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计算机组成原理

《计算机组成原理》课程复习资料

一、单项选择题：

1.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

2.完整的计算机系统应包括[]

A.运算器、存储器、控制器B.外部设备和主机

C.主机和应用程序D.配套的硬件设备和软件系统

3.下列数中最小的数是[]

A．（101001）2B．（52）8C．（2B）16D．（44）10

4.磁盘存储器的等待时间通常是指[]

A.磁盘旋转半周所需的时间B.磁盘转2/3周所需时间

C.磁盘转1/3周所需时间D.磁盘转一周所需时间

5.CPU包含[]

A.运算器B.控制器

C.运算器、控制器和主存储器D.运算器、控制器和cache

6.CPU的控制总线提供[]

A.数据信号流B.所有存储器和I/O设备的时序信号及控制信号

C.来自I/O设备和存储器的响应信号D.B和C两项

7.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

8.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

9.Pentium微型计算机中乘除法部件位于下列（）中。

[]

A.CPUB.接口C.控制器D.专用芯片

10.（）表示法主要用于表示浮点数中的阶码。

[]

A.原码B.补码C.反码D.移码

11.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

12.下面叙述的概念中（）是正确的[]

A.总线一定要和接口相连B.接口一定要和总线相连

C.通道可以代替接口D.总线始终由CPU控制和管理

13.邮局把信件进行自动分拣，使用的计算机技术是[]

A.机器翻译B.自然语言理解C.机器证明D.模式识别

14.下列数中最大数为[]

A.（101001）2B.（52）8C.（13）16D.（101001）BCD

15.同步控制是[]

A.由统一时序信号控制的方式B.所有指令执行时间都相同的方式

C.只适用于CPU控制的方式D.只适用于外围设备控制的方式

16.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

17.冯.诺依曼机工作方式的基本特点是[]

A.多指令流单数据流B.按地址访问并顺序执行指令

C.堆栈操作D.存储器按内容选择地址

18.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）

19.某SRAM芯片，其存储容量为64K×16位，该芯片的地址线和数据线数目为[]

A.64，16B.16，64C.64，8D.16，16

20.下列有关运算器的描述中正确的是[]

A.只作算术运算，不作逻辑运算B.只作加法

C.能暂时存放运算结果D.以上答案都不对

21.两个n位数（包括1位符号位）相乘，乘积一般为2n-2位。

一个采用原码一位乘法实现这两个数相乘的运算器，其加法器的位数一般为[]

A.2n位B.2n-2位C.n位D.n+2位

22.一条指令从主存取出到执行完成所需的CPU周期至少[]

A.一个B.二个C.三个D.四个

23.DMA数据传送控制的周期挪用方式主要适用的情况是[]

A.I/O设备周期大于内存存储周期B.I/O设备周期小于内存存储周期

C.CPU工作周期比内存存储周期长得多D.CPU工作周期比内存存储周期小很多

24.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.32767B.8000C.7FFFD.8EEE

25.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

26.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

27.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

28.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

29.指令周期是指[]

