计算机组成原理
期末考试复习题，很厉害！ 一、选择题 （ c ）在以下四句话中，以下哪一项最能准确反映计算机的主要功能。 A计算机可以存储大量信息 B计算机可以取代人们的脑力劳动 C计算机是一种信息处理机 D计算机可以实现高速运算 （ c ）计算机硬件只能直接执行以下哪一项。 A．符号语言 B．汇编语言 C．机器语言 D机器语言和汇编语言 （ c ）以下是运算器的核心部件。 A．数据总线 B．数据选择器 C.算术逻辑操作部件 D累加寄存器 （ c ）4.对于存储器的主要储器的主要作用是正确的。 A．存放程序 B．存放数据 C存储程序和数据 D存储微程序 （ c ）到目前为止，计算机中包含的所有信息仍以二进制的形式表示，原因如下。 A．节约元件 B．运算速度快 C物理器件的性能决定 D信息处理方便 （ a ）6、CPU存储存储器中存储数据的寄存器有几个寄存器。 A地址寄存器 B程序计数器 C数据寄存器 D指令寄存器 （ d？ ）7、CPU中有若干寄存器，其中存放机器指令的寄存器是下面哪项。 A地址寄存器 B程序计数器 C指令寄存器 D数据寄存器 （ c ）8、CPU存放多个寄存器CPU下一个指令地址的寄存器是以下哪一个？ A地址寄存器 B数据寄存器 C程序计数器 D指令寄存器 （ c）9、CPU中程序状态寄存器（n-结果为负，z-结果为0，v-结果溢出，c进位和借位)中的每个状态标志位都是基于以下哪一个。 A．CPU已执行的指令 B．CPU要执行的指令 C上次算术逻辑部件的计算结果 D。累加器中的数据 （ b ）10.为了协调计算机各部件的工作，需要提供统一的时钟。 A.总线缓冲器 B时钟发生器 C.总线控制器 D操作命令发生器
（ c ）11.以下数制中最小的数字是哪一个？ A．(101001)2 B．(52)8 C．（101001）BCD D．(233)H （ d ）12.以下数字中最大的数字是以下哪一 A．(1001011)2 B．75 C．(112)8 D．(4F)H （ b ）13、将十进制数15/2表示为二进制浮点规格化数(阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数4位)。 A．01101110 B．01101111 C．01111111 D．11111111 （ a ）14.以下哪种编码可以找到两个错误并纠正一个错误。 A．海明码 B．CRC码 C．偶校验码 D．奇校验码 （ ）15.假设下面的字符码中有奇偶校准位置，但没有数据错误。下面哪个字符码是偶偶校准的。 A．11001011 B．11010110 C．11000001 D．11001001 （ c ）16、下列存储器中，速度最慢的是下面哪项。 A半导体存储器 B光盘存储器 C磁带存储器 D硬盘存储器 （ c ）17、某一SRAM芯片，容量16K×一位，其地址线数下哪个正确。 A．18根 B．16K根 C．14根 D．22根 （ b ）在以下部件(设备)中，存取速度最快的是度最快。 A光盘存储器 B．CPU的寄存器 C软盘存储器 D硬盘存储器 （ a ）19、在主存和CPU之间增加Cache目的如下。 A．解决CPU与主存之间的速度匹配 B．增加CPU通用寄存器的数量 C．代替CPU寄存器工作 D扩大主存容量 （ d ）计算机存储器采用分级存储系统的目的如下。 A便于读写数据 B减小机箱体积 C便于系统升级 D.解决存储容量、价格与存取速度的矛盾 （ a ）21、某SRAM芯片的容量为1K×8位，加上电源端和接地端，芯片的引出线最少数量正确。 A．20 B．24 C．50 D．30 （ a）常用的虚拟存储器由两级存储器组成，以下说法正确。 A主存-辅存 B快存-主存 C快存-辅存 D一般寄存器-主存 （ b）23、在Cache的地址映射中，若主存中的任意一块均可映射到Cache在任何快速位置，以下哪一个符合这一特点。 A．直接映射 B.全相联映射 C组相联映射 D．混合映射 （ b）24.指令系统中使用不同寻址方法的主要目的是以下项目。 A. 实现程序控制，快速查找存储器地址 B. 缩短指令长度，扩大搜索空间，提高编程灵活性 C. 可直接访问主存和外存 D. 降低指令译码难度 （ d ）25、CPU组成不包括以下哪一项。 A指令寄存器 B地址寄存器 C指示译码器 D地址译码器 （ c ）26.程序计数器PC在以下哪些部件中。 A．运算器 B．存储器 C．控制器 D．I/O接口 （ b）27、CPU内通用寄存器的位数取决于以下哪一个。 A存储容量 B．机器字长 C指令长度 D．CPU的管脚数 （ b ）28.由硬件逻辑电路组成的控制器也称为以下名称。 A存储逻辑控制器 B组合逻辑控制器 C微程序控制器 D．运算器 （ c ）直接转移指令的功能是将指令中的地址代码发送到下面的哪个部分。 A．累加器 B地址寄存器 C．PC寄存器 D．存储器 （ b ）状态寄存器用于存储以下内容。 A算术运算结果 B。算术、逻辑操作和测试指令的结果状态 C．运算类型 D.逻辑操作结果 （ d ）31.微程序放在下面的哪个部中。 A指令寄存器 B．RAM C．内存 D控制存储器 （ b ）32.在微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是正确的。(答案错误) A. 每个机器指令都由一个微指令执行 B由机器指令组成的程序可以由微指令执行 C. 每个机器指令由一个由微指令编成的微程序解释和执行(正确答案C） D. 一个微指令由几个机器指令组成 （ b ）33.异步控制通常是以下主要控制方法。 A. 微型机的CPU控制中 B. 单总线计算机结构计算机中访问主存和外部设备时 C。组合逻辑CPU控制中 D. 在微程序控制器中 （ d ）在显示器的技术指标中，数据640×480，1024×768等表示以下特征。 A．显示器屏幕的大小 B显示字符的最大行数和列数 C显示器的颜色指标 D显示器的分辨率 （ b ）35.主机和外设不能平行工作的方式有哪些？ 。 A．中断方式 B。程序查询方法 C．通道方式 D．DMA方式 （ b ）36、在I/O在单独(独立)编址下，以下说法哪个正确。 A具体地址只能对应输入输出设备 B具体地址可对应输入输出设备或内存单元 C具体地址只能对应内存单元 D.只对应内存单元或只对应对应I/O设备 （ d ）以下哪一项可以完成禁止中断的功能。 A中断触发器 B禁止触发器中断 C中断屏蔽触发器 D允许触发器中断 （ c ）38.在微机系统中，主机和高速硬盘的数据交换通常采用以下方式。 