微型计算机原理与接口技术第五版周荷琴课后答案
【篇一：《微型计算机原理与接口技术》周荷琴_吴秀清(第三版)课后习题答案】
现在已演化为以存储器为中心的结构。
2. 微处理器，微型计算机，微型计算机系统有什么联系与区别？ 答：微处理器是微型计算机系统的核心，也称为cpu（中央处理器）。主要完成：①从存储
器中取指令，指令译码；②简单的算术逻辑运算；③在处理器和存储器或者i/o 之间传送数
据；④程序流向控制等。
微型计算机由微处理器、存储器、输入/输出接口电路和系统总线组成。
以微型计算机为主体，配上外部输入/输出设备及系统软件就构成了微型计算机系统。
三者关系如下图：
3. 微处理器有哪些主要部件组成？其功能是什么？
答：微处理器是一个中央处理器，由算术逻辑部件alu、累加器和
寄存器组、指令指针寄
存器ip、段寄存器、标志寄存器、时序和控制逻辑部件、内部总线等组成。
算术逻辑部件alu 主要完成算术运算及逻辑运算。
累加器和寄存器组包括数据寄存器和变址及指针寄存器，用来存放参加运算的数据、
中间结果或地址。
指令指针寄存器ip 存放要执行的下一条指令的偏移地址，顺序执行指令时，每取一条
指令增加相应计数。
段寄存器存放存储单元的段地址，与偏移地址组成20 位物理地址用来对存储器寻址。
标志寄存器flags 存放算术与逻辑运算结果的状态。
时序和控制逻辑部件负责对整机的控制：包括从存储器中取指令，对指令进行译码和 分析，发出相应的控制信号和时序，将控制信号和时序送到微型计算机的相应部件，使cpu
内部及外部协调工作。
内部总线用于微处理器内部各部件之间进行数据传输的通道。
4. 画一个计算机系统的方框图，简述各部分主要功能。
答：计算机系统由硬件（hardware）和软件（software）两大部分组成。
硬件是指物理上存在的各种设备，如显示器、机箱、键盘、鼠标、硬盘和打印机等，
第三章答案
三、流水线技术（80空）
1、对阶 尾数相加
2、求阶差 规格化
3、时间 流水线的各段
4、尽量相等 流水线的瓶颈
5、通过时间 大量重复的时序 输入端能连续地提供任务
6、静态 动态
7、部件级 处理机级
8、标量流水处理机 向量流水处理机
9、线性流水线 非线性流水线
10、执行/有效地址计算周期 存储器访问/分支完成周期
11、译码 读寄存器
12、ALUoutput←A op B ALUoutput←NPC + Imm
13、分支 STORE指令
14、ALU指令 LOAD指令
15、单周期 多周期
16、重复设置指令执行功能部件 流水
17、吞吐率 等功能非流水线
18、通过时间 排空时间
19、流水线寄存器的延迟 时钟扭曲
20、数据相关 控制相关
21、结构相关 数据相关
22、结构 数据
23、硬件开销 功能单元的延迟
24、写后读 读后写 写后读
25、写后读 读后写
26、PC值改变为分支转移的目标地址 PC值保持正常（等于当前值加4）
27、目标地址 分支转移条件不成立
28、8 存储器
29、多功能线性 8
30、水平处理方式 垂直处理方式
31、纵向处理方式 纵横处理方式
32、存储器 向量寄存器
33、访问存储器的次数 对存储器带宽的要求
34、每秒执行多少指令（MIPS） 每秒取得多少个浮点运算结果（MFLOPS）
35、512 8
36、链接技术 向量循环或分段开采技术
37、源向量 结果向量
38、向量功能部件 标量寄存器 向量寄存器块
39、向量寄存器 向量功能部件
3.1 流水线的基本概念
1、流水线：将一个重复的时序过程，分解为若干个子过程，而每一个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。
2、单功能流水线：只能完成一种固定功能的流水线。
第一章习题解答
1.1 什么是程序存储式计算机？
程序存储式计算机指采用存储程序原理工作的计算机。
存储程序原理又称“冯·诺依曼原理”，其核心思想包括：
程序由指令组成，并和数据一起存放在存储器中；
计算机启动后，能自动地按照程序指令的逻辑顺序逐条把指令从存储器中读出来，自动完成由程序所描述的处理工作。
