计算机组成原理二版第四章答案.docx

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计算机组成原理二版第四章答案

计算机组成原理二版第四章答案

【篇一：

计算机组成原理第四章答案】

>1．ascii码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？

为什么？

答：

不合理。

指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。

一个字符的ascii是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。

2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。

答：

字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。

双操作数指令

单操作数指令

无操作数指令

3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

答：

该指令格式及寻址方式特点如下：

（1）单字长二地址指令。

（2）操作码字段op可以指定26=64种操作。

（3）源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是rr型指令，即两个操作数均在寄存器中。

（4）这种指令结构常用于rr之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。

4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

1510987430

答：

该指令格式及寻址方式特点如下：

（1）双字长二地址指令，用于访问存储器。

（2）操作码字段op可以指定26=64种操作。

（3）rs型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数在主存中。

有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。

5．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。

答：

该指令格式及寻址方式特点如下：

（1）该指令为单字长双操作数指令，源操作数和目的操作数均由寻址方式和寄存器构成，寄存器均有8个，寻址方式均有8种。

根据寻址方式的不同，指令可以是rr型、rs型、也可以是ss型；

（2）因为op为4位，所以最多可以有16种操作。

6．一种单地址指令格式如下所示，其中为i间接特征，x为寻址模式，d为形式地址，i、x、d组成该指令的操作数有效地址e，设r为变址寄存器，r1为基值寄存器，pc为程序计数器，请在下表中第一列位置填入适当的寻址方式名

答：

①直接寻址②相对寻址③变址寻址

④基址寻址⑤间接寻址⑥先基址后间接寻址

7．某计算机字长为32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。

答：

根据题意，40种指令至少需6位op；四种寻址方式至少需用2位表示；主存为64k，则地址需要16位，而机器字长为32位，可设计如下格式：

设：

寻址方式x=00为直接寻址方式，由16位的d直接给出有效地址，ea=d寻址方式x=01为立即寻址方式，由16位的d直接给出操作数，操作数=d寻址方式x=10为变址寻址方式，设变址寄存器为ir，则ea=（ir）+d

寻址方式x=11为相对寻址方式，设程序计数器为pc，则ea=（pc）+d（d可正可负）

注：

ir和pc的位数与机器的字长相等，均为32位

8．某机字长为32位，主存容量为1m，单字长指令，有50种操作码，采用寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即、直接等寻址方式。

cpu中有pc，ir，ar，dr和16个通用寄存器。

问：

（1）指令格式如何安排?

（2）能否增加其他寻址方式?

答：

（1）根据题意，50种操作码至少需6位op；寻址方式可用2位分别表示最多4种寻址方式；用4位编码选择16个通用寄存器之一作为源操作数或目的操作数，因机器字长为32位，固还剩20位可表示形式地址d

d寻址方式字段=00，表示d为寄存器寻址，实际使用d中的4位进行寄存器选择；寻址方式字段=01，表示寄存器间接寻址，实际使用d中的4位进行寄存器选择；寻址方式字段=10，表示立即寻址，可使用d的全部确定一个立即数；寻址方式字段=11，表示直接寻址，20位的d可确定一个存储单元。

（2）若将形式地址的位数减少，则可以增加其他的寻址方式

9．设某机字长为32位，cpu中有16个32位通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统。

如果采用通用寄存器作基址寄存器，则rs型指令的最大存储空间是多少?