A程序中断控制 B直接控制程序 C．DMA方式 D．通道方式 （ c ）39、常用于大型计算机的控制方式是下面哪项。 A程序中断控制 B直接控制程序 C．通道方式 D．DMA方式 （ c ）以下哪一项是关于中断的不正确讨论。 A.可实现多道程序、分时操作、实时操作 B中断硬盘可能导致数据丢失 C．CPU和I/O设备可以平行工作，但设备间不能平行工作 D计算机的中断源可以来自主机或外设 （ c ）41、DMA传输方式数据的单位是以下哪一项。 A．字节 B．字 C．数据块 D．位 （ a）42、DMA在哪两个设备之间建立直接数据通道的方法。 A主存与外设 B．CPU与外设 C外设与外设 D．CPU与主存 （ b ）43.信息只使用一条传输线，脉冲传输的方式如下。 A．并行传输 B．串行传输 C并串行传输 D．分时传输 （ b）44.在哪种总线结构的计算机系统中，主存储单元可以统一编制外设地址。 A．三总线 B．单总线 C．双总线 D以上三种都可以 （ d ）45、系统总线中地址线的功能，以下说法正确。 A选择主存单元地址 B.用于选择信息传输的设备 C选择外存地址 D用于指定主存和I/O设备接口电路地址
（ a ）46、有一个CRT的分辨率是1024×768像素，颜色为256色，刷新以下内存容量。A．768KB B．512KB C．256KB D．2MB
（ a ）47、10进制数5单精度浮点数IEEE754代码是以下哪一个？ A．01000000101000000000000000000000 B．11000000101000000000000000000000 C．01100000101000000000000000000000 D．11000000101000000000000000000000
例3:单精度浮点数求十进制数-5IEEE754代码。 解: -5=-101B=-1.01×22,阶码E=127 2=129=10000001B IEEE754代码是1 10000001 01000000000000000000000
例4：求十进制数0.单精度浮点数15625IEEE754代码。 解: -0.15625=-1.01×2-3,阶码E=127-3=124=01111100B IEEE754代码是1 01111100 01000000000000000000000
（ a ）48.在微机系统中，外设与主板系统总线连接。 A．适配器 B设备控制器 C．计数器 D．寄存器
二、填空题 1、计算机的件包括 运算器 、 控制器 、 存储器 、输入设备和输出设备五部分。 2、总线一般可分为三类，它们分别是 地址总线 、 数据总线 和 控制总线 。 3、将二进制数01100100转换成十进制数是 100 ，转换成八进制数是 144 ，转换成十六进制数是 64H 。 4、在一个8位的机器系统中，补码表示数的范围从 -128 到 +127 。 5、CPU能直接访问 主存 和 Cache ，但不能访问 外存 和 I/O设备 。 6、Cache的映射方式有 直接映像 、 全相联映像 和 组相联映像 三种。其中 组相联映像 方式，适度地兼顾了前两者的优点又尽量避免其缺点，比较理想。 7、磁盘的寻址信息格式由驱动器号、盘面号、磁道号 、扇区号四部分组成。 8、目前的CPU包括 运算器 ， 控制器 和CACHE（一级）。 9、在程序执行过程中，控制器控制计算机的运行总是处于 取指令 、分析指令和 执行指令 的循环之中。 10、微程序入口地址是 译码器 根据指令的 操作码 产生的。 11、微程序控制器的核心部件是 控制存储器 ，它一般用 只读存储器 构成。 12、微指令执行时，产生后继微地址的方法主要有 计数器方式 、断定方式 等。 13、一条机器指令的执行可与一段微指令构成的 微程序 相对应，微指令可由一系列 微命令 组成。 14、保存当前栈顶地址的寄存器叫 栈顶指针SP 。 15、实现输入输出数据传送方式分成三种： DMA方式 、 中断方式 和程序控制方式。 16、计算机中各功能部件是通过总线 连接的，它是各部件间进行信息传输的公共通路。 17、计算机中总线的两个主要特征是 分时 和 共享 。 18、计数制中使用的数据个数被称为 基 。 19、在用 补码 表示的机器数中，零的编码是唯一的。 20、信息的数字化编码是指 用0或1的二进制编码，并选用一定的组合规则来表示信息 。 21、一个定点数由 符号位 和 数值域 两部分组成。根据小数点位置不同，定点数据有 和 纯小数 和 纯整数 两种表示方法。 22、移码常用来表示浮点数的 阶码 部分，移码和补码比较，它们除 符号位 外，其他各位都 相同 。 23、码距的定义是 编码系统中任两个合法码之间的最少二进制位数的差异 。 24、8421码用二进制求和时，当和超过 9 时，需要做 加6调整 修正。 25、有二进制数D4D3D2D1，奇偶校验值用P表示，则奇校验为 P=D4+D3+D2+D1 ，偶校验为 P=D4+D3+D2+D1 ，奇偶校验只能检测 奇数个错 ，无法检测 偶数个错 。 26、在浮点加减法运算中，当运算结果的尾数的绝对值大于1时，需要对结果进行 向右规格化 ，其操作是 尾数右移一位，右边补一个0，阶码减1，直到尾数绝对值>=0.5 。 27、闪速存储器能提供 高性能、低功耗、高可靠性 以及 瞬时启动 能力，为现有的 存储器 体系结构带来巨大变化，因此作为 固态盘 用于便携式电脑中。 28、一个完整的磁盘存储器由三部分组成，其中 磁盘驱动器 又称磁盘机或磁盘子系统，是独立于主机的一个完整的设备， 磁盘控制器 是磁盘机与主机的接口部件， 磁记录介质 用于保存信息。 29、CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器为 指令寄存器IR ，保存下一条指令地址的寄存器为 程序计数器PC 。 30、沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数称为__道密度 ，而磁道单位长度上能记录的二进制代码位数称为__位密度 _。
三、简答题 1、试述浮点数规格化的目的和方法。 答：浮点的规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效数位。当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后的第一位不相等，则被定义为已规格化的数，否则便是非规格化数。通过规格化，可以保证运算数据的精度。 方法：进行向左规格化，尾数左移一位，阶码减1，直到规格化完毕。
