计算机组成原理第五章中央处理器习题课
计算机组成原理课后习题及答案_唐朔飞(完整版)
11. 画一个具有双向传输功能的总线逻 辑图。 解：此题实际上是要求设计一个双向总 线收发器，设计要素为三态、方向、使能等 控制功能的实现，可参考74LS245等总线缓 冲器芯片内部电路。 逻辑图如下：（n位） 使能
控制 G
B1
Bn
…… …… …… ……
方向 控制 DIR
A1
An
错误的设计：
系统总线
• 9. 画出主机框图，分别以存数指令“STA M”和加法指令“ADD M”（ M均为主存地址）为例，在图中按序标出完成该指令（包括取指令阶 段）的信息流程（如→①）。假设主存容量为256M*32位，在指令字 长、存储字长、机器字长相等的条件下，指出图中各寄存器的位数。 • 解：主机框图如P13图1.11所示。 • （1）STA M指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR， MDR→IR， • OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR • （2）ADD M指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR， MDR→IR， • OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，RD，MM→MDR， MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，WR • 假设主存容量256M*32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的 条件下，ACC、X、IR、MDR寄存器均为32位，PC和MAR寄存器均 为28位。
存储总线
CPU MM I/O1 I/O2 …… I/On
这个方案的错误是： 不合题意。按题意要求应画出பைடு நூலகம்辑线路图而 不是逻辑框图。
12. 设数据总线上接有A、 B、C、D四个寄存器，要求 选用合适的74系列芯片，完 成下列逻辑设计： （1） 设计一个电路，在同 一时间实现D→A、D→B和 D→C寄存器间的传送； （2） 设计一个电路，实现 下列操作： T0时刻完成D→总线； T1时刻完成总线→A； T2时刻完成A→总线； T3时刻完成总线→B。
《计算机组成原理》各章练习参考答案
《计算机组成原理》各章练习题参考答案第一章思考练习题一.填空1.电子数字计算机可以分为专用计算机和通用计算机两类。
2.硬件采用LSI或VLSI的电子计算机属于计算机发展过程中的第四代。
3.存储器中存放数据和程序。
4.一台计算机包括运算、存储、控制、输入及输出五个单元。
5.完成算术运算和逻辑运算的部件是运算器(或ALU)；运算器的核心是加法器；控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果的部件是控制器。
6.CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线是内部总线；CPU同存储器、通道等互相连接的总线是系统总线；中、低速I/O设备之间互相连接的总线是I/O总线。
7.在多总路线结构中，CPU总线、系统总线和高速总线相连通过桥实现。
8.计算机软件一般分为系统软件和应用软件。
9.完整的计算机系统由硬件系统和软件系统构成。
10.机器字长是指一台计算机一次所能够处理的二进制位数量。
11.数据分类、统计、分析属于计算机在数据处理方面的应用。
12.计算机是一种信息处理机，它最能准确地反映计算机的主要功能。
13.个人台式商用机属于微型机。
14.对计算机软硬件进行管理，是操作系统的功能。
15.用于科学技术的计算机中，标志系统性能的主要参数是MFLOPS。
16.通用计算机又可以分为超级机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机六类。
17.“存储程序控制”原理是冯.诺依曼提出的。
18.运算器和控制器构成CPU，CPU和主存构成主机。
19.取指令所用的时间叫取指周期，执行指令所用的时间叫执行周期。
20.每个存储单元都有一个编号，该编号称为地址。
21.现代计算机存储系统一般由高速缓存、主存和辅存构成。
22.计算机能够自动完成运算或处理过程的基础是存储程序和程序控制原理。
二.单选1.存储器用来存放( C )。
A.数据B.程序C.数据和程序D.正在被执行的数据和程序2.下面的描述中，正确的是( B )A.控制器能够理解、解释并执行所有的指令及存储结果。
白中英《计算机组成原理》(第5版)笔记和课后习题详解复习答案
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第1章计算机系统概论
1.1复习笔记
1.2课后习题详解
第2章运算方法和运算器
2.1复习笔记
2.2课后习题详解
第3章多层次的存储器
3.1复习笔记
3.2课后习题详解
第4章指令系统
4.1复习笔记
4.2课后习题详解
第5章中央处理器
5.1复习笔记
5.2课后习题详解
第6章总线系统
6.1复习笔记
6.2课后习题详解
第7章外存与I/O设备
7.1复习笔记
7.2课后习题详解
第8章输入输出系统
8.1复习笔记
8.2课后习题详解
第9章并行组织与结构
