计算机组成原理第七章课后部分问题详解
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》课后题答案_清华大学出版_秦磊华_吴非··
1、l 解释下列名词摩尔定律:对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能与价格等发展趋势的预测,其主要内容就是:成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番,性能将提高一倍,而其价格将降低一半。
主存: 计算机中存放正在运行的程序与数据的存储器,为计算机的主要工作存储器,可随机存取。
控制器:计算机的指挥中心,它使计算机各部件自动协调地工作。
时钟周期:时钟周期就是时钟频率的倒数,也称为节拍周期或T周期,就是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器:多核处理器就是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。
字长:运算器一次运算处理的二进制位数。
存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。
CPI:指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
MIPS:用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标,该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。
CPU时间:计算某个任务时CPU实际消耗的时间,也即CPU真正花费在某程序上的时间。
计算机系统的层次结构:计算机系统的层次结构由多级构成,一般分成5级,由低到高分别就是:微程序设计级,机器语言级,操作系统级,汇编语言级,高级语言级。
基准测试程序:把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。
软/硬件功能的等价性:从逻辑功能的角度来瞧,硬件与软件在完成某项功能上就是相同的,称为软/硬件功能就是等价的,如浮点运算既可以由软件实现,也可以由专门的硬件实现。
固件:就是一种软件的固化,其目的就是为了加快软件的执行速度。
可靠性:可靠性就是指系统或产品在规定的条件与规定的时间内,完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素就是三个“规定”:“规定条件”、“规定时间”与“规定功能”。
MTTF:平均无故障时间,指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。
MTTR:系统的平均修复时间。
MTBF:平均故障间隔时间,指相邻两次故障之间的平均工作时间。
可用性:指系统在任意时刻可使用的概率,可根据MTTF、MTTR与MTBF等指标计算处系统的可用性。
计算机组成与汇编第7章课后答案蔡启先版
1．实现W=(3X+6Y)*4-8Z，设X=5, Y=3, Z=19解：源程序如下：DSEG SEGMENTX DB 5Y DB 3Z DB 19W DW ?DSEG ENDSCSEG SEGMENTASSUME CS:CSEG, DS:DSEGMOV AX, DSEGMOV DS, AXBEGIN: MOV AL, XMOV BL, ALSHL AL, 1ADD AL, BL ; AL=3XMOV BL, YSHL BL, 1MOV BH, BLSHL BL, 1ADD BL, BH ; BL=6YADD AL, BL ; AL=(3X+6Y)MOV BL, 4MUL BL ; AX=(3X+6Y)*4MOV BX, AX ; BX=(3X+6Y)*4MOV AL, ZMOV CL, 8MUL CL ; AX=8ZSUB BX, AX ; BX=(3X+6Y)*4-8ZMOV W, BXMOV AH, 4CHINT 21HCSEG ENDSEND START2．将存储单元DAT中的两个压缩的BCD码拆成两个非压缩的BCD码（高位BCD码放在 DAT+1单元，低位BCD码放在DAT+2单元）。
解：源程序如下：DATA SEGMENTDAT DB 0A5H, 2 DUP(?)DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS: CODE, DS:DATASTART: MOV AX, DATAMOV DS, AXMOV AL, DAT ; 取被操作数MOV BL, AL ; 备份操作数MOV CL, 4 ; 设置准备移动的位数SHR BL, CL ; 取操作数的高 4 位MOV DAT+1, BL ; 将高 BCD 数存入 dat+1AND AL, 0FH ; 取操作数的低 4 位MOV DAT+2, AL ; 将低 BCD 数存入 dat+2MOV AH, 4CHINT 21HCODE ENDSEND START3. 试编程实现下式（设字单元X和Y都是无符号数）：2X+8 ( X>100 )Y=X+1 ( X<=100 )解：源程序如下：DATA SEGMENTX DW 100HY DW ?DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS：CODE，DS：DATASTART: MOV AX，DATAMOV DS，AXMOV AX，XCMP AX, 100JBE BE1ADD AX, AXADD AX, 8JMP RSTBE1：INC AXRST：MOV Y, AXMOV AH，4CHINT 21HCODE ENDSEND START4．对字节单元TAB中的三个有符号数据进行排序，使低地址单元数据最小，高地址单元数据最大。
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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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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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？
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 4OP A1 A2 A3指令操作码分配方案如下：4位OP0000，……， 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。
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。
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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
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部
数据通路的宽度。
即字长越长，数的表示围也越大，
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= 3 * 2^6 = 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）基址寄存器容通常由系统程序设定，变址寄存器容
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容各为多少？
解：据题意，相对寻址的转移指令格式如下：
2001H
2002H
当执行JMP指令时，指令第二字节的容不变，PC的容变为
2002H。
此时转移指令第二字节容各为：
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。