计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理 第第第第1章章章章 计算机系统概论计算机系统概论计算机系统概论计算机系统概论 一一一一. 填空题填空题填空题填空题 1. 计算机系统是由 硬件 和软件两大部分组成的，前者是计算机系统的物质基础，而后者则是 计算机系统解题的灵魂 ，两者缺一不可。 2. 存储程序是指 解题之前预先把程序存入存储器 ；程序控制是指 控制器依据所存储的程序控制计算机自动协调地完成解题的任务 ，这两者合称为存储程序控制，它是冯·诺依曼型计算机的重要工作方式。 3.通常将控制器和运算器合称为 中央处理器(CPU) ；而将控制器、运算器和 内存储器 合称为计算机的主机。 4.计算机系统的硬件包括 控制器 、 运算器 、存储器、I/O接口和I/O设备等五大部分。 二二二二. 选择题选择题选择题选择题 1. 指令周期是指（ C ）。 A. CPU从主存取出一条指令的时间 B. CPU执行一条指令的时间 C. CPU从主存取出一条指令加上执行该指令的时间 三三三三. 问答题问答题问答题问答题 1. 存储程序控制是冯•诺依曼型计算机重要的工作方式，请解释何谓存储程序、程序控制？ 答：存储程序是指将解题程序(连同原始数据)预先存入存储器； 程序控制是指控制器依据存储的程序，控制全机自动、协调的完成解题任务。 2. 计算机系统按功能通常可划分为哪五个层次？画出其结构示意图加以说明。 答：.五级组成的计算机系统如图1.7 (课本P18) 1）微程序设计级：微指令直接由硬件执行。 2）一般机器级(机器语言级)：由微程序解释机器指令系统，属硬件级。 3）操作系统级：由操作系统程序实现。 4）汇编语言级：由汇编程序支持执行。 5）高级语言级：由高级语言编译程序支持执行。 这五级的共同特点是各级均可编程。 四四四四. 计算计算计算计算题题题题 1.1.1.1. 设某计算机指令系统有4种基本类型的指令A、B、C和D，它们在程序中出现的频度(概率)分
别为0.3、0.2、0.15和0.35，指令周期分别为5ns、5.5ns、8ns和10ns，求该计算机的平均运算速度是多少MIPS(百万条指令每秒)？ 解：指令平均运算时间： T=5×0.3＋5.5×0.2＋8×0.15＋10×0.35＝7.3 (ns) 平均运算速度： V=1/T=1/(7.3×10－3)＝137(MIPS) 第第第第2章章章章 运算方法与运算器运算方法与运算器运算方法与运算器运算方法与运算器 一一一一. 填空题填空题填空题填空题 1. 若某计算机的字长是8位，已知二进制整数x＝10100，y＝–10100，则在补码的表示中， [x]补＝ 00010100 ，[y]补＝ 11101100 。 2. 若浮点数格式中阶码的基数已确定，而且尾数采用规格
化表示法，则浮点数表示的数，其范围取决于浮点数 阶码 的位数，而精度则取决于 尾数 的位数。 关于教师节的画
b twin3.浮点加减法运算对阶的原则是 _小阶向大阶看齐__，即将小阶的尾数右移。浮点运算结果的溢出是 指阶码大于所能表示的最大正阶_，溢出时应将溢出标志位置为1。 4.设有4位二进制数1101，采用奇校验码，则校验位P= __ 0 __；奇偶校验码只能检测出_奇数位_ 的错误，但无纠错能力。 5. 16位（包括1位符号位）的定点小数，若用补码表示，其表示的真值范围是 －1～＋（1－2－15） ，最多能表示 65536（或216） 个不同的数。 6.计算机中的溢出标志OF受 算术运算类 指令的影响；而零标志“ZF”则在结果为__零 __时被置为1。 7. 汉字在计算机中的表示方法有汉字的输入编码，还有 汉字内码 和汉字字模码 等三种。 二二二二. 选择题选择题选择题选择题 1．下列各数中，最大的数是（ B ）。 A. (101001)2 B. (53)8 C. (42)10 2. 下列机器数中，真值最小的数是（ C ）。 A
