《计算机组成原理》简答题
第1章计算机系统概述
1．什么是计算机系统的层次结构？
通常，把一个计算机硬、软件系统的完整内容划分为6个层次。分层能够更精准地理解、说明每一个层次的功能和运行机制，表明各层次之间相互依存、彼此支持的关系。下一层是实现上一层的基础，上一层是对下一层的功能扩展。
①数字电路与逻辑设计是实现计算机硬件的基础，处于最底层；
②由5个部件组成的计算机硬件系统构成微体系结构层，接在数字
逻辑层上面；
③硬件系统实现了全部指令系统的运行功能，提供了设计软件的能
力，处在硬件系统的顶层和软件系统的底层；
④最底层的软件是操作系统，提供了管理和运行计算机系统的能力；
⑤在此基础上设计的汇编语言，提供了设计程序的功能较弱的基本
工具；
⑥再往上实现了功能更强的高级语言，设计各种程序更容易，使用
计算机更方便。
2．什么是计算机系统中的硬件系统和软件系统？
计算机硬件系统是一种高度复杂的、由多种电子线路、精密机械装置等构成的、能自动并且高速地完成数据处理、计算的装置或者工具。硬件系统由运算器部件、控制器部件、存储器部件、输入设备和输出设备5个大的功能部件组成。其中运算器和控制器共同构成了大家熟知的CPU，各部件间通过总线连接。显然，这些部件中运算器用于完成对数据暂存、运算处理功能；控制器向各个部件、设备提供协调运行所需要的控制信号；存储器用于完成对数据存储功能；输入设备和输出设备分别用于完成对原始数据输入功能和对运算结果输出功能。
计算机软件系统是由完成计算机资源管理、方便用户使用的系统软件（厂家提供），和完成用户对数据的预期处理功能（用户设计，自己使用）的程序这样两大部分构成的。基本系统软件主要由3个部分组成：
（1）分担计算机系统中的资源管理与分配，也向使用者和程序设计人员提供简单、方便、高效服务的操作系统；
（2）支持用户按照计算机最基本功能（指令）设计程序的汇编语言；
（3）支持用户按照解题算法设计程序的高级语言。
在一个完整的计算机系统中，软件系统是建立在硬件系统层次之上的部分，它的存在以已有硬件系统为前提，并且必须在已有硬件上才能运行。
硬件系统也必须在软件系统的调度指挥下才能发挥出应有的运行效率，体现出它的使用价值。
指令系统是设置在硬件系统和软件系统之间的结合点和纽带，硬件系统实现每一条指令的功能，全部软件系统都是由指令序列组成的程序。
第2章数据表示和运算方法
1．数制转换（二进制需要小数点后保留8位）：
（1）将十进制数（0.71）10分别转换成二进制数、十六进制数和BCD码；
（2）将十六进制数（1AB）16转换为二进制数和十进制数。
答：（0.71）10＝（0.01110001）BCD＝（0.10110101）2＝（0.B5）16
（1AB）16＝（000110101011）2＝（427）10
2．在16位定点原码整数中，什么是能表示的最大正数，最小正数，最大负数和最小负数的机器数形式？对应的十进制数的数值范围是什么？
答：最大正数：0111 1111 1111 1111
最小正数：0000 0000 0000 0001
最大负数：1000 0000 0000 0001
最小负数：1111 1111 1111 1111
数值表示范围：-（215-1）~ +（215-1）
3．已知X＝0.1101，Y＝－0.0111，求[X]
原、[Y]
原
、[X]
补
、[Y]
补
、[X+Y]
补
。
答：[X]
原=01101，[Y]
原
=10111，
[X]补=01101，[Y]补=11001
[X+Y]补=00110
4．定点小数中，原码表示有哪些优缺点？
答：优点：在数的真值和它的原码表示之间的对应关系简单，相互转换容易，用原码实现乘除运算的规则简单。
缺点：用原码实现加减运算很不方便，既要比较参与加减运算两个数的确良符号，比较两个数的绝对值的大小，还要确定运算结果的正确的符号等。
5．若将浮点数的阶码用移码、尾数用原码来表示，它有哪些优点？
答：尾数的符号位在浮点数表示的最高位，比较两个数的大小时，符号非常重要，正数一定大于负数。阶码的位置在机器表示中，处在符号位和尾数之间，阶码大的，其移码形式的机器数也大，便于比较浮点数的大小。
移码的最小值是各位均为0，它被用来表示机器0，即当阶码的值小于或等于移码所能表示的最小值时，认为浮点数的值为0。此时的机器0的阶码和尾数均为0的形式，给硬件的判0带来很大的方便。
6．海明码是如何实现检错的？
答：海明码是对多个数据位使用多个校验位的一种检错纠错编码方案。对每个校验位采用偶校验技术计算校验位的值，通过把每个数据位分配到几个不同的校验位的计算中去，若任何一个数据位出错，必将引起相关的几个校验位的值发生变化。通过检查这些检验位取值的不同情况，不仅可以判断是否出错，还能发现是哪一位出错并能恢复该出错位的正确值。
第3章运算器部件
3．简述计算机运算器部件的主要功能。
答：运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件。运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算，由其内部的ALU承担。运算器的第二项功能是暂存将参加运算的数据和中间结果，由其内部的一组寄存器承担。另外，运算器通常还作为处理机内部传送数据的重要通路。
4．简述浮点数的阶码用移码、尾数用原码表示的优点。
答：尾数的符号位在浮点数表示的最高位，比较两个数的大小时，符号非常重要，正数一定大于负数。阶码的位置在机器表示中，处在符号位和尾数之间，阶码大的，其移码形式的机器数也大，便于比较浮点数的大小。
移码的最小值是各位均为0，它被用来表示机器0，即当阶码的值小于或等于移码所能表示的最小值时，认为浮点数的值为0。此时的机器0的阶码和尾数均为0的形式，给硬件的判0带来很大的方便。
5．运算器中使用多累加器有什么好处？
答：运算器中使用多累加器有利于减少运算器执行运算过程中访问内存储器的次数，即可以把一些中间结果暂存在累加器中，有利于提高计算机的运行效率。
第4章指令系统和汇编语言程序设计
