计算机组成原理重点整理(白中英版)
计算机组成原理本全白中英
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１、定点数的表示
定点表示：约定机器中所有数据的小数点位置是 固定不变的。 由于约定在固定的位置，小数点就不再使用记号 “.”来表示。通常将数据表示成纯小数或纯整数。 n+1位定点数表示： X0 X1 X2X3… Xi … Xn-2 Xn-1Xn 其中X0为符号位， X１… Xn为数值部分, Xi为０或１。
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任意十进制N，可以化为 N＝M×10E 其中M为小数，E为整数 一个数S的任意进制表示 （S）R＝m×Re m ：尾数，是一个纯小数。 e ：比例因子的指数，称为浮点的指数，是一个 整数。 R ：比例因子的基数，对于二进计数值的机器 是一个常数，一般规定Ｒ 为2，8或16。
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浮点表示法：把一个数的有效数字和数的范围 在计算机的一个存储单元中分别予以表示， 这种把数的范围和精度分别表示的方法，数 的小数点位置随比例因子的不同而在一定范 围内自由浮动。 对于：101.1101（=0.1011101×20011） 只需存放0.1011101和0011即010111010011
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第三节
计算机的硬件
一、数字计算机硬件的组成
硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。 计算机硬件由五大部分组成：即运算器、控制器、 存储器、输入设备、输出设备。 运算器 进行数据处理或信息加工（Ｐ８） 包括各种算术运算、逻辑运算和判断处理 存储器 存放程序和数据（Ｐ９） 程序 是计算机进行各种操作和控制的依据 数据 是计算机进行操作的对象 计算机中存放的程序和数据都是二进制形式的
计算机系统具有层次性，它是由多级层次结 构组成的。其层次之间的关系十分紧密，上 层是下层功能的扩展，下层是上层的基础； 层次的划分不是绝对的，各层之间有时是相 互渗透的。
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计算机组成原理(白中英)
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 专用奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘， 奇偶校验信息存在一台专用盘上
数据块
校验码 产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 只写一次光盘
只写一次光盘（Write Once Only）：可以由用户写入 信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读 出，相当于PROM。在盘片上留有空白区，可以把要修 改和重写的的数据追记在空白区内。
❖ 可檫写式光盘
可檫写式光盘（Rewriteable）：利用磁光效应存取信 息，采纳特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、 再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重 复读写。
RAID6
I/O系统
❖ 双维奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘， 检、纠错信息均匀分布在全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码 产生器
7.7 光盘存储设备
– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； – 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流
恢复到零电流 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，
计算机组成原理第四章课件白中英版
操作码字段OC 地址码字段AC
计算机组成原理第四章课件白中英 版
地址码
操作码 操作码
操作码
操作码
A1 A2 A3 三地址指令
A1
A2 二地址指令
A
单地址指令
零地址指令
寄存器－存储器结构可以直接访问存储器，容 易对指令进行编码，生成的目标代码较小。但 其操作数类型不同，需同时对存储器和寄存器 进行编码，指令执行的时钟周期数也不尽相同
Pentium指令格式
Pentium机的指令字长度可变：从１字节到12 字节，还可以带前缀
非固定长度的指令格式是典型的CICS结构特征
3. 源寄存器和目标寄存器都是通用寄存器（可 分别指定16个）。两个操作数均在寄存器中， 所以是寄存器－寄存器型指令
4. 这种指令结构常用于算术逻辑运算类指令
[例2] 分析指令格式的特点
15
9
OP
7
4
-------- 源寄存器
位移量(16位)
3
0
变址寄存器
1. 双字长二地址指令，用于访问存储器
2. 操作码字段OP为6位，可以指定64种操作
