计算机组成原理知识点及复习题

计算机组成原理知识点及复习题

I、计算机系统中的存贮器系统是指cache、主存贮器和外存贮器。

2、冯・诺依曼机工作的基本方式的特点是按地址访问并顺序执行指令。

3、某机字长32位，其中1位符号位，31位表示尾数。若用定点小数表示，则最大正小数

为+（1-23）。

4、零地址指令的操作数一般隐含在寄存器中。

5、算术/逻辑运算单元74181ALU可完成。

6、存储单元是指存放一个机器字的所有存贮元集合。

7、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过补码运算的二进制加法器来实现。

8、相联存贮器是按内容指定方式进行寻址的存贮器。

9、某计算机字长32位，其存储容量为4MB,若按半字编址，它的寻址范围是2M。

10、变址寻址方式中，操作数的有效地址等于变址寄存器内容加上形式地址（位移量）。

11、主存贮器和CPU之间增加cache的目的是解决CPU和主存之间的速度匹配问题。

12、微程序存放在磁盘中，

13、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外，另一个常需

采用隐含寻址方式。

14、计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时减少了信息传输线的条数。

15、同步控制是由统一时序信号控制的方式。

16、串行总线主要用于连接主机与外围设备。

17、动态RAM的特点是每隔一定时间刷新一遍。

18、在下列存储器中，半导体存储器可以作为主存储器。

19、计算机主频的周期是指时钟周期。

20、CPU芯片中的总线属于内部总线总线.

