《现代微机原理与接口技术》第2版部分习题答案

2版部分习题答案

杨全胜

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东南大学计算机科学与工程学院

2009.10

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《现代微机原理与接口技术》第

第1章

2. 总线在微机中起到什么作用？通常总线有哪几种类型？ 答：微机中各部件之间及微机与设备之间通过总线相连，它是微机系统中各部件或设备之间传送信息的公共导线，一般由地址总线、数据总线和控制总线等三组线组成。

5. 衡量微机系统性能的主要指标有哪些？

答：我们通常采用下面的一些常见的性能指标来衡量一台微机的好坏。

1） 字长：指微机系统中CPU一次能处理的二进制位数。字长越长，说明CPU所能处理的数据精度越高，处理速度越快、贮存容量越大。通常字长是字节的整数倍。

2） 主频：主时钟不断产生的时钟脉冲的固定频率。主频的高低很大程度上决定了CPU工作的速度。通常主频的单位是MHz或GHz。 3） 速度：指每秒所能执行的指令条数。目前比较常用的衡量单位是MIPS（Million Instructions Per Second）。

4） 主存容量和存取时间：主存容量是指微机中内部存储器能存放数据的最大字节数。主存容量越大，可存放的数据越多，可同时执行的程序也越多，相对来说，CPU访问外部存储器的次数会减少，机器的处理能力就越强。主存容量是受地址线宽度限制的。微型机内主存完成一次读/写所需要的时间称为主存储器的存取时间，该时间越短存取速度就越快。

5） 兼容性：兼容性(Compatibility)通常指同一个软件不加修改就可在两台机器上运行。在微机系统中，主要是考虑向上兼容，也就是在低档机器上开发的软件，可以在同一系列的较高档计算机上运行。

6. 将一个二进制数左移3位，相当于将该数做了何种算术运算？右移3位呢？

答：一个二进制数左移3位，相当于将该数乘以8，而右移3位相当于该数除以8。

7. 请完成下列数制的转换。

（1）45D =( )B =( )O =( )H

（2）10110010B = ( )O = ( )D = ( )H （3）12ABH= ( )B=( )D （4）1011001.11B = ( )H = ( )D (5) 12.25=( )B = ( )H 答：

（1）45D =( 101101 )B =( 55 )O =( 2D )H

（2）10110010B = (262 )O = ( 178 )D = ( B2 )H （3）12ABH= (1001010101011)B=(4779)D （4）1011001.11B = (59.C)H = (89.75)D (5) 12.25=(1100.01)B = (C.4)H

8.请写出下列真值的原码、反码和补码形式。 +49 -35 +1001001B -1101101B

答：[+49]原=00110001 [+49]反=00110001 [+49]补=00110001

[-35]原=10100011 [-35]反=11011100 [-35]补=11011101

[+1001001B]原=01001001 [+1001001B] 反=01001001 [+1001001B] 补=01001001 [-1101101B]原=11101101 [-1101101B]反=10010010 [-1101101B]补=10010011

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9. 求下列算式的解

（1）01101111B＋10110001B （3）1101B×0110B

（5）11001110B∨10011101B 答：

（1）01101111B＋10110001B=100100000B （3）1101B×0110B=01001110B

（2）11001101B－00111101B （4）10110100B∧11100101B （6）11101010B⊕11101010B

（2）11001101B－00111101B=10010000B （4）10110100B∧11100101B=10100100B

（5）11001110B∨10011101B=11011111B （6）11101010B⊕11101010B=00000000B

10. 已知8位有符号2进制数的真值为：X=＋1011011 91，Y=－1001010 -74 求[X+Y]补和[X－Y]补，并判断是否溢出。

答：

[X+Y]补=[X]补+[Y]补=[＋1011011]补+[－1001010]补=01011011+10110110=00010001 没有溢出 [X-Y]补=[X]补-[Y]补=[＋1011011]补-[－1001010]补=01011011-10110110=10100101 溢出

11. 冯·诺依曼结构的计算机的特点是什么？除了冯·诺依曼结构的计算机，你还知道其他什么结构的计算机？

答：冯·诺依曼结构特点是：

1） 系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

2） 数据和程序都以二进制代码形式不加区别地共同存放在存储器中，存放位置由地址

指定，地址码也为二进制形式。

3） 控制器根据存放在存储器中的指令序列（即程序）控制机器运行，并由一个程序计

数器（指令地址计数器）控制指令的执行顺序。

4） 这种结构的计算机的基本工作原理可概括为“存储程序”和“程序控制”。 当前的计算机系统基本上都是冯·诺依曼结构，但在存储结构方面还有将程序与数据分开存放的哈佛结构，另外从计算机系统结构方面，突破冯·诺依曼结构的计算机也在进行着研究，这包括DNA计算机、量子计算机等。

