2012年计算机组成原理复习题及参考答案.doc

中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案计算机组成原理(专科)一、选择题：1.定点运算器用来进行_。A.十进制数加法运算 B.定点数运算 C.浮点数运算 D.即进行定点数运算也进行浮点数运算 2.指令寄存器的作用是_。A.保存当前指令的地址 B.保存当前正在执行的指令C.保存下一条指令 D.保存上一条指令3.磁盘驱动器向盘片磁层记录时采用_方式写入。A.并行 B.串行 C.并串行 D.串并行4.为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的方法是采用_。A.通用寄存器 B.堆栈 C.存储器 D.外存5.下述I/O控制方式中，_主要由程序实现。A.PPU(外围处理机) B.中断方式 C.DMA 方式 D.通道方式6.目前的计算机中，代码形式是_。A.指令以二进制形式存放，数据以十进制形式存放B.指令以十进制形式存放，数据以二进制形式存放C.指令和数据都以二进制形式存放 D.指令和数据都以十进制形式存放7.下列数中最大的是_。A（10010101）2 B（227）8 C（96）16 D（143）108.设寄存器位数为8位，机器数采用补码形式（一位符号位），对应于十进制数-27，寄存器内为_。A（27）16 B（9B）16 C（E5）16 D（5A）169.计算机的存储器系统是指_。A.RAM 存储器 B.ROM 存储器 C.主存储器 D.主存储器和外存储器10.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11.在定点二进制运算器中，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12.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是_ 。A.实现存储程序和程序控制 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13.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14.采用DMA 方式传送数据时，每传送一个数据就要用一个_ 。A.指令周期 B.数据周期 C.存储周期 D.总线周期15.至今为止，计算机中的所有信息以二进制方式表示的理由是_。A.节约元件 B.运算速度快 C.物理器件性能决定 D.信息处理方便16.程序控制类指令的功能是_。A.进行算术运算和逻辑运算 B.进行主存于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17.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，则最大正整数为_。A. +(231-1) B. +(230-1) C. +(231+1) D. +(230+1)18.假设下列字符码中有奇偶位校验，但没有数据错误，采用偶校验的字符码是_。A.11001011 B.11010110 C.11000001 D.11001001 19.设x补 = 1.x1x2x3x4,当满足_时，x-1/2成立。A.x1必须为1,x2x4至少有一个为1 B.x1必须为1，x2x4任意C.x1必须为0,x2x4至少有一个为1 D.x1必须为0，x2x4任意20.在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是_。A.增加内存容量 B.提高内存的可靠性C.解决CPU与内存之间的速度匹配问题 D.增加内存容量，同时加快存取速度21.存储器是计算机系统的记忆设备，主要用于_。A.存放程序 B.存放软件 C.存放微程序 D.存放程序和数据22.地址是内存储器各存储单元的编号，现有一个32KB的存储器，用十六进制表示编它的地址码，则地址码应从0000H到 H。A.32767 B.8000 C.7FFF D.8EEE二、填空题：1.计算机软件一般分为两大类：一类叫_，另一类叫_。操作系统属于_类。2.形成指令寻址的方式，称为指令寻址方式，有顺序寻址和_寻址两种，使用_来跟踪。3.字节多路通道可允许多个设备进行_型操作，数据传送单位是_。4.通道是一个特殊功能的_ ，它有自己的_ 专门负责数据输入输出的传输控制。5.