计算机组成原理5
计算机组成原理教案(第五章)
(1) I1: ADD R1，R2，R3 ； I2: SUB R4，R1，R5 ；
3.联合控制方式
此为同步控制和异步控制相结合的方式。 情况（1） 大部分操作序列安排在固定的机器周 期中，对某些 时间难以确定的操作则以执行部件的“回答”信号作为本次操 作的结束； 情况（2） 机器周期的节拍脉冲数固定，但是各条指令周期的 机器周期数不固定。
5.4 微程序控制器
5.4.1 微命令和微操作
控 制 字 段 判别测试字段
下地址字段
按照控制字段的编码方法不同，水平型微指令又分为三种：
I. 全水平型(不译法)微指令 II. 字段译码法水平型微指令 III. 直接和译码相混合的水平型微指令。
2.垂直型微指令
微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，由 微操作码规定微指令的功能 ，称为垂直型微指令。
下面举4条垂直型微指令的微指令格式加以说明。设微指 令字长为16位，微操作码3位。
(1)寄存器-寄存器传送型微指令 (2)运算控制型微指令
(3)访问主存微指令 (4)
3.水平型微指令与垂直型微指令的比较
(1)水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微 指令则较差。
(2)水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间 长。
5.8.3 流水线中的主要问题
流水过程中通常会出现以下三种相关冲突，使流水线断流。
1. 资源相关
资源相关是指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周 期内争用同一个功能部件所发生的冲突。
2. 数据相关
在一个程序中，如果必须等前一条指令执行完毕后，才能 执行后一条指令，那么这两条指令就是数据相关的。
5.8 流水CPU
5.8.1 并行处理技术
白中英第五版计算机组成原理第5章
计算机组成原理
共一百零六页
（1）加法(jiāfǎ)
“ADD R2，R0”
PC→AR
取指
M→DR
DR→IR
PCo，G，ARi
R/W=R DRo，G，IRi
PC→AR M→DR DR→IR
（2）减法(jiǎnfǎ) “SUB R1，R3”
PCo，G，ARi
R/W=R
DRo，G，IRi
R2→Y
R0→X
计算机组成原理
运行标志
(biāozhì)触 发器Cr
◆ 当计算机启动时，一定 要从第1个节拍脉冲前沿 开始工作。
◆ 停机时一定要在第4个 节拍脉冲结束后关闭时 序产生器。
计算机组成原理
共一百零六页
5.3.3 控制(kòngzhì)方式
控制器的控制方式：控制不同(bù tónɡ)操作序列时序信号的方法。
1. 同步控制方式
共一百零六页
MOV指令(zhǐlìng)的指令(zhǐlìng)周期——取指
计算机组成原理
共一百零六页
MOV指令的指令周期(zhōuqī)——执行
计算机组成原理
共一百零六页
play
5.2.3 LAD指令(zhǐlìng)的指令(zhǐlìng)周期
LAD R1, 6是一条(yī tiáo)RS指令
计算机组成原理
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计算机组成原理
共一百零六页
5.3 时序产生器和控制(kòngzhì)方式
[思考]
用二进制码表示的指令和数据都放在内存里， 那么CPU是怎样(zěnyàng)识别出它们是数据还是指令呢?
