2023年计算机组成原理复习题及参考答案.doc

中南大学网络教育课程考试（专科）复习题及参考答案
计算机组成原理
一．选择题
1. 磁盘存储器的等待时间通常是指___A___。
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
2. CPU包含___D___。
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
3. CPU的控制总线提供___D___。
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
4. 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___B___。
A. 通用寄存器 B. 堆栈 C. 存储器 D. 外存
5. 下述I/O控制方式中，__B___重要由程序实现。
A. PPU（外围解决机） B. 中断方式
C. DMA 方式 D. 通道方式
6. 目前的计算机中，代码形式是___C___。
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
7. 下列数中最大的是__B____。
A．（10010101）2 B．（227）8 C．（96）16 D．（143）10
8. 设寄存器位数为8位，机器数采用补码形式（一位符号位），相应于十进制数-27，寄存器内为___C___。
A．（27）16 B．（9B）16 C．（E5）16 D．（5A）16
9. 计算机的存储器系统是指___D___。
A．RAM存储器 B．ROM存储器 C．主存储器 D．主存储器和外存储器
10.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__A____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
11.在定点二进制运算器中，减法运算一般通过__D____ 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
12. 指令系统中采用不同寻址方式的目的重要是___B___ 。
A．实现存储程序和程序控制 B．缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性
C．可以直接访问外存 D．提供扩展操作码的也许并减少指令译码难度
13. 在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是___B___ 。
A．主存地址寄存器 B．程序计数器 C．指令寄存器 D．状态条件寄存器
14. 采用DMA 方式传送数据时，每传送一个数据就要用一个____C__ 。
A．指令周期 B．数据周期 C．存储周期 D．总线周期
15. 至今为止，计算机中的所有信息以二进制方式表达的理由是__C____。
A .节约元件 B. 运算速度快 C. 物理器件性能决定 D. 信息解决方便
16. 程序控制类指令的功能是__D____。
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
17. 某机字长32位。其中1位符号位，31位表达尾数。若用定点整数表达，则最大正整数为___A___。
A. +(231-1) B. +(230-1) C. +(231+1) D. +(230+1)
18. 假设下列字符码中有奇偶位校验，但没有数据错误，采用偶校验的字符码是____D__。
A. 11001011 B. 11010110 C. 11000001 D. 11001001
19.同步控制是__A____。
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. 只合用于CPU控制的方式 D. 只合用于外围设备控制的方式
20．邮局把信件进行自动分拣，使用的计算机技术是___D___。
A. 机器翻译 B. 自然语言理解 C. 机器证明 D. 模式辨认
21．下列数中最大数为____B__。
A. （101001）2 B. （52）8 C. （13）16 D. （101001）BCD

二．填空题
1．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、一般机器级、操作系统级______、汇编语言级、高级语言级组成。
2. 形成指令寻址的方式，称为指令寻址方式，有顺序寻址和___跳跃_____寻址两种，使用__程序计数器______来跟踪。
3. 字节多路通道可允许多个设备进行__传输____型操作，数据传送单位是___数据块___。
4. 通道是一个特殊功能的__解决器______ ，它有自己的___指令和程序_____ 专门负责数据输入输出的传输控制。
5. 在机器码__补码______和___移码_____中，零的表达形式唯一。
6．微程序设计技术是运用_____软件______方法设计_____操作控制器________的一门技术。
7. 对存储器的规定是___速度，容量，价格_____，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。
8. RISC的中文含义是_____精简指令系记录算机_____________，CISC的中文含义是____复杂指令系记录算机______________。
9．中断解决过程可以嵌套进行， ____优先级别高___________的设备可以中断_____优先级别低__________的中断服务程序。
10. 移码常用于表达浮点数的___阶码______部分，移码和补码比较，它们除____符号位_____外，其他各位____相同_____。
11. 赋以逻辑属性值True或False的变量称为___逻辑变量______，描述逻辑变量关系的函数称为__逻辑函数_______；实现逻辑函数的电路称为___逻辑电路______。
12.一个定点数由_____符号位_____和___数值域_______两部分组成。根据小数点的位置不同，定点数有____纯小数______和__纯整数________两种表达方法。
三．名词解释
1．计算机指令：
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。
2．CPU周期：
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。
3．存储速度：
存储速度表达每秒从存储器进出信息的最大数量，其单位用字/秒或字节/秒表达。从数值上来说它是存储周期的倒数。
4．相容性微操作：
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。
5．外围设备：
外围设备俗称外部设备，外围设备是相对于计算机主机来说的，凡在计算机主机解决数据前后，把数据输入计算机主机、对数据进行加工解决及输出解决结果的设备都称为外围设备，而不管它们是否受中央解决器的直接控制。
6．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。
7．指令的编码格式：
指令的编码格式是指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。
8．存取时间：
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毕该操作所需的时间。具体地说，存取时间从存储器收到有效地址开始，通过译码、驱动，直到将被访问的存储单元的内容读出或写入为止。
9．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相应的一段微程序来实现。
10．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。
11．指令的执行方式：
指令的执行方式是指指令按何种方式执行，指令的执行方式重要有顺序执行方式、重叠执行方式、流水线方式。
12．接口：
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互换信息，保证外围设备用计算机系统特性所规定的形式发送或接受信息。