把你的名字写在烟上．[x]补＝1.10101 B．[y]补＝1.10110 C．[z]补＝1.01011 3. 下列各组机器数，真值相等的一组是（ A ）。 A．[x]原＝1.1000 [y]补＝1.1000 B．[x]原＝1.1010 [y]补＝1.1010 C．[x]补＝11000 [y]移＝11000 D．[x]补＝11001 [y]反＝11001 4．用n位字长的补码（其中1位符号位）表示定点整数时，所能表示的数值范围是（ C ）。 A．0≤｜N｜≤2n-1 B．0≤｜N｜≤2n-1-1 C．-1≤N≤- (2n-1-1) 和 0≤N≤2n-1-1 D．-1≤N≤-2n-1 和 0≤N≤2n-1-1 5. 用8位二进制数控制输出状态，若要使高4位都为1，而使低4位保持不变，可用8位逻辑数11110000与原来的8位输出数据进行（ C ）运算即可。 A．逻辑非 B．逻辑乘 C．逻辑加 D．逻辑异 三三三三. 问答题问答题问答题问答题 1.通常，计算机中的基本逻辑运算是哪4种？逻辑运算的特点是什么？ 答答答答：：：：计算机中的基本逻辑运算是逻辑非、逻辑乘、逻辑加和逻辑异等4种 逻辑运算的特点是：1）.按位进行，各位的结果互不牵连；所以无借位、进位、溢出等问题。2）.运算简单；3）.每一位都可看成一个逻辑变量。 所以无符号位、数值位、阶码和尾数的区分。 四四四四. 计算题计算题计算题计算题 1. 已知二进制数x＝－0.101110，y＝－0.101011，用双符号位补码求x＋y和x-y的值，要求写出计算机中的运算步骤，并指出是否有溢出。 解： [X]补= 11.010010 ， [Y]补= 11.010101，[－Y]补=00.101011 [x]补 11.010010 + [y]补 11.010101 [x+y]补 10.100111 运算结果溢出，x＋y＝－1.011001 [x]补 11.010010 + [－y]补 00.101011
[x－y]补 11.111101 运算结果无溢出，x－y＝－0.000011
2.已知x＝0.1011，y＝-0.1010，用原码一位乘法求x×y的值，要求写出计算机中的运算步骤。 解：[x]原＝0.1011，[y]原＝1.1010 乘积的符号位Zs＝0⊕1＝1，尾数绝对值相除。 所以｜x×y｜＝P4＝0.01101110 [x×y]原＝1.01101110 故 x×y＝-0.01101110 3. 设浮点数的阶为5位（包括2位阶符），尾数为8位（包括2位尾符），用补码表示，已知二进制数 x=2-011×0.101011，y=2-010×(-0.110101)，按浮点规格化的运算方法，求x+y的值，要求写出机器的运算步骤。 解： x和y的浮点机器数（阶和尾数均用补码表示） [x]浮＝11101，00.101011 [y]浮＝11110，11.001011 ① 求阶差 [△E]补＝[Ex]补+ [-Ey]补 ＝11101＋00010＝11111 可见 △E＝－1，说明x的阶码小。将[Mx]补右移一位 即 [Mx＋My]补＝11.100000(1) 尾数运算结果应向左规格化（这里要左移1位），阶码减1，即： [x＋y]浮＝11101，11.000001 所以 x＋y＝2-011×(-0.111111)，运算结果无溢出。 0. 0000 部分积 R0 乘数 R1 说明 ＋0. 0000 0. 0000 0. 0000 ＋0. 1011 0. 1011 0. 0101 ＋0. 0000 0. 0101 0. 0010 ＋0. 1011 0. 1101 0. 0110 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 开始 P0＝0 y4=0，+0 (R0，R1)右移一位，得P1 y3=1，+x (R0，R1)右移一位，得P2 y2=0，+0 (R0，R1)右移一位，得P3 y1=1，+x (R0，R1)右移一位，得P4 [-Mx]补＝00.0101011 ② 尾数按指令的要求相加，运算时采用双符号位补码运算 [Mx]补 00. 0101011 [My]补 11. 001011 11. 1000001
