计算机组成原理中的指令系统与微程序
计算机组成原理实验报告
重庆理工大学《计算机组成原理》实验报告学号 __***********____姓名 __张致远_________专业 __软件工程_______学院 _计算机科学与工程二0一六年四月二十三实验一基本运算器实验报告一、实验名称基本运算器实验二、完成学生：张致远班级115030801 学号11503080109三、实验目的1．了解运算器的组成结构。
2．掌握运算器的工作原理。
四、实验原理：两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8位字长的运算器。
右方为低4位运算芯片，左方为高4位运算芯片。
低位芯片的进位输出端Cn+4与高位芯片的进位输入端Cn相连，使低4位运算产生的进位送进高4位。
低位芯片的进位输入端Cn可与外来进位相连，高位芯片的进位输出到外部。
两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。
为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。
要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。
当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。
为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。
若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。
否则输出高阻态。
数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。
其中，输入开关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。
总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。
控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。
由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出端。
计算机组成原理课后习题-参考答案
习题参考答案
5-2：计算机为什么要设置时序部件？ 周期、节拍、脉冲三级时序关系如何 表示？
一条指令运行的各种操作控制信号在时间上有严格 的定时关系， 的定时关系，时序部件用以控制时序以保证指令 的正确执行。 的正确执行。 将指令周期划分为几个不同的阶段， 将指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段称为 一个机器周期。 一个机器周期。 一个机器周期又分为若干个相等的时间段， 一个机器周期又分为若干个相等的时间段，每个时 时间段称为一个时钟周期（节拍）。 时间段称为一个时钟周期（节拍）。 在一个时钟周期（节拍）内可设置几个工作脉冲， 在一个时钟周期（节拍）内可设置几个工作脉冲， 用于寄存器的清除、接收数据等工作。 用于寄存器的清除、接收数据等工作。
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习题什么特点？
依据控制器中的时序控制部件和微操作控制信号形 成部件的具体组成与运行原理不同，通常把控制 成部件的具体组成与运行原理不同， 器区分为微程序控制器和硬布线控制器两大类。 器区分为微程序控制器和硬布线控制器两大类。 微程序控制方式是用一个ROM做为控制信号产生 微程序控制方式是用一个 做为控制信号产生 的载体， 中存储着一系列的微程序， 的载体，ROM中存储着一系列的微程序，组成微 中存储着一系列的微程序 程序的微指令代码产生相应的操作控制信号， 程序的微指令代码产生相应的操作控制信号，这 是一种存储逻辑型的控制器。方便修改和扩充， 是一种存储逻辑型的控制器。方便修改和扩充， 但指令执行速度较慢。 但指令执行速度较慢。 硬布线控制方式采用组合逻辑电路实现各种控制功 在制造完成后， 能，在制造完成后，其逻辑电路之间的连接关系 就固定下来，不易改动。其运行速度快， 就固定下来，不易改动。其运行速度快，但构成 复杂。 复杂。
13
习题参考答案
计算机组成原理全套PPT课件
IC
计算机组成原理
2.运算速度
CPU执行时间：是指CPU计算某个任务所花费的 时间，不包括I/O访问时的等待时间等。
CPU执行时间=CPU时钟周期总数×时钟周期 =指令条数×CPI ×时钟周期
从上面的公式可以看出CPU的性能与计算机 体系的关系: ⑴时钟频率反映了计算机的实现技术和生产工艺. ⑵CPI反映了计算机的实现技术和指令集结构. ⑶IC反映了计算机指令系统的设计和编译技术.
