计算机组成原理答案

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(完整版)计算机组成原理习题答案(蒋本珊)

(完整版)计算机组成原理习题答案(蒋本珊)

第一章1.电子数字计算机和电子模拟计算机的区别在哪里?解:电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量,运算的过程是不连续的;电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量,运算的过程是连续的。

2.冯·诺依曼计算机的特点是什么?其中最主要的一点是什么?解:冯·诺依曼计算机的特点如下:①计算机(指硬件)应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成;②计算机内部采用二进制来表示指令和数据;③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作。

第③点是最主要的一点。

3.计算机的硬件是由哪些部件组成的?它们各有哪些功能?解:计算机的硬件应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。

它们各自的功能是:①输入设备:把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去,并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。

②输出设备:将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。

③存储器:用来存放程序和数据。

④运算器:对信息进行处理和运算。

⑤控制器:按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作。

4.什么叫总线?简述单总线结构的特点。

解:总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路,它能分时地发送与接收各部件的信息。

单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上,这个总线被称为系统总线。

CPU 与主存、CPU 与外设之间可以直接进行信息交换,主存与外设、外设与外设之间也可以直接进行信息交换,而无须经过CPU 的干预。

5.简单描述计算机的层次结构,说明各层次的主要特点。

解:现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体,可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。

第0级为硬件组成的实体。

第1级是微程序级。

这级的机器语言是微指令集,程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的。

第2级是传统机器级。

这级的机器语言是该机的指令集,程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。

计算机组成原理部分答案

计算机组成原理部分答案

4.6 某机字长为32位,其存储容量是64KB ,按字编址的寻址范围是多少?若主存按字节编址,试画出主存字地址和字节地址的分配情况。

解:主存容量64KB ,如果按字编址,有64KB / 4B = 16K 个可寻址单元寻址范围是 214或0 ~ 16K-1如果按字节编址,有64K 个可寻址单元。

每个字包含4个字节。

用二进制表示的地址,字地址的最低2位是00。

4、7. 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位解: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4.15 设CPU 共有16根地址线,8根数据线,并用MREQ (低电平有效)作访存控制信号,W /R 作读写命令信号(高电平为读,低电平为写)。

现有下列存储芯片:ROM (2K ×8位,4K ×4位,8K ×8位),RAM (1K ×4位,2K ×8位,4K ×8位),及74138译码器和其他门电路(门电路自定)。

计算机组成原理答案(张功萱等编著)终极完整版

计算机组成原理答案(张功萱等编著)终极完整版
十六进制形式:41800000H
(4)(-5)10=(-101)2=-1.01×22
阶码E=127+2=129=(10000001)2
机器数形式:1 10000001 01000000000000000000000
十六进制形式:C0A00000H
2.13写出下列十六进制的IEEE单精度浮点数代码所代表的十进制数值。
解:
(1)(0.15625)10=(0.来自00101)2=1.01×2-3
阶码E=127+(-3)=124=(1111100)2=01111100
机器数形式:0 01111100 01000000000000000000000
十六进制形式:3E200000H
(2)(-0.15625)10=(-0. 00101)2=-1.01×2-3
(1)若e1>e2,是否有N1>N2
(2)若S1、S2均为规格化数,上述结论是否正确?
答:(1)不一定
(2)正确
2.15设一个六位二进制小数x=0.a1a2a3a4a5a6,x≥0,请回答:
(1)若要x≥81,a1a2a3a4a5a6需要满足什么条件?
(2)若要x>21,a1a2a3a4a5a6需要满足什么条件?
第二章作业解答
2.2分别计算用二进制表示4位、5位、8位十进制数时所需要的最小二进制位的长度。
答:
∵ 4位十进制数的最大数为9999,213=8192<9999<214=16384
∴表示4位十进制数所需的最小二进制位的长度为14位。
∵ 5位十进制数的最大数为99999,216=65536<9999<217=131072
2.6已知x的二进制真值,试求[x]补、[-x]补、[x/2]补、[x/4]补、[2x]补、[4x]补、[-2x]补、[-x/4]补。(设机器采用定点小数,字长为8位,若结果不存在或出错,请注明)

计算机组成原理版答案

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1.1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代?各代的基本特征是什么?略。

1.2 你学习计算机知识后,准备做哪方面的应用?略。

1.3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。

略。

1.4 计算机通常有哪些分类方法?你比较了解的有哪些类型的计算机?`。

1.5 计算机硬件系统的主要指标有哪些?答:机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。

答:计算机硬件系统的主要指标有:机器字长、存储容量、运算速度等。

1.6 什么是机器字长?它对计算机性能有哪些影响?答:指CPU一次能处理的数据位数。

它影响着计算机的运算速度,硬件成本、指令系统功能,数据处理精度等。

1.7 什么是存储容量?什么是主存?什么是辅存?答:存储容量指的是存储器可以存放数据的数量(如字节数)。

它包括主存容量和辅存容量。

主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。

如内存等。

辅存指的是CPU不能直接访问,必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器,如硬盘,u盘等。

1.8 根据下列题目的描述,找出最匹配的词或短语,每个词或短语只能使用一次。

(1)为个人使用而设计的计算机,通常有图形显示器、键盘和鼠标。

(2)计算机中的核心部件,它执行程序中的指令。

它具有加法、测试和控制其他部件的功能。

(3)计算机的一个组成部分,运行态的程序和相关数据置于其中。

(4)处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O 设备做什么的部件。

(5)嵌入在其他设备中的计算机,运行设计好的应用程序实现相应功能。

(6)在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。

(7)管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。

(8)将高级语言翻译成机器语言的程序。

(9)将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。

(10)计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。

供选择的词或短语:1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器(CPU)4、编译器5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机9、主存储器 10、VLSI答:(1)8,(2)3,(3)9,(4)6,(5)2,(6)10,(7)5,(8)4,(9)1,(10)7计算机系统有哪些部分组成?硬件由哪些构成?答:计算机系统硬件系统和软件系统组成。

