计算机组成原理(十二条指令)

计算机组成原理(十二条指令)
计算机组成原理(十二条指令)

计算机学院计算机科学与技术专业《计算机组成原理课程设计》报告(2008/2009学年第一学期)

学生姓名:闫全胜

学生班级:计算机062202H

学生学号: 200620030227

指导教师:康葆荣

2009年1月3日

目录

1 关于此次课程设计 (2)

1.1 设计的目的: (2)

1.2 设计内容及要求: (2)

2 分析阶段 (3)

2.1指令译码电路分析 (3)

2.2 寄存器译码电路分析 (4)

2.3 微指令格式分析 (5)

2.4 时序分析 (6)

3 初步设计阶段 (7)

3.1 数据格式 (7)

3.2指令描述 (7)

3.3 存储器分区 (9)

3.4 控制台微程序流程: (10)

3.5 运行微程序 (11)

4 详细设计阶段 (12)

4.1控制台流程分解 (12)

4.2 运行微程序子流程 (15)

4.3 微程序总流程图 (24)

5 实现阶段 (25)

5.1 所用模型机数据通路的介绍 (25)

5.2 微程序代码设计与编写 (26)

微程序二进制代码表 (26)

5.3 机器指令的输入及运行 (28)

心得体会 (30)

参考资料 (31)

1 关于此次课程设计

1.1 设计的目的:

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 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);

7、依据CPI值对指令系统进行性能分析。

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指令译码电路分析 指令译码工作原理图:

P(3)

P(1)FZ

FC SW-A

图2.1指令译码工作原理图

根据上图得出指令译码器的逻辑表达式如下。

其中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为微控制器但愿位地址锁存器的强制端输出;SWA SWB 均为1(启动程序时)。

此设计中设定为P (1)有效,P (2) P (3)均无效,FC FZ T4无需考虑。 由算出的SE5 ~SE1可知操作码对应的入口微地址。

2.2 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。 2.2.1 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。 2.2.2 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。

2.3 微指令格式分析

微代码格式如下

(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

(3)字段17、16控制24译码器的输出端,对Y0、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。2.4 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2.4 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

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0~28-1,即0~255。

3.2指令描述

3.3 存储器分区

设计中将主存储器划分为两部分,地址单元00H~1DH为指令存储区,地址单元1FH~FFH为数据存储区,其中每个地址单元中能够保存一个八位二进制的数据。划分如下图所示:

3.4 控制台微程序流程:

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

P(4)

P(4)=0,P(1)=P(2)=P(3)=1。且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。 3.4.1 强置写

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。

3.4.2 强置读

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。

3.4.3 程序执行

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。

3.5 运行微程序

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。

4 详细设计阶段

4.1控制台流程分解

4.1.1 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。

4.1.2 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。 4.1.3 强置读

形成入口地址后,执行读操作。 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。 4.1.4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。

4..1.5控制台流程图

由上可知控制台的总流程图为:

4.2 运行微程序子流程 4.2.1 公操作

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。

运行微程序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。

4.2.2 IN1指令操作

完成公操作后,根据形成的入口地址运行IN1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 ,在T4脉冲作用下打开R0输入端据IN1机器指令的后两

位决定让数据从总线上送入R0。

4.2.3 ADD 指令操作

完成公操作后,根据形成的入口地址运行ADD 指令操作。

1.

(1) 打开PC-B ,将PC 中的数据送到BUS ;

(2) 打开LDAR ,在T3脉冲作用下将数据从总线流到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LDAR ,在T3脉冲作用下将数据从总线流到AR 中。

3.

(1)打开CE 、WE 置成00状态,据AR 中保存的指令地址码,在主存相同地址单元中,读出保存的操作数,并放置到总线上;

(2)打开LDDR2,在T4脉冲作用下将数据从总线流到DR2中。

4.

(1)打开RS-B ,即打开R0的输出,将数据送到总线上;

(2)打开LDDR1,在T4脉冲作用下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 ,两数相加,打开ALU-B 将运算

结果送到总线上;

(2)打开LDRi ,在T4脉冲作用下打开R0输入端据ADD 机器指令的后两

位决定让数据从总线上送入R0。

4.2.4 SUB 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RS-B ,即打开R0的输出,将数据送到总线上;

(2)打开LDDR1,在T4脉冲作用下让操作数经由总线进入到DR1中。 2.

