计算机组成原理复习题.docx

填空题1 .计算机系统的层次结构由低级到高级为（微程序设计级）、（一般机器级）、操作系统级、汇编语言级、高级语言级。2 .计算机系统中，传输信息根本有四种方式：（并行传送）、（串行传送）串并行传送、分时传送。3 .Cache的替换算法有（先进先出算法）和（最近最少使用算法）4 .按CPU能否禁止中断的进入分类，中断分为（可屏蔽中断）和（不可屏蔽中断）。5 .CPU的操作控制器有（存储程序型）和（逻辑控制型）、组合型等几种。6 .一个具有k级过程的流水线处理n个任务需要的时钟周期数为（k+n-lh7 .总线可分为（地址总线）（数据总线）和控制总线三类。8 .输入输入设备的编址方式有（存储器映像编址）和（I/O独立编址）。9 .CISC指（复杂指令集计算机），RISC指（精简指令集计算机）。10 .从机器指令的结构分，机器指令由操作码）和1地址码）组成21 .存储器的访问有存储器的读和存储器两种操作。22 .标准的ASCn码用7位二进制表示，共有128个编码。23 .在CaChe的直接映像方式中主存的地址分为区号、块号和块内地址三局部。24 .在cache的全相联映像方式中主存的地址分为主存块号和块内地址两局部。25 .虚拟存储器主要解决主存储器的容量问题。26 .一条指令的格式通常由操作码确定，指令译码器对操作码译码后才能知道指令的功能，同时也明确了指令中个字段的划分。27 .为了执行指令，控制器必须按照一定的时序生成控制信号，生成控制信号的方法主要有硬件连线逻辑方式和微程序方式。28 .条件转移指令可以将比拟操作设计成条件转移指令的一局部，优点是不需要存放器放置条件码，提高执行速度。29 .微程序控制的根本思想是把指令执行所需要的所有控用!|信号存放在一个存储器中，需要时从这个存储器中读取。21 .运算器的功能是进行算数和逻辑运算。22 .为了寻找主存储器某个字节的位置，通常给每个字节编号，这个编号成为存储器的地址。23 .汉字的机内码采用连续的两个字节表示，最高位为1,用于汉字信息的存储等。24 .存储器按照访问方式可分为：随机访问存储器和J顺序访问存储器。25 .控制器根据指令的要求控制和协调其它工作部件。26 .浮点数表示数据时，如果数据的绝对值很小而不能表示时称为数据的下溢。27 .半导体随机访问存储器芯片主要有静态存储器芯片SRAM和动态存储器芯片DRAM。28 .一个指令所包含的数据位数称为指令长度，指令长度应和计算机的字长-*匹配，简化读29 .在CaChe的组相联的映像方式中CaChe地址分为组号、块号和块内地址三局部。30 .零地址指令只有操作数没有地址码，一种情况是不需要操作数，另一种情况是操作数的位置是默认的。31 .运算器的功能是进行算数和逻辑运算。32 .为了寻找主存储器某个字节的位置，通常给每个字节编号，这个编号成为存储器的地址。33 .标准的ASCn码用7位二进制表示，共有128个编码。34 .虚拟存储器主要解决主存储器的容量问题。35 .指令的地址码中可以包括存储器地址、存放器地址和寻址方式三种信息。36 .零地址指令只有操作数没有地址码，一种情况是不需要操作数，另一种情况是操作数的位置是默认（隐含）的。37 .为了执行指令，控制器必须按照一定的时序生成控制信号，生成控制信号的方法主要有硬件连线逻辑方式和微程序。38 .总线从数据的传输方向上可分为单工、半双工和全双工总线。39 .中断的响应和处理由硬件和软件共同完成。计算题31.设x=0.1010,y=0.0011用8位补码运算完成x+y。解：X补=0.1010000（05分）y补=LllOlOOO（0.5分）X补+y补=0.1010000+1.1101000=0.0111000=x+yb（1分）x补+y补=0.1010000+0.0011000=0.110100（1分）所以+y=0.0111（1分）,y=01101（1分）32.将十进制数354转换成二进制数、八进制数、十六进制数和BCD数。解：（1）（354）10=（162.A）16（1分）（2）（354）io=（101100010.1010）2（1分）（354）10=（542.5）8（1分）（354）1obcd（2分）31 .设x=-65,y=-97,采用双符号位8位补码完成x+y；并说明结果情况。