1．按指令所完成的功能进行分类，一般可以分为哪几类？
答：（1）算术与逻辑运算指令
这是每台计算机都必须具有的指令，它通常用于在计算机的运算器部件中完成对
一或两个数据的算术运算或逻辑运算功能。
（2）移位操作类指令
包括算术移位、逻辑移位、循环移位三种，用于把指定的一个操作数左移或右移
一（多）位。
（3）数据传送类指令
用于实现通用寄存器之间、通用寄存器与内存储器存储单元之间、内存储器不同
存储单元之间、寄通用存器与外围设备（接口）之间（有些场合也可以单独划分
为输入/输出指令）的数据传送功能。
（4）转移类指令、子程序调用与返回指令
用于解决变动程序中指令执行次序的需求。
（5）特权指令
指仅用于操作系统或其它系统软件的指令，为确保系统与数据安全起见，这一类
指令不提供给用户使用。
（6）其它指令
如动态停机指令、空操作指令、置条件码指令、开中断指令、关中断指令、堆栈
操作指令等，用于完成某些特定的处理功能。
2．计算机指令中要用到的操作数一般可以来自哪些部件？
答：一般来自三个方面：
第一个来源（或去处），可以是CPU内部的通用寄存器，此时应在指令字中给出用到的寄存器编号（寄存器名）。通用寄存器的数量一般为几个、十几个，故在指令字中须为其分配2、3、4、5或更多一点的位数来表示一个寄存器。
第二的来源（或去处），可以是外围设备（接口）中的一个寄存器，通常用设备编号、或设备入出端口地址、或设备映像地址（与内存储器地址统一编址的一个设备地址编号）来表示。
第三个来源（或去处），可以是内存储器的一个存储单元，此时应在指令字中给出该存储单元的地址。
3．什么是指令字长和指令格式？
答：指令字长：通常与计算机字长一致，但可以更短或更长。
指令格式：指令字中包括操作码字段和操作数地址字段两部分。
操作码用于指明指令的运算和操作功能，不同指令的操作码要有唯一性，其位数取决于指令条数和设计要求，有定长和变长2种实现方案。
操作数地址字段用于给出被操作信息（指令或数据）的地址信息，包括参加运算的一个或多个操作数所在的地址，运算结果的保存地址，程序的转移地址,被调用的子程序的入口地址等。设计这一部分需要了解指令中用到的操作数的个数，可能的来源与去向，存放数据的介质的读写原理与过程等，要合理考虑，要适当折中与平衡。
4．指令系统分哪两大类？它们各有什么特点？
答：指令系统有简化指令系统(RISC)和复杂指令系统(CISC)两大类。RISC是对CISC发展过程中的某些问题进行反思的结果，是通过简化硬件实现、提高软件技巧追求更高的计算机性能的有效途径。其中非常成功的典型RISC结构的是MIPS计算机。
大量的统计结果表明，在CISC机器的上百条、几百条指令中，只有功能简单、所用硬件更节省的约20%的指令，将占用程序80%的运行时间，反过来说，另外的约80%的功能更复杂、硬件实现代价很高的指令并不被经常使用。
到了RISC机器中，宁可选用软件子程序方式来实现这些指令，使硬件实现变得更为精简，运行速度更高。RISC计算机追求的目标之一，就是使指令每一步操作所用的时间要尽可能的短，并且力争在每个执行步骤都能完成一条指令的执行过程。同时尽力在编译程序中增强性能优化能力，从硬件软件两个方面来提高RISC机器的性能。
RISC计算机的指令格式规范且种类少，使用的寻址方式简单，指令条数少，指令完成的操作功能简单。
5．计算机的微程序控制器和组合逻辑控制器（硬连线）在组成和运行原理上有何相同和不同之处？它们各有哪些优缺点？
答：微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。
共同点：①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；
②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；
③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。
不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。
微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。
组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。
第5章控制器部件
1．控制器主要分为哪些类型？它们的主要优缺点有什么？
答：控制器按实现原理主要分为硬连线控制器（又称组合逻辑控制器）和微程序控制器两大类。
硬连线控制器的优点是它使用大量的组合逻辑门线路，直接提供控制计算机各功能部件协同运行所需要的控制信号，使得形成这些控制信号所必需的信号传输延迟时间短，对提高系统运行速度有利。由此也带来了它的缺点，由于形成控制信号的电路设计比较复杂，用与、或、非等组合逻辑门电路把设计结果实现出来也相对麻烦，尤其是要变动一些设计时不大方便。随着大（超大）规模集成电路的发展，特别是各种不同类型的现场可编程器件的出现，性能杰出的辅助设计软件的应用，这一矛盾已在很大程度上得到缓解。
微程序控制器则是用多条微指令“解释执行”每一条指令的功能，这大大简化了硬件电路，但在程序执行过程中，需要按照指令及其执行步骤，依次从控制存储器中读出一条微指令，用微指令中的微命令字段控制各执行部件的运行功能，并用下地址字段形成下一条微指令的地址，使得微程序可以连续运行。所以这类控制器适合在性能要求不太高的计算机系统中应用，其缺点是运行速度较慢，难以使用在性能要求特别高的计算机系统中。
2．简述计算机的控制器的功能和执行一条指令所需的步骤。
答：控制器部件是计算机的五大功能部件之一，其作用是向整机每个部件(包括控制器部件本身)提供协同运行所需要的控制信号。计算机的最本质的功能是连续执行指令，而每一条指令往往又要分成几个执行步骤才得以完成。由此又可以说，计算机控制器的基本功能，是依据当前正在执行的指令和它当前所处的执行步骤，形成(或称得到)并提供出在这一时刻整机各部件要用到的控制信号，并且决定下一步将进入哪个执行步骤。
