯ P225：3、（1） 最大主存容量=bit 16218⨯（2） 共需片6416416416218=⨯=⨯⨯bitK bit芯片；若采用异步刷新，则刷新信号的周期为s msμ625.151282= （3） 每块8字节，则Cache 容量为行925128162==⨯BytebitK ，即c=9，Cache 采用2路组相联映射，则r=1。
P156 4.1X＝0.1101 Y＝－0.0110（设机器数长度为8位）[X]补=0.1101000[－X]补=1.0011000[2X]补=溢出[－2X]补=溢出[X/2]补=0.0110100[-X/2]补=1.1001100[Y]补=1.1010000[－Y]补=0.0110000[2Y]补=1.0100000[－2Y]补=0.1100000[Y/2]补=1.1101000[-Y/2]补=0.0011000[-Y/4]补=0.0001100P156：2、（1）（2）P156：4－46－1原码恢复余数算法6－2原码加减交替算法P156：4.8阶码（5位补码）尾数（6位补码）（1）X=-1.625=-1.101B Y=5.25=101.01B X+YX－Y:1、对阶同上2、尾数相减：11.1100110+ 11.01011[E X-Y]补= 11.00100103、结果不需规格化4、舍入处理：[E X-Y]补＝1.00101[X-Y] = 0,0011 1,00101P108：9-1阶码（5位移码）尾数（6位补码）（1）X=5.25=101.01B Y=-1.625=-1.101B X*Y9-1 X/Y:9-2 X*Y9-2 X/Y《存储体系》P225：2、 （1） 片641641161664=⨯=⨯⨯K K（2） s msμ625.151282=（3） s ns μ64500128=⨯ P225：3、（1） 最大主存容量=bit 16218⨯（2） 共需片6416416416218=⨯=⨯⨯bitK bit芯片；若采用异步刷新，则刷新信号的周期为s msμ625.151282= （3） 每块8字节，则Cache 容量为行925128162==⨯BytebitK ，即c=9，Cache 采用2路组相联映射，则r=1。
主存容量为块161828162=⨯Bytebit，即m=16。
每块包含4个字，每字包含2个字节。
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。
《运算器》P101 3.4写出下列各机器数的二进制真值X：（1）[X]补=0,1001 X=1001（2）[X]补=1,1001 X=－111（3）[X]原=0,1101 X=1101（4）[X]原=1,1101 X=－1101（5）[X]反=0,1011 X=1011（6）[X]反=1,1011 X=－100（7）[X]移=0,1001 X=－111（8）[X]移=1,1001 X=＋1001（9）[X]补=1,0000000 X=－10000000B，X＝－128（10）[X]反=1,0000000 X＝－1111111B，X＝－127（11）[X]原=1,0000000 X＝－0（12）[X]移=1,0000000 X＝0P156 4.1X＝0.1101 Y＝－0.0110（设机器数长度为8位）[X]补=0.1101000[－X]补=1.0011000[2X]补=溢出[－2X]补=溢出[X/2]补=0.0110100[-X/2]补=1.1001100[Y]补=1.1010000[－Y]补=0.0110000[2Y]补=1.0100000[－2Y]补=0.1100000[Y/2]补=1.1101000[-Y/2]补=0.0011000[-Y/4]补=0.0001100（1） X=-25/64=-0.011001B ，Y=2.875=10.111B[X]浮=0，11111 1.11001=7F9H [Y]浮=1,00010 0.10111=897H （2） [Z]浮=9F4H=1,00111 1.10100=-80P102：9、机器数字长16位 （1） 无符号整数：12~016-（2） 原码表示的定点整数：1，111…11~0，111…11即12~)12(1515---（3） 补码表示的定点整数：1，00…000~0，111…11即12~21515-- （4） 补码表示的定点小数：1.00…000~0.111…11即1521~1--- （5） 