计算机组成原理第9章习题参考答案
计算机组成原理第九章课后部分答案
9.2 控制单元的功能是什么？其输入受什么控制？答：控制单元的主要功能是发出各种不同的控制信号。
其输入受时钟信号、指令寄存器的操作码字段、标志和来自系统总线的控制信号的控制。
9.3 什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？答：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期；机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需时间，通常安排机器周期长度等于主存周期；时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个微操作所需时间，通常时钟周期等于计算机主频的倒数。
9.4 能不能说机器的主频越快，机器的速度就越快，为什么？解：不能说机器的主频越快，机器的速度就越快。
因为机器的速度不仅与主频有关，还与数据通路结构、时序分配方案、ALU运算能力、指令功能强弱等多种因素有关，要看综合效果。
9.6 设某机主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS？若机器主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS？由此可得出什么结论？解：先通过主频求出时钟周期，再求出机器周期和平均指令周期，最后通过平均指令周期的倒数求出平均指令执行速度。
计算如下：时钟周期=1/8MHz=0.125×10-6s.机器周期=0.125×10-6s×2=0.25×10-6s平均指令周期=0.25×10-6s×4=10-6s平均指令执行速度=1/10-6s=1MIPS当参数改变后：机器周期= 0.125×10-6s×4=0.5×10-6s平均指令周期=0.5×10-6s×4=2×10-6s平均指令执行速度=1/（2×10-6s） =0.5MIPS结论：两个主频相同的机器，执行速度不一定一样。
《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。
计算机组成原理习题——4+8+9章带答案
计算机组成原理习题——4+8+9章带答案第四章1．⼀个容量为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2．现有1024×1的存储芯⽚，若⽤它组成容量为16K×8的存储器。
试求：（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位，该存储器所需的地址线总位数是多少？其中⼏位⽤于选板？⼏位⽤于选⽚？⼏位⽤做⽚内地址？16K×8=2^14×8,地址线为14根.4K×8容量的板,共需要4块板⼦.则14根地址线的最⾼2位⽤于板选（00～11,第1块板⼦～第4块板⼦）,4K*8位＝2^12*8位＝12*1K*8位,也就是在每块板⼦内需要4*8个芯⽚,⽽每8个芯⽚组成8位,也就是位扩展.也就是说需要4组,则除了最⾼2位,剩余的12位中,有2位⽤于⽚选（00～11,第⼀组～第4组）.也就是：2位⽤于板选,2位⽤于⽚选,剩余的10位⽤于⽚内地址选择.3．已知某计算机字长8位，现采⽤半导体存储器作主存，其地址线为16位，若使⽤1K×4的SRAM芯⽚组成该机所允许的最⼤主存空间，并采⽤存储模块结构形式。
计算机组成原理(第四版)课后习题答案
1
(1 222 )
E = 00…0， M = 100…0， Ms = 0 8个 21 个 即： 2 2 2
7 1
负最大
E = 00…0， M = 011…1， Ms = 1 8个 21 个
7
1 22 （最接近 0 的负数）即： 2 2 (2 2 )
负最小
E = 11…1， M = 00…0， Ms =1 8个 22 个 即： 2 2
1
计算机组成原理（第四版）课后习题参考答案
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：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计 算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部， 指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。主要组成部分有：:运 算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。 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． 计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，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数 据流。 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。 11． 第一级是微程序设计级，这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令； 第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由程序解释机器指令系统；第三级是操作 系统级，它由操作系统实现；第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语 言，以减少程序编写的复杂性；第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编 写应用程序而设置的。用一系列的级来组成计算机的接口对于掌握计算机是如何组成的 提供了一种好的结构和体制，而且用这种分级的观点来设计计算机对保证产生一个良好 的系统结构也是很有帮助的。
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。
计算机组成原理第9章习题
（2）SUB A,H
((AC)-(H) AC)
取指：PC→BUS → MAR PCo，MARi 1→R 通过控制总线向主存发读命令 M(MAR) →MDR MARo, MDRi MDR →BUS →IR MDRo, IRi OP(IR) →CU 操作码送至CU PC+1 →PC PC内容+1 执行：AC →BUS →Y ACo, Yi H →BUS →ALU Ho, ALUi Y-BUS →Z Yo, Zi Z →BUS →AC Zo, ACi
取指：PC→BUS → MAR PCo，MARi 1→R 通过控制总线向主存发读命令 M(MAR) →MDR MARo, MDRi MDR →BUS →IR MDRo, IRi OP(IR) →CU 操作码送至CU PC+1 →PC PC内容+1 执行：B →BUS →Y Bo, Yi C →BUS →ALU Co, ALUi Y+BUS →Z Yo, Zi Z →BUS →B Zo, Bi
控制信号
11. 设CPU内部结构如图 时钟 9.4所示，此外还设有B、 C、D、E、H、L六个寄存 器，它们各自的输入和输 出端都与内部总线相通， 地址线 并分别受控制信号控制 （如Bi为寄存器B的输入 控制；Bo为B的输出控 制）。要求从取指令开始， 写出完成下列指令所需的 全部微操作和控制信号。
1) ADD B, C ((B)+(C) B) 2) SUB A, H ((AC)-(H) AC) 控制信号
…
… CU CU
IR
PC
MARi
MAR MDR
MDRO ACi
CPU ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 部 总 线