执行一条指令，要经过读取指令、分析指令、执行指令所规定的处理功能三个阶段完成，控制器还要保证能按程序中设定的指令运行次序，自动地连续执行指令序列。
3．简述控制器的基本组成及各部分的作用。
答：控制器主要由下面4个部分组成：
（1）程序计数器（PC），是用于提供指令在内存中的地址的部件，服务于读取指令，能执行内容增量和接收新的指令地址，用于给出下一条将要执行的指令的地址。
（2）指令寄存器（IR），是用于接收并保存从内存储器读出来的指令内容的部件，在执行本条指令的整个过程中，为系统运行提供指令本身的主要信息。
（3）指令执行的步骤标记线路，用于标记出每条指令的各个执行步骤的相对次序关系，保证每一条指令按设定的步骤序列依次执行。
（4）全部控制信号的产生部件，它依据指令操作码、指令的执行步骤（时刻），也许还有些另外的条件信号，来形成或提供出当前执行步骤计算机各个部件要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，执行指令，产生预期的执行结果。
由于上述后两个部分的具体组成与运行原理不同，控制器被分为硬连线控制器和微程序控制器两大类。
4．在微程序的控制器中，通常有哪些得到下一条微指令地址的方式，各自用在什么情况？
答：在微程序的控制器中，通常有多种得到下一条微指令地址的方式，例如：
使用紧跟在本条微指令之后的微指令作为下一条要执行的微指令，即本条微指令的地址加1作为下一条微指令的地址，用于微指令顺序执行的情况；
使用从指令的操作码映射出微指令地址的方式得到下一条微指令的地址，用于读出指令之后，找到对应该指令的一段微程序的入口地址，以便开始该指令具体功能的执行过程；
从微指令的下地址字段直接取得一个微子程序的入口地址，用于微子程序调用处理；
从微指令的下地址字段直接取得一个微指令的转移地址，用于微程序中的微指令转移处理；
从微堆栈中取出从微子程序返回到微主程序断点的返回地址，用于微子程序返回处理。
5．什么是指令流水线？
答：指令流水线是提高计算机硬件性能的重要技术和有效措施，在成本增加不多的情况下很明显地提高了计算机的性能。
追求的目标是力争在每一个指令执行步骤中完成一条指令的执行过程
实现思路是把一条指令的几项功能划分到不同的执行部件去完成，在时间上又允许这几个部件可以同时运行
6．指令流水线在实现中需要解决哪些相关问题？
答：需要处理好下列3个方面的问题：
（1）结构相关
由于多条指令在同一时刻争用同一资源而形成的冲突。
（2）数据相关
后续指令要使用前面指令的操作结果，而这一结果尚未产生或者未送到指定的位置，从而造成后续指令无法运行的局面。
（3）控制相关
在遇到条件转移指令时，存在是顺序执行还是转移执行的2种可能，若这一条件只能在后几步才能得到，在当前时刻则无法确定应该去执行哪一段程序。
第6章存储器系统
1．在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？
答：多级存储器系统，是围绕读写速度尚可、存储容量适中的主存储器来组织和运行的, 并由高速缓冲存储器缓解主存读写速度慢、不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储器更大的存储空间，解决主存容量小、存不下规模更大的程序与更多数据的难题，从而达到使整个存储器系统有更高的读写速度、尽可能大的存储容量、相对较低的制造与运行成本。高速缓冲存储器的问题是容量很小，虚拟存储器的问题是读写速太慢。追求整个存储器系统有更高的性能/价格比的核心思路，在于使用中充分发挥三级存储器各自的优势，尽量避开其短处。
2．在计算机中采用多级结构的存储器系统，它的应用是建立在程序的什么原理之上的？
答：这种多级结构的存储器系统的运行原理，或者说它可以有良好的性能/价格比，是建立在程序运行的局部性原理之上的。程序运行的局部性原理主要体现在如下3个方面：
（1）时间方面，在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；
（2）空间方面，这些最近被访问过的程序和数据，往往集中在一小片存储区域中；
（3）在指令执行顺序方面，指令顺序执行比转移执行的可能性要大。
3．在多级结构的存储器系统中，何谓信息的一致性原则和包含性原则？
答：在多级结构的存储器系统中，不同的存储器中存放的信息必须满足如下两个原则：
一致性原则：同一个信息会同时存放在几个级别的存储器中，此时，这一信息在几个级别的存储器中必须保持相同的值。
包含性原则：处在内层（更靠近CPU）存储器中的信息一定被包含在各外层的存储器中，即内层（更靠近CPU）存储器中的全部信息一定是各外层存储器中所存信息中一小部分的副本，这是保证程序正常运行、实现信息共享、提高系统资源利用率所必须的，反之则不成立。例如，高速缓冲存储器中的信息，肯定也存放在主存储器中，还存放在虚拟存储器中，但主存储器中的非常多的信息不会同时在高速缓冲存储器中，虚拟存储器中的更多的信息也不会同时出现在主存储器中。
4．高速缓冲存储器在计算机系统中的主要作用是什么，用什么类型的存储器芯片实现，为什么？
答：高速缓冲存储器，是一个相对于主存来说容量很小、速度特快、用静态存储器器件实现的存储器系统。它的作用在于缓解主存速度慢、跟不上CPU读写速度要求的矛盾。它的实现原理，是把CPU最近最可能用到的少量信息（数据或指令）从主存复制到Cache中，当CPU下次再用这些信息时，它就不必访问慢速的主存，而直接从快速的CACHE中得到，从而提高了得到这些信息的速度，使CPU有更高的运行效率。
5．Cache有哪三种基本映像方式？简述它们的主要优缺点。
答：Cache存储器通常使用3种映象方式，它们是全相联映像方式、直接映像方式、组相联映像方式。
全相联映象方式，主存单元与Cache单元随意对应，有最大的使用灵活性，但地址标志字段位数多，比较地址时可能要与所有单元比较，线路过于复杂，成本太高，只使用于Cache 容量很小的情况。
