2023年计算机组成原理-第四版课后习题答案.doc

第一章
1． 比较数字计算机和模拟计算机的特点。

解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表达，运算过程是连续的；
　　数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表达，运算按位进行。
　　两者重要区别见P1 表1.1。
2． 数字计算机如何分类？分类的依据是什么？

解：分类：　　数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、
　　　　　　　中型机、小型机、微型机和单片机六类。

　　分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运营的经济性和适应性来划分的。
　　　　　　　通用机的分类依据重要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、
　　　　　　　指令系统规模和机器价格等因素。
3． 数字计算机有那些重要应用？

（略）
4． 冯. 诺依曼型计算机的重要设计思想是什么？它涉及哪些重要组成部分？

解：冯. 诺依曼型计算机的重要设计思想是：存储程序和程序控制。
　　存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；
　　程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完毕运算任务。
　　重要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、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？

解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容
　　　　　　　量越大，表达计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。
　　单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地
　　　　　　　址。
　　数据字： 若某计算机字是运算操作的对象即代表要解决的数据，则称数据字。
　　指令字： 若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。
6． 什么是指令？什么是程序？

解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。
　　程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。

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？

解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的
　　信息即为数据信息。
8． 什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。

解：内存：一般由半导体存储器构成，装在底版上，可直接和CPU互换信息的存储器称为内存储
　　　　　器，简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。
　　外存：为了扩大存储容量，又不使成本有很大的提高，在计算机中还配备了存储容量更大的
　　　　　磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。外存可存储大量的信息，计算
　　　　　机需要使用时，再调入内存。
　　CPU：涉及运算器和控制器。基本功能为：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
　　适配器：连接主机和外设的部件，起一个转换器的作用，以使主机和外设协调工作。
9． 计算机的系统软件涉及哪几类？说明它们的用途。

解：系统软件涉及：（1）服务程序：诊断、排错等
　　　　　　　　　（2）语言程序：汇编、编译、解释等
　　　　　　　　　（3）操作系统
　　　　　　　　　（4）数据库管理系统
　　用途：用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能
　　　　　及用途。

10． 说明软件发展的演变过程。

（略）
11． 现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设计会产生什么影响？

解：多级划分图见P16图1.6。可分为：微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和
　　高级语言级。
　　用这种分级的观点来设计计算机，对保证产生一个良好的系统结构是有很大帮助的。
12． 为什么软件可以转化为硬件？硬件可以转化为软件？实现这种转化的媒介是什么？

（略）
13． "计算机应用"与"应用计算机"在概念上等价吗？用学科角度和计算机系统的层次结构来寿命你的观点。

（略）
第二章
1. 写出下列各数的原码、反码、补码、移码表达（用8位二进制数）。其中MSB是最高位（又是符号位）LSB是最低位。假如是小数，小数点在MSB之后；假如是整数，小数点在LSB之后。
(1) -35/64 (2) 23/128 (3) -127 (4) 用小数表达-1 (5) 用整数表达-1

解：(1)先把十进制数-35/64写成二进制小数：
　　　　(-35/64)10=(-100011/1000000)2=(-100011×2-110)2=(-0.100011)2
　　　　令x=-0.100011B
　　　　∴ [x]原=1.1000110 (注意位数为8位) [x]反=1.0111001
　　　　　 [x]补=1.0111010 　　　　　　　　[x]移=0.0111010

　　(2) 先把十进制数23/128写成二进制小数：
　　　　(23/128)10=(10111/10000000)2=(10111×2-111)2=(0.0001011)2
　　　　令x=0.0001011B
　　　　∴ [x]原=0.0001011 　　　　　　　　[x]反=0.0001011
　　　　　 [x]补=0.0001011 　　　　　　　　[x]移=1.0001011
　　(3) 先把十进制数-127写成二进制小数：
　　　　(-127)10=(-1111111)2
　　　　令x= -1111111B
　　　　∴ [x]原=1.1111111 　　　　　　　　[x]反=1.0000000
　　　　　 [x]补=1.0000001 　　　　　　　　[x]移=1.0000001
　　(4) 令x=-1.000000B
　　　　∴ 原码、反码无法表达
　　　　[x]补=1.0000000 　　　　　　　　　 [x]移=0.0000000
　　(5) 令Y=-1=-0000001B
　　　　∴ [Y]原=10000001 　　　　　　　　 [Y]反=11111110
　　　　　 [Y]补=11111111 　　　　　　　　 [Y]移=01111111
2. 设[X]补= a0，a1，a2…a6 , 其中ai取0或1，若要x＞－0.5,求a0，a1，a2，…，a6 的取值。