21、电了计算机是种不需耍人工百.接干预，能够自动、高速、准确的对各种信息进行处理

和存储的电子设备。

22、总线特点：共享；分时

23、地址总线由单方向的多根信号线组成，用于CPU向主存、外设传输地址信息；数据总线

由双方向的多根信号线组成，CPU可以沿这些线从主存或外设读入数据，也可以沿这些线向

主存或外设送出数据；控制总线上传输的是控制信息，包括CPU送出的控制命令和主存/外

设反馈给CPU的状态信号，

24、通道是承担I/O操作管理的主要部件。

25、硬件通常是指一切看得见，摸得到的设备实体；软件通常是泛指各类程序和文件，它们

实际上是由一些算法以及其在计算机中的表示所构成的。

26、对于程序设计人员来说，硬件和软件在逻辑上是等价的。

27、数据是计算机加工和处理的对象，数据的机器层次表示将直接影响到计算机的结构和性

能。

28、所谓无符号数，就是整个机器字长的全部二进制位均表示数值位（没有符号位），相当

于数的绝对值。

29、对于真值0,原码和反码各有两种不同的表示形式，而补码只有唯一的一种表示形式。

30、原码、反码表示的正、负数范围是对称的；但补码负数能多表示一个最负的数（绝对值

最大的负数），

31、若机器字长有n+1位,则：

原码定点小数表示范围为：-（l-2-n）〜（1-2F）

补码定点小数表示范围为：-l-（l-2n）

32、若机器字长有n+1位，则：

原码定点整数的表示范围为：〜（2"-1）

补码定点整数的表示范围为：-2"〜（2J1）

33、一条指令就是机器语言的一个语句，它是一组有意义的二进制代码。

34、操作码：指明操作的性质及功能。

35、地址码：指明操作数妁地址，特殊情况下也可能直接给出操作数木身。

36、指令的长度是指一条指令中所包含的二进制代码的位数，它取决于操作码字段的长度、

操作数地址的个数及长度。

37、寻找下一条将要执行的指令地址称为指令寻址，指令寻址比较简单，它又可以细分为顺

序寻址和跳跃寻址。

38>Cache存储系统是为解决主存速度不足而提出来的。

39、虚拟存储系统是为解决主存容量不足而提出来的。

40、存储程序概念：⑴i…算机（指硬件）应由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出

设备五大基本部件组成；⑵计算机内部采用二进制来表示指令和数据；⑶将编好的程序和

原始数据事先存入存储摇中，然后再启动计算机工作，这就是存储程存的基本含义。

41、输入设备的任务是把人们编好的程序和原始数据送到计奔机中去，并且将它们转换成计

算机内部所能识别和接受的信息方式。

42、输出设备的任务是将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。

43、存储器是用来存放程序和数据的部件，它是一个记忆装置，也是计算机能够实现“存储

程序控制”的基础。

44、辅助存储器：设置在主机外部，CPU不能直接访问，用来存放暂时不参与运行的程序和

数据，需要时再传送到主存。

45、高速缓冲存储器：CPU可以直接访问，用来存放当前正在执行的程序中的活跃部分（副

本），以便快速地向CPU提供指令和数据。

46、运算器是对信息进行处理和运算的部件，经常进行的运算是算术运算和逻辑运算，因此

运算器的核心是算术逻辑运算部件ALL；

47、控制器是整个计算机的指挥中心。控制器中主要包括时序控制信号形成部件和一曲专用

的寄存器。

48、总线是一组能为多个部件服务的公共信息传送线路，它能分时地发送与接收各部件的信

息。

49、冯・诺依曼结构的存储器设计思想：是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起

的存储器结构。指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置。

50、哈佛结构的存储器设计思想：是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构.CPU

首先到指令存储器中读取指令内容，译码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数

据，并进行下一步的操作（通常是执行）。

51、硬件与软件的关系：硬件是计算机系统的物质基础，软件是计算机系统的灵魂。硬件和

软件是相辅相成的，不可.分割的整体。

52、硬件软化：原来由硬件实现的操作改由软件来实现。它可以增强系统的功能和适应性。

软件硬化：原来由软件实现的操作改由硬件来实现。它可以显著降低软件在时间上的开销。

53、固件是指那些存储在能永久保存信息的器件（如R0Q中的程序，是具有软件功能的硬

件。

54、机器字长是指参与运算:的数的基本位数，它是由加法器、寄存器、数据总线的位数决定

的。

55、数据通路宽度：数据总线一次所能并行传送信息的位数，称为数据通路宽度。

56、主存容量：一个主存储器所能存储的全部信息量称为主存容量。

57、虚拟计算机是指以软件或以软件为主实现的机器。

58、用“+号加绝对值来表示数值的大小，用这种形式表示的数值在计算机技术中

称为“真值”。

59、约定二进制数的最高位为符号位，“0”表示正号，“1”表示负号。这种在计算机中使

用的表示数的形式称为机器数

60、原码表示法的优点是直观易懂，机器数和真值间的相互转换很容易，用原码实现乘、除

运算的规则很简单；缺点是实现加、减运算的规则较复杂。

61、8421码又称为NBCD码，其主要特点是：（1）它是一种有权码，四位二进制代码的位权

从高到低分别为8、4、2、1。⑵简单直观。每个代码与它所代表的十进制数之间符合二进

制数和十进制数相互转换的规则。⑶不允许出现1010〜1111。这六个代码在8421码中是

非法码。

62、余3码其主要特点是：⑴这是一种无权码，但也可看作是一种特殊的有权码，即在8421

码的基础上加+3（+0011）形成的，故称余3码。在这种编码中各位的“1”不表示一个固定

的十进制数值,因而不直观。⑵它也是一种对9的自补码。⑶不允许出现0000-0010、

1101〜1111。这六个代码在余3码中是非法码。

63、程序中断方式：外设在作好输入/输出准备时，向主机发中断请求，主机接到请求后就

暂时中止原来执行的程序，转去执行中断服务程序对外部请求进行处理，在中断处理完毕后

返回原来的程序继续执行。

64、CPU响应中断的条件：（1）CPU接收到中断请求信号，首先中断源要发出中断请求，同

时CPU还要接收到这个中断请求信号。（2）CPU允许中断，CPU允许中断即开中断。CPU内

部有一个中断允许触发器，只有当其被置位时，CPU才可能响应中断源的中断请求（中断开

放）。如其被复位，CPU处于不可中断状态，即使中断源有中断请求，CPU也不响应（中断关

闭）。（3）一条指令执行完毕，一般情况下，CPU在一条指令执行完毕，且没有更紧迫的任

务时才能响应中断请求。

65、直接存储器存取（DMA）方式：DMA方式是在主存储器和外部设备之间开辟直接的数据

通路，可以进行基本上不需要CPU介入的主存和外设之间的信息传送，这样不仅能保记CPU

的高效率，而且能满足高速外设的需要。

66、中断源是指中断的来源，即任何引起计算机中断的事件。

67、中断全过程分为五个阶段：中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回。

68、通道控制方式与DMA方式的区别：①DMA控制器是通过专门设计的硬件控制逻辑来实

现对数据传送的控制；而通道则是一个具有特殊功能的处理器，它具有自己的指令和程序，

通过执行一个通道程序实现对数据传送的控制，故通道具有更强的独立处理数据输入/输出

的功能。②DMA控制器通常只能控制一台或少数几台同类设备；而一个通道则可以同时控

制许多台同类或不同类的设备。

69、通道的功能：①受（PU的1/（）指令，按指令要求与指定的外设进行联系。②从主存取

出属于该通道程序的通道指令，经译码后向设备控制器和设备发送各种命令。③实施主存

和外设间的数据传送。④从外设获得设备的状态信息，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主存的指定单元，供CPU，'吏用。⑤将外设的中断请求和通道

