计算机组成原理

1、机密启用前大连理工大学网络教育学院2017年春计算机组成原理期末考试复习题 注意事项：本复习题满分共： 400分。一、名词解释1汇编语言虚拟机：将汇编语言源程序汇编为机器语言程序，然后在实际机器上执行。2高级语言虚拟机：将高级语言程序翻译为汇编语言，然后再翻译为机器语言程序在实际机器上执行。3微程序机器：每条机器指令的执行通过一段微程序的执行来实现。4存储字：存储单元中二进制代码的组合。5存储字长：存储单元中二进制代码的位数。6存储容量：大小为字数X字长。7. PC （程序计数器）：存放当前欲执行指令的地址，具有自动“+1”功能。8.IR （指令寄存器）：存放当前欲执行的指令。9.ID （指令

2、译码器）：分析当前指令的功能。10. 机器字长：CPU 次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。11. MIPS :每秒执行的百万条指令数。12. FLOPS :每秒执行的浮点指令数。13. CPI :平均每条指令所需时间。14同步通信：发送时钟信号来同步数据传送。15. 异步通信：没有时钟，采用握手信号同步。16. 半同步通信：同步、异步结合，插入等待周期。17. 分离式通信：传输周期划分为功能独立的子周期。18. 存储容量：主存能存放的二进制数的总位数，存储器容量=存储单元个数X存储字长。19. 存取时间：启动一次存储器操作到完成操作的时间。也叫做访问时间。分为读出时间和写入时间

3、。20. 存取周期：进行两次连续存储器操作间的最小间隔。MOS型为100ns, TTL型为10ns。21. 存储器带宽：单位时间内存储器存取的信息量（字节/秒、字/秒、位/秒）。22. 总线:是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。总线由许多传输线或通道构成， 每条线可以传送一个二进制位。23. 片内总线：芯片内部总线，例如运算器和cache之间的总线。24. 系统总线：处理器与主存、I/O等部件之间的信息传输线。25. 三总线结构：数据总线、地址总线、控制总线。26. 通信总线：计算机系统之间，或计算机与其他设备之间的信息传输线。27. 数据总线宽度：数据总线的位数。位数即为机器

4、位数，与机器字长、存储器字长有关。28. 地址总线：用来标识主存或I/O设备上存储单元的位置。29. 控制总线：用来发出各种控制信号的传输线。30. 串行通信：数据在单条 1位宽的传输线上一位一位按顺序依次传送。31. 并行通信：数据在多条 1位宽的传输线上并行传送，同时由源传送到目的地。32. 总线标准：系统与模块、模块与模块之间互连的某种标准界面，能够隐藏符合标准的部件内部操作 细节。33. 闪存： Flash-ROM 已经成为了目前最成功、最流行的一种固态内存，与EEPROM 相比具有读写速度快，而与 RAM 相比具有非易失、以及价廉等优势。34. 通道：是用来负责管理 I/O 设备以及

5、实现主存与 I/O 设备之间交换信息的部件，可视为从属于 CPU 的专用处理器。35. 外围处理机：又称为 I/O 处理机，独立于主机工作，除了具备通道功能之外，还具备码制转换、格 式处理、数据校验等功能。36.I/O 指令：即 CPU 指令，是机器指令的一类。37. 通道指令：通道自身的指令，用于执行I/O 操作，存放于主存，由通道执行，完成输入输出功能。38. 统一编址： I/O 占用存储器地址空间，无须专门的 I/O 指令。减少了存储器最大容量。39. 独立编址： I/O 地址与存储器地址分开，采用专门指令来访问I/O 。不占用主存容量。40. 设备寻址：每台设备都有设备号，启动设备时，

6、由I/O 指令的设备码字段直接指出设备号，经接口中的设备选择电路选中设备。41. 外部设备：计算机中除主机外的其余部分，称为外部设备（I/O 设备、外设） 。42. 平板显示器：一般是指显示器的深度小于显示屏幕对角线1/4 长度的显示器件。43. 图形：指由线和面构成的，没有亮暗层次变化的线条图，如建筑、机械所用的工程设计图、电路图44. 图像：指由象素描绘的，具有亮暗层次的图。45. 像素：在显示屏幕上，图形和图像都是由称作像素的光点组成的。46. 分辨率：显示设备所能表示的像素个数，即光点的个数。取决于荧光粉的粒度，屏的尺寸和电子束 的聚焦能力。47. 灰度级：所显示像素点的亮暗差别，在彩

