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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。
第五章指令系统测试1、以下四种类型指令中，执行时间最长的是（）(单选)A、RR型指令B、RS型指令C、SS型指令D、程序控制类指令2、程序控制类指令的功能是（）（单选）A、进行算术运算和逻辑运算B、进行主存与CPU之间的数据传送C、进行CPU和I/O设备之间的数据传送D、改变程序执行的顺序3、单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用的寻址方式是( ）（单选）A、立即数寻址B、寄存器寻址C、隐含寻址D、直接寻址4、下列属于指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（）（单选）A、为了实现软件的兼容和移植B、缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性C、为程序设计者提供更多、更灵活、更强大的指令D、丰富指令功能并降低指令译码难度5、寄存器间接寻址方式中，操作数存放在（）中（单选）A、通用寄存器B、主存C、数据缓冲寄存器MDRD、指令寄存器6、指令采用跳跃寻址方式的主要作用是（) (单选)A、访问更大主存空间B、实现程序的有条件、无条件转移C、实现程序浮动D、实现程序调用7、下列寻址方式中，有利于缩短指令地址码长度的是（）（单选）A、寄存器寻址B、隐含寻址C、直接寻址D、间接寻址8、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H．则该操作数的有效地址为( ) (单选)A、1200HB、12FCHC、3888HD、88F9H9、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H．则该操作数为( ) (单选)A、1200HB、12FCHC、3888HD、88F9H10、某计算机按字节编址，采用大端方式存储信息。
标记题目信息文本一、选择题题目1正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干控制器的功能是（）选择一项：a. 执行语言翻译b. 向计算机各部件提供控制信号恭喜您回答正确！c. 支持汇编程序d. 完成数据运算反馈Your answer is correct.正确答案是：向计算机各部件提供控制信号题目2正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干硬连线控制器是由以下部件组成（）选择一项：a. 程计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，步骤标记b. 程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器恭喜您回答正确！c. 指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器d. 程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件反馈Your answer is correct.正确答案是：程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器题目3正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）选择一项：a. 每一条机器指令由一条微指令来执行b. 一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行c. 一条微指令由若干条机器指令组成d. 每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行恭喜您回答正确！反馈Your answer is correct.正确答案是：每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行题目4正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干微指令执行的顺序控制问题，实际上是如何确定下一条微指令的地址问题。
通常采用的一种方法是断定方式，其基本思想是（）。
