计算机组成原理答案
(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。
计算机组成原理部分答案
4．6 某机字长为32位，其存储容量是64KB ，按字编址的寻址范围是多少？若主存按字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。
解：主存容量64KB ，如果按字编址，有64KB / 4B = 16K 个可寻址单元寻址范围是 214或0 ~ 16K-1如果按字节编址，有64K 个可寻址单元。
每个字包含4个字节。
用二进制表示的地址，字地址的最低2位是00。
4、7. 一个容量为16K ×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？1K ×4位，2K ×8位，4K ×4位，16K ×1位，4K ×8位，8K ×8位解：地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46根；选择不同的芯片时，各需要的片数为：1K ×4：（16K ×32） / （1K ×4） = 16×8 = 128片2K ×8：（16K ×32） / （2K ×8） = 8×4 = 32片4K ×4：（16K ×32） / （4K ×4） = 4×8 = 32片16K ×1：（16K ×32）/ （16K ×1） = 1×32 = 32片4K ×8：（16K ×32）/ （4K ×8） = 4×4 = 16片8K ×8：（16K ×32） / （8K ×8） = 2×4 = 8片4.15 设CPU 共有16根地址线，8根数据线，并用MREQ （低电平有效）作访存控制信号，W /R 作读写命令信号（高电平为读，低电平为写）。
现有下列存储芯片：ROM （2K ×8位，4K ×4位，8K ×8位），RAM （1K ×4位，2K ×8位，4K ×8位），及74138译码器和其他门电路（门电路自定）。
计算机组成原理答案(张功萱等编著)终极完整版
（4）(－5)10＝(－101)2＝－1.01×22
阶码E＝127＋2＝129＝(10000001)2
机器数形式：1 10000001 01000000000000000000000
十六进制形式：C0A00000H
2.13写出下列十六进制的IEEE单精度浮点数代码所代表的十进制数值。
解：
（1）(0.15625)10＝(0.来自00101)2＝1.01×2－3
阶码E＝127＋(－3)＝124＝(1111100)2＝01111100
机器数形式：0 01111100 01000000000000000000000
十六进制形式：3E200000H
（2）(－0.15625)10＝(－0. 00101)2＝－1.01×2－3
（1）若e1＞e2，是否有N1＞N2
（2）若S1、S2均为规格化数，上述结论是否正确？
答：（1）不一定
（2）正确
2.15设一个六位二进制小数x＝0.a1a2a3a4a5a6，x≥0，请回答：
（1）若要x≥81，a1a2a3a4a5a6需要满足什么条件？
（2）若要x＞21，a1a2a3a4a5a6需要满足什么条件？
第二章作业解答
2.2分别计算用二进制表示4位、5位、8位十进制数时所需要的最小二进制位的长度。
答：
∵ 4位十进制数的最大数为9999，213＝8192＜9999＜214＝16384
∴表示4位十进制数所需的最小二进制位的长度为14位。
∵ 5位十进制数的最大数为99999，216＝65536＜9999＜217＝131072
2.6已知x的二进制真值，试求[x]补、[－x]补、[x/2]补、[x/4]补、[2x]补、[4x]补、[－2x]补、[－x/4]补。（设机器采用定点小数，字长为8位，若结果不存在或出错，请注明）
计算机组成原理版答案
1．1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？略。
1．2 你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？略。
1．3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。
略。
1．4 计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？`。
1．5 计算机硬件系统的主要指标有哪些？答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。
答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。
1．6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？答：指CPU一次能处理的数据位数。
它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。
1．7 什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量（如字节数）。
它包括主存容量和辅存容量。
主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。
如内存等。
辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。
1．8 根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。
（1）为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。
（2）计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。
它具有加法、测试和控制其他部件的功能。
（3）计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。
（4）处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O 设备做什么的部件。
（5）嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。