本身的中断请求按次序及时报告CPU。

70、设有一个8位信息为10101100,试求海明编码的生成和校验过程。

73、已知A=0.1011,B=-C.0010,用补码求：A-B,要求写出运算过程。

■[A]补=0.1011,[B]补=1.1110,

[-B]补=0.0010

0.1011

+0.0010

0.1101

补=0.1101,A-B=0.1101

74、X=1O11B=11D,Y=111B=7D

[X]补=0,1011,[Y]#=0,0111

0,1011

+(),()111

1,0010

[X+Y]#=1,0010,X+Y=-1110B=-14D

两正数相加结果为-14D,显然是错误的。

75、X=-1O11B=-11D,Y=-111B=-7D

[X]补=1,0101[Y]补=1,1001

1,0101

।1,1001

0,1110

[X+Y]补=0,1110,X+Y=1110B=14D

两负数相加结果为14D,显然也是错误的。

地址总线主

存

数据总线:像)

容

Read______量

2k

Write二

MFC字

76、CPU对主存进行读/写操作时，首先CPU在地址总线上给出地址信号，然后发出相应的

读或写命令，并在数据总线上交换信息。

⑴读

读操作是指从CPU送来的地址所指定的存储单元中取出信息、，再送给CPU,其操作过程是:

地址一MAR-ABCPU将地址信号送至地址总线

ReadCPU发读命令

WaitforMFC等待存储器工作完成信号

((MAR))-DB-MDR读出信息经数据总线送至CPU

⑵写

写操作是指将要写入的信息存入CPU所指定的存储单元中，其操作过程是:

地址一MAR-ABCPU将地址信号送至地址总线

数据一MDR-DBCPU将要写入的数据送至数据总线

WriteCPU发写命令

WaitforMFC等待存储器工作完成信号

77、指令的微操作序列

控制器在实现一条指令的功能时，总要把每条指令分解成为一系列时间上先后有序的

最基本、最简单的微操作，即微操作序列。微操作序列是与CPU的内部数据通路密切相关的,

不同的数据通路就有不同的微操作序列。

时钟

c

p

U

内

部

总

线

7.

1)加法指令ADDR1,@RO

这条指令完成的功能是把R0的内容作为地址送到主存以取得第一操作数，再

与R1的内容相加，最后将结果送回主存中。即实现：

((RO))+(R1)->(RO)

