计算机组成原理学习指导与习题解答

《计算机组成原理：学习指导与习题解答》是与高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材《计算机组成原理》（唐朔飞编著）配套的辅助教材。《计算机组成原理：学习指导与习题解答》给出了主教材中各章的重点难点以及主要内容，还给出了例题和各类习题及其参考答案，以巩固对知识点的掌握。 　　 《计算机组成原理：学习指导与习题解答》概念清楚，题型丰富，可作为高等学校计算机专业的辅助教材，也可以作为计算机专业研究生入学考试的辅导书和其他科技人员的参考书。目录第一章 计算机系统概论 　　1.1 重点难点 　　1.2 主要内容 　　 1.2.1 基本概念 　　 1.2.2 冯·诺依曼计算机的特点2主要内容1.2主要内容1.2.1基本概念必须重点掌握下列概念1)计算机系统及计算机系统的层次结构(2)硬件、计算机、主机、CP、主存、辅存、外部设备。(3〕软件、系统软件、应用软件。(4)高级语言、汇編语言、机器语言S〕计算机组成和计算机体系结构。6)存储单元、存储元件、存储基元存储字存储字长、存储容量。(7)机器宇长、指令字长、存储字长(8)英文缩写的含义:CPUP、IR、CU、ALU、 ACC MQ, X, M. M, M4RMDR、UO、MIPS、CPIFLOPS1.2.2冯·诺依曼计算机的特点1945年,冯·诺依曼在制定EDⅤAC〔电子离散变量计算机)的计划中,提出了存情程序的概念即将程序和数据一起仔放在储器中,以后凡以此概念为基础的各类计算机,都称为冯·诺依曼机。其特点为(1〕计算杋由运算器、存储器、控制器和输人设备输出设备五大部件组成(2)指令和数据以同等地位存于存储器内,并可按地址寻访(3)指令和数据均用二进制代码表示(4)指令由操作码和地址码组成,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。〔5〕指令在存储器内按顺序存放。通常,指令是顺序执行的在特定条件下,可根据运算结或根据设定的条件改变执行顺序。(6)早期的冯·诺依曼机以运算器为中心,输人输出设备通过运算器与存储器传送数据第一章计箅机系统概论1.2.3计算机硬件框图主教材中给出了三个计算杌硬件樞图:以运算器为屮心的计算机结构中,输入的程序和数据必须選过运算器存人存储器中,存储器中的结果也必须通过运算器送至输出设备;以存储器为中心的计算机结树中,输入输出设备可以不通过运算器直接与存储器传送信息;现代计算机结构中,将运算器和控制器集成在一个芯片内组成CPU。无论何种计算机结构都由五大部件组成。学习计算机硬件框图时,不仅要掌握五大部件各自的作用,还必须了解各部件之问的相互关系,如控制器要向其他四个部件发出命令信息,四个部件要向控制器发送反馈信息。而由指令组成的程序或数据可以在输入设备与存储器之间、输出设备与存储器之间以改控制器与存储器之间传送1.2.4计算机的工作过程计算机的工作过程是本章的重点。人们需将事先编好的程序(指令序列)送至计算机的存储器内然后计算机按此指令序列逐条完成全部指令的功能,直至程序结束。因此,要了解计算机的工作过程,必须首先了解计算机完成一条指令的信息流程。L,完成一条指令的信息流程根据图I、2,以取数指令(即将揩令地址码指示的存佬单元中的操作数取出后送至运算器的ACC中)为例,其信息流程是取指令PC→MAR→M→ MDR-IR分析指令P(IR)→CU执行指令Ad(IR)→MAR→+M→MDR→ACC此外,每完成一条指令,还必须为取下条指令作准备形成下一条指令的地址,即(PC)+1-PC。2.计算机的工作讨程计算机的工作过程实质就是不断从存储器中逐条取出指令,送至控制器,经分析后出CU发出各种操作命令,指挥各部件完成各种操作,直至程序中全部指令执行结束。读者可结合图12和主教材中表1.Ⅰ的程序消单,口述每条指令的运行过程,加深对计算机解题过程的理解。.3例题精选例11以加法指令ADM(M为主存地址)为例,写出完成该指令的信息流程(从取指令开始)【解】指令ADDM的真实含义是将地址为M的存储单元中的加数取出并送至运算器中,4习題训练然后和存放在运算器的被加数通过ALU(算术逻辑部件)相加,结果仍放在运算器中。结合图1,2,设运算器中ACC存放被川数3X存放加数,求和结果存放在AC屮。