数据弹出堆栈操作pop存储器堆栈?使用主存部分空间作为堆栈区域寄存器堆栈串联堆栈?cpu内部以堆栈方式存取数据的一组寄存器wordstackpushpop计算机组成原理36451指令的分类数据传送指令?实现主存与寄存器之间寄存器与寄存器之间或立即数到寄存器和主存的数据传送算术运算指令?实现加减乘除等运算的指令逻辑运算指令?实现逻辑与或非异或以及移位等操作的指令程序控制转移指令?无条件转移指令有条件转移指令子程序调用和返回指输入输出指令?cpu与外设之间传送数据的指令计算机组成原理37452基本指令系统助记符指令功能ldamov传送pushadd加法sub减法inc助记符指令功能逻辑或rol循环左移ror循环右移jmp跳转jsr转子程序clahlt暂停计算机组成原理38453精简指令系统为了增强处理器的功能强化指令系统
计算机组成原理-白中英-第5版共55页
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
计算机组成原理重点整理(白中英版)_考试必备复习进程
1．若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)16，求其浮点数的十进制数值。
解：将16进制数展开后，可得二制数格式为0 100 00010011 0110 0000 0000 0000 0000S 阶码(8位) 尾数(23位)指数e=阶码-127=10000010-01111111=00000011=(3)10包括隐藏位1的尾数1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011于是有x=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)102. 将数(20.59375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。
解:首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：20.59375=10100.10011然后移动小数点，使其在第1，2位之间10100.10011=1.010010011×24e=4于是得到：S=0, E=4+127=131, M=010010011最后得到32位浮点数的二进制存储格式为：01000001101001001100000000000000=(41A4C000)163.假设由S,E,M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化浮点数ｘ,真值表示为（非IEEE754标准）：ｘ＝(－1)s×(1.M)×2E－128问：它所表示的规格化的最大正数、最小正数、最大负数、最小负数是多少？(1)最大正数0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111ｘ＝[1＋(1－2-23)]×2127(2)最小正数000 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝1.0×2－128(3)最小负数111 111 111111 111 111 111 111 111 111 11ｘ＝－[1＋(1－2－23)]×2127精品文档100 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝－1.0×2－1284.用源码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算xXy。
计算机组成原理附标准答案(白中英)
第一章1．模拟计算机的特点是数值由连续量来表示，运算过程也是连续的。
数字计算机的主要特点是按位运算，并且不连续地跳动计算。
模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方式，盘上连线的控制方式，而数字计算机用数字0和1表示数据，采用数字计数的计算方式，程序控制的控制方式。
数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。
2．数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，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。
3．科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。
4．主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备5．存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
如果某字为一条指令，称为指令字。
6．每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。
7．取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是指令流。
8．半导体存储器称为内存，存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器称为外存，内存和外存共同用来保存二进制数据。
运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU，它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。