选择一项：a. 用程序计数器PC来产生后继微指令地址b. 用微程序计数器uPC来产生后继微指令地址c. 通过微指令顺序控制字段由设计者指定或者由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址恭喜您回答正确！d. 通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址反馈Your answer is correct.正确答案是：通过微指令顺序控制字段由设计者指定或者由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址题目5正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干利用时间重叠途径实现并行处理的是（）选择一项：a. 并行处理机b. 流水线处理机恭喜您回答正确！c. 相联处理机d. 多处理机反馈Your answer is correct.正确答案是：流水线处理机。
第五章题解计算机组成原理习题解答5.15.1 什么是总线主模块？什么是总线从模块？试说明下列情况中谁是主模块、谁是从模块？（1）CPU执行程序；（2）CPU与I/O设备交换数据；（3）高速I/O设备与主存交换数据。
题解:主模块指对总线具有控制能力的模块；而从模块是指只能被动地响应主模块发来的总线命令的模块，从模块对总线没有控制权。
（1）CPU是主模块，存储器是从模块；（2）CPU是主模块，I/O设备是从模块；（3）高速I/O设备是主模块，主存是从模块。
5.35.3 某总线在一个总线周期中并行传送8个字节的信息，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线频率为70MHz，求总线带宽和数据传输率各是多少？题解：总线带宽= 70MHz×8B =560MBps总线数据传输率= 560MBps =4480bps5.45.4 请计算总线性能参数：（1）对于某32位总线，如果总线时钟频率为33MHz，若一个总线周期等于3个总线时钟周期，那么总线带宽和数据传输率各是多少？（2）如果总线时钟频率升至66MHz，总线宽度扩展为64位，总线周期缩短为2个总线时钟周期，那么总线带宽和数据传输率又各是多少？题解：⑴总线宽度=32位/8 =4B总线带宽= 33MHz×4B=132MBps总线数据传输率= 33MHz×4B/3=44MBps⑵总线宽度=64位/8 =8B总线带宽= 66MHz×8B=528MBps总线数据传输率=66MHz×8B/2=264MBps5.55.5 异步通信方式和同步通信方式的实质性区别是什么？对于采用异步通信方式的总线来说，发送者和接收者按照各自的速度处理数据传送，那么它们之间是否需要进行时间上的协调？为什么？答：异步通信和同步通信的实质性区别在于是否采用统一的时标进行控制。
对于采用异步通信方式的总线来说，发送者和接收者按照各自的速度处理数据传送，它们之间需要进行时间上的协调，采用应答方式取得联系，否则无法配合完成操作。
计算机组成原理课后答案中英主编第五版计算机组成原理课后答案第一章：计算机系统概述1. 数据是计算机系统处理的基本对象，其形式包括数字、文本、图像、音频等多种类型。
2. 信息是对数据进行加工处理后得到的有用结果，例如计算、存储、传输等操作。
3. 计算机系统组成包括硬件和软件两个部分。
硬件包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备和输出设备等；软件包括系统软件和应用软件两部分。
4. 计算机系统的层次结构包括硬件层、指令系统层、操作系统层和应用层等，每一层都在上层的基础上提供更高级的功能，为上层提供服务。
第二章：数字系统1. 数制是一种用来表示数字的符号体系，常见的数制包括二进制、八进制、十进制和十六进制。
2. 在二进制系统中，每一位上的数值称为位权，位权的值是2的幂次方。
3. 二进制转换为十进制可以使用位置权重法，将二进制数每一位与对应的位权相乘，然后求和即可。
4. 十进制转换为二进制可以使用短除法，不断将十进制数除以2取余数，直到商为0为止，将余数按倒序排列即为二进制数。
第三章：汇编语言1. 汇编语言是一种与机器语言直接对应的低级语言，使用助记符来表示机器指令。
2. 汇编语言的指令包括数据传输指令、运算指令、逻辑指令、控制转移指令等，用于完成各种计算机操作。
3. 汇编程序是由一系列汇编语句组成的程序，需要经过汇编器的处理转换为机器语言程序，再由计算机执行。
4. 汇编语言相对于机器语言具有可读性强、编写方便的优点，但是移植性较差，需要根据不同的硬件平台进行适配。
第四章：总线1. 总线是计算机各部件之间传输数据和信号的通道，包括数据总线、地址总线和控制总线等。
2. 数据总线用于传输数据，地址总线用于指定操作的存储单元或者IO设备，控制总线用于传递控制信息。
3. 总线的性能指标包括宽度（数据位宽）、带宽（传输速率）和周期（传输时间）等。
第五章：存储器1. 存储器是计算机中用于存储指令和数据的设备，包括主存储器和辅助存储器两部分。
第5 章习题参考答案第5 章习题参考答案1．请在括号内填入适当答案。
在CPU 中：(1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR）；(2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR）(3)算术逻辑运算结果通常放在（DR）和（通用寄存器）。