解：x补=IoIIIIll（0.5分）y补=100IIIIl（0.5分）双符号位为：Xbk=Iioilllll（0.5分）yk=110011111（0.5分）x补+y补=IlOIIIIII+11001UIl=IOlOIUlO（1分）因为结果双符号位为10,表示溢出。（2分）32 .假设浮点数的尾数为5位补码表示包含符号位，阶码用4位补码表示。用浮点数加法流程计算0.5和-0.4375的和。解：05=01000*2°°0°（1分）-0.4375=-0.1110*21=1.0010*211（1分）对阶LOOIO*2Ul=I1001*2°°0°（1分）位数相加1.LloOl*2°+0.1000*2°=00001*2°（1分）规格化0.0001*2°=01000*23（1分）舍入数据尾数适合5位数据，不需要舍入。31.将十进制数231转换成二进制数、八进制数、十六进制数和BCD数。解：（231）1。=（E7）16（1分）（2） （231）10=（IllOOlin2（1分）（231）10=（347）8（1分）（4） （231）io=（001000110001）BCD（2分）（32） x=0.1100,y=-0.0010,用8位补码运算完成x+y。解：x补=0.1100000（05分）y补=LIIlooOo（0.5分）x补+y补=0.IloOOOo+1.1110000=0.1010000=x+y补（1分）x补+-刃补=01010000+0.0011000=0.1110000（1分）所以x+y=0.101011分），-y=0.Ill（1分）简答题LCPU结构如图B9.1所示，其中有一个累加存放器AC,一个状态条件存放器，各局部之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。（1）标明图中四个存放器的名称。（2）简述指令从主存取到控制器的数据通路。（3）简述数据在运算器和主存之间进行存/取访问的数据通路。答：（l）a为数据缓冲存放器DR,b为指令存放器IR,c为主存地址存放器，d为程序计数器PC。（2）主存M-缓冲存放器DR-指令存放器IR-操作控制器。（3）存储器读：M-DR-ALUfAC存储器写：AC-DRfM2.微指令的根本格式是什么？其根本格式中每一局部有何作用？微指令周期与CPU周期有何关系？机器指令与微指令有何关系？答：（1）微指令的根本结构由“操作控制局部”和“顺序控制局部”组成。操作控制局部发出管理和指挥全机工作的控制信号，其每一位或多个的不同组合表示一个微命令；顺序控制局部决定产生下一条微指令的地址。（2）微指令周期时间与CPU周期时间相等。也即执行一条微指令的时间等于一个机器周期时间。（3）一条机器指令对应一个微程序，一个微程序由假设干条微指令组成，因此一条机器指令的功能是由假设干条微指令实现的，或者说一条机器指令对应多条微指令。33 .简单介绍计算机硬件系统的组成及各部件功能。答：计算机硬件系统由：运算器、控制器、存储器、I/O设备组成。（1分）运算器：完成算数和逻辑运算。（1分）控制器：根据指令的要求控制和协调其他部件工作。（1分）存储器：存储程序和数据。（1分）输入设备：将外部信息以一定格式输入到计算机系统。（05分）输出设备：将计算机系统的信息提供应外部设备。0.5分）34 .简述微程序控制的根本思想。答：把指令执行的所有控制信号放在一个存储器中，需要时从这个存储器读取（1分）。一条指令的功能通常用许多条微指令实现这个微指令序列称为微程序。（2分）计算机运行时,一条一条读出这些微指令，从而产生各种操作的控制信号。（2分）35 .提高存储器速度可采用哪些措施，请说出至少五种措施。答：措施有：采用高速器件（1分）采用CaChe（高速缓冲存储器）1分）采用多体交叉存储器（1分）采用双端口存储器（1分）加长存储器的字长。（1分）36 .请说明指令周期、机器周期、时钟周期之间的关系。答：指令周期是完成一条指令所需的时间。包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。（2分）机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。（2分）时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最根本单位。一个指令周期由假设干个机器周期组成，每个机器周期又由假设干个时钟周期组成。（1分）37 .什么是RISC?RlSC指令系统的特点是什么至少写出4个？