计算机组成原理期末复习资料(完美高分通过版)

1、计算机组成原理1、 缩写词解释10CPU:中央处理器 ALU:算术逻辑单元 I/O:输入输出接口 RAM:随机存储器 SRAM:静态随机访问存储器 DRAM:动态随机访问存储器 ROM:只读存储器 PROM:用户可编程的只读存储器 EPROM:紫外线可擦除可编程只读存储器 FLASH:闪速存储器 EEPROM:用电可擦除可编程只读存储器 ISA:工业标准总线 EISA:扩展工业标准总线 PCI:外围部件互连总线 USB:通用串行总线 RS232C:串行通信总线 Cache:高速缓存 FIFO:先进先出算法 LRU:近期最少使用算法 CRC:循环冗余校验码 A/D:模拟/数字转换器 D/A:数字

2、/模拟转换器 DMA:直接存储器存取方式 DMAC:直接内存访问控制器 LED:发光二极管 FA:全加器 OP:操作码CISC:复杂指令系位计算机 RISC:精简指令系位计算机 VLSI:超大规模集成电路 LSI:大规模集成电路 MAR:存储器地址寄存器 MDR:存储器数据寄存器 CU:控制单元 CM:控制存储器 二、选择题（自己看书吧····）三、名词解释1. 计算机系统：由硬件和软件两大部分组成，有多种层次结构。2. 主机：CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。3. 主存：用于存放正在访问的信息4. 辅存：用于存放暂时不用的信息。5.

3、高速缓存：用于存放正在访问信息的付本。6. 中央处理器：是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。7. 硬件：是指计算机实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成。软件：指看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。8. 系统软件：又称系统程序，主要用来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，高效运行。 应用软件：又称应用程序，它是用户根据任务需要所编制的各种程序。9. 源程序：通常由用户用各种编程语言编写的程序。 目的程序：由计算机将其翻译机器能识别的机器语言程序。10. 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。11

4、. 系统总线：是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。 通信总线：是指用于计算机系统之间或者计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信）之间的通信的线路。 按传送方式分并行和串行。串行通信是指数据在单条1位宽的传输线上，一位一位的按顺序分时传送。并行通信是指数据在多条并行1位宽的传输线上，同时由源传送到目的地。12. 带宽：单位时间内可以传送的最大的信息量。13. 机器字长：是指CPU一次并行处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。14. 主存容量：是指主存中存放二进制代码的总位数。15. 机器数：符号位数字化，0代表正数，1代表负数。16. 定点数：小数

5、点固定在某一位位置的数。17. 浮点数：小数点的位置可以浮动的数。18. 补码：带符号数据表示方法之一，正数的反码和原码相同，负数的反码是将二进制按位取反后在最低位再加1.19. 溢出：在计算机中，超出机器字长，发生错误的结果。20. 非编码键盘：采用软件判断键是否按下及设键、译键、计算键值的方法的键盘。21. A/D转换器：它能将模拟量转换成数字量，是计算机的输入设备。22. I/O接口：指主机与I/O设备之间设置的一个硬件电路及器相应的软件控制。23. 端口：指接口电路中的一些寄存器，用来存放数据信息、控制信息和状态信息。24. 中断：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，

6、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处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处，继续执行源程序。25. 中断源：凡能向CPU提出中断请求的各种因素统称为中断源。26. 中断嵌套：计算机在处理中断的过程中，有可能出现新的中断请求，此时CPU暂停现行中断服务程序，转向新的中断请求，这种现象称为中断嵌套。27. 优先级：为使系统能及时响应并处理发生的所有中断，系统根据引起中断事件的重要性和紧迫程度，硬件将中断源分为若干个级别。28. DMA方式：用硬件在主存与外设之间直接进行数据传送，不须CPU，用软件控制。29. 指令系统：将全部机器指令的集合称为机器的指令系统。30. 寻址方式：是

7、指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影响指令格式和指令功能。31. 指令周期：完成一条指令的时间，由若干机器周期组成。 机器周期：完成摸个独立操作，由若干时钟周期组成。 时钟周期：最基本时间单位，由主频决定。32. 微操作：在微程序控制器中，执行部件接受微指令后所进行的最基本的操作。33. 微指令：控制器存储的控制代码，分为操作控制部分和顺序控制部分，由微命令组成。34. 微程序：存储在控制存储器中的完成指令功能的程序，由微指令组成。35. 控制存储器：CPU内用于存放实现指令系统全部指令的微程序的只读存储器。2、 计算3.14. 设总线的