直接映像方式，一个主存单元只与一个Cache单元硬性对应，有点死板，影响Cache
容量的有效使用效率，即影响命中率。但地址比较线路最简单，比较常用。
组相联映像方式，一个主存单元可以与多个Cache单元有限度的随意对应，是全相联映象和直接映象的一种折衷方案，有利于提高命中率，地址比较线路也不太复杂，是比较好的一种选择。
第7章输入/输出设备与输入/输出系统
1．输入输出接口的有哪些主要功能？
答：用于连接输入输出设备的接口通常具有下列功能：
（1）设备识别与选择
每台外设在生产时都会设置自己的通用和专用标识，主机也会给接口电路分配I/O地址，主机可利用这一功能从多台外设中识别和选择要进行信息交换的设备。
（2）数据缓冲与控制（传输协议）
外部设备的数据处理速度往往与主机差别很大，即便速度相同由于不是共用时钟信号，两者间也是很难同步运行的。通常在接口电路中设置一至几个数据缓冲寄存器和控制器，使两者间能够有效地发送和接受各种数据信息。
（3）控制命令和状态信息传递
CPU需要启动某一外设时，首先要通过接口中的命令寄存器向外设发出启动命令，外设准备就绪时，则有“准备好”的状态信息送回接口中的状态寄存器供CPU读取。此后，主机与外设间才能开始数据信息的交换。
（4）数据转换与传输
每台设备的数据格式往往有所不同，接口电路应按照对方要求进行数据转换，才能成为对方能够读懂的有效数据信息。如串行/并行转换、模/数转换、以及二进制码与ASCII码之间的转换等。
除了上述功能外，通常接口还具有检错纠错、中断、时序控制等功能。
2．“接口”与“端口”有什么不同？
“接口”与“端口”是两个不同的概念。端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器，若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。接口中存放数据信息的寄存器称为数据端口，存放控制命令的寄存器称为控制端口，存放状态信息的寄存器称为状态端口。CPU 通过输入指令可以从有关端口中读取信息，通过输出指令可以把信息写入有关端口。
3．什么是程序直接控制方式？指出它的优缺点。
答：程序直接控制方式，是指在用户程序中直接使用I/O指令完成输入/输出操作，它是由CPU通过查询设备的运行状态，来控制数据传送过程。它的缺点是严重影响系统运行性能。与I/O设备的速度比较，CPU要快得多，但发挥不出来，它的绝大多数时间花到查询等待上。CPU要与设备输入输出串行工作，多个设备也要串行输入输出，严重影响系统运行效率。
4．开中断，关中断的含义是什么？他们的作用是什么？
答：通常是在CPU内部设置一个“中断允许”触发器，只有该触发器被置为“１”状态，才允许CPU响应中断请求，该触发器被置为“0”状态，则禁止CPU响应中断请求。为此，在指令系统中，为操作“中断允许”触发器，应设置“开中断”指令（置“１”中断允许触发器）和“关中断”指令（清“０”中断允许触发器）。
5．中断屏蔽的含义是什么？他的作用是什么？
答：从CPU要不要接收中断请求，从能不能限制某些中断发生的角度，又可以把中断分成可屏蔽中断和不可屏蔽中断，那些可以被CPU通过指令限制其发出中断请求（称为屏蔽中断）的中断属于可屏蔽中断，例如对某些外围设备就可以在一段时间里执行屏蔽中断，对另外一些中断是不允许执行屏蔽中断的，例如电源掉电中断，称这类中断为不可屏蔽中断。如果由于某种事件的存在，在很短的一小段时间内，不允许CPU接收任何一个中断请求（禁止中断），靠屏蔽全部中断是不可取的，
6．DMA传输方式的优点是什么？
答：直接存储器存取方式，主要用于快速设备和主存储器成批交换数据的场合。在这种应用中，处理问题的出发点集中到两点：一是不能丢失快速设备提供出来的数据，二是进一步减少快速设备入出操作过程中对CPU的打扰。
7．计算机总线的功能是什么？通常用什么类型的器件构建总线？为什么？
答：计算机总线是在计算机的各部件之间传输信息的公共通路，包括传输数据（信息）信号的逻辑电路、管理信息传输协议的逻辑线路和物理连线。每次传输时，总线可以从多个信息来源中选择其一并传输到一个（或多个）信息接受部件。
由于总线上往往要连接许多部件或设备，传输的距离较长，负载比较重，故要求总线线路有更强的驱动能力。总线的硬件组成，通常选用集电极开路输出的电路，或输出端有高阻态输出支持的电路。
8．总线仲裁的作用是什么？
答：总线仲裁，解决的是多个设备竞争使用总线的管理问题，由总线仲裁逻辑线路完成。数据传输总要在计算机的两个部件之间进行，必须有一方首先启动这次传输过程，即申请总线使用权并发出命令控制总线运行，这一方被称为总线主设备（bus master），例如，CPU、动态存储器的刷新逻辑、DMA接口和其他一些智能接口卡等都可以是总线主设备；而另一方则只能响应由主设备发出的命令并执行读写操作，它被称为总线从设备（bus slave），典型的是内存储器、普通的一些IO设备（计算机终端、打印机等）。
9．解释术语：同步传输控制。
答：同步通信，是指在总线上传送数据时，通信双方使用同一个时钟信号进行同步，这个时钟信号通常可以由CPU的总线控制逻辑部件提供，称为总线时钟。可以用一或几个总线时钟构成一个总线周期，每个周期完成一次数据传输，总线周期的长短，需要与被读写部件的存取时间配合好。通信双方送出与接收地址信号、控制命令信号和数据信号，都是使用这一时钟信号完成定时的，可以有比较高的数据传输率。
10．解释术语：异步传输控制。
答：异步通信，是指在总线上传送数据时，允许通信双方各自使用自己的时钟信号，采用“应答方式”（握手方式）解决数据传输过程中的时间配合关系，而不是共同使用同一个时钟信号进行同步。
第8章并行计算机体系结构
2．从硬件技术方面实现并行的关键是什么？
选用合理的方案，增加完成控制和执行数据存储、传送、处理功能的部件的数量，尽力提高这些部件并行运行的能力，尽量减少各种“瓶颈”问题。
3．从软件技术方面实现并行的关键是什么？