适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。
9．计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。
系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能用用途；应用程序是用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序。
10．在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程序称为手编程序或目的程序；后来，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序，称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序，源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；随着计算机技术的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库管理系统。
计算机组成原理_白中英_第一章_计算机系统结构
主存储器 外存设备
2015年6月24日8时59分
运 算 器
输入设备 输出设备
计算机系统结构—计算机的硬件结构
控 制 器 高速缓存
主存储器 外存设备
2015年6月24日8时59分
运 算 器
输入设备 输出设备
输出设备是计算机中用于送出计算机 内部信息的设备,例如打印机, 显示器等。
计算机的应用类型
1. 科学计算 2. 过程控制 3. CAD/CAM/CAT 4. 数据处理 5. 电子商务 6. 多媒体技术 7. 人工智能
计算机的技术指标
字长：参与运算的基本位数，它决定了寄存器、加 法器、存储单元和数据总线的位数。它标志着计算 精度。 主存容量：存储器可以容纳的二进制信息量。 运算速度：单位时间内执行指令的平均条数。 软、硬件配置：外部设备的配备和功能强大的操作 系统和程序设计语言。 性能价格比：性能和价格之比是衡量计算机的综合 指标。
第二代
第三代
集成电路 半导体存 磁带、磁 多道程序 百万次 和大规模 储器 盘 实时处理 千万次 集成电路
第四代
超大规模 半导体存 高速磁盘 数据库系 千万次 VAX -11 集成电路 储器 统 1 亿次 /秒 INTEL系 网络结构 列
2015年6月24日8时59分
微电子与计算机
年 份 1971 1972 1974 1978 1982 1985 1989 型 号 4004 8008 8080 8086 80286 386DX 486DX 管 数 2300 3500 6000 29000 13万 27.5万 120万 年 份 1993 1995 1997 1997 1998 1999 1999.10 型 号 管 数 310万 550万 450万 750万 750万 950万 2800万 PENTIUM P--PRO P--MMX P--II Celeron P--III P-III-COP
计算机组成原理答案 白中英
人教版高一历史暑假作业：作业9资本主义经济政策的调整学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、判断题1．1929～1933年由美国首先爆发的经济大危机席卷整个资本主义世界，西方主要国家纷纷加强对经济的干预，加紧对国际市场的争夺。
2．1929~1933年空前严重的经济危机，重创了资本主义经济。
为迅速摆脱危机，美国总统罗斯福力主由政府对经济进行积极的干预和调节。
3．罗斯福政府加强对工业的计划指导，要求工业制定本行业的公平经营章程，规定生产规模、价格水平，将生产的无序状态纳入国家的有序管理，防止盲目竞争，调整企业关系。
4．罗斯福说：“为了永远纠正我们经济体制中的严重缺点，我们依靠的是旧民主秩序的新应用。
”这表明罗斯福新政的实质是，在维护资本主义制度的前提下对资本主义生产关系进行了局部调整。
5．二战后，西方国家普遍实行“福利国家”政策，这一政策的实质是西方国家干预社会财富的再分配，是资本主义对自身的调节。
6．20世纪90年代，美国经济高速增长，出现了高通货膨胀和低失业率并存的局面，这意味着美国进入了“新经济”时代。
二、单选题7．据《美国通史》记载：仅纽约一市，1931年记录在案的饿死街头事件，就有2000起；1932年，纽约《晚画报》报道了一系列饿死人的事件。
造成这一现象的主要原因是A．自然灾害频发导致农业歉收B．生产相对过剩引发经济危机C．产业结构调整挫伤农民积极性D．通货膨胀引发粮食价格上涨8．有学者统计，1933年1月的美国，橡胶价格仅为1929年1月的13%，羊毛为22%，丝为28%，棉花为34%，大米和咖啡为41%，小麦为42%，食糖为50%。
这主要说明A．空前严重的经济危机肆虐横行B．资本主义国家之间的矛盾激化C．工人和资本家之间的矛盾尖锐D．凯恩斯主义失灵，出现“滞胀”9．1933年，美国政府说服农民耕掉1000万亩棉花，以换取津贴；1934年，美国国会通过班克黑德棉花控制法，授权农业调整局规定棉花销售定额，并对超定额出售棉花征收寓禁税（寓意在于禁止的税收），结果使1934年棉花减产340多万包。
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浮点存储：1．若浮点数x的754标准存储格式为(41360000)16，求其浮点数的十进制数值。
