计算机组成原理第7章作业答案
计算机组成原理习题答案第七章
１．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？解：控制器的控制方式可以分为３种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。
同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。
这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。
异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。
异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。
联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。
２．什么是三级时序系统？解：三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。
计算机中每个指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期划分为若干个节拍，每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。
３．控制器有哪些基本功能？它可分为哪几类？分类的依据是什么？解：控制器的基本功能有：（１）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。
（２）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。
（３）指挥并控制CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。
控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型３类，分类的依据在于控制器的核心———微操作信号发生器（控制单元CU）的实现方法不同。
４．中央处理器有哪些功能？它由哪些基本部件所组成？解：从程序运行的角度来看，CPU 的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。
对于冯? 诺依曼结构的计算机而言，数据流是根据指令流的操作而形成的，也就是说数据流是由指令流来驱动的。
５．中央处理器中有哪几个主要寄存器？试说明它们的结构和功能。
解：CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
通用寄存器可用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等。
第7章习题答案 计算机组成原理课后答案(清华大学出版社 袁春风主编)
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7. 假定以下 MIPS 指 令序列在图 7.18 所示 的流 水线数据通路中 执行：
addu $s3, $s1, $s0
subu $t2, $s0, $s3
流水线深度（ Pipeline Depth） 流 水 线 冒 险 （ Hazar d） 控制冒险（Control hazard） 流水线阻塞（ Pipeline stall） 空 操 作 （ nop） 分支预测（Branch predict） 动态分支预测（Dynamic predict） 分支 延迟槽（Delayed branch slot） 旁 路 （ Bypassing） IPC（Instructions Per Cycle） 动态多发射（Dynamic multiple issue） 超长指令字 VLIW 动态流水线（Dynamic pipelining） 指令分发（Instruction dispatch） 无序发射（ out-of-order issue） 重排序缓冲（Reorder buffer） 乱序执行（ out-of-order execution） 无序完成（ out-of-order completion）
（1）插入 一个流水段寄 存器，得到 一个两级 流水线 （2）插 入两个流水段 寄存器，得 到一个三 级流水线 （3）插入 三个流水段寄 存器，得到 一个四级 流水线 （4）吞 吐量最大的流 水线 参考答案：
（1）两级流水线的平衡点在 C 和 D 之间，其前面一个流水段的组合逻辑延时为 80+30+60=170ps，后 面一 个流水 段的 组合逻 辑延时 为 50+70+10=130ps。这 样每个 流水段 都 以 最 长 延 时 调 整 为 170+20=190ps ， 故 时 钟 周 期 为 190ps ， 指 令 吞 吐 率 为 1/190ps=5.26GOPS，每条 指令的执行时 间为 2x190=380ps。
计算机组成与设计第三版第七章课后答案
13在所用主存储器芯片已确定的情况下，还要进行大幅度提高主存储器系统的读写 速度的办法是什么？
答：在所用主存储器芯片已确定的情况下，还要进行大幅度提高主存储器系统的读 写速度的办法是采用成组传送数据的方式，该方式是指用于提高在数据总线上的数 据输入/输出能力的一种技术。即通过地址总线传送一次地址后，能连续在数据总 线上传送多个（一组）数据，而不像正常总线工作方式那样，每传送一次数据，总 要用两段时间，即先送一次地址（地址时间），后送一次数据传送（数据时间）。 在成组传送方式，为传送N个数据，就可以用N+1个总线时钟周期，而不再是用 2N个总线时钟周期，使总线上的数据入/出尖峰提高一倍。
01
12存储器读写操作时，地址信号、片选信 号、读写命令、读出的数据或写入的数据， 在时间配合上要满足些什么关系？
02
答：存储器读写操作时，地址信号、片选信 号、读写命令、读出的数据或写入的数据， 它们之间在时序配合要满足以下这些条件： 有了稳定的地址与片选信号才可以读；有了 稳定的地址和写入的数据，再有了片选信号 才能再给出写命令，以便保证无误的写操作。 此外，这些信号应有一定的持续时间，以保 证读写操作得以正常完成。
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计算机组成原 理第七章习题