(1)取指周期

①PCout和MARin有效，完成PC经CPU内部总线送至MAR的操作，记作(PC)-MAR；

②通过控制总线(图中未画出)向主存发读命令，记作Read；

③存储器通过数据总线将MAR所指单元的内容(指令)送至MDR,记作M(MAR)fMDR：

④MDRoul和IRin有效，将MDR的内容送至IR,记作(MDR)-IR。至此，指令被从主存中取

出，其操作码字段开始控制CU。

⑤使PC内容加1,记作(PC)+1-PC。

这条指令的微操作序列的第①〜⑤步为取指令阶段的公共操作，它完成的任务为：

(PC)-MAR

Read

M(MAR)-MDR-1R

(PC)+1PC

(2)取数周期

取数周期要完成取操作数的任务，被加数在主存中，加数已放在通用寄存器R1

中。

①ROout和MARin有效，完成将被加数地址送至MAR的操作，记作(RO)-MAR；

②向主存发读命令，记作Read；

③存储器通过数据总线将MAR所指单元的内容(数据)送至MDR,同时MDRout和Yin有效，

记作M(MAR)-*MDR—Y；

(3)执行周期

执行周期完成加法运算的仃.务，并将结果写回主存。

①Rlout和ALUin有效,同时CU向ALU发“ADD”控制信号，使R1的内容和Y的内容相加,

结果送寄存器Z中，记作(RD+Y-Z；

②Zout和MDRin有效,将运算结果送MDR,记作(Z)-MDR。

③向主存发写命令，记作Write。

2)转移指令JCA

这是一条条件转移指令，若上次运算结果有进位(C=l),就转移；若上次运算

结果无进位(C=0),就顺序执行下一条指令。设A为位移量，转移地址等于PC的内容加位

移量。相应的微操作序列如下：

(1)取指周期

与上条指令的微操作序列完全相同。

(2)执行周期

如果有进位(O1),则完成(PC)+A-PC的操作，否则跳过以下几步。

①PCout和Yin有效,记作(PC)fY(C=l)；

②AdIRout和ALUin有效,同时CU向ALU发“ADD”控制信号，使IR中的地址码字段A

和Y的内容相加，结果送寄存器Z,记作Ad(IR)+Y-Z(C=l)；

③Zout和PCin有效，将运算结果送PC,记作⑵一PC(C=l)。

78、调相制(PE)(2)调频制(FM)⑶改进的调频制(MFM)(4)改进的改进型调频制(M2FM)

数据序列为：101110001,画出磁记录方式的磁头线圈中脉冲电流在记录介质上相应磁化

翻转形式。

To

101110001

PELfl11I：C

FMn|_^wwLn^^

MFM~Im

M2FMim

79、设有一个盘面直径为18in的磁盘组，有20个记录面，每面有5in的区域用于记录信

息，记录密度为100道/in（TPI）和1000b/in（bpi）,转速为2400r/min,道间移动时间

为0.2ms,试计算该盘组的容量、数据传送率和平均存取时间。

每一记录面的磁道数N为

N=5in/面X100道/in=500道/面

最内圈磁道的周长为

L=?tX（182X5）in=25.12in

以最内圈磁道的周长当作每条磁道的长度，故该盘组的存储容量（非格式化容量）为

C=1000b/inX25.12in/igX500it/ffiX20®=251.2X106b=31.4X106B

磁盘旋转一圈的时间为

t=l/2400（r/min）X60s/min

=0.025s=25ms

数据传送率为

Dr:每一道的容量/旋转一圈的时间

=25120/25=1004.8b/ms=l.0048X106b/s

=0.1256X106B/s=0.1256MB/s

平均存取时间为

Ta-[（0+0.2*499）/2+（0+25）/2]ms小60ms

80、用512KX16位的RAM存储器芯片组成一个2MX32的半导体只读存储器，试问:

1）数据寄存器多少位？（1分）

2）地址寄存器多少位？（2分）

3）共需要多少个这样的器件？（2分）

4）画出此存储器的组成框图.（5分）

解：

1）数据寄存器32位；

2）地址寄存器23位⑵IX32bit=2MX32/8B=22iX2J2”

3）共需要8片RAM;（2MX32）/（512KX16）=8

4）存储器的组成原理入图1

RAM

图1

81、某机器中，已知配有一个地址空间为（0000—1FFF）”的ROM区域，现在用一个SRAM芯

片（8KX8位）形成一个16Kxi6位的ROM区域,起始地址为（2000）*假设SRAM芯片有

CS和WE控制端，CPU地址总线船一一Ao,数据总线为D5――Do,控制信号为R/W（读/写）,

MREQ（当存储器读或写时，该信号指示地址总线上的地址是有效的）。要求：满足已知条件

的存储器,画出地址译码方案。画出ROM与画M同CPU连接图。

解：存储器地址空间分布如图2所示，分三组，每组8Kxi6位。

由此可得存储器方案要点如下：

组内地址：A12----Ao（Ao为低位）；

组号译码使用2：4译码器；

RAM,,RAM;各用两片SRAM芯片位进行并联连接,其中一片组成高8位，另一片组成低8位。

用MREQ作为2：4日丽（蜂控制端，该信号低曳上（有效）时，巡器工作。

CPU的R/W信号与SRAM的\VE警接，当R/W=l口拓福器执行读操作「当R/忙0时，存储器

执行写操作。如图3―

7FFF

图2

174LS139

414丫。

译y

A13码+

MREQ器匕

CS

SuL

CPURAMRAMRAMRAM

8KX48KX48KX48KX4

。7—Do

图3

82、求证；［X］补十［Y］外=［X+Y］补(mod2)

解:(1)x>0,y>0f则X+y>0

[X]»b+[Y]?b=x+y=[X+Y]«.(mod2)

(2)x〉0,y<0,则x+y>0或x+y<0

因为[X]»b=x,[Y]»b=2+y

所以[X]补+[Y]补=x+2+y=2+(x+y)

