计算机组成原理设计(十条指令)
1 关于此次课程设计
1.1 课程设计目的
本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。
1.2课程设计内容及要求
基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。
设计过程中要求考虑到以下各方面的问题：
（1）指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）；
（2）数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）；
（3）存储器划分（指令，数据）；
（4）寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）；
（5）指令格式（单字节，双字节，多字节）；
（6）指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）。
要求学生综合运用计算机组成原理、数字逻辑和汇编语言等相关课程的知识，理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计（Microprogramming）思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构（ISA）。
2 分析阶段
2.1 微指令格式分析
微指令格式如下表：
表2-1 微代码定义
（1）字段24～19控制运算器的控制端，通过改变S3～CN来决定对数据进行何种算术或逻辑运算。本设计中全部为正逻辑运算。
（2）字段18为控制对主存W/R的开关
Y1、Y2进行选择。
（4）字段15～7为A、B、C三个开关控制端。
A字段
B字段
C字段
（5）字段6～1为该条微程序的八位二进制后继地址，其决定顺序执行哪条微程序。
2.2指令译码电路分析
指令译码工作原理图如下：
图2.1 指令译码原理图
P(1) ～P(4)为低电平有效，当选用时该信号为零；I7 ～I2表示机器指令前六位；SE5 ～SE1表示能够强置改变入口地址的后五位。
根据上图得出指令译码器的逻辑表达式如下：
拟定机器指令通过上式即可算出每条子程序的入口地址。 2.3 寄存器译码电路分析
寄存器译码原理图如下。
LDB0
LDR1
LDR2
I1I0
LDRi
R0-B
R1-B
R2-B
RD-B
RS-B
RI-B
I3I2
图2.2 寄存器译码原理图
寄存器的输入、输出不仅决定于输入、输出开关，还与机器指令的后四位(即I3～I0)有关，由其决定哪个寄存器被选中。
2.3.1 寄存器的输入
LDRi 为寄存器的输入开关，且为低电平有效(即LDRi=0)，I1、I0对寄存器进行选择，决定数据进入哪个寄存器。
2.3.2 寄存器的输出
RS-B 、RD-B 、RI-B 为寄存器的输出开关，且为低电平有效；I3、I2对寄存器进行选择，决定从哪个寄存器输出指令；从原理图上可以得出R2-B 的输出，若RI-B 有效则
无需关注I3、I2因而I3、I2可为任意状态。
2.4 时序分析
T1、T2、T3、T4为节拍控制端，本设计用了T4节拍控制端，当指令通过译码器P （1）时，P（1）对操作码进行测试，通过节拍脉冲T4的控制，以便识别所要求的操作。
图2.3 时序信号图
TS1时进行微程序控制器控制，TS2时进行微指令寄存器控制，TS时控制LDIR、LDAR，TS4时对P（1）、P（2）、P（3）、P（4）、AR、LOPC、LDRi、LDDR1、LDDR2
进行控制。
3 初步设计阶段
3.1 数据格式和机器指令描述
3.1.1 数据格式
本设计中所有需要处理的数据全部采用定点无符号整数表示，8个bit位，格式如下：
数据的范围是0～28，即0～255。
3.1.2 机器指令描述
机器指令描述见下表。
3.2 控制台微程序流程
3.2.1 公操作
对机器进行总清零CLR 1-0-1。
选中P(4)，通过译码形成入口地址。
3.2.2 强置写
形成入口地址后，执行写操作。
1.
（1）打开PC-B 将数据送到总线上； （2）打开LDAR 将数据从总线流到AR 中； （3）打开LDPC ，让自动加1的数据进入PC 中。 2.
（1）打开SW-B 将数据送到总线上， （2）打开LDDR1将数据从总线流到DR1中。 3.
（1）打开ALU-B 将数据送到总线上，其间DR1中的数据相当于
在ALU 中做F=A 的运算；
（2）打开CE、WE置成01状态，将数据从总线流到主存相应地
址单元中，完成数据写操作。
3.2.3 强置读
1.
（1）打开PC-B将数据送到总线上；
（2）打开LDAR将数据从总线流到AR中；
（3）打开LDPC，让自动加1的数据进入PC中。
2.
（1）打开CE、WE置成00状态，将数据从主存送到总线上；
（2）打开LDDR1将数据从总线流到DR1中。
3.