A.CPU从主存取出一条指令的时间B.CPU执行一条指令的时间

C.CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间D.时钟周期时间

30.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

二、填空题：

1.CPU能直接访问______和______，但不能直接访问磁盘和光盘。

2.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。

3.在链式查询、计数器定时查询、独立请求三种总线控制判优方式中，响应时间最快的是______方式；对电路故障最敏感的是______方式。

4.一个定点数由______和数值位两部分组成。

根据小数点的位置不同，定点数有______和纯整数两种表示方法。

5.DMA技术的出现使得外围设备可以通过______直接访问______，与此同时，CPU可以继续执行程序。

6.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。

7.若浮点数格式中阶码的基已经确定，且尾数采用规格化表示法，则浮点数的表数范围由______决定，而精度取决于______。

8.计算机的主机是由______、______和控制器等部件组成。

9.八位二进制补码所能表示的十进制整数范围是______至+127，前者的二进制补码表示为10000000，后者的二进制补码表示为______。

10.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。

11.一位十进制数，用BCD码表示需要______位二进制码，用ASCⅡ码表示需要______位二进制码。

12.在计算机中，将______和控制器合在一起称为CPU，而将CPU和______合在一起称为主机。

13.计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构。

它通常由微程序级、______、______、汇编语言级、高级语言级组成。

14.在计算机系统中，CPU对外围设备的管理，除了程序查询方式、程序中断方式外，还有______方式、______方式和、外围处理机方式。

15.指令字长度分为______、______、双字长三种形式。

16.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。

17.在机器码______和______中，零的表示形式唯一。

18.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。

19.指令寄存器的作用是______。

20.在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是______。

21.虚拟存储器指的是______层次，它给用户提供了一个比实际______空间大的多虚拟地址空间。

22.移码表示法主要用于表示浮点数的______码，以利于比较两个指数的大小和进行______操作。

23.广泛使用的SRAM和DRAM都是半导体随机读写存储器，它们共同的缺点是______。

24.多个用户共享主存时，系统应提供存储保护。

通常采用的方法是______保护和______保护，并用硬件来实现。

25.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。

26.当采用______对设备进行编址情况下，不需要专门的I/O指令组。

27.指令字长度有______、______和双字长三种形式。

28.计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，数据传输方式可采用______传送、______传送和复用传送。

29.微程序设计技术是利用______方法设计______的一门技术。

30.中断处理需要有中断优先级仲裁、中断______产生，中断控制逻辑等硬件支持。

三、名词解释：

1.计算机硬件2.指令的编码格式3.刷新4.CPU周期

5.微程序6.存储密度7.存取时间8.水平型微指令

9.存储设备数据传输率10.计算机软件11.指令系统12.数据通路

13.垂直型微指令14.接口15.微指令格式16.同步通信

17.外围设备18.计算机指令19.异步通信20.指令的执行方式

21.指令周期22.时钟周期23.存储周期24.微命令

25.微操作26.微周期27.相容性微操作28.正逻辑

29.微地址的形成方法

四、简答题：

1.在计算机中，CPU管理输入输出设备有几种方式？

各有何特点？

2.DRAM存储器采用何种方式刷新？

有哪几种常用的刷新方式？

3.指令和数据都以二进制代码存放在内存中，CPU如何区分它们是指令还是数据？

4.CPU响应中断应具备哪些条件？

5.计算机中为什么采用二进制数码？

6.主存储器的性能指标主要有哪些？

含义是什么？

7.将十进制数-0.276和47化成二进制数，再写出各自的原码、补码、反码表示（符号位和数值位共8位）。

二进制数原码补码反码

-0.276：

47：

8.CPU中的主要寄存器有哪些？

各自有何作用？

9.请说明指令周期、机器周期、时钟周期之间的关系。

10.已知x和y，用变形补码计算x-y，同时指出运算结果是否溢出。

①x=+0.11011y=-0.11111②x=+0.10111y=+0.11011

11.CPU结构如图所示，其中一个累加寄存器AC，一个状态条件寄存器和其它四个寄存器，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。