解：a0= 1，a1= 0， a2，…，a6=1…1。
3. 有一个字长为32位的浮点数，阶码10位（涉及1位阶符），用移码表达；尾数22位（涉及1位尾符）用补码表达，基数R=2。请写出：
(1) 最大数的二进制表达；
(2) 最小数的二进制表达；
(3) 规格化数所能表达的数的范围；
(4) 最接近于零的正规格化数与负规格化数。

解：（1）
　　（2）
　　（3） ～
　　（4） ～
4. 将下列十进制数表达成浮点规格化数，阶码3位，用补码表达；尾数9位，用补码表达。
（1） 27/64
（2） -27/64

解：（1）27/64=11011B×=0.011011B=0.11011B×
　　　　浮点规格化数 : 1111
　　（2） -27/64= -11011B×= -0.011011B= -0.11011B×
　　　　浮点规格化数 : 1111
5. 已知X和Y, 用变形补码计算X+Y, 同时指出运算结果是否溢出。
（1）X=0.11011 Y=0.00011
（2）X= 0.11011 Y= -0.10101
（3）X=-0.10110 Y=-0.00001

解：（1）先写出x和y的变形补码再计算它们的和
　　　　　　[x]补=00.11011 [y]补=00.00011
　　　　　　[x+y]补=[x]补+[y]补=00.11011+00.00011=0.11110
　　　　　　∴ x+y=0.1111B 无溢出。

　　（2）先写出x和y的变形补码再计算它们的和
　　　　　　[x]补=00.11011 [y]补=11.01011
　　　　　　[x+y]补=[x]补+[y]补=00.11011+11.01011=00.00110
　　　　　　∴ x+y=0.0011B 无溢出。

　　（3）先写出x和y的变形补码再计算它们的和
　　　　　　[x]补=11.01010 [y]补=11.11111
　　　　　　[x+y]补=[x]补+[y]补=11.01010+11.11111=11.01001
　　　　　　∴ x+y= -0.10111B 无溢出
6. 已知X和Y, 用变形补码计算X-Y, 同时指出运算结果是否溢出。
(1) X=0.11011 Y= -0.11111
(2) X=0.10111 Y=0.11011
(3) X=0.11011 Y=-0.10011

解：（1）先写出x和y的变形补码，再计算它们的差
　　　　　　[x]补=00.11011 [y]补=11.00001 [-y]补=00.11111
　　　　　　[x-y]补=[x]补+[-y]补=00.11011+00.11111=01.11010
　　　　　　∵运算结果双符号不相等 ∴ 为正溢出
　　　　　　　X-Y=+1.1101B

　　（2）先写出x和y的变形补码，再计算它们的差
　　　　　　[x]补=00.10111 [y]补=00.11011 [-y]补=11.00101
　　　　　　[x-y]补=00.10111+11.00101=11.11100
　　　　　　∴ x-y= -0.001B 无溢出

　　（3）先写出x和y的变形补码，再计算它们的差
　　　　　　[x]补=00.11011 [y]补=11.01101 [-y]补=00.10011
　　　　　　[x-y]补=[x]补+[-y]补=00.11011+00.10011=01.01110
　　　　　　∵运算结果双符号不相等 ∴ 为正溢出
　　　　　　X-Y=+1.0111B
7. 用原码阵列乘法器、补码阵列乘法器分别计算X×Y。
（1）X=0.11011 Y= -0.11111
（2）X=-0.11111 Y=-0.11011