2．参见图 5.15 的数据通路。
画出存数指令“ STO Rl， (R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl 的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解：STO R1, (R2)的指令流程图及为操作信号序列如下：STO R1, (R2)(PC)→ARPC O, G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → IR DR O , G, IR i(R2) → AR R2O , G, AR i(R1) → DR R1O , G, DR i(DR) → M R/W=W~3．参见图 5.15 的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将 (R3)为地址主存单元的内容取至寄存器 R2 中，标出各微操作控制信号序列。
解：LAD R3, (R0) 的指令流程图及为操作信号序列如下：LAD (R3), R0(PC)→ AR PC O, G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → IR DR O , G, IR i(R3) → AR R3O , G, AR i(M) → DR R/W=R(DR) → R0DR O , G, R0i~4．假设主脉冲源频率为 10MHz，要求产生 5 个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。
解：5．如果在一个 CPU 周期中要产生 3 个节拍脉冲；T l＝200ns，T2=400ns，T3=200ns，试画出时序产生器逻辑图。
解：取节拍脉冲 T l、 T2、T3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。
所以取时钟源提供的时钟周期为 200ns，即，其频率为 5MHz. ；由于要输出 3 个节拍脉冲信号，而 T3的宽度为 2 个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是 4 个时钟周期，所以除了 C4外，还需要 3 个触发器—— C l、C2、C3；并令T1C 1C2；T1C 2C3；T3C1 C 3，由此可画出逻辑电路图如下：6．假设某机器有 80 条指令，平均每条指令由 4 条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
国开电大计算机组成原理形考任务5参考
答案
答案】：读出信息、写入信息、清除信息、转移信息
1.在以下设备中，CPU的寄存器具有最快的存取速度。
2.对于容量为1K×8位的SRAM芯片，最少需要引出20根线，包括电源和接地线。
3.Cache被添加到主存和CPU之间，其目的是解决两者之间的速度不匹配问题。
4.RAM芯片串联的目的是增加存储单元数量和存储器字长。
5.主存储器的特点是容量小、速度快、成本高。
6.虚拟存储器的目的是为用户提供比主存更大的逻辑编程空间。
7.静态存储器、动态存储器和高速缓存存储器在停电后会丢失存储的信息。
8.对主存储器的基本操作包括读出信息、写入信息、清除信息和转移信息。
1在中断周期中，将允许中断触发器置“0”的操作由（）完成。
A 硬件B 关中断指令C 开中断指令D 主程序在中断周期中，由______将允许中断触发器置“0”。
A.关中断指令B.机器指令C.开中断指令D.中断隐指令正确答案：D中断周期中，CPU要自动完成一系列操作，其中包括保护程序断点、寻找中断服务程序的入口地址和关中断，其中关中断即将允许中断触发器EI置“0”。
这一系列操作都是由CPU硬件自动完成，是机器中没有的指令，所以称为中断隐指令。
中断隐指令----是指指令系统中没有的指令，它由CPU在中断响应周期自动完成。
其功能是保护程序断点、硬件关中断、向量地址送PC（硬件向量法）或中断识别程序入口地址送PC（软件查询法）。
这个是硬件关中断，和关中断指令有区别。
2在中断响应周期，CPU主要完成以下工作（）。
A关中断，保护断点，发中断响应信号并形成中断服务程序入口地址B开中断，保护断点，发中断响应信号并形成中断服务程序入口地址C关中断,执行中断服务程序D开中断,执行中断服务程序下列叙述中，正确的是( )A．程序中断方式和DMA方式中实现数据传送都需中断请求B．程序中断方式中有中断请求，DMA方式中无中断请求C．程序中断方式和DMA方式中都有中断请求，但目的不同D．DMA方式中无中断请求正确答案C答案解析[解析] DMA方式中实现数据传送不需中断请求，所以选项A是错误的；程序中断方式和DMA 方式中都有中断请求，但目的不同，所以选项B和D错误，选项C是正确的。
中断向量地址是( )。
A．子程序入口地址B．中断服务程序入口地址C．中断服务程序入口地址的地址D．子程序入口地址的地址正确答案C答案解析[解析] 中断向量指的是中断服务程序的入口地址，而中断向量的地址就是指中断服务程序的入口地址的地址。