第第第第3章章章章 存储系统存储系统存储系统存储系统 一一一一. 填空题填空题填空题填空题 1. 在当今计算机系统的三级存储系统中,CPU能直接访问的存储器是_Cache和主存储器_ __，不能直接
广东十大最美古村落访问的存储器是_辅助存储器_ 。 2．在有一级Cache的系统中，设主存和Cache的存储周期分别是TM和TC，若不命中率是(1-H)，则CPU访问存储器的平均时间TA＝HTC +(1-H) TA 。 3. 在并行操作的存储器中，有 双端口存储器 、 相联存储器 和多模块交叉存储器等。 4.主存和Cache的映射方式有全相联映射、直接映射和_组相联 _映射三种，其中灵活性大、Cache的行利用率高但速度较慢的映射方式是_全相联映射 。 5.虚拟存储器指的是_主存储器－辅助存储器___这一存储层次，它给用户提供了一个比实际__物理地址______空间大得多的虚拟地址空间。 6.某32位CPU有32根地址线，内存按字节编址，则主存物理存储空间是__4____GB； 虚拟地址码46位，则虚拟存储空间是___64_____TB。 二二二二. 选择题选择题选择题选择题 1. 存储周期是指( C )。 A．存储器的读出时间 B．存储器的写入时间 C．存储器进行连续读或写操作所允许的最短时间间隔 D．
存储器进行连续写操作所允许的最短时间间隔 2. 主存储器和CPU之间增加Cache的目的是 ( B )。 A. 扩大主存的容量 B. 解决CPU与主存之间的速度匹配问题 C. 扩大CPU中通用寄存器的数量 3. 某SRAM芯片，其存储容量为64K×l6位，该芯片的地址线和数据线数目为 ( B )。 A．64，16 B．16，16 C．64，8 D．16，64 4．计算机系统中的存储系统是指（ C ） A. 内存储器 B. 半导体存储器和磁盘存储器 C. 内存储器和外存储器 D. 半导体读写存储器 5. 某4模块交叉存储器，每个模块的存储容量为128K×64位，存储周期为40ns。则存储器的总容量 512 K×64位 。连续启动存储模块的时间τ应为 10 ns。 6．某DRAM芯片，其存储容量为4M×8位，该芯片的地址线采用行、
声音图标没了列地址复用，而且行、列地址位数相同，则该芯片的地址线和数据线数目分别是（ B ）条。 A．11，1 B．11，8 C．22，8 7．相联存储器是按（ C ）进行寻址的存储器。 A . 地址指定方式 B. 堆栈存取方式 C. 内容指定方式 8. 交叉存储器实质上是一种( 模块式 )存储器，它能（并行 ）执行多个独立的读写操作。 A. 模块式，并行 B. 模块式，串行 C. 整体式，并行 9. 活动头磁盘存储器的平均存取时间是指( D )。 A. 平均道时间 B. 最小道时间 C. 平均等待时间 D. 平均道时间加上平均等待时间
10.某机字长为32位，主存容量为1MB，若按字编址，它的寻址范围是( C )。 供选择的答案：A. 0―1M B. 0―512KB C. 0―(256K-1) D. 0―256KB 11. 在Cache的地址映射中，若主存中的任何一块均可映射到Cache的任一行的位置上，则这种方法称为（ B ）。 A. 直接映射 B. 全相联映射 C. 组相联映射 三三三三. 问答题问答题问答题问答题 1．当前存储系统通常采用三级或三级以上的存储结构，试画出三级存储结构的框图，并说明每一级存储器的功能。 