四．解答下列问题
1．试述指令周期、CPU周期和时钟周期之间的关系
解答：
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所有时间。一个指令周期由若干个机器周期组成。
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。
时钟周期是CPU解决操作的最小时间单位，也叫T周期。
指令周期、CPU周期和时钟周期之间的关系如下图所示。

2．用补码运算方法求x+y=？x-y=?
（1）x=0.1001 y=0.1100
（2）x=-0.0100 y=0.1001
解答：
（1） [X]补 = 00.1001 [X]补 = 00.1001
+ [Y]补 = 00.1100 + [-Y]补 = 11.0100
[X+Y]补 = 01.0101 [X-Y]补 = 11.1101
由于双符号位相异，结果发生溢出。 X-Y = -0.0011
（2）
[X]补 = 11.1100 [X]补 = 11.1100
+ [Y]补 = 00.1001 + [-Y]补 = 11.0111
[X+Y]补 = 00.0101 [X-Y]补 = 11.0011
X+Y = +0.0101 X-Y = -0.1101

3．比较水平微指令与垂直微指令的优缺陷。
解答：
（1）水平型微指令并行操作能力强、效率高、灵活性强，垂直型微指令则较差。
（2）水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。
（3）由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字比较长，但微程序短的特点，而垂直型微指令正好相反。
（4）水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说比较容易掌握

4．设机器字长为16位，定点表达时，尾数15位，阶符1位。
(1)定点原码整数表达时，最大正数为多少？最小负数为多少？
(2)定点原码小数表达时，最大正数为多少？最小负数为多少？
解答：
（1）定点原码整数表达时
最大正数：（215-1）10 = （32767）10
最小负数：-（215-1）10=（-32767）10
（2）定点原码小数表达时
最大正数：（1-2-15）10
最小负数：-（1-2-15）10

5．外围设备的I/O控制分哪几类？各有何特点？
解答：
外围设备的I/O控制方式分类及特点：
（1） 程序查询方式：CPU的操作和外围设备的操作可以同步，并且硬件结构比较简朴
（2） 程序中断方式：一般合用于随机出现的服务，且一旦提出规定应立即进行，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，合用于内存和高速外设之间大批互换数据的场合。
（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。
外围解决机方式：通道方式的进一步发展，基本上独立于主机工作，结果更接近一般解决机。

6．分析集中式总线控制的三种方式各自的优缺陷。
解答：
集中式总线的控制方式重要有以下三种： 链式查询方式、计数器定期查询方式和独立请求总线控制方式。
链式查询方式的优点是只用很少几根线就能按一定的优先顺序实现总线控制，并且这种链式结构很容易扩充设备。其缺陷是对询问链的电路故障很敏感。
计数器定期查询方式的优点是：查询被程序控制，优先顺序可以方便地改变。此外，当某个设备的接口中有关键的电路出现故障时，不会影响其他设备使用总线。其缺陷是： 要有一组设备地址线，从而增长了控制线的数量，并且控制也较为复杂。