计算机组成原理(附答案)

计算机组成原理(附答案)
3.浮点加减法运算对阶的原则是 _小阶向大阶看齐__,即将小阶的尾数右移。浮点运算结果的溢出是 指阶码大于所能表示的最大正阶_,溢出时应将溢出标志位置为1。 4.设有4位二进制数1101,采用奇校验码,则校验位P= __ 0 __;奇偶校验码只能检测出_奇数位_ 的错误,但无纠错能力。 5. 16位(包括1位符号位)的定点小数,若用补码表示,其表示的真值范围是 -1~+(1-2-15) ,最多能表示 65536(或216) 个不同的数。 6.计算机中的溢出标志OF受 算术运算类 指令的影响;而零标志“ZF”则在结果为__零 __时被置为1。 7. 汉字在计算机中的表示方法有汉字的输入编码,还有 汉字内码 和汉字字模码 等三种。 二二二二. 选择题选择题选择题选择题 1.下列各数中,最大的数是( B )。 A. (101001)2 B. (53)8 C. (42)10 2. 下列机器数中,真值最小的数是( C )。 A.[x]补=1.10101 B.[y]补=1.10110 C.[z]补=1.01011 3. 下列各组机器数,真值相等的一组是( A )。 A.[x]原=1.1000 [y]补=1.1000 B.[x]原=1.1010 [y]补=1.1010 C.[x]补=11000 [y]移=11000 D.[x]补=11001 [y]反=11001 4.用n位字长的补码(其中1位符号位)表示定点整数时,所能表示的数值范围是( C )。 A.0≤|N|≤2n-1 B.0≤|N|≤2n-1-1 C.-1≤N≤- (2n-1-1) 和 0≤N≤2n-1-1 D.-1≤N≤-2n-1 和 0≤N≤2n-1-1 5. 用8位二进制数控制输出状态,若要使高4位都为1,而使低4位保持不变,可用8位逻辑数11110000与原来的8位输出数据进行( C )运算即可。 A.逻辑非 B.逻辑乘 C.逻辑加 D.逻辑异 三三三三. 问答题问答题问答题问答题 1.通常,计算机中的基本逻辑运算是哪4种?逻辑运算的特点是什么? 答答答答::::计算机中的基本逻辑运算是逻辑非、逻辑乘、逻辑加和逻辑异等4种 逻辑运算的特点是:1).按位进行,各位的结果互不牵连;所以无借位、进位、溢出等问题。2).运算简单;3).每一位都可看成一个逻辑变量。 所以无符号位、数值位、阶码和尾数的区分。 四四四四. 计算题计算题计算题计算题 1. 已知二进制数x=-0.101110,y=-0.101011,用双符号位补码求x+y和x-y的值,要求写出计算机中的运算步骤,并指出是否有溢出。 解: [X]补= 11.010010 , [Y]补= 11.010101,[-Y]补=00.101011 [x]补 11.010010 + [y]补 11.010101 [x+y]补 10.100111 运算结果溢出,x+y=-1.011001 [x]补 11.010010 + [-y]补 00.101011 [x-y]补 11.111101 运算结果无溢出,x-y=-0.000011

计算机组成原理习题答案

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计算机组成原理习题答案1、冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是(C)。

A.多指令流单数据流B.具备了自动输入输出的功能C.按地址访问并顺序执行指令D.存储器按内容选择地址2、完整的计算机应包括(D)。

A.运算器、存储器、控制器B.外部设备和主机C.主机和实用程序D.配套的硬件设备和软件系统3.下列逻辑部件中,不包括在运算器内的是(D)。

A.累加器B.运算状态寄存器C.ALUD.指令寄存器A.减少信息传输量B.减少信息传输线的条数C.提高信息传输的速度D.增加CPU的工作量5.运算器虽有许多部件组成,但核心部件是(B)。