找出解决应用问题中各种潜在的并行性，把整个任务划分成更多的子任务，将各个子任务分配给不同的硬件部件去完成，使系统中的每一个硬件都尽可能地满负荷运行，减少其空闲时间和等待状态。
华侨大学2012—2013学年第一学期期末考试 《计算机组成原理》考试试卷（A卷） 学院课程名称考试日期 姓名专业学号 一、选择题（本大题共15小题，每小题2分，共30分）） 1、完整的计算机系统应包括_______。 A．CPU和主存B．外部设备和主机 C．主机和实用程序D．配套的硬件系统和软件系统 2、有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中，称之为_______。 A．硬件B．软件C．固件D．辅助存储器 3、冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是_______。 A．指令操作码的译码结果B．指令和数据的寻址方式 C．指令周期的不同阶段D．指令和数据所在的存储单元 4、浮点数加减运算过程一般包括对阶、尾数运算、规格化、舍入和溢出判断等步骤。设浮点数的阶码和尾数都采用补码表示，且位数分别为5位和7位（均含2位符号位）。若有两个数X=27*29/32、Y=25*5/8，则浮点加法计算X+Y的最终结果是_____。 A．00111 1100010 B．00101 0001000 C．01000 0010001 D．发生溢出 5、下列关于RISC的叙述中，错误的是_______。 A．RISC普遍采用微程序控制器 B．RISC大多数指令在一个时钟周期内完成 C．RISC的内部通用寄存器数量相对CISC多 D．RISC的指令数、寻址方式和指令格式种类相对CISC少 6、在微机中，系统日期、硬盘参数与计算机配置信息等均存储在_______。 A．Cache B．ROM C．EPROM D．CMOS 7、相对于微程序控制器，硬布线控制器的特点是_______。 A．指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展容易 B．指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展困难 C．指令执行速度快，指令功能的修改和扩展容易 D．指令执行速度快，指令功能的修改和扩展困难 8、下列有关RAM和ROM的叙述中，正确的是_______。 ① RAM是易失性存储器，ROM是非易失性存储器 ② RAM和ROM都是采用随机存取方式进行信息访问 ③ RAM和ROM都可用做Cache ④ RAM和ROM都需要进行刷新 A．仅①②B．仅②③C．仅①②③D．仅②③④
计算机组成原理简答题 第四章 1、存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？ 答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。 Cache-主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU 访存速度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。 综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。 主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。 2. 说明存取周期和存取时间的区别。 解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即： 存取周期 = 存取时间 + 恢复时间 3. 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。 解：刷新：对DRAM定期进行的全部重写过程； 刷新原因：因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作； 常用的刷新方法有三种：集中式、分散式、异步式。 集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在CPU访存死时间。 分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间。 异步式：是集中式和分散式的折衷。 4. 半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？ 解：半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种：线选法和重合法。 线选法：地址译码信号只选中同一个字的所有位，结构简单，费器材； 重合法：地址分行、列两部分译码，行、列译码线的交叉点即为所选单元。这种方法通过行、列译码信号的重合来选址，也称矩阵译码。可大大节省器材用量，是最常用的译码驱动方式。 5. 什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？ 解：程序运行的局部性原理指：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 )。存储系统中Cache—主存层次采用了程序访问的局部性原理。 6. Cache做在CPU芯片内有什么好处？将指令Cache和数据Cache分开又有什么好处？ 答：Cache做在CPU芯片内主要有下面几个好处：