(1)打开RI-B,即打开R2的输出,将数据送到总线上;

(2)打开LDDR2,在T4脉冲作用下让操作数经由总线进入到DR2中。

3.

(1)将ALU的控制端S3~CN置成F=A-B,两数相减,打开ALU-B将运算结果送到总线上;

(2)打开LDRi,在T4脉冲作用下打开R0输入端据SUB机器指令的后两位决定让数据从总线上送入R0。

4.2.5 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.

(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.

(2)打开LDAR,在T3脉冲作用下将数据从总线流到AR中。

3.

(1)打开CE、WE置成00状态,据AR中保存的指令地址码,在主存

相同地址单元中,读出保存的操作数,并放置到总线上; (2)打开LDDR2,在T4脉冲作用下将数据从总线流到DR2中。 4.

(1)打开RS-B ,即打开R0的输出,将数据送到总线上; (2)打开LDDR1,在T4脉冲作用下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 AND B ,两数相与,打开ALU-B

将运算结果送到总线上;

(2) 打开LDRi ,在T4脉冲作用下打开R0输入端据AND 机器指令

的后两位决定让数据从总线上送入R0。

4.2.6 OR 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RS-B ,即打开R0的输出,将数据送到总线上;

(2)打开LDDR1,在T4脉冲作用下让操作数经由总线进入到DR1中。 2.

计算机组成原理第一章题目(含答案)

第一章计算机系统概论第一章单元测验 1、计算机硬件能直接执行的是 A、高级语言 B、机器语言 C、汇编语言 D、任何语言 2、下列说法中,错误的是 A、软件与硬件具有逻辑功能的等价性 B、固件功能类似软件,形态类似硬件 C、计算机系统层次结构中,微程序属于硬件级 D、寄存器的数据位对微程序级用户透明 3、完整的计算机系统通常包括 A、运算器、控制器、存储器 B、主机、外部设备 C、主机和应用软件 D、硬件系统与软件系统 4、计算机的字长与下列哪项指标密切相关 A、运算精确度 B、运算速度 C、内存容量 D、存取速度 5、CPU地址线数量与下列哪项指标密切相关 A、运算精确度 B、运算速度 C、内存容量 D、存储数据位 6、下列属于冯?诺依曼计算机的核心思想是 A、存储器按地址访问 B、存储程序和程序控制 C、采用补码 D、采用总线

7、下列关于计算机系统层次结构的描述中,正确的是 A、不同层次面向不同用户,看到计算机的属性不同 B、低层代码执行效率比高层代码执行效率高 C、低层用户对硬件的透明性比高层用户要低 D、指令集架构层是软、硬件间的接口 8、下列关于硬件与软件关系的描述中,正确的是 A、硬件是软件运行的基础 B、硬件的发展推动了软件的发展 C、软件的发展也推动硬件的发展 D、软件能完成的功能及性能与硬件有关 9、下列关于计算机字长的描述中正确的是 A、字长一般与运算器的数据位相同 B、字长一般与通用寄存器的位数相同 C、字长一般与存储器数据位相同 D、字长一般与存储器的地址位相同 10、下列可用于评价计算机系统性能的指标是 A、MIPS B、CPI C、IPC D、字长 11、下列计算机系统性能评价的描述中正确的是 A、程序MIPS值越高,计算机的性能越高 B、程序的CPI值越低,计算机的性能越高 C、主频高的机器性能不一定高 D、同一程序在不同机器上运行时得到的MIPS值不一定相同 12、访问256KB的存储空间,需要的地址线数最少为( )根?(只需要填阿拉伯数字) 13、程序必须存放在哪里才能被CPU访问并执行 14、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令,它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为2、3、4、5;该机器的主频为600MHZ,则该机的CPI 为(保留到小数点后一位) 15、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令,它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为2、3、4、5;该机器的主频为600MHZ,则该机的MIPS为(保留到小数点后一位) 参考答案如下:

计算机组成原理第五版 白中英(详细)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)的指令流程图及微操作信号序列如下:

STO R1, (R2) R/W=R DR O, G, IR i R2O, G, AR i R1O, G, DR i 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:

PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 3O , G, AR i DR O , G, R 0i R/W=R LAD (R3), R0 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:

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:

计算机组成原理第四版课后习题答案完整版

第一章 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。

3.数字计算机有那些主要应用? (略) 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、存储器、输入设备、输出设备。 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: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。 8.什么是内存?什么是外存?什么是CPU?什么是适配器?简述其功能。

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1章习题与答案

计算机组成原理第1章习题与答案 一、选择题 1.从器件角度看,计算机经历了五代变化。但从系统结构看,至今绝大多数计算机仍属于()计算机。 A.并行 B.冯·诺依曼 C.智能 D.串行 2.冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是()。 A.多指令流单数据流 B.按地址访问并顺序执行指令 C.堆栈操作 D.存贮器按内容选择地址 3.在下面描述的汇编语言基本概念中,不正确的表述是()。 A.对程序员的训练要求来说,需要硬件知识 B.汇编语言对机器的依赖性高 C.用汇编语言编写程序的难度比高级语言小 D.汇编语言编写的程序执行速度比高级语言慢 4.(2009年考研题)冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中,CPU区分它们的依据是()。 A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的存储单元 5.(2011年考研题)下列选项中,描述浮点数操作速度指标的是()。 A.MIPS B.CPI C.IPC D.MFLOPS 6.(2012年考研题)基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒,其中90秒为CPU时间,其它时间忽略不计。若CPU速度提高50%,I/O速度不变,则基准程序A所耗费的时间是()秒。 A.55 B.60 C.65 D.70 7.(2013年考研题)某计算机主频为1.2 GHz,其指令分为4类,它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示。 该机的MIPS数是()。 A.100 B.200 C.400 D.600

8.(2014年考研题)程序P在机器M上的执行时间是20s,编译优化后,P 执行的指令数减少到原来的70%,而CPI增加到原来的1.2倍,则P在M上的执行时间是()。 A.8.4秒 B.11.7秒 C.14秒 D.16.8秒 9.(2015年考研题)计算机硬件能够直接执行的是()。 Ⅰ.机器语言程序Ⅱ.汇编语言程序Ⅲ.硬件描述语言程序 A.仅Ⅰ B.仅ⅠⅡ C.仅ⅠⅢ D.ⅠⅡⅢ 二、名词解释 1.吞吐量2.响应时间3.利用率 4.处理机字长5.总线宽度6.存储器容量 7.存储器带宽8.主频/时钟周期9.CPU执行时间 10.CPI 11.MIPS 12.FLOPS 三、简答题 1.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? 2.冯·诺依曼计算机体系结构的基本思想是什么?按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成? 3.计算机系统分为哪几个层次?每层分别用软件还是硬件实现?

计算机组成原理-第7章以后作业答案

第七章指令系统 ?7-1指令,程序 指令:计算机执行某种操作的命令 程序:由有序的指令串构成,程序要解决一个具体的问题 指令系统:一台计算机能执行的全部指令的集合 指令系统的重要性:软件编程的基础,硬件设计的依据,综合考虑计算机的软硬件是计算机设计的关键因素。 ?7-2操作码 操作码用来指明该指令所要完成的操作。通常位数反映了机器的操作种类,即机器允许的指令条数,如7位→2^7=128条指令 固定长度操作码:操作码长度(占二进制位数)固定不变 硬件设计相对简单 指令译码时间开销小 指令空间利用率较低 可变长度操作码:操作码长度随指令地址数目的不同而不同(可平均缩短指令长度) 硬件设计相对复杂 指令译码时间开销较大 指令空间利用率较高 例:某机器采用固定长度指令系统,16位,包括3地址指令15条,双地址指令10条,单地址指令若干,每个地址占4位。问:该指令系统最多容纳多少个单地址指令,并设计该指令系统的操作码编码方案 析:每条指令:一个唯一操作码编码,不同类型指令具有不同标识,用扩展操作码方案 三15条,1111 双10条,6个没用6*16=96个 ? 7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长? ? 7.6某指令系统字长为16位,地址码取4位,试提出一种方案,使该指令系统 有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。 固定操作码为4位。 8条三地址指令操作码为:0000~0111(剩下1000~1111共8个扩展窗口) 16条二地址指令操作码为:1000 0000~1000 1111 (剩下1001 0000~1111 1111共112个扩展窗口)100条一地址指令操作码为:10010000 0000~10010000 1111 10010001 0000~10010001 1111 10010010 0000~10010010 1111 10010011 0000~10010011 1111 10010100 0000~10010100 1111 10010101 0000~10010101 1111 10010110 0000~10010110 0011