（1）标明图中四个寄存器的名称。

（2）简述指令从主存取到控制器的数据通路。

12.说明计数器定时查询工作原理。

五、计算说明题：

1.用补码运算方法计算X+Y=？

并判断结果是否溢出（采用双符号位）。

①X=0.1011Y=0.1100②X=-0.1011Y=0.1001

2.现有如下存储器芯片是：

4K×4的芯片4片，8K×8的芯片3片，要求扩展为一个32K×8位的存储器，画出该存储器的组成逻辑框图。

3.设X=-1101，Y=-0101，用补码的两位乘法求Z=X*Y。

4.某计算机的存储系统由Cache、主存和用于虚拟存储的磁盘组成。

CPU总是从Cache中获取数据。

若访问的字在Cache中，则存取它只需20ns，将所访问的字从主存装入Cache需要60ns，而将它从磁盘装入主存需要1200us。

假设Cache的命中率为0.9，主存的命中率为0.6，计算该系统访问一个字的平均存取时间。

5.不同进制之间数据的转换计算。

①（15.34）8转换为对应的二进制数、十六进制数和十进制数；

②二进制数10011100和0.01011转换为十进制数。

6.要求用128K×16位的SRAM芯片设计512K×16位的存储器，SRAM芯片有两个控制端：

当CS有效时该片选中。

当W/R=1时执行读操作，当W/R=0时执行写操作。

用64K×16位的EPROM芯片组成128K×16位的只读存储器。

试问：

（1）数据寄存器多少位？

（2）地址寄存器多少位？

（3）共需多少片EPROM?

（2）画出此存储器组成框图。

7.设有一个具有20位地址和32位字长的存储器。

问：

（1）该存储器能存储多少个字节的信息？

（2）如果用512k×8位的SRAM组成，需多少片？

（3）需要多少位地址作芯片选择？

8.一个磁盘存储器共有6个盘片（12个存储面），每个面有4096个磁道，每个磁道256个扇区，每个扇区512个字节，磁盘转速为每分钟7200转，定位时间（寻道时间）为8ms。

求：

（1）该磁盘存储器的存储容量；

（2）磁盘存储器的寻址时间（包括定位时间和等待时间）；

（3）在寻址完成后，磁盘存储器的有效数据传输率。

9.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。

请计算：

（1）磁盘存储容量是多少？

（2）数据传输率是多少？

10.已知X=+1011，Y=+1101，用补码加减交替除法求X÷Y。

11.设机器字长为16位，定点表示时，尾数15位，阶符1位。

问：

（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？

12.用16k×8位的SRAM芯片构成64K×16位的存储器，要求画出该存储器的组成逻辑框图。

《计算机组成原理》课程复习参考答案

一、单项选择题：

1.C2.D3.A4.A5.D6.D7.C8.B9.A10.D11.A12.B13.D

14.B15.A16.C17.B18.A19.D20.D21.C22.B23.A24.C25.B26.B

27.C28.D29.C30.B

二、填空题：

1.主存储器高速缓存（cache）2.优先级高优先级低3.独立请求链式查询

4.符号位纯小数5.DMA控制器内存

6.地址总线数据总线控制总线7.阶码尾数8.运算器主存储器

9.-1280111111110.系统软件应用软件系统软件

11.4712.运算器存储器13.一般机器级操作系统级

14.DMA通道15.单字长半字长16.处理器指令和程序

17.补码移码18.速度容量价格19.保存当前正在执行的指令

20.解决CPU与内存之间的速度匹配问题21.主存---外存主存22.阶对阶

23.断电后不能保存信息24.存储区域访问方式25.跳跃程序计数器

26.统一编址法27.单字长半字长28.并行串行

29.软件操作控制器30.向量

三、名词解释：

1.计算机硬件：

是指组成一台计算机的各种物理装置,它们是由各种实实在在的器件组成的,是计算机进行工作的物质基础。

计算机的硬件由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五部分组成。

2.指令的编码格式：

是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。

3.刷新：

DRAM的存储单元是以电容中的电荷存储信息，它处于静态时，电容中的信息将因电荷泄漏而逐渐消失。

为了保持存储信息的不变，必须反复对存储单元进行充电，以恢复原来的内容，这个过程称为刷新。

常用的刷新方法有集中式、分散式和异步式三种。

4.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。

5.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。

6.存储密度：

是指单位长度或单位面积上能存储的二进制信息量。

7.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。

8.水平型微指令：

一次能定义并执行多个操作微命令的微指令，称为水平型微指令。

水平型微指令由控制字段、判别测试字段和下地址字段三部分组成。

9.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。

10.计算机软件：

是指在计算机硬件上运行的各种程序以及有关的文档资料，例如操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、数据库管理系统、专用软件包、各种维护使用手册、程序流程图和说明等。