解：（1）用原码阵列乘法器计算：

　　　[x]补=0.11011 [y]补=1.00001

　　　　　　　　　　(0)　1 　1 　0 　1 　1 　
　　　　　　　　×) (1)　0 　0 　0 　0 　1
　　　　　----------------------------------
　　　　　　　　　　(0)　1 　1 　0 　1 　1
　　　　　　　　(0)　0 　0 　0 　0 　0
　　　　　 （0)　0 　0 　0 　0 　0
　　　　(0)　0 　0 　0 　0 　0
　　(0)　0 　0 　0 　0 　0
(0) (1) (1) (0) (1) (1)
-----------------------------------------
(1)　0 　0 　1 　0 　1 　1 　1 　0 　1 　1

　　　[x×y]补=1.
　　∴ x×y= -0.
8． 用原码阵列除法器计算 X÷Y。
（1）X=0.11000 Y= -0.11111
（2）X=-0.01011 Y=0.11001

解：（1）[x]原=[x]补=0.11000 　　[-∣y∣]补=1.00001

　　　　　　　　 　被除数 X　0.11000
　　　　　　　　 +[-∣y∣]补 1.00001
　　　　　　　----------------------
　　　　　　　　　　余数为负 1.11001 →q0=0
　　　　　　　　　　　　左移 1.10010
　　　　　　　　　 +[|y|]补　0.11111
　　　　　　　----------------------
　　　　　　　　　　余数为正 0.10001 →q1=1
　　　　　　　　　　　　左移 1.00010
　　　　　　　　 　+[-|y|]补 1.00001
　　　　　　　----------------------
　　　　　　　　　　余数为正 0.00011 →q2=1
　　　　　　　　　　 　 左移 0.00110
　　　　　　　　 　+[-|y|]补 1.00001
　　　　　　　----------------------
　　　　　　　　　　余数为负 1.00111 →q3=0
　　　　　　　　　　　　左移 0.01110
　　　　　　　　　 +[|y|]补　0.11111
　　　　　　　----------------------
　　　　　　　　　　余数为负 1.01101 →q4=0
　　　　　　　　　　　　左移 0.11010
　　　　　　　　　 +[|y|]补　0.11111
　　　　　　　----------------------
　　　　　　　　　　余数为负 1.11001 →q5=0
　　　　　　　　　 +[|y|]补　0.11111
　　　　　　　----------------------
　　　　　　　　　　　　余数 0.11000
　　　　故 [x÷y]原=1.11000 即 x÷y= -0.11000B
　　　　余数为 0.11000B×
9. 设阶为5位(涉及2位阶符), 尾数为8位(涉及2位数符), 阶码、尾数均用补码表达, 完毕下列取值的[X+Y]，[X-Y]运算：
（1）X=×0.100101 Y=×(-0.011110)
（2）X=×（-0.010110） Y=×(0.010110)

解：（1）将y规格化得：y=×(-0.111100)
　　　[x]浮=1101，00.100101 [y]浮=1101，11.000100 [-y]浮=1101，00.111100

　　　① 对阶
　　　　[ΔE]补=[Ex]补+[-Ey]补=1101+0011=0000
　　　　∴ Ex=Ey
　　　② 尾数相加
　　　　　　相加 　　　　　　　　　　　　　　　　相减
　　　　　00.100101 　　　　　　　　　　　 　　00.100101
　　　　+ 11.000100 　　　　　　　　　　　 　+ 00.111100
　　　　------------ 　　　　　　　　　　　--------------
　　　　　11.101001 　　　　　　　　　　　　　 01.100001
　　　[x+y]浮=1101,11.101001 　左规 [x+y]浮=1100,11.010010
　　　　∴ x+y=×(-0.101110)
　　　[x-y]浮=1101,01.100001 　右规 [x-y]浮=1110,00.1100001
　　　　　　　　　　　　　舍入解决得 [x-y]浮=1110,00.110001
　　　　∴ x-y=×0.110001