计算机组成原理第五章单元测试(含答案)

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MDR D、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、1200H B、12FCH C、3888H D、88F9H 9、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、1200H B、12FCH C、3888H D、88F9H 10、某计算机按字节编址,采用大端方式存储信息。其中,某指令的一个操作数的机器数为ABCD 00FFH,该操作数采用基址寻址方式,指令中形式地址(用补码表示)为FF00H,当前基址寄存器的内容为C000 0000H,则该操作数的LSB(即该操作数的最低位FFH)存放的地址是( ) (单选) A、C000 FF00H B、C000 FF03H C、BFFF FF00H D、BFFF FF03H 11、假定指令地址码给出的是操作数所在的寄存器的编号,则该操作数采用的寻址方式是( )(单选) A、直接寻址 B、间接寻址 C、寄存器寻址 D、寄存器间接寻址 12、相对寻址方式中,操作数有效地址通过( )与指令地址字段给出的偏移量相加得到(单选) A、基址寄存器的值 B、变址寄存器的值 C、程序计数器的值 D、段寄存器的值 13、下列关于二地址指令的叙述中,正确的是( ) (单选) A、运算结果通常存放在其中一个地址码所指向的位置 B、地址码字段一定是操作数 C、地址码字段一定是存放操作数的寄存器编号

(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。

计算机组成原理第七章课后部分答案

7.1什么叫机器指令?什么叫指令系统?为什么说指令系统与机器指令的主要功能以 及与硬件结构之间存在着密切的关系? 机器指令:是CPU能直接识别并执行的指令,它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成。 指令系统:计算机所能执行的全部指令的集合,它描述了计算机 内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。 指令系统是计算机硬件和软件的接口部分,是全部机器指令的集合。 7.2什么叫寻址方式?为什么要学习寻址方式?寻址方式:指确定本条指令的数 据地址以及下一条将要执行的指 令地址的方法,它与硬件结构紧密相关,而且直接影响指 令格式和指令功能。 学习寻址方式,是为了找到指令中参与操作的数据,然后根据指令,得出结果。 7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长?指令字长:是指机器指令中二进制 代码的总位数。指令字长取决 于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个 数。不同的指令的字长是不同的。 机器字长:是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据 的位数(整数运算即定点整数运算)。机器字长也就是运 算器进行定点数运算的字长,通常也是CPU内 部数据通路的宽度。即字长越长,数的表示范围也 越大,精度也越高。机器的字长也会影响机器的运算速

度。 存储字长:一个存储单元存储一串二进制代码(存储字),这串 二进制代码的位数称为存储字长,存储字长可以是8 位、 16 位、32 位等。 7.6 某指令系统字长为16位,地址码取 4 位,提出一种方案,使该指令系统有 8 条三地址指令、16 条二地址指令、100 条一地址指令。 解:三地址指令格式如下: 4 4 4 4 OP A1 A2 A3 指令操作码分配方案如下: 4 位OP 0000 , ,, ,A1,A2,A3:8 条三地址指令 0111 , 1000,0000, ,, ,,, ,A2 ,A3:16 条二地址指令 1000,1111, 1001,0000,0000, A3:100 条一地址指令 1001, 0110, 0011, 1001, 0110, 0100,

