写出冯·诺依曼模型的5个组成部分，并写出各个部件的功能和目的。

输入设备：输入数据

输出设备：输出结果

控制器：控制程序执行

内存：存放程序(各类运行指令)

处理器：对数据进行处理和运算git

简要描述一下内存和处理单元的接口，即内存和处理单元的通讯方式。

经过地址寄存器(MAR)和数据寄存器(MDR)两个接口，来完成数据在内存中的读、写操做。github

程序计数器(PC)的命名可能存在什么误导？为何说指令指针(Instruction Pointer，IP)的命名更加合适？

计数器可能会被理解成一个数字，实际上表明的是下一条待处理的指令的地址，因此用指令指针更加合适。web

请解释一个计算机的“字长”(word length)的定义。字长对计算机的工做有什么影响？基于第1章中的知识，试判断如下论断是否正确：字的长度越大，处理的信息越多，于是计算能力也更强。

ALU所能处理的量化大小(size of quantity)一般被称为该计算机的“字长”(word length)。

不一样的字长用在不一样用途的计算机中。

不正确。svg

以下表格表明的是一个很小的内存。请基于如下表格回答问题。

a. 地址为3的内存单元存放的数值是多少？地址6呢？

地址3：0000 0000 0000 0000

地址6：1111 1110 1101 0011

b. 每一个地址单元的二进制码数值能够有多种解释方法。以前咱们学过，它能够是一个无符号数、有符号补码或是浮点数等。

1 ) 分别写出地址0和地址1数值所对应的补码数；

0的补码数：7747

1的补码数：-4059

2 ) 写出地址4对应的ASCII码；

e

3 ) 写出地址6和7对应的IEEE浮点数值(6和7合起来，表示一个32位浮点数)；

英文原版中，指出7在6的前面，合成一个32位浮点数，其二进制为

0000 0110 1101 1001 1111 1110 1101 0011

浮点数表示：1.1 1001 1111 1110 1101 0011 x 2-114

4 ) 分别写出地址0和地址1对应的无符号整数值。

地址0：7747

地址1：61477

c. 在冯·诺依曼模型中，一个内存单元中的数值既可能表明数据也可能表明指令，若是将地址0的内容看作是一条指令，问该指令是什么(LC-3)？

ADD，R7，R1，R3

d. 一个二进制数还能够表示为一个内存地址。假设地址5单元存放的是一个内存地址，那么它指向的单元地址是多少？该地址中存放的数值又是多少？

单元地址：6

6存放数值：1111 1110 1101 0011编码

一条指令有哪两个主要的组成部分？试简述这两个组成部分的内容和做用。

操做码和操做数两部分组成

操做码：存放操做指令

操做数：存放操做数据指针

假设一个32位指令的格式以下：

若是存在60种操做码和32个寄存器，试问当即数部分(IMM)可表达的范围是多大(IMM的编码方式为补码)？

60种操做码能够经过6位表示

32个寄存器能够经过5位表示

IMM还剩下16位能够表示，可表达的范围是：

-2-15~ 215-1xml

假设一个32位指令的格式以下：

若是操做码的数目是225，寄存器数目是120，试问：

a. 指令中表达操做码部分所须要的最小位数是多少？

8 bits

b. 表达目的寄存器的最小位数是多少？

7 bits

c. 表达UNUSED部分可用的最大位数是多少？

3 bitsblog

指令周期中取指令节拍要完成两件重要任务，其一是将下面要处理的指令读入指令寄存器，试问另外一个任务是什么？

PC增量接口

例4-一、4-2和4-5分别描述了ADD、LDR、JMP三个指令的处理过程。在整个指令周期中，对于不一样的指令，在不一样的节拍会对寄存器PC、IR、MAR和MDR作出不一样的修改，请填写下表(在空格中填入对应的指令操做码)。

ip

说明指令周期的各个节拍，并简述各节拍中发生的各类操做。

取指令：取指令到IR寄存器，同时PC增量

译码：分析检查指令类型

地址计算：若是须要，进行地址计算

取操做数：若是须要，取出操做数

执行：执行指令

存放结果：将结果保存

以ADD、LDR、JMP指令为例，分别写出它们的指令周期中各节拍的操做。

假设读、写内存操做须要100个周期，而读写寄存器和其余节拍操做只须要1个周期。试计算IA-32指令“ADD[eax],edx”(参考例4-3)和LC-3指令“ADD R6，R2，R6”所须要的执行周期数。

试描述JMP指令的执行状况(假设R3内容为x369C，参考例4-5)。

若是HALT指令能够清除RUN锁存器，即中止指令周期。试问什么指令能够设置RUN锁存器，即从新启动指令周期？

a. 假设机器周期的长度试2ns(即2x10-9秒)，问每秒钟能产生多少个机器周期？

b. 若是平均每条指令须要8个周期，且计算机每次处理一条指令，问该计算机每秒能处理多少条指令？

c. 为提升计算机每秒执行指令的数目，现代计算机中采用了不少方法。方法之一是相似生产流水线(或装配线)的方法，即指令的每一个节拍都被分割成相对独立的一个或多个逻辑部件，每一个节拍接着上一个节拍(同时也是上一个周期)的工做继续作。基于这种模式，每一个机器周期均可以从内存读入一条新指令，而后在取指令周期结束时，将其传递给后面的译码节拍；而在下一个机器周期中，该指令在被译码的同时，下一条指令又能够被读入。这就是所谓的“装配线”(assembly line)。假设指令是有序地存放在内存中的，且没有任何事情打断这个顺序执行，那么这个“装配线”每秒钟能执行多少条指令？(在之后的高级课程中，在专业上称这种装配线为“流水线–pipeline”，届时还将研究是什么缘由使得流水线不能顺利“流动”。)