解：将16进制数展开后，可得二制数格式为0 100 00010011 0110 0000 0000 0000 0000S 阶码(8位) 尾数(23位)指数e=阶码-127=10000010-01111111=00000011=(3)10包括隐藏位1的尾数1.M=1.011 0110 0000 0000 0000 0000=1.011011于是有x=(-1)S×1.M×2e=+(1.011011)×23=+1011.011=(11.375)102. 将数(20.59375)10转换成754标准的32位浮点数的二进制存储格式。
解:首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：20.59375=10100.10011然后移动小数点，使其在第1，2位之间10100.10011=1.010010011×24e=4于是得到：S=0, E=4+127=131, M=010010011最后得到32位浮点数的二进制存储格式为：01000001101001001100000000000000=(41A4C000)163.假设由S,E,M三个域组成的一个32位二进制字所表示的非零规格化浮点数ｘ,真值表示为（非IEEE754标准）：ｘ＝(－1)s×(1.M)×2E－128问：它所表示的规格化的最大正数、最小正数、最大负数、最小负数是多少？(1)最大正数0 1111 1111 111 1111 1111 1111 1111 1111ｘ＝[1＋(1－2-23)]×2127(2)最小正数000 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝1.0×2－128(3)最小负数111 111 111111 111 111 111 111 111 111 11ｘ＝－[1＋(1－2－23)]×2127(4)最大负数100 000 000000 000 000 000 000 000 000 00ｘ＝－1.0×2－1284.用源码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算xXy。
（1）x=11000 y=11111 (2) x=-01011 y=11001（1）原码阵列x = 0.11011, y = -0.11111符号位: x 0⊕y 0 = 0⊕1 = 1[x]原原[x*y]原 = 1， 11 0100 0101带求补器的补码阵列[x]补 = 0 11011, [y]补 = 1 00001乘积符号位单独运算0⊕1＝1，│y │＝11111X ×Y ＝-0.1101000101(2) 原码阵列x = -0.11111, y = -0.11011符号位: x 0⊕y 0 = 1⊕1 = 0[x*y]补 = 0,11010,00101带求补器的补码阵列[x]补 = 1 00001, [y]补 = 1 00101乘积符号位单独运算1⊕1＝0尾数部分算前求补输出│X│＝11111，│y│＝11011X×Y＝0.11010001015. 计算浮点数x+y、x-yx = 2-101*(-0.010110), y = 2-100*0.010110[x]浮= 11011,-0.010110[y]浮= 11100,0.010110Ex-Ey = 11011+00100 = 11111[x]浮= 11100,1.110101(0)阶码 11010-6规格化处理: 1.011111 阶码 11100x-y=-0.100001*2-46. 设过程段 S i所需的时间为τi,缓冲寄存器的延时为τl,线性流水线的时钟周期定义为τ＝max{τi}＋τl＝τm＋τl流水线处理的频率为 f＝1/τ。
一个具有k 级过程段的流水线处理 n 个任务需要的时钟周期数为T k＝k＋(n－1)，所需要的时间为： T＝T k×τ而同时，顺序完成的时间为：T＝n×k×τk级线性流水线的加速比：*C k = TL ＝n·kTk k＋(n－1)内部存储器*闪存：高性能、低功耗、高可靠性以及移动性编程操作：实际上是写操作。
所有存储元的原始状态均处“1”状态，这是因为擦除操作时控制栅不加正电压。
编程操作的目的是为存储元的浮空栅补充电子，从而使存储元改写成“0”状态。
如果某存储元仍保持“1”状态，则控制栅就不加正电压。
如图(a)表示编程操作时存储元写0、写1的情况。
实际上编程时只写0，不写1，因为存储元擦除后原始状态全为1。
要写0，就是要在控制栅C上加正电压。
一旦存储元被编程，存储的数据可保持100年之久而无需外电源。
读取操作：控制栅加上正电压。
浮空栅上的负电荷量将决定是否可以开启MOS晶体管。
如果存储元原存1，可认为浮空栅不带负电，控制栅上的正电压足以开启晶体管。
如果存储元原存0，可认为浮空栅带负电，控制栅上的正电压不足以克服浮动栅上的负电量，晶体管不能开启导通。
当MOS晶体管开启导通时，电源VD提供从漏极D到源极S的电流。
读出电路检测到有电流，表示存储元中存1，若读出电路检测到无电流，表示存储元中存0，如图(b)所示。
擦除操作：所有的存储元中浮空栅上的负电荷要全部洩放出去。
为此晶体管源极S加上正电压，这与编程操作正好相反，见图(c)所示。
源极S上的正电压吸收浮空栅中的电子，从而使全部存储元变成1状态。
*cache：设存储器容量为32字，字长64位，模块数m=4，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。
存储周期T=200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期=50ns。