在机器码_和_中，零的表示形式唯一。6.微程序设计技术是利用_方法设计_的一门技术。7.对存储器的要求是_， _， _，为了解决这三个方面的矛盾。计算机采用多级存储器体系结构。8.RISC的中文含义是_，CISC的中文含义是_。9.中断处理过程可以嵌套进行， _的设备可以中断_的中断服务程序。10.移码常用于表示浮点数的_部分，移码和补码比较，它们除_外，其他各位_。11.赋以逻辑属性值True或False的变量称为_，描述逻辑变量关系的函数称为_；实现逻辑函数的电路称为_。12.在计算机系统中根据总线所传输的信息内容的不同，总线可分为_、_和_。任何类型计算机的总线都包含有这三种总线。13.CPU能直接访问_ 和_ ，但不能直接访问磁盘和光盘。14.一位十进制数，用BCD码表示需要_位二进制码，用ASC码表示需要_位二进制码。三、名词解释：1.计算机指令：2.CPU周期：3.存储速度：4.相容性微操作：5.外围设备：6.同步通信：7.指令的编码格式：8.存取时间：9.微程序：10.存储设备数据传输率：11.微命令：12.指令的执行方式：13.时钟周期：14.指令系统：四、解答下列问题：1.试述指令周期、CPU周期和时钟周期之间的关系2.用补码运算方法求x+y=？x-y=?（1）x=0.1001 y=0.1100（2）x=-0.0100 y=0.10013.比较水平微指令与垂直微指令的优缺点。4.设机器字长为16位，定点表示时，尾数15位，阶符1位。(1)定点原码整数表示时，最大正数为多少？最小负数为多少？(2)定点原码小数表示时，最大正数为多少？最小负数为多少？5.外围设备的I/O控制分哪几类？各有何特点？6.分析集中式总线控制的三种方式各自的优缺点。7.通道具有哪些功能？8.某计算机指令字长16位，每个地址码是6位，指令有无地址、一地址和二地址三种格式，设有N条二地址指令，无地址指令M条，试问1地址指令最多有多少条？9.磁记录设备的写电流波形主要有哪几种方式，各自的记录特点分别是什么？10.说明多级结构的存储器系统是建立在什么原理之上的？并简要阐述该原理。11.何谓正逻辑？何谓负逻辑？12.简单介绍CPU中的主要寄存器的名称和功能。五、计算题：1.某双面磁盘，每面有220道，内层磁道周长为70cm，内层位密度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？2.用16k8位的SRAM芯片构成64K16位的存储器，要求画出该存储器的组成逻辑框图。3.已知X=-0.1101，Y=0.1011，利用补码一位乘法计算Z=X*Y 。4.已知X=+1011，Y=+1101，用补码加减交替除法求XY。5.已知两个浮点数A=210(-0.110100)，B=2100(+0.101011)，求A+B=？6.现有如下存储器芯片是：4K4的芯片4片，8K8的芯片3片，要求扩展为一个32K8位的存储器，画出该存储器的组成逻辑框图。7.设X=-1101，Y=-0101，用补码的两位乘法求Z=X*Y。8.设X=00101011，Y=0110，用原码加减交替法求Z=XY。9.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，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。参考答案一、选择题：15：BBBBB，610：CBCDA1115：DBBCC，1622：DADACDC二、填空题：1.系统软件，应用软件，系统软件2.跳跃，程序计数器3.传输，数据块4.处理器，指令和程序5.补码，移码6.软件，操作控制器7.速度，容量，价格8.精简指令系统计算机，复杂指令系统计算机9.优先级别高，优先级别低10.阶码，符号位，相同11.逻辑变量，逻辑函数，逻辑电路12.地址总线，数据总线，控制总线13.主存储器，高速缓存（cache）14.4，7三、名词解释：1.计算机指令：是指挥计算机如何工作的命令，它通常由一串二进制数码组成，即由操作码和地址码两部分组成。操作码规定了操作的类型，即进行什么样的操作；地址码规定了要操作的数据以及操作结果存放的位置。2.CPU周期：CPU周期也叫机器周期。是指CPU访问一次主存或输入输出端口所需要的时间。一个CPU周期由若干个时钟周期组成。3.存储速度：存储速度表示每秒从存储器进出信息的最大数量，其单位用字/秒或字节/秒表示。从数值上来说它是存储周期的倒数。4.相容性微操作：相容性微操作是指在同一个CPU周期内可以并行执行的一组微操作。