8、时钟频率为8MHZ，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送16位数据，试问总线的带宽是多少？解：由于：f=8MHz,T=1/f=1/8M秒，因为一个总线周期等于一个时钟周期所以：总线带宽=16/（1/8M） = 128Mbps=16MBps3.15. 在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHZ，假设总线最短传输周期为4个时钟周期，试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据传输率，可采取什么措施？解：总线传输周期=4*1/66M秒总线的最大数据传输率=32/(4/66M)=528Mbps=66MBps若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、增大总线宽度或者减少总线传输

9、周期包含的时钟周期个数。3.16. 在异步串行传送系统中，字符格式为：1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。若要求每秒传送120个字符，试求传送的波特率和比特率。解：一帧包含：1+8+1+2=12位 故波特率为：（1+8+1+2）*120=1440bps 比特率为：8*120=960bps4.5. 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。存储器带宽 = 1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒（注：1ns=10-9s）4.7. 一个容量为16

10、K×32位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位解：地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46根；选择不同的芯片时，各需要的片数为：1K×4：（16K×32） / （1K×4） = 16×8 = 128片2K×8：（16K×32） / （2K×8） = 8×4 = 32片4K×4：（16K×32） /

11、 （4K×4） = 4×8 = 32片16K×1：（16K×32）/ （16K×1） = 1×32 = 32片4K×8：（16K×32）/ （4K×8） = 4×4 = 16片8K×8：（16K×32） / （8K×8） = 2×4 = 8片6.4. 设机器数字长为8位（含1位符号位在内），写出对应下列各真值的原码、补码和反码。         -13/64，-87解：真值与不同机器码对应关系如下：真值-13/64-

12、87原码1.001 10101，101 0111补码1.11001101，0101001反码1.11001011，01010006.5. 已知x补，求x原和x。x1补=1.1100; x2补=1.1001; x4补=1.0000; x5补=1,0101; x6补=1,1100; x8补=1,0000; 解：x补与x原、x的对应关系如下：真值-1/4-7/16-1-11-4-16x补1.11001.10011.00001,01011,11001,0000x原1.01001.0111无1,10111,0100无x-0.0100-0.0111-1.0000-1011-0100-100006.9. 当

13、十六进制数9B和FF分别表示为原码、补码、反码、移码和无符号数时，所对应的十进制数各为多少（设机器数采用一位符号位）？ 解：真值和机器数的对应关系如下：原码补码移码无符号数9BH-27-101+27155原码补码移码无符号数FFH-128-1+1282566.12. 设浮点数格式为：阶码5位（含1位阶符），尾数11位（含1位数符）。写出-27/1024、-86.5所对应的机器数。要求如下：（1）阶码和尾数均为原码。（2）阶码和尾数均为补码。（3）阶码为移码，尾数为补码。     解：据题意画出该浮点数的格式：阶符1位阶码4位数符1位尾数10位    &#

14、160; 将十进制数转换为二进制: x1= -27/1024= -0.0000011011B = 2-5*(-0.11011B） x3=-86.5=-1010110.1B=27*(-0.10101101B)则以上各数的浮点规格化数为：（1）x1原=1，0101；1.110 110 000 0 x3原=0，0111；1.101 011 010 0（2）x1补=1，1011；1.001 010 000 0 x3补=0，0111；1.010 100 110 0（3）x1移补=0，1011；1.001 010 000 0 x3移补=1，0111；1.010 100 110 06.19. 设机器数字长为

15、8位（含1位符号位），用补码运算规则计算下列各题。   （2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。   （4）A=-87，B=53，求A-B。解：（2）A=19/32= 0.100 1100B, B= -17/128= -0.001 0001B        A补=00.100 1100, B补=11.110 1111 , -B补=00.001 0001 A-B补=A补+-B补 =00.1001100 + 00.0010001 =00.1011101 无溢出 A-B= 0.101 1101B = 93/128B （4）A=

16、-87= -101 0111B, B=53=110 101B      A补=11, 010 1001, B补=00, 011 0101, -B补=11, 100 1011 A-B补=A补+-B补 = 11,0101001 + 11,1001011 = 10,1110100 溢出6.20. 用原码一位乘和补码一位乘（Booth算法）、两位乘计算x·y。     （1）x= 0.110 111，y= -0.101 110；（4）x= 0.110 11，y= -0.111 01。解：先将数据转换成所需的机器数，然后计算，最后结果转换成真值