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7.1.在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？它们的应用是建 立在程序的什么特性之上的？
答：在现代的计算机系统中，通常总是采用由三种运行原理不同，性能差异 很大的存储介质分别构建高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器，再将它 们组成三级结构的统一管理、高度的一体化存储器系统。由高速缓冲存储器 缓解主存储器读写速度慢，不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储 器更大的存储空间，解决主存储器容量小，存不下更大程序与更多数据的难 题。
计算机组成原理(第七章 输入输出系统
第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。
2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。
3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。
（2）外围设备向CPU提供状态信息。
（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。
历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。
统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。
由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。
【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。
二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。
2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。
程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。
历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。
（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。
程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。
计算机组成原理第7章习题指导
第7章 指 令 系 统例7.1 假设指令字长为16位，操作数的地址码为6位，指令有零地址、一地址、二地址三种格式。
（1）设操作码固定，若零地址指令有P 种，一地址指令有Q 种，则二地址指令最多有几种？（2）采用扩展操作码技术，若二地址指令有X 种，零地址指令有Y 种，则一地址指令最多有几种？解:（1）根据操作数地址码为6位，则二地址指令中操作码的位数为16 – 6 – 6 = 4。
这4位操作码可有24=16种操作。
由于操作码固定，则除去了零地址指令P 种，一地址指令Q 种，剩下二地址指令最多有16 – P – Q 种。
（2）采用扩展操作码技术，操作码位数可变，则二地址、一地址和零地址的操作码长度分别为4位、10位和16位。
可见二地址指令操作码每减少一种，就可多构成26种一地址指令操作码；一地址指令操作码每减少一种，就可多构成26种零地址指令操作码。
因二地址指令有X 种，则一地址指令最多有()6422×−X 种。
设一地址指令有M 种，则零地址指令最多有()[]664222×−×−M X 种。
根据题中给出零地址指令有Y 种，即()[]664222×−×−=M X Y则一地址指令 ()664222−×−×−=Y X M例7.2 设相对寻址的转移指令占3个字节，第一字节为操作码，第二、三字节为相对位移量（补码表示），而且数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式。
每当CPU 从存储器取出一个字节时，即自动完成 (PC) + 1 → PC 。
（1）若PC 当前值为240（十进制），要求转移到290（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是什么？（2）若PC 当前值为240（十进制），要求转移到200（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是什么？解：（1）PC 当前值为240，该指令取出后PC 值为243，要求转移到290，即相对位移量为290 –243 = 47，转换成补码为2FH 。
计算机组成原理第四版课后题答案七,八章
第七章1. 计算机的外围设备是指（）A．输入/ 输出设备 B. 外存储器C. 输入/输出设备及外存储器D. 除了CPU和内存以外的其他设备解：D2．打印机根据印字方式可以分为（）和（）两大类，在（）类打印机中，只有（）型打印机能打印汉字，请从下面答案中选择填空。
A．针型打印机B. 活字型打印机C. 击打式D. 非击打式解：C D C A7．试推导磁盘存贮器读写一块信息所需总时间的公式。
解：设读写一块信息所需总时间为Tb，平均找道时间为Ts，平均等待时间为TL，读写一块信息的传输时间为Tm，则：Tb=Ts＋TL＋Tm。
假设磁盘以每秒r 转速率旋转，每条磁道容量为N 个字，则数据传输率=rN 个字/ 秒。
又假设每块的字数为n，因而一旦读写头定位在该块始端，就能在Tm≈（n / rN ）秒的时间中传输完毕。
TL是磁盘旋转半周的时间，TL=（1/2r ）秒，由此可得：Tb=Ts＋1/2r ＋n/rN 秒8．某磁盘存贮器转速为3000 转/ 分，共有4 个记录面，每毫米5 道，每道记录信息为12288 字节，最小磁道直径为230mm，共有275 道。
问：（1）磁盘存贮器的容量是多少？（2）最高位密度与最低位密度是多少？（3）磁盘数据传输率是多少？（4）平均等待时间是多少？（5）给出一个磁盘地址格式方案。