从时间上来说:
◆ 取指发生在指令周期的第一个CPU周期;
◆ 取数发生在后面几个CPU周期，即 “执行指令”阶段。
计算机组成原理第五章单元测试(含答案)
第五章指令系统测试1、以下四种类型指令中，执行时间最长的是（）(单选)A、RR型指令B、RS型指令C、SS型指令D、程序控制类指令2、程序控制类指令的功能是（）（单选）A、进行算术运算和逻辑运算B、进行主存与CPU之间的数据传送C、进行CPU和I/O设备之间的数据传送D、改变程序执行的顺序3、单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用的寻址方式是( ）（单选）A、立即数寻址B、寄存器寻址C、隐含寻址D、直接寻址4、下列属于指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（）（单选）A、为了实现软件的兼容和移植B、缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性C、为程序设计者提供更多、更灵活、更强大的指令D、丰富指令功能并降低指令译码难度5、寄存器间接寻址方式中，操作数存放在（）中（单选）A、通用寄存器B、主存C、数据缓冲寄存器MDRD、指令寄存器6、指令采用跳跃寻址方式的主要作用是（) (单选)A、访问更大主存空间B、实现程序的有条件、无条件转移C、实现程序浮动D、实现程序调用7、下列寻址方式中，有利于缩短指令地址码长度的是（）（单选）A、寄存器寻址B、隐含寻址C、直接寻址D、间接寻址8、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H．则该操作数的有效地址为( ) (单选)A、1200HB、12FCHC、3888HD、88F9H9、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H．则该操作数为( ) (单选)A、1200HB、12FCHC、3888HD、88F9H10、某计算机按字节编址，采用大端方式存储信息。
计算机组成原理-第五章测试
标记题目信息文本一、选择题题目1正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干控制器的功能是（）选择一项：a. 执行语言翻译b. 向计算机各部件提供控制信号恭喜您回答正确！c. 支持汇编程序d. 完成数据运算反馈Your answer is correct.正确答案是：向计算机各部件提供控制信号题目2正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干硬连线控制器是由以下部件组成（）选择一项：a. 程计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，步骤标记b. 程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器恭喜您回答正确！c. 指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器d. 程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件反馈Your answer is correct.正确答案是：程序计数器PC、指令寄存器IR、控制信号产生部件，节拍发生器题目3正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是（）选择一项：a. 每一条机器指令由一条微指令来执行b. 一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行c. 一条微指令由若干条机器指令组成d. 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恭喜您回答正确！反馈Your answer is correct.正确答案是：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题目4正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干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问题。
通常采用的一种方法是断定方式，其基本思想是（）。
选择一项：a. 用程序计数器PC来产生后继微指令地址b. 用微程序计数器uPC来产生后继微指令地址c. 通过微指令顺序控制字段由设计者指定或者由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址恭喜您回答正确！d. 通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址反馈Your answer is correct.正确答案是：通过微指令顺序控制字段由设计者指定或者由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址题目5正确获得20.00分中的20.00分标记题目题干利用时间重叠途径实现并行处理的是（）选择一项：a. 并行处理机b. 流水线处理机恭喜您回答正确！c. 相联处理机d. 多处理机反馈Your answer is correct.正确答案是：流水线处理机。
