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、ENIAC
2.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、1024
5.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P3
7.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 、DRAM
20.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p167
28. ______________、______________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、cache
32.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 p256
34.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1024×768，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×每个像素点颜色深度× 刷新速度（5分）
=1024×768×3B×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+[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1024×1024，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×每个像素点颜色深度＝1024×1024×3B＝3MB（4分）
刷新存储器带宽＝刷新存储器容量×刷新速率＝3MB×72/S＝216MB/S（4分）
刷新存储器的总带宽应为 216MB/S×100/60＝360MB/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（±0．1101）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＝1.1101
[＋0.1101]反＝0.1101 [－0.1101]反＝1.0010
[＋0.1101]补＝0.1101 [－0.1101]补＝1.0011
[＋0.1101]移＝1.1101 [－0.1101]移＝0.0011
8.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=1.00111
11.二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-102×2-7，（5分）所以其十进制真值为-24×2-7×102=-2-3×102。（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4M×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16M×1B=16MB（5分）
（2）(16M/4M)×(8位/1位)=4×8=32片（5分）
13.某半导体存储器容量8K×8位，可选用的RAM芯片容量为2K×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16K×16位的存储器，用1K×4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)=4×2=8片（5分）
（3）(16K/1K)×(16位/4位)=16×4=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. 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=45ns
16.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：
4×1024/16=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4K×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32K×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4K×4位的RAM芯片拼成4K×8位（共8组），共有8×2=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8×16 =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
1．A 2．B 3．C 4．D
5．A 6．B 7．C 8．D
1、只读存储器的英文缩写是（ ）。
A．ROM B．RAM C．PLA D．REM
2、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。
A．11.101010 B．11.010101 C．00.010101 D．00.001110
3、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（ ）。
A．1.10101 B．1.11010 C．0.11010 D．0.11111
5、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（ ）。
A．11010001 B．11010110 C．11000001 D．11001011
6、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64K×20位，该芯片的地址线和数据线数目为（ ）。
A．64，16 B．20，64 C．64，8 D．16，20
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
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