lw $15, 0($2) lw $16, 4($2) sw $16, 0($2) sw $15, 4($2)
1000 1100 0100 1111 0000 0000 0000 0000 1000 1100 0101 0000 0000 0000 0000 0100 1010 1100 0101 0000 0000 0000 0000 0000 1010 1100 0100 1111 0000 0000 0000 0100
序→机器语言目标程序。 2.编译程序(Complier)：高级语言源程序
→汇编/机器语言目标程序 3.解释程序(Interpreter )：将高级语言
语句逐条翻译成机器指令并立即执行,不 生成目标文件。
计算机组成原理
2. 计算机的解题过程
计算机组成原理
软 件
硬 件
temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp;
2.运算速度
时钟周期:又称为节拍周期或T周期,是时钟频率的 倒数。是处理器操作最基本的时间单位。例如，主 频为1GHz的CPU的时钟周期为1ns。
CPI：表示执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
CPI=一个程序的CPU时钟周期数÷程序指令数量
计算机组成原理1
一、填空题1 字符信息是符号数据，属于处理（非数值 ）领域的问题，国际上采用的字符系统是七单位的（ASCLL ）码。
2 按IEEE754标准，一个32位浮点数由符号位S（1位）、阶码E（8位）、尾数M（23位）三个域组成。
其中阶码E的值等于指数的真值（ e ）加上一个固定的偏移值（ 127 ）。
3 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构，其中前者采用（ 空间 ）并行技术，后者采用（时间 ）并行技术。
4 虚拟存储器分为页式、（段 ）式、（ 段页 ）式三种。
5 安腾指令格式采用5个字段：除了操作码（OP）字段和推断字段外，还有3个7位的（ 地址码 ）字段，它们用于指定（ 寄存器 ）2个源操作数和1个目标操作数的地址。
6 CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为（指令周期 ），它常用若干个（ CPU周期 ）来表示。
7 安腾CPU中的主要寄存器除了128个通用寄存器、128个浮点寄存器、128个应用寄存器、1个指令指针寄存器（即程序计数器）外，还有64个（推断寄存器 ）和8个（ 分支寄存器）。
8 衡量总线性能的重要指标是（总线带宽 ），它定义为总线本身所能达到的最高传输速率，单位是（MB/s ）。
9 DMA控制器按其结构，分为（选择型 ）DMA控制器和（ 多路型 ）DMA控制器。
前者适用于高速设备，后者适用于慢速设备。
10 64位处理机的两种典型体系结构是（英特尔64体系结构）和（安腾体系结构 ）。
前者保持了与IA-32的完全兼容，后者则是一种全新的体系结构。
1 在计算机术语中，将ALU控制器和（ 内 ）存储器合在一起称为（主机 ）。
2 数的真值变成机器码可采用原码表示法，反码表示法，（ 补码 ）表示法，（ 移码 ）表示法。
3 广泛使用的（ SRAM ）和（ DRAM ）都是半导体随机读写存储器。
前者的速度比后者快，但集成度不如后者高。
4 反映主存速度指标的三个术语是存取时间、（存储器带宽 ）和（ 存储周期 ）。
计算机组成原理复习题
计算机组成原理复习题要点MCU + NPECS的硬件是电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。
其中运算器和存储器称为CPU(MPU/uP)，CPU和内存储器称为主机。
冯诺依曼型计算机采用了存储程序方案，这是计算机自动化工作的关键。
计算机的软件是计算机系统结构的重要组成部分。
计算机软件一般分为系统软件和应用程序软件两大类。
系统软件是指为了方便用户和发挥计算机的效率，向用户提供的一系列软件，它包括操作系统、语言类程序、各种服务性程序和数据库管理系统等，系统软件的作用是对计算机系统进行管理、调度、监控和维护。
应用软件是为了解决科学计算或信息处理等而编制的程序，是计算机厂家或用户自己开发的程序。
计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由硬联逻辑、微程序机器级、实际机器级、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、应用语言虚拟机组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。
1：计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。
2：早期将运算器和控制器合在一起称为CPU（中央处理器）3：存储程序并按地址顺序执行，这是冯.诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键4：计算机系统是一个由硬件、软件组成的多层次结构，它通常由微程序级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成。