计算机组成原理 (5)
计算机组成原理姓名：［填空题］*1.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（）。
［单选题］A.实现存储程序和程序控制B.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性（正确答案）C.可以直接访问外存D.提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度2、立即寻址是指（）o ［单选题I*A.指令中直接给出操作数地址B.指令中直接给出操作数（正确答案）C.指令中间接给出操作数D.指令中间接给出操作数地址3、直接寻址是指（）o ［单选题］*A.指令中直接给出操作数地址（正确答案）B.指令中直接给出操作数C.指令中间接给出操作数D.指令中间接给出操作数地址4、间接寻址是指（）o ［单选题］*A.指令中直接给出操作数地址B.指令中直接给出操作数C.指令中间接给出操作数D.指令中间接给出操作数地址 15、变址寻址方式中，操作数的有效地址等于（）o ［单选题］*A.基址寄存器内容加上形式地址（位移量）B.堆栈指示器内容加上形式地址C.变址寄存器内容加上形式地址（正确答案）D.程序计数器内容加上形式地址6、基址寻址方式中，操作数的有效地址等于（）o ［单选题］*A.基址寄存器内容加上形式地址（偏移量）（正确答案）B.堆栈指示器内容加上形式地址C.变址寄存器内容加上形式地址D.程序计数器内容加上形式地址7、定点数补码加法具有两个特点：一是符号位（）；二是相加后最高位上的进位要舍去。
［单选题］*A.与数值位分别进行运算B.与数值位一起参与运算1正确答案）C.要舍去D.表示溢出8、长度相同但格式不同的2种浮点数，假设前者阶码长、尾数短，后者阶码短、尾数长，其他规定均相同，则它们可表示的数的范围和精度为（）o ［单选题］*A.两者可表示的数的范围和精度相同B.前者可表示的数的范围大但精度低（正确答案）C.后者可表示的数的范围大且精度高D.前者可表示的数的范围大且精度高9、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过（）来实现。
［单选题］*A.原码运算的二进制减法器B.补码运算的二进制减法器C.补码运算的十进制加法器D.补码运算的二进制加法器（正确答案）10、在机器数（）中，零的表示形式是唯一的。
《计算机组成原理》5-指令系统
◆ CPU中设置程序计数器（PC）对指令的顺序号进行计 数。PC开始时存 放程序的首地址，每执行一条指令，PC 加”1”，指出下条指令的地址， 直到程序结束。
跳跃寻址 Leabharlann 转移指令指出AA22AA33
…
…
…
…
1111 1110 A2 A3
12 位操作码
1111 1111 0000 1111 1111 0001
AA33
…
…
…
…
1111 1111 1110 A3
16 位操作码
…
…
1111 1111 1111 0000 1111 1111 1111 0001 1111 1111 1111 1111
24
双字
28
双字（地址32）▲
32
双字
36
边界未对准
地址（十进制）
字( 地址2)
半字( 地址0)
0
字节( 地址7) 字节( 地址6)
字( 地址4)
4
半字( 地址10)
半字( 地址8)
8
5.2.2 数据类型
2、数据在计算机中存放方式
存储字长内部字节的次序
例： 12345678H如何存储？ 12 34 56 78H
5.3.1指令寻址
指令寻址----计算指令有效地址的方法
指令地址
指令
指令地址寻址方式
PC +1
0 LDA
11 ADD 22 DEC 33 JMP
4 LDA
5 SUB 6 INC
77 STA 88 LDA
计算机组成原理第5章 中央处理器
19
第二节 一、指令执行分析 任何一条指令的执行都要经过读取指令、分析 指令和执行指令三个阶段。指令执行过程一般可分 为：1）取指令 2 3 4 5
20
图5.5
流水处理
21
二、 计算机的功能是执行程序。执行程序时，计算 机操作由一系列指令周期组成，每个周期执行一条 机器指令，而每个指令周期又由若干个机器周期组 成，一种通常的办法是分解成取指、取操作数、执 行和中断，只有取指和执行周期总是必有的。 1 2 图
10