第5章习题参考答案1．请在括号内填入适当答案;在CPU 中：1保存当前正在执行的指令的寄存器是 IR ； 2保存当前正在执行的指令地址的寄存器是 AR3算术逻辑运算结果通常放在 DR 和 通用寄存器 ;2．参见图的数据通路;画出存数指令“STO Rl,R2”的指令周期流程图,其含义是将寄存器Rl 的内容传送至R2为地址的主存单元中;标出各微操作信号序列; 解：STO R1, R2的指令流程图及微操作信号序列如下：3．参见图的数据通路,画出取数指令“LAD R3,R0”的指令周期流程图,其含义是将R3为地址主存单元的内容取至寄存器R2中,标出各微操作控制信号序列; 解：LAD R3, R0的指令流程图及为操作信号序列如下：4．假设主脉冲源频率为10MHz,要求产生5个等间隔的节拍脉冲,试画出时序产生器的逻辑图; 解： 5．如果在一个CPU 周期中要产生3个节拍脉冲；T l ＝200ns,T 2=400ns,T 3=200ns,试画出时序产生器逻辑图;解：取节拍脉冲T l 、T 2、T 3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可;所以取时钟源提供的时钟周期为200ns,即,其频率为5MHz.；由于要输出3个节拍脉冲信号,而T 3的宽度为2个时钟周期,也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期,所以除了C 4外,还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3；并令211C C T *=；321C C T *=；313C C T =,由此可画出逻辑电路图如下：6．假设某机器有80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条取指微指令是所有指令公用的;已知微指令长度为32位,请估算控制存储器容量; 解：80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条公用微指令,所以总微指令条数为80 4-1+1=241条微指令,每条微指令32位,所以控存容量为：24132位7．某ALU 器件是用模式控制码M S 3 S 2 S 1 C 来控制执行不同的算术运算和逻辑操作;下表列出各条指令所要求的模式控制码,其中y 为二进制变量,φ为0或l 任选;2,S l ,C 的逻辑表达式;由表可列如下逻辑方程 M=GS 3=H+D+FS 2=A+B+D+H+E+F+G S 1=A+B+F+G C=H+D+Ey+Fy8．某机有8条微指令I1—I8,每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示;a—j分别对应10种不同性质的微命令信号;假设一条微指令的控制字段仅限为8位,请安10位控制字段,现控制字段仅限于8位,那么,为了压缩控制字段的长度,必须设法把一个微指令周期中的互斥性微命令组合在一个小组中,进行分组译码;经分析,e,f,h和b,i,j、或d,i,j和e,f,h、或g,b,j和i,f,h均是不可能同时出现的互斥信号,所以可将其通过2:4译码后输出三个微命令信号00表示该组所有的微命令均无效,而其余四个微命令信号用直接表示方式;因此可用下面的格式安排控制字段;e f h b i je f h d i jf h i bg j9μA8 = P1·IR6·T4μA7 = P1·IR5·T4μA6 = P2·C·T4其中μA8—μA6为微地址寄存器相应位,P1和P2为判别标志,C为进位标志,IR5和IR6为指令寄存器的相应位,T4为时钟周期信号;说明上述逻辑表达式的含义,画出微地址转移逻辑图;解：μA5=P3·IR5·T4μA4=P3·IR4·T4μA3=P1·IR3·T4μA2=P1·IR2·T4μA1=P1·IR1·T4μA0=P1·IR·T4+P2·C·T4用触发器强置端低有效修改,前5个表达式用“与非”门实现,最后1个用“与或非”门实现μA2、μA1、μA触发器的微地址转移逻辑图如下：其他略10．某计算机有如下部件,ALU,移位器,主存M,主存数据寄存器MDR,主存地址寄存器MAR,指令寄存器IR,通用寄存器R0R3,暂存器C和D;1请将各逻辑部件组成一个数据通路,并标明数据流动方向;2画出“ADD R1,R2”指令的指令周期流程图;解：1 设该系统为单总线结构,暂存器C和D用于ALU的输入端数据暂存,移位器作为ALU输出端的缓冲器,可对ALU的运算结果进行附加操作,则数据通路可设计如下：2 根据上面的数据通路,可画出“ADD R1,R2”设R1为目的寄存器的指令周期流程图如下：11．