计算机组成原理.doc

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（指令译码器）：分析当前指令的功能。10.机器字长：CPU一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。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，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、电路图等。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屏幕。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。如：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_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，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p16728. _、_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.DMA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。若显示工作方式采用分辨率为1024768，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=分辨率每个像素点颜色深度 刷新速度（5分）=10247683B72/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+Y补=11.11010100+11.11100010=11.10110110（6分）3刷新存储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10241024，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每个像素点颜色深度102410243B3MB（4分）刷新存储器带宽刷新存储器容量刷新速率3MB72/S216MB/S（4分）刷新存储器的总带宽应为 216MB/S100/60360MB/S（2分）4.已知X=0.1001,Y=-0.0101，求-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（-1）（4分）最大负数： 1 111 1111（1分）数值=十进制数-（-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）（1011）反01011 （1011）反10100（1分）（1011）补01011 （1011）补10101（2分）（1011）移11011 （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0.00118.在浮点数中，阶码的正负和尾数的正负各代表什么含义？答案：（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=1.01111 x补=1.10001 -x补=0.01111 y原=0.11001 y补=0.11001 -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-1022-7，（5分）所以其十进制真值为-242-7102=-2-3102。（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102 12.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4M1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16M1B=16MB（5分）（2）(16M/4M)(8位/1位)=48=32片（5分）13.某半导体存储器容量8K8位，可选用的RAM芯片容量为2K4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16K16位的存储器，用1K4位的DRAM芯片构成，那么总共需要多少DRAM芯片？答案：（1）采用字位扩展方式。（5分）（2）芯片数量为（8K/2K）(8位/4位)=42=8片（5分）（3）(16K/1K)(16位/4位)=164=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. 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（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) 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）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CACHE（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：41024/16=4096/16=256块4KB=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4K4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32K8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4K4位的RAM芯片拼成4K8位（共8组），共有82=16个RAM。（4分）（3）据前面所得，共需8个模条，每个模条上有16片芯片，故主存共需816 =128片RAM芯片。（2分）23.说明通道的基本功能。答案：通道是一个有特殊功能的处理器，有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制。（5分）其基本功能是：通过执行通道程序实施对I/O系统的统一管理和控制，在CPU启动通道后，通道自动地去内存取出通道指令并执行指令。直到数据交换过程结束向CPU发出中断请求，进行通道结束处理工作。（5分）四、单选题1A2B3C4D 5A6B7C8D1、只读存储器的英文缩写是（ ）。AROMBRAMCPLADREM2、设用双符号补码表示浮点数，基数为2，以下数据中（ ）是规格化的。A11.101010B11.010101C00.010101D00.0011103、下列情况下，可能不发生中断请求的是（ ）。A机器出现故障B浮点操作溢出C一条指令执行完毕D算术操作溢出4、若x的补码为0.11111，则x的原码为（ ）。A1.10101B1.11010C0.11010D0.111115、假定下列字符码中有奇偶校验位，但没有数据错误，采用偶校验的字符码是（ ）。A11010001B11010110C11000001D110010116、许多公司使用计算机管理职工工资，这属于计算机的（ ）应用领域。A科学计算B数据处理C过程控制D辅助工程7、下面各类指令中，（ ）是用户不能使用的。A堆栈操作指令B移位操作指令C特权指令D字符串处理指令8、某SRAM芯片，存储容量为64K20位，该芯片的地址线和数据线数目为（ ）。A64，16B20，64C64，8D16，20五、判断题1.一个用双符号位表示的变形补码11.110001是正数。错2.寄存器在计算机系统中是一个重要部件，只能用于暂存数据。错3.八进制数据31转化成十进制数据为30。错4.采用RISC技术后，计算机的体系结构又恢复到早期较简单的情况。错5.没有设置乘法和除法指令的计算机系统中，就不能实现乘法运算。错6.CPU所执行的指令和处理的数据都是直接从磁盘或光盘中取出，处理结果也直接存入磁盘。错7.补码中的零，表示形式是唯一的。对8.相对击打式打印机而言，非击打式打印机噪音低、耗材成本高。对9.半导体存储器在计算机存储体系中应用较多。对10.存储器的层次体系主要由Cache、主存和辅存构成。对 . . . .