解：（1）每道记录信息容量= 12288 字节每个记录面信息容量= 275 × 12288 字节共有4 个记录面，所以磁盘存储器总容量为：4 ×275×12288字节= 13516800 字节（2）最高位密度D1按最小磁道半径R1计算（R1 = 115mm）：D1 = 12288 字节/ 2 πR1 = 17 字节/ mm 最低位密度D2 按最大磁道半径R2计算：R2 = R1 + （275 ÷ 5）= 115 + 55 = 170mmD2 = 12288 字节/ 2 πR2 = 11.5 字节/ mm（3）磁盘传输率C = r · Nr = 3000 / 60 = 50 周/ 秒N = 12288 字节（信道信息容量）C = r · N = 50 × 12288 = 614400 字节/ 秒（4）平均等待时间= 1/2r = 1 / （2 ×50） = 10 毫秒（5）磁盘存贮器假定只有一台，所以可不考虑台号地址。
计算机组成原理第7章作业答案PPT培训课件
虚拟存储器
一种将内存和外存统一管理的技术，使得用 户无需关心物理内存和外存的界限，方便程 序的编写和运行。
04 指令系统
指令格式与寻址方式
指令格式
指令格式包括操作码和地址码两部分，操作 码表示指令的操作类型，地址码表示操作数 所在内存单元的地址。
寻址方式
寻址方式是指确定操作数所在内存单元地址 的方式，包括直接寻址、间接寻址、寄存器
要点二
指令优化
为了提高指令执行效率，可以采用多种优化技术，如流水 线技术、分支预测、动态调度等。其中流水线技术可以将 指令执行过程划分为多个阶段，并行处理多个指令；分支 预测可以预测分支指令的执行路径，减少分支带来的时间 开销；动态调度可以根据指令的特性动态调整指令执行顺 序，提高指令的并行度。
05 中央处理器
重点与难点回顾
重点回顾
该部分对本章的重点内容进行了回顾，包括计算机组成 原理的基本概念、计算机系统的层次结构、指令系统、 中央处理器、存储器等。
难点回顾
该部分对本章的难点内容进行了回顾，包括计算机组成 原理的实现细节、指令执行的时序控制、流水线技术等 。
学习建议与展望
学习建议
该部分给出了一些学习建议，包括如何加深对计算机 组成原理的理解、如何提高解题能力等。
寻址、基址寻址和变址寻址等。
指令集与指令的功能
指令集
指令集是计算机中所有指令的集合，包括算术运算、 逻辑运算、控制转移等指令。
指令的功能
指令的功能是指指令所能完成的操作类型，如加法、 减法、乘法、除法、逻辑运算、控制转移等。
指令执行流程与优化
要点一
指令执行流程
指令执行流程包括取指令、解码、执行、访存和写回等阶 段，其中取指令阶段是从内存中取出指令并存放到CPU的 指令寄存器中；解码阶段是将指令操作码转换成相应的控 制信号；执行阶段是完成指令所描述的操作；访存阶段是 访问内存以获取操作数；写回阶段是将结果写回到内存或 寄存器中。
计算机组成原理习题答案第七章
期平均包含４个时钟周期，该机的平均指令执行速度为０．８MIPS，试问：
（１）平均指令周期是多少μs？
（２）平均每个指令周期含有多少个机器周期？
（３）若改用时钟周期为０．４μs的CPU芯片，则计算机的平均指令执行速度又是多少MIPS？
１０．CPU中指令寄存器是否可以不要？指令译码器是否能直接对存储器数据寄存器MDR中的信息译码？为什么？请以无条件转移指令JMP A为例说明。
解：指令寄存器不可以不要。指令译码器不能直接对MDR中的信息译码，因为在
取指周期MDR的内容是指令，而在取数周期MDR的内容是操作数。以JMP A指令为
例，假设指令占两个字，第一个字为操作码，第二个字为转移地址，它们从主存中取出时都
１．控制器有哪几种控制方式？各有何特点？
解：控制器的控制方式可以分为３种：同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。
MDR→MM
Acc＋１→Acc；恢复Acc
（４）STORE（存数）指令：
取指令微操作略。
A→MAR；Acc中的数据写
入主存单元
Acc→MDR，WRITE
MDR→MM
１２．某计算机的CPU内部结构如图６唱２２所示。两
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4
4
4
4
OP
A1
A2
A3
解题思路：以三地址指令格式为
该指令系统的基本格式。以此格式为 基础，采用扩展操作码技术，设计出 题意所要求的地址码结构的指令。
指令操作码分配方案如下：
第 5 张幻灯片
指令操ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ码分配方案
4位OP 0000， ……， A1，A2，A3；8条三地址指令 01目11，录 1000，0000， …10上…00一，，页…11…11，， A2，A3；16条二地址指令 10下01一，页0000，0000， …退…，出……，……， A3；100条一地址指令 1001，0110，0011， 1001，0110，0100， ……，……，……， 冗余编码 1001，1111，1111， 可用来扩充一、零地址指令条数 1010， ……， 冗余编码 1111， 可用来扩充三、二、一、零地址指令条数
FFH ECH
第 14 张幻灯片
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16. 某机主存容量为4M16位，且存 储字长等于指令字长，若该机指令系统 可完成108种操作，操作码位数固定， 且具有直接、间接、变址、基址、相对、 立即等六种寻址方式，试回答以下问题。
（1）画出一地址指令格式并指出 各字段的作用。
（2）该指令直接寻址的最大范围。 （3）一次间接寻址和多次间接寻 址的寻址范围。 （4）立即数的范围（十进制表 示）。
第 15 张幻灯片
目录
执行JMP后PC各为： EA1= 200AH EA2 = 1FF7H
请参考课件上的例子。
第 13 张幻灯片
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15.解： +35-3 = 20H -17-3 = ECH
当取出JZ指令时，PC的内容变为 4003H。由于数据在存储器中采用以 高字节地址为字地址的存放方式故 此时转移指令第二、三字节内容各 为： 00H 20H
一地址格式的另一个操作数通常可采用隐含寻址。
举例参照P312.