答：RISC是精简指令系统计算机（1分）。它有以下特点：选取使用频率最高的一些简单指令；指令长度固定；只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在存放器之间进行;大局部指令在一个机器周期内完成；CPU中通用存放器数量多；以硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制；一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间；指令以流水方式执行（以上8种情况写对一种给05分）38 .一个计算机系统中的总线，大致分为哪几类？答：一个计算机系统中的总线分为三类：同一部件如CPU内部连接各存放器及运算部件之间的总线，称内部总线。（2分）同一台计算机系统的各部件，如CPU、内存、通道和各类DO接口间互相连接的总线，称为系统总线。（2分）多台处理机之间互相连接的总线，称为多机系统总线。（1分）33 .说明计数器定时查询工作原理。答：总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。（1分）总线控制器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。（2分）每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备相一致时，该设备置“BS线，获得总线使用权，此时中止计数查询。（2分）34 .简要描述外设进行DMA操作的过程及DMA方式的主要优点。答：（1）外设发出DMA请求；1分）（2）CPU响应请求，DMA控制器从CPU接管总线的控制；（1分）（3）由DMA控制器执行数据传送操作；1分）（4）向CPU报告DMA操作结束。（1分）主要优点是数据数据速度快（1分）35 .简述通道的根本功能答：（1）接受CPU的输入输出操作命令，并按命令控制外围设备。（1分）（2）从内存中读取通道程序执行，控制外设各种操作。（1分）（3）控制数据在内存和外设间进行传输。（1分）（4）读取外设的状态信息，并提供应CPU或保存在内存中。（1分）5）向CPU发出中断请求。1分）36 .外围设备的I/O控制方式分哪几类？答：程序查询方式（1分）中断方式（1分）直接内存访问（DMA）方式1分）通道方式1分）外围处理机方式（1分）37 .解释指令、微指令及其关系。答：指令，即指机器指令。每一条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。（2分）控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令叫做微命令,而一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。（2分）许多条微指令组成的序列构成了微程序，微程序那么完成对指令的解释执行。（1分）38 .集中式仲裁有几种方式？答：链式查询方式（2分）计数器定时查询方式（2分）独立请求方式（1分）33 .外围设备的I/O控制方式分哪几类？答：程序查询方式；中断方式；直接内存访问（DMA）方式；通道方式；外围处理机方式（每个1分）34 .页式虚拟存储器中，页面不能太大，也不能太小，为什么？通常页面大小为多大？答：页面太小，那么页表的行数会增加，从而页表会增大，页表也占用内存空间，所以内存的利用率会降低。（2分）页面太大，那么每个程序的最后局部不可能都会使用整个页面，平均浪费1/2页面空间，当页面太大时，也会造成主存的利用率降低，同时，页面太大，那么所存放的页就少，命中率也会降低。（2分）通常页面大小为：464Ko（1分）35 .简单介绍计算机硬件系统的组成及各部件功能。答：计算机硬件系统由：运算器、控制器、存储器、I/O设备组成。（1分）运算器：完成算数和逻辑运算。1分）控制器：根据指令的要求控制和协调其他部件工作。（1分）存储器：存储程序和数据。（1分）输入设备：将外部信息以一定格式输入到计算机系统。（0.5分）输出设备：将计算机系统的信息提供应外部设备。0.5分）36 .提高存储器速度可采用哪些措施，请说出至少五种措施。答：措施有：采用高速器件，（1分）采用CaChe（高速缓冲存储器），（1分）采用多体交叉存储器，（1分）采用双端口存储器，（1分）加长存储器的字长。