2. （2000）10化成十六进制数是______。 A．（7CD）16 B.（7D0）16 C.（7E0）16 D.（7F0）16 3. 下列数中最大的数是______。 A．（10011001）2 B.（227）8 C.（98）16 D.（152）10 4. ______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 5. 在小型或微型计算机里，普遍采用的字符编码是______。 A. BCD码 B. 16进制 C. 格雷码 D. ASCⅡ码 6. 下列有关运算器的描述中，______是正确的。 A.只做算术运算，不做逻辑运算 B. 只做加法 C.能暂时存放运算结果 D. 既做算术运算，又做逻辑运算 7. EPROM是指______。 A. 读写存储器 B. 只读存储器 C. 可编程的只读存储器 D. 光擦除可编程的只读存储器 8. Intel80486是32位微处理器，Pentium是______位微处理器。 Ａ．１６Ｂ．３２Ｃ．４８Ｄ．６４ ９. 设［X］补=1.x1x2x3x4,当满足______时，X > -1/2成立。 Ａ．x1必须为1，x2x3x4至少有一个为1 Ｂ．x1必须为1，x2x3x4任意 Ｃ．x1必须为0，x2x3x4至少有一个为1 Ｄ．x1必须为0，x2x3x4任意 10. CPU主要包括______。 A.控制器 B.控制器、运算器、cache C.运算器和主存 D.控制器、ALU和主存 11. 信息只用一条传输线，且采用脉冲传输的方式称为______。 A.串行传输 B.并行传输 C.并串行传输 D.分时传输 12. 以下四种类型指令中，执行时间最长的是______。 A. RR型 B. RS型 C. SS型 D.程序控制指令 13. 下列______属于应用软件。 A. 操作系统 B. 编译系统 C. 连接程序 D.文本处理 14. 在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是______。 A. 增加内存容量 B. 提高内存可靠性 C. 解决CPU和主存之间的速度匹配问题 D. 增加内存容量，同时加快存取速度 15. 某单片机的系统程序，不允许用户在执行时改变，则可以选用______作为存储芯片。 A. SRAM B. 闪速存储器 C. cache D.辅助存储器 16. 设变址寄存器为X，形式地址为D，（X）表示寄存器X的内容，这种寻址方式的有效地址为______。 A. EA=(X)+D B. EA=(X)+(D) C.EA=((X)+D) D. EA=((X)+(D)) 17. 在指令的地址字段中，直接指出操作数本身的寻址方式，称为______。 1
一、填空题 1．对存储器的要求是速度快，_容量大_____，_价位低_____。为了解决这方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构。 2．指令系统是表征一台计算机__性能__的重要因素，它的____格式__和___功能___不仅直接影响到机器的硬件结构而且也影响到系统软件。 3．CPU中至少有如下六类寄存器__指令____寄存器，__程序_计数器，_地址__寄存器，通用寄存器，状态条件寄存器，缓冲寄存器。 4．完成一条指令一般分为取指周期和执行周期，前者完成取指令和分析指令操作，后者完成执行指令操作。 5．常见的数据传送类指令的功能可实现寄存器和寄存器之间，或寄存器和存储器之间的数据传送。 6．微指令格式可分为垂直型和水平型两类，其中垂直型微指令用较长的微程序结构换取较短的微指令结构。 7．对于一条隐含寻址的算术运算指令，其指令字中不明确给出操作数的地址，其中一个操作数通常隐含在累加器中 8．设浮点数阶码为8位（含1位阶符），尾数为24位（含1位数符），则32位二进制补码浮点规格化数对应的十进制真值范围是：最大正数为 2^127(1-2^－23) ，最小正数为 2^－129 ，最大负数为 2^－128(-2^－1-2^－23) ，最小负数为 -2^127 。 9．某小数定点机，字长8位（含1位符号位），当机器数分别采用原码、补码和反码时，其对应的真值范围分别是 -127/128 ～+127/128 -1 ～+127/128 -127/128 ～+127/128 （均用十进制表示）。 10．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，它们是停止CPU访问主存、周期挪用和DMA和CPU交替访问主存。 11．设 n = 8 （不包括符号位），则原码一位乘需做 8 次移位和最多 8 次加法，补码Booth算法需做 8 次移位和最多 9 次加法。 12．设浮点数阶码为8位（含1位阶符），尾数为24位（含1位数符），则32位二进制补码浮点规格化数对应的十进制真值范围是：最大正数为，最小正数为，最大负数为，最小负数为。 13．一个总线传输周期包括申请分配阶段、寻址阶段、传输阶段和结束阶段四个阶段。 14．CPU采用同步控制方式时，控制器使用机器周期和节拍组成的多极时序系统。
试卷A 一．选择题（每小题1分，共10分） 1．用于科学计算的计算机中，标志系统性能的主要参数是__________。 A 主时钟频率 B 主存容量 C MFLOPS D MIPS 2．在规格化浮点数表示中，保持其它方面不变，将阶码部分的移码表示改为 补码表示，将会使数的表示范围__________。 A 增大B减少 C 不变 D 以上三种都不对 3．两补码数相加，采用1位符号位，当__________时，表示结果溢出。 A 符号位有进位 B 符号位进位和最高数位进位异或结果为0 C 符号位为1 D 符号位进位和最高数位进位异或结果为1 4．若动态RAM每毫秒必须刷新100次，每次刷新需100ns，一个存储周期 需要200ns，则刷新占存储器总操作时间的百分比是____________. A 0.5% B 1.5% C 1% D 2% 5．在计算机系统中，表征系统运行状态的部件是____________. A 程序计数器 B 累加寄存器 C 中断寄存器 D 程序状态字 6．具有自同步能力的记录方式是___。 A NRZ B NRZ1 C FM D RZ 7．冯〃诺依曼（V on Neumann）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 8．磁盘是一种以方式存取数据的存储设备。 A 随机存取 B 顺序存取 C 直接存取 D 只读存取 9．掉电后所存信息不会丢失的是。 A SRAM B DRAM C VRAM D EPROM 10．加法器采用先行进位的目的是。 A 提高加法器速度 B 简化加法器设计 C 优化加法器结构 D 增强加法器功能 二、填空题（每空1分，共20分） 1．在可变长度的指令系统的设计中，到底用何种扩展方法有一个重要的原则，就是的指令应分配短的操作码。 2．计算机中的数据可分为和两大类。 3. RISC指令系统的最大的特点是：固定，
