计算机组成原理作业2

一、选择题：

　　1．计算机硬件能直接识别和运行的只能是_______程序。

A．机器语言　　 B．汇编语言　　 C．高级语言　　 D．VHDL

答：A

　　2．指令中用到的数据可以来自_______（可多选）。

　　A．通用寄存器 　　B．微程序存储器 　　C．输入输出接口 　　D．指令寄存器

E. 内存单元 　　　F. 磁盘

答：A、C、E

　　3．汇编语言要经过_______的翻译才能在计算机中执行。

A．编译程序 　　B．数据库管理程序　　 C．汇编程序　　 D．文字处理程序

答：C

　　4．在设计指令操作码时要做到_______（可多选）。

　　A．能区别一套指令系统中的所有指令

　　B．能表明操作数的地址

　　C．长度随意确定

D．长度适当规范统一

答：A、B、D

　　5．控制器的功能是_______。

　　A．向计算机各部件提供控制信号 　　B．执行语言翻译 

C．支持汇编程序 　　　　　　　　　D．完成数据运算

答：A

　　6．从资源利用率和性能价格比考虑，指令流水线方案_______，多指令周期方案_______，单指令周期方案_______。

A．最好　　 B．次之　　 C．最不可取　　 D．都差不多

答：A、B、C

二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。

1．变址寻址需要在指令中提供一个寄存器编号和一个数值。√

说明：对的。变址寻址就是将寄存器（该寄存器一般称作基址寄存器）的内容与指令中给出的地址偏移量相加，从而得到一个操作数的有效地址。变址寻址方式常用于访问某基地址附近的地址单元。采用变址寻址方式的指令常见有以下几种形式，如下所示：

LDR R0，[R1，＃4] ；R0←[R1＋4]

LDR R0，[R1，＃4]！ ；R0←[R1＋4]、R1←R1＋4

LDR R0，[R1] ，＃4 ；R0←[R1]、R1←R1＋4

LDR R0，[R1，R2] ；R0←[R1＋R2]

2．计算机的指令越多，功能越强越好。×

说明：错的。并不一定，CISC比RISC指令更多，功能更强大，但并不比RISC好；

CISC存在的问题 ：指令系统庞大，指令功能复杂，指令格式、寻址方式多；执行速度慢；难以优化编译，编译程序复杂； 80%的指令在20%的运行时间使用；无法并行；无法兼容；

RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC 机器上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率较高。

3．程序计数器PC主要用于解决指令的执行次序。√

说明：对的。程序计数器是用于存放下一条指令所在单元的地址的地方。 

4．微程序控制器的运行速度一般要比硬连线控制器更快。×

说明：错的。正好相反

三、简答题：

1．一条指令通常由哪两个部分组成？指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自应用在什么场合？各自的优缺点是什么？

答：一条指令通常由操作码和操作数两个部分组成。

指令的操作码一般有定长的操作码、变长的操作码两种组织方式。

定长操作码的组织方式应用在当前多数的计算机中；变长的操作码组织方式一般用在小型及以上的计算机当中。

定长操作码的组织方式对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度有利。

变长的操作码组织方式可以在比较短的指令字中，既能表示出比较多的指令条数，又能尽量满足给出相应的操作数地址的要求。 

2．如何在指令中表示操作数的地址？通常使用哪些基本寻址方式？ 

答：是通过寻址方式来表示操作数的地址。

    通常使用的基本寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、间接寻址、堆栈寻址等。

3．为读写输入/输出设备，通常有哪几种常用的寻址方式用以指定被读写设备？

答：为读写输入/输出设备，通常有两种常用的编址方式用以指定被读写设备，一是I/O端口与主存储器统一的编制方式，另一种是I/O端口与主存储器彼此的编制方式。

4．简述计算机中控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和硬连线的控制器在组成和运行原理方面有何相同和不同之处？

答：控制器主要由下面4个部分组成：

　　（1）程序计数器（PC），是用于提供指令在内存中的地址的部件，服务于读取指令，能执行内容增量和接收新的指令地址，用于给出下一条将要执行的指令的地址。

　　（2）指令寄存器（IR），是用于接收并保存从内存储器读出来的指令内容的部件，在执行本条指令的整个过程中，为系统运行提供指令本身的主要信息。

　　（3）指令执行的步骤标记线路，用于标记出每条指令的各个执行步骤的相对次序关系，保证每一条指令按设定的步骤序列依次执行。

　　（4）全部控制信号的产生部件，它依据指令操作码、指令的执行步骤（时刻），也许还有些另外的条件信号，来形成或提供出当前执行步骤计算机各个部件要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，执行指令，产生预期的执行结果。

　　由于上述后两个部分的具体组成与运行原理不同，控制器被分为硬连线控制器和微程序控制器两大类。

微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。

　　共同点：①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。

　　不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。

　　微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。

　　组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。

5．控制器的设计和该计算机的指令系统是什么关系？

答：控制器的的基本功能，是依据当前正在执行的指令，和它所处的执行步骤，形成并提供在这一时刻整机各部件要用到的控制信号。所以，控制器的设计和该计算机的指令系统是一一对应的关系，也就是控制器的设计应依据指令的要求来进行，特别是要分析每条指令的执行步骤，产生每个步骤所需要的控制信号。

6．指令采用顺序方式、流水线方式执行的主要差别是什么？各有什么优点和缺点？

顺序方式是，在一条指令完全执行结束后，再开始执行下一条指令。优点是控制器设计简单，容易实现，；缺点是速度比较慢。

指令流水线方式是提高计算机硬件性能的重要技术和有效措施，在成本增加不多的情况下很明显地提高了计算机的性能。追求的目标是力争在每一个指令执行步骤中完成一条指令的执行过程。实现思路是把一条指令的几项功能划分到不同的执行部件去完成，在时间上又允许这几个部件可以同时运行。

缺点是控制器设计复杂，比较不容易实现；突出的优点是速度明显提高。