（1分）37 .什么是RISC?RlSC指令系统的特点是什么至少写出4个？答：RlSC是精简指令系统计算机1分）。它有以下特点：选取使用频率最高的一些简单指令；指令长度固定；只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在存放器之间进行；大局部指令在一个机器周期内完成；CPU中通用存放器数量多；以硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制；一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间；指令以流水方式执行。（以上8种情况写对一种给0.5分）38 .请说明指令周期、机器周期、时钟周期之间的关系。答：指令周期是完成一条指令所需的时间。包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。（2分）机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。2分）时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最根本单位。一个指令周期由假设干个机器周期组成，每个机器周期又由假设干个时钟周期组成。（1分）三、名词解释共4小题，每题3分，共计12分）1.DMA；2.中断向量；3.存储器字扩展；4.分散式存储器刷新答：DMA:直接内存存取，指外设与内存直接交换信息而不经过CPU。中断向量：中断效劳程序的入口地址。存储器字扩展：增加存储器中字的数量，即存储器寻址空间的扩展。分散式存储器刷新：动态存储器采用了电容作为存储元件，电容具有放电特性而导致信息丧失。为防止信息丧失必须对存储器内容进行定期。在分散式存储器中，存储器的存取周期被分成二个阶段，第一阶段用于正常读写，第二阶段用于对存储器内容进行刷新以防止信息丧失。五、设计与计算共10小题，每题10分，共计10分）：一个4K*16位的存储器，由2K*8位的DRAM存储芯片构成，问：需要多少块DRAM芯片？设计此存储器的组成框图，并注明与CPU的主要连接注明地址线、数据线、片选线、读写控制线的连接。答：需要的芯片数=4*16/（2*8）=4组成示意图如下：五.应用题（每题10分，共30分）39.某计算机有8条微指令IlR,每条微指令所包含的微命令如下表所示:微指令微命令abCdefghiJIlVVVVV12VVVV13VV14V15VVVV16VVV17VVV18VVV其中：a-j对应10种不同性质的微命令信号，假设一条微指令的控制字段为8位，试安排微指令控制字段格式，并将全部微指令代码化。解：（1）采用字段编码法和直接控制法相结合安排控制字段格式（1分）（2）把互斥的微命令b、i、j放在字段l,e、f、h放在字段2,实行字段编码，兼容的微命令a、c、d、g放在不同的段内，操作控制字段格式如下：（3分）无bi无efjhIalCldlgl字段II字段2Ia,c,d,g各占1位，字段L字段2,各占2位，共8位，（3）字段1译码器输出的微命令为：OO无，01b,10i,11j（1分）字段2译码器输出的微命令为：00无，01e,10f,11h（1分）（4）8条微指令代码为11：11100101（0.5分）I2:10110010（0.5分）I3:00000111（0.5分）I4:01000000（05分）I5:01011001（05分）I6:10001111（0.5分）I7:01100011（0.5分）I8:10000111（0.5分）40.假设机器字长36位，采用三地址格式访存指令，共完成54种操作，操作数可在IK地址范围内寻找,写出该机器的指令格式。解：2»54的最小整数是6,所以操作码需用6位。（2分）210=lK,所以操作数地址码需用10位。（2分）格式如下6101010OPD1D2Ds（2分）0P:操作码6位D1：第一操作数地址，10位D2：第二操作数地址，10位D3：第三操作数地址，10位4分）41.用16KX8位的SRAM芯片构成64KX16位的存储器，1数据存放器多少位？2地址存放器多少位？3需要多少芯片？4画出该存储器的组成逻辑框图,注明与CPU的主要连接注明地址线、数据线、片选线、读写控制线的连接。