.简述计算机系统 计算机系统是由硬件、软件组成的多级层次结构。 计算机硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。传统上将运算器和控制器称为ＣＰＵ，而将ＣＰＵ和存储器称为主机。 计算机软件是计算机系统结构的重要组成部分，也是计算机不同于一般电子设备的本质所在。计算机软件一般分为系统程序和应用程序两大类。系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能和用途，它包括：()各种服务程序，()语言类程序，()操作系统，()数据库管理系统。应用程序是针对某一应用课题领域开发的软件。 .冯·诺依曼型计算机设计思想、主要特点。 计算机由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五部分组成。 数据以二进制码表示。 采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中并按地址顺序执行。 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。 已知和，用变形补码计算，同时指出运算结 果是否溢出。 () () 解：() [ｘ]补＝,[ｙ]补＝ [ｘ]补 ＋[ｙ]补 两个符号位出现“”,表示无溢出 []补, () [ｘ]补＝,[ｙ]补＝ [ｘ]补 ＋[ｙ]补 两个符号位出现“”,表示有正溢出。 .已知和，用变形补码计算，同时指出运算结果是否溢出。 (）(） （）[ｘ]补＝,[ｙ]补＝, [ｙ]补＝ [ｘ]补 ＋[ｙ]补 两个符号位出现“”,表示有正溢出。 （）[ｘ]补＝,[ｙ]补＝, [ｙ]补＝ [ｘ]补 ＋[ｙ]补
两个符号位出现“”,表示无溢出 []补, . 简要说明存储器层次结构、采用层次结构的目的，说明每一层次的存储器所用的存储介质的特性。 计算机存储系统中，一般分为高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器三个层次。 采用层次模型的目标是为了解决对存储器要求容量大，速度快，成本低三者之间的矛盾，即在合理的成本范围内，通过对各级存储器的容量配置，达到可接受的性能。 高速缓冲存储器：即，它一般用的是，其特点是速度快、价格高。 主存储器：一般是，其速度相对快，价格居中。 辅助存储器：一般是硬盘，可以断电后保存数据，容量大，但速度慢。 . 比较和的主要特性，用其组成系统时，从设计和使用角度看两 者有何区别。 ()和的主要性能 区别 特性静态存储器动态存储器 存储信息触发器电容 破坏性读出非是 需要刷新不要需要 送行列地址同时送分两次送 运行速度快慢 集成度低高 发热量大小 存储成本高低 ()器件的特点是速度快、不用刷新，但集成度不高，价格贵。它一般用于做高速缓存。 器件的特点是相对廉价和大容量，但须定时刷新。它一般用于做主存储器。 . 一个具有位地址和位字长的存储器，问： .该存储器能够存储多少字节的信息? .如果存储器由位的芯片组成，需要多少片? .需要多少位作芯片选择? .存储单元数为＝, 故能存储个字节的信息。 所需芯片数为( )()＝片 (地址线位），(地址线位） 片位组成位，地址总线的低位可以直接连到芯片的管脚 组位组成位，地址总线的高两位(，)需要通过：线译码器进行芯片选择 . 设有一个具有位地址和位字长的存储器，问： （）该存储器能够存储多少个字节的信息? （）如果存储器由位的芯片组成，需要
二、填空题 1 字符信息是符号数据，属于处理（非数值）领域的问题，国际上采用的字符系统是七单位的（ASCII）码。P23 2 按IEEE754标准，一个32位浮点数由符号位S（1位）、阶码E（8位）、尾数M（23位）三个域组成。其中阶码E的值等于指数的真值（e）加上一个固定的偏移值（127）。P17 3 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构，其中前者采用（空间）并行技术，后者采用（时间）并行技术。P86 4 衡量总线性能的重要指标是（总线带宽），它定义为总线本身所能达到的最高传输速率，单位是（MB/s）。P185 5 在计算机术语中，将ALU控制器和（）存储器合在一起称为（）。 6 数的真值变成机器码可采用原码表示法，反码表示法，（补码）表示法，（移码）表示法。P19-P21 7 广泛使用的（SRAM）和（DRAM）都是半导体随机读写存储器。前者的速度比后者快，但集成度不如后者高。P67 8 反映主存速度指标的三个术语是存取时间、（存储周期）和（存储器带宽）。P67 9 形成指令地址的方法称为指令寻址，通常是（顺序）寻址，遇到转移指令时（跳跃）寻址。P112 10 CPU从（主存中）取出一条指令并执行这条指令的时间和称为（指令周期）。 11 定点32位字长的字，采用2的补码形式表示时，一个字所能表示