当x+y>0时,2+(x+y)>2,进位2必丢失,又因(x+y)>0,所以

[X]补+[Y]补=x+y=[X+Y]补(mod2)

当x+y<0时，2+(x+y)<2,又因(x+y)<0,所以

[X]朴+[Y]补=x+y=[X+Y]补(mod2)

(3)x<0,y>0,则x+y>0或x+y<0

这种情况和第2种情况一样，把x和y的位置对调即得证。

(4)x<0,y<0,则x+y<0

因为［X］||.=2+x,［Y］j|.=2+y

所以［X］补+［Y］补=2+x+2+y=2+(2+x+y)

上式第二部分一定是小于2大于1的数，进位2必丢失，又因(x+y)<0

所以[X]补+[Y]»b=2+(x+y)=[X+Y]补(mod2)

83、某计算机字长32位，有16个通用寄存器，主存容量为1U字，采用单字长二地址指令,

共有64条指令，试采用四种寻址方式(寄存器、直接、变址、相对)设计指令格式。

解：64条指令需占用操作码字段(0P)6位，源寄存器和F1标寄存器各4位，寻址模式(X)

2位，形式地址(D)16位，其指令格式如下：

3126252221181716150

-0P目标源D

寻址模式定义如下:

X=00寄存器寻址操作数由源寄存器号和目标寄存器号指定

X=01直接寻址有效地址E=(D)

X=10变址寻址有效地址E=(Rx)+D

X=11相对寻址有效地址E=（PC）+D

其中R、为变址寄存器（10位），PC为程序计数器（20位），位移量D可正可负。该指令格式

可以实现RR型，RS型寻址功能。

84、如图B2.1表示使用快表（页表）的虚实地址转换条件，快表存放在相联存贮器中，其

中容量为8个存贮单元。问：

当CPU按虚拟地址1去访问主存时，主存的实地址码是多少？

当CPU按虚拟地址2去访问主存时，主存的实地址码是多少？

当CPU按虚拟地址3去访问主存时，主存的实地址码是多少？

页号该页在主存中的起始地址虚拟地址页号页内地址

3342000

1150324

2538000

79600070128

2

660000

480516

440000

3

1580000

550000

3070000

图B2.1

解：（1）用虚拟地址为1的页号15作为快表检索项，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

80324o

主存实地址码=96000+0128=96128

虚拟地址3的页号为48,当用48作检索项在快表中检索时，没有检索到页号为48的页面,

此时操作系统暂停用户作业程序的执行，转去执行查页表程序。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；如该页面不存在，则操作系统要将该页面从外存

调入主存，然后将页号及其在主存中的起始地址写入快表。

85、己知:x=-0.01111,y=+0.11001,

求［x］补，［-X］补，［y］补，［一y］朴,x+y=?,x-y=?

解：［X］取=1.01111[x]«.=1.10001所以：[-x]V=0.01111

[y为=0.11001[y=0.11001所以：[-y]补=1.00111

[X]补11.10001[x]补11.10001

+[y]补00.11001+[-y11.00111

[x+y]：卜00.01010[x-y10.11000

所以：x+y=+0.01010因为符号位相异，结果发生溢出

86、假设机器字长16位，主存容量为128K字节，指令字长度为16位或32位，共有128

条指令，设计计算机指令珞式，要求有直接、立即数、相对、基值、间接、变址六种寻址方

式。

解：由已知条件，机器字长16位，主存容量128KB/16=64K字，因此MAR=16位，共

128条指令，故0P字段占7位。采用单字长和双字长两种指令格式，其中单字长指令用于

算术逻辑和I/0类指令，双字长用于访问主存的指令。

159543210

OPRiR2

159865320

OPXR2

D

寻址方式由寻址模式X定义如下:

X=000直接寻址E=D(64K)

X=001立即数I)=操作数

X=010相对寻址E=PC+DPC=16位

X=011基值寻址E=Rb+D,%=16位

X=100间接寻址E=(D)