7、色显示器中则表现为颜色的不同。48. 显示器刷新： 为了使人眼能看到稳定的图像， 就必须在图像消失之前使电子束不断地重复扫描整个49. 显示器刷新频率：每秒刷新的次数称刷新频率或扫描频率。50. 视频存储器：不断提供刷新图像的信号，必须把图像存储起来，存储图像的存储器叫“帧存储器” 或“视频存储器” 。VRAM的容量由图像分辨率和灰度级决定。51. 随机扫描：是控制电子束在 CRT 屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。电子束只在需要作图 的地方扫描，而不必扫描全屏幕，所以这种扫描方式画图速度快，图象清晰。52. 光栅扫描：是电视中采用的扫描方法。在电视中，要求图像充满整个画面，因此要求电子束

8、扫过整 个屏幕。光栅扫描是从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行扫描两种方式。53. 汉字内码：用于汉字信息的存储、交换、检索等的机内代码。54. 半加器：实现两个一位二进制数相加的电路，称为半加器。半加器有两个输入端（被加数和加数） 两个输出端（和与进位） 。55. 全加器：当多位二进制数据相加时，对每一位而言，除了有被加数和加数之外，还有从低位送来的 进位，考虑到进位的加法器称为全加器。56. 并联加法器：多位二进制数据的加法可用多个全加器来完成，参加运算的两组数据并行加入，进位信号串行传递，称为 n 位串行加法器，或并联加法器。57. 指令周期：取出并执行一条指令所需的全部时间。58. 中

9、断：计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行程序的运行， 转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处，继续执行原程序，这就 是中断。59. 单重中断：不允许中断现行的中断服务程序。60. 多重中断（中断嵌套） ：允许更高级别的中断源中断现行的中断服务程序。61. 机器指令：物理的计算机只能够执行机器语言程序，组成程序的每一条语句称作一条机器指令。62. 计算机的指令系统：计算机能够执行的机器指令的集合就是这种计算机的指令系统。63. 指令的操作码：位数反映机器指令数目，内容反映机器做什么操作。64. 指令的地址码： 用来指定该指令操作数的

10、地址、 结果的地址， 以及（可能有的） 下一条指令的地址。65. 零地址指令：指令系统中，有一种指令可以不设置地址字段，即零地址指令。女口： NOP、HLT指令。66. 陷阱（TRAP ）指令：一旦机器运行出现意外故障（未定义指令、除0等），计算机发出陷阱信号，暂停当前指令的执行，转入故障处理程序。陷阱指令不提供给用户使用，由机器自动执行。67. 无符号数：没有符号的数，寄存器的每一位存放的都是数值。68. 有符号数：数字的极性也用二进制数表示，0 代表正数， 1 代表负数，即符号位也被数字化了，符号位放在数字的前端，这种把符号“数字化”的数，叫做机器数。69. 带符号的绝对值：符号位为 0表

11、示正数，为 1表示负数，数值部分为真值的绝对值。70. 溢出：运算结果超出计算机字长所能表示范围的情况，称为溢出。71. 机器周期：指令执行的每个阶段，称为一个机器周期。72. 时钟周期：将一个机器周期分成若干个时间相等的时间段（节拍、状态、时钟周期）。时钟周期是控制计算机操作的最小单位时间。二、填空题1. 年研制成功的第一台电子计算机称为 。答案 ： 1946、 ENIAC2. 计算机系统的软件可分为 和 。答案 ：系统软件、应用软件3. 若以 电视来比喻计 算机硬件和软件的关系， 则好比硬 件， 电 视节目好比答案 ：电视机、软件4. 存储器的容量可以用 KB、 MB 等表示，它们分别代表

12、 B 和KB 。答案 ： 1024、 10245. 存储并按地址顺序执行，这是 型计算机的工作原理。答案：程序、冯 ?诺依曼6. 计算机的基本部件包括中 、控制器、 、 和输出设备。答案 ：运算器、存储器、输入设备教材 P37. 存储器分为主存储器和 。在 CPU 运行程序时，必须把程序放在 。答案 ：外存储器、主存储器。8. 一个浮点数，当其“向右规格化”时，欲使其值基本不变，阶码必须。尾数右移一位，阶码 。答案 ：增加、加一9. 采用浮点表示时，若尾数为规格化形式，则浮点数的表示范围取决于 的位数，精度取决于 的位数，尾数的符号确定浮点数的正负。答案 ：阶码、尾数10. 在浮点加减运算中，