2、简述循环冗余码（CRC）的纠错原理。 答：CRC码是一种纠错能力较强的校验码。在进行校验时，先将被检数据码的多项式用生成多项式G（X）来除，若余数为0，说明数据正确；若余数不为0，则说明被检数据有错。 只要正确选择多项式G（X），余数与CRC码出错位位置的对应关系是一定的，由此可以用余数作为判断出错位置的依据而纠正出错的数据位。
3、DRAM存储器为什么要刷新？有几种刷新方式? DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息。由于存储的信息电荷终究是有泄漏的，电荷数又不能像SRAM存储元那样由电源经负载管来补充，时间一长，信息就会丢失。为此必须设法由外界按一定规律给栅极充电，按需要补给栅极电容的信息电荷，此过程叫“刷新”。 ① 集中式—正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。 ② 分散式—将一个存储系统周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。 ③ 异步式—前两种方式的结合，每隔一段时间刷新一次，保证在刷新周期内对整个存储器刷新一遍。
4、CPU中有哪些主要寄存器？简述这些寄存器的功能。 （1） 指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。 （2） 程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。 （3） 地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。 （4） 缓冲寄存器（DR）： <1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。 <2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。 <3>在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。 （5） 通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。 （6） 状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。 · 5、中断处理过程包括哪些操作步骤？ 关闭中断标识 ,重要数据入栈, 处理中断服务功能, 数据出栈, 恢复中断标识, 开中断.
6、DMA方式和程序中断方式比较有什么不同？ DMA：采用内在和外设直接数据交换的方式，只有当有一段数据传送时才会请求CPU中断， 减少了CPU的负担。 程序中断：只适用于简单的少量外设的计算机系统，会耗费大量的CPU时间，当有大量中断时容易导致数据的丢失。
7、按照冯．诺依曼原理，现代计算机应具备哪些功能？ 答：按照冯．诺依曼原理，现代计算机应具备以下5个功能： ⑴ 输入输出功能：能把原始数据和解题步骤及中间结果接收下来（输入），把计算结果与计算过程中出现的情况告诉（输出）给用户。 ⑵ 记忆功能：应能“记住”原始数据、解题步骤及中间结果。 ⑶ 计算功能：应能进行一些最基本的运算。这些基本运算能组成人们所需要的复杂运算。 ⑷ 判断功能：计算机在进行一步操作后，应能从预先无法确定的几种方案中选择一种操作方案。 ⑸ 自我控制功能：计算机应能保证程序执行的正确性和各部件间的协调性。
8、用二进制数表示一个四位十进制的整数最少需要几位（不含符号位）。 解：2X＝104，N＝4×1/㏒2＝14位。
9、某机器字长16位，浮点表示时，其中含1位阶符、5位阶码、1位尾符、9位尾数，请写出它能表示的最大浮点数和最小浮点数。 解：最大浮点数＝2+21×（1－2-9） 最小浮点数＝－2+31×（1－2-9）。
10、字符“F”的ASCII码为46H，请写出它的奇校验码和偶校验码（假定校验位加在最高位）。 解：字符“F”的ASCII码为46H，奇校验码为10110110（B6H），偶校验码为00110110（36H）。
11、试比较定点带符号数在计算机内的四种表示方法。 答：带符号数在计算机内部的表示方法有原码、反码、补码和移码。 原码表示方法简单易懂，实现乘、除运算简单，但用它实现加、减运算比较复杂。 补码的特点是加、减法运算规则简单，正负数的处理方法一致。 反码通常只用来计算补码，由于用反码运算不方便，在计算机中没得到实际应用。 移码由于保持了数据原有的大小顺序，便于进行比较操作，常用于浮点数中的阶码，使用比较方便。
12、在检错码中，奇偶校验法能否定位发生错误的信息位？是否具有纠错功能？ 答：⑴不能。 ⑵没有。
13、简述CPU的主要功能。 CPU：包括运算器和控制器。基本功能为：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
14、一个较完善的指令系统应包括哪几类？ 数据传送指令、 算术运算指令、逻辑运算指令、 程序控制指令、 输入输出指令、 字符串指令、特权指令等。
15、指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据。 1.指令和数据分开存放 2.设置程序计数器PC，存放当前指令所在的存储单元。
16、外围设备的I/O控制方式分哪几类？各具什么特点？ （1） 程序查询方式：CPU的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简单 （2） 程序中断方式：一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，节省了CPU的时间，但硬件结构相对复杂一些。 （3） 直接内存访问（DMA）方式：数据传输速度很高，传输速率仅受内存访问时间的限制。需更多硬件，适用于内存和高速外设之间大批交换数据的场合。 （4） 通道方式：可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，大大提高了CPU的工作效率。 （5） 外围处理机方式：通道方式的进一步发展，基本上独立于主机工作，结果更接近一般处理机。
17、请说明指令周期、机器周期、时钟周期之间的关系。 时钟周期是最基本的时间单位 一般是10ns 机器周期是读一条指令最少的时间 一般是12倍的时钟周期 指令周期是读出指令并且执行指令的时间 一般是几个机器周期