15. 试分析Pentium Pro与8088基本总线时序的异同点。

答：相同点在于总线周期都包含有多核时钟周期，而且都分成地址期和数据期。不同点是Pentium Pro在一个总线周期内可以多次传输连续的数据，而8088在一个总线周期只传一个数据。

18. 总结一下8088，80286，80386，Pentium，Pentium III，Pentiun 4和Core 2 Duo处理器的地址线、数据线的根数，及这些处理器最主要的特点。

答：

3

Intel x86处理器比较

型号

核心位数

地址线宽

数据线宽

流水级数

流水线数

核心数

主要特点

8088 16 20 16/8 - - 1 CPU中EU和BIU两个部件并

行； 80286 16 24 16 - - 1 内存突破1MB；

引入保护模式；

80386 32 32 32 - - 1 Intel第一个32位处理器；

引入虚拟8086模式； 80486 32 32 32 5 1 1 将浮点运算单元引入到CPU

中；

部分采用RISC结构； 采用倍频技术； Pentium 32 32 64 5 2 1 采用超标量技术；

引进系统管理模式；

采用指令与数据分离的L1 Cache PentiumIII 32 36 64 12 3 1 实现动态执行技术

实现双独立总线 引入SSE指令 Pentium 4 32 36 64 20/31

3 1 超深流水线结构；

引入SSE2；

采用执行跟踪Cache；

2 原生双核；

宽位动态执行技术； 智能存储管理技术；

Core 2 Duo 64 36/40 64 14 4

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第2章

5. 动态执行技术包括哪几项内容？为什么指令可以乱序执行？为了乱序执行，P6在结构中使用了哪些相关部件？

答：动态执行技术通过预测指令流来调整指令的执行，并且分析程序的数据流来选择指令执行的最佳顺序。它包括以下三项技术：

① 多路分支预测。利用分支预测技术，预测分支未来的方向，为处理器预先译码分支之后的指令提供依据，这样处理器不会等到分支的结果出来以后才译码分支后指令，从而保证流水线尽量保持是满的。

② 动态数据流分析。该项技术会实时分析通过处理器的指令流来确定指令间的相关性并探测能乱序执行的机会。乱序执行核心监视很多条指令，然后在不损失数据完整性的前提下，采用能充分发挥多个处理部件并行工作的指令顺序来执行。

③ 推测执行。根据分支预测结果执行指令池中由动态数据分析之后重新排好序的指令流，而无需等待分支语句结果。由于程序流向是建立在分支预测基础上的，因此指令序列的执行结果也只能作为“预测结果”而保留。一旦证实分支预测正确，已提前建立的“预测结果”立即变成“最终结果”并及时修改机器的状态。显然，推测执行可保证处理器的超标量流水线始终处于忙碌，加快了程序执行的速度，从而全面提高了处理器的性能。

指令之所以可以乱序执行时是因为被调整的指令之间不存在数据相关、结构相关等依赖，因此乱序后执行的结果不会与顺序执行的结果产生差别。

为了乱序执行技术，P6结构配置了保留站RS，指令重排缓冲器ROB等。

9. 请问下面前后顺序的两条指令是否能并行执行？如果你是编译系统设计师，试考虑该如何优化这两条指令。

A=B+C; A=D*2

答：这两条指令是写后写相关，对于A，真正起作用的是第二句，所以，为了防止出现超标量情况下的写后写冒险，可以把A=B+C;这句去掉，或者将A=D*2之后的与两句无任何相关的语句调整到这两句中间执行。

10. 超线程技术和多核技术有什么异同点？他们可否共存于一个处理器中？ 答：超线程技术与多核技术相同点是都具有硬件多线程能力，每个核（逻辑核或物理核）都有自己完整的一组IA-32数据寄存器、段寄存器、控制寄存器、调试寄存器、MSR（Model-Specific Register）中的大多数和自己的高级可编程中断控制器（APIC）。但超线程的所有逻辑核共享同一个物理封装内的IA-32处理器的核心资源，这些资源包括执行引擎和系统总线接口。而多核技术所有核都是物理核，他们拥有自己的执行引擎和系统总线接口。

这两个技术可以共存于一个处理器中，如Core i7。

12. 试分析Pentium D，Core 2 Duo和AMD的双核技术有什么异同，你认为哪种更加合理？

答：这三类双核技术都是在同一个封装中拥有2个完全的物理核，他们都有自己的L1 Cache，Pentium D和AMD的双核都有自己的L2 Cache，而Core 2 Duo的双核共享L2 Cache。在双核的连接上，Pentium D使用系统总线相连，AMD双核使用一个系统请求接口和一个交叉开关相连，而Core 2 Duo 采用L2 Cache共享。相比较而言，Core 2 Duo的结构是比较

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