敌完成ADDM指令的信息流程为取指令PC >MAR ,M MDR +IR分析指令OP(IR→CU执行指令Ad(IR)→MAR→M→MDR→XACC→ALU,同时X→AUALU→ACC例L设主存储器容量为64K×32位,并且指令字长、存储字长机器字长三者相等。写出图1,2咔各寄存器的位数,并指出哪些寄存器之间信息通路。【解】日主存容量为64K×32位得2=64K故MAR为16位,MDR为32位。因指令字长=存储字长=机器字长,则TR、 AC.MOX均为32位寄存器之间的倍息通路有PC→MARAd(IR)→MARMDR+IR取数MDR→AC,存数ACC→MDRMDR→X例L3指令和数据都存于存储器中,计算机如何区分它们?【解】通常完成一条指令可分为取指阶段和执行阶段。在取指阶段通过访问存储器叮将指令联出;在执行阶段通过访间存储器可将操作数取。这样,虽然指令和数据都是以0、1代码形式存在存储器屮,但CPU可以判断出在取指阶段访问存储器取出的0、1代码是指令;在执行阶段访存取出的0代码是数据。例如完成ADDM指令需两次访存:第一次访存是取指阶段,CPU根据PC给出的地址取出指令;第二次访存是执行阶段,CPU根据存于IR的指令中M给出的地址取出操作数。可见CPU就是根据取指阶段和执行阶段的访存性质不同来区分指令和数据的。这一概念隨着学习的深人:读者会逐步加印象1.4习题训练1.4.1选择题L.电子计算机间世至今,新型机器不断推陈出新,不管怎么更新,依然具有“存储程序的特第…章计算机系统概论点,最早提出这种概念的是A.巴贝奇( Charles balageB.冯,诺伊曼( yon Neumann)C.帕斯卡( Blaise pascal)D.贝尔(Bel!2.下列描述中是正确的。A.控制器能理解解释并执行所有的指令及存储结果B.一台计算机包括输人输出、控制、存储及算术遐辑运箅五个部件C.所有的数据运算都在cPU的控制器中完成D.以上答案都正确3.电子计算机的算术/逻辑单元控制单元及主存储器合称为A. CPUB. ALVC.主机D. UP4,有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中,称之为A.硬件B.软件C.固件D.辅助存储器E.以上都不对5.输人输出装置以及外接的辅助存储器称为A.操作系统B.存储器C.主机D.外围设备5,计算机中有关AU的描述是正确的A.只做箅术运算,不做逻辑运算B,只做加法C.能存放运算结果D.以上答案都不对7.完整的计算机系统应包括A.运算器、存器、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.计算机系统中的存储系统是指A.AM存储器B.ROM存储器C.主存D.主存和辅存用以指定待执行指令所在地址的是A.指令寄存器B.数据计数器C.程序计数器D.累加器10.计算机与日常使用的袖珍计算器的本质区别在于1.4习题训练A.运算速度的高低.存储器容量的大小C.规模的大小D.自动化程度的高低11,冯·诺伊曼机工作方式的基本特点是A.多指令流单数据流H.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12.用户与计算机通信的界面是A, CPUB.外围设备C.应用程序D.系统程序13.下列属于应用软件。A.操作系统B.编评程序C.连接程序D.文本处理l4.下不是输入设备A.画笔与图形板B.键盘C.鼠标器D.打印机15.下到各装置中具有输人及输出功能。A.键盘B.显示器C.磁盘驱动器D.打印机16.下列设备中不属于输出设备A,打印机B.磁带机C.光笔绘图仪l7.下列语句中是正确的A.激光打印机是击打式打印机B.磁盘驱动器只有输入功能评佔计算机的执行速度可以用每秒找行的指令数为判断依据D.个人计算机是小型机18,.计算机只懶机器语言而人类熟悉高级语言,放入机通信必须借助A.编评程序B.编辑程序C.连接程序D.载入程序19.计算机的算术逻辑单元和控制单元合称为A. ALUB. UPC. CPUD, CAD20.只有当程序要执行时,它才会去将源程序翻评成机器语言,雨且一次只能读取、翻译并执行源程序中的一行语句,此程序称为A.目标程序B.编译程序C.解释程序D.汇编程序第一章计算机系统概论21.