　　（2） [x]浮=1011，11.101010 [y]浮=1100，00.010110 [-y]浮=1100，11.101010

　　　① 对阶
　　　　[ΔE]补=[Ex]补+[-Ey]补=1011+0100=1111
　　　　∴ △E= -1 [x]浮=1100，11.110101(0)
　　　② 尾数相加
　　　　　　相加 　　　　　　　　　　　　　　　　相减
　　　　　11.110101(0) 　　　　　　　　　　　11.110101(0)
　　　　+ 00.010110 　　　　　　　　　　　 + 11.101010
　　　　--------------　　　　　　　　　------------------
　　　　　00.001011(0) 　　　　　　　　　　　11.011111(0)
　　　[x+y]浮=1100,00.001011(0) 左规 [x+y]浮=1010,00.1011000
　　　∴ x+y=×0.1011B
　　　[x-y]浮=1100,11.011111(0)
　　　∴ x-y=×（-0.100001B）
13. 某加法器进位链小组信号为C4C3C2C1 ，低位来的信号为C0 ，请分别按下述两种方式写出C4C3C2C1的逻辑表达式。
（1） 串行进位方式 （2） 并行进位方式

解 ：（1）串行进位方式：
　　　　C1 = G1 + P1 C0 其中： G1 = A1 B1 ， P1 = A1⊕B1
　　　　C2 = G2 + P2 C1 　　　 G2 = A2 B2 ， P2 = A2⊕B2
　　　　C3 = G3 + P3 C2 　　　 G3 = A3 B3 ， P3 = A3⊕B3
　　　　C4 = G4 + P4 C3 　　　 G4 = A4 B4 ， P4 = A4⊕B4
　　　(2) 并行进位方式：
　　　　C1 = G1 + P1 C0
　　　　C2 = G2 + P2 G1 + P2 P1 C0
　　　　C3 = G3 + P3 G2 + P3 P2 G1 + P3 P2 P1 C0
　　　　C4 = G4 + P4 G3 + P4 P3 G2 + P4 P3 P2 G1 + P4 P3 P2 P1 C0
　　其中 G1-G4 ，P1-P4 表达式与串行进位方式相同。
14. 某机字长16位，使用四片74181组成ALU，设最低位序标注为0位，规定：
（1）写出第5位的进位信号C6的逻辑表达式；
（2）估算产生C6所需的最长时间；
（3）估算最长的求和时间。

解：（1） 组成最低四位的74181进位输出为：C4=G+P C0 ，C0为向第0位的进位

　　　　　其中：G=y3+x3y2+x2x3y1+x1x2x3y0, P=x0x1x2x3
　　　　　所以 ：C5=y4+x4C4
　　　　　　　　　　　C6=y5+x5C5=y5+x5y4+x5x4C4
　　（2） 设标准门延迟时间为T，"与或非"门延迟时间为1.5T，则进位信号C0由最低位传送至C6需经一个反相器，两级"与或非"门，故产生C6的最长延迟时间为：
　　　　　　　T+2×1.5T=4T
　　（3）最长求和时间应从施加操作数到ALU算起：第一片74181有3级"与或非"门（产生控制参数x0，y0Cn+4）,第二、第三片74181共2级反相器和2级"与或非"门（进位链），第四片74181求和逻辑（1级"与或非"门和1级半加器，其延迟时间为3T），故总的加法时间为：
　　　　　　　T=3×1.5T+2T+2×1.5T+1.5T+1.5T+3T=14T
17．设A，B，C是三个16位的通用寄存器，请设计一个16位定点补码运算器，能实现下述功能：
（1） A±B→A
（2） B×C→A, C（高位积在寄存器A中）
（3） A÷B→C（商在寄存器C中）