A.数据总线B.算术逻辑运算单元C.多路开关D.累加寄存器6.某寄存器中的值有时是地址,因此具有计算机的(C)才能识别它。

A.译码器B.判断程序C.指令D.时序信号7.早期的8位微型计算机中乘除法大多数用(A)实现。

A.软件B.硬件C.固件D.专用芯片8.硬件在功能实现上比软件强的是(A)。

A.速度快B.成本低C.灵活性强D.实现容易9.存储器地址的重要作用是(B)。

A.运算器B.控制器C.键盘D.内存储器11.虚拟机中不包括的层次是(D)。

A.应用软件B.硬件C.操作系统D.用户自编程序12.运算器中临时存放数据的部件是(B)。

A.ALUB.寄存器C.半导体存储器D.指令寄存器13.计算机内存与外存的区别在于(A)。

A.是否包括在主机中B.是否包括在主机箱中C.是否由主机控制D.是否由操作系统控制14.计算机的外围设备是指(D)。

15.对计算机的软硬件资源进行管理的程序是(B)。

16.下列功能中哪个不属于操作系统的功能范畴?(D)。

17.可由计算机硬件系统直接运行的程序是()。

18.一类常用的将高级语言程序转换成机器语言的过程称做()。

一、单项选择题1.某机字长64位,其中1位符号位,63位尾数。

若用定点小数表示,则最大正小数为(B)。

A.+(1-2)B.+(1-2)C.2D.22.设[某]补=1.某1某2某3某4某5某6某7某8,当满足(A)时,某>-1/2成立。

计算机组成原理习题答案

计算机组成原理习题答案

1、冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是( C )。

A.多指令流单数据流B.具备了自动输入输出的功能C.按地址访问并顺序执行指令D.存储器按内容选择地址2、完整的计算机应包括( D )。

A. 运算器、存储器、控制器B.外部设备和主机C.主机和实用程序D.配套的硬件设备和软件系统3. 下列逻辑部件中,不包括在运算器内的是( D )。

A. 累加器B. 运算状态寄存器C. ALUD. 指令寄存器4. 计算机系统中广泛采用总线将五大部件联系起来,使用总线结构可以( B )。

A. 减少信息传输量B. 减少信息传输线的条数C. 提高信息传输的速度D. 增加CPU的工作量5. 运算器虽有许多部件组成,但核心部件是( B )。

A. 数据总线B. 算术逻辑运算单元C. 多路开关D. 累加寄存器6. 某寄存器中的值有时是地址,因此具有计算机的( C )才能识别它。

A. 译码器B. 判断程序C. 指令D. 时序信号7. 早期的8位微型计算机中乘除法大多数用( A )实现。

A. 软件B. 硬件C. 固件D. 专用芯片8. 硬件在功能实现上比软件强的是( A )。

A. 速度快B. 成本低C. 灵活性强D. 实现容易9. 存储器地址的重要作用是( B )。

A. 便于按地址编号读写连续的数据B. 作为存储器中不同数据字的惟一标志C. 便于一个程序连续存放D. 作为区分地址中的数据和指令的标志10. 下列部件不属于主机的是( C )。

A. 运算器B. 控制器C. 键盘D. 内存储器11. 虚拟机中不包括的层次是( D )。

A. 应用软件B. 硬件C. 操作系统D. 用户自编程序12. 运算器中临时存放数据的部件是( B )。

A. ALUB. 寄存器C. 半导体存储器D. 指令寄存器13. 计算机内存与外存的区别在于( A )。

A. 是否包括在主机中B. 是否包括在主机箱中C. 是否由主机控制D. 是否由操作系统控制14. 计算机的外围设备是指( D )。

计算机组成原理

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计算机组成原理1总分:100考试时间:100分钟一、单项选择题1、冯•诺伊曼机工作方式的基本特点是()(正确答案:B,答题答案:)A、多指令流单数据流B、按地址访问并顺序执行指令C、堆栈操作D、存储器按内容选择地址2、存放欲执行指令的寄存器是()(正确答案:D,答题答案:)A、MARB、PCC、MDRD、IR3、存储字所对应的二进制代码的个数称为()(正确答案:A,答题答案:)A、存储字长B、存储容量C、存储单元D、机器字长4、根据Moore 定律,微芯片上集成的晶体管数目每三年翻()番(正确答案:B,答题答案:)A、一B、二C、三D、四5、利用光子取代电子进行运算和存储的计算机属于()(正确答案:A,答题答案:)A、光子计算机B、量子计算机C、生物计算机D、智能计算机二、多项选择题1、以下无法区分存储单元中存放的指令和数据的部件是______(正确答案:ABD,答题答案:)A、存储器;B、运算器;C、控制器;D、用户程序。

2、以下属于芯片集成度提高的限制因素的是______ (正确答案:ABC,答题答案:)A、物理极限B、制作成本C、功耗、散热、线延迟D、摩尔定律三、判断题1、汇编语言是面向机器的语言,高级语言是面向用户的语言,与具体机器无关。

(正确答案:A,答题答案:)A、是B、否2、计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性。

(正确答案:A,答题答案:)A、是B、否3、计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成。

(正确答案:A,答题答案:)A、是B、否4、冯•诺伊曼计算机中,指令和数据存放于不同的存储器内,可以按地址寻访(正确答案:B,答题答案:)A、是B、否5、指令由操作码和地址码组成,操作码用来表示操作数所在存储器中的位置(正确答案:B,答题答案:)A、是B、否6、指令在存储器内按顺序存放,因此,指令都是顺序执行的(正确答案:B,答题答案:)A、是B、否7、冯•诺伊曼计算机以运算器为中心,I/O设备与存储器的数据传送通过运算器。

计算机组成原理部分答案

计算机组成原理部分答案

计算机组成原理部分答案1. 什么是总线判优?为什么需要总线判优?答:总线判优就是当总线上各个主设备同时要求占用总线时,通过总线控制器,按一定的优先等级顺序确定某个主设备可以占用总线。

因为总线传输的特点就是在某一时刻,只允许一个部件向总线发送信息,如果有两个以上的部件同时向总线发送信息,势必导致信号冲突传输无效,故需用判优来解决。

1. 什么是总线通信控制?为什么需要总线通信控制?答:总线通信主要解决双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调配合。

因为总线时众多部件共享的,在传送时间上只能用分时方式来解决,所以通信双方必须按某种约定的方式进行通信。

1. 什么是总线标准?为什么要制定总线标准?答:总线标准是国际公布或推荐的互联各个模块的标准,这个标准为各模块互联提供一个标准界面(接口),这个界面对两端的模块都是透明的,即界面的任一方只需根据总线标准的要求来完成自身一方接口的功能,而不必考虑对方与界面的接口方式。

制定总线标准使系统设计简化,便于模块生产批量化,确保其性能稳定,质量可靠,实现可移化,便于维护等,较好的解决了系统、模块、设备与总线之间不适应、不通用及不匹配等问题。