X=101变址寻址E=Rx+D,Rx=10位

87、某机字长32位，常规设计的存储空间W32M,若将存储空间扩至256M,请提出一种可

能方案。

解：可采用多体交叉存取方案，即将主存分成8个相互独立、容量相同的模块M0,Mi,4，…

科，每个模块32Mx32位。它各自具备一•套地址寄存器、数据缓冲寄存器，各自以同等的方

式与CPU传递信息,其组成结构如图B3.3：

图B3.3

CPU访问8个存贮模块，可采用两种方式：一种是在一个存取周期内，同时访问8个存贮模

块，由存贮器控制器控制它们分时使用总线进行信息传递。另一种方式是：在存取周期内分

时访问每个体，即经过1/8存取周期就访问一个模块。这样，对每个模块而言，从CPU

给出访存操作命令直到读出信息，仍然是一个存取周期时间。而对CPU来说，它可以在一个

存取周期内连续访问8个存贮体，各体的读写过程将重叠进行。

88、图B3.1所示的处理机逻辑框图中，有两条独立的总线和两个独立的存贮器。已知指令

存贮器IM最大容量为16384字（字长18位），数据存贮器DM最大容量是65536字（字长

16位）。各寄存器均有“打入”（Rm）和“送出"（R，M）控制命令，但图中未标出。

图B3.1

设处理机指令格式为：

171090

-OP[5F

加法指令可写为“ADDX（R]）"。其功能是（AG）+（（Rt）+X）-AC”其中（（RD+X）

部分通过寻址方式指向数据存贮器，现取R为试画出ADD指令从取指令开始到执行结

束的操作序列图，写明基本操作步骤和相应的微操作控制信号。

解：加法指令“ADDX（Ri）”是一条隐含指令，其中一个操作数来自AC。，另一个操作数在

数据存贮器中，地址由通用寄存器的内容（R.）加上指令格式中的X量值决定，可认为这是

一种变址寻址。因此，指令周期的操作流程图如图B3.4,相应的微操作控制信号列在框图

外。

图B3.4

89、设［x］补=XQ.XlX2…Xn,求证:

0,「1>x20

[X]>F2XO+X,其中XO=J

1,0>xS-1

证明：当1>x20时，却x为正小数，贝IJ

1>[x]M=x^0

因为正数的补码等于正数本身，所以

1>X0.X】X2r.Xn2(),Xo=0

当1>X>-1时，即X为负小数，根据补码定义有：

2>[x]>|.=2+x>1(mod2)

即2>Xo.X】X2…Xn>1>Xn=1

所以正数：符号位X。=0

负数：符号位xo=1{

若1>x20,xo=0,贝lj[x]补=2x(i+x=x

若l<x<0,xo=1»WO[x]it.=2xo1x=2•x

0,1>x20

{1,0>x>>1

90、如图B8.1表示用快表(页表)的虚实地址转换条件，快表放在相联存贮

器中，其容量为8个存贮单元，问：

(1)当CPU按虚地址1去访问主存时主存的实地址码是多少？

(2)当CPU按虚地址2去访问主存时主存的实地址码是多少？

(3)当CPU按虚地址3去访问主存时生存的实地址码是多少？

页号该页在主存中的起始地址虚拟地址页号页内地址

3342000

1150324

2538000

79600070128

2

660000

480516

-140000

1580000

550000

3070000

图B8.1

解：(1)用虚拟地址为1的页号15作为快表检索项，查得页号为15的页在主存中

的起始地力二为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。

主存实地址码=96000+0128=96128

虚拟地址3的页号为48,当用48作检索项在快表中检索时，没有检索到页号为48的页面,

此时操作系统暂停用户作业程序的执行，转去执行查页表程序。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；如该页面不存在，则操作系统要将该页面从外存

调入主存，然后将页号及其在主存中的起始地址写入快表。

91、某微机的指令格式如下所示:

15109870

操作码XI)

D:位移量

X:寻址特征位

X=00：直接寻址；

X=01：用变址寄存器XI进行变址;

X=10：用变址寄存器X2进行变址;

X=ll：相对寻址

设(PC)=1234H,(XI)=003711,(X2)=112211(11代表十六进制数),请确定下列指令的有效

地址。

①4420H②2244H③1322H@3521H⑤6723H

解：

1)X=00,D=20H,有效地址E=20H

2)X=10,D=44H,有效地址E=1122H+44H=1166H

3)X=ll,D=22H,有效地址E=1234H+22H=1256H

4)X=01,D=21H,有效地址E=0037H+21H=00581I

5)X=ll,D=23H,有效地址E=1234H+23H=1257H

92、图B8.2给出了微程序控制的部分微指令序列，图中每一框代表一条微指令。分支点a

由指令寄存器“%两位决定，分支点b由条件码标志c决定。现采用断定方式实现微程

序的程序控制，已知微地址寄存器长度为8位，要求：

设计实现该微指令序列的微指令字顺序控制字段的格式。

画出微地址转移逻辑图。

图B8.2

解：（1）已知微地址寄存翳长度为8位，故推知控存容量为256单元。所给条件中微程序有

两处分支转移。如不考虑他分支转移，则需要判别测试位巴，P?（直接控制），故顺序控制

字段共1（）位，其格式如下,Ai表示微地址寄存据：

PiP?Ai,A2,，,As

判别字段下地址字段

（2）转移逻辑表达式如下：

As=Pi•IR6•T»