13、对阶时需小阶向大阶看齐，即小阶的尾数向移位，每移一位，阶码 ，直到两数的阶码相等为止。答案 ：右、加一11. 浮点运算器由 和组成，它们都是定点运算器。 其中， 只要求能执行 运算。答案 ：阶码运算器，尾数运算器，阶码运算器，加法和减法12移码表示法最高位为 ，在计算机中，一般阶码可以用移码表示，只能执行运算。答案 ：符号位、加减13. 在进行浮点加法运算时，需要完成 、尾数求和、规格化操作、 和检查阶码是否溢出。答案 ：对阶、舍入14. 指令流通常是从 流向 。答案 ：主存、控制器15. 数的真值变成机器码可采用 表示法，补码表示法，反码表示法， 表示法。答案 ：原码、移码16. 动态半导体

14、存储器的刷新一般有 和 两种方式。答案 ：集中刷新、分布式刷新17. 存储器可分为主存和 ，程序必须存于 内， CPU 才能执行其中的指令。答案 ：辅存、主存18. 存储器的技术指标主要有 、 和制作工艺等。答案 ：存储容量、存取速度19. 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，但容量不如后者大。答案 ： SRAM 、 DRAM20. 立即数寻址指令的地址字段指出的不是 的地址，而是 。答案 ：操作数、操作数本身。21. 寻址方式中，寄存器寻址的操作数在 中。答案 ：寄存器22. 寄存器间接寻址操作数在 中。答案 ：存储器23. 程序控制类指令包括各类转移指令，用户常用

15、的有 转移指令、 转移指令和过程调用与返回指令等。答案 ：无条件、条件24. 计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量等都有很大的关系， 一条指令实际上包含两种信息即和。答案 ：操作码、地址码25. 地址码表示 。以其数量为依据， 可以将指令分为 、 、和三地址指令和多地址指令等几种。答案 ：操作数的地址、零地址指令、一地址指令、二地址指令26. RISC 指令系统的最大 特点是：指令长度固定 ，指令格式和种类少。 只有指令访问存储器。答案 ：寻址方式、取数 /存数27. 在程序执行过程中， 控制器 控制计算机 的运行 总是处于 、分析指令和的循环当中。答案 ：取指令，执行指令 教材 p16

16、728. 、 和辅存组成三级存储系统，分级的目的是提高访存速度、扩大存储容量。答案：cache、主存29. 主存与 cache 的地址映像方式有 、 组相联映像三种方式。答案 ：直接映像、全相联映像30. 衡量存储器的指标是 、 和价格 /位。答案 ：容量、速度31. 相联存储器不按地址而是按 访问的存储器， 多应用于虚拟存储器和 之中。答案 ：内容、 cache32. 相联存储器不按地址而是按 访问的存储器。答案 ：内容33. 辅助存储器主要技术指标有 、 、寻址时间、数据传输率、价格等。答案 ：存储密度、存储容量 教材 p25634. 软磁盘和硬磁盘的存储原理与 基本相同，但在 性能上存在

17、较大差别。答案 ：记录方式、结构35. 鼠标是常见的输入设备，目前鼠标主要有 式和 式。答案 ：机械、光电36. 在DMA方式中，CPU和DMA控制器通常采用三种方法来分时使用主存，它们是、CPU 周期窃取方式和 。答案 ：CPU 暂停方式、直接访问存储器工作方式37. 通道是具有特殊功能的处理器，根据多台设备共享通道的不同情况，可将通道分为字节多路通道、 、 。答案 ：选择通道、数组多路通道38. 如果 CPU 处于开中断状态，一旦接受了中断请求，CPU 就会自动 ，防止再次接受中断，同时为了返回主程序断点， CPU 需将 中的内容存至存储器（或堆栈）中。答案 ：关中断、程序计数器39. D

18、MA 技术的出现使得外围设备可通过 直接访问 。答案 ：DMA 控制器、内存储器40. 现代计算机一般通过总线结构来组织。总线的组织方法很多，按其总线数不同，大体有单总线结构和 两种形式。答案 ：多总线结构41. 为了解决多个 同时竞争总线的控制权，必须具有 机构。答案 ：设备或部件、总线判优控制42. 计算机的字长取决于 。答案 ：主机和外设一次交换信息的长度43. 存放欲执行指令的寄存器是 。答案 ：指令寄存器 IR三、简答题1. 刷存的主要性能指标是它的带宽。实际工作时显示适配器的几个功能部件要争用刷存的带宽。假定总带宽的50%用于刷新屏幕，保留50%带宽用于其他非刷新功能。若显示工作方

