计算机组成原理第七章课后部分答案
计算机组成原理第7章作业答案
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
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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
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。
《计算机组成原理》课后习题答案
第1章计算机组成原理考试大纲第一章计算机体系结构和计算机组成冯。
诺伊曼体系的特点Amdahl定律第二章数制和数制转换各种码制的表示和转换浮点数的表示补码加减法布思算法浮点数的加减法海明码的计算练习：5，6，7，8，101、已知X=19，Y=35，用布思算法计算X×Y和X×(-Y)。
2、使用IEEE 754标准格式表示下列浮点数：-5，-1.5，1/16，-6，384，-1/32。
3、已知X=-0.1000101×2-111，Y=0.0001010×2-100。
试计算X+Y，X-Y，X×Y和X/Y。
4、某浮点数字长12位，其中阶符1位，阶码数值3位，尾符1位，尾数数值7位，阶码和尾数均用补码表示。
它所能表示的最大正数是多少？最小规格化正数是多少？绝对值最大的负数是多少？5、求有效信息位为01101110的海明码校验码。
第三章练习：5解释下列概念：PROM，EPROM，E2PROM，Flash memory，FPGA，SRAM和DRAM。
第四章总线的分类总线操作周期的四个传输阶段总线仲裁的概念及其分类异步通信方式的种类总线的最大传输率第五章存储器的分类存储容量的扩展RAID的概念、特点以及分类Cache的地址映射Cache的写策略Cache的性能分析3C练习：4，5，71．一个容量为16K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少?用下列存储芯片时，各需要多少片?1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×l位，4K×8位，8K×8位2．现有1024×l的存储芯片，若用它组成容量为16K×8的存储器。
(1)实现该存储器所需的芯片数量?(2)若将这些芯片分装在若干块板上，每块板的容量为4K×8，该存储器所需的地址线总数是多少?几位用于选片?几位用作片内地址?(3)画出各芯片的连接逻辑图。
计算机组成原理课后习题答案(一到九章)
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。
计算机组成原理课后参考答案(部分)
A2A1A0 连 3-8 译码器的 C、B、A 端， M / IO 通过非门连译码器的 G2A 非和 G2B 非使能端，译码器的
G1 使能端接+5V 电源。 （5）CPU 和存储芯片的连接图：略
4.28 设主存容量为 256K 字，Cache 容量为 2K 字，块长为 4。
（1）设计 Cache 地址格式，Cache 中可装入多少块数据？ （2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。 （3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。
Cache 块号 字块内地址
9位
2位
（2）根据主存容量为 256K 字=218，得主存字地址为 18 位。在直接映射方式下，主存字块标记为 18-11=7， 故主存地址格式为：
主存字块标记 7位
Cache 字块地址 字块内地址
9位
2位
第 3 页 共 19 页
3
（3）根据四路组相联的条件，一组内有 4 块，得 Cache 共分 512/4=128=2q 组，即 q=7，主存字块标 记为 18-q-b=18-7-2=9 位，其地址格式为：
16K ´ 32位
（5）当选用 4K×8 位的存储芯片时，需要 4K ´ 8位 =16 片。
16K ´ 32位
（6）当选用 8K×8 位的存储芯片时，需要 8K ´ 8位 =8 片。
计算机组成原理课后答案
计算机组成原理课后答案习题解答第一章思考题与习题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？计算机系统是指计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。
硬件即指计算机的实体部分。
软件是由计算机运行所需的程序及相关文档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4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？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。
5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？(1) 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(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成(5) 指令在存储器内按顺序存放。
(6) 机器以运算器为中心。
6．画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。
硬件的主要技术指标：(1) 机器字长：指 CPU 一次能处理数据的位数，通常与 CPU 的寄存器位数有关(2) 存储容量：包括主存容量和辅存容量，存放二进制代码的总数＝存储单元个数×存储字长(3) 运算速度：主频、Gibson 法、MIPS 每秒执行百万条指令、CPI 执行一条指令所需时钟周期数、FLOPS 每秒浮点运算次数7．解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
主机——是计算机硬件的主体部分，由CPU+MM（主存或内存）组成；CPU——中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；存储字长——存储器一次存取操作的最大位数；存储容量——存储器中可存二进制代码的总量；机器字长——CPU能同时处理的数据位数；等于处理器内部寄存器位数指令字长——一条指令包含的二进制代码位数；8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
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)
• 159 •
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。
计算机组成原理第七、八章答案ppt课件
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，
M=((24 -K)*26-N)*26 ，即
K= 24 -(N/26 + M/212 )；
（N/26 + M/212 向上取整）
2021/4/30