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

计算机组成原理重点整理

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。

计算机组成原理复习

一、选择题 1.下列数中最小的数是( B )。最大的是(C)。 A.(1010011)2 B.(42)8 C. (10101000)BCD D.(25)16 2.下列数中最大的数是(D) A.(101001)2 B. (52)8 C. (00111001)BCD D. (2C)16 2.下列数中最大的数是( B ) A. (101001)2 B.(56)8 C. (OOlllOO1)BCD D. (2D)16 3.两个补码数相加,只有在最高位/符号位相同时会有可能产生溢出,在最高位/符号位不同时( 一定不会产生溢出 )。 4. 两个补码数相减,只有在符号位不同时会有可能产生溢出,在符号位相同时( 一定不会产生溢出 ) 5.定点数补码加法具有两个特点:一是符号位( 与数值位一起参与运算 );二是相加后最高位上的进位(要舍去)。 6. 定点运算器是用来进行 ( 定点运算 )。 7.为了便于检查加减运算是否发生溢出,定点运算器采用双符号位的数值表示,在寄存器和主存中是采用(单符号位)的数值表示。 8.长度相同但格式不同的2种浮点数,假设前者阶码长、尾数短,后者阶码短、尾数长,其他规定均相同,则它们可表示的数的范围和精度为( 前者可表示的数的范围大但精度低,后者可表示的数的范围小但精度高 )。 9.在定点二进制运算器中,减法运算一般通过( 补码运算的二进制加法器 )来实现。 在定点二进制运算器中,加法运算一般通过( 补码运算的二进制加法器 )来实现。 10.某机字长32位,采用定点整数表示,符号位为1位,尾数为31位,则原码表示法可表示的最大正整 数为____,最小负整数为____。( +(231-1),-(231-1) ) 11.某机字长32位,采用定点小数表示,符号位为1位,尾数为31位,则原码表示法可表示的最大正小数为____,最小负小数为____。( +(1—2—31),一(1—2—31) ) 12.在定点运算器中,无论采用双符号位还是采用单符号位,都必须要有溢出判断电路,它一般用( 异或门 )来实现。 13.在定点运算器中,必须要有溢出判断电路,它一般用(异或门)来实现 9.加法器采用并行进位的目的是( 提高加法器的速度 )。 14.计算机硬件能直接识别和运行的只能是(机器语言 )程序。 15.汇编语言要经过(汇编程序)的翻译才能在计算机中执行。 16.运算器的主要功能是进行(逻辑运算和算术运算 )。 17.堆栈寻址的原则是( 后进先出 )。 18.组成组合逻辑控制器的主要部件有( PC、IR )。 19. 运算器由ALU完成运算后,除了运算结果外,下面所列(时钟信号)不是运算器给出的结果特征信息。20.微程序控制器中,机器指令与微指令的关系是( 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 )。 21.程序计数器PC的位数取决于(存储器的容量),指令寄存器IR的位数取决于(指令字长)。22.RAM芯片串联的目的是(增加存储单元数量),并联的目的是(增加存储器字长)。 23.在独立编址方式下,存储单元和I/O设备是靠( 不同的地址和指令代码 )来区分的。 19.输入输出指令的功能是( 进行CPU和I/O设备之间的数据传送 )。 24.在独立编址方式下,存储单元和I/O设备是靠(不同的指令或不同的控制信号)来区分的。

计算机组成原理第1章 习题及参考答案

第一章绪论习题及参考答案 一、判断题 1.微型计算机广阔的应用领域中,会计电算化属于科学计算应用方面。( ) 2.决定计算机计算精度的主要技术指标是计算机的字长。( ) 3.利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上,这样的一块芯片叫做单片机。( ) 4.计算机“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条操作系统的命令。() 5.兼容性是计算机的一个重要性能,通常是指向上兼容,即旧型号计算机的软件可以不加修改地在新型号计算机上运行。系列机通常具有这种兼容性。() 二、简答题 1.电子数字计算机与电子模拟计算机的主要区别是什么 2.简单描述计算机的发展过程和应用范围。 3.冯·诺依曼机的主要特点是什么 4.按照冯·诺依曼原理,现代计算机应具备哪些功能 5.如何理解软硬件之间的等价性 6.何谓绿色计算机对它有哪些要求 7.简单描述计算机的层次结构,说明各层次的主要特点。 8.计算机系统的主要技术指标有哪些 参考答案 一、判断题 1.错。会计电算化属于计算机数据处理方面的应用。 2.对。 3.错。计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上,这样的一块芯片叫CPU。 4.错。“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条指令。 5.错。兼容性包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容,微型计算机通常具有这种兼容性。 二、简答题 1.电子数字计算机的运算对象是离散的数字量,用数码进行运算,其运算结果也是离散的数字量;电子模拟计算机的运算对象是连续变化的物理量(如电流、电压等),其运算结果也是连续变化的物理量。数字计算机的运算速度快,运算精度高。现代所说的计算机都是电子数字计算机。 2.从1946年世界上第一台数字电子计算机ENIAC研制成功至今,计算机的发展经历了4个时