答：

根据题意，64种操作至少需6位op；用2位表示四种寻址方式；寄存器16个源操作数和目的操作数各用4位，因机器字长为32位，固还剩16位可表示形式地址d

空间最大可达232单元。

10．将表4.9的指令系统设计成二地址格式的指令系统。

答：

表4.9中的指令共有29条，故操作码字段需要5位；设这些指令支持9种寻址方式：

立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、堆栈寻址，则源和目的操作数各需要4位来确定

其寻址方式；因字长为32位，故还剩余19位用于表示源和目的操作数的形式地址，可取形式地址为9位，多余的1位可以加在操作码字段。

即，格式如下：

11．从以下有关risc的描述中，选择正确答案。

a．采用risc技术后，计算机的体系结构又恢复到早期的比较简单的情况。

b．为了实现兼容，新设计的risc，是从原来cisc系统的指令系统中挑选一部分实现的。

c.risc的主要目标是减少指令数。

d．risc设有乘、除法指令和浮点运算指令。

答：

c

12．根据操作数所在位置，指出其寻址方式（填空）：

（1）操作数在寄存器中，为（a）寻址方式。

（2）操作数地址在寄存器，为（b）寻址方式。

（3）操作数在指令中，为（c）寻址方式。

（4）操作数地址（主存）在指令中，为（d）寻址方式。

（5）操作数的地址，为某一寄存器内容与位移量之和，可以是（e，f，g）寻址方式。

答：

a.寄存器b.寄存器间接c.立即d.直接

e,f,g.基址、变址、相对

13．将c语句翻译成mipsr4000汇编语言代码。

c赋值语句是：

?

=（g+h）-（i+j）

假设变量?

、g、h、i、j分别分配给寄存器$s0、$s1、$s2、$s3、$s4。

答：

该语句翻译成mipsr4000汇编语句如下：

add$s5,$s1,$s2;将g+h的和存入寄存器$s5中（$s5=$s1+$s2）add$s6,$s3,$s4;将i+j的和存入寄存器$s6中（$s6=$s3+$s4）sub$s0,$s5,$s6;将结果存入寄存器$s0中（$s0=$s5-$s6）

14．将如下mipsr4000汇编语言翻译成机器语言指令。

lw$t0,1200（$t1）add$t0,$s2,$t0sw$t0,1200（$t1）

答：

已知mips指令的字段值如下表所示，而且寄存器$s0?

$s7对应的寄存器号

15．将下面一条arm汇编语言指令翻译成用十进制和二进制表示的机器语言指令：

addr5,r1,r2

16．将下面c语言翻译成arm汇编语言代码，c赋值语句是：

?

=（g+h）-（i+j）

假设变量?

、g、h、i、j分别放在寄存器r0、r1、r2、r3、r4中

答：

该语句翻译成arm汇编语句如下：

addr5,r1,r2;将g+h的和存入寄存器r5中（r5=r1+r2）

【篇二：

计算机组成原理答案（第二版）】

>1.什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？

硬件和软件哪个更重要？

解：

p3

计算机系统：

由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。

计算机硬件：

指计算机中的电子线路和物理装置。

计算机软件：

计算机运行所需的程序及相关资料。

硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。

5.冯?

诺依曼计算机的特点是什么？

解：

冯?

诺依曼计算机的特点是：

p8

?

计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；

?

指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；

?

指令和数据均用二进制表示；

?

指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表

示操作数在存储器中的位置；

?

指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；

?

机器以运算器为中心（原始冯?

诺依曼机）。

7.解释下列概念：

主机、cpu、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。

解：

p9-10

主机：

是计算机硬件的主体部分，由cpu和主存储器mm合成为主机。

cpu：

中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的cpu内除含有运算器和控制器外还集成了cache）。

主存：

计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。

存储单元：

可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。

存储元件：

存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。

存储字：

一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。

存储字长：

一个存储单元所存二进制代码的位数。

存储容量：

存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。

机器字长：

指cpu一次能处理的二进制数据的位数，通常与cpu的寄存器位数有关。

指令字长：

一条指令的二进制代码位数。

8.解释下列英文缩写的中文含义：

cpu、pc、ir、cu、alu、acc、mq、x、mar、mdr、i/o、mips、cpi、flops

解：

全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。

cpu：

centralprocessingunit，中央处理机（器），是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。

pc：

programcounter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址。

ir：

instructionregister，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。

cu：

controlunit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命

令序列。

alu：

arithmeticlogicunit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。

acc：

accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。

mq：

multiplier-quotientregister，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。

x：

此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示操作数寄存器，即运算器中工作寄存器之一，用来存放操作数；

mar：

memoryaddressregister，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。

mdr：

memorydataregister，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。

i/o：

input/outputequipment，输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界信息的转换与传送。

mips：

millioninstructionpersecond，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位。