解：数据存放器16位（1分）（2）地址存放器16位（1分）（3）需要芯片个数=64KX1616KX8=8片（1分）（4）用位扩展对字长进行扩充,字扩展对寻址空间进行扩充（1分）（6分）五.应用题(每题10分，共30分)39.假设机器字长16位，单操作数指令格式如下：OPlMlD538其中：D为形式地址，补码表示包括一位符号位M为寻址方式：M=O立即寻址M=I直接寻址此时D为无符号数M=2间接寻址求：1该指令格式能定义多少种不同操作？2M=O时操作数的范围是多少？3M=I时能访问的最大主存区为多少机器字？4M=2时能访问的最大主存区为多少机器字？(5)假设地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数、双操作数三类，双操作数指令有A条，无操作数指令有B条，单操作数指令最多可有多少条？解：(1)该指令格式能定义：25=32种不同操作(2分)(2) M=O时操作数的范围是：128+127(2分)(3) M=I时能访问的最大主存区为：2廷256个机器字(2分)(4) M=2时能访问的最大主存区为：28.28=64K个机器字(2分)(5)单操作数指令最多可有：*26B/26条(2分)40.某计算机有4台硬磁盘机，每台有6片磁盘，每片有两面，存储区域内径22cm,外径33cm,道密度40道/cm,每道有64个扇区，内层位密度400位/cm,转速2400转/分，问：(1)该盘共有多少柱面？12)一台磁盘存储容量是多少？(3)数据传输率是多少？4平均等待时间是多少？15)给出磁盘地址格式方案？解：(1)40*(33-22)/2=220共有220个圆柱面(2分)(2)内层磁道周长=2*3.1415926*11=69.08cm每道信息量=400*69.08=27632位=3454B看面信息量=3454*220=759880B硬盘总容量=759880B*10=7.25MB(2分)(3)数据传输率=2400*3454=13816Bs(2分)(4)平均等待时间=60*1/2400/2=12.5ms(2分)(5)1918171413650磁盘机号磁面号磁道号扇区号2分）41.CPU结构如下图，其中有一个累加存放器AC,一个状态存放器，各局部之间的连线表示数据通路,箭头表示信息传送方向。（1）标明图中四个存放器a,b,c,d的名称。（2）写出指令从主存到控制器的数据通路。（3）写出数据在运算器和主存之间进行存/取访问的数据通路。解：（1）a为数据缓冲存放器DR（1分）b为指令存放器IRa分）C为主存地址存放器口分）d为程序计数器PC4分）（2）主存M-缓冲存放器DR-指令存放器IR-操作控制器。2分）（3）存储器读：M-DR-ALU-AC（2分）存储器写：ACfDR-M（2分）五、应用题每题10分，共30分39 .某双面磁盘每面有220道，内层磁道周长70cm,位密度400位/cm,转速3000转/分，问：（1）磁盘存储容量是多少？（2）数据传输率是多少？解：（1）每道信息量=400位/cmX70cm=28000位=3500B每面信息量=3500BX220=770000B磁盘总容量=770000B×2=1540000B（5分）（2）磁盘数据传输率磁盘带宽）Dr=r×NN为每条磁道容量N=3500Br为磁盘转速r=3000转/60s=50转/s所以Dr=50/sX3500B=175000Bs（5分）40 .设某台计算机有100条指令：1采用固定长度操作码，试设计其操作码编码及平均码长。2假设100条指令中有10条使用概率为90%,其余指令使用概率为10%。采用不等长指令试设计一种编码方案和平均长度。解：（1）采用固定长度操作码需要7位操作码。编码从Oooooo01100011。平均码长为7位4分）（2）不等长指令编码方案OO（XnOOl十个常用指令1010000011111001剩余90个不常用指令（4分）平均指令长度=4*90%+8*10=4.4位（2分）41.用16K×8位的SRAM芯片构成64KX16位的存储器，1数据存放器多少位？2地址存放器多少位？3需要多少芯片？4画出该存储器的组成逻辑框图,注明与CPU的主要连接注明地址线、数据线、片选线、读写控制线的连接）。41.（1）数据存放器16位（1分）2）地址存放器14位（1分）需要芯片个数=16KX164KX8=8片（1分）4）用位扩展对字长进行扩充,字扩展对寻址空间进行扩充（1分）数据线（低8位）