9.1复习笔记
9.2课后习题详解
第10章课程教学实验设计
第11章课程综合设计。
计算机组成原理 第五章 中央处理器
主编 薛胜军教授
计算机组成原理
第五章 中央处理器
5）地址寄存器(AR，Address Register) 地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地 址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别， 所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的 读／写操作完成为止。当CPU和内存进行信息交换，即 CPU向主存储器存／取数据时，或者CPU从主存中读出 指令时，都要使用地址寄存器和缓冲寄存器。同样若将 外围设备的设备地址作为像内存的地址单元那样来看待， 则当CPU和外围设备交换信息时可同样使用地址寄存器 和缓冲寄存器。地址寄存器的结构和缓冲寄存器、指令 寄存器一样，通常使用单纯的寄存器结构。信息的存入 一般采用电位—脉冲式，电位输入端对应数据信息位， 脉冲输入端对应控制信号，在控制信号作用下，瞬时地 将信息打入寄存器。
1）程序计数器(PC，Program Counter) 程序计数器(PC)就是能够具体指出下一条指令的地址的部件，又称作 指令计数器。在程序开始执行前，必须将它的起始地址，即程序的第一条 指令所在的内存单元地址(程序入口)送入PC，此时PC的内容即是从内存 提取的第一条指令的地址。当执行指令时，CPU将自动修改PC的内容， 以便使其保持总是将要执行的下一条指令的地址。由于大多数指令都是按 顺序来执行的，所以修改的过程通常只是简单地对PC加1。但是，当遇到 转移指令时，后继指令的地址(即PC的内容)必须从指令寄存器中的地址字 段取得。在这种情况下，下一条从内存取出的指令将由转移指令来规定。
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主编 薛胜军教授
计算机组成原理
第五章 中央处理器
4)状态标志寄存器 状态标志寄存器用来保存由算术指令和逻辑指令运行 或测试的结果而建立的各种条件码内容，如运算结果进位 标志(C)，运算结果溢出标志(V)，运算结果为零标志(Z)， 运算结果为负标志(N)，等等。这些标志位通常分别由1位 触发器保存。除此之外，状态标志寄存器还用来保存中断 和系统工作状态等信息，以便CPU和系统能及时了解机 器运行状态和程序运行状态。 运算器的主要作用是：
计算机组成原理第6版(白中英)第5章中央处理器
5.2.1 指令周期的基本概念
也叫节拍脉冲或T周期，是计算机处理操作的基本时间单位。 在一个CPU周期内，要完成若干个微操作。这些微操作有的 可以同时执行，有的需要按先后次序串行执行。因而需要把 一个CPU周期分为若干个相等的时间段，每一个时间段称为 一个节拍脉冲或T周期。 时钟周期通常定义为机器主频的倒数。
10
5.2.1 指令周期的基本概念
CPU执行程序是一个“取指令—执行指令”的循环过程。
CPU从内存中取出一条指令，并执行这条指令的时间总和； 指令周期常用若干个CPU周期来表示。 又称机器周期，一般为从内存读取一条指令字的最短时间； 一个CPU周期可以完成CPU的一个基本操作。 一个CPU周期包含若干时钟周期。
3
3
5.1.2 CPU的基本组成
现代的CPU的组成
冯·诺依曼机的定义
• 运算器、控制器 、片内Cache；
控制器的主要功能
• 从内存中取出一条指令，并指出下条指令的存放位置；PC、IR
• 对指令进行译码，产生相应的操作控制信号；
ID、时序电路、操 作控制器
• 控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动；
12
5.2.1 指令周期的基本概念
定长CPU周期的指令示意图：
单周期CPU：在一个时钟周期内完成从指令取出到得到结果的工作，
以最长指令为准，效率低，目前较少采用。
多周期CPU：将指令的执行分成多个阶段，每个阶段在一个时钟周期
内完成，因而时钟周期段，不同指令所用的周期数不同。以下仅讨论多周 期CPU。
求操作数 有效地址
14
5.2.1 指令周期的基本概念 一个简单的程序
地址 指令
说明
100
计算机组成原理第五章中央处理器[三]
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4.进行微操作综合 对微操作时间表中各个微操作控制信号分 别按照其条件进行归纳、综合，根据微操作时 间表写出各微操作控制信号的逻辑表达式。表 达式一般包括下列因素：
微操作控制信号=机器周期 节拍 脉冲 操作码 机器 状态条件
5. 设计微操作控制信号形成部件 根据各个微操作信号的逻辑表达式，用一 系列组合逻辑电路加以实现。
JMP
IR(AR) DBUS DBUS AR I=1? Y (IR12)=1 N M AR
DBUS AR
N
I=1? Y (IR12)=1 M AR （AC） DR
M DBUS
M
DR
DBUS PC
(AC)+(DR) AC
（DR） M
（DR）
AC
(2)选同步控制方式
(3) 选二级时序（未考虑工作脉冲）
5.4.2 组合逻辑控制器的设计举例
CPU结构框图如下图所示,设计以下几条指令的组 合逻辑控制器. 以下指令均为单字长单地址指令(16位), 指令格式如下所示:
IR15 IR14 IR13 IR12 IR11 IR0
OP
I
D
IR
CLA ;清AC ADD I D ; I=0为直接寻址,即(AC)+(D) AC I=1为间接寻址,即(AC)+((D)) AC STA I D ; I=0为直接寻址,即(AC) D;I=1为间接寻址,即(AC) (D) LDA I D ; I=0为直接寻址,即(D) AC;I=1为间接寻址, 即((D)) AC JMP I D ; I=0为直接寻址,即D PC; I=1为间接寻址,即 (D) PC
AR
DBUS
DR
MREQ
R/W
存储器 数据总线
21central 计算机组成原理 第五章 中央处理器(3)
Ф0 Ф1
Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 DR（ADR）→PC 当（AC）=0
EXE
❖ （7）COM
W0 W1 W2
Ф0
❖ 3、进行微操作综合：
❖ 分析以上全部时序图，找出每一种微操作出现的全部条件， 进而列出每个微操作控制信号产生的逻辑式，化简。
❖ C0：（DR）+（AC）→AC=ADD∙EXE∙W2 ❖ C1：（DR）∧（AC）→AC=AND∙EXE∙W2 ❖ C2：（AC）→AC=COM∙EXE∙W1
W0 W1 W2
Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 Ф0 Ф1
Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 Ф0 Ф1
DR（ADR）→AR
DR（ADR）→AR
（AC）→DR WE M
RD M
（AC）+（DR）→AC （AC）∧（DR）→AC
EXE
EXE
STA X
❖ （5）JMP X
（6）JMPZ X
W0 W1 W2
W0 W1 W2
Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 DR（ADR）→PC
W0 W1 W2 W0 W1 W2
Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 Ф0 Ф1 Ф0 Ф1
(PC)→AR
DR(ADR)→AR
RD M (PC)+1→PC
(DR)→IR
RD M (DR)→AC
FETCH
EXE
LDA X
❖ （2）STA X
（3）ADD X （4）AND X
W0 W1 W2
❖
ALU——算术/逻辑运算单元；
❖
AC——累加寄存器；
❖
F——状态寄存器。
F （AC）=0
C0（ADD） C1（AND） C2（COM）
第5章中央处理器（习题参考答案）1．请在括号内填入适当答案。在
第五章中央处理器(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（指令寄存器IR）；(2) 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是(程序计数器PC)；(3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器）和（数据缓冲寄存器DR）。
2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。
画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1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："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），R0"的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。
(略)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：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条,取控存容量为：256×32位=1KB8．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为8位，请安排微指令的控制字段格式。
解：经分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，剩下的a, c, d, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：11.已知某机采用微程序控制方式，其控制存储器容量为512×48(位)。
微程序可在整个控制存储器中实现转移，可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）微指令中的三个字段分别应为多少位？（2）画出围绕这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。
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• A. 用微程序计数器来产生后继微指令地 址；
• B. 通过指令中指定一个专门字段来产生 后继微指令地址；
• C. 由设计者在微指令代码中指定，或者 由设计者指定的判别测试字段控制产生 后继微指令地址。