1.计算机中采用总线结构有何优点?答:计算机中采用总线结构便于故障诊断与维护,便于模块化结果设计和简化系统设计,便于系统扩展和升级,便于生产各种兼容的软、硬件。

1. 串行传输和并行传输有何区别?各应用于什么场合?答:串行传输是指数据在一条线路上按位依次进行传输,线路成本低,但速度慢,适合于远距离的数据传输。

并行传输是每个数据位都有一条独立的传输线,所有的数据位同时传输,其传输速度快、成本高,适应于近距离、高速传输的场合。

1. 存储芯片内的地址译码有几种方式?试分析它们各自的特点及应用场合。

答:存储芯片内的地址译码有两种方式,一种是线选法,适用于地址线较少的芯片。

其特点是地址信号只须经过一个方向的译码就可以选中某一存储单元的所有位。

计算机组成原理考试试题及答案

计算机组成原理考试试题及答案

计算机组成原理考试试题及答案一、选择题 (每题5分,共50分)1. 下列哪种设备不属于输入设备?A. 鼠标B. 键盘C. 打印机D. 扫描仪【答案】C2. 下列哪种存储器访问速度最快?A. 硬盘B. 缓存C. 内存D. 光盘【答案】B3. 下列哪种指令能够实现两个数相加?A. ADDB. SUBC. MULD. DIV【答案】A4. 下列哪种总线用于连接处理器和内存?A. ISA总线B. PCI总线C. EISA总线D. CPU总线【答案】D5. 下列哪种寄存器用于存储指令?A. 数据寄存器B. 地址寄存器C. 指令寄存器D. 状态寄存器【答案】C6. 下列哪种缓存方式是CPU缓存采用的?A. 直接映射缓存B. 全相连缓存C. 组相连缓存D. 以上都对【答案】D7. 下列哪种技术能够提高存储器的访问速度?A. 并行存储B. 串行存储C. 缓存D. 分页存储【答案】C8. 下列哪种指令能够实现两个数相乘?A. ADDB. SUBC. MULD. DIV【答案】C9. 下列哪种设备属于输出设备?A. 鼠标B. 键盘C. 打印机D. 扫描仪【答案】C10. 下列哪种总线用于连接处理器和外部设备?A. ISA总线B. PCI总线C. EISA总线D. CPU总线【答案】B二、填空题 (每题5分,共30分)11. 计算机的中央处理器简称为________。

【答案】CPU12. 计算机中用于存储程序和数据的设备称为________。

【答案】存储器13. 计算机中的数据是以________的形式进行存储和传输的。

【答案】二进制14. 计算机中的内存分为________和________两种类型。

【答案】RAM, ROM15. 在计算机中,数据的传输是通过________实现的。

【答案】总线三、简答题 (每题10分,共30分)16. 请简述CPU的主要功能。

【答案】CPU的主要功能是执行程序中的指令,进行数据的运算和控制计算机的运行。

计算机组成原理答案

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计算机组成原理答案1. 计算机组成原理是指计算机硬件和软件的结构和工作原理。

2. 计算机硬件包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备和总线等。

3. CPU是计算机的核心,负责执行程序和进行算术逻辑运算。

它由控制单元和算术逻辑单元组成。

4. 存储器用于存储数据和程序。

常见的存储器包括主存储器(RAM)和辅助存储器(如硬盘和固态硬盘)。

5. 输入输出设备用于与外部环境进行信息交互。

常见的输入设备有键盘和鼠标,输出设备有显示器和打印机。

6. 总线是各个组件之间进行数据传输和控制的通道。

它分为地址总线、数据总线和控制总线。

7. 计算机的工作原理是按照指令序列执行程序。

程序由一条条指令组成,每条指令完成一个特定的操作。

8. 指令由操作码和操作数组成。

操作码表示要执行的操作,操作数是操作的数据。

9. CPU通过取指、译码、执行和写回等阶段,按照指令序列依次执行程序。

取指阶段获取指令,译码阶段解析指令,执行阶段执行指令,写回阶段将结果写入存储器。

10. 存储器分为字节寻址和字寻址两种方式。

字节寻址每个存储单元都有唯一的地址,字寻址将多个连续的存储单元视为一个整体。

11. 存储器和CPU之间的数据传输通过总线完成。

总线宽度决定了数据传输的速度。

12. 计算机的性能可以通过时钟频率、指令执行速度和吞吐量等指标来衡量。

13. 并行计算是提高计算机性能的一种方法,可以通过多核处理器和分布式计算等方式实现。

14. 冯·诺依曼体系结构是目前计算机系统的基本结构,即存储程序和数据共享同一存储器。

15. 计算机组成原理是计算机科学和工程领域的基础课程,对于理解计算机体系结构和优化程序性能非常重要。

计算机组成原理课后答案

计算机组成原理课后答案

计算机组成原理课后答案《计算机组成原理》课后习题参考答案第一章计算机系统概论1.比较数字计算机和模拟计算机的特点。

答:模拟计算机的特点是数值用连续量表示,运算过程也是连续的。

数字计算机的主要特点是逐位运算和间断跳跃计算。

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法,车载接线的控制方法,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法和程序控制的控制方法。

与模拟计算机相比,数字计算机具有精度高、数据存储量大、逻辑判断能力强等优点。

2.数字计算机是如何分类的?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是:科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器和人工智能。

4.冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是什么?它由哪些主要组成部分?答:诺依曼计算机的主要设计思想是存储程序并按地址顺序执行。

它由运算单元、控制器、存储器、接口和I/O设备组成。

5.什么是存储容量?什么是单元地址?什么是数据字,什么是地址字?答: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。