7．通道具有哪些功能？
解答：

通道的基本功能是执行通道指令，组织外围设备和内存之间的数据传输，按I/O指令规定启动外围设备，向CPU报告中断等，具体有以下5项功能。
（1） 接受CPU的I/O指令，按指令规定与指定的外围设备进行通信。
（2） 从内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或外围设备发出各种命令。
（3） 组织外围设备与内存之间进行数据传输，并根据需要提供数据传输的缓存空间，提供数据存入内存的地址和传输的数据量。
（4） 从外围设备得到状态信息，形成并保存通道自身的状态信息，根据规定将这些状态信息送到内存的指定单元，供CPU使用。
（5） 将外围设备的中断请求和通道自身的中断请求，按顺序向CPU报告。

8．某计算机指令字长16位，每个地址码是6位，指令有无地址、一地址和二地址三种格式设有N条二地址指令，无地址指令M条，试问1地址指令最多有多少条？

解答：
设1地址指令有X条，则有下式成立：
（（24-N）*26-X）*26=M
得：X=（24-N）*26-M*2-6

9．磁记录设备的写电流波形重要有哪几种方式，各自的记录特点分别是什么？

10．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？

11．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。
（1）x=+0.11011 y=-0.11111 (2)x=+0.10111 y=+0.11011

12．已知x=-0.01111,y=+0.11001,求x+y=？ x-y=？
五．计算题
1．某双面磁盘，每面有22 0道，内层磁道周长为70cm，内层位密度400位/cm，转速3000转/分，问：（1）磁盘存储容量是多少？ （2）数据传输率是多少？
解答：
（1）每道信息量=400位/cm×70cm=28000位=3500B
每面信息量=3500B×220=770000B
磁盘总容量=770000B×2=1540000B
（2）磁盘数据传输率，也即磁盘的带宽Dr=r·N
N为每条磁道容量，N=3500B
r为磁盘转速r=3000转/60S=50转/S
所以，Dr=r×N=50/S×3500B=175000B/S

2．用16k×8位的SRAM芯片构成64K×16位的存储器，规定画出该存储器的组成逻辑框图。
解答：
存储器容量为64K×16位，其地址线为16位（A15—A0），数据线也是16位（D15—D0）
SRAM芯片容量为16K×8位，其地址线为14位，数据线为8位，因此组成存储器时须字位同时扩展。字扩展采用2 ：4译码器，以16K为一个模块，共4个模块。位扩展采用两片串接。逻辑框图如下图所示。

3．已知X=-0.1101，Y=0.1011，运用补码一位乘法计算Z=X*Y 。

[X]补=11.0011，[Y]补=0.1011，[-X]补=00.1101
乘积的数值部分是两数的绝对值相乘。开始时，部分积为全“0”。所以[X*Y]补=11.01110001，结果Z=X*Y=-0.10001111。
求解过程用竖式表达如下：

4．已知X=+1011，Y=+1101，用补码加减交替除法求X÷Y。

解答：
[X]补=00 1011， [Y]补=00 1101， [-Y]补=11 0011，运算过程如下：

运算结果： 商的补码[q]补=001101，商 q=+1101。

5．已知两个浮点数A=210(-0.110100)，B=2100(+0.101011)，求A+B=？
解答：
（1） 对阶
先把A、B两数用补码表达：
[A]补=00.010；11.001100 [B]补=00.100；00.101011
可以看出，[A]补的阶码小，应向[B]补阶码看齐，[A]补阶码增2，尾数向右移2位。
（2） 尾数求和
11 110011
＋ 00 101011
100.011110
（3） 规格化
上述结果为：A+B=2100×（+0.011110），这是一个非规格化的数，对上述结果规格化，即进行左规： 尾数向左移1位，阶码减1。得到最后结果： A+B=2023×（+0.111100）。