18、CPU响应中断应具备哪些条件？ ※允许中断触发器为“1”状态； ※ CPU结束了一条指令的执行过程； ※新请求的中断优先级较高； 19、比较水平微指令与垂直微指令的优缺点。 (1)水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令则较差。 (2)水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。 (3)由水平型微指令解释指令的微程序，有微指令字较长而微程序短的特点。垂直型微指令则相反。 (4)水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说，比较容易掌握。
四、综合应用题 1、设有一个具有24位地址和8位字长的存储器，求： （1）该存储器能存储多少字节的信息？ （2）若存储器由4M×1位的RAM芯片组成，需要多少片？ （3）需要哪种译码器实现芯片选择？ 解：⑴ 存储单元数为224＝16M＝16777216，故能存储16M字节的信息。 ⑵ 由于存储容量为16MB（8位字长），每4M字节需要4片（位并联方式），故需芯片数为16/4×8＝32片。 ⑶ 若用32片组成一个16M（8位字长），地址总线的低22位可直接连到芯片的A0-A21管脚，而地址总线的高2位（A22，A23）需要通过2：4线译码器进行芯片选择。存储器组成方案为位并联和地址串联相结合的方式。
存储器24位地址（A23-A0），而单个芯片22位地址（A21-A0）， 32片，8个芯片一组，共4组。所以采用2：4译码器。 组成方案为：地址串联，位并联。
2、下图表示使用页表的虚实地址转换条件，页表存放在相联存储器中，其容量为8个存储单元，求： 页号 该页在主存中的起始地址 33 42000 25 38000 7 96000 6 60000 4 40000 15 80000 5 50000 30 70000 （1）当CPU按虚拟地址1去访问主存时，主存的实地码是多少？ （2）当CPU按虚拟地址2去访问主存时，主存的实地码是多少？ （3）当CPU按虚拟地址3去访问主存时，主存的实地码是多少？ 解：⑴ 用虚拟地址为1的页号15作为页表检索项，查得页号为15的页在主存中的起始地址为80000，故将80000与虚拟地址中的页内地址码0324相加，求得主存实地址码为80324。 ⑵ 同理，主存实地址码＝96000＋0128＝96128。 ⑶ 虚拟地址为3的页号为48，查页表时，发现此页面没在页表中，此时操作系统暂停用户作业程序的执行，转去查页表程序。如该页面在主存中，则将该页号及该页在主存中的起始地址写入主存；如该页面不在主存中，则操作系统要将该页面从外存调入主存，然后将页号及其主存中的起始地址写入页表。
3、某磁盘组有4个盘片，5个记录面，每个记录面的内磁道直径为22cm，外磁道直径为33cm，最大位密度为1600b/cm，道密度为80道/cm，转速7200转速/分。 ⑴ 磁盘的总存储容量（非格式化）？ 最内圈磁道的容量=223.141600字节/道 磁道数=（33-22）/2*80字节 每面 ⑵ 最大数据传输率是多少？ 解：⑴ 总容量＝每面容量×记录面数 每面容量＝某一磁道容量×磁道数 某磁道容量＝磁道长×本道位密度 所以，最内圈磁道的容量＝1600×22×3.14＝110528字节/道 磁道数＝存储器域长×道密度＝（33—22）/2×80＝253616000字节 ⑵ 最大数据传输率＝转速×某磁道容量＝7200/60×110528＝13263360字节/秒
4、某磁盘存储器的转速为3000转/分，共有4个记录面，每毫米5道，每道记录信息为12288B,最小磁道直径为230mm,共有275道.问： (1) 磁盘存储器的存储容量是多少？ (2) 最大位密度，最小位密度是多少？ (3) 磁盘数据传输率是多少？ (4) 平均等待时间是多少？ 解： ⑴ 磁盘存储器的存储容量=4×275×12288=13516800字节 ⑵ 因为最小半径R1=230/2=115， 最小磁道长度为2πR1=2×3.14159×115=722.57mm 所以最高位密度=12288/722.57=17字节 又因为最大半径R2=R1+275/5=115+55=170 最大磁道长度为2πR2=2×3.14159×170=1068 所以最低位密度=12288/1068=11.5字节 ⑶ 磁盘数据传输率c=r×N r=3000/60=50转/秒；N=12288字节/道 所以c=50×12288=614400字节。 ⑷ 平均等待时间 = 旋转一圈时间的一半 = 1/（2×r）=1/(2×50)=10ms
5、有一个16K×16位的存储器，由1K×4位的DRAM芯片构成（芯片是64×64结构）问： （1）共需要多少RAM芯片？ （2）画出存储体的组成框图。 （3）采用异步刷新方式，如单元刷新间隔不超过２ms，则刷新信号周期是多少？ 解：（1）存储器的总容量为16K×16位=256K位，用DRAM芯片为1K×4位=4K位， 故芯片总数为： 256K位/4K位 = 64片 （2）由于存储单元数为16K，故地址长度为14位（设A13~A0）。 芯片单元数为1K则占用地址长度为10位（A9~A0）。 每一组16位（4片），共16组，组与组间译码采用4：16译码。 组成框图如图所示。
(3) 采用异步刷方式，在2ms时间内分散地把芯片64行刷新一遍，故刷新信号的时间间隔为2ms/64 = 31.25μs，即可取刷新信号周期为30μs。
7、CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为1900次，主存完成存取的次数为100次，已知cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns，问： （1）cache/主存系统的效率是多少； （2）平均访问时间是多少； 解：h=Nc /(Nc +Nm )=1900/(1900+100)=0.95 r=tm /tc =250ns/50ns=5 e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)×0.95)=83.3% ta =tc /e=50ns/0.833=60ns