A?=Pi,IRs,Tt

A6=P2•Co•T1

其中。为节拍脉冲信号。在Pi条件下，当IL=1时，心脉冲到来时微地址寄存器的第8

位人将置T,从而将该位由“0”修改为“1"。如果出=0,则A的“0”状态保持不变,

A-,A.：,的修改也类似。

根据转移逻辑表达式，很容易画出转移逻辑电路图，可用触发器强制端实现。

图B8.3

93、求证：[x]扑-[y]ib=[x]补+[-y]补

因为[x]补+[y]补=[x+y]补

所以[y]补=[x+y]补-[x]补①

又[x-y]»=[x+(-y)]补=[x]扑+[-y]补

所以[-y]?h=[x-y]Jh-[x]补②

将①和②相加，得

[y]补+[-y]»=[x+y]补+[x-y]朴一[x]»-[x]补

=[x+y+x-y]»-[x]M-[x]M

=[x+x]»-[x]#-[x]#=

94、CPU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。

2).Cache/主存系统的访问效率c。

3).平均访问时间Ta。

解：①命中率H=Nc/1Nc+Nm)=5000/(5000+2000)=5000/5200=0.96

②主存慢于cache的倍率R=Tm/Tc=160ns/4()ns=4

访问效率：

e=1/[r+(1—r)H]=1/[4+(1—4)X0,96]

=89.3%

③平均访问时间Ta=Tc/e=40/0.893=45ns

95、指令格式如下所示，DP为操作码字段，试分析指令格式的特点。

15107430

OP源寄存器基值寄存器

位移量（16位）

解：（1）双字长二地址指令，用于访问存储器。

（2）操作码字段OP为6位，可以指定2$二64种操作。

（3）一个操作数在源寄存器（共16个），另一个操作数在存储器中（由基值寄存器

和位移量决定），所以是RS型指令。

96、某机运算器框图如图B7.1所示，其中ALU由通用函数发生器组成，此一M*为多路开关,

采用微程序控制，若用微指令对该运算器要求的所有控制信号进行微指令编码的格式设计,

列出各控制字段的编码表，

图B7.1

解：当24个控制信号全部用微指令产生时，可采用字段译码法进行编码控制，采用的微指

令格式如下（其中目地操作数字段与打入信号段可结合并公用，后者加上节拍脉冲控制即

可）。

3位3位5位4位3位2位

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

目的操作数源操作数运算操作移动操作直接控制判别下址字段

编码表如下:

目的操作数字段源操作数字段运算操作字段移位门字段直接控制字段

001a,LDR«C01eMSOSIS2s3L,R,S,Ni,j,+1

010b,LDR.CIOf

Oilc,LDROHg

100d,LDR100h

97、（1）某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于一个

总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz，总线带宽是多少？（2）如果一个总线周期中并

行传送64位数据，总线时钟频率升为66MHz，总线带宽是多少？

解：（1）设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=l/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=DX（1/T）=DXf=4BX33X106/s=132MB/s