（6）在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。
（7）管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。
（8）将高级语言翻译成机器语言的程序。
（9）将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。
（10）计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。
供选择的词或短语：1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器（CPU）4、编译器5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机9、主存储器 10、VLSI答：（1）8，（2）3，（3）9，（4）6，（5）2，（6）10，（7）5，（8）4，（9）1，（10）7计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。
计算机组成原理(附答案)
计算机组成原理习题答案
计算机组成原理习题答案1、冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是（C）。
A.多指令流单数据流B.具备了自动输入输出的功能C.按地址访问并顺序执行指令D.存储器按内容选择地址2、完整的计算机应包括（D）。
A.运算器、存储器、控制器B.外部设备和主机C.主机和实用程序D.配套的硬件设备和软件系统3.下列逻辑部件中，不包括在运算器内的是（D）。
A.累加器B.运算状态寄存器C.ALUD.指令寄存器A.减少信息传输量B.减少信息传输线的条数C.提高信息传输的速度D.增加CPU的工作量5.运算器虽有许多部件组成，但核心部件是（B）。
A.数据总线B.算术逻辑运算单元C.多路开关D.累加寄存器6.某寄存器中的值有时是地址，因此具有计算机的（C）才能识别它。
A.译码器B.判断程序C.指令D.时序信号7.早期的8位微型计算机中乘除法大多数用（A）实现。
A.软件B.硬件C.固件D.专用芯片8.硬件在功能实现上比软件强的是（A）。
A.速度快B.成本低C.灵活性强D.实现容易9.存储器地址的重要作用是（B）。
A.运算器B.控制器C.键盘D.内存储器11.虚拟机中不包括的层次是（D）。
A.应用软件B.硬件C.操作系统D.用户自编程序12.运算器中临时存放数据的部件是（B）。
A.ALUB.寄存器C.半导体存储器D.指令寄存器13.计算机内存与外存的区别在于（A）。
A.是否包括在主机中B.是否包括在主机箱中C.是否由主机控制D.是否由操作系统控制14.计算机的外围设备是指（D）。
15.对计算机的软硬件资源进行管理的程序是（B）。
16.下列功能中哪个不属于操作系统的功能范畴？（D）。
17.可由计算机硬件系统直接运行的程序是（）。
18.一类常用的将高级语言程序转换成机器语言的过程称做（）。
一、单项选择题1.某机字长64位，其中1位符号位，63位尾数。
若用定点小数表示，则最大正小数为（B）。
A．+（1-2）B.+（1-2）C.2D.22.设[某]补=1.某1某2某3某4某5某6某7某8,当满足（A）时，某>-1/2成立。
计算机组成原理习题答案
1、冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是（ C ）。
A.多指令流单数据流B.具备了自动输入输出的功能C.按地址访问并顺序执行指令D.存储器按内容选择地址2、完整的计算机应包括（ D ）。
A. 运算器、存储器、控制器B.外部设备和主机C.主机和实用程序D.配套的硬件设备和软件系统3. 下列逻辑部件中，不包括在运算器内的是（ D ）。
A. 累加器B. 运算状态寄存器C. ALUD. 指令寄存器4. 计算机系统中广泛采用总线将五大部件联系起来，使用总线结构可以（ B ）。
A. 减少信息传输量B. 减少信息传输线的条数C. 提高信息传输的速度D. 增加CPU的工作量5. 运算器虽有许多部件组成，但核心部件是（ B ）。
A. 数据总线B. 算术逻辑运算单元C. 多路开关D. 累加寄存器6. 某寄存器中的值有时是地址，因此具有计算机的（ C ）才能识别它。
A. 译码器B. 判断程序C. 指令D. 时序信号7. 早期的8位微型计算机中乘除法大多数用（ A ）实现。
A. 软件B. 硬件C. 固件D. 专用芯片8. 硬件在功能实现上比软件强的是（ A ）。
A. 速度快B. 成本低C. 灵活性强D. 实现容易9. 存储器地址的重要作用是（ B ）。
A. 便于按地址编号读写连续的数据B. 作为存储器中不同数据字的惟一标志C. 便于一个程序连续存放D. 作为区分地址中的数据和指令的标志10. 下列部件不属于主机的是（ C ）。
A. 运算器B. 控制器C. 键盘D. 内存储器11. 虚拟机中不包括的层次是（ D ）。
A. 应用软件B. 硬件C. 操作系统D. 用户自编程序12. 运算器中临时存放数据的部件是（ B ）。
A. ALUB. 寄存器C. 半导体存储器D. 指令寄存器13. 计算机内存与外存的区别在于（ A ）。
A. 是否包括在主机中B. 是否包括在主机箱中C. 是否由主机控制D. 是否由操作系统控制14. 计算机的外围设备是指（ D ）。
计算机组成原理
计算机组成原理1总分：100考试时间：100分钟一、单项选择题1、冯•诺伊曼机工作方式的基本特点是（）(正确答案：B,答题答案：)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、存储器按内容选择地址2、存放欲执行指令的寄存器是（）(正确答案：D,答题答案：)A、MARB、PCC、MDRD、IR3、存储字所对应的二进制代码的个数称为（）(正确答案：A,答题答案：)A、存储字长B、存储容量C、存储单元D、机器字长4、根据Moore 定律，微芯片上集成的晶体管数目每三年翻（）番(正确答案：B,答题答案：)A、一B、二C、三D、四5、利用光子取代电子进行运算和存储的计算机属于（）(正确答案：A,答题答案：)A、光子计算机B、量子计算机C、生物计算机D、智能计算机二、多项选择题1、以下无法区分存储单元中存放的指令和数据的部件是______(正确答案：ABD,答题答案：)A、存储器；B、运算器；C、控制器；D、用户程序。