（1）打开ALU-B将数据送到总线上，其间DR1中的数据相当于
在ALU中做F=A的运算；
（2）打开LED-B，数据从总线流到输出单元，在数码管上显示
出来，完成数据读操作。
3.2.4 执行程序
形成入口地址后，开始执行程序。
所有都为空操作，只是要通过后继地址转入到运行微程序的流
程中。
3.2.5 控制台指令
PC 计数器在用清零开关CLR 清零后，通过控制台开始进行机器指令的读写和执行，此处将00Q 的后继地址设为20Q （即010000）。此时只有P(4)有效，即P(4)=0,P(1)=P(2)=P(3)=1。
强置改变有一个特点，当SEi 为1时无效，不能改变；只有SEi 为0时，才能对该位上的数进行改变；但只能由0变成1，而不能逆转。
1. 强置写指令
当进行机器指令写入时，将SWB,SWA 置成01状态，通过指令译码器的逻辑表达式即可算出入口地址。
SE5=1 SE4=1 SE3=1 SE2=1 SE1=0
SE5～SE2均无效，只有SE1有效，即可得出010000改变为010001，即强置写的入口地址为21Q 。
2. 强制写指令
当进行机器指令写入时，将SWB,SWA置成00状态，通过指令译码器的逻辑表达式即可算出入口地址。
SE5=1
SE4=1
SE3=1
SE2=1
SE1=1
SE5～SE1均无效，不能对 010000进行改变，即强置写的入口地址为20Q。
3. 程序执行指令
当进行机器指令写入时，将SWB,SWA置成11状态，通过指令译码器的逻辑表达式即可算出入口地址。
SE5=1
SE4=1
SE3=1
SE2=0
SE1=0
SE5～SE3均无效，SE2和SE1有效，即可得出010000改变为010011，即强置写的入口地址为23Q。
3.2.6 控制台流程图
综合以上所有操作，即可得出控制台的总流程图。
图3.1 控制台流程图
3.3 机器指令初步设计
PC计数器在用清零开关CLR清零后，通过控制台进入机器指令执行状态，然后开始运行微程序。此时只有P(1)有效，即P(1)=0,P(2)=P(3)=P(4)=1，且SWB,SWA仍为11。此处将运行P(1)的上一步微指令的后继地址设为40Q（即100000），应用指令译码器的逻辑表达式对其进行改变得出微程序入口地址。由于决定入口地址的只有机器指令的前四位(即I7～I4)，则通过拟定其先得出入口地址，并检验拟定的前四位是否合理，如下表所示。
表3-2 机器指令前四位
根据寄存器译码分析可以得出机器指令的后四位。
通过以上可得出完整的机器指令，如下表所示。
4 详细设计
4.1 各条指令的详细设计
4.1.1 公操作
从控制台强制执行流程，开始运行微程序。对运行微程序来说，所有的子流程都要运行取指的公操作，然后才能进行各自的操作。
1.
（1）打开PC-B ，将PC 中的数据（指令操作码地址）送到总线上； （2）打开LDAR 将数据从总线流到AR 中； （3）打开LDPC ，让自动加1的数据进入PC 中。 2.
（1）打开CE 、WE 置成00状态，对主存进行读操作，访问AR 中
保存地址的地址单元中指令；
（2）打开LDIR ，将主存中被访问的地址单元中指令送到IR ； （3）选中P(1)，根据刚保存到IR 中的指令，通过指令译码器，形
成执行该指令的微程序入口地址。
4.1.2 IN 指令操作
完成公操作后，根据形成的入口地址运行IN 指令操作。
（1）打开SW-B，将“INPUT DEVICE”中输入的数据流到总线
上；
（2）打开LDRi，根据IN指令的后两位决定让数据从总线上进
入到哪个目的寄存器Rd中。
4.1.3 LOAD指令操作
完成公操作后，根据形成的入口地址运行LOAD指令操作。
1.
0 0 0 0 0 0
NULL
（1）打开PC-B，将PC中的数据（指令地址码地址）送到总线上；
（2）打开LDAR将数据从总线流到AR中；
（3）打开LDPC，让自动加1的数据进入PC中。
2.
S3 S2 S1 S0 M CN
0 0 0 0 0 0
NULL
（1）打开CE、WE置成00状态，将数据（指令地址码）从主存送
到总线上；
（2）打开LDAR将数据从总线流到AR中。
3.
（1）将该地址下的数据存入R0中。 4. 将R0寄存器中的数据存入RD1锁存器。 5. 将数据在LED 中显示出来。
4.1.4 MOV 指令操作
完成公操作后，根据形成的入口地址运行MOV 指令操作。
（1）打开RS-B ，根据MOV 指令的I3、I2决定打开哪个原始寄存器Rs 输出门让其中保存的数据，流到总线上；
（2）打开LDRi ，根据指令的后两位决定打开哪个目的寄存器Rd
输入门，让数据从总线上进入到哪个Rd 中。
4.1.5 ADD 指令操作
完成公操作后，根据形成的入口地址运行SUB 指令操作。 1.
（1）打开PC-B ，将PC 中的数据（指令地址码地址）送到总 线上；
（2）打开LDAR 将数据从总线流到AR 中； （3）打开LDPC ，让自动加1的数据进入PC 中。 2.
（1）打开CE 、WE 置成00状态，将数据（指令地址码）从 主存送到总线上；
（2）打开LDAR将数据从总线流到AR中。
3.
（1）打开CE、WE置成00状态，根据AR中保存的指令地址
码，在主存相同地址单元中，读出其中保存的操作数，并
放置到总线上；
（2）打开LDDR2将数据从总线流到DR2中。
4.
（1）打开RS-B，根据MOV指令的I3、I2决定打开哪个原始
寄存Rs输出门让其中保存的操作数，流到总线上；
（2）打开LDDR1，让操作数经由总线进入到DR1中。
5.
（1）将ALU的控制端S3~CN置成F=A+B，对两数进行运算，
打开ALU-B将运算结果送到总线上；
（2）打开LDRi，根据指令的后两位决定打开哪个目的寄存器
Rd的输入门，让数据从总线上进入到哪个Rd中。
4.1.6 AND指令操作
完成公操作后，根据形成的入口地址运行AND指令操作。
1.
（1）打开PC-B ，将PC 中的数据（指令地址码地址）送到总线 上； （2）打开LDAR 将数据从总线流到AR 中； （3）打开LDPC ，让自动加1的数据进入PC 中。 2.
（1）打开CE 、WE 置成00状态，将数据（指令地址码）从主存 送到总线上；
（2）打开LDAR 将数据从总线流到AR 中。 3.
（1）打开CE 、WE 置成00状态，根据AR 中保存的指令地址码，
在主存相同地址单元中，读出其中保存的操作数，并放置到总线上；
（2）打开LDDR2将数据从总线流到DR2中。 4.