(2)64位=8B

Dr=DXf=8BX66X106/s=528MB/s

98、利用串行方式传送字符（如图），每秒钟传送的比特（bit）位数常称为波特率。假设

数据传送速率是120个字符/秒，每一个字符格式规定包含10个比特位（起始位、停止位、

8个数据位），问传送的波特率是多少?每个比特位占用的时间是多少？

解：

波特率为：10位X120/秒=1200波特

每个比特位占用的时间Tc是波特率的倒数：

Td=l/1200=0.833X10-3s=o.833nls

99、磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm,

外径33cm,道密度为40道/cm,内层位密度400位/cm,转速6000转/分。问：

（1）共有多少柱面？

（2）盘组总存储容量是多少？

（3）数据传输率多少？

（4）采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么？寻址命令中如何表示磁盘地址？

（5）如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一

个柱面上？

解：（1）有效存储区域=16,571=5.5（cm）

因为道密度=40道/cm,所以40X55=220道，即220个圆柱面。

（2）内层磁道周长为2nR=2X3.14X11=69.08（cm）

每道信息品=400位/cmX£9.08cm=27632位=3454B

每面信息量=3454BX22O759880B

盘组总容量=759880BX10=7598800B

（3）磁盘数据传输率I）产小

N为每条磁道容量，N=3-154B

r为磁盘转速，r=6000转/60秒=100转/秒

Dr=rN=100X3454B=34540DB/s

（4）采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块（一个扇区），每个记录块记录

固定字节数目的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式可用如下格式：

台号:柱号（磁道）号:扇区号:盘面号/磁头号

此地址格式表示有4台磁盘（2位），每台有16个记录面/盘面（4位），每面有256个磁道

（8位），每道有16个扇区（4位）。

（5）如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个柱面上，因为不需要重新找

道，数据读/写速度快。

100、用16KX8的SRAM设计组成一个64KX8的存储器：

（1）需芯片数为多少；（1分）

（2）需要多少根地址线？多少根数据线？（2分）

（3）画出连接图；（5分；

（4）给出地址分配。（4分）

解：（1）所需芯片数为：（64KX8）/（16KX8）=4片;

（2）CPU将提供16根地址线、8根数据线与存储器相连：

（3）而存储芯片仅有14根地址线、8根数据线。四个芯片的地址线A13〜A。、数据线

D7〜Do及读写控制信号怅都是同名信号并联在一起；高位地址线A]5、AM经过一个地址

译码器产生四个片选信号CS”分别选中四个芯片中的一个。在同一时间内4个芯片中只能

有一个芯片被选中。A15Al4=0。，选中第一片,A15A14=01,选中第二片，……。

VV

A13〜A。CSA13〜Ao

)KX816KX8

D-D。oWED7〜D0o

（4）4个芯片的地址分配加下；第一片最低地址0000000000000000B000011

最高地址001111111111HUB3FFFH第二片最低地址010000000000OOOOB

4000H最高地址011111111111HUB7FFFH第三片最

低地址1000000000000000B8000H最高地址101111111111

1111BBFFFH

第四片最低地址1100000000000000BCOOOH最高地址1111

11111111HUBFFFFH

101指令格式如下所示，0P为操作码字段，试分析指令格式的特点。

15107430

OP源寄存器基值寄存器

位移量（16位）

解：（1）双字长二地址指令，用于访问存储器。

（2）操作码字段OP为6位，可以指定26=64种操作。

（3）一个操作数在源寄存器（共16个），另一个操作数在存储器中（由基值寄存器

和位移量决定），所以是RS型指令。

102一台处理机具有如下指令格式：o

6位2位3位3位

OPX源寄存器目标寄存器地址

其格式表明有8个通用寄存器（长度16位），X为指定的寻址模式，主存最大容

量为256K字

1）假设不用通用寄存器也能直接访问主存的每一个操作数，并假设操作码域OP=6

位，请问地址码域应该分配多少位？指令字长度应有多少位？

假设X-1】时，指定的那个通用寄存器用作基址寄存器，请提出一个硬件设计规则，使得被

指定的通用寄存器能访问1M的主存空间中的每一个单元。

解：

1）因为218=256K字，地址域=18位

操作码域=6位

指令长度=18+3+3+6+2=32位

2）此时指定的通用寄存器作为基值寄存器（16）位。但16位长度不足以覆盖1M字地

址空间，为此可将通用寄存器左移4位，低位补。形成20位基地址，然后与指令字形式地

址相加得有效地址，可访问主存1M地址空间的任意单元。

一、单项选择题

二、填空题

三、改错题

四、简答题

五、分析题

六、综合题

福师09秋学期《计算机组成原理》考试复习题一

本复习题页码标注所用教材为：

计算机组成原理（第2版）38主唐朔飞2008年1月第2版高等教育出版社书

如学员使用其他版本教材，请参考相关知识点

一、单项选择题（每小题2分，共20分）

1、现代计算机的运算器一般通过总线结构来组织，在下面的总线结构运算器中，

单总线结构的操作速度最慢，而（）的操作速度最快。

A.双总线结构B.多总线结构C.单总线结构D.三总线结构

考核知识点：总线结构，参见P52

2、微型计算机的分类通常以微处理器的（）来划分。

A.芯片名B.寄存器数目C.字长D.规格

考核知识点：微型计算机的分类，参见P23

3、目前的计算机中，弋码形式是