计算机组成原理第一、二章部分课后题答案(唐朔飞版).doc

1.2 如何理解计算机系统的层次结构？计算机系统从下往上延伸，一次又五级层次结构第零级：微程序机器M0（指令系统）由硬件直接执行微指令第一级：传统机器M1（机器语言机器）用微程序解释机器指令第二级：虚拟机器M2（操作系统机器）用机器语言解释操作系统第三级：虚拟机器M3（汇编语言机器）用汇编程序翻译成机器语言程序第四级：虚拟机器M4（高级语言机器）用编译程序翻译成汇编语言程序1.4 如何理解计算机组成和计算机体系结构？计算机体系结构：指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性。计算机系统的属性通常指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等，大都属于抽象的属性。计算机组成：指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。1.5 冯诺依曼计算机的特点是什么？计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访指令和数据均用二进制数表示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，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间数据传送通过运算器完成1.7 解释概念：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。 主机：CPU和主存储器合起来称为主机 CPU：运算器和控制器合起来称为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）,是一台计算机的运算中心和控制中心 主存：用于存放数据和指令，并能由中央处理器直接随机存取，包括存储器体M、各种逻辑部件、控制电路等 存储单元：由一组存储元件组成，一个存储单元可存储一串二进制代码 存储元件：每个存储元件能寄放一位二进制代码“0”或“1”，若干个存储元件构成一个存储单元，又称存储元，存储基元存储基元：又称存储元件，存储元存储元：又称存储元件，存储基元存储字：一个存储单元可存放一串二进制代码，称这串二进制代码为一个存储字存储字长：存储字中二进制代码的位数称为存储字长存储容量：指存储器能够容纳的二进制信息量，用存储器中存储地址寄存器MAR的编址数与存储字位数的乘积表示机器字长：指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数（整数运算即定点整数运算）。也就是运算器进行定点数运算的字长，通常也是CPU内部数据通路的宽度，即字长越长，数的表示范围越大，精度越高。机器字长也会影响机器的运算速度，倘若CPU字长较短，又要运算位数较多的数据，那么需要经过两次或多次的运算才能完成，这样势必影响整机的运行速度 机器字长通常与主存储器字长相同指令字长：指机器指令中二进制代码总位数。指令字长取决于从操作码的长度，操作数地址的长度和操作数地址的个数。不同指令的字长是不同的1.8 解释英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。 CPU：中央处理器的简称，又运算器和控制器组成 PC：程序计数器，Program Counter IR：指令寄存器，Instruction Register CU：控制单元，Central Unit ALU：算术逻辑单元，Arithmetic Logic Unit ACC：累加器，Accumulator MQ：乘商寄存器，Multipliter-Quotient Register X：操作数寄存器 MAR：存储器地址寄存器，Memory Address Register MDR：存储器数据寄存器，Memory Data RegisterI/O：输入输出设备，Input/Output EquipmentMIPS：单字长定点指令平均执行速度 Million Instructions Per Second，每秒处理的百万级的机器语言指令数CPI：Cycle Per Instruction，即执行一条指令所需的时钟周期（机器主频的倒数）FLOPS：Floating Point Operation Per Second，浮点运算次数每秒1.11 指令和数据都存在于存储器中，计算机如何区分它们？ 计算机区分指令和数据有以下2种方法： 通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。 通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。2.1 通常，计算机的更新换代以什么为依据？ 对于传统的大型机，通常根据计算机所采用的电子元件的不同而划分为：电子管、晶体管、集成电路三代计算机对于微型计算机，通常以微处理器为标志来划分微型计算器2.3 什么是摩尔定律？该定律是否永远生效？为什么？ 摩尔定律：微芯片上集成的晶体管的数目每3年翻两番 不会，现代的 CPU 太过度强调序列运算的能力，而序列运算的速度是很难随着单纯的晶体管数增加而增加的。这样下去，既使晶体管数能 20 个月加倍一次，效能却不会跟上，反而只是徒耗资源而已。2.7 设想一下计算机的未来 未来的计算器是人工智能的简述Intel微处理机的历程4004：1971年，世界上第一个4位微处理器8080：1974年，世界上第一个8位微处理器8086：1978年，16位，2.9万个晶体管，地址20位，采用6个字节指令队列，指令系统与8088完全兼容8088：1979年，集成度达到2.9万个晶体管，主频4.77MHz，字长16位（外部8位）又称准16位，地址20位，采用4个字节指令队列，被IBM首台卫星计算机（IBM PC）选用80286：1982年，16位，13.4万个晶体管，6MHz，地址24位，可用实际内存16MB和虚拟内存1GB80386：1985年，32位，27.5万个晶体管，12.5Mhz，33Mhz，地址32位，4GB实际内存，64TB虚拟内存，其性能可与几年前推出小型机和大型机相比80486：1989年，32位，120万个晶体管，25MHz、33MHZ，4GB实际内存，64TB虚拟内存，引用更加复杂的Cache技术和指令流水技术，速度比80386快一倍，性能指标比80386高出34倍Pentium：1993年，32位，310万个晶体管，66MHz，100MHz，4GB实际内存，64TB虚拟内存，采用超标量技术，是多条指令可并行执行，速度比80486高出68倍Pentium Pro：1995年，64位，550万个晶体管，133MHz，150MHz，200MHz，634Gb实际内存，64TB虚拟内存，采用动态执行RISC/CISC技术、分支预测、指令流分析、推理性执行和二级CachePentium II：1997年，64位，750万个晶体管，200300MHz，6