（1）打开RS-B ，根据MOV 指令的I3、I2决定打开哪个原始寄
存器Rs 输出门让其中保存的操作数，流到总线上； （2）打开LDDR1，让操作数经由总线进入到DR1中。
计算机组成原理-指令扩展实验解析
《计算机组成原理A》课程设计性实验报告 开课实验室：计算机组成原理实验室年月日 实验题目指令扩展实验 一、实验目的 深入了解教学计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910器件的功能与具体用法，教学计算机的总体组成和部件之间的连接方法，总之应该深入理解控制器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。 二、设备与环境 TEC-XP+教学机，微机(装有Windows XP、ISPLEVER、ispVM System等软件)。 三、实验内容 在现有的基本指令系统上，扩展2条指令，分别是： 指令一：NXOR DR,SR ，其功能是（DR⊕SR） DR 。 指令二: SWRM DR,[SR] ,其功能是DR与[SR]的值互换，实现寄存器与内存单元（通过间接寻址方式）之间的数据传送。 四、实验步骤 1、CPU模型
2、微程序控制器组成原理框图 3、机器指令与微指令关系 ① PC:存放下一条机器指令的地址（向指令存储器提供指令地 址）。 ②指令存储器：（存放所有机器指令），经地址译码，选中相 应存储单元，取出相应机器指令，送入指令寄存器IR。 ③指令寄存器IR：存放正在执行的机器指令。机器指令包含 两个字段：操作码（OP）、地址码。 ④由操作码（OP）映射得到微地址（译码过程），即机器指令 所对应的微程序入口地址，存入微地址寄存器。 ⑤控制存储器存放所有的微程序，经地址译码读出一条微指 令。 ⑥由控制存储器读出的一条微指令存入微指令寄存器。 4、教学机TEC-XP的控制器提供的控制信号（微指令格式） ① B0-B5字段：DC1:CPU内部总线数据来源选择控制，详 见表1-1；DC2:专用寄存器接收控制，详见表1-2。 ② B6-B11字段：SSH SCI:最低进位输入、移位输入控制 信号，详见表2-1；SST：状态寄存器控制信号，详见表 2-2。 ③ B12-B19字段：A口：0000表示不使用寄存器，1000 表示取IR中的SR，0100表示R4(SP),0101表示R5（PC）；B口：0000表示不使用寄存器，1000表示取IR中的DR，0100表示R4(SP),0101表示R5（PC）。
计算机组成原理复习要点(复习必过)
计算机组成原理复习要点 题型分布 选择题20分；填空题30分；判断题10分；计算题20/25分；简答题20/15分 第一章概述 1、什么是计算机组成 每章重点内容 输入设备 运算器- f 1 存储器卜 t地1址 输出设备 物理组成 计 算 机 组 成 逻辑组成 设备级组成 版块级组成w芯片 级组成 元件级组成 设备级组成 寄存器级组成 2、诺依曼体系结构计算机的特点 （1）硬件由五大部份组成（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备） 三扌空希I」鋼二
(3)米用存储程序 所有的程序预先存放在存储器中，此为计算机高速自动的基础; 存储器采用一维线性结构；指令米用串行执行方式。 控制流(指令流)驱动方式； (4)非诺依曼体系结构计算机 数据流计算机 多核(芯)处理机的计算机 3、计算机系统的层次结构 (1)从软、硬件组成角度划分层次结构 操作系统圾 偿统机器级 系统分折级 用户程序级 骰程宇控制器厂睫程庠级 (2)从语言功能角度划分的层次结构 虚拟机：通过软件配置扩充机器功能后，所形成的计算机，实际硬件并不具备相应语言的功能。 第二章数据表示 1、各种码制间的转换及定点小数和定点整数的表示范围 (1)原码： 计算规则：最高位表示符号位；其余有效值部分以2#的绝对值表示。如： (+0.1011)原=0.1011; (-0.1001)原=1.1001 (+1011)原=01011; (-1001 )原=11001 注意：在书面表示中须写出小数点，实际上在计算机中并不表示和存储小数点。原码的数学定义 若定点小数原码序列为X0.X1X2...Xn共n+1位数，贝 X 原=X 当1 >X > 0 X 原=1-X=1+|x| 当0》X>-1 若定点整数原码序列为X0X1X2...Xn共n+1位数，贝 X 原=X 当2n >X > 0 X 原=2n-X=2n+|x| 当0》X>-2n 说明： 在各种码制(包括原码)的表示中需注意表示位数的约定，即不同的位数表示结 果不同，如：
吉林大学 计算机系统结构题库 第二章
第二章计算机指令集结构 知识点汇总： 指令集设计、堆栈型机器、累加器型机器、通用寄存器型机器、CISC、RISC、寻址方式、数据表示 简答题 1.增强CISC机器的指令功能主要从哪几方面着手？（CISC） (1) 面向目标程序增强指令功能。 (2) 面向高级语言和编译程序改进指令系统。 (3) 面向操作系统的优化实现改进指令系统。 2.简述CISC存在的主要问题。（知识点：CISC） 答：（1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。 （2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。 （3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。 （4）CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。 （5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。 3.简述RISC的优缺点及设计RISC机器的一般原则。（知识点：RISC） 答：（1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令。 （2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成。 （3）所有指令长度均相同。 （4）只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。 （5）以简单、有效的方式支持高级语言。 4.根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为哪几类？（知识点：堆栈型机器、累加器型机器、通用寄存器型机器） 答：堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构。 5.常见的三种通用寄存器型指令集结构是什么？（知识点：通用寄存器型机器） 答：（1）寄存器－寄存器型。 (2)寄存器－存储器型。 (3)存储器－存储器型。
计算机组成原理习题答案第九章
１．外部设备有哪些主要功能？可以分为哪些大类？各类中有哪些典型设备？ 解：外部设备的主要功能有数据的输入、输出、成批存储以及对信息的加工处理等。外部设备可以分为五大类：输入输出设备、辅助存储器、终端设备、过程控制设备和脱机设备。其典型设备有键盘、打印机、磁盘、智能终端、数／模转换器和键盘－软盘数据站等。2．键盘属于什么设备？它有哪些类型？如何消除键开关的抖动？简述非编码键盘查询键位置码的过程。 解：键盘是计算机系统不可缺少的输入设备。键盘可分为两大类型：编码键盘和非编码键盘。非编码键盘用较为简单的硬件和专门的键盘扫描程序来识别按键的位置。消除键开关抖动的方法分硬件和软件两种。硬件的方法是增设去抖电路；软件的方法是在键盘程序中加入延时子程序，以避开抖动时间。键盘扫描程序查询键位置码的过程为： ①查询是否有键按下。 ②查询已按下键的位置。 ③按行号和列号求键的位置码。 3 ．说明针式打印和字模式打印有何不同？各有什么优缺点？ 解：针式打印机利用若干根打印针组成的点阵来构成字符；字模式打印机将各种字符塑压或刻制在印字机构的表面上，印字机构如同印章一样，可将其上的字符在打印纸上印出。针式打印机以点阵图拼出所需字形，不需要固定字模，它组字非常灵活，可打印各种字符和图形、表格和汉字等，字形轮廓一般不如字模式清晰；字模式打印机打印的字迹清晰，但字模数量有限，组字不灵活，不能打印汉字和图形。 4 ．什么是随机扫描？什么是光栅扫描？各有什么优缺点？ 解：扫描方式有两种：光栅扫描和随机扫描。 