6.什么是指令?什么是程序?答:每个基本操作都称为指令,解决问题的一系列指令称为程序。

7.指令和数据存储在内存中。

计算机如何将它们与指令或数据区分开来?答:计算机可以从时间和空间两方面来区分指令和数据,在时间上,取指周期从内存中取出的是指令,而执行周期从内存取出或往内存中写入的是数据,在空间上,从内存中取出指令送控制器,而执行周期从内存从取的数据送运算器、往内存写入的数据也是来自于运算器。

8.什么是记忆?什么是外部存储?什么是CPU?什么是适配器?简要描述其功能。

答:存储器是指计算机中的半导体存储器,包括ROM和ram。

计算机组成原理课后答案

计算机组成原理课后答案

计算机组成原理课后答案一、选择题1.使CPU与I/O设备完全并行工作方式是()方式。

A.程序直接传送B.中断C.通道D.程序查询2.迄今为上,计算机中的所有信息仍以二进制方式表示,其理由是()。

A.运算速度快B.信息处理方便C.节约元件D.物理器件性能决定3.在计算机中能直接被接受的语言为()。

A.机器语言B.汇编语言C.高级语言D.数据库语言4.设二进制代码内容为01111111,其原码对应的真值是()。

A.-128B.-127C.-126D.+1275.(1011.101)2对应的十进制数是()。

A.10.62B.11.625C.11.5D.11.106.运算器的主要功能是进行()。

A.算术运算C.累加器运算B.逻辑运算D.算术运算和逻辑运算7.若RAM芯片的存储容量为1M某8bit,则该芯片的地址线的数目是()。

A.10B.16C.20D.88.某计算机字长32位,存储容量为1MB,若按字编址,它的寻址范围是()。

A.1MB.512KBC.256KBD.256K9.通常人们把依据某种需要而编制的指令序列称为计算机中的()。

A.程序B.文件C.记录D.集合10.在计算机的指令系统中,通常采用多种确定操作数的方式。

当操作数的地址由某个指定的变址寄存器内容与位移量相加得到时,称为()。

A.直接数B.间接寻址C.变址寻址第1页共22页D.相对寻址11.某型计算机系统的微处理器的主频为100MHZ,四个时钟周期组成一个机器周期,平均三个机器周期完成一条指令,则它的机器周期为()。

A.40nB.50nC.80nD.100n12.在计算机中的寄存器里的值有时是地址,这只有计算机的()能识别它。

A.时序信号B.判断程序C.指令D.译码器13.程序计数器属于()A.控制器B.运算器C.存储器D.输入输出接口14.计算机CPU芯片中的总线属于()A.外部总线B.内部总线C.系统总线D.板级总线15.在串行传输时,按顺序传输表示一个数据所有二进制的脉冲信号,每次一位。

计算机组成原理习题答案

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计算机组成原理习题答案文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第一章1.电子数字计算机和电子模拟计算机的区别在哪里解:电子数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量,运算的过程是不连续的;电子模拟计算机中处理的信息是连续变化的物理量,运算的过程是连续的。

2.冯·诺依曼计算机的特点是什么其中最主要的一点是什么解:冯·诺依曼计算机的特点如下:①计算机(指硬件)应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成;②计算机内部采用二进制来表示指令和数据;③将编好的程序和原始数据事先存入存储器中,然后再启动计算机工作。

第③点是最主要的一点。

3.计算机的硬件是由哪些部件组成的它们各有哪些功能解:计算机的硬件应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成。

它们各自的功能是:①输入设备:把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去,并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。

②输出设备:将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。

③存储器:用来存放程序和数据。

④运算器:对信息进行处理和运算。

⑤控制器:按照人们预先确定的操作步骤,控制整个计算机的各部件有条不紊地自动工作。

4.什么叫总线简述单总线结构的特点。

解:总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路,它能分时地发送与接收各部件的信息。

单总线结构即各大部件都连接在单一的一组总线上,这个总线被称为系统总线。

CPU 与主存、CPU 与外设之间可以直接进行信息交换,主存与外设、外设与外设之间也可以直接进行信息交换,而无须经过CPU 的干预。

5.简单描述计算机的层次结构,说明各层次的主要特点。

解:现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体,可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。

第0级为硬件组成的实体。

第1级是微程序级。

这级的机器语言是微指令集,程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的。

计算机组成原理课后习题答案

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作业解答第一章作业解答1.1 基本的软件系统包括哪些内容?答:基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。

系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件,通常作为系统资源提供给用户使用。

包括:操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。

1.2 计算机硬件系统由哪些基本部件组成?它们的主要功能是什么?答:计算机的硬件系统通常由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器等五大部件组成。

输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机内。

输出设备的主要功能是将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。

存储器的主要功能是存储信息,用于存放程序和数据。

运算器的主要功能是对数据进行加工处理,完成算术运算和逻辑运算。

控制器的主要功能是按事先安排好的解题步骤,控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。

1.3 冯·诺依曼计算机的基本思想是什么?什么叫存储程序方式?答:冯·诺依曼计算机的基本思想包含三个方面:1) 计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。

2) 采用二进制形式表示数据和指令。

3) 采用存储程序方式。

存储程序是指在用计算机解题之前,事先编制好程序,并连同所需的数据预先存入主存储器中。

在解题过程(运行程序)中,由控制器按照事先编好并存入存储器中的程序自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行,直到获得所要求的结果为止。

1.4 早期计算机组织结构有什么特点?现代计算机结构为什么以存储器为中心?答:早期计算机组织结构的特点是:以运算器为中心的,其它部件都通过运算器完成信息的传递。

随着微电子技术的进步,人们将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一,集成到一个芯片里构成了微处理器。

同时随着半导体存储器代替磁芯存储器,存储容量成倍地扩大,加上需要计算机处理、加工的信息量与日俱增,以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的需求,甚至会影响计算机的性能。