计算机组成原理课后答案第二版唐朔飞第九章省公共课一等奖全国赛课获奖课件
11. 设CPU内部结构如图9.4所表 示，另外还设有B、C、D、E、H、L 六个存放器，它们各自输入和输出端 都与内部总线相通，并分别受控制信 号控制（如Bi为存放器B输入控制；Bo 为存放器B输出控制）。要求从取指 令开始，写出完成以下指令所需全部 微操作和控制信号。 （1）ADD B，C；((B)+(C) B) （2）SUB A，H；((AC)-(H) AC)
第27页
14. 设单总线计算机结构如图9.5所表示，其中 M为主存，XR为变址存放器，EAR为有效地址 存放器，LATCH为锁存器。假设指令地址已存 于PC中，画出“LDA * D”和“SUB D(XR)”指 令周期信息流程图，并列出对应控制信号序列。
说明：
（1） “LDA * D”指令字中*表示相对寻址， D为相对位移量。
（AC）–（H）Z
ZAC
Ho，Yi ACo，ALUi，– Zo，ACi
第18页
12. CPU结构同上题，写出完成 以下指令所需全部微操作和控制信号 （包含取指令）。
（1）存放器间接寻址无条件转移 指令“JMP @ B”。
（2）间接寻址存数指令“STA @ X”。
解：解题方法步骤同上题。 （1） “JMP @ B”指令流程图和 全部微操作控制信号以下：
第2页
4. 能不能说CPU主频越快，计算 机运行速度就越快？为何？
解：不能说机器主频越快，机器 速度就越快。因为机器速度不但与主 频相关，还与数据通路结构、时序分 配方案、ALU运算能力、指令功效强 弱等各种原因相关，要看综合效果。
第3页
5. 设机器ACPU主频为8MHz，机 器周期含4个时钟周期，且该机平均指 令执行速度是0.4MIPS，试求该机平均 指令周期和机器周期，每个指令周期 中含几个机器周期？假如机器BCPU主 频为12MHz，且机器周期也含4个时钟 周期，试问B机平均指令执行速度为多 少MIPS?
计算机组成原理习题答案9
第9章习题(有关虚拟存储器的题目)参考答案3. 下述有关存储器的描述中，正确的是( B、D )A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成B. 存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序，又要防止用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全与保密的要求。
C. 在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。
D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。
5．虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。
B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。
C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。
D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。
6. 某虚拟存储器采用页式存储管理，使用LRU页面替换算法，若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问序列如下：1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。
已知主存只允许放4个页面，初始状态时4个页面是全空的，则页面失效次数是___6____。
解答过程：LRU算法的思想：每页设置一个计数器，每次命中一页，该页对应的计数器清零，其他各页的计数器加1；需要替换时，将计数值最大的页换出，所以，对应的访问过程及相应的计数器的内容、替换结果如下：访问序列1 8 1 7 82 7 2 1 83 8 2 1 3 1 7 1 3 7调入的页号a 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1b 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 7 7 7 7c 7 7 7 7 7 7 7 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3d 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2各计数器的值a 0 1 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 0 1 0 1 0 1 2b 0 1 2 0 1 2 3 4 0 1 0 1 2 3 4 0 1 2 0c 0 1 2 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1 2 3 0 1d 0 1 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7注：红色标注的页是未命中的访问——共6次7. 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB，则页表长度是多少?解：主存容量为4MB，物理地址22位虚存容量为1GB，虚拟地址30位页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K8. 设某系统采用页式虚拟存储管理，页表存放在内存中。
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第9章习题(有关虚拟存储器的题目)参考答案
3. 下述有关存储器的描述中，正确的是( B、D )
A. 多级存储体系由Cache、主存和虚拟存储器构成
B. 存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序出错而破坏系统软件或其它用户程序，又要防止用户访问不是分配给他的主存区，以达到数据安全与保密的要求。
C. 在虚拟存储器中，外存和主存以相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得多的外存空间编程。
D. Cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理。
5．虚拟段页式存储管理方案的特性为( D )
A.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接。
B.空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接。
C.空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接。
D.空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接。
6. 某虚拟存储器采用页式存储管理，使用LRU页面替换算法，若每次访问在一个时间单位内完成，页面访问序列如下：1、8、1、7、8、2、7、2、1、8、3、8、2、1、3、1、7、1、3、7。
已知主存只允许放4个页面，初始状态时4个页面是全空的，则页面失效次数是___6____。
解答过程：
LRU算法的思想：每页设置一个计数器，每次命中一页，该页对应的计数器清零，其他各页的计数器加1；需要替换时，将计数值最大的页换出，所以，对应的访
7. 主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚拟地址和物理地址各为多少位?如页面大小为4KB，则页表长度是多少?