在光栅扫描方式中，电子束在水平和垂直同步信号的控制下有规律的扫描整个屏幕。这种方式的控制比较简单，画面质量较好且稳定，但对行扫描频率要求较高。在随机扫描方式中，电子束能在屏幕上进行随机运动，其轨迹随显示内容变化而变化，只在需要显示字符和图形的地方扫描，而不必扫描全屏。这种方式显示速度快、画面清晰，尤其是线条的轮廓十分光滑，一般用于高清晰度的专用图形显示器中，但这种方式的控制比较复杂，而且只能用于字符和图形显示，不适于显示随机图像。 5 ．什么是分辨率？什么是灰度级？它们各有什么作用？ 解：分辨率由每帧画面的像素数决定，而像素具有明暗和色彩属性。黑白图像的明暗程度称为灰度，明暗变化的数量称为灰度级，分辨率和灰度级越高，显示的图像越清晰、逼真。 6 ．某字符显示器，采用７×９点阵方式，每行可显示６０个字符，缓存容量至少为１２６０字节，并采用７位标准编码，试问： （１）如改用５×７字符点阵，其缓存容量为多少？（设行距、字距不变———行距为５，字距为１。） （２）如果最多可显示１２８种字符，上述两种显示方式各需多大容量的字符发生器ROM ？ 解：（１）因为显示器原来的缓存为１２６０B ，每行可显示６０个字符，据此可计算出显示器的字符行数：１２６０÷６０＝２１（行）因为，原字符窗口＝８×１４＝（７＋１）×（９＋５），现字符窗口＝６×１２＝（５＋１）×（７＋５）。所以，现显示器每行可显示８０个字符，显示器可显示的字符行数为２４行。故缓存的容量为８０×２４＝１９２０B 。 （２）ROM 中为行点阵码 ７×９点阵方式：１２８×９×７＝１１５２×７（位）＝１１５２（字节）５×７点阵方式：１２８×７×５＝８９６×５（位）＝８９６（字节）注：
计算机组成原理知识点总结——详细版
计算机组成原理2009年12月期末考试复习大纲 第一章 1.计算机软件的分类。 P11 计算机软件一般分为两大类：一类叫系统程序，一类叫应用程序。 2.源程序转换到目标程序的方法。 P12 源程序是用算法语言编写的程序。 目标程序（目的程序）是用机器语言书写的程序。 源程序转换到目标程序的方法一种是通过编译程序把源程序翻译成目的程序，另一种是通过解释程序解释执行。 3.怎样理解软件和硬件的逻辑等价性。 P14 因为任何操作可以有软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。对于某一机器功能采用硬件方案还是软件方案，取决于器件价格，速度，可靠性，存储容量等因素。因此，软件和硬件之间具有逻辑等价性。 第二章 1.定点数和浮点数的表示方法。 P16 定点数通常为纯小数或纯整数。 X=XnXn-1…..X1X0 Xn为符号位，0表示正数，1表示负数。其余位数代表它的量值。 纯小数表示范围0≤|X|≤1-2-n 纯整数表示范围0≤|X|≤2n -1
浮点数：一个十进制浮点数N=10E.M。一个任意进制浮点数N=R E.M 其中M称为浮点数的尾数，是一个纯小数。E称为浮点数的指数，是一个整数。 比例因子的基数R=2对二进制计数的机器是一个常数。 做题时请注意题目的要求是否是采用IEEE754标准来表示的浮点数。 32位浮点数S（31）E（30-23）M（22-0） 64位浮点数S（63）E（62-52）M（51-0） S是浮点数的符号位0正1负。E是阶码，采用移码方法来表示正负指数。 M为尾数。P18 P18
2.数据的原码、反码和补码之间的转换。数据零的三种机器码的表示方法。 P21 一个正整数，当用原码、反码、补码表示时，符号位都固定为0，用二进制表示的数位值都相同，既三种表示方法完全一样。 一个负整数，当用原码、反码、补码表示时，符号位都固定为1，用二进制表示的数位值都不相同，表示方法。 1.原码符号位为1不变，整数的每一位二进制数位求反得到反码； 2.反码符号位为1不变，反码数值位最低位加1，得到补码。 例：x= (+122)10=(+1111010)2原码、反码、补码均为01111010 Y=(-122)10=(-1111010)2原码11111010、反码10000101、补码10000110 +0 原码00000000、反码00000000、补码00000000 -0 原码10000000、反码11111111、补码10000000 3.定点数和浮点数的加、减法运算：公式的运用、溢出的判断。 P63 已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出。 （1）x=11011 y=00011 （2）x=11011 y=-10101 （3）x=-10110 y=-00001
计算机组成原理第九章课后部分答案
9.2 控制单元的功能是什么？其输入受什么控制？ 答：控制单元的主要功能是发出各种不同的控制信号。其输入受时钟信号、指令寄存器的操作码字段、标志和来自系统总线的控制信号的控制。 9.3 什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？ 答：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期； 机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作 （指令步）所需时间，通常安排机器周期长度等于主存周期； 时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的时 序单位，对应完成一个微操作所需时间，通常时钟周期等于计算机主频 的倒数。 9.4 能不能说机器的主频越快，机器的速度就越快，为什么？ 解：不能说机器的主频越快，机器的速度就越快。因为机器的速度不仅与主频有关，还与数据通路结构、时序分配方案、ALU运算能力、指令功能 强弱等多种因素有关，要看综合效果。 9.6 设某机主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有4 个机器周期，试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS？若机器主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS？由此可得出什么结论？ 解：先通过主频求出时钟周期，再求出机器周期和平均指令周期，最后通过平均指令周期的倒数求出平均指令执行速度。计算如下： 时钟周期=1/8MHz=0.125×10-6s. 机器周期=0.125×10-6s×2=0.25×10-6s 平均指令周期=0.25×10-6s×4=10-6s 平均指令执行速度=1/10-6s=1MIPS 当参数改变后：机器周期= 0.125×10-6s×4=0.5×10-6s 平均指令周期=0.5×10-6s×4=2×10-6s
(完整版)计算机组成原理习题答案(蒋本珊)
第一章 １．电子数字计算机和电子模拟计算机的区别在哪里？ 解：电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量，运算的过程是不连续的；电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量，运算的过程是连续的。 ２．冯·诺依曼计算机的特点是什么？其中最主要的一点是什么？ 解：冯·诺依曼计算机的特点如下： ①计算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成； ②计算机内部采用二进制来表示指令和数据； ③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作。 第③点是最主要的一点。 ３．计算机的硬件是由哪些部件组成的？它们各有哪些功能？ 解：计算机的硬件应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。它们各自的功能是： ①输入设备：把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去，并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。 ②输出设备：将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。 ③存储器：用来存放程序和数据。 ④运算器：对信息进行处理和运算。