计算机组成原理参考答案

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习题1参考答案一、选择题1.微型计算机的分类通常是以微处理器的 D 来划分。

A.芯片名 B. 寄存器数目C.字长 D. 规格2. 将有关数据加以分类、统计、分析,以取得有价值的信息,我们称为 A。

A.数据处理 B. 辅助设计C.实时控制 D. 数值计算3.计算机技术在半个世纪中虽有很大的进步,但至今其运行仍遵循这一位科学家提出的基本原理D 。

A.爱因斯坦B. 爱迪生C. 牛顿D. 冯·诺伊曼4.冯·诺伊曼机工作方式的基本特点是 A 。

A.按地址访问并顺序执行指令 B.堆栈操作C.选择存储器地址 D.按寄存器方式工作5.目前的CPU包括_A_和cache。

A. 控制器、运算器B. 控制器、逻辑运算器C. 控制器、算术运算器D. 运算器、算术运算器二、填空1. 数字式电子计算机的主要外部特性是快速性、准确性、通用性、逻辑性。

2. 世界上第一台数字式电子计算机诞生于 1946 年。

3. 第一代电子计算机逻辑部件主要由电子管组装而成。

第二代电子计算机逻辑部件主要由晶体管组装而成。

第三代电子计算机逻辑部件主要由集成电路组装而成。

第四代电子计算机逻辑部件主要由大规模集成电路组装而成。

4. 当前计算机的发展方向是网络化计算机系统、分布式计算机系统和智能化计算机系统等方向发展。

5. 电子计算机与传统计算工具的区别是自动化程度高。

6.冯·诺依曼机器结构的主要思想是 1.采用二进制代码表示数据和指令;2.采用存储程序的工作方式;3.计算机的硬件系统由五大部分组成。

7. 冯·诺依曼机器结构由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部分组成。

8. 中央处理器由运算器和控制器两部分组成。

9. 计算机中的字长是指机器数的二进制位数(或计算机一次可以处理的二进制位数)。

10. 运算器的主要部件是算术逻辑运算单元ALU。

11. 控制器工作的实质是指挥和协调机器各个部件有条不紊工作。

计算机组成原理答案

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第一章计算机系统概论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)。

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。

2. 2.总线如何分类?什么是系统总线?系统总线又分几类?它们各有何作用?是单向的还是双向的?它们与机器字长、存储字长、存储单元有何关系?①分类:按数据传输方式,可分为并行传输总线和串行传输总线。

按使用范围,可分为计算机总线,控制总线,网络通信总线。

按连接部件,可分为片内总线,系统总线,通信总线。

②系统总线指CPU,主存,I/O 各大部件之间的信息传输线。

按系统总线传输信息的不同,分为数据总线,地址总线,控制总线。

数据总线:用来传输各功能部件之间的数据信息,是双向传输总线,其位数与机器字长,存储字长有关,一般为8 位,16 位或32 位。

地址总线:用来指出数据总线上的源数据或目的数据在贮存单元的地址,是单向传输的,其位数与存储单元的个数有关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。

计算机组成原理答案(张功萱等编著)终极完整版

计算机组成原理答案(张功萱等编著)终极完整版

计算机组成原理答案(张功萱等编著)终极完整版作业解答第⼀章作业解答1.3 冯·诺依曼计算机的基本思想是什么?什么叫存储程序⽅式?答:冯·诺依曼计算机的基本思想包含三个⽅⾯:1) 计算机由输⼊设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五⼤部件组成。

2) 采⽤⼆进制形式表⽰数据和指令。

3) 采⽤存储程序⽅式。

存储程序是指在⽤计算机解题之前,事先编制好程序,并连同所需的数据预先存⼊主存储器中。

在解题过程(运⾏程序)中,由控制器按照事先编好并存⼊存储器中的程序⾃动地、连续地从存储器中依次取出指令并执⾏,直到获得所要求的结果为⽌。

1.4 早期计算机组织结构有什么特点?现代计算机结构为什么以存储器为中⼼?答:早期计算机组织结构的特点是:以运算器为中⼼的,其它部件都通过运算器完成信息的传递。

随着微电⼦技术的进步,⼈们将运算器和控制器两个主要功能部件合⼆为⼀,集成到⼀个芯⽚⾥构成了微处理器。

同时随着半导体存储器代替磁芯存储器,存储容量成倍地扩⼤,加上需要计算机处理、加⼯的信息量与⽇俱增,以运算器为中⼼的结构已不能满⾜计算机发展的需求,甚⾄会影响计算机的性能。

为了适应发展的需要,现代计算机组织结构逐步转变为以存储器为中⼼。

1.8 衡量计算机性能有哪些基本的技术指标?以你所熟悉的计算机系统为例,说明它的型号、主频、字长、主存容量、所接的I/O设备的名称及主要规格。

答:衡量计算机性能的基本技术指标主要有:1. 基本字长2. 主存容量3. 运算速度4. 所配置的外部设备及其性能指标5. 系统软件的配置还有可靠性、可⽤性、可维护性、以及安全性、兼容性等性能指标。

1.9单选题(1)1946年,美国推出了世界上第⼀台电⼦数字计算机,名为__A__。

A. ENIACB. UNIV AC-IC. ILLIAC-IVD. EDV AC(2)在计算机系统中,硬件在功能实现上⽐软件强的是__C__。

A. 灵活性强B. 实现容易C. 速度快D. 成本低(3)完整的计算机系统包括两⼤部分,它们是__ C ____。

计算机组成原理课后答案(唐朔飞第二版)

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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。