17、。（1）x原=0.110111，y原=1.101110，x*=0.110111， y*=0.101110原码一位乘：部分积乘数y*说明0.000 000101110乘数为0右移 0.000 000 +0.110 111010111乘数为1，加上x* 0.110 111 0.011 011 +0.110 111010111101011右移一位乘数为1，加上x* 1.010 010 0.101 001 +0.110 111101011010101右移一位乘数为1，加上x* 1.100 000 0.110 000010101001010右移一位乘数为0，右移一位 0.011 000 +0.110 1

18、11000101乘数为1，加上x* 1.001 111 0.100 111000101100010右移一位即x*×y*=0.100 111 100 010，z0=x0Å y0=0 Å1=1，x×y原=1.100 111 100 010；x·y= -0. 100 111 100 010补码一位乘：x补=00.110111，-x补=11.001001，y补=11.010010部分积乘数Yn+1说明 00 . 000 000 00 . 000 000+11 . 001 0011 010 0100 101 00100Ynyn+1=00，部分积右移1位Y

19、nyn+1=10，部分积加-x补 11 . 001 001右移1位 11 . 100 100+00 . 110 1111 010 1001Ynyn+1=01，部分积加x补 00 . 011 011右移1位 00 . 001 101 00 . 000 110+11 . 001 0011 101 0101 110 10100Ynyn+1=00，部分积右移1位Ynyn+1=10，部分积加-x补 11 . 001 111右移1位 11 . 100 111+00 . 110 1111 111 0101Ynyn+1=01，部分积加x补 00 . 011 110 00 . 001 111+11 . 001

20、0010 111 1010右移1位Ynyn+1=10，部分积加-x补 11 . 011 0000 111 10即 x×y补=1.011 000 011 110，x·y= -0.100 111 100 010（4）x原=0.11011,y原=1.11101,x*=0.11011,y*=0.11101原码一位乘：部分积乘数y*说明 0.000 0011101乘数为1，加x* +0.110 11右移1位 0.011 0111110乘数为0，右移1位 0.001 1011111乘数为1，加x* +0.110 11 1.000 0111111右移1位 0.100 0011111乘数为

21、1，加x* +0.110 11 1.010 1111111右移1位 0.101 0111111乘数为1，加x* +0.110 11 1.100 0011111右移1位 0.1100001111补码一位乘：x补=00.11011，-x补=11.00101，y补=1.00011 00.00000000110 +11.00101 11.00101000110 11.100101100011 11.110010110001 +00.11011 00.10100 00.010100011000 00.001010001100 00.000101000110 +11.00101 11.0011110001

22、6.21. 用原码加减交替法和补码加减交替法计算x÷y。     （2）x=-0.10101， y=0.11011；     （4）x=13/32，     y= -27/32。（2） x原=1.10101 x*=0.10101 X*补=1.01011 XfÅYf=1 0.10101 +1.00101 1.110100 1.10100 +0.11011 0.011110 0.11110 +1.00101 0.00011011 0.00110 +1.00101 1.010110110 0.10110 +0.11011

23、 1.1000101100 1.00010 +0.11011 1.11101011000 y原=0.11011 y*=0.11011 Y*补=0.11011 -y*补=1.00101x/y原=1.11000（4）做法相同，打表格太累，仅给出结果。x/y原=1.011113、 应用4.14. 某8位微型机地址码为18位，若使用4K×4位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，试问： （1）该机所允许的最大主存空间是多少？（2）若每个模块板为32K×8位，共需几个模块板？（3）每个模块板内共有几片RAM芯片？（4）共有多少片RAM？（5）CPU如何选择各模块板？解：（1）该机所允许

24、的最大主存空间是：218 × 8位 = 256K×8位 = 256KB（2）模块板总数 = 256K×8 / 32K×8 = 8块（3）板内片数 = 32K×8位 / 4K×4位 = 8×2 = 16片（4）总片数 = 16片×8 = 128片（5）CPU通过最高3位地址译码输出选择模板，次高3位地址译码输出选择芯片。地址格式分配如下：4.29. 假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中4800次，访问主存200次，已知Cache的存取周期为30ns，主存的存取周期为150ns，求Cache的命中率以及Cach