答答答答：：：：通常采用三级的存储结构如下图所示，各级存储器的功能如下： 1）. 高速缓冲存储器（Cache） 利用CPU运行程序的局部性原理，Cache存放最活跃的程序和数据；若使CPU访问存储器时在Cache访问到的概率高，则从CPU的角度看存储系统，看到的存储器是Cache的速度。 2）. 主存储器（M.S） 即是主要存储器（主存），存放计算机运行期间的大量程序和数据；既能为CPU直接访问，又能把最活跃的程序和数据存放到Cache中，供CPU使用。 3）. 辅助存储器 存放当前暂不参与运行的程序和数
据，当CPU需要时，再与主存成批交换信息。 由磁盘存储器、光盘存储器和磁带存储器构成。 2．MOS动态存储器为什么要进行刷新？常用
的刷新方式是哪三种？并加以说明？ 答：由于ＭＯＳ动态存储元是以电荷形式存储信息的，栅极电容会缓慢泄放电荷，为维持所存信息，需定时补充电荷，这就是刷新刷新刷新刷新。 常用的刷新方式有三种 ① 集中刷新方式：刷新操作集中进行。 优点：存储器系统的读写周期接近于存储器件的读写周期，速度快。 缺点：刷新期间不能进行读/写（死时间），增加存储管理困难。 ② 分散刷新方式：在每次读/写后都进行一行的刷新操作。 优点: 不存在死时间。 缺点: 刷新占时多，降低了存储系统的速度。 ③异步刷新方式：在行刷新的间隔时间里按序进行一行的刷新操作。
393可安排在存储器不读不写时进行。 优点: 不存在死时间，刷新占时少。 缺点: 控制线路复杂。 3．解决主存与CPU速度不匹配的主要途径有哪些？试加以说明。 答：解决主存与CPU速度不匹配的的主要途径： ①在CPU内部设置多个通用寄存器； ②采用并行操作的存储器； ③在CPU和主存之间插入Cache； ④采用更高速的存储芯片。 由于通用寄存器的速度与CPU匹配，多个通用寄存器可以存放运算的中间结果，减少CPU访存次数；并行操作的存储器有双端口存储器、多模块交叉存储器等。它们能实现并行的操作，速度快。 高速缓冲存储器（Cache）是介于CPU与主存之间的用于存放当前最活跃的程序块和数据的高速、小容量的存储器。Cache是CPU运行程序的局部性原理，使CPU访问内存储器绝大多数都能在Cache访问到，大大提高访问内存的平均时间。 4．什么叫虚拟存储器？其
基本特征是什么？ 答：虚拟存储器是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，借助于磁盘等辅存来扩大主存容量，是指“主存－外存”的存储层次。 虚存空间大于实存空间是虚拟存储器的基本特征；虚存空间是由辅存支持的。 四四四四. 计算题计算题计算题计算题 1. 设存储器容量为64M字，字长为64位，模块数m＝8，分别用顺序和交叉方式进行组织。存储周期T＝48 ns，数据总数宽度为64位，总线传送周期τ=5 ns。求顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少MB/s ？ 解： 8个字的字节数：q＝(64/8)×8＝64 (B) 顺序存储器与交叉存储器读出8个字的时间分别是： t1 ＝8T ＝ 8×48 ＝384×10-9 (s) t 2 ＝T+(m-1)τ＝48+7×(48/8) ＝90×10-9 (s) 则顺序存储器带宽为 W1＝q / t1 ＝0.167×109 (B/s) = 167 (MB/s) 交叉存储器带宽为 W2＝q / t2 ＝0.711×109 (B/s) = 711 (MB/s) 2．某计算机系统的内存储器由Cache和主存构成，Cache的存储周期为5ns，主存的存取周期为30ns。已知在一段给定的时间内，CPU共访问内存6000次，其中300次访问主存。问： ①Cache的命
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