若连续读出4个字，问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少?解：顺序存储器和交叉存储器连续读出m=4个字的信息总量都是：q=64b×4=256b顺序存储器和交叉存储器连续读出4个字所需的时间分别是：t2=mT=4×200ns=800ns=8×10-7st1=T+(m-1)=200ns+350ns=350ns=35×10-7s顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是：W2=q/t2=256b÷(8×10-7)s=320Mb/sW1=q/t1=256b÷(35×10-7)s=730Mb/s*CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为1900次，主存完成存取的次数为100次，已知cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
解：h=Nc/（Nc+Nm）=1900/(1900+100)=0.95r=tm/tc=250ns/50ns=5e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)×0.95=83.3%ta=tc/e=50ns/0.833=60ns*存储器：已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256K×16位的DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：（1） 每个模块板为1024K×64位，共需几个模块板？（2） 个模块板内共有多少DRAM 芯片?（3）主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各模块板？ (1)个模块64264*264*262026== (2)1616*2*264*281020=每个模块要16个DRAM 芯片(3)64*16 = 1024块由高位地址选模块*用16K×8位的DRAM 芯片组成64K×32位存储器，要求：(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU 在1μS 内至少要访问一次。
试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？解：(1)根据题意，存储总容量为64KB ，故地址总线需16位。
现使用16K*8位DRAM 芯片，共需16片。
芯片本身地址线占14位，所以采用位并联与地址串联相结合的方法来组成整个存储器，其组成逻辑图如图所示，其中使用一片2：4译码器。
(2)根据已知条件，CPU 在1us 内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us ，如果采用集中刷新，有64us 的死时间，肯定不行如果采用分散刷新，则每1us 只能访存一次，也不行所以采用异步式刷新方式。
假定16K*1位的DRAM 芯片用128*128矩阵存储元构成，刷新时只对128行进行异步方式刷新，则刷新间隔为2ms/128 = 15.6us ，可取刷新信号周期15us 。
刷新一遍所用时间＝15us ×128＝1.92ms指令系统*某计算机字长16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有40条指令，试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。
解：40条指令需占用操作码字段（OP）6位，这样指令余下长度为10位。
为了覆盖主存640K字的地址空间，设寻址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：寻址模式定义如下：X= 0 0 直接寻址有效地址 E=D（直接寻址为256个存储单元）X= 0 1 立即寻址 D字段为操作数X= 1 0 变址寻址有效地址 E= (RX)＋D （可寻址64K个存储单元）X= 1 1 相对寻址有效地址 E=（PC）＋D （可寻址64K个存储单元）其中RX为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位），在变址和相对寻址时，位移量D可正可负。
四、CPU*微指令：直接表示法特点：这种方法结构简单，并行性强，操作速度快，但是微指令字太长，若微命令的总数为N个，则微指令字的操作控制字段就要有N位。
另外，在N个微命令中，有许多是互斥的，不允许并行操作，将它们安排在一条微指令中是毫无意义的，只会使信息的利用率下降。
*编码表示法特点：可以避免互斥，使指令字大大缩短，但增加了译码电路，使微程序的执行速度减慢* 编码注意几点：字段编码法中操作控制字段并非是任意的，必须要遵循如下的原则：①把互斥性的微命令分在同一段内，兼容性的微命令分在不同段内。
这样不仅有助于提高信息的利用率，缩短微指令字长，而且有助于充分利用硬件所具有的并行性，加快执行的速度。
②应与数据通路结构相适应。
③每个小段中包含的信息位不能太多，否则将增加译码线路的复杂性和译码时间。
④一般每个小段还要留出一个状态，表示本字段不发出任何微命令。
因此当某字段的长度为三位时，最多只能表示七个互斥的微命令，通常用000表示不操作。
*水平型微指令和垂直型微指令的比较(1)水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令则较差。