1.2 通用计算机的几个主要部件是什么？
主机（CPU、主板、内存）；
外设（硬盘/光驱、显示器/显卡、键盘/鼠标、声卡/音箱）；
1.3 以集成电路级别而言，计算机系统的三个主要组成部分是什么？
中央处理器、存储器芯片、总线接口芯片
1.4 阐述摩尔定律。
每18个月，芯片的晶体管密度提高一倍，运算性能提高一倍，而价格下降一半。
1.5 讨论：摩尔定律有什么限制，可以使用哪些方式克服这些限制？摩尔定律还会持续多久？在摩尔定律之后电路将如何演化？
摩尔定律不能逾越的四个鸿沟：基本大小的限制、散热、电流泄露、热噪。具体问题如：晶体管体积继续缩小的物理极限，高主频导致的高温……
解决办法：采用纳米材料、变相材料等取代硅、光学互联、3D、加速器技术、多内核……
（为了降低功耗与制造成本，深度集成仍是目前半导体行业努力的方向，但这不可能永无止，因为工艺再先进也不可能将半导体做的比原子更小。用作绝缘材料的二氧化硅，已逼近极限，如继续缩小将导致漏电、散热等物理瓶颈，数量集成趋势终有终结的一天。一旦芯片上线条宽度达到纳米数量级时，相当于只有几个分子的大小，这种情况下材料的物理、化学性能将发生质的变化，致使采用现行工艺的半导体器件不能正常工作，摩尔定律也就要走到它的尽头了。业界专家预计，芯片性能的增长速度将在今后几年趋缓，一般认为摩尔定律能再适用10年左右，其制约的因素一是技术，二是经济。）
1.6 试以实例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系与相互影响。
计算机系统结构主要是指程序员关心的计算机概念结构与功能特性，而计算机组成原理则偏重从硬件角度关注物理机器的组织，更底层的器件技术和微组装技术则称为计算机实现。例如：确定指令集中是否有乘法指令属于计算机体系结构的内容，而乘法指令是由专门的乘法器实现还是用加法器实现则属于计算机组成原理的内容，乘法/加法器底层的物理器件类型及微组装技术则属于计算机实现的内容。
计算机体系结构习题
一、名词解释
第一章：
计算机组成：指的是计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。它着眼于物理机器级内各事物的排序方式与控制方式、各部件的功能以及各部件之间的联系。
计算机实现：指的是计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。它着眼于器件技术和微组装技术，其中器件技术在实现技术中起主导作用。
程序的局部性原理：指程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对簇聚。常用的经验规则：程序执行时间的90%都是在执行程序中的10%的代码。数据访问也具有局部性。
第二章：
RISC: 即精简指令集计算机，它是尽可能地把指令系统简化，不仅指令的条数少，而且指令的功能比较简单。（P36页）
CISC: 即复杂指令集计算机，它是增强指令功能，把越来越多的功能交由硬件实现，指令的数量也越来越多。（P36页）
寻址方式：指指令系统中如何形成所要访问的数据的地址。
第三章：
流水线技术：（P53页）把一个重复的过程分解为若干个子过程（相当于上面的工序），每个子过程由专门的功能部件来实现，把多个处理过程在时间上错开，依次通过各功能段，这样，每个子过程就可以与其他的子过程并行进行，这就是流水线技术。
线性流水线：（见P57页）线性流水线是指各段串行连接、没有反馈回路的流水线。数据通过流水线中的各段时，每个段最多只流过一次。
非线性流水线：（见P57页）非线性流水线是指各段除了有串行的连接外，还有反馈回路的流水线。
数据相关：（见P73页）考虑两条指令i和j，i在j的前面，如果下述条件之一成立，则称指令j与指令i数据相关：（1）指令j使用指令i产生的结果；（2）指令j与指令k数据相关，而指令k又与指令i数据相关。
系统级流水线（P55）是把多个处理机串行连接起来，对同一数据流进行处理，，每个处理机完成整个任务中的一部分。前一台处理机的输出结果存入存储器中，作为后一台处理机 的输入。这种流水线又称宏流水线。