“容量为640K有储器”是指下列4.640×10字节的存储器B.640×10位的存储器C.640×2“位的存储器D.640×2字节的存储器22.由0、1代码组成的语言,称为A.汇编语言B.人工语言C.机器语言高级语23.计算机存储数据的基本单位为A.比特(B1t)B.字节(Bye)C.字组(Word)D.以上都不对24.一般8位的微型机系统以16位米表示地址,则该计算机系统有个地址空间A.256B.6553C.65536D,13107225.下列语句中是正确的A.]KB=k024x1024BB I KB =1024 MBC.1MB1024x1024BD. I MBEI 024 B26.一片LMB的磁盘能存储的数据A.10°字节B.10字节C.10字节.2字节27.计算机中负责指令译码A.算术逻辑单元B.控制单元.存储器译码电路D.输人输出译码电路28.能直接让计算机接受的活言是A.C语言B. BASICC.汇编语言D.机器语言E.高级语言29.80286是个人计算机中的器件。A. EPROMB. RAM[, ROmD. CPU30.下列不属于系统程序。4.数据庳系统B.操作系统C.编评程序.编辑程序31.32位的个人计算机,一个宇节(byte)由位(bit)组成。A.4B,8C.1632.执行最快射语言是1.4与题训练A.汇编语言R. OBOIC.机器语言D. PASCAL33.下列说法中不正确A.高级语言的命令用英文单训来表示B.高级语言的语法很接近人类语言C.高级语言的执行速度北低级语言快D.同一高级语言可在不同形式然计算机上执行4.将高级语言程序翻译成机器语言穋序需借助于A.连接程序H.编辑程序C.编泽程序D.汇编程序35.存储单元是指A.存放一个字节的所有存储元集B.车放一个存储字的所有存储元集合C.有放一个二进制信息位的存储元集合D.存放一条指令的存储元集合36,存储宁足指A.存放住个存储单元中的二进制代码组合R.存放在--个存储单元中的二进制代码位数C.存储单元的集合D,机器指令37.存储字长是指A.存放在个存储单元中的二逃制代码组合B.存在一个存储单元中的二进制代码位数C.存储单元的个数D.机器指令的位数38可区分存储单元中存的是指令还是数据A.存储器,运算器C.控制器D.用;39.存放欲执行指令的寄存器是A, MARB. TCC. MDHD, IR40、将*汇编语言翻译成机器语言需借助于A.编译程序B.辑程C.汇编程序).连接程序41.在CPU中跟踪指令继地址的寄存器是10第--章计算机系统概论鸟.MARB. RC PCD. MDR1.4.2填空题1.完整的计算机系统应包砖A和B2.计算杌硬件包括A、B、C、D和E。其中F、G私H组成』和K可统称为CPU3.基于原理的冯·诺依曼计算机工作方式的基本特点是B。4.计算机硬件是指A,軟件是指B,固件是指C5.系统程序是指,应用程序是指B6.计算机与日常使用的袖珍计算机的本质区别在fA7.为了更好地发掉A效率和B,20世纪5年代发展了C技术,通过它对计算机进行管理和调度8.A和B都存放在存储器中,C能自动识别它们。9.计算机系统没有系统软件中的A.就什么上作都不能做。10.在用户编程所用的各种语言中,与计算机本身最为*切的语言是A].计算机唯一能直接行的语言是语言,12·电子计算机问世至今,世算机类型不断推陈出新,但依然保存“存储程序”的特点,最早提出这种观念的是A13.汇编谤言是一种街向A的语言,对R依赖性强,用汇编语言端制的程序执行速度比高级语言C14.有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中,称为A。15.计算机将佯储算术逻辩运算和控制:个部分合称为A,再加上B和C就组成了计算机硬件系统16.1s是A秒,其时间是1ns的B倍a17.计算机系铳的软件酊分为A和B_,文夲处理属于C软件,江編程序属于软件18.揞令的解释是由计算机的A来完成的,运算器用来完成BL9.软件是各种指挥计算机工作的A总称,可大致分为B和C两大类。前者的主要作用是充分发挥硬件功能及方便用户,最典型的如D。20.若以电视来比喻计算机硬件和软件的关系,则电视机好比A,B好比软件。21.存储器叮分为主存和A程序必须存于B内,CP才能执打其中的指令22.常用的辅功存储器有A和B等。23.存储器的容量可以用KB、MB和CB表示,它们分别代表A,B利C