5.外围设备：外围设备俗称外部设备，外围设备是相对于计算机主机来说的，凡在计算机主机处理数据前后，把数据输入计算机主机、对数据进行加工处理及输出处理结果的设备都称为外围设备，而不管它们是否受中央处理器的直接控制。6.同步通信：总线上的部件通过总线进行信息传送时，用一个公共的时钟信号进行同步，这种方式称为同步通信。这个公共的时钟信号可以由总线控制部件发送到每一个部件或设备，也可以每个部件有自己的时钟发生器，但是，它们都必须由CPU发出的时钟信号进行同步。7.指令的编码格式：指令的编码格式是指指令中操作码的长度是否可以变化而形成指令的方式。指令操作码通常有两种编码格式： 固定格式和可变格式。8.存取时间：存取时间又称存储器访问时间，是指启动一次存储器操作到完成该操作所需的时间。具体地说，存取时间从存储器收到有效地址开始，经过译码、驱动，直到将被访问的存储单元的内容读出或写入为止。9.微程序：微指令的有序集合称为微程序，一般一条机器指令的功能由对应的一段微程序来实现。10.存储设备数据传输率：存储设备在单位时间内向主机传送数据的二进制位数或字节数称为数据传输率。数据传输率（Dr）与存储设备的构造及主机接口逻辑有着密切的关系，与记录密度D和记录介质的运动速度V成正比。11.微命令：微命令是指构成一条指令所对应的各种基本命令，它是构成控制信号序列的最小单位，微命令通常是指那些能直接作用于某部件控制门的命令。12.指令的执行方式：指令的执行方式是指指令按何种方式执行，指令的执行方式主要有顺序执行方式、重叠执行方式、流水线方式。13.时钟周期：时钟周期是CPU处理操作的最小时间单位，也叫T周期、T状态。14.指令系统：是指一台计算机上全部指令的集合，也称计算机的指令集。指令系统包括指令格式、寻址方式和数据形式。一台计算机的指令系统反映了该计算机的全部功能。四、解答下列问题：1.解答：指令周期是执行一条指令所需要的时间。也就是从取指令开始到执行完这条指令为止的全部时间。一个指令周期由若干个机器周期组成。CPU周期也叫机器周期。是指CPU访问一次主存或输入输出端口所需要的时间。一个CPU周期由若干个时钟周期组成。时钟周期是CPU处理操作的最小时间单位，也叫T周期。指令周期、CPU周期和时钟周期之间的关系如下图所示。2.解答：（1） X补 = 00.1001 X补 = 00.1001 + Y补 = 00.1100 + -Y补 = 11.0100 X+Y补 = 01.0101 X-Y补 = 11.1101因为双符号位相异，结果发生溢出。 X-Y = -0.0011 （2） X补 = 11.1100 X补 = 11.1100 + Y补 = 00.1001 + -Y补 = 11.0111 X+Y补 = 00.0101 X-Y补 = 11.0011 X+Y = +0.0101 X-Y = -0.11013.解答：（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，具有微指令字比较长，但微程序短的特点，而垂直型微指令正好相反。（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4.解答：（1）定点原码整数表示时 最大正数：（215-1）10 = （32767）10 最小负数：-（215-1）10=（-32767）10（2）定点原码小数表示时 最大正数：（1-2-15）10 最小负数：-（1-2-15）105.解答：外围设备的I/O控制方式分类及特点：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。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。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。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。6.解答：集中式总线的控制方式主要有以下三种：链式查询方式、计数器定时查询方式和独立请求总线控制方式。链式查询方式的优点是只用很少几根线就能按一定的优先次序实现总线控制，并且这种链式结构很容易扩充设备。其缺点是对询问链的电路故障很敏感。计数器定时查询方式的优点是：查询被程序控制，优先次序可以方便地改变。另外，当某个设备的接口中有关键的电路出现故障时，不会影响其他设备使用总线。