二、时序控制方式 计算机的基本任务是执行指令。执行一条指令 的过程是分为若干步来实现的，每一步对应某些微 操作。由于不同指令所对应的微操作及繁简程度大 不相同，因而每条指令和每个微操作所需的执行时 间也不相同，这就需要引入时序信号来对这些微操 作进行定时控制。时序控制方式，就是指微操作与 时序信号之间采取何种关系。按照同步或非同步的 关系，可将时序控制方式分为同步控制和异步控制
13
计算机从取指令到执行完指令所需要的时间称 为指令周期。不同的指令，其功能不同，其指令周 期长短也就可以不同。在系统中，通常不为指令周 期设置时间标志信号，因而也不将其作为时序的一 级。时序信号通常划分为三级，即机器周期、节拍
14
图5.2
时序系统结构框图
15
3) 异步控制方式中没有统一的时钟信号，各部件 按自身固有的速度工作，通过应答方式进行联络， 常见的应答信号有准备好（READY）或等待（ WAIT
16
图5.3 多级时序
17
图5.4
异步应答流程
18
在CPU中，控制器的任务是决定在什么时间、 根据什么条件、发什么命令、做什么操作。因此， 产生微命令的基本依据是时间、指令代码、状态、 外部请求等。这些信息或作为逻辑变量，经组合逻 辑电路产生微命令序列；或形成相应的微程序地址， 通过执行微指令直接产生微命令序列。按照微命令 的产生方式，可将控制器分为组合逻辑控制器和微
计算机组成原理第五章
ta=tc/e=50ns/0.833=60ns
例:已知Cache存储周期为40ns,主存存储周期为200ns, Cache / 主存系统平均访问时间为50ns,求Cache旳命中率是多少? 解: 因为 ta=htc+(1-h)tm
主存
块0 块1
标识 块15
块
…
字0 字1 字511
块2047
因为Cache旳块数远不大于主存旳块数，所以一种Cache不能
唯一地、永久地只相应一种贮存块，在Cache中，每一块外加有
一种标识，指明它是主存旳哪一块旳副本(拷贝)。
标识旳有效位
每个标识设置有一种有效位。机器 标识
加电开启时，Reset信号将全部标识旳 0
第五章 存储系统
本讲安排
1、存储器层次概述 存储器层次构造及其工作原理，CACHE和虚拟存储器旳性能 2、CACHE构造设计 直接、全相联、组相联，地址映象，地址变换 3、CACHE旳替代策略 RAND、FIFO、LRU 4、CACHE旳写策略 写透，写回 5、虚拟存储器及其管理 分段管理，分页管理，段页式管理，多级页表，TLB
块内地址
访问主存 替换 Cache
访问主存 装入 Cache
到CPU
Cache
单字
主存
块
Cache概念： （1）CPU与主存储器之间旳一种高速缓冲装置 （2）Cache-主存层次构造：由硬件变换地址和控制调度。
Cache具有如下特点： ① 位于CPU与主存之间，是存储器层次构造中级别最高旳一级； ② 容量比主存小，目前一般有数ＫＢ到数ＭＢ； ③ 速度一般比主存快５－１０倍,一般由存储速度高旳双极型三
计算机组成原理第五章指令系统(含答案)
第五章指令系统5.1 指令系统概述及指令格式随堂测验1、下列关于指令（机器指令）的描述中，正确的是（）（多选）A、是计算机系统中硬件与软件之间的接口B、是程序员操作计算机硬件的接口C、是冯诺依曼结构计算机实现“程序控制”原理的载体D、是指挥计算机指令特定操作的命令2、下列关于指令的描述中，正确的是（）（多选）A、指令的操作码定义了指令的功能B、指令的地址码字段是不可缺少的C、单地址指令只能处理一个数据D、指令的地址码字段可以表示一个地址，也可以表示一个数据3、下列关于指令格式的描述中，正确的是（）（多选）A、对采用定长操作码的计算机而言，若需要支持65条指令，则其操作码字段最少需要7位B、若指令中每个地址字段位均为4位，则对RR型指令而言，可以使用16个寄存器C、指令字长确定的情况下，指令的地址字段越多，则其位数就越少D、计算机硬件是影响指令格式设计的因素之一5.2 寻址方式及指令寻址随堂测验1、直接寻址的无条件转移指令执行的效果是将将指令地址送入（）（单选）A、程序计数器PCB、地址寄存器MARC、数据缓冲寄存器MDRD、偏移地址累加器2、下列关于寻址方式的描述中，正确的是（）（多选）A、包括指令寻址方式和数据的寻址方式B、形成指令和数据所在虚拟存储器地址的方法C、形成指令和数据所在主存地址的方法D、形成指令和数据在Cache地址的方法3、下列关于指令寻址方式的描述中，正确的是（）（多选）A、指令的有效地址通过指令中形式地址字段给出B、程序中有条件和无条件转移采用的就是跳跃寻址C、指令的不同寻址方式需要通过寻址方式特征位来标识D、顺序结构中CPU依次访问不同指令采用的就是顺序寻址4、某计算机字长64位，采用单字长指令，下列描述中，正确的是（）（多选）A、指令字长为64位B、指令字长为16位C、顺序寻址时，PC <- (PC) + 1D、顺序寻址时，PC <- (PC) + 85.3 操作数寻址方式随堂测验1、在数据寻址方式中,获取操作数最快的寻址方式是( ) ( 单选)A、寄存器寻址B、立即数寻址C、直接寻址D、间接寻址2、若指令的形式地址中给出的是操作数的有效地址, 该指令采用的寻址方式是( ) ( 