非规格化浮点数：ER M N ⨯=最大数=12772)21(--⨯-最小数=12721-⨯-最大负数=72722--⨯-最小正数=72722--⨯（6） 最大数=12772)21(--⨯-最小数=12721-⨯-最大负数=72712)22(---⨯+-最小正数=72122--⨯（1）（2）P156：4－14－2P156：55－1补码BOOTH算法5－2补码BOOTH算法P156：6、6－1原码恢复余数算法6－2原码加减交替算法P156 7－1补码加减交替算法7－2补码加减交替算法P156：4.8阶码（5位补码）尾数（6位补码）（1）X=-1.625=-1.101B Y=5.25=101.01B X+YX－Y:1、对阶同上2、尾数相减：11.1100110+ 11.01011[E X-Y]补= 11.00100103、结果不需规格化4、舍入处理：[E X-Y]补＝1.00101[X-Y] = 0,0011 1,00101X=0.2344 = 0.00111 Y= -0.1133=-0.00011X－Y:1、对阶同上2、尾数相减：00.11100+ 00.01100[E X-Y]补= 01.01000 发生正溢尾数右移，阶码加1[E X-Y]补= 0.10100[M x-y] = 1.11113、结果不需规格化4、舍入处理：[E X-Y]补＝0.10100[X-Y] = 1,1111 0,10100阶码（5位移码）尾数（6位补码）（1）X=5.25=101.01B Y=-1.625=-1.101B X*Y9-1 X/Y:9-2 X*Y9-2 X/Y《存储体系》P225：2、 （1） 片641641161664=⨯=⨯⨯K K（2） s msμ625.151282=（3） s ns μ64500128=⨯ P225：3、（1） 最大主存容量=bit 16218⨯（2） 共需片6416416416218=⨯=⨯⨯bitK bit芯片；若采用异步刷新，则刷新信号的周期为s msμ625.151282= （3） 每块8字节，则Cache 容量为行925128162==⨯BytebitK ，即c=9，Cache 采用2路组相联映射，则r=1。
主存容量为块161828162=⨯Bytebit，即m=16。
每块包含4个字，每字包含2个字节。
标记行0标记行11标记行21标记行3…28-1标记行29-2标记行29 -1Cache Cache主存01 (2)8主存字块标记组地址块内字地址882主存字地址16主存字块标记组地址块内字地址882主存字节地址16字内字节地址1主存字地址=462EH=00 0100 01，10 0010 11，10；因此该字映射到Cache 的第139组。
（4） 分析地址：A 15A 14A 13A 12A 11A 10A 9A 8A 7A 6A 5A 4A 3A2A 1A 0最小128K RAM0000000000000000111111111111111111111111111111110000000000000… …… …… …A 17A 1600最高端8K ROM11111111保留区128K 的RAM 区由片162881616128=⨯=⨯⨯bitK bitK SRAM 芯片构成；分为8组，组与组之间进行字扩展；每个组内有2片进行位扩展。
P225：5、平均访问时间)()1()1()()1(p c m m c c m m c c c a t t t h h t t h h t h t ++⨯-⨯-++⨯⨯-+⨯= 其中：t a —— 平均访问时间；t c —— Cache 的存储周期；t m —— 主存的存储周期；t p —— 磁盘的存储周期；h c —— Cache 的命中率；h m —— 主存的命中率。
所以，nsns ns ns ns t ns ns ns ns t a a 74482.38.418)120080(%40%1080%60%1020%90=+++=+⨯⨯+⨯⨯+⨯=P168：6、 命中率%5.97%10010039003900=⨯+=h平均访问时间nsns ns ns ns t t h t h t a mc a 45639240%5.240%5.97)1(=+=⨯+⨯=⨯-+⨯=e = t c /t a =40/45=8/9P168：7、4路组相联映射，所以r=2 每块4字，所以b=2； 每字32位，所以每字包含4字节。
