計算機組成原理習(xí)題解答

1、1《計算機組成原理》習(xí)題解答《計算機組成原理》習(xí)題解答第1章1.解釋概念或術(shù)語：實際機器、虛擬機器，機器指令、機器指令格式，主機、CPU、主存、IO、PC、IR、ALU、CU、AC、MAR、MDR，機器字長、存儲字長、指令字長、CPI、TC、主頻、響應(yīng)時間、吞吐量、MIPS、MFLOPS。答：略2.如何理解計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)？說明高級語言、匯編語言及機器語言的差別與聯(lián)系。答：⑴計算機系統(tǒng)是由軟件和硬件結(jié)合而成的整體。為了提高計算機系統(tǒng)

2、的好用性，程序設(shè)計語言的描述問題能力越來越強，各種程序設(shè)計語言大體上是一種層次結(jié)構(gòu)，即高等級編程語言指令包含低等級編程語言指令的全部功能。對于使用不同層次編程語言的程序員來說，他們所看到的同一計算機系統(tǒng)的屬性是不同的，這些屬性反映了同一計算機系統(tǒng)的不同層次的特征，即同一計算機系統(tǒng)可劃分成多個層次結(jié)構(gòu)，不同層次的結(jié)構(gòu)反映的計算機系統(tǒng)的特征不同而已。⑵機器語言是能夠被計算機硬件直接識別和執(zhí)行的程序設(shè)計語言，機器語言是一種面向硬件的、數(shù)字式程

3、序設(shè)計語言；匯編語言和高級語言均用符號表示機器語言指令，指令很容易閱讀和編寫、但不能被硬件直接識別和執(zhí)行，它們均是一種面向軟件的、符號式程序設(shè)計語言；相對于匯編語言而言，高級語言描述問題的能力更強；高級語言和匯編語言程序必須翻譯成機器語言程序后，才能在計算機硬件上執(zhí)行。3.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計算機組成的定義各是什么？兩者之間有何關(guān)系？答：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指機器語言程序員或編譯程序編寫者所看到的計算機系統(tǒng)的屬性，包括概念性結(jié)構(gòu)和功能特性兩個

4、方面。主要研究計算機系統(tǒng)軟硬件交界面的定義及其上下的功能分配。計算機組成是指計算機硬件設(shè)計人員所看到的計算機系統(tǒng)的屬性。主要研究如何合理地邏輯實現(xiàn)硬件的功能。計算機組成是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)。4.馮諾依曼模型的存儲程序原理包含哪些內(nèi)容、對計算機硬件和軟件有哪些要求？馮諾依曼模型計算機的特點有哪些？答：存儲程序原理是指程序和數(shù)據(jù)預(yù)先存放在存儲器中，機器工作時自動按程序的邏輯順序從存儲器中逐條取出指令并執(zhí)行。存儲程序原理要求存儲器是由定

5、長單元組成的、按地址訪問的、一維線性空間結(jié)構(gòu)的存儲部件；要求軟件指令支持用地址碼表示操作數(shù)在存儲器中的地址，指令長度為存儲單元長度的倍數(shù)，編程語言中必須有轉(zhuǎn)移型指令，以實現(xiàn)程序存儲順序到程序邏輯順序的轉(zhuǎn)變。馮諾依曼模型計算機的特點可歸納為如下幾點：⑴計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成；⑵存儲器是由定長單元組成的、按地址訪問的、一維線性空間結(jié)構(gòu)；⑶程序由指令組成，指令和數(shù)據(jù)以等同地位存放在存儲器中；⑷機器工作時自動按程

6、序的邏輯順序從存儲器中逐條取出指令并執(zhí)行；3細(xì))。簡述執(zhí)行過程與馮諾依曼模型的存儲程序原理的關(guān)系。答：基于累加器CPU的的主機框圖如下：CPU設(shè)備運算器AddrDataCmd主存儲器MARMDR…控制信號形成部件時序部件ID控制器“1”IO接口ACALUIRPC……存儲陣列IO電路地址譯碼器…系統(tǒng)總線IO假設(shè)s=abc程序已被調(diào)入主存、首指令地址已寫入到PC中，即(PC)=1000000000。程序運行啟動后，計算機硬件自動地、逐條地、

7、按(PC)為指令地址實現(xiàn)取指令、分析指令、執(zhí)行指令的對應(yīng)操作，直到執(zhí)行到停機指令為止。假設(shè)IR中操作碼記為OP(IR）、地址碼記為AD(IR)，則s=abc程序執(zhí)行過程的具體操作如下：（1）PC→MAR、MAR→ABus、Read→CBus；MAR＝PC＝1000000000，取指令開始（2）WMFC，(PC)＋1→PC；PC＝1000000001（下條指令地址）（3）MDR→IR；IR＝0000010000100000，取指令完成ID

8、對OP(IR)譯碼；CU得知當(dāng)前為取數(shù)指令（4）AD(IR)→MAR、MAR→ABus、Read→Cbus；MAR＝0000100000，執(zhí)行指令開始（5）WMFC（6）MDR→AC；AC＝MDR＝a，執(zhí)行指令完成（7）PC→MAR、MAR→ABus、Read→CBus；MAR＝PC＝1000000001，取指令開始（8）WMFC，(PC)＋1→PC；PC＝1000000010（下條指令地址）（9）MDR→IR；IR＝000011000

9、0100001，取指令完成ID對OP(IR)譯碼；CU得知當(dāng)前為加法指令（10）AD(IR)→MAR、MAR→ABus、Read→CBus；MAR＝0000100001，執(zhí)行指令開始（11）WMFC（12）(MDR)＋(AC)→AC；AC＝a＋b，執(zhí)行指令完成（13）PC→MAR、MAR→ABus、Read→CBus；MAR＝PC＝1000000010，取指令開始（14）WMFC，(PC)＋1→PC；PC＝1000000011（下條指令

10、地址）（15）MDR→IR；IR＝0000110000100010，取指令完成ID對OP(IR)譯碼；CU得知當(dāng)前為加法指令（16）AD(IR)→MAR、MAR→ABus、Read→CBus；MAR＝0000100010，執(zhí)行指令開始（17）WMFC（18）(MDR)＋(AC)→AC；AC＝a＋bc，執(zhí)行指令完成（19）PC→MAR、MAR→ABus、Read→CBus；MAR＝PC＝1000000011，取指令開始（20）WMFC，(

11、PC)＋1→PC；PC＝1000000100（下條指令地址）（21）MDR→IR；IR＝0000100000001000，取指令完成ID對OP(IR)譯碼；CU得知當(dāng)前為存數(shù)指令（22）AD(IR)→MAR、MAR→ABus、Write→Cbus；MAR＝0000100000，執(zhí)行指令開始（23）AC→MDR、MDR→DBus、WMFC；MDR＝AC＝a＋bc，執(zhí)行指令完成（24）PC→MAR、MAR→ABus、Read→Cbus；MA