⑤控制器：按照人们预先确定的操作步骤，控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作。 ４．什么叫总线？简述单总线结构的特点。 解：总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地发送与接收各部件的信息。单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上，这个总线被称为系统总线。CPU 与主存、CPU 与外设之间可以直接进行信息交换，主存与外设、外设与外设之间也可以直接进行信息交换，而无须经过CPU 的干预。 ５．简单描述计算机的层次结构，说明各层次的主要特点。 解：现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体，可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。 第０级为硬件组成的实体。 第１级是微程序级。这级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的。 第２级是传统机器级。这级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。 第３级是操作系统级。从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸。第４级是汇编语言级。这级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。 第５级是高级语言级。这级的机器语言就是各种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。
计算机组成原理-第二版-唐朔飞著-课后习题详解
第1章计算机系统概论 2. 如何理解计算机的层次结构？ 答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。 （1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。 （2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。 （3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。 通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。 4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？ 答：计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。 5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8 ●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成； ●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问； ●指令和数据均用二进制表示； ●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地 址码用来表示操作数在存储器中的位置；
●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； ●机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。 6. 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。答：计算机硬件组成框图如下： 各部件的作用如下： 控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。 运算器：对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。 存储器：存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础。 输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。 输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。 计算机系统的主要技术指标有： 机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数。通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。机器字长也会影响计算机的运算速度。
计算机组成原理课后习题答案(一到九章).doc
作业解答 第一章作业解答 1.1 基本的软件系统包括哪些内容？答：基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。 系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。包括：操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。 1.2 计算机硬件系统由哪些基本部件组成？它们的主要功能是什么？答：计算机的硬件系统通常由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器等五大部件组成。 输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机内。输出设备的主要功能是将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。 存储器的主要功能是存储信息，用于存放程序和数据。运算器的主要功能是对数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算。控制器的主要功能是按事先安排好的解题步骤，控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。 1.3冯?诺依曼计算机的基本思想是什么？什么叫存储程序方式？ 答：冯?诺依曼计算机的基本思想包含三个方面： 1)计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。 2)采用二进制形式表示数据和指令。 3)采用存储程序方式。 存储程序是指在用计算机解题之前，事先编制好程序，并连同所需的数据预先存入主存储器中。在解题过程(运行程序)中，由控制器按照事先编好并存入存储器中的程序自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行，直到获得所要求的结果为止。 1.4早期计算机组织结构有什么特点？现代计算机结构为什么以存储器为中心？答：早期计算机组织结构的特点是：以运算器为中心的，其它部件都通过运算器完成信息的传递。 随着微电子技术的进步，人们将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一，集成到一个芯片里构成了微处理器。同时随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储容量成倍地扩大，加上需要计算机处理、加工的信息量与日俱增，以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的需求，甚至会影响计算机的性能。为了适应发展的需要，现代计算机组织结构逐步转变为以存储器为中心。 1.5什么叫总线？总线的主要特点是什么？采用总线有哪些好处？答：总线是一组可为多个功能部件共享的公共信息传送线路。 总线的主要特点是共享总线的各个部件可同时接收总线上的信息，但必须分时使用总线发送信息，以保证总线上信息每时每刻都是唯一的、不至于冲突。 使用总线实现部件互连的好处： ①可以减少各个部件之间的连线数量，降低成本； ②便于系统构建、扩充系统性能、便于产品更新换代。 1.6按其任务分，总线有哪几种类型？它们的主要作用是什么？ 答：按总线完成的任务，可把总线分为：CPU 内部总线、部件内总线、系统总线、外总线。 1.7计算机的主要特点是什么？ 答：计算机的主要特点有：①能自动连续地工作；② 运算速度快；③运算精度高；④具有很强的存储能力和逻辑判断能力；⑤通用性强。 1.8衡量计算机性能有哪些基本的技术指标？以你所熟悉的计算机系统为例，说明它的型号、主频、字长、主存容量、所接的I/O设备的名称及主要规格。 答：衡量计算机性能的基本的技术指标有： ①基本字长；② 主存容量；③ 运算速度；④ 所配置的外部设备及其性能指标；⑤系统软件的配置。