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11
10. 试比较基址寻址和变址寻址。
解：比较如下：
1）都可有效地扩大指令寻址范围。
2）基址寻址时，基准地址由基址寄存
器给出，地址的改变反映在位移量A的取值上；
变址寻址时，基准地址由A给出，地址的改变反
映在变址值的自动修改上，变址值由变址寄存
器给出。
3）基址寄存器内容通常由系统程序设
操作数
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注意：
1）英文缩写EA表示有效地址，不能乱用。 2）示意图中应标明EA（有效地址）的位置。
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12. 画出“SUB @R1”指令对操作数的寻
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：1）若采用定长操作码时，二地
址指令格式如下：
4
6
6
此时，无论指令中有几个地址，
指令格式都不变。
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8
设二地址指令有K种，则：
K=24-M-N
指令系统
第七章
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1
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 器的主要功能以及与硬件结构之间存在着密切的关系？
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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,
,,,,,,,,, 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
7.7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，还可以安排多少条一地址指令？
解：二地址指令格式如下：
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种可用来作扩展
标志。
如不考虑零地址指令，该指令系统最多还能安排：
一地址指令条数二3 * 2A6 = 192 条
7.9比较间接寻址和寄存器间接寻址。
解：计算机组成原理：试比较间接寻址和寄存器间接寻址
7.10比较基址寻址和变址寻址
解：1）都可以有效的扩大指令寻址范围。
2 ）基址寻址时，基准地址由基址寄存器给出，地址的改变
反映在位移量A的取值上，变址寻址时，基准地址由
A给出，地址的改变反映在变址值的自动修改上，变址值
由变址寄存器给出。
3 ）基址寄存器内容通常由系统程序设定，变址寄存器内容
通常由用户设定。
4 ）基址寻址适用于程序的动态重定位，变址寻址适用于数
组或字符串处理，适用场合不同。
7.14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 +1—PC的操作。
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：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：
2000H
OP
2001H
2002H
当执行JMP指令时，指令第二字节的内容不变，PC的内容
变为2002H此时转移指令第二字节内容各为：
A1 = +8 = 0000 1000 = 08H
A2 = -9 = 1111 0111 = F7H
其有效地址各为:
EA1 = (PC) + 8 = 2002H + 0008H = 200AH
EA2 = (PC) - 9 = 2002H + FFF7H = 1FF9H
7.20什么是RISC?简述它的主要特点。
解：RISC( reduced instruction set computer ，精简指令集计算机)是一种执行较少类型计算机指令的微处理器，起源于80
年代的MIPS主机(即RISC机)，RISC机中采用的微处理器统
称RISC处理器。
主要特点：
(1) 选取使用频度较高的一些简单指令以及一些很有用但又不复
杂的指令，让复杂指令的功能由频度高的简单指令的组合来
实现。
(2) 指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
(3) 只有取数/ 存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存
器内完成。
(4) CPU中有多个通用寄存器。
(5) 采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成。
采用
超标量和超流水线技术，可使每条指令的平均执行时间小于
一个时钟周期。
(6) 控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。
(7) 采用优化的编译程序。
7.21 比较RISC和CISC,
解：(1)指令系统：RISC设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。
对不常用的功能，常通过组合指令来完成。
因此，在RISC 机器上实现特殊功能时，效率可能较低。
但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。
而CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。
因此，处理特殊任务效率较高。
（2）存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简单化；
而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接。
（3）程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编语言程序编
程相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计相对容易，效
率较高。
（4）中断：RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。
（5）CPU RISC CPU包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISC CPU包含有丰富的电路单元，因而功能强、
面积大、功耗大。
6）设计周期：RISC 微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；CISC 微处理器结构复杂，设计
周期长。
7）用户使用：RISC 微处理器结构简单，指令规整，性能
容易把握，易学易用；CISC 微处理器结构复杂，功能强
大，实现特殊功能容易。
8）应用范围：由于RISC 指令系统的确定与特定的应用领域有
关，故RISC 机器更适合于专用机；而CISC 机器则更适合于通用机。