5:CPU和内存称为主机。
2*3=6 10*011=10+1001：负数的加法要利用补码化为加法来做，减法运算当然也要设法化为加法来做。
2：数的真值变成机器码时有四种表示方法：原码表示法、反码表示法、补码表示法、移码表示法。
3：移码主要用于表示浮点数的阶码E，以利于比较两个指数的大小和对阶操作。
4：尾数运算结果的符号位与最高数值为同值，应执行左规格处理。
存储器是计算机系统的记忆设备，用来存放程序和数据。
出于对存储器大容量、低成本、高速度的要求，目前的计算机系统通常采用Cache-主存-辅存三级存储器体系结构。
计算机组成原理 第一章
课程的基本要求 课程的基本要求
计算机系统概述、计算机中的数据表示、运算方 法和运算器、指令系统、随机逻辑和微程序控制原理、 存储系统、输入输出系统、计算机外设简介，要求学 生掌握计算机的组成和工作原理。 通过学习，使学生了解计算机的组成原理及工作 原理，以建立整机概念。本课程设有实验，以加深对 课程内容的理解，培养学生的动手能力。
课程内容
第一章 计算机系统概论 第二章 运算方法和运算器 第三章 内部存储器 第四章 指令系统 第五章 中央处理机
课程内容
第六章 总线系统 第七章 外围设备 第八章 输入输出系统 第九章 操作系统支持 第十章 安腾高性能处理机体系结构
主教材： 主教材：
计算机组成原理 白中英 主编 科学出版社
参考教材： 参考教材：
1.1计算机的分类 1.1计算机的分类
电子计算机从总体上来说分为两大类。 一、电子计算机从总体上来说分为两大类。 电子模拟计算机 数值由连续的量来表示。 电子模拟计算机。数值由连续的量来表示。 模拟计算机。 电子数字计算机 电子数字计算机。计算机中的数值由不连续的数 数字计算机。 字来表示。 字来表示。
物理与电子学院 通信工程教研室 陈莹
上课要求
第一：要求大家准时上课，有事请假，我 会点名 第二：遵守课堂纪律绍：
《计算机组成原理》属于专业基础课。面向应 用、突出实践、偏向硬件和理论。 《计算机组成原理》是计算机教学中的一门核 心课程，是学习计算机课程所要必修的主干课。通 过教学，使学生对计算机的各主要部分（运算器、 控制器、存储器、输入输出设备）的构成及工作原 理有一个深刻的、系统的认识和理解，同时对计算 机的发展趋势也有一个较为深入的了解。
我国首台万亿次计算机诞生： 我国首台万亿次计算机诞生：
计算机组成原理(第四版)课后答案_白中英
计算机组成原理（第四版）课后习题参考答案
白中英 戴志涛 李贞 等
第一章 ..............................................................................................................................................2 第二章 ..............................................................................................................................................4 第三章 ............................................................................................................................................15 第四章 ............................................................................................................................................20 第五章 ............................................................................................................................................22 第六章 ............................................................................................................................................28 第七章 ............................................................................................................................................32 第八章 ............................................................................................................................................35 