已知某机采用微程序控制方式,控存容量为51248位;微程序可在整个控存中实现转移,控制微程序转移的条件共4个,微指令采用水平型格式,后继微指令地址采用断定方式;请问；1微指令的三个字段分别应为多少位2画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图;解：1 因为容量为51248位,所以下址字段需用9位,控制微程序转移的条件有4个,所以判别测试字段需4位或3位译码,因此操作控制字段的位数48-9-4=35位或48-9-3=36位2微程序控制器逻辑框图参见教材图12．今有4级流水线,分别完成取指、指令译码并取数、运算、送结果四步操作;今假设完成各步 操作的时间依次为100ns,100ns,80ns,50ns;请问； 1流水线的操作周期应设计为多少2若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么第2条指令要推迟多少时间进行3如果在硬件设计上加以改进,至少需推迟多少时间 答：1 流水操作周期为max100,100,80,50=100ns2若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么在第1条指令“送结果”步骤完成后,第2条指令的“取数”步骤才能开始,也就是说,第2条指令要推迟两个操作周期,即200ns 才能进行;3 如果在硬件设计上加以改进,采用定向传送的技术,则只要第1条指令完成“运算”的步骤,第2条指令就可以“取数”了,因此至少需推迟100ns;13．指令流水线有取指IF 、译码ID 、执行EX 、访存MEM 、写回寄存器堆WB 五个过程段,共有20条指令连续输入此流水线;1画出流水处理的时空图,假设时钟周期为100ns;2求流水线的实际吞吐率单位时间里执行完毕的指令数; 3求流水线的加速比; 解：1 流水处理的空图如下,其中每个流水操作周期为100ns ：空间S I 1 I 2 I 15 I 16 I 17 I 18 I 19 I 20WB MEM EXIDIF123456192021222324时间T2 流水线的实际吞吐量：执行20条指令共用5+119=24个流水周期,共2400ns,所以实际吞吐率为：3 流水线的加速比为：设流水线操作周期为τ,则n指令串行经过k个过程段的时间为nkτ；而n条指令经过可并行的k段流水线时所需的时间为k+n-1τ；故20条指令经过5个过程段的加速比为：14．用时空图法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率;解：设流水计算机的指令流水线分为4个过程段：IF、ID、EX、WB,则流水计算机的时空图如下：空间S I1I2I3I4I5WBEXIDIF12345678时间T 非流水计算机的时空图：空间S I1I2WB EX ID IF1 2 3 4 5 6 7 8 时间T由图中可以看出,同样的8个操作周期内,流水计算机执行完了5条指令,而非流水计算机只执行完了2条指令；由此,可看出流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率; 15．用定量描述法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率; 证明：设流水计算机具有k 级流水线,每个操作周期的时间为,执行n 条指令的时间为：()τ⨯-+=1n k T ；吞吐率为：()τ⨯-+=11n k nH而非流水计算机,执行n 条指令的时间为：τ⨯⨯=k n T ；吞吐率为：τ⨯⨯=k n nH 2当n=1时,21H H =；当n>1时,21H H >,即：流水计算机具有更高的吞吐率;16．判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关 1 I 1 LAD R1,A ； MA →R1,MA 是存储器单元 I 2 ADD R2,Rl ； R2+R1→R2 2 I 1 ADD R3,R4 ； R3+R4→R3 I 2 MUL R4,R5 ； R4R5→R43 I 1 LAD R6,B ； MB →R6,MB 是存储器单元I 2 MUL R6,R7 ； R6 R7→R6 解：1 I 1的运算结果应该先写入R 1,然后再在I 2中读取R 1的内容作为操作数,所以是发生RAW “写后读”相关2 WAR3 RAW 和WAW 两种相关17．参考图所示的超标量流水线结构模型,现有如下6条指令序列： I 1 LAD R1,B ； MB →R1,MB 是存储器单元 I 2 SUB R2,Rl ； R2-R1→R2 I 3 MUL R3,R4 ； R3R4→R3 I 4 ADD R4,R5 ； R4+R5→R4I 5 LAD R6,A ； MA →R6,MA 是存储器单元 I 6 ADD R6,R7 ； R6+R7→R6请画出：1按序发射按序完成各段推进情况图; 2按序发射按序完成的流水线时空图; 解：(1) 按序发射按序完成各段推进情况图如下仍设F 、D 段要求成对输入；F 、D 、W 段只需1个周期；加需要2个周期；乘需要3个周期；存/取数需要1个周期；执行部件内部有定向传送,结果生成即可使用：取指段译码段执行段取/存加法器乘法器写回段1234567891011时钟I1I2超标量流水线的时空图。