单选)A、直接寻址B、立即数寻址C、寄存器寻址D、变址寻址3、假定计算机字长64位,采用单字长指令, 某指令采用间接寻址,则取操作数至少需要访问主存的次数为( ) (单选)A、1B、2C、3D、44、相对寻址方式中,指令所提供的相对地址是( ) (单选)A、本条指令在内存中的首地址为基准位置的偏移量B、本条指令的下条指令在内存中的首地址为基准位置的偏移量C、本条指令的上条指令在内存中的首地址为基准位置的偏移量D、本指令操作数的直接有效地址5、下列关于操作数的寻址方式的描述中，正确的是（）（多选）A、直接寻址方式下，地址字段的位数影响数据的寻址范围B、间接寻址方式下，地址字段的位数影响数据的寻址范围C、立即数寻址方式下，地址字段的位数影响立即数的大小D、寄存器寻址方式下，地址字段的位数影响立即数的大小5.4 指令格式设计随堂测验1、采用将操作码字段扩展到没有使用的地址码字段的指令格式设计方案的主要目的是（）（单选）A、减少指令长度B、充分利用地址字段，提高指令效率C、保持指令长度不变，增加指令数量。
纪禄平 - 计算机组成原理(第5版) - 1.3 概论-计算机系统的组织
硬件——是指构成计算机系统的实体和装
置之类的有形设备，是组成计算机系统的物 质基础。
软件——是指由硬件所表达的各种内在信
息，包括数据与控制程序。因为它们是无形 的东西，所以称为软件或软设备。
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1.3.1 计算机的硬件系统组成
1、硬件系统的基本组成模型
系统总线
CPU
M 接口
能为多个部件分时共享的一组信息传送通路。
根据传送的信息不同，可分三类：
① 传送各种数据信息的数据总线(Data Bus); ② 传送各种地址信息的地址总线(Address Bus); ③ 传送各种控制信号的控制总线(Control Bus);
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5. 接口
外设的种类、数量了变，为了将总线与各类外设 连接，须在两者之间设置一些部件，具有缓冲、 转换、连接等功能，这些部件就是接口。
13机柜 （576路由器）
计算节点
计算节点
计算
计算节点 计算节点
集群
（天河-2号，国防科技大学）
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※天河-2号的计算节点剖析
单块主板2节点：
Phi 31S1P (61核)
GDDR5, 8GB
PCI-E
APU(5协处理器)
DDR3, 32GB DDR3, 32GB
E5-2692 (1E25核-2)692
DDR3 PCI-E
QPI
E5-2620
E5-2620
DDR3 PCI-E
DMI
上行SAS磁盘PCI-E
USB总线 SATA
SM总线 Super I/O
安全控制芯片 …
芯片组 (C600)
WIFI LAN PCI-E 传统音频
计算机组成原理第五章作业
1在中断周期中，将允许中断触发器置“0”的操作由（）完成。
A 硬件B 关中断指令C 开中断指令D 主程序在中断周期中，由______将允许中断触发器置“0”。
A.关中断指令B.机器指令C.开中断指令D.中断隐指令正确答案：D中断周期中，CPU要自动完成一系列操作，其中包括保护程序断点、寻找中断服务程序的入口地址和关中断，其中关中断即将允许中断触发器EI置“0”。
这一系列操作都是由CPU硬件自动完成，是机器中没有的指令，所以称为中断隐指令。
中断隐指令----是指指令系统中没有的指令，它由CPU在中断响应周期自动完成。
其功能是保护程序断点、硬件关中断、向量地址送PC（硬件向量法）或中断识别程序入口地址送PC（软件查询法）。
这个是硬件关中断，和关中断指令有区别。
2在中断响应周期，CPU主要完成以下工作（）。
A关中断，保护断点，发中断响应信号并形成中断服务程序入口地址B开中断，保护断点，发中断响应信号并形成中断服务程序入口地址C关中断,执行中断服务程序D开中断,执行中断服务程序下列叙述中，正确的是( )A．程序中断方式和DMA方式中实现数据传送都需中断请求B．程序中断方式中有中断请求，DMA方式中无中断请求C．程序中断方式和DMA方式中都有中断请求，但目的不同D．DMA方式中无中断请求正确答案C答案解析[解析] DMA方式中实现数据传送不需中断请求，所以选项A是错误的；程序中断方式和DMA 方式中都有中断请求，但目的不同，所以选项B和D错误，选项C是正确的。
中断向量地址是( )。
A．子程序入口地址B．中断服务程序入口地址C．中断服务程序入口地址的地址D．子程序入口地址的地址正确答案C答案解析[解析] 中断向量指的是中断服务程序的入口地址，而中断向量的地址就是指中断服务程序的入口地址的地址。
计算机组成原理第五章单元测试(含答案)
计算机组成原理第五章单元测试(含答案) 第五章指令系统测试1.在以下四种类型指令中，哪种指令的执行时间最长？（单选）A。
RR型指令B。
RS型指令C。
SS型指令D。