解：设计能完毕加、减、乘、除运算的16位定点补码运算器框图。
分析各寄存器作用：

　　　　　　加 　　 　　减 　　　　　乘 　　　　　除

　　A 　被加数→和 　　同左 　　　初始为0 　　　被除数→余数
　　　　　　　　　　　　　　　部分积→乘积（H）　除数

　　B 　加数 　　　　　同左 　　　被乘数

　　C　　-- 　　　　　　-- 　　乘数→乘积（L） 　商

∴ A：累加器（16位），具有输入、输出、累加功能及双向移位功能；
　 B：数据寄存器（16位），具有输入、输出功能；
　 C：乘商寄存器（16位），具有输入、输出功能及双向移位功能。

画出框图：

第三章
1．有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：
（1） 该存储器能存储多少个字节的信息？
（2） 假如存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？
（3） 需要多少位地址作芯片选择？

解：（1）∵ 220= 1M， ∴ 该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB
　　（2）（1000/512）×（32/8）= 8（片）
　　（3） 需要1位地址作为芯片选择。
2. 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256K×16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：
（1） 每个模块板为1024K×64位，共需几个模块板？
（2） 个模块板内共有多少DRAM芯片?
（3）主存共需多少DRAM芯片? CPU如何选择各模块板？

解：(1).　共需模块板数为m：
　　　　　　m=÷=64 (块)　
　　(2). 每个模块板内有DRAM芯片数为n:
　　　　　　n=(/) ×(64/16)=16 (片)
　　(3) 主存共需DRAM芯片为：16×64=1024 (片)
　　　　　每个模块板有16片DRAM芯片，容量为1024K×64位，需20根地址线(A19~A0)完毕模块
　　　　　板内存储单元寻址。一共有64块模块板，采用6根高位地址线(A25~A20)，通过
　　　　　6：64译码器译码产生片选信号对各模块板进行选择。
3． 用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，规定：
(1) 画出该存储器的组成逻辑框图。
(2) 设存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对所有存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？

解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为
　　　　　　N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片）
　　　　 每4片组成16K×32位的存储区，有A13-A0作为片内地址，用A15 A14经2：4译码器产生片选信号 ，逻辑框图如下所示：

　（2）依题意，采用异步刷新方式较合理，可满足CPU在1μS内至少访问内存一次的规定。
　　　 设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则异步
　　　 刷新的间隔时间为：

　　　 则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下

　　　可见，两次刷新的最大时间间隔为ｔｍａｘ
　　　　　ｔｍａｘ＝15.5-0.5=15 (μS)
　　　对所有存储单元刷新一遍所需时间为t R
　　　　　t R ＝0.5×128=64 　(μS)
7．某机器中，已知配有一个地址空间为0000H-3FFFH的ROM区域。现在再用一个RAM芯片(8K×8)形成40K×16位的RAM区域，起始地址为6000H,假定RAM芯片有和信号控制端。CPU的地址总线为A15-A0，数据总线为D15-D0，控制信号为R/(读/写)， (访存)，规定：
（1） 画出地址译码方案。
（2） 将ROM与RAM同CPU连接。

解：（1）依题意，主存地址空间分布如右图所示，可选用2片27128(16K×8位)的EPROM作为
ROM区；10片的8K×8位RAM片组成40K×16位的RAM区。27128需14位片内地址，而RAM需13位
片内地址，故可用A15-A13三位高地址经译码产生片选信号,方案如下:

（2）

8． 存储器容量为64M，字长64位，模块数m = 8，分别用顺序方式和交叉方式进行组织。存储周期T = 100ns,数据总线宽度为64位，总线周期τ = 10ns .问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？

解：信息总量： q = 64位 ×8 =512位
　　顺序存储器和交叉存储器读出8个字的时间分别是：
　　　t2 = m T = 8×100ns =8×10 (s)
　　　t1 = T + (m - 1) = 100 + 7×10 = 1.7 ×10 (s)
　　顺序存储器带宽是：
　　　W2 = q / t2 = 512÷（8×10 ）= 64 ×10（位/ S）
　　交叉存储器带宽是：
　　　W1 = q / t1 = 512÷（1.7 ×10）= 301 ×10 （位/ S）
9． CPU执行一段程序时, cache完毕存取的次数为2420次，主存完毕存取的次数为80
次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为240ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。