计算机组成原理,指令系统,练习题
单项选择题 1 在CPU执行指令的过程中，指令的地址由___B__给出。 A 程序计数器PC B 指令的地址码字段 C 操作系统 D 程序员 2 下列关于指令的功能及分类叙述正确的是__B___。 A 算术与逻辑运算指令，通常完成算术运算或逻辑运算，都需要两个数据 B 移位操作指令，通常用于把指定的两个操作数左移或右移一位 C 转移指令，子程序调用与返回指令，用于解决数据调用次序的需要 D 特权指令，通常仅用于系统软件，这类指令一般不提供给用户 3 零地址的运算类指令在指令格式中不给出操作数的地址，参加的两个操作数来自__C__。A累加器和寄存器 B 累加器和暂存器 C 堆栈的栈顶和次栈顶单元 D 堆栈的栈顶单元和暂存器 4 下列一地址运算类指令的叙述中，正确的是_____。 A 仅有一个操作数，其地址由指令的地址码提供 B 可能有一个操作数，也可能有两个操作数 C 一定有两个操作数，其中一个操作数是隐含的 D 指令的地址码字段存放的一定是操作码 5 关于二地址指令一下论述正确的是_____。 A 二地址指令中，运算结果通常存放在其中一个地址码所提供的地址中 B二地址指令中，指令的地址码字段存放的一定是操作数 C二地址指令中，指令的地址码字段存放的一定是寄存器号 D二地址指令中，指令的地址码字段存放的一定是操作数地址 6 单字长四地址指令OP A1、A2、A3、A4的功能为（A1）OP（A2）→A3，且A4给出下一条指令地址，假设A1、A2、A3、A4都为主存储器地址，则完成上述指令需访存_____。 A 1 B 2 C 3 D 4 7 在指令格式设计中，采用扩展操作码的目的是_____。 A 增加指令长度 B 增加地址码数量NN C 增加指令数量 D 增加寻址空间 8 某机器的指令字长为16位，有8个通用寄存器，有8种寻址方式，单操作数指令最多有_____个，双操作数指令最多有_____个。 A 1024 16 B 2048 32 C 256 64 D 1024 32 9 指令寻址方式有顺序和跳跃两种，采用跳跃寻址方式可以实现_____。 A 程序浮动 B 程序的无条件浮动和条件浮动 C程序的无条件转移和条件转移 D 程序的调用 10 某机器指令字长为16位，主存按字节编址，取指令时，每取一个字节PC自动加1,。当前指令地址为2000H，指令内容为相对寻址的无条件转移指令，指令中的形式地址D=40H。那么取指令后及指令执行后PC内容为_____。 A 2000H，2042H B 2002H，2040H C 2002H，2042H D 2000H，2040H 11 指令系统中采用不同的寻址方式的目的主要_____。 A 可降低指令译码难度 B 缩短指令字长，扩大寻址空间，提高编程灵活性
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一.冯·诺依曼计算机的特点 1945年，数学家冯诺依曼研究EDVAC 机时提出了“存储程序”的概念1.计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成2.指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。3.指令和数据均用二进制数表示。 4.指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。 5.指令在存储器内按顺序存放。通常，指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。 6.机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。二.计算机硬件框图 1. 冯诺依曼计算机是以运算器为中心的 2. 现代计算机转化为以存储器为中心 各部件功能： 1.运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。 2.存储器用来存放数据和程序。 3.控制器用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果 4.输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式（鼠标键盘）。 5.输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式（打印机 显示屏）。计算机五大子系统在控制器的统一指挥下，有条不紊地自动工作。 由于运算器和控制器在逻辑关系和电路结构上联系十分紧密，尤其在大规模集成电路制作工艺出现后，两大不见往往集成在同一芯片上，合起来统称为中央处理器（CPU ）。把输入设备与输出设备简称为I/O 设备。
现代计算机可认为由三大部分组成：CPU 、I/O 设备及主存储器。CPU 与主存储器合起来又可称为主机，I/O 设备又可称为外部设备。主存储器是存储器子系统中的一类，用来存放程序和数据，可以直接与CPU 交换信息。另一类称为辅助存储器，简称辅存，又称外村。算术逻辑单元简称算逻部件，用来完成算术逻辑运算。控制单元用来解实存储器中的指令，并发出各种操作命令来执行指令。ALU 和CU 是CPU 的核心部件。I/O 设备也受CU 控制，用 来完成相应的输入输出操作。 二、计算机硬件的主要技术指标 衡量一台计算机性能的优劣是根据多项技术指标综合确定的。其中，既包含硬件的各种性能指标，又包括软件的各种功能。1.机器字长 机器字长是指CPU 一次能处理数据的位数，通常与CPU 的寄存器位数有关。字长越长，数的表示范围越大，精度越高。机器的字长会影响机器的运算速度。倘若CPU 字长较短，又要运算位数较多的数据，那么需要经过两次或多次的运算才完成，势必影响运算速度。机器字长对硬件的造价也有较大的影响。它将直接影响加法器（ALU ）、数据总线以及存储字长的位数。所以机器字长的确定不能单从精度和数的表示范围来考虑。2.存储容量 存储器的容量应该包括主存容量和辅存容量。 主存容量是指主存中存放二进制代码的总位数。即存储容量=存储单元个数*存储字长。MAR 的位数反映了存储单元的个数，MDR 的位数反映了存储字长。例如，MAR 为16位，根据2^16=65536，表示此存储体内又65536个存储单元（即64K 个存储字，1K=1024=2^10）；而MDR 为32位，表示存储容量2^16*32=2^21=2M 位（1M=2^20）。 现代计算机中常以字节数来描述容量的大小，因一个字节已被定义为8位二进制代码，故用字节数便能反映主存容量。例如：上述存储容量位2M 位，也可用2^18字节表示，记作2^18B 或256KB 。 辅存容量通常用字节数来表示，例如，某机辅存（硬盘）容量为80G （1G=1024M=2^10*2^20=2^30）.3.运算速度 计算机的运算速度与许多因素有关，如机器的主频、执行什么样的操作、主存本身的速度等都有关。采用吉普森法，综合考虑每条指令的执行时间以及它们在全部操作中所占的 百分比，即 其中Tm 为机器运行速度；fi 为第i 种指令占全部操作的百分比数；ti 为第i 种指令的执行时间。
计算机组成原理(唐朔飞) 复习资料