计算机组成原理习题 第五章

第五章 一.填空题 1.控制器由于设计方法的不同可分为型、型和型控制器。 2.控制器在生成各种控制信号时,必须按照一定的进行,以便对各种操作实施时间上的控制。 3.微程序控制的计算机中的控制存储器CM是用来存放的。 4.在微指令的字段编码法中,操作控制字段的分段并非是任意的,必须遵循的分段原则中包括:①把性的微命令分在同一段内;②一般每个小段要留出一个状态,表示。 5.微指令分为和微指令两类,微指令可以同时执行若干个微操作,所以执行机器指令的速度比微指令快。 6.在CPU中,指令寄存器的作用是,其位数取决于;程序计数器的作用是,其位数取决于。 7.指令周期是,最基本的指令周期包括和。 8.根据CPU访存的性质不同,可将CPU的工作周期分为、、和。 9.在CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器是,保存下一条指令地址的寄存器是,保存CPU访存地址的寄存器是。 10.中断判优可通过和实现,前者速度更快。 11.中断服务程序的入口地址可通过和寻找。 12.在硬件向量法中,可通过两种方式找到服务程序的入口地址,一种是,另一种是。 13.CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫做,它常常用若干个来表示,而后者又包含有若干个。 14.程序顺序执行时,后继指令的地址由形成,遇到转移指令和调用指令时,后继指令的地址从获得。 15.控制器在生成各种控制信号时,必须按照一定的进行,以便对各种操作实施时间上的控制。 16.机器X和Y的主频分别是8MHz和12MHz,则X机的时钟周期为μs。

若X机的平均指令执行速度为0.4MIPS,则X机得平均指令周期为μs。若两个机器的机器周期内时钟周期数相等,则Y机得平均执行速度为MIPS。 17.一个主频为25MHz的CPU,平均每条指令包含2个机器周期,每个机器周期包含2个时钟周期,则计算机的平均速度是。如果每两个机器周期中有一个用于访存,而存储器速度较慢,需再插入2个时钟周期,此时指令周期为μs。 18.微指令格式可分为型和型两类,其中型微指令用较长的微程序结构换取较短的微指令结构。 19.在用微程序实现的控制器中,一条机器指令对应若干条,它又包含若干。微指令格式分成型和型两类,型微指令可同时执行若干个微操作,所以执行指令的速度比快。 20.实现机器指令的微程序一般存放在中,而用户程序存放在中,前者的速度比后者。若采用水平型微指令,则微指令长度一般比机器指令。 21.某计算机采用微程序控制,微指令字中操作控制字段共16位,若采用直接控制,则可以定义种微操作,此时一条微指令最多可同时启动个微操作。若采用编码控制,并要求一条微指令需同时启动4个微操作,则微指令字中的操作控制字段应分段,若每个字段的微命令数相同,这样的微指令格式最多可包含个微操作命令。 22.在微程序控制器中,一次能够定义并执行多个并行操作命令的微指令叫 做型微指令。若采用微操作码方式,一次只能执行一个操作命令的微指令(例如,控制信息从某个源部件到某个目标部件)叫做型微指令,后者实现一条机器指令的微程序要比前者编写的微程序。 23.在串行微程序控制器中,执行现行微指令的操作与取下一条微指令的操作在时间上是进行的,所以微指令周期等于。在并行为程序控制器中,执行现行微指令的操作与取下一条微指令的操作是进行的,所以微指令周期等于。 二.选择题

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