解：先求命中率h
　　　h=nc/(nc +nm )＝2420÷(2420＋80)＝0.968
　　则平均访问时间为ta
　　　ta＝0.968×40＋(1-0.968) ×240＝46.4(ns)
　　　r ＝240÷40＝6
　　cache/主存系统的效率为e
　　　e＝1/[r＋(1－r)×0.968]＝86.2％
10．已知Cache存储周期40ns，主存存储周期200ns，Cache/主存系统平均访问时间为50ns，求Cache的命中率是多少？

解： ∵ ta = tc× h +tr×(1-h)
　　 ∴ h =(ta-tr)/(tc-tr)=(50-200)/(40-200)=15/16=0.94
11．主存容量为4MB，虚存容量为1GB，则虚存地址和物理地址各为多少位？如页面大小为4KB，则页表长度是多少？

解：已知主存容量为4MB，虚存容量为1GB
　　 ∵ ＝4M ∴物理地址为22位
　又 ∵ ＝1G ∴虚拟地址为30位
　页表长度为 1GB÷4KB＝230÷212=218=256K
14．假设主存只有a,b,c三个页框，组成a进c出的FIFO队列，进程访问页面的序列是0,1,2.4,2,3,0,2,1.3,2号。用列表法求采用LRU替换策略时的命中率。

解：

∴命中率为

15．从下列有关存储器的描述中，选择出对的的答案：
　A． 多体交叉存储重要解决扩充容量问题；
　B． 访问存储器的请求是由CPU发出的；
　C． Cache与主存统一编址，即主存空间的某一部分属于Cache;
　D． Cache的功能全由硬件实现。

解： D
16．从下列有关存储器的描述中，选择出对的的答案：
　A．在虚拟存储器中，外存和主存一相同的方式工作，因此允许程序员用比主存空间大得
　　 多的外存空间编程；
　B．在虚拟存储器中，逻辑地址转换成物理地址是由硬件实现的，仅在页面失效时才由操
　　 作系统将被访问页面从外存调到内存，必要时还要先把被淘汰的页面内容写入外存；
　C．存储保护的目的是：在多用户环境中，既要防止一个用户程序犯错而破坏系统软件或
　　 其他用户程序，又要防止一个用户访问不是分派给他的主存区，以达成数据安全和保
　　 密的规定。

解：C
第四章
1．ASCll码是7位，假如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？

解：指令字长设计为12位不是很合理。主存单元字长为32位，一个存储单元可存放4个ASCII码，
　　余下4位可作为ASCII码的校验位（每个ASCII码带一位校验位），这样设计还是合理的。
　　但是，设计指令字长为12 位就不合理了，12位的指令码存放在字长32位的主存单元中，
　　导致19位不能用而浪费了存储空间。

2.假设某计算机指令长度为20位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，每个操作数地址规定用6位表达。问：
若操作码字段固定为8位，现已设计出m条双操作数指令，n条无操作数指令，在此情况下，这台计算机最多可以设计出多少条单操作数指令？

解：这台计算机最多可以设计出256-m-n条单操作数指令
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。

解：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OP可指定=64条指令；
　　③ RR型指令，两个操作数均在寄存器中，源和目的都是通用寄存器（可分别指定16个寄存器
　　 　之一）；
　　④ 这种指令格式常用于算术逻辑类指令。
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。

解：指令格式及寻址方式特点如下：
　　① 双字长二地址指令；
　　② 操作码OP可指定=64条指令；
　　③ RS型指令，两个操作数一个在寄存器中（16个寄存器之一），另一个在存储器中；
　　④ 有效地址通过变址求得：E=（变址寄存器）± D，变址寄存器可有16个。
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。

解：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OP可指定=16条指令；
　　③ 有8个通用寄存器，支持8种寻址方式；
　　④ 可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令、
6．一种单地址指令格式如下所示，其中I为间接特性，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称。

解： 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 基址间址寻址
7．某计算机字长16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。