第 3 张幻灯片
目5.解录：二地址指令操作数的物理地址用地址码给 出，可以是主存的地址，也可以是寄存器的地址， 上甚一至页 可以是I/O设备的地址。（P302）
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第 4 张幻灯片
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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。
A
（公操作）
第 11 张幻灯片
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14. 设相对寻址的转移指令占两个 字节，第一个字节是操作码，第二个 字节是相对位移量，用补码表示。假 设当前转移指令第一字节所在的地址 为2000H，且CPU每取出一个字节便自 动完成（PC）+1PC的操作。试问当 执行“JMP *+8”和“JMP *-9”指令时， 转移指令第二字节的内容各为多少？
解：1）若采用定长操作码时，二 地址指令格式如下：
4
6
6
OP
A1
A2
此时，无论指令中有几个地址， 指令格式都不变。
第 8 张幻灯片
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设二地址指令有K种，则： K=24-M-N 当M=1（最小值），N=1（最小值） 时，二地址指令最多有：
Kmax=16-1-1=14种 2）若采用变长操作码时，二地址指 令格式仍如1）所示，但操作码长度可随 地址码的个数而变。此时，
一地址指令条数 =3×26 =192条
第 7 张幻灯片
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8. 某机指令字长16位，每个操作 数的地址码为6位，设操作码长度固定，
指令分为零地址、一地址和二地址三
种格式。若零地址指令有M种，一地 址指令有N种，则二地址指令最多有
几种？若操作码位数可变，则二地址
指令最多允许有几种？
解：据题意，相对寻址的转移指令 格式如下：
2000H 2001H 2002H
OP A
第 12 张幻灯片
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当取出JMP指令时，PC的内容变 为2002H。此时转移指令第二字节内容 各为：
A1= 0000 0110 = 06H（6） A2= 1111 0101 = F5H（-11）
目解录：由于本题未指定数据通路结构，因此只能大
概地排一下信息流程图，并且流程图中突出寻址过程
的实上一现页。
下A一D页D *-5指令信息流程图如下：
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A
取指令（省）
EA MAR，读
寻址计算： EA=(PC)-5 =4000H+FFFBH =3FFBH
M(EA) MDR
(ACC)+(MDR) ACC
（ M/26向上取整）。 零地址指令条数为： M = 216 - 212K - 26N； 当K最大时（K=15），一地址指令 最多有： Nmax=64 - 1=63种； 零地址指令最多有： Mmax=64种
注意：应首先根据题意画出指令 基本格式。
第 10 张幻灯片
13. 画出执行“ADD *-5”指令（*为相对寻址特征） 的信息流程图。设另一个操作数和结果存于ACC中， 并假设（PC）=4000H。
K= 24 -（N/26 + M/212 ）； （N/26 + M/212 向上取整）
当（N/26 + M/212 ） 1时，K最大， 则二地址指令最多有：
Kmax=16-1=15种（只留一种编码作扩 展标志用。）
第 9 张幻灯片
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讨论：此时，一地址指令条数为： N=（24 - K）×26 - M/26；
第 6 张幻灯片
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7. 设指令字长为16位，采用扩展操 作码技术，每个操作数的地址为6位。 如果定义了13条二地址指令，试问还可 安排多少条一地址指令？
解：二地址指令格式如下：
4
6
6
OP
A1
A2
设二地址指令格式为该指令系统 的基本格式，4位操作码共有16种编码 ，其中13种用来定义二地址指令，还 剩3种可用作扩展标志。如不考虑零地 址指令，该指令系统最多还能安排：
指令系统
第七章
目作业录 题： 3，4，5，6，7，8，13，14，15，16，20，21
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第 2 张幻灯片
目3. 录
指令字长：7.1.2节(P304) 上机一器页 字长：1.3.1节(P17) 下存一储页 字长：P13
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4.解：
零地址指令的操作数的地址隐含在堆栈指针SP 中(P303)