9.画出主机框图，分别以存数指令“stam”和加法指令“addm”（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）stam指令：

pc→mar，mar→mm，mm→mdr，mdr→ir，

op（ir）→cu，ad（ir）→mar，acc→mdr，mar→mm，wr

（2）addm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。

10.指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？

解：

计算机区分指令和数据有以下2种方法：

?

通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。

?

通过地址来源区分，由pc提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。

第2章计算机的发展及应用

1.通常计算机的更新换代以什么为依据？

答：

p22

主要以组成计算机基本电路的元器件为依据，如电子管、晶体管、集成电路等。

2.举例说明专用计算机和通用计算机的区别。

答：

按照计算机的效率、速度、价格和运行的经济性和实用性可以将计算机划分为通用计算机和专用计算机。

通用计算机适应性强，但牺牲了效率、速度和经济性，而专用计算机是最有效、最经济和最快的计算机，但适应性很差。

例如个人电脑和计算器。

3.什么是摩尔定律？

该定律是否永远生效？

为什么？

答：

p23，否，p36

第3章系统总线

1.什么是总线？

总线传输有何特点？

为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？

答：

p41.总线是多个部件共享的传输部件。

总线传输的特点是：

某一时刻只能有一路信息在总线上传输，即分时使用。

为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。

4.为什么要设置总线判优控制？

常见的集中式总线控制有几种？

各有何特点？

哪种方式响应时间最快？

哪种方式对电路故障最敏感？

答：

总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；

常见的集中式总线控制有三种：

链式查询、计数器定时查询、独立请求；

特点：

链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

5.解释下列概念：

总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期和总线的通信控制。

答：

p46。

总线宽度：

通常指数据总线的根数；

总线带宽：

总线的数据传输率，指单位时间内总线上传输数据的位数；

总线复用：

指同一条信号线可以分时传输不同的信号。

总线的主设备（主模块）：

指一次总线传输期间，拥有总线控制权的设备（模块）；总线的从设备（从模块）：

指一次总线传输期间，配合主设备完成数据传输的设备（模块），它只能被动接受主设备发来的命令；

总线的传输周期：

指总线完成一次完整而可靠的传输所需时间；

总线的通信控制：

指总线传送过程中双方的时间配合方式。

6.试比较同步通信和异步通信。

答：

同步通信：

指由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。

适合于速度差别不大的场合。

异步通信：

指没有统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。

8.为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点？

答：

半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间。

10.为什么要设置总线标准？

你知道目前流行的总线标准有哪些？

什么叫plugandplay？

哪些总线有这一特点？

答：

总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题；

目前流行的总线标准有：

isa、eisa、pci等；

plugandplay：

即插即用，eisa、pci等具有此功能。

11.画一个具有双向传输功能的总线逻辑图。

答：

在总线的两端分别配置三态门，就可以使总线具有双向传输功能。

a0

a1

an01n

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。

解：

（1）由t打开三态门将d寄存器中的内容送至总线bus，由cp脉冲同时将总线上的数据打入到a、b、c寄存器中。

t和cp的时间关系如图

（1）所示。

cp总线图

（1）

（2）三态门1受t0＋t1控制，以确保t0时刻d→总线，以及t1时刻总线→接收门1→a。

三态门2受t2＋t3控制，以确保t2时刻a→总线，以及t3时刻总线→接收门2→b。

t0、t1、t2、t3波形图如图

（2）所示。

图

（2）

第四章

3.存储器的层次结构主要体现在什么地方？

为什么要分这些层次？

计算机如何管理这些层次？

答：

存储器的层次结构主要体现在cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

cache-主存层次在存储系统中主要对cpu访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，cpu访存速度加快，接近于cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。