19、式采用分辨率为1024 X 768,颜色深度为3B,刷新速率为72Hz,计算总带宽。答案：因为刷新所需带宽=分辨率X每个像素点颜色深度X刷新速度（5分）=1024 X 768 X 3BX 72/S=165888KB/S=162MB/S （ 5 分）2. 已知X=-0.00101100 , Y=-0.00011110，将X, Y转换成双符号位变形补码形式，并采用双符号位变形补 码计算 X 补 +Y 补。答案： X 补=11.11010100 （2 分） Y 补=11.11100010 （2分）X补 +丫补=11.11010100+11.11100010=11.10110110(6 分)3刷新存储

20、器的重要性能指标是它的带宽。实际工作时，显示适配器的几个功能部件要采用刷新存储器 的带宽。假定总带宽 60%用于刷新屏幕，保留 40%带宽用于其他非刷新功能。若显示工作方式采用分辨率 为1024X 1024,颜色深度为3B,刷新速率为72Hz,计算刷新存储器总带宽是多少？ 答案：刷新存储器容量=分辨率X每个像素点颜色深度=1024 X 1024X 3B= 3MB （4分）刷新存储器带宽=刷新存储器容量X刷新速率=3MX 72/S = 216MB/S （4分）刷新存储器的总带宽应为216MB/S X 100/60 = 360MB/S （2分）4. 已知 X=0.1001,Y=-0.0101 ，求

21、-X补和-Y补。答案：-X补=1.0111 （ 5 分），-Y补=0.0101 （ 5 分）5. 假设机器字长 8 位,定点表示,尾数 7 位,数符 1 位（ 0 表示正数, 1 表示负数）,问：定点原码整数 表示时,最大正数是多少？最大负数是多少？答案 ：最大正数：0 111 1111(1 分)数值 =十进制数( 27-1 )( 4分)最大负数： 1 111 1111（1 分）数值 =十进制数 -（ 27-1 ）（4分）6. 写出二进制数（ 1011 ）的原码、反码、补码和移码（采用五位表示,最高位为符号位）答案：（+ 1011）原=01011(-1011)原=11011(1 分)11 /

22、10(+ 1011)反=01011(+ 1011)补=01011(+ 1011)移=11011(-1011)反=10100 (1 分)(-1011)补=10101 (2 分)(-1011)移=00101 (2 分)7. 写出二进制数（ 01101）的原码、反码、补码和移码（采用五位表示,最高位为符号位）答案：+ 0.1101原=0.1101 0.1101原=1.11010.1101反=0.1101-0.1101反=1.00100.1101补=0.1101-0.1101补=1.00110.1101移=1.1101-0.1101移=.0118. 在浮点数中,阶码的正负和尾数的正负各代表什么含义？答

23、案 ：（ 1 ）阶码为正,表示将尾数扩大。（ 3 分）（ 2）阶码为负,表示将尾数缩小。（ 3 分）（ 3）尾数的正负代表浮点数的正负。（ 4 分）9. 已知 x=0.1001 ，y=0.0101 ，求 x+y 补 。答案： x 补=0.1001 ，（ 2分） y 补=0.0101 （4分）x+y 补 =x 补 +y 补 =0.1110+0.0101=0.1110 （ 6分）10. 已知 x=-0.01111 , y=+0.11001，求x原、y原、x补、-x补、y补、-y补。答案：x原=1.01111x 补=1.10001-x 补=0.01111y 原=0.11001y 补=0.11001-

24、y 补=1.0011111. 二进制浮点数补码表示为49AH,前4位阶码，后8位尾数，符号位均为1位，试问真值十进制数为多少？写出计算步骤。答案：把49AH展开为：010010011010,（ 1分）前4位为阶码0100,符号位为0,阶码真值为+4，后8位为尾数，符号位为1,尾数的真值为-102 X 2-7 , （5分）所以其十进制真值为-24X 2-7 X 102=-2-3 X 102。（ 5 分）解析：后八位 10011010 可分析出为负数，负数的补码 还原为正数后 取反+1,0011010 得到 1100110 为1021 2.设有一个具有 24位地址和 8位字长的存储器，回答以下两个

25、问题。（ 1）该存储器能够存储多少字节的信息？（2）如果存储器由4MX 1位的RAM芯片组成，需要多少片？答案 ：（1） 存储单元数为224=16M每一个单元存放 8位数据，即1B,总共存放信息为16MX 1B=16MB（ 5 分）（2）（16M/4M） X （8 位/1 位）=4 X 8=32 片（5 分）13. 某半导体存储器容量 8KX 8位，可选用的 RAM芯片容量为2KX 4位，回答以下问题。（ 1）该存储系统要采用什么形式的扩展方式？（2）总共需要多少个 RAM芯片？（3） 如果有一个16KX 16位的存储器，用1KX 4位的DRAM芯片构成，那么总共需要多少DRAM芯片？ 答案

