计算机组成原理第二版课后习题答案全_唐朔飞

### 计算机组成原理知识点解析 #### 一、计算机系统的定义与构成 - **计算机系统**：由硬件系统和软件系统共同组成的整体。 - **计算机硬件**：指构成计算机的电子线路和物理装置，例如CPU、内存、硬盘等。 - **计算机软件**：为使计算机能够运行而设计的各种程序及其相关文档资料。 硬件与软件的关系：两者在计算机系统中相辅相成，缺一不可，不存在哪一个更为重要的说法。硬件提供了计算的基础平台，而软件则决定了计算机的功能和性能。 #### 二、冯·诺依曼体系结构特点 冯·诺依曼计算机模型的特点概括如下： 1. **组成部分**：计算机主要由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备这五大基本部分组成。 2. **存储统一性**：指令和数据均存储在存储器中，地位相同，并可以通过地址进行访问。 3. **二进制编码**：指令和数据均采用二进制形式表示。 4. **指令结构**：每条指令由操作码和地址码两部分组成。操作码指示操作类型，地址码指示操作数的位置。 5. **顺序执行**：指令在存储器中顺序排列，通常按照存储顺序自动执行。 6. **运算中心**：早期的冯·诺依曼结构中，运算器是整个系统的中心部分。 #### 三、计算机系统相关术语解释 1. **主机**：由CPU和主存储器(MM)组成的计算机硬件主体。 2. **CPU(Central Processing Unit)**：中央处理器，计算机的核心部件，包含运算器和控制器。 3. **主存(Main Memory)**：用于存储正在运行的程序和数据，支持随机访问。 4. **存储单元**：存储一个机器字的独立单位，拥有唯一的地址。 5. **存储元件**：存储一位二进制信息的基本物理单元，也称为存储基元或存储元。 6. **存储字**：存储在一个单元中的二进制代码逻辑单位。 7. **存储字长**：存储单元中二进制代码的位数。 8. **存储容量**：存储器所能存储的二进制代码总量。 9. **机器字长**：CPU一次性处理二进制数据的位数，通常与CPU寄存器位数相关。 10. **指令字长**：一条指令的二进制代码位数。 #### 四、计算机系统相关英文缩写及其含义 1. **CPU**: Central Processing Unit, 中央处理器，负责执行指令。 2. **PC**: Program Counter, 程序计数器，用于记录即将执行的指令地址。 3. **IR**: Instruction Register, 指令寄存器，存储当前正在执行的指令。 4. **CU**: Control Unit, 控制单元，负责产生微操作命令序列。 5. **ALU**: Arithmetic Logic Unit, 算术逻辑单元，执行算术和逻辑运算。 6. **ACC**: Accumulator, 累加器，用于暂存数据和运算结果。 7. **MQ**: Multiplier-Quotient Register, 乘商寄存器，乘法运算时存放乘数，除法运算时存放商。 8. **X**: 操作数寄存器，运算器中的工作寄存器之一，用于存放操作数。 9. **MAR**: Memory Address Register, 存储器地址寄存器，存放要访问的存储单元地址。 10. **MDR**: Memory Data Register, 存储器数据寄存器，存放从某个单元读出的数据或将要写入某个存储单元的数据。 11. **I/O**: Input/Output equipment, 输入/输出设备，用于实现计算机内外信息交换。 12. **MIPS**: Million Instructions Per Second, 每秒执行百万条指令数，衡量计算机运算速度的指标之一。 13. **CPI**: Cycles Per Instruction, 每条指令所需的时钟周期数。 14. **FLOPS**: Floating Point Operations Per Second, 每秒浮点运算次数，衡量计算机浮点运算能力的指标。 #### 五、指令执行流程与寄存器位数分析 以“STAM”存数指令和“ADDM”加法指令为例，我们可以通过主机框图(P13图1.11)来理解指令执行的信息流程。 - **STAM指令执行流程**： - PC→MAR (将PC的值送入MAR) - MAR→MM (将MAR的值作为地址，从主存读取指令) - MM→MDR (从主存读取的指令送入MDR) - MDR→IR (MDR中的指令送入IR) - OP(IR)→CU (指令的操作码送入CU进行译码) - Ad(IR)→MAR (指令的地址码送入MAR) - ACC→MDR (ACC中的数据送入MDR) - MAR→MM, WR (将MDR中的数据写入由MAR指定的主存单元) - **ADDM指令执行流程**： - PC→MAR (将PC的值送入MAR) - MAR→MM (将MAR的值作为地址，从主存读取指令) - MM→MDR (从主存读取的指令送入MDR) - MDR→IR (MDR中的指令送入IR) - OP(IR)→CU (指令的操作码送入CU进行译码) - Ad(IR)→MAR (指令的地址码送入MAR) - RD (读取主存中的数据) - MM→MDR (从主存读取的数据送入MDR) - MDR→X (MDR中的数据送入X寄存器) - ADD (执行加法操作) - ALU→ACC (ALU的输出送入ACC) - ACC→MDR (ACC中的结果送入MDR) - WR (将MDR中的数据写回主存) 假设主存容量为256M * 32位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，我们可以推断出各个寄存器的大致位数： - **MAR**: 需要足够宽以容纳主存地址。对于256M个地址，至少需要28位(因为2^28 = 256M)。 - **MDR**: 与存储字长相等，这里是32位。 - **PC**: 与MAR位数相同，也是28位。 - **IR**: 与指令字长相等，也是32位。 - **ACC**: 与存储字长相等，32位。 - **X**: 与存储字长相等，32位。 - **MQ**: 取决于具体的设计需求，这里假设为32位。 以上内容详细地介绍了《计算机组成原理》中的一些基础知识，包括计算机系统的定义、冯·诺依曼体系结构的特点、相关的术语解释以及指令执行流程等内容。这些知识点对于深入理解和掌握计算机的工作原理至关重要。