8、某计算机系统的内存由Cache和主存构成，Cache的存取周期为45ns，主存的存取周期为200ns。已知在一段给定的时间内，CPU共访问内存4500次，其中340次访问主存，求： （1）Cache的命中率是多少？ （2）CPU访问内存的平均访问时间是多少？ （3）Cache/主存系统的效率是多少？ 解：⑴ 命中率H＝（4500－340）/ 4500＝0.92。 ⑵ CPU访存的平均时间T＝0.92×45＋(1－0.92)×200＝57.4ns ⑶ cache-主存系统的效率e＝45/57.4=78℅
9、已知cache/主存系统效率为85%，平均访问时间为60 ns，cache比主存快4倍，求主存存储器周期是多少？cache 命中率是多少？ 因为 Ta=Tc/e 所以 Tc=Ta×e =60×0.85=51ns (cache存取周期)； r=4, Tm=Tc×r =510×4 =204ns (主存存取周期)； 因为 e =1/[r+(1-r)H] 所以H= 2 .4/2.55 = 0.94；
15、已知cache命中率Ｈ＝0.98，主存比cache慢４倍，已知主存存取周期为200ns，求cahce／主存系统的效率和平均访问时间。 ∵ r = t m/t c = 4 ∴ t c = t m /4 = 50ns e = 1/[r+(1-r)h] = 1/[4+(1-4)×0.98] t a = t c /e = t c ×[4-3×0.98] = 50×1.06 = 53ns。
10、用异步方式传送ASCII码，数据格式为：数据位8位、奇校验位1位、停止位1位。当波特率为4800b/s时，每个字符传送的速率是多少？每个数据位的时间长度是多少？数据位的传送速率又是多少？ 解：每个字符包含10位，因此字符传送速率为：4800÷10＝480字符/s 每个数据位长度T＝1÷4800≈0.208ms 数据位传输速率为8×480＝3840位/秒。
11、假定某外设向CPU传送信息最高频率为40K次/秒，而相应中断处理程序的执行时间为40μS，问该外设能否用中断方式工作？ 解：外设传送一个数据的时间＝1/40×＝25μS，所以请求中断的周期为25μS，而相应中断处理程序的执行时间为40μS，这样会丢失数据，故不能采用中断方式。
12、在一个16位的总线中，若时钟频率为100MHz，总线数据周期为5个时钟周期传输一个字。试计算总线的数据传输率。 解：时钟频率为100MHz，所以 5个时钟周期＝5×10ns＝50ns 数据传输率＝16bit/0.5ns＝40×106字节/秒
13、⑴某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，若一个总线周期等于一个时钟周期，总线频率为33MHz，问总线带宽是多少？ ⑵若一个总线周期中并行传送64位数据，总线时钟提高为66MHz，问总线带宽是多少？ ⑶分析影响带宽的有哪些因素？ 解：⑴设带宽用Dr表示，总线时钟周期用T＝1/f 表示，一个总线周期传送的数据量用D表示，根据定义可得 Dr＝D/T＝D×f＝4B×33×106/S＝132MB/S ⑵因为64位＝8B，所以Dr＝D/T＝D×f＝8B×66×106/S＝528MB/S ⑶总线带宽是总线能提供的数据传送速率，通常用每秒传送信息的字节数（或位数）来表示。影响总线带宽的主要因素有：总线宽度、传送距离、总线发送和接收电路工作频率限制及数据传送形式。
14、在异步串行传输系统中，若每秒可传输20个数据帧，一个数据帧包含1个起始位、7个数据位、一个奇校验位和1个结束位。试计算其波特率和比特率。 解：波特率＝（1+7+1+1）×20＝200b/s，比特率＝20×7＝140b/s。
16、设有两个十进制数：x= -0.875×21，y=0.625×22。 （1）将x，y的尾数转换为二进制补码形式。 （2）设阶码2位，阶符1位，数符1位，尾数3位。通过补码运算规则求出z=x-y的二进制浮点规格化结果。 答:(1)设S1为X的尾数,S2为Y的尾数, 则S1=(-0.875)10=(-0.111)2,[S1]补=1.001, S2=(0.625)10=(+0.101)2,[S2]补=0.101. (2) 对阶: 设X的阶码为JX,Y的阶码为JY,JX=(+01)2,JY=(+10)2, JX-JY=(-01)2,小阶的尾数S1右移一位S1=(-0.0111)2,JX阶码加1,则JX=(10)2=JY,S1经舍入后,S1=(-0.100)2, 对阶完毕.X的补码浮点格式:010 1100,Y的补码浮点格式:010 0101. 尾数相减: [S1]补=11.100,[-S2]补=11.011,[S1-S2]补=[S1]补+[-S2]补=10.111,尾数求和绝对值大于1,尾数右移一位,最低有效位舍掉,阶码加1, 则[S1-S2]补=11.011(规格化数),JZ=11 规格化结果:011 1011 17、设机器字长16位，主存容量128K字节，指令字长度16位或32位，共78条指令，设计计算机指令格式，要求有直接，立即数，相对，变址四种寻址方式。 参考此例： 某计算机字长为16位，主存容量为64K字，采用单字长单地址指令，共有40条指令。试采用直接、立即、变址、相对四种寻址方式设计指令格式。 答：根据题意， 40种指令至少需6位OP； 四种寻址方式至少需用2位表示； 主存为640K，则地址需要20位，而机器字长为16位，所以只能用分段方式来实现，设段寄存器为16位，作为段内地址的位移量可以在指令指定的寄存器中，可设计如下格式： 15 10 9 8 7 0 OP X(2) D(8) X = 00 直接寻址方式 E = D X = 01 立即寻址方式 X = 10 变址寻址方式 E = （R）+D X = 11 相对寻址方式 E = （PC）+D
18、有一台磁盘机，其平均寻道时间为30ms,平均旋转等待时间为10ms,数据传输率为500B/ms,磁盘机口存放着1000件，每件3000B的数据，现欲把一件件数据取走，更新后再放回原地，假设一次取出或写入所需时间为：平均寻道时间 + 平均等待时间 + 数据传送时间，另外使用CPU更新信息所需的时间为4ms,并且更新时间因输入输出操作不相重叠，试问： （1） 更新磁盘上全部数据需多少时间？ （2） 若磁盘机旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需多少时间？ 参考此例： 14．有一台磁盘机，其平均寻道时间为了30ms,平均旋转等待时间为120ms，数据传输速率为500B/ms，磁盘机上存放着1000件每件3000B 的数据。现欲把一件数据取走，更新后在放回原地，假设一次取出或写入所需时间为： 平均寻道时间+平均等待时间+数据传送时间 另外，使用CPU更新信息所需时间为4ms, 并且更新时间同输入输出操作不相重叠。 试问： （1） 盘上全部数据需要多少时间？ （2） 若磁盘及旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需要多少间？