第九章 ............................................................................................................................................37 第十章 ............................................................................................................................................ M = 100…0， Ms = 0 8个 21 个 即： 2 2 2
计算机组成原理和微机原理两者的区别
计算机组成原理和微机原理两者的区别:
“计算机组成原理”涉及到的内容是电子电路，定点、浮点运算及运算器，还有CPU 及微程序。
“计算机组成原理”更侧重在微指令层级描述计算机的组成和运行机理。
“微机原理”通常会与“汇编语言程序设计”、“微机接口技术”紧密联系，它涉及到的如下内容是——8086/8088 CPU的结构及指令系统，汇编语言程序设计，8255、8251、8253、8259、8237、A/D、D/A等接口芯片的原理及应用。
“微机原理”在详述8086/8088 CPU的结构及硬件资源、指令系统、寻址方式的基础上重点介绍汇编语言程序设计，在讲解接口芯片的原理及应用之后，仍然会基于汇编语言对接口芯片进行编程。
“微机原理”更侧重在机器指令层面描述计算机的组成和运行机理。
相比之下，“计算机组成原理”在讨论某些问题时更贴近电子电路层面，而“微机原理”讨论问题的层面比前者较为宏观，基本都在芯片层面。
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计算机组成原理中的指令系统与微程序
指令系统和微程序是计算机组成原理中两个重要的概念。
指令系统是计算机内部实现各种功能的基本指令集合，而微程序是为了实现指令系统而设计的一种硬件逻辑。
本文将介绍指令系统和微程序的基本概念及其在计算机组成原理中的作用。
一、指令系统
指令系统是计算机内部实现各种功能的指令的集合。
它定义了计算机可以执行的操作和数据处理方式。
指令系统包括指令的格式、寻址方式和操作码等要素。
指令系统决定了计算机的功能和性能。
指令系统中的指令可以分为多种类型，如数据传输指令、算术逻辑指令、控制指令等等。
不同类型的指令完成不同的操作，通过组合和执行这些指令可以实现计算机所需的各种功能。
指令系统的设计应考虑到计算机硬件的性能和复杂性。
一方面，指令系统应尽可能的简单，以提高计算机的执行效率；另一方面，指令系统也应具备足够的功能，以满足各种应用需求。
二、微程序
微程序是为了实现指令系统而设计的一种硬件逻辑。
它是将指令系统的功能细化为一条条微指令，通过控制器按照微指令的顺序来执行各种操作。
微程序的设计思想是将指令的执行过程细化为若干个微操作，并将
这些微操作编码为微指令。
每个微指令都包含了一条指令的执行操作，通过按照指令的顺序执行微指令，就可以实现整个指令系统的功能。
微程序的设计可以将指令系统的功能分解为若干个步骤，每个步骤
对应一个微指令。
这样可以大大简化指令的执行过程，提高计算机的
执行效率和灵活性。
微程序还可以方便地更新和修改，以适应不同的
应用需求。
三、指令系统与微程序的关系
指令系统和微程序是紧密相关的。
指令系统定义了计算机可以执行
的操作和数据处理方式，而微程序则是实现这些操作和处理方式的具
体方法。
微程序是指令系统的一种实现技术，它将指令系统的功能细化为一
条条微指令，通过控制器按照微指令的顺序来执行各种操作。
通过微
程序，可以实现复杂的指令功能，提高计算机的执行效率和灵活性。
指令系统和微程序之间的关系可以用一个类比来理解。
指令系统就
好比是计算机的“操作系统”，而微程序就好比是操作系统内部的“核心
代码”，它控制着计算机的各种操作和功能。
四、指令系统与微程序的优缺点
指令系统和微程序都有各自的优点和缺点。
指令系统的优点是设计简单、执行效率高。
指令系统可以通过指令
的格式、寻址方式和操作码等要素来实现各种功能，它的设计可以根
据具体的应用需求进行调整。
指令系统的执行效率高，可以快速完成
各种复杂的操作。
微程序的优点是灵活性高、易于更新。
微程序将指令的执行过程细
化为一条条微指令，通过按照微指令的顺序执行，可以实现复杂的操作。
微程序的设计可以方便地更新和修改，以适应不同的应用需求。
指令系统和微程序的缺点也存在。
指令系统的缺点是设计复杂、调
试困难。
指令系统的设计涉及到指令的格式、寻址方式和操作码等要素，设计复杂度较高。
微程序的缺点是硬件开销大、执行效率低。
微
程序需要专门的控制器来执行微指令，增加了硬件的开销，同时微程
序的执行效率也相对较低。
综上所述，指令系统和微程序是计算机组成原理中两个重要的概念。
指令系统定义了计算机可以执行的操作和数据处理方式，而微程序则
是实现指令系统的一种硬件逻辑。
指令系统和微程序的设计要考虑到
计算机硬件的性能和复杂性，并根据具体的应用需求进行调整。
通过
合理设计和优化指令系统和微程序，可以提高计算机的功能和性能。