其缺点是： 要有一组设备地址线，从而增加了控制线的数量，而且控制也较为复杂。7.解答：通道的基本功能是执行通道指令，组织外围设备和内存之间的数据传输，按I/O指令要求启动外围设备，向CPU报告中断等，具体有以下5项功能。（1）接收CPU的I/O指令，按指令要求与指定的外围设备进行通信。（2）从内存取出属于该通道程序的通道指令，经译码后向设备控制器或外围设备发出各种命令。（3）组织外围设备与内存之间进行数据传输，并根据需要提供数据传输的缓存空间，提供数据存入内存的地址和传输的数据量。（4）从外围设备得到状态信息，形成并保存通道本身的状态信息，根据要求将这些状态信息送到内存的指定单元，供CPU使用。（5）将外围设备的中断请求和通道本身的中断请求，按次序向CPU报告。8.解答：设1地址指令有X条，则有下式成立：（24-N）*26-X）*26=M得：X=（24-N）*26-M*2-69.解答：磁记录设备的写电流波形主要有归零制、不归零制、调相制、调频制和改进的调频制等几大类。归零制记录方式的特点是： 正向电流代表“1”，负向电流代表“0”，不论某存储元记录的代码是“0”还是“1”，记录电流都要恢复到零电流（即没有电流）。不归零制有两种方式，一种是一般的不归零制，另一种是见“1”就翻不归零制。一般的不归零制在记录数据时，磁头线圈中不是有正向电流，就是有反向电流，即磁头线圈总是有电流流过。它的特点是： 对连续记录的“1”或“0”，写电流不改变方向。见“1”就翻的不归零制在记录数据时，磁头线圈中始终有电流。和一般的不归零制的显著不同之处是： 流过磁头的电流在记录“1”时改变方向，在记录“0”时，电流方向不变。调相制记录方式在一个位周期的中间位置，电流由负到正变化为“1”，由正到负为“0”。调频制在记录数字“1”时，电流不仅在位周期的中心位置翻转一次，而且在位与位之间也发生翻转。在记录数字“0”时，在位位置的中心不发生翻转，但在位与位之间的边界要翻转一次。改进的调频制在记录“1”时，电流在位中心位置翻转一次，在记录“0”时，电流方向不翻转， 只有连续记录两个或两个以上“0”时，才在位周期的起始处翻转一次10.建立在程序运行的局部性原理之上的，即在一小段时间内，运行的程序只使用少量的指令和少量的数据，而这少量的指令和少量的数据往往又集中在存储器的一小片存储区域中，指令顺序执行比转移执行的比例要大，故可以按对所使用的指令和数据的急迫和频繁程度，将其存入容量、速度、价格不同的存储器中，从而取得更高的性能价格比。11.正逻辑与负逻辑是把逻辑电路中电平的高低和逻辑变量值0、1联系起来的一种概念。正逻辑： 指定逻辑电路中高电平为“1”，低电平为“0”，称为正逻辑。负逻辑： 指定逻辑电路中低电平为“1”，高电平为“0”，称为负逻辑。对于一个具体的逻辑电路，判断它具有什么逻辑功能，首先要看它是用正逻辑表示的，还是用负逻辑表示的，这在分析和综合逻辑电路时要特别注意。12.CPU主要有以下寄存器：指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。缓冲寄存器（DR）：作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。 补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。 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。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。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。五、计算题：1.解答：（1）每道信息量=400位/cm70cm=28000位=3500B 每面信息量=3500B220=770000B 磁盘总容量=770000B2=1540000B （2）磁盘数据传输率，也即磁盘的带宽Dr=rN N为每条磁道容量，N=3500B r为磁盘转速r=3000转/60S=50转/S 所以，Dr=rN=50/S3500B=175000B/S2.解答：存储器容量为64K16位，其地址线为16位（A15A0），数据线也是16位（D15D0）SRAM芯片容量为16K8位，其地址线为14位，数据线为8位，因此组成存储器时须字位同时扩展。字扩展采用2 ：4译码器，以16K为一个模块，共4个模块。位扩展采用两片串接。逻辑框图如下图所示。3.解答：