解：（1）磁盘上总数据量 = 1000×3000B = 3000000B 读出全部数据所需时间为 3000000B ÷ 500B / ms = 6000ms 重新写入全部数据所需时间 = 6000ms 所以，更新磁盘上全部数据所需的时间为 ： 2×（平均找道时间 + 平均等待时间 + 数据传送时间 ）+ CPU更新时间 = 2（30 + 120 + 6000）ms + 4ms = 12304ms
(2) 磁盘机旋转速度提高一倍后，平均等待时间为60ms； 数据传输率提高一倍后，数据传送时间变为： 3000000B ÷ 1000B / ms = 3000ms 更新全部数据所需时间为： 2 ×（30 + 60 + 3000）ms + 4ms = 6184ms
19、现有一64K×2位的存储器芯片，欲设计具有同样存储容量的存储器,应如何安排地址线和数据线引脚的数目，使两者之和最小。并说明有几种解答。 设地址线x根，数据线y根，则 2x·y=64K×2 若 y=1 x=17 y=2 x=16 y=4 x=15 y=8 x=14 因此，当数据线为1或2时，引脚之和为18 故：共有2种解答
一、基本概念 指令周期，CPU周期（机器周期），存储周期，刷新周期，流水线周期，流水线加速比，相联存储器，cache存储器，cache的三种映射方式，控制存储器，虚拟存贮器，存储器三级结构，动态SRAM特点，静态SRAM特点，微程序控制器及组成，硬布线控制器，微指令格式，微指令的编码方式，指令流水线，算术流水线，并行处理技术， 流水线中的主要问题，输入/输出的信息交换方式，程序中断，补码运算的溢出判断（双符号法与单符号法），n位机器数（原码、反码、补码、移码）表示的范围，先行进位，串行进位，矩阵乘法器、矩阵除法器、规格化小数标准，浮点数的表示方法，指令寻址方式，操作数寻址方式，总线的特性。 二、选择题练习
1、若浮点数用补码表示，则判断运算结果是否为规格化数的方法是______。 A. 阶符与数符相同为规格化数 B. 阶符与数符相异为规格化数 C. 数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数 D. 数符与尾数小数点后第一位数字相同为规格化数 2、16位字长的定点数，采用2的补码形式表示时,所能表示的整数范围是______。 A . -215 ~ +（215 -1） B. -（215 –1）~ +（215 –1） C. -（215 + 1）~ +215 D. -215 ~ +215 3、容量是128M*32的内存，若以字节编址，至少需要______根地址线。 A. 16 B. 29 C. 27 D. 32 4、某计算机字长16位，它的存贮容量是64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是____。 A、0~64K B、0~32K C、0~64KB D、0~32KB 5、主存贮器和CPU之间增加cache的目的是______。 A. 扩大主存贮器的容量 B. 解决CPU和主存之间的速度匹配问题 C. 扩大CPU中通用寄存器的数量 D. 既扩大主存的容量，又扩大CPU通用寄存器的数量 6、以某个寄存器的内容为操作数地址的寻址方式称为______寻址。 A. 直接 B. 间接 C. 寄存器直接 D. 寄存器间接 7、在cache的映射方式中不需要替换策略的是______。 A. 全相联映射方式 B. 直接映射方式 C. 组相联映射方式 8、在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是______。 A 主存地址寄存器 B 程序计数器 C 指令寄存器 D 状态条件寄存器 9、. 微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是______。 A. 每一条机器指令由一条微指令来执行 B. 每一条机器指令由一段微程序来解释执行 C. 每一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 D. 每一条微指令由机器指令来解释执行 10、 微程序控制存储器容量为128 X 36位，测试条件有4个，微指令采用水平格式，则对应的3个字段长度分配是 。 A . 控制字段29位，测试字段2位，微地址字段5位 B . 控制字段26位，测试字段4位，微地址字段6位 C . 控制字段25位，测试字段4位，微地址字段7位 D . 控制字段26位，测试字段2位，微地址字段8位 11、SRAM芯片，存储容量为64K×16位，该芯片的地址线和数据线数目为______。 A 64，16 B 16，64 C 64，8 D 16，16 。 12、 四片74181ALU和一片74182CLA器件相配合，具有如下进位传送功能______。 A.行波进位 B.组内先行进位，组间先行进位 C.组内先行进位，组间行波进位 D.组内行波进位，组间先行进位 13、以下四种类型的半导体存储器中，以传输同样多的字为比较条件，则读出数据传 输率最高的是______。 A.DRAM B.SRAM C.闪速存储器 D.EPROM 14、相联存储器是按______ 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 D。地址指定与堆栈存取方式结合
15、操作控制器的功能是______。 A.产生时序信号 B.从主存取出一条指令 C.完成指令操作的译码 D.从主存取出指令，完成指令操作码译码，并产生有关的操作控制信号，以解释执行该指令
16、以下四种类型指令中，执行时间最长的是______。 A .RR型指令 B. RS型指令 C SS型指令 D. 程序控制指令
17、在多级存储体系中，“cache—主存”结构的作用是解决______的问题。 A.主存容量不足 B.主存与辅存速度不匹配 C.辅存与CPU速度不匹配 D.主存与CPU速度不匹配