软件分为系统软件和应用软件两大类。

11.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。

12.数据通路：

CPU完成某一特定的功能时，相关信息要在各寄存器之间流动，各寄存器之间因此次信息流动而形成的通路称为数据通路。

13.垂直型微指令：

微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，由微操作码规定微指令的功能，称为垂直型微指令。

垂直型微指令的特点是不强调实现微指令的并行处理功能，通常一条微指令只要求实现一、二种控制。

14.接口：

是计算机系统总线与外围设备之间的一个逻辑部件，它的基本功能有两点：

一是为信息传输操作选择外围设备；二是在选定的外围设备和主机之间交换信息，保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。

15.微指令格式：

是指由于编译微操作码时采用不同的方法而形成的不同格式的微指令的方式，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令两种。

16.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。

17.外围设备：

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。

18.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。

19.异步通信：

利用数据发送部件和数据接收部件之间的应答信号来实现总线数据传送的方式称为异步通信。

在异步通信方式下，允许总线上的各部件有各自的时钟，部件之间的通信不依靠公共的时间标准，而是利用应答方式的信号来实现。

20.指令的执行方式：

是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。

21.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。

22.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。

23.存储周期：

又称访内周期，是指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。

它是衡量主存储器工作性能的重要指标。

24.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。

25.微操作：

微命令所对应的操作称为微操作，微操作可分为相容性微操作和相斥性微操作两种。

26.微周期：

一条微指令从控制存储器读取到相应的一步操作完成所需的时间称为一个微周期。

27.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。

28.正逻辑：

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。

指定逻辑电路中高电平为“1”，低电平为“0”，称为正逻辑。

29.微地址的形成方法：

是指控制微指令执行的顺序问题，即如何确定下一条微指令的地址。

通常产生后续地址有计数器方式、增量方式与断定方式结合、多路转移方式三种。

四、简答题：

1.解：

CPU管理外围设备的五种方式及其特点：

（1）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；

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

2.答：

DRAM采用读出方式进行刷新。

因为读出过程中恢复了存储单元的MOS栅极电容电荷，并保持原单元的内容，所以读出过程就是再生过程。

常用的刷新方式由三种：

集中式、分散式、异步式。

3.解：

从时间上讲，取指令事件发生在“取指周期”；取数据事件发生在“执行周期”。

从空间上讲，从内存读出的指令流流向控制器（指令寄存器）；从内存读出数据流流向运算器（通用寄存器）。

4.解：

应具备：

（1）在CPU内部设置的中断允许触发器必须是开放的。

（2）外设有中断请求时，中断请求触发器必须处于“1”状态，保持中断请求信号。

（3）外设（接口）中断允许触发器必须为“1”，这样才能把外设中断请求送至CPU。

（4）当上述三个条件具备时，CPU在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断。

5.答：

这是由计算机电路所采用的器件决定的。

计算机中采用了具有两个稳态的二值电路，用二值电路只能代表两个数码：

0和1。

比如，采用正逻辑表示，是以低电位表示数码“0”，高电位表示数码“1”；负逻辑表示，则以高电位表示数码“0”，低电位表示数码“1”。

在计算机中采用二进制，具有运算规则简单，物理上实现方便，成本低廉，数码“1”和“0”正好与逻辑命题中的两个值“True”、“False”相对应，为计算机中实现逻辑运算和程序中的逻辑判断提供了便利条件等优点。

6.答：

主存储器的性能指标主要是存储容量、存取时间、存储周期可靠性和性能价格比。

在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量。

存取时间又称存储访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。

存储周期是指连续两次独立的存储器操作（如连续两次读操作）所需间隔的最小时间。

可靠性是指在规定的时间内，存储器无故障工作的时间。

通常