2、以下属于芯片集成度提高的限制因素的是______ (正确答案：ABC,答题答案：)A、物理极限B、制作成本C、功耗、散热、线延迟D、摩尔定律三、判断题1、汇编语言是面向机器的语言，高级语言是面向用户的语言，与具体机器无关。
(正确答案：A,答题答案：)A、是B、否2、计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性。
(正确答案：A,答题答案：)A、是B、否3、计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成。
(正确答案：A,答题答案：)A、是B、否4、冯•诺伊曼计算机中，指令和数据存放于不同的存储器内，可以按地址寻访(正确答案：B,答题答案：)A、是B、否5、指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作数所在存储器中的位置(正确答案：B,答题答案：)A、是B、否6、指令在存储器内按顺序存放，因此，指令都是顺序执行的(正确答案：B,答题答案：)A、是B、否7、冯•诺伊曼计算机以运算器为中心，I/O设备与存储器的数据传送通过运算器。
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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：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：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；Tl ＝200ns，T2=400ns，T3=200ns，试画出时序产生器逻辑图。
解：取节拍脉冲Tl 、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：241?32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。
试以指令码(A ，B ，H ，D ，E ，F ，G)为输入变量，写出控制参数M ，S 3，S 2，S l ，C 的逻辑表达式。
解：由表可列如下逻辑方程M=GS3=H+D+FS2=A+B+D+H+E+F+GS1=A+B+F+GC=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，请安排微指令的控制字段格式。
解：因为有10种不同性质的微命令信号，如果采用直接表示法则需要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 j? ? ?? ? ?或：e f h d i j? ? ?? ? ?或：f h i bg j? ? ?? ? ?9．微地址转移逻辑表达式如下：μA8 = 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：μA 5=P 3·IR 5·T 4 μA 4=P 3·IR 4·T 4 μA 3=P 1·IR 3·T 4 μA 2=P 1·IR 2·T 4 μA 1=P 1·IR 1·T 4μA 0=P 1·IR 0·T 4+P 2·C ·T 4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μA 2、μA 1、μA 0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R 0?R 3，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512*48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512*48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P.147图5.2312．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max(100,100,80,50)=100ns(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 I1I2I15I16I17I18I19I20WBMEMEXIDIF123456?192021222324时间T (2) 流水线的实际吞吐量：执行20条指令共用5+1?19=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n*k*τ；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-1)*τ；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 ； M(A)→R1，M(A)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 ； (R4)?(R5)→R4(3) I1LAD R6，B ； M(B)→R6，M(B)是存储器单元I2MUL R6，R7 ； (R6)? (R7)→R6解：(1) I1的运算结果应该先写入R1，然后再在I2中读取R1的内容作为操作数，所以是发生RAW (“写后读”)相关(2) WAR(3) RAW和WAW两种相关17．参考图5.39所示的超标量流水线结构模型，现有如下6条指令序列：I1LAD R1，B ； M(B)→R1，M(B)是存储器单元I2SUB R2，Rl ； (R2)-(R1)→R2I3MUL R3，R4 ； (R3)*(R4)→R3I4ADD R4，R5 ； (R4)+(R5)→R4I5LAD R6，A ； M(A)→R6，M(A)是存储器单元I6ADD 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(2) 按序发射按序完成的流水时空图如下：1234567891011时钟I1I2超标量流水线的时空图。