程序控制类指令2.程序控制类指令的功能是什么？（单选）A。
进行算术运算和逻辑运算B。
进行主存与CPU之间的数据传送C。
进行CPU和I/O设备之间的数据传送D。
改变程序执行的顺序3.单地址指令中，为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用的寻址方式是什么？（单选）A。
立即数寻址B。
寄存器寻址C。
隐含寻址D。
直接寻址4.以下哪个选项属于指令系统中采用不同寻址方式的目的？（单选）A。
为了实现软件的兼容和移植B。
缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性C。
为程序设计者提供更多、更灵活、更强大的指令D。
丰富指令功能并降低指令译码难度5.在寄存器间接寻址方式中，操作数存放在哪里？（单选）A。
通用寄存器B。
主存C。
数据缓冲寄存器MDRD。
指令寄存器6.指令采用跳跃寻址方式的主要作用是什么？（单选）A。
访问更大主存空间B。
实现程序的有条件、无条件转移C。
实现程序浮动D。
实现程序调用7.以下哪种寻址方式有利于缩短指令地址码长度？（单选）A。
寄存器寻址B。
隐含寻址C。
直接寻址D。
间接寻址8.假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H，则该操作数的有效地址是什么？（单选）A。
1200HB。
12FCHC。
3888HD。
88F9H9.假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H，则该操作数的值是什么？（单选）A。
计算机组成原理第5章
高级语言与计算机的硬件结构及指令系 统无关，在编写程序方面比汇编语言优越。 但是高级语言程序“看不见”机器的硬件结 构，不能用于编写直接访问机器硬件资源的 系统软件或设备控制软件。为此，一些高级 语言提供了与汇编语言之间的调用接口。用 汇编语言编写的程序，可作为高级语言的一 个外部过程或函数，利用堆栈来传递参数或 参数的地址。
字节数 0或1 指令 前缀 0或1 0或1 操作数 地址 段取代 长度取代 长度取代 0或1
(a) 前 缀
字节数 操作码 Mod 位数 2 0或1 Reg或 操作码 3 0或1 基址 比例 R/M S 变址I B 3 3 3 0、1、2、4 偏移量 0、1、2、4 立即数
(b) 指 令
指令的前缀是可选项，其作用是对其后的指令 本身进行显示约定。每个前缀占１个字节。 指令前缀：包括LOCK（锁定）前缀和重复前缀。 LOCK前缀用于多CPU环境中对共享存储器的排他 性访问。 重复前缀用于字符串的重复操作，以获得比软件循 环方法更快的速度。 段取代前缀：根据指令的定义和程序的上下文，一 条指令所使用的段寄存器名称可以不出现在指令格 式中，这称为段缺省规则。当要求一条指令不按缺 省规则使用某个段寄存器时，必须以段取代前缀明 确指明此段寄存器。
操 作 码
OP
2．单地址指令
单地址指令指的就是只有一个地址码的指令，也 称为单操作数指令。这种指令利用硬件来隐含地 提供另一个操作数和结果数的地址，如累加寄存 器（Accumulator，简称AC）。 Accumulator AC
操作码 地址码
OP
X
3．二地址指令
二地址指令有两个地址码字段X和Y，分别指明 参与操作的两个数在内存或运算器中通用寄存器 的地址，其中地址Y兼作存放操作结果的地址。
计算机组成原理第五版课后答案
第一章计算机系统概论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。
计算机组成原理第五章答案
31. 假设某设备向CPU传送信息的最高 频率是40K次/秒，而相应的中断处理程序其 执行时间为40s，试问该外设是否可用程序 中断方式与主机交换信息，为什么？
解：该设备向CPU传送信息的时间间隔 =1/40K=0.025×103=25s < 40s
则：该外设不能用程序中断方式与主机
交换信息，因为其中断处理程序的执行速度 比该外设的交换速度慢。
直接控制适用于结构极简单、速度极慢的 I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须 联络信号。
同步方式采用统一的时标进行联络，适用于 CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。
异步方式采用应答机制进行联络，适用于 CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
4. 试比较程序查询方式、程序中断方式和DMA方式 对CPU工作效率的影响。 答：
I/O数据送BR 或(BR)送I/O
就绪
数据传送：
响应， 停止CPU
让出
总线 (AR)送
访存
MM(MAR)；
准备下 个数据
现 行 程
(AR)+1；R/W (BR)送MDR； WC减1；
序 等
B待
DMA请求就绪
I/O数据送BR