18、采用虚拟存贮器的主要目的是______。 A.提高主存贮器的存取速度 B.扩大主存贮器的存贮空间，并能进行自动管理和调度 C.提高外存贮器的存取速度 D.扩大外存贮器的存贮空间 19、程序控制类指令的功能是______。 A.进行算术运算和逻辑运算 B.进行主存与CPU之间的数据传送 C.进行CPU和I/O设备之间的数据传送 D.改变程序执行的顺序 20由于CPU内部的操作速度较快，而CPU访问一次主存所花的时间较长，因此机器周期通常用______来规定。 A.主存中读取一个指令字的最短时间 B.主存中读取一个数据字的最长时间 C.主存中写入一个数据字的平均时间 D.主存中取一个数据字的平均时间
21、某机字长32位，其中1位符号位，31位表示尾数。若用定点整数表示，则最大正整数是______。 A. +（231-1） B.+（230-1） C. +231 D. +232
22、在定点运算器中，无论采用双符号位还是单符号位，必须有______，它一般用______来实现。 A.译码电路 与非门 B.编码电路 或非门 C.溢出判断电路 异或门 D.移位电路 与或非门
23、双端口存储器所以能高速进行读写，是因为采用______。 A.高速芯片 B.两套相互独立的读写电路 C.流水技术 D.新型器件
24、某计算机字长32位，其存储容量为4MB，若按字编址，它的寻址范围是______。 A.0-1M B.0-4MB C.0-4M D.0-1MB 25、寄存器间接寻址方式中，操作数处在______。 A.通用寄存器 B.主存单元 C.程序计数器 D.堆栈
26、存贮单元是指______。 A.存放一个二进制信息位的存贮元 B.存放一个机器字的所有存贮元集合 C.存放一个字节的所有存贮元集合 D.存放两个字节的所有存贮元集合
27、计算机字长16位，它的存贮容量是64K，若按字编址，那么它的寻址范围是______。 A.0~64K B.0~32K C.0~64KB D.0~32KB
28、对于对某个寄存器中操作数的寻址方式称为______寻址。 A.直接 B.间接 C.寄存器直接 D.寄存器间接
29、没有外存贮器的计算机监控程序可以存放在______。 A RAM B ROM C RAM 和 ROM D CPU
30、 定点二进制运算其中，减法运算一般通过______来实现 A 原码运算的二进制减法器 B 补码运算的二进制减法器 C 补码运算的十进制加法器 D 补码运算的二进制加法器
31、在虚拟存贮器中，当程序正在执行时，由______完成地址映射。 A 程序员 B 编译器 C 装入程序 D 操作系统
32、指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是______。 A 实现存贮程序和程序控制 B 缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性 C 可以直接访问外存 D 提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度 33、用16位字长（其中一位符号位）表示定点小数时，所能表示的数值范围是______。 A.0≤│N│≤1-2-（16+1） B.0≤│N│≤1-2-16 C.0≤│N│≤1-2-（16-1） D.0≤│N│≤1
34、运算器虽有许多部件组成，但核心部件是______。 A.数据总线 B.算术逻辑运算单元 C.多路开关 D.累加寄存器 35、为确定下一条微指令的地址，通常采用断定方式，其基本思想是______。 A.用程序计数器PC来产生后继微指令地址 B.用微程序计数器μPC来产生后继微指令地址 C.通过微指令顺序控制字段由设计者指定或由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址 D.通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址 36、单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数以外， 另一 个数常需采用______。 A.堆栈寻址方式 B.立即寻址方式 C.隐含寻址方式 D.间接寻址方式
37、 某DRAM芯片，其存储容量为512K×8位，该芯片的地址线和数据线数目为______。 A 8， 512 B 512， 8 C 18， 8 D 19， 8 38、 在机器数______中，零的表示是唯一的。 A 原码 B 补码 C 移码 D 反码 39、 微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是______。 A 每一条机器指令由一条微指令来执行 ； B 每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行 ； C 一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 ； D 一条微指令由若干条机器指令组成 ； 40、 32位字长（其中1位符号位）表示定点小数是，所能表示的数值范围是______。 A [0，1 – 2-32] B [0，1 – 2-31] C [0，1 – 2-30] D [0，1] 41、 CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是______。 A 主存地址寄存器 B 程序计数器 C 指令寄存器 D 状态条件寄存器
三、填空题练习 1、真值为—1011011则它的原码为 ，反码为 ， 补码为 ，移码为 。 2、微程序控制器主要由 _三大部分组成。 3、流水线CPU存在的主要问题是相关冲突，主要包 括 、 、和 4、Cache的地址映射方式有 、 和 映射方式。 5、128K*8的DRAM芯片内部采用行列相等的双译码结构，则共有 行和 列，若单元刷新间隔不超过2mm ，采用异步刷新方式，则刷新信号的间隔是 μS。 6、虚拟存贮器通常由主存和 两级存贮系统组成。为了在一台特定的机器上执行程序，必须把 映射到这台机器主存贮器的 空间上，这个过程称为地址映射。 7、并行处理技术已经成为计算机技术发展的主流。从原理上概括，主要有三种形式： 并行、空间并行和 。 8、操作控制器依据 信号 、 信号 和 信号来产生控制命令信号的。 9、指令的寻指方式有 寻指和 寻指两种。 10、为了兼顾速度、容量和价格的要求，计算机存储体系一般由 、 和 组成三级存储系统。 11、硬布线控制器的基本思想是:某一微操作控制信号是 __ ___译码输出, __信号和 信号的逻辑函数.