25、e-主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性能提高了多少倍？解：Cache被访问命中率为：4800/(4800+200)=24/25=96%则Cache-主存系统的平均访问时间为：ta=0.96*30ns+(1-0.96)*150ns=34.8nsCache-主存系统的访问效率为：e=tc/ta*100%=30/34.8*100%=86.2%性能为原来的150ns/34.8ns=4.31倍，即提高了3.31倍。例7.2设相对寻址的转移指令占3个字节，第一字节为操作码，第二，三字节为相对位移量（补码表示）。而且数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式。每当CPU从存储器取出一个字节时

26、，即自动完成（PC）+1 PC。（1） 若PC当前值为240（十进制），要求转移到290（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是什么？（2） 若PC当前值为240（十进制），要求转移到200（十进制），则转移指令的第二、三字节的机器代码是什么？解:（1）PC当前值为240，该指令取出后PC值为243，要求转移到290，即相对位移量为290-243=47，转换成补码为2FH。由于数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式，故该转移指令的第二字节为2FH，第三字节为00H。（2）PC当前值为240，该指令取出后PC值为243，要求转移到200，即相对位移量为200-243=-43，转

27、换成补码为D5H。由于数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式，故该转移指令的第二字节为D5H，第三字节为FFH。例7.3一条双字长直接寻址的子程序调用指令，其第一个字为操作码喝寻址特征，第二个字为地址码5000H。假设PC当前值为2000H，SP的内容为0100H，栈顶内容为2746H，存储器按字节编址，而且进栈操作时执行（SP）-P，后存入数据。试回答下列几种情况下，PC、SP及栈顶内容各为多少？（1） CALL指令被读取前。（2） CALL指令被执行后。（3） 子程序返回后。解CALL指令被读取前，PC=2000H，SP=0100H，栈顶内容为2746H。（1） CALL指令被执

28、行后，犹豫存储器按字节编制，CALL指令供占4个字节，故程序断电2004H进栈，此时SP=（SP）-2=00FEH，栈顶内容为2004H，PC被更新为子程序入口地址5000H。（2） 子程序返回后，程序断点出栈，PC=2004H，SP被修改为0100H，栈顶内容为2746H。7.6某指令系统字长为16位，地址码取4位，试提出一种方案，使该地址系统有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。解：OPA2A1A0三地址指令8条0000···0111OPA1A0二地址指令16条10000000···10001111OPA0一地址

29、指令100条1100000000001100011000117.7设指令字长为16位，采用扩展操作码技术，每个操作码的地址为6位。如果定义了13条二地址指令，试问还可安排多少条一地址指令。解：（24-3）*26=3*64=192条7.8某机指令字长16位，每个操作数的地址码为6位，设操作码长度固定，指令分为零地址，一地址和二地址三种格式，若零地址指令有M种，以抵制指令有N种，则二地址指令最多有几种？若操作码位数可变，则二地址指令最多允许有几种？解：1）若采用定长操作码时，二地址指令格式如下：OP（4位）A1（6位）A2（6位）设二地址指令有K种，则：K=24-M-N当M=1（最小值），N=1（

30、最小值）时，二地址指令最多有：Kmax=16-1-1=14种2）若采用变长操作码时，二地址指令格式仍如1）所示，但操作码长度可随地址码的个数而变。此时，K= 24 -（N/26 + M/212 ）；当（N/26 + M/212 ）£1时（N/26 + M/212 向上取整），K最大，则二地址指令最多有：Kmax=16-1=15种（只留一种编码作扩展标志用。）9.5设机器A的CPU主频为8MHz，机器周期为4个时钟周期，且该机的平均指令执行速度是0.4MIPS，试求该机的平均指令周期和机器周期，每个指令周期中含几个机器周期？如果机器B的CPU主频为12MHz，且机器周期也含有4个时钟周

31、期，试问B机的平均指令执行速度为多少MIPS?A.CLK=8MHz T=1/8MHz=0.125us 机器周期=4*T=0.5us 因为执行速度为0.4MIPS 所以平均指令周期=1/0.4MIPS=2.5us 2.5us/0.5us=5个 所以每个指令含有5条机器指令B.T=1/f=1/12MHz=1/12us 机器指令=4*T=1/3us 指令周期=5*1/3=5/3us平均指令执行速度 1/(5/3)=0.6MIPS9.6设某计算机的CPU主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，试问该计算机的平均指令执行速度为多少MIPS?若CPU主频不变，但每个机器