或(BR)送I/O C
D
CPU I/O
B D
现 行 程 序 等 待
DMAC
程序对I/O的控制包括了I/O准备和I/O传送两段时 间。由于I/O的工作速度比CPU低得多，因此程序 中要反复询问I/O的状态，造成“踏步等待”，严 重浪费了CPU的工作时间。
而程序中断方式虽然也是通过“程序”传送
数据，但程序仅对I/O传送阶段进行控制，I/O准 备阶段不需要CPU查询。故CPU此时照样可以运 行现行程序，与I/O并行工作，大大提高了CPU的 工作效率。
计算机组成原理第五章答案
10. 什么是I/O接口?它与端口有何区别？为 什么要设置I/O接口？I/O接口如何分类？ 解： I/O接口一般指CPU和I/O设备间的连 接部件； I/O端口一般指I/O接口中的各种寄存器。 I/O接口和I/O端口是两个不同的概念。一 个接口中往往包含若干个端口，因此接口地址 往往包含有若干个端口地址。
若为输出，除数据传送方向相反以外，其他操作 与输入类似。工作过程如下： 1）CPU发I/O地址地址总线接口设备选择 器译码选中，发SEL信号开命令接收门； 2）输出： CPU通过输出指令（OUT）将数据放 入接口DBR中； 3）CPU发启动命令 D置0，B置1 接口向设 备发启动命令设备开始工作； 4）CPU等待，输出设备将数据从 DBR取走； 5）外设工作完成，完成信号接口 B置0，D 置 1； 6）准备就绪信号控制总线 CPU，CPU可通 过指令再次向接口DBR输出数据，进行第二次传送。
2. 简要说明CPU与I/O之间传递信息可采用 哪几种联络方式？它们分别用于什么场合？ 答： CPU与I/O之间传递信息常采用三种联 络方式：直接控制（立即响应）、 同步、异步。 适用场合分别为： 直接控制适用于结构极简单、速度极慢的 I/O设备，CPU直接控制外设处于某种状态而无须 联络信号。 同步方式采用统一的时标进行联络，适用于 CPU与I/O速度差不大，近距离传送的场合。 异步方式采用应答机制进行联络，适用于 CPU与I/O速度差较大、远距离传送的场合。
启动
I/O准备 就绪
DMA请求
数据传送： 响应， 让出一个 MM周期
现行程序
准备下 个数据
现行程序 A
DMA请求 总线请求
就绪
D
B
CPU
DMAC
C
I/O
计算机组成原理第五版课后答案
计算机组成原理第五版课后答案1. 比较数字计算机和模拟计算机的特点。
答: （1）模拟计算机的特点: 数值由连续量来表示, 运算过程也是连续的。
同时用电压表示数据, 采用电压组合和测量值的方式来进行计算, 以及盘上连线的控制方式。
数字计算机的主要特点：按位运算, 并且不连续地跳动计算。
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. 数字计算机如何分类？分类的依据是什么？答: 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. 数字计算机有哪些主要应用？答: 数字计算机的主要应用有: 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. 冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？答: 冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是: 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. 什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？答: （1）存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
（2）每个存储单元都有编号, 称为单元地址。
（3）如果某字代表要处理的数据, 称为数据字。
（4）如果某字为一条指令, 称为指令字。
6. 什么是指令？什么是程序？答: 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. 指令和数据均存放在内存中, 计算机如何区分它们是指令还是数据？答：取指周期中从内存读出的信息流是指令流, 它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流, 它流向运算器。
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计算机专业计算机组成原理期末模拟试题11
一、填空题(把正确的答案写进括号内。
每空1分，共25分)
1．(25.43) 10 = 2= 8= 16 (小数点后数字精确到5位)
2．X=-0.1001
原][X = 补][X = 补][X -= Y=0.0101 原][Y = 补][Y = 补][Y -=
补][Y X +=
3．原码一位乘的实现算法是把相乘二数的 相乘求得积的 ，