26、：（ 1）采用字位扩展方式。 （ 5 分）（2）芯片数量为（8K/2K）X （8位/4位）=4 X 2=8片（5分）（3）（16K/1K） X （16 位 /4 位）=16 X 4=64 片14. 静态存储器依靠什么存储信息？动态存储器又依靠什么原理存储信息？试比较它们的优缺点。答案 ：（ 1 ）静态存储器以双稳态触发器为存储信息的物理单元,依靠内部交叉反馈保存信息。（2 分）速度较快,不需动态刷新,但集成度稍低,功耗大。 （ 2 分）（ 2）动态存储器依靠电容上暂存电荷来存储信息,电容上有电荷为1 ,无电荷为 0。（ 2 分）集成度高,功耗小,速度稍慢,需定时刷新。 （ 4 分）15. CP

27、U 执行一段程序时， cache 完成存取的次数为 5000 次，主存完成存取的次数为 200 次。已知 cache 存取周期为40ns,主存存取周期为160ns。求：（1） Cache命中率H （小数点后保留两位有效数字）。（2） Cache/主存系统的访问效率e （小数点后保留三位有效数字，最后化为百分比形式）。（3） 平均访问时间Ta （四舍五入后保留整数）。答案：（ 1）命中率 H = 5000/（5000+200）=5000/5200=0.96（2） 主存慢于 cache 的倍率 r = Tm/Tc=160ns/40ns=4 访问效率：e=1/r+（1-r）H） =1/4+（1-4）

28、X 0.96=0.893=89.3%（ 3）平均访问时间 Ta=Tc/e=40/0.893=45ns16. 解释机器指令和微指令的关系。 答案：机器指令是控制计算机完成一个基本操作的命令； （ 2 分）微指令则是控制部件中一组实现一定操作 功能的微命令的组合。 （2 分）在微程序控制器中,一条机器指令需要由一组微指令组成的微程序来完成, 即微程序完成对机器指令的解释执行。 （ 3 分）因此,一条机器指令对应多条微指令,而一条微指令则可为 多个机器指令服务。 （ 3 分）17. 假设某计算机指令字长度为 32 位,具有二地址、一地址、零地址 3 种指令格式,每个操作数地址规定 用8位表示，若操作

29、码字段固定为 8位，现已设计出 K条二地址指令，L条零地址指令，那么这台计算机 最多能设计出多少条单地址指令？答案：因为操作码字段固定为 8位，所以最多能设计 2的8次方等于256条指令。（5分）现已设计出K条 二地址指令，L条零地址指令，所以这台计算机最多还能设计出（256-K-L ）条单地址指令。（5分）18. 请比较说明中断方式与 DMA方式的异同。答案 ：（ 1）相同点：二者都由随机请求引起。（3分）（2）不同点：中断方式通过执行处理程序进行处理，DMA方式直接依靠硬件实现数据直传。（3分）中断方式可处理复杂事件、控制中低速I/O操作，DMA方式适于简单的、高速的数据批量传送。（4分）

30、19. 加速CPU和存储器之间有效传输的措施主要有哪些? 答案 ：主要有：1）加长存储器的字长（ 2 分）2）采用双端口存储器（ 2 分）3）加入 CACH（E 2 分）4）采用多体交叉存储器（ 4 分）20. 请分别写出 -0.001011 的原码、补码、反码、移码。答案 ：原码 =1.001011 （2 分）,补码 =1.110101 （2 分）,反码 =1.110100 （2 分）,移码 =0.110101 （4 分）21. 假设一个cache的容量是4KB,每块是16B，请回答以下两个问题。 （ 1 ）该 cache 可容纳多少块?（ 2）cache 的地址有多少位?答案 ：4X 10

31、24/16=4096/16=256 块124KB=2 B,所以cache的地址有12位22. 已知某计算机的主存采用半导体存储器，地址码为18位，若使用4KX 4位RAM芯片组成该机所允许的最大主存空间,并选用模块条的形式,问：（1）若每个模块条为32KX 8位，共需几个模块条？（2）每个模块内共有多少片 RAM芯片？（3）主存共需多少 RAM芯片？答案：（1）由于主存地址码给定 18位，所以最大存储空间为 2的18次方等于256K,主存的最大容量为 256KB。现每个模块条的存储容量为32KB,所以主存共需256KB/32KB=8块板。（4分）（2） 每个模块条的存储容量为 32KB,现使用4KX 4位的RAM芯片拼成4KX 8位（共8组），共有8X 2=16 个RAM （ 4分）（3） 据前面所得，共需 8