32、周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，试问B机的平均指令执行速度为多少MIPS?1. CLK=8MHz 平均指令执行速度1/(1/8M*2*4)=1MIPS2.指令周期=4*4*1/8=2us 执行速度=1/(1/8M*4*4)=0.5MIPS9.7某CPU的主频为10MHz，若已知每个机器周期平均含有4个时钟周期，该机的平均指令执行速度为1MIPS，试求该机的平均指令执行速度为多少MIPS?若CUP主频不变，但每个机器周期平均含有4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS？由此可得出什么结论1. 平均指令周期=1/1MIPS=1us T=

33、1/f=0.1us T机=4*T=0.4us因为1us/0.4us=2.5 所以每个指令包含2.5个机器周期2. T=0.4us 速度=1/(0.4*2.5*4)=0.25MIPS3. 因为速度=0.8MIPS 所以T指=1/0.8us 因为T指=4*2.5*T 所以T=1/8us 所以 f=1/T=8MHz 4、 简答1.冯诺依曼机主机主要特点。计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。.指令和数据一同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。.指令和数据均用二进制表示。.指令由操作吗和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。.采用存储控

34、制原理，指令在存储器内按顺序存放。通常指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。.机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传说通过运算器完成。2.计算机硬件主要技术指标，软件定义与分类。 计算机硬件主要技术指标：机器字长、存储容量、运算速度、主频等。 软件定义：看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。 分类：系统软件和应用软件。3.计算机组成部分与个部分作用。 运算器：用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。 存储器：用来存放数据和程序。 控制器：用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理器运算结果。 输入设备

35、：用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标等。 输出设备：可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出，显示器输出等。4.总线定义与分类方法，系统总线定义与分类方法。 总线 定义：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。 分类：片内总线 系统总线 通信总线 系统总线定义：系统总线是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。 分类： 数据总线 地址总线 控制总线5.什么是总线标准，目前流行的总线标准有哪些。 所谓总线标准可视为系统与各模块，模块与模块之间的一个互连的标准界面。 ISA总线、EISA总线、PCI总线

36、、RS232C总线、IEEE-488(并行通信总线又称GP-IP总线)USB总线。6.三级存储器系统中各级存储器特点与用途，分哪两个层次。主存 特点：随机访问、速度快。容量大。用途：存放CPU使用的程序和数据。 辅存 特点：容量大、速度慢、价格低、可脱机保存信息。用途：存放大量后备数据缓存 特点：速度快、容量小、价格高 用途：用于主存与辅存之间作为缓冲，正在使用的程序和数据的付本。 缓存-主存层次和主存-辅村层次。7.半导体存储器RAM与ROM特点与用途。RAM特点：可读可写掉电后信息丢失，存临时信息。用途：主要做内存ROM特点：只读不写掉电后信息不丢失，存长期信息。用途：主要做控制存储器8.

37、动态RAM与静态RAM特点与用途，DRAM刷新方式与主要优点。静态RAM特点：信息读出后，仍保持其原有状态，不需要再生。用途：用于Cache动态RAM特点：靠电容存储电荷的原理来寄存信息。用途：组成内存/主存。DRAM刷新方式 集中刷新：集中刷新是在规定的一个刷新周期内对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此刻必须停止读写操作。 分散刷新：分散刷新是指对每行存储单元的刷新分散到每个存储周期内完成。异步刷新：异步刷新是前两种方式的结合，它即可缩短“死时间”，又充分利用最大刷新间隔2ms的特点。优点：单个MOS管组成，集成度高，速度较SRAM慢，价格低，9.Cache工作原理特点，地址映射方式与

38、替换算法。原理：利用程序访问的局部性，近期用到信息存于cache。地址映射方式：直接映射、全相联映射、组相联映射、替换算法：先进先出算法（FIFO）、近期最少使用算法（LRU）、随机法。10. 主机与外设交换信息采用中断与DMA方式特点与应用场合。中断方式：特点：CPU与外设并行工作，效率高应用场合：管理多种外设并行工作、进行实时处理、进行故障自动处理DMA方式：特点：从数据传送看，程序中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送。从CPU响应时间看，程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，而DMA方式可在指令周期内的任一存取周期结束时响应。程序中断方式有处理异常事件能力，DMA方式没有这种能力，主要用于大批数据的传送，如硬盘存取、图像处理、高速数据采集系统等，可提高数据吞吐量。程序中断方式需要中断现行程序，故需保护现场；DMA方式