第1章计算机系统概论 1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？ 解：P3 计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。 计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。 硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。 2. 如何理解计算机的层次结构？ 答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。 （1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。 （2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。 （3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。 通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。 答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。 5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8 ●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成； ●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问； ●指令和数据均用二进制表示； ●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置； ●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； ●机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。 6. 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。 答：计算机硬件组成框图如下： 控制器 运算器 CPU 主机存储器 输入设备 接口 输出设备 接口 外设 各部件的作用如下： 控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。 运算器：对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。 存储器：存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础。 输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。 输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。 计算机系统的主要技术指标有： 机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数。通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。机器字长也会影响计算机的运算速度。 数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的数据位数。 存储容量：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。一般包含主存容量和辅存容量。
第1-3章计算机组成原理课后习题答案
第1章计算机系统概论 1.1 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？ 解：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等。软件是看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序、资料、数据集合。硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。 1.2 如何理解计算机系统的层次结构？ 解：（1）第一级：实际机器M1 (机器语言机器)，机器语言程序直接在M1上执行；（2）第二级：虚拟机器M2（汇编语言机器），将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，再在M1-上执行；（3）第三级：虚拟机器M3(高级语言机器)，将高级语言程序先翻译成汇编语言程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执行；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执行微指令。（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。 1.3 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及联系。 解：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。用机器语言编写程序时要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极易出错。 汇编语言是符号式的程序设计语言，汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令。用汇编语言编写的汇编语言程序必须先被翻译成机器语言程序，才能被机器接受并自动运行。汇编语言的每一条语句都与机器语言的某一条语句（0、1代码）一一对应。 高级语言是面向用户的语言，与具体的计算机指令系统无关、对问题的描述更接近于人们习惯，且易于掌握和书写。它具有较强的通用性，程序员完全不必了解、掌握实际机器M1的机型、内部的具体组成及其指令系统，只要掌握这类高级语言的语法和语义，便可直接用这种高级语言来编程，给程序员带来了极大的方便。但是，用高级语言编写的高级语言程序必须先被翻译成汇编语言程序，然后再将其翻译成机器语言程序或者将高级语言程序直接翻译成机器语言程序才能被机器接受并自动运行。 1.4 如何理解计算机组成和计算机体系结构？ 解：计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。 计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等等，大都属于抽象的属性。
计算机组成原理重点
内部资料，转载请注明出处，谢谢合作。 说明CPU中的主要寄存器及其功能。 解： （1）指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。 （2）程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。 （3）地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。 （4）缓冲寄存器（DR）：<1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。 <2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差 别。 <3>在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为 操作数寄存器。 （5）通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。 （6）状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统 能及时了解机器运行状态和程序运行状态。 主存储器的性能指标有哪些？含义是什么？ 1.解：主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽。 存储容量：一个存储器中可以容纳的存储单元总数。 存取时间：又称存储器访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作 所经历的时间。 存储周期：是指连续启动两次独立的存储操作（如连续两次读操作）所需间 隔的最小时间。 存储器带宽：在单位时间中主存传输数据的速率。 1.什么叫指令？什么叫微指令？二者有什么关系？ 指令，即指机器指令。每一条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令叫做微命令，而一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。许多条微指令组成的序列构成了微程序，微程序则完成对指令的解释执行。 2.说明机器周期、时钟周期、指令周期之间的关系。 指令周期是指取出并执行一条指令的时间，指令周期常常用若干个CPU周期数来表示，CPU 周期也称为机器周期，而一个CPU周期又包含若干个时钟周期（也称为节拍脉冲或T周期）。 1.CPU响应中断应具备哪些条件？ 应具备： （1）在CPU内部设置的中断允许触发器必须是开放的。 （2）外设有中断请求时，中断请求触发器必须处于“1”状态，保持中断请