解：40条指令需占用操作码字段（OP）6位，这样指令余下长度为10位。为了覆盖主存640K字的地
　　址空间，设寻址模式（X）2位，形式地址（D）8位，其指令格式如下：

　　寻址模式定义如下：
　　　X= 0 0 直接寻址 有效地址 E=D（直接寻址为256个存储单元）
　　　X= 0 1 立即寻址 D字段为操作数
　　　X= 1 0 变址寻址 有效地址 E= (RX)＋D （可寻址64K个存储单元）
　　　X= 1 1 相对寻址 有效地址 E=（PC）＋D （可寻址64K个存储单元）
　　其中RX为变址寄存器（16位），PC为程序计数器（16位），在变址和相对寻址时，位移量D可　　正可负。
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,采用页面寻址、立即、直接等寻址方式。CPU中有PC，IR，AR, DR和16个通用寄存器，页面寻址可用PC高位部分与形式地址部分拼接成有效地址。问：
（1）指令格式如何安排？
（2）主存能划提成多少页面？每页多少单元？
（3）能否增长其他寻址方式？

解: （1）依题意,指令字长32位，主存1M字，需20位地址A19-A0。50种操作码，需6位OP，指令
　　　　 寻址方式Mode为2位，指定寄存器Rn需4位。设有单地址指令、双地址指令和零地址指
　　　　 令，现只讨论前二种指令。
　　　单地址指令的格式为：

　　　　Mode=00时为立即寻址方式，指令的23－0位为立即数；
　　　　Mode=01时为直接寻址方式，指令的19－0位为有效地址。
　　　双地址指令的格式为：

　　　　Mode1=01时为寄存器直接寻址方式，操作数S=(Rn)；
　　　　Mode1=11时为寄存器间址寻址方式, 有效地址E=(Rn)。
　　　　Mode2=00时为立即寻址方式，指令的13-0位为立即数；
　　　　Mode2=01时为页面寻址方式；
　　　　Mode2=10时为变址寻址方式，E=(Rn)+D；
　　　　Mode2=11时为变址间址寻址方式, E=((Rn)+D)。
　　（2）由于页面寻址方式时，D为14位，所以页面大小应为＝16K字，则1M字可分为
　　　　 ＝64个页面。可由PC的高6位指出页面号。
　　（3）能增长其它寻址方式，例上述间址方式、变址间址寻址方式。
14. 从以下有关RISC的描述中，选择对的答案。
　A.采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复到初期的比较简朴的情况。
　B.为了实现兼容，新设计的RISC，是从本来CISC系统的指令系统中挑选一部分实现的。
　C．RISC的重要目的是减少指令数，提高指令执行效率。
　D．RISC设有乘、除法指令和浮点运算指令。

解： C
15. 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。

解：A：寄存器直接； B： 寄存器间接； C：立即；
　　D： 直接； 　　 E：相对； 　　　 F：基值；G：变址

第五章
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（指令寄存器IR）；
(2) 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是(程序计数器PC)；
(3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器 ）和（数据缓冲寄存器DR ）。
2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期
　 流程图，其含义是将寄存器R1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："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：

3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），RO"的指令周期流程图，
　 其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。

5．假如在一个CPU周期中要产生3个脉冲 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,试画出
　 时序产生器逻辑图。

解：节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数，此时T1 = T3 =200ns ，
　 T2 = 400 ns ，所以主脉冲源的频率应为 f = 1 / T1 =5MHZ 。为了消除节拍脉冲上的毛刺，环
　 型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。下图画出了题目规定的逻辑电路图和时序信号关系。根据关
　 系，节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的逻辑表达式如下：

　　　　　　　T1 = C1· ， T2 = ， T3 =

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：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条
　 取控存容量为：256×32位=1KB

7. 某ALU器件使用模式控制码M，S3，S2，S1，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规定的模式控制码，其中y为二进制变量，F为0或1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，S3，S2，S1，C的逻
　 辑表达式。

解： M=G
　　 S3=H+D+F
　　 S2=1

　　 C=H+D+(E+F)y
8．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分别相应10种不同性质的微命