12、CPU周期也称为______；一个CPU周期包含若干个______。任何一条指令的指令周期至少需要______个CPU周期。 13、移码表示法主要用于表示.______数的阶码，以利于比较两个______的大小和 .______操作。
14、微程序设计技术是利用______方法设计______的一门技术。具有规整性、可维护 性、______等一系列优点。 15、广泛使用的 ______和 ______都是半导体随机读写存储器。前者的速度比后者快， 但 ______不如后者高。 16、形成指令地址的方式，称为______方式，有 ______寻址和 ______寻址。 17、CPU从 ______取出一条指令并执行这条指令的时间和称为 ______。由于各种指 令的操作功能不同，各种指令的指令周期是 ______。 18、个定点数由 ______和 ______两部分组成。根据小数点位置不同，定点数有 ______和纯整数之分。 19、总线是构成计算机系统的 ______，是多个 ______部件之间进行数据传送的 ______通道 20、主存与cache的地址映射有 ______、 ______、 ______三种方式。其中组相连 方式适度地兼顾了前二者的优点，又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来 说较为理想。 21、并行处理技术已成为计算计技术发展的主流。它可贯穿于信息加工的各个步骤和阶段。 概括起来，主要有三种形式 ______并行； ______并行； ______并行。 22、Cache是一种 ______存储器，是为了解决CPU和主存之间 ______不匹配而采用 的一项重要硬件技术。现发展为多级cache体系， ______分设体系。 23、设D为指令中的形式地址，I为基址寄存器，PC为程序计数器。若有效地址E = （PC）
- D，则为______寻址方式；若E = （I）+ D ，则为______；若为相对间接寻址 方式，则有效地址为______。 24、在进行浮点加减法运算时，需要完成______、尾数求和、______、合入处理和______ 等步骤。 25、动态半导体存贮器的刷新一般有._。负数补码算术左移时，符号位不变，低位补______。负数补码算术右移时，符号位不变，高位补______，低位舍去。 33、行处理技术已经成为计算机技术发展的主流。从原理上概括，主要有三种形式：______并行，______并行，______并行。
四、计算练习 [1] 已知一个数的真值，原码，反码或补码，写出其余的值及补码的奇校验位。
真值 原码 反码 补码 补码的奇校验位（一位） 0.11001 1.01110 1.11101 97/128 1000000
[2]已知一个数的真值，原码，反码，补码或移码，写出其余的值及补码的偶校验位。
真值 原码 反码 移码 补码 补码的偶校验位（一位） 10111 110011 10111 63 10101
[3]用补码阵列乘法计算X×Y
[4]设阶码为4位，尾数为8位，均包括一位符号位，阶码和尾数都采用补码表示；按机器浮点运算方法计算 1）x-y的浮点数的值。
2）计算x+y的浮点数的值
五、存储器设计 [1]有一个1024K×32位的存储器，由128 K×8位的DRAM芯片组成。问： （1）总共需要多少DRAM芯片？ （2）此存储体组成框图。 （3）采用异步刷新方式，如果单元刷新间隔不超过8 mS，则刷新周期（一行）是多少？ 解： （1）需要(1024K/128K) ×(32/8)=8(组)×4(片堆叠)=32(片) （2）存储器组成框图
（2）
（3）新周期即单芯片刷新时间间隔 128K=27×210=217=28×29=256(行) ×512(列) 行刷新间隔=8mS/256=8000μS/256=31.25μS [2] 某计算机中,已知配有一个地址空间为0000H~3FFFH的ROM区域采用16K×8的 EPROM。现在再用一种 SRAM芯片(8K×8)形成32K×16的RAM区域,起始地址为8000H. 假设 RAM芯片有片选和信号控制, CPU的地址总线为 A15-A0,数据总线为 D15-D0,控制信号为 R/W(读/写), (访存),要求: (1)画出地址译码方案. (2)将 ROM与RAM同CPU连接. 解:
ROM区地址范围0000—3FFFH 片内地址需要 14根地址线. A0~A13 构成ROM需要的EPROM= （16K/16K ）×（16/8）=1（组字扩展）×2（片字扩展）
构成RAM需要的SRAM=(32K/8K) ×(16/16)=5(组字扩展) ×1(片位扩展) 片内地址需要A0~A12 13根地址线 将CPU的A0A12并接到每个芯片的片内地址A0A12，用CPU的高3位地址A13~A15进行地址译码作为每个存储芯片的片选，由于A13是ROM的地址重复参加译码产生Y0，Y1两个译码输出，故用一与门，这样无论A13=0还是A13=1，都会选中同一片ROM。整个地址分配如下：
地址 存储器 对应的译码 0000—3FFF ROM Y0，Y1 （000，001） 4000—7FFF 空 8000—9FFF RAM1 Y4（100） A000—BFFF RAM2 Y5（101） C000—DFFF RAM3 Y6（110） E000—FFFF RAM4 Y7（111）
四、微程序控制器 [1]已知某机采用微程序控制方式，控制存储器容量为512*48位，微程序在整个控存中实现转移，控制微程序转移的条件共4个，微指令采用水平格式，后继微指令地址采用断定方式。请问： （1）微指令的三个字段分别应是多少？ （2）画出这种微指令格式的微程序控制器逻辑图。
[解] （1）控存容量512 48 =2948 故微地址有9位 下地址字段为9位，控制转移条件4个，占用测试字段4位，控制字段为48-9-4=35位。
[2]如图所示，双总线结构机器的数据通路，图中IR为指令寄存器，PC为程序计数器，M为存储器，AR为地址寄存器，A总线与个寄存器的输入相联， B总线与寄存器的输出总线相联，请画出以下指令的周期流程图，并标出每个微操作信号序列。 （1）存数指令, STA R1，（R2）；含义是将寄存器R1的内容传送到以R2内容为地址的主存单元中去; （2）取数指令, LDA （R3），R0 ;含义是将(R3)为地址主存单元的内容取到寄存器中R0; （3）加法指令, ADD （R1），R3; 含义是将R1间址的存储单元与R3相加,结果再送到R3.
解：（1）STA R1，（R2）
（2） LDA （R3），R0