Cache 容量为行行字节字节92512448==⨯K ，故c=9主存容量为块块字节字节20214416==⨯M M ，故m=20标记行0标记行31标记行4标记行7…27-1标记行29-4标记行29 -1Cache Cache主存01 (213)…………(1) Cache 共分为：2c-r = 29-2 = 128组。
(2)主存字块标记组地址块内字地址1372主存字节地址20字内字节地址2P226：8、4路组相联映射，所以r=2 每块64字，所以b=6； Cache 容量为行字字72648=K ，故c=7 主存容量为块字字12264256=K ，故m=12标记行0标记行31标记行4标记行7…25-1标记行27-4标记行27 -1Cache Cache主存01 (2)7…………主存字地址0~8447，位于主存的哪几块内呢？132648448=字字，即主存的第0~8447字位于连续的132块内。
4421325余商块块=，因此这132块连续分布在第0~4大组内，其中在第4大组中只有4块。
CPU 第1次依次访问主存的0~8447字时不命中132次。
Cache 的变化如图所示CPU 从第2次开始直到第21次访问主存的0~8447字时，每轮不命中20次（从第0~4大组的前4块都不命中，其余都命中），Cache 的变化如图所示Cache第0大组第1大组第2大组第3大组第4大组主存Cache Cache Cache Cache Cache Cache因为10mc t t =, 命中率%7.99%100177408176876%1002184482020132218448=⨯=⨯⨯⨯--⨯=h设使用Cache 比不使用Cache 在速度上提高x 倍，则倍7.91011)1(10)()1(=⨯⨯-+⨯=+⨯-+⨯=mm mc m c mt h t h t t t h t h t x《指令系统》12、地址0019H001AH第一条转移指令：0019H001AH（PC）=001AH，执行该JMP指令后（PC）=001AH+0006H=0020H第二条转移指令：0019H001AH（PC）=001AH，执行该13、寄存器-存储器型指令是指一个操作数来自寄存器，另一个操作数来自存储器。
间接寻址时EA=（ADDR），因此操作数地址存放在主存地址为0~219-1的单元内，假设存储器按字编址，则EA应该是32位的地址，则主存最大存储空间为232字。
（2）其实用32位通用寄存器做基址寄存器，类似于80X86机器上存储器分段管理。
EA=32位基地址+偏移地址，所以EA是32位，则主存最大存储空间为232字。
16、设某机寄存器字长16位，用16进制表示，已知：变址寄存器内容为0004H，PC 的内容为0003H，内存中部分单元内容如下：地址：内容地址：内容0002H：000AH 0007H：000AH0003H：0002H 0008H：0002H0004H：0007H 0009H：0003H0005H：0004H 000AH：0009H0006H：0005H 000BH：0008H若某机器字长16位，采用单字长指令，每个地址码6位。
试采用操作码扩展技术，设计14条二地址指令，80条一地址指令，60条零地址指令。
请给出指令编码示意图。
设某8位计算机，除HALT 指令外，指令均为双字长，格式如下：其中，问：CPU 启动执行指令到停机，期间执行了哪几条指令？写出每条指令的功能、寻址方式、操作数及执行结果。
解：由于（PC ）=22H ，即程序的第一条指令地址为22H ，从22H 开始，执行到2DH （HALT 指令）为止，共五条指令。
经分析，所有指令的目的操作数的寻址方式均为寄存器寻址方式，为R1。
下面列出每条指令的功能、源操作数的寻址方式、源操作数及执行结果。
《控制器》6、设某机平均执行一条指令需要两次访问内存，平均需要三个机器周期，每个机器 周期包含4个节拍周期。
若机器主频为25MHz ，试回答：1）若访问主存不需要插入等待周期，则平均执行一条指令的时间为多少？ 2）若每次访问内存需要插入2个等待节拍周期，则平均执行一条指令的时间是又多少？解：（1）MHz2511==主频时钟周期 s μ48.043=⨯⨯=时钟周期平均指令周期（2）s μ64.02243=⨯⨯+⨯⨯=时钟周期时钟周期平均指令周期7、设某机主频为8MHz ，每个机器周期包含4个节拍周期，该机平均指令执行速度为1MIPS 。