计算机组成原理习题(附参考答案)

计算机组成原理习题(附参考答案)

计算机组成原理习题(附参考答案)一、单选题(共90题,每题1分,共90分)1、在统一编址方式下,下面的说法( )是正确的。

A、一个具体地址只能对应内存单元B、一个具体地址既可对应输入/输出设备,又可对应内存单元C、一个具体地址只能对应输入/输出设备D、只对应输入/输出设备或者只对应内存单元正确答案:D2、堆栈指针SP的内容是()。

A、栈顶地址B、栈顶内容C、栈底内容D、栈底地址正确答案:A3、下列不属于程序控制指令的是()。

A、循环指令B、无条件转移指令C、条件转移指令D、中断隐指令正确答案:D4、计算机的存储系统是指()。

A、cache,主存储器和外存储器B、主存储器C、ROMD、RAM正确答案:A5、指令是指()。

A、计算机中一个部件B、发给计算机的一个操作命令C、完成操作功能的硬件D、通常用于构成主存的集成电路正确答案:B6、相对于微程序控制器,组合逻辑控制器的特点是()。

A、指令执行速度慢,指令功能的修改和扩展容易B、指令执行速度慢,指令功能的修改和扩展难C、指令执行速度快,指令功能的修改和扩展容易D、指令执行速度快,指令功能的修改和扩展难正确答案:D7、中断向量可提供()。

A、主程序的断点地址B、传送数据的起始地址C、被选中设备的地址D、中断服务程序入口地址正确答案:D8、迄今为止,计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是()。

A、信息处理方便B、物理器件性能所致C、运算速度快D、节约元件正确答案:B9、相联存储器是按()进行寻址的存储器。

A、内容指定方式B、地址指定与堆栈存取方式结合C、堆栈存取方式D、地址指定方式正确答案:A10、若SRAM芯片的容量是2M×8位,则该芯片引脚中地址线和数据线的数目之和是()。

A、29B、21C、18D、不可估计正确答案:A11、若x=103,y=-25,则下列表达式采用8位定点补码运算实现时,会发生溢出的是()。

A、x+yB、-x+yC、-x-yD、x-y正确答案:D12、系统总线是指()。

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第5章习题参考答案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( IR );(2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是( AR )(3)算术逻辑运算结果通常放在( DR )和(通用寄存器)。

2.参见图5.15的数据通路。

画出存数指令“STO Rl,(R2)”的指令周期流程图,其含义是将寄存器Rl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:STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下:3.参见图5.15的数据通路,画出取数指令“LAD (R3),R0”的指令周期流程图,其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中,标出各微操作控制信号序列。

解:LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下:4.假设主脉冲源频率为10MHz,要求产生5个等间隔的节拍脉冲,试画出时序产生器的逻辑图。

解:5.如果在一个CPU周期中要产生3个节拍脉冲;Tl =200ns,T2=400ns,T3=200ns,试画出时序产生器逻辑图。

解:取节拍脉冲Tl 、T2、T3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。

所以取时钟源提供的时钟周期为200ns,即,其频率为5MHz.;由于要输出3个节拍脉冲信号,而T 3的宽度为2个时钟周期,也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期,所以除了C 4外,还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3;并令211C C T *=;321C C T *=;313C C T =,由此可画出逻辑电路图如下: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:80条指令,平均每条指令由4条微指令组成,其中有一条公用微指令,所以总微指令条数为80? (4-1)+1=241条微指令,每条微指令32位,所以控存容量为:241?32位7.某ALU 器件是用模式控制码M S 3 S 2 S 1 C 来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。

下表列出各条指令所要求的模式控制码,其中y 为二进制变量,φ为0或l 任选。

试以指令码(A ,B ,H ,D ,E ,F ,G)为输入变量,写出控制参数M ,S 3,S 2,S l ,C 的逻辑表达式。

解:由表可列如下逻辑方程M=GS3=H+D+FS2=A+B+D+H+E+F+GS1=A+B+F+GC=H+D+Ey+Fy8.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仅限为8位,请安排微指令的控制字段格式。

解:因为有10种不同性质的微命令信号,如果采用直接表示法则需要10位控制字段,现控制字段仅限于8位,那么,为了压缩控制字段的长度,必须设法把一个微指令周期中的互斥性微命令组合在一个小组中,进行分组译码。

经分析,(e,f,h)和(b,i,j)、或(d,i,j)和(e,f,h)、或(g,b,j)和(i,f,h)均是不可能同时出现的互斥信号,所以可将其通过2:4译码后输出三个微命令信号(00表示该组所有的微命令均无效),而其余四个微命令信号用直接表示方式。

因此可用下面的格式安排控制字段。

e f h b i j? ? ?? ? ?或:e f h d i j? ? ?? ? ?或:f h i bg j? ? ?? ? ?9.微地址转移逻辑表达式如下:μA8 = P1·IR6·T4μA7 = P1·IR5·T4μA6 = P2·C·T4其中μA8—μA6为微地址寄存器相应位,P1和P2为判别标志,C为进位标志,IR5和IR6为指令寄存器的相应位,T4为时钟周期信号。

说明上述逻辑表达式的含义,画出微地址转移逻辑图。

解:μA 5=P 3·IR 5·T 4 μA 4=P 3·IR 4·T 4 μA 3=P 1·IR 3·T 4 μA 2=P 1·IR 2·T 4 μA 1=P 1·IR 1·T 4μA 0=P 1·IR 0·T 4+P 2·C ·T 4用触发器强置端(低有效)修改,前5个表达式用“与非”门实现,最后1个用“与或非”门实现μA 2、μA 1、μA 0触发器的微地址转移逻辑图如下: (其他略)10.某计算机有如下部件,ALU ,移位器,主存M ,主存数据寄存器MDR ,主存地址寄存器MAR ,指令寄存器IR ,通用寄存器R 0?R 3,暂存器C 和D 。