• 一、选择题 • 7、广泛应用于IBM PC中的Intel 8088
CPU是（ ）。 • A. 8位微处理器；B. 16位微处理器； • C. 准16位微处理器。 • 8、广泛应用于IBM PC中的Intel 8086
• 一、选择题 • 12、微指令格式中，（ ）。 • A. 垂直型微指令采用较长的微程序结构
去换取较短的微指令结构； • B.垂直型微指令采用较短的微程序结构
去换取较长的微指令结构。 • 13、与微指令的指令周期对应的是（ ）。 • A. 指令周期； B. 机器周期； • C. 节拍周期； D. 时钟周期。 • 14、状态寄存器用来存放（ ）。 • A. 算术运算结果；B .逻辑运算结果； • C . 运算类型； D. 算术、逻辑运算及
的关系是（ ）。 • A. 每一条机器指令由一条微指令来执行； • B. 每一条机器指令由一段用微指令编成
的微程序来解释执行； • C . 一段机器指令组成的程序可由一个微
程序来执行。
• 一、选择题
• 6、微指令执行的顺序控制问题，实际上 是如何确定下一条微指令的地址的问题， 通常用的一种方法是断定方式，其基本 思想是（ ）。
CPU是（ ）。 • A. 16位微处理器；B. 准16位微处理器； • C. 准32位微处理器。 • 9、Intel 80386是32位微处理器， Intel
80486是（ ）位微处理器。 • A. 16； B. 32； C. 64。
• 一、选择题 • 10、用PLA器件设计的控制器称为PLA控
• 8、CPU中至少要有如下六类寄存器：（A） 寄存器，（B）计数器，（C）寄存器，（D） 寄存器，（E）寄存器，（F）寄存器。
Hale Waihona Puke • 9、控制器主要包括（A）、（B）、（C）、 （D）和（E）。
• 10、时序信号产生器提供机器所需的（A）时 序信号，在组合逻辑控制器中，时序信号常 采用（B）三级体制；在微程序控制器中，常 采用（C）二级体制。
第五章 中央处理器 习题课
• 一、选择题 • 1、CPU是指（ ）。 • A. 控制器； B. 运算器和控制器； • C. 运算器、控制器和主存。 • 2、指令周期是（ ）。 • A. CPU执行一条指令的时间； • B. CPU从主存中取出一条指令的时间； • C . CPU从主存中取出一条指令加上执行这条
• 14、CPU中，保存当前正在执行的指令的寄 存器是（A），保存下条指令地址的寄存器是 （B），保存CPU访存地址的寄存器为（C）。
• 15、任何一条指令的执行过程都是一个（A） 序列的执行过程。
• 16、某32位CPU的主存物理空间为236字节， 虚拟存储空间为246字节，存储器按字节编址， 有半字长和单字长两种指令格式。则指令寄 存器的宽度为（A）比特；内存数据寄存器的 宽度为（B）比特；内存地址寄存器的宽度为 （C）比特；程序计数器的宽度为（D）比特， 该寄存器能够实现自动加（E）操作。
• 17、某计算机采用微程序控制，操作控制字 段为80位，如果采用完全水平型微指令，则 可定义（A）种微操作。假如所有的微操作都 不是互斥的，则原则上可同时启动（B）个微 操作，实际上是不可能的。
• 假如采用完全垂直型微指令，微操作码 为16位，则可定义（C）种微操作，此时一条 微指令可同时最多启动（D）个微操作。
指令的时间。 • 3、同步控制是（ ）。 • A. 只适用于CPU控制的方式； • B. 由统一时序信号控制的方式； • C. 所有指令执行时间都相同的方式。
• 一、选择题 • 4、下列说法中（ ）是正确的。 • A. 指令周期等于机器周期； • B. 指令周期大于机器周期； • C. 指令周期是机器周期的两倍。 • 5、微程序控制器中，机器指令与微指令
• 5、在CPU中保存当前正在执行指令的寄 存器是（A）；保存当前正在执行的指令 地址的寄存器是（B）；算术逻辑运算结 果通常放在（C）和（D）。
6、在CPU中，指令寄存器的作用是（A），其 位数取决于（B）；程序计数器的作用是 （C），其位数取决于（D）。
7、通常控制器的设计可分为（A）和（B）两 大类，相对应的控制器结构就有（C）式和 （D）式，前者采用的核心器件是（E），后 者采用的核心器件是（F）。
测试指令的结果状态。
• 二、填空题
• 1、由于数据通路之间的结构关系,微操作 可分为（①）和（ ② ）两种。
• 2、在程序执行过程中，控制器控制计算 机的运行总是处于（ ① ）、分析指令和 （ ② ）的循环之中。
• 3、微程序控制器的核心部件是存储微程 序的（ ① ），它一般用（ ② ）构成。
• 4、CPU的四个主要功能是（A）、（B）、 （C）和（D）。
• 由此可得出结论，垂直型微指令的字长 度比水平型微指令（E）。但其无并行操作功 能，所以执行一条机器指令的时间比水平型 微指令（F）。
• 三、判断题
• 1、运算器中的累加器没有加法器功能，有寄 存器功能。
• 2、通用寄存器只能存放数据，不能存放地址。
• 3、通用寄存器可以存放数据和地址，还可以 用做指令寄存器IR和程序计数器PC。
• 11、硬联线控制器设计的基本思想是：某一 （A）控制信号是（B）译码输出、（C）信 号、（D）信号的函数。
• 12、微程序设计技术是利用（A）方法设计 （B）的一门技术，具有（C）等一系列优点。
• 13、微程序控制器主要由（A）、（B）、 （C）三大部分组成，其中A是只读型存储器， 它用来存放（D）。