解：
主存容量为4MB，物理地址22位
虚存容量为1GB，虚拟地址30位
页表长度，即页面数=1GB/ 4KB=218=256K
8. 设某系统采用页式虚拟存储管理，页表存放在内存中。
(1) 如果一次内存访问使用50ns，访问一次主存需用多少时间?
(2) 如果增加TLB，忽略查找页表项占用的时间，并且75%的页表访问命中TLB，内存的有效访问时间是多少？
解：
(1) 若页表存放在主存中，则要实现一次主存访问需两次访问主存：一次是访问页表，确定所存取页面的物理地址；第二次才根据该地址存取页面数据。
故访问一次主存的时间为50×2=100(ns)
(2) 75%×50+(1-75%) ×2×50=62.5(ns)
9.某计算机的存储系统由cache，主存和磁盘构成。
cache的访问时间为15ns；如果被访问的单元在主存中但不在cache中，需要用60ns的时间将其装入cache，然后再进行访问；如果被访问的单元不在主存中，则需要10ms的时间将其从磁盘中读入主存，然后再装入cache中并开始访问。
若cache的命中率为90%，主存的命中率为60%，求该系统中访问一个字的平均时间。
解：被访问的字在cache中的概率为0.9
不在cache中但在主存中的概率为：(1-0.9)×0.6=0.06
不在cache也不在主存中的概率为：(1-0.9)×(1-0.6)=0.04
所以，一个字的访问时间为：
15×0.9+(15+60)×0.06+(15+60+10×106) ×0.04
=13.5+4.5+400003
=400021(ns)
10.某页式存储管理，页大小为2KB，逻辑地址空间包含16页，物理空间共有8页，逻辑地址应用多少位？主存物理空间有多大？
解：逻辑地址空间包含16页，页大小为2KB，所以逻辑地址空间为32KB，逻辑地址应用4+11=15位
物理空间共有8页，页大小为2KB，所以主存物理空间16KB
11.在一个分页虚存系统中，用户虚地址空间为32页，页长1KB，主存物理为16KB。
已知用户程序有10页长，若虚页0、1、2、3已经被调入到主存8、7、4、10页中请问虚地址0AC5和1AC5(十六进制)对应的物理地址是多少？
解：页长1KB，所以页内地址为10位。
主存物理页面数：16页，共14位地址码(其中页面号4位，页内地址10位)
用户虚地址空间：32页，页面号为0 31；共15位地址码(其中页面号5位，页内地址10位)
0AC5H=00010，1011000101B，页面号为2，已被调入到主存页4，所以，物理地址中的页面号为4，页内地址与虚地址的页内地址相同，所以是：0100，1011000101=12C5H
1AC5H=00110，1011000101B，页面号为6，未被调入到主存页中，所以无物理地址，会发生缺页中断。
12.段式虚拟存储器对程序员是否透明？请说明原因。
解：虚拟管理是由软件(操作系统)和硬件共同完成，由于软件的介入，虚存对实现存储管理系统程序不透明。
而段是按照程序的自然分界划分的长度可以动态改变的区域。
通常，程序员把子程序、操作数和常数等不同类型的数据划分到不同的段中，并且每个程序可以有多个相同类型的段。
由于分段是由程序员完成的，所以段式虚拟存储器对程序员而言不是透明的，但虚存到实存的地址映射是由系统软件辅助完成的，故对应用程序而言，段式虚拟存储器是“半透明”的。
13.在一个进程的执行过程中，是否其所有页面都必须处在主存中？
解：在有虚拟存储管理系统中，程序不是一次整体装入内存才运行，所以不是所有页面都必须处在主存中，而是根据程序的局部性，有的页面在主存，有的页面在辅存。
14.为什么在页式虚拟存储器地址变换时可以用物理页号与页内偏移量直接拼接成物理地址，而在段式虚拟存储器地址变换时必须用段起址与段内偏移量相加才能得到物理地址？
解：由于物理页与虚拟页的页面大小相同，且为2的整数次幂，所以页式虚拟存储器地址变换时可以用物理页号与页内偏移量直接拼接成物理地址。
而段式虚拟存储器的各段大小不同，且段起始地址任意，所以必须用段起址与段内偏移量相加才能得到物理地址。
15.在虚存实现过程中，有些页面会在内存与外存之间被频繁地换入换出，使系统效率急剧下降。
这种现象称为颠簸。
请解释产生颠簸的原因，并说明防止颠簸的办法。
解：
产生颠簸的原因主要有二：一是分配的页面数太少，二是替换策略不佳。
防止颠簸的办法：适当增加分配给用户程序的页面数，选取LRU或更好的替换策略。