(1)请将各逻辑部件组成一个数据通路,并标明数据流动方向。

(2)画出“ADD R1,R2”指令的指令周期流程图。

解:(1) 设该系统为单总线结构,暂存器C 和D 用于ALU 的输入端数据暂存,移位器作为ALU 输出端的缓冲器,可对ALU 的运算结果进行附加操作,则数据通路可设计如下:(2) 根据上面的数据通路,可画出“ADD R1,R2”(设R1为目的寄存器)的指令周期流程图如下:11.已知某机采用微程序控制方式,控存容量为512*48位。

微程序可在整个控存中实现转移,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)微指令的三个字段分别应为多少位(2)画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。

解:(1) 因为容量为512*48位,所以下址字段需用9位,控制微程序转移的条件有4个,所以判别测试字段需4位或(3位译码),因此操作控制字段的位数48-9-4=35位(或48-9-3=36位)(2)微程序控制器逻辑框图参见教材P.147图5.2312.今有4级流水线,分别完成取指、指令译码并取数、运算、送结果四步操作。

今假设完成各步操作的时间依次为100ns,100ns,80ns,50ns。

请问;(1)流水线的操作周期应设计为多少(2)若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么第2条指令要推迟多少时间进行(3)如果在硬件设计上加以改进,至少需推迟多少时间答:(1) 流水操作周期为max(100,100,80,50)=100ns(2)若相邻两条指令发生数据相关,而且在硬件上不采取措施,那么在第1条指令“送结果”步骤完成后,第2条指令的“取数”步骤才能开始,也就是说,第2条指令要推迟两个操作周期,即200ns才能进行。

(3) 如果在硬件设计上加以改进,采用定向传送的技术,则只要第1条指令完成“运算”的步骤,第2条指令就可以“取数”了,因此至少需推迟100ns。

13.指令流水线有取指(IF)、译码(ID)、执行(EX)、访存(MEM)、写回寄存器堆(WB)五个过程段,共有20条指令连续输入此流水线。

(1)画出流水处理的时空图,假设时钟周期为100ns。

(2)求流水线的实际吞吐率(单位时间里执行完毕的指令数)。

(3)求流水线的加速比。

解:(1) 流水处理的空图如下,其中每个流水操作周期为100ns:空间S I1I2I15I16I17I18I19I20WBMEMEXIDIF123456?192021222324时间T (2) 流水线的实际吞吐量:执行20条指令共用5+1?19=24个流水周期,共2400ns,所以实际吞吐率为:(3) 流水线的加速比为:设流水线操作周期为τ,则n指令串行经过k个过程段的时间为n*k*τ;而n条指令经过可并行的k段流水线时所需的时间为(k+n-1)*τ;故20条指令经过5个过程段的加速比为:14.用时空图法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。

解:设流水计算机的指令流水线分为4个过程段:IF、ID、EX、WB,则流水计算机的时空图如下:空间S I1I2I3I4I5WBEXIDIF12345678时间T非流水计算机的时空图:空间S I1I2WB EX ID IF1 2 3 4 5 6 7 8 时间T由图中可以看出,同样的8个操作周期内,流水计算机执行完了5条指令,而非流水计算机只执行完了2条指令;由此,可看出流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。

15.用定量描述法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。

证明:设流水计算机具有k 级流水线,每个操作周期的时间为?,执行n 条指令的时间为:()τ⨯-+=1n k T ; 吞吐率为:()τ⨯-+=11n k nH而非流水计算机,执行n 条指令的时间为:τ⨯⨯=k n T ; 吞吐率为:τ⨯⨯=k n nH 2当n=1时,21H H =;当n>1时,21H H >,即:流水计算机具有更高的吞吐率。

16.判断以下三组指令中各存在哪种类型的数据相关(1) I 1 LAD R1,A ; M(A)→R1,M(A)是存储器单元 I 2 ADD R2,Rl ; (R2)+(R1)→R2 (2) I 1 ADD R3,R4 ; (R3)+(R4)→R3 I 2 MUL R4,R5 ; (R4)?(R5)→R4(3) I1LAD R6,B ; M(B)→R6,M(B)是存储器单元I2MUL R6,R7 ; (R6)? (R7)→R6解:(1) I1的运算结果应该先写入R1,然后再在I2中读取R1的内容作为操作数,所以是发生RAW (“写后读”)相关(2) WAR(3) RAW和WAW两种相关17.参考图5.39所示的超标量流水线结构模型,现有如下6条指令序列:I1LAD R1,B ; M(B)→R1,M(B)是存储器单元I2SUB R2,Rl ; (R2)-(R1)→R2I3MUL R3,R4 ; (R3)*(R4)→R3I4ADD R4,R5 ; (R4)+(R5)→R4I5LAD R6,A ; M(A)→R6,M(A)是存储器单元I6ADD R6,R7 ; (R6)+(R7)→R6请画出:(1)按序发射按序完成各段推进情况图。

(2)按序发射按序完成的流水线时空图。

解:(1)按序发射按序完成各段推进情况图如下(仍设F、D段要求成对输入;F、D、W段只需1个周期;加需要2个周期;乘需要3个周期;存/取数需要1个周期;执行部件内部有定向传送,结果生成即可使用):取指段译码段执行段取/存加法器乘法器写回段(2) 按序发射按序完成的流水时空图如下:1234567891011时钟I1I2超标量流水线的时空图。

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