对相乘二数的符号执行 求得积的符号，故上题中的2个数X 和Y 的乘积等
于 。
4．在完成检错纠错功能的海明码的编码方案中，对8位的数据位，要求它能检查出并
改正1位错误，也能发现2位错误，则要使用 位校验码，此时的最小码距为 。
最小码距是指从一个合法码变为另外一个合法码时 要改变几个二进制位的状态，
最小码距又可以简称为 。
5．使用阵列磁盘可以比较容易地增加磁盘系统的 ，提高磁盘系
统的 速度，能方便地实现磁盘系统的 功能。
6．对西文输出的字符设备，在计算机的内存储器中存储的是字符数据的每个字符的码，
输出(包括显示或打印)的则是每个字符的 ，设备中的字符发生器的主要功能是
解决从字符的 码和字符的 间的对应关系。
二、选择题(把正确选择的答案代码，填入题中相应的括号内。
每个2分，共38分)
1．阵列磁盘应用RAID 卡 即阵列控制接口卡, 它能把组成阵列的多个物理磁盘连接为
一个逻辑磁盘。
将多个磁盘进行统一管理，使它们能够并行操作，以提高整个磁盘设备的容
量、传送能力及可靠性. 将容错划分成6种模式 其中( )指的是没有采取任何容错措施；
( )指的是数据保护容错措施; ( )指的是采取磁盘镜像容错措施；( )指的是分布
式数据保护容错措施。
A. RAID 0 B ．RAID 1 C ．RAID 2 D ．RAID 3 E ．RAID 4 F. RAID 5
2．在教学计算机中，串行接口芯片的数据线与内存储器芯片的数据线通过外部数据总
线连接在一起，因此一定不能同时对这两种芯片执行( )操作，否则会造成数据线信号冲
突。
串行接口与内存储器到底轮到谁运行，是由程序中的( )和指令执行( )来决定的。
A. 读 B ．读写 C ．写 D ．指令
E. 数据 P ．控制 G ．地址 H ．次序
I. 步骤 J. 过程 K ．读/写 L. 状态
3．在计算机硬件系统中，3总线的结构比单总线的结构可以提供( )的输入/输出性
能，其中处理机总线的运行脉冲频率( )，例如( )，PCI 总线的脉冲频率( )，例
如( )，而慢速10总线的脉冲频率( )，例如ISA 总线的脉频率为( )。
A. 更高 B ．不可比 C ．最高 D ．相同
E ．最低 P ．居中 G ．更低 H ．66MHz 或更高
I. 33MHz J ．1000MHz K ．8．33MHz L ．4．77MHz
三、简答题(37分)
1．在教学计算机中，设计者只实现了约30条指令，留下另外约30条指令，交由实验
人员选择其中若干条自己来设计指令格式、功能和执行流程，并在教学计算机上调试正确。
请回答：你在设计与实现自己的指令过程中，是怎样看待和处理你的指令和已经实现的指令
的关系的?至少举例说明3点。
(7分)
2．回答读CACHE 存储器的过程，与读内存储器的过程有哪些不同的方面?为什么?
3．给出浮点数在计算机内的表示格式。
应该按什么原则来分配浮点数的阶码的位数和
尾数的位数才比较合理?按IEEE 的标准，机器零的编码是什么?(15分)
一、填空题(每空1分，共25分)
1．(11001.01101)2 (31.32) 8 (19.68) 16
2．原][X =(1 1001) 补][X = (1 0111) 补][X -= (01001)
原][Y =(0 0101) 补][Y =(0 0101) 补][Y -=(1 1011)
补][Y X +=(1 1100)
3．绝对值 绝对值 异或 —0．001011101
4．5 4 最少 码距
5．存储容量 读写 容错
6．ASCII 字形 ASCII 字形
二、选择题(每个2分，共38分)
1．A E B F
2．A D I
3．A C H F I E K
三、简答题(37分)
1．(7分)
参考答案：
(1)在指令格式、指令分组、寻址方式等安排上，新设计的指令应该和已有指令基本相
同，至少不能相互冲突；(2分)
(2)对新设计的指令，只实现其流程中具体执行步骤的控制信号，读取指令、检查中断
请求等，共同操作部分使用在已有指令中提供的控制信号；(2分)
(3)节拍发生器可能需要变化或修改，例如增加一个节拍状态，但不能破坏原有指令的
执行；(2分)
(4)新老指令应该在同一个程序中正常执行；(1分)
2．(每个5分，共15分)
(1)读内存储器，是给出内存储器的地址，直接读出选中单元的内容即可；
(2)读CACHE 存储器，按一定的地址变换方式给出CACHE 地址，并检查地址标志字段部
分的内容，匹配，则该单元数据的内容就是被读内容；
(3)读CACHE 存储器比读内存储器的速度快，一是由于二者使用的芯片速度不同造成的；
二是因为两种存储器的组成和工作原理不完全相同，CACHE 是用关联存储器原理运行的。
3．(每个5分，共15分）
(1)浮点数在计算机内的表示格式：1位尾数符号，后跟m 位阶码，再跟n 位尾数数值；
(2)其位数分配原则，既要保证足够大的表示范围(由阶码位数决定)，又要有足够的数 据精度(由尾数位数决定)。
(3)按IEEE 的标准，机器零的编码是浮点数所有的位全是0。