计算机体系结构问答题第2章
第2章计算机指令集结构设计 1. 通常可按哪5个因素对计算机指令集结构进行分类？ (1) 在CPU中操作数的存储方法。 (2) 指令中显式表示的操作数个数。 (3) 操作数的寻址方式。 (4) 指令集所提供的操作类型。 (5) 操作数的类型和大小。 2. 在对计算机指令集结构进行分类的5个因素中，哪一种是各种指令集结构之间最主要的区别？ CPU中操作数的存储方法，即在CPU中用来存储操作数的存储单元的类型，是各种指令集结构之间最主要的区别。 3. 根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为哪几类？ 堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构。 4. 堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构分别有什么 5. 现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构，为什么？ 主要有两个方面的原因，一是寄存器和CPU内部其他存储单元一样，要比存储器快；其次是对编译器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。 6. 通用寄存器型指令集结构可细分为哪三类？ 寄存器－寄存器型。 寄存器－存储器型。 存储器－存储器型。 7. 三种通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点？
8. 从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？ （1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。 （2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。 （3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。 （4）CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。 （5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。 9. 增强CISC机器的指令功能主要从哪几方面着手？ (1) 面向目标程序增强指令功能。 (2) 面向高级语言和编译程序改进指令系统。 (3) 面向操作系统的优化实现改进指令系统。 10. RISC的设计原则是什么？ （1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令。 （2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成。 （3）所有指令长度均相同。 （4）只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。 （5）以简单、有效的方式支持高级语言。 11. RISC和CISC处理机的指令系统结构在指令格式、寻址方式和每条指令的周期数（CPI）三方面有哪些区别？ 12. 计算机指令集结构设计所涉及的内容有哪些？ (1) 指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向。 (2) 寻址方式的设计。 (3) 操作数表示和操作数类型。 (4) 寻址方式的表示：可以将寻址方式编码于操作码中，也可以将寻址方式作为一个单独的域来表示。 (5) 指令集格式的设计：有变长编码格式、固定长度编码格式和混合型编码格式三种。
计算机组成原理第八章课后部分答案
计算机组成原理第八章课后部分答案
8.1 CPU有哪些功能？画出其结构框图并简要说明每个部件的作用。 8.2 什么是指令周期？指令周期是否有一个固定值？为什么？ 解：指令周期：指取出并执行完一条指令所需的时间。 由于计算机中各种指令执行所需的时间差异很大，因此为了提高CPU 运行效率，即使在同步控制的机器中，不同指令的指令周期长度都是 不一致的，也就是说指令周期对于不同的指令来说不是一个固定值。 8.3 画出指令周期的流程图，分别说明图中每个子周期的作用。 解：
指令周期流程图 取指周期：取指令 间址周期：取有效地址 执行周期：取操作数（当指令为访存指令时） 中断周期：保存程序断点 8.4 设CPU内有这些部件：PC、IR、SP、AC、MAR、MDR、CU。 （1）画出完成简洁寻址的取数指令“LDA@X”（将主存某地址单元的内容取至AC中）的数据流（从取指令开始）。 （2）画出中断周期的数据流。 解：CPU中的数据通路结构方式有直接连线、单总线、双总线、三总线等形式，目前大多采用总线结构，直接连线方式仅适用于结构特别简单 的机器中。 下面采用单总线形式连接各部件，框图如下：
（1）LDA@X指令周期数据流程图： PC→MAR M(MAR)→MDR (MDR)→IR PC+1→PC Ad(IR)→MAR M(MAR)→MDR MDR→Ad(IR) Ad(IR)→MAR M(MAR)→MDR MDR→AC （2）中断周期流程图如下：
8.7 什么叫系统的并行性？粗粒度并行和细粒度并行有什么区别？ 解：并行性：包含同时性和并发性。同时性指两个或两个以上的事件在同一时刻发生，并发性指两个或多个事件在同一时间段发生。即 在同一时刻或同一时间段内完成两个或两个以上性质相同或 性质不同的功能，只要在时间上存在相互重叠，就存在并行性。 粗粒度并行是指多个处理机上分别运行多个进程，由多台处理机合作完成一个程序，一般算法实现。 细粒度并行是指在处理机的指令级和操作级的并行性。 8.8 什么是指令流水？画出指令二级流水和四级流水的示意图，它们中哪一个 更 能提高处理器速度，为什么？ 解：指令流水：指将一条指令的执行过程分为n个操作时间大致 相等的阶段，每个阶段由一个独立 的功能部件来完成，这样n个部件 可以同时执行n条指令的不同阶段， 从而大大提高CPU的吞吐率。 指令二级流水和四级流水示意图如下：
计算机组成原理设计(十条指令)
1 关于此次课程设计 1.1 课程设计目的 本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。 1.2课程设计内容及要求 基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。 设计过程中要求考虑到以下各方面的问题： （1）指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）； （2）数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）； （3）存储器划分（指令，数据）； （4）寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）； （5）指令格式（单字节，双字节，多字节）； （6）指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）。 要求学生综合运用计算机组成原理、数字逻辑和汇编语言等相关课程的知识，理解和熟悉计算机系统的组成原理，掌握计算机主要功能部件的工作原理和设计方法，掌握指令系统结构设计的一般方法，掌握并运用微程序设计（Microprogramming）思想，在设计过程中能够发现、分析和解决各种问题，自行设计自己的指令系统结构（ISA）。
2 分析阶段 2.1 微指令格式分析 微指令格式如下表： 表2-1 微代码定义 （1）字段24～19控制运算器的控制端，通过改变S3～CN来决定对数据进行何种算术或逻辑运算。本设计中全部为正逻辑运算。 （2）字段18为控制对主存W/R的开关 Y1、Y2进行选择。 （4）字段15～7为A、B、C三个开关控制端。