主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。

综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。

主存与cache之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。

而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。

因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。

4.说明存取周期和存取时间的区别。

解：

存取周期和存取时间的主要区别是：

存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。

即：

存取周期=存取时间+恢复时间

5.什么是存储器的带宽？

若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？

解：

存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。

注意：

字长32位，不是16位。

（注：

1ns=10-9s）

【篇三：

计算机组成原理（薛胜军）课后习题答案第二版

（1）】

种能自动地、高速地对各种数字化信息进行运算处理的电子设备。

1．2

冯诺依曼计算机体系结构的基本思想是存储程序，也就是将用指令序列描述的解题程序与原始数据一起存储到计算机中。

计算机只要一启动，就能自动地取出一条条指令并执行之，直至程序执行完毕，得到计算结果为止。

按此思想设计的计算机硬件系统包含：

运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

各部分的作用见教材：

p10—p12

1．3

计算机的发展经历了四代。

第一代：

见教材p1第二代：

见教材p2第三代：

见教材p2第四代：

见教材p2

1．4系统软件定义见教材：

p12—13，应用软件定义见教材：

p12

1．5见教材：

p14—15

1．6见教材：

p11

1．7见教材：

p6—8

1．8硬件定义见教材：

p9

软件定义见教材：

p12固件定义见教材：

p131．9

1）2）

1．10处理程度按从易到难是：

文本?

图形?

图像?

音频?

视频

第二章

2．2

规格化浮点表示为：

[27/64]原＝101，011011000

[27/64]反＝110，011011000[27/64]补＝111，011011000

规格化浮点表示为：

[27/64]原＝101，111011000

[27/64]反＝110，100100111[27/64]补＝111，100101000

2．3模为：

2=1000000000

2．4不对，8421码是十进制的编码

2．5浮点数的正负看尾数的符号位是1还是0

浮点数能表示的数值范围取决于阶码的大小。

浮点数数值的精确度取决于尾数的长度。

2．6

1）不一定有n1n22）正确

－

－－

－－

－

2．8

1）[x]补=00.1101[y]补=11.0010

[x+y]补＝[x]补+[y]补=11.1111无溢出x+y=－0.0001

[x]补=00.1101[--y]补=00.1110

[x－y]补＝[x]补+[--y]补=01.1011正向溢出2）[x]补=11.0101[y]补=00.1111

[x+y]补＝[x]补+[y]补=00.0100无溢出x+y=0.0100

[x]补=11.0101[--y]补=11.0001

[x－y]补＝[x]补+[--y]补=10.0110负向溢出3）[x]补=11.0001[y]补=11.0100

[x+y]补＝[x]补+[y]补=10.0101负向溢出[x]补=11.0001[--y]补=00.1100

9

[x－y]补＝[x]补+[--y]补=11.1101无溢出x－y=－0.00112．9

1）原码一位乘法|x|=00.1111|y|=0.1110部分积乘数yn00.000000.0000

?

00.0000000.11110

?

00.01111001.011010

?

00.101101001.1010010?

00.11010010

补码一位乘法[x]补=11.0001[y]补=0.1110部分积ynyn+100.0000?

00.0000000.11110

2）原码一位乘法|x|=00.110|y|=0.010部分积乘数yn00.00000.000

?

00.000000.1100

?

00.0110000.01100[--x]补=11.0001

补码一位乘法[x]补=11.010[y]补=1.110[--x]补=00.110部分积ynyn+100.000?

00.000000.1100

1）原码两位乘法|x|=000.1011|y|=00.00012|x|=001.0110部分积乘数c

000.0000000.1011

补码两位乘法[x]补=000.1011[y]补=11.1111[--x]补=111.0101部分积乘数yn+1000.0000111.0101

2）原码两位乘法|x|=000.101|y|=0.1112|x|=001.010[--|x|]补=111.011部分积乘数c000.000111.011

?

111.11011001.00011

?

000.100011

补码两位乘法[x]补=111.011[y]补=1.001[--x]补