的整数范围是（-2的31次方到2的31次方减1 ）。P20 12 IEEE754标准规定的64位浮点数格式中，符号位为1位，阶码为11位，尾数为52位，则它能表示的最大规格化正数为（+［1+（1-2 ）］×2 ）。 13 浮点加、减法运算的步骤是（0操作处理）、（比较阶码大小并完成对阶）、（尾数进行加或减运算）、（结果规格化并进行舍入处理）、（溢出处理）。P54 14 某计算机字长32位，其存储容量为64MB，若按字编址，它的存储系统的地址线至少需要（14）条。64×1024KB=2048KB(寻址范32围)=2048×8(化为字的形式)=214 15一个组相联映射的Cache，有128块，每组4块，主存共有16384块，每块64个字，则主存地址共（20）位，其中主存字块标记应为（9）位，组地址应为（5）位，Cache地址共（13）位。 16 CPU存取出一条指令并执行该指令的时间叫（指令周期），它通常包含若干个（CPU周期），而后者又包含若干个（时钟周期）。P131 17 计算机系统的层次结构从下至上可分为五级，即微程序设计级（或逻辑电路级）、一般机器级、操作系统级、（汇编语言）级、（高级语言）级。P13 18十进制数在计算机内有两种表示形式：（字符串）形式和（压缩的十进制数串）形式。前者主要用在非数值计算的应用领域，后者用于直接完成十进制数的算术运算。P19 19一个定点数由符号位和数值域两部分组成。按小数点位置不同，
1 电子科技大学网络教育考卷（B 卷） (20 年至20 学年度第 学期) 考试时间 年 月 日(120分钟) 课程 计算机组成原理 教师签名_____ 一、单选题(每题2分，共10分) 从每小题的四个备选答案中选出一个正确答案，填在题干的括号内。 1. 按时序控制方式划分，可将总线分为（ ）。 ① 并行总线与串行总线 ② 同步总线与异步总线 ③ 内总线与外总线 ④ 高速总线与低速总线 2. 在补码除法中，上商规则是（ ）。 ①余数为正商1 ②余数与除数同号商1 ③够减商1 ④余数大于除数商1 3. 半导体存储器常采用（ ）。 ①直接存取方式 ②顺序存取方式 ③半顺序存取方式 ④随机存取方式 4. 在中断传送中，总线控制权由（ ）掌握。 ① CPU ②总线控制器 ③外部设备 ④ DMA 控制器 5. 同步控制方式在实际应用中所表现的主要特点是（ ）。 ①指令周期长度固定 ②工作周期长度固定 ③总线周期长度固定 ④时钟周期长度固定 二、判断题(每题2分，共10分) 下列说法有的正确，有的错误，请作出正/误判断，并将判断结果填在题后的括号内。 1. 一段微程序解释执行一条机器指令。 （ ） 2. DMA 方式不具有随机性。 （ ） 3. 扩展同步总线允许总线周期长度可变。 （ ） 4. 串行总线适用于CPU 内总线。 （ ） 5. 显示器的缓冲存储器VRAM 用来存放字符的点阵代码。 （ ） 三、简答题（每题5分，共30分） 1. 在系统总线中，什么情况下适宜采用同步控制方式？什么情况下适宜采用异步控制方式？ 2. 在程序执行过程中，CPU 何时响应中断请求？何时响应DMA 请求？ 3. 什么是中断方式？它的主要特点是什么？ 4. 存储器直接寻址方式和寄存器直接寻址方式有何不同？ 5. 组合逻辑控制方式有什么优缺点？主要适用于哪些场合？ 6. 磁带采取何种存取方式？磁盘又采取何种存取方式？ 姓名__________________ 专业名称__________________ 班号________________学号__________________教学中心_________________ …………………… …… … … … … …密………………… …… … … … … ……封……………… …… … … …线… … … …… … … ……………………
《计算机组成原理》试卷A 一、单项选择题(本大题共15小题，每小题1分，共15分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.若十进制数为13 2.75，则相应的十六进制数为( )。 A.21.3 B.84.c C.24.6 D.84.6 =( )。 2.若x=1011,则[x] 补 A.01011 B.1011 C.0101 D.10101 3.某机字长8位，含一位数符，采用原码表示，则定点小数所能表示的非零最小正数为( )。 A.2-9 B.2-8 C.1-2-7 D.2-7 4.设某浮点数共12位。其中阶码含1位阶符共4位，以2为底，初码表示；尾数含1位数符共8位，补码表示，规格化。则该浮点数所能表示的最大正数是( )。 A.27 B.28 C.28-1 D.27-1 5.原码乘法是指( ) A.用原码表示乘数与被乘数，直接相乘 B.取操作数绝对值相乘，符号位单独处理 C.符号位连同绝对值一起相乘 D.取操作数绝对值相乘，乘积符号与乘数符号相同 6.一般来讲，直接映象常用在( ) A.小容量高速Cache B.大容量高速Cache C.小容量低速Cache D.大容量低速Cache 7.下列存储器中，( )速度最快。 A.硬盘 B.光盘 C.磁带 D.半导体存储器 8.采用直接寻址方式，则操作数在( )中。
A.主存 B.寄存器 C.直接存取存储器 D.光盘 9.零地址指令的操作数一般隐含在( )中。 A.磁盘 B.磁带 C.寄存器 D.光盘 10.微程序存放在( ) A.主存中 B.堆栈中 C.只读存储器中 D.磁盘中 11.在微程序控制方式中，机器指令和微指令的关系是( )。 A.每一条机器指令由一条微指令来解释执行 B.每一条机器指令由一段(或一个)微程序来解释执行 C.一段机器指令组成的工作程序可由一条微指令来解释执行 D.一条微指令由若干条机器指令组成 12.异步传送方式常用于( )中，作为主要控制方式。 A.微型机的CPU内部控制 B.硬连线控制器 C.微程序控制器 D.串行I/O总线 13.串行总线主要用于( )。 A.连接主机与外围设备 B.连接主存与CPU C.连接运算器与控制器 D.连接CPU内部各部件 14.在常用磁盘中，( )。 A.外圈磁道容量大于内圈磁道容量 B.各道容量不等 C.各磁道容量相同 D.内圈磁道容量大于外圈磁道容量 15.在下列存储器中，( )可以作为主存储器。 A.半导体存储器 B.硬盘 C.光盘 D.磁带 二、改错题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)针对各小题的题意，改正其结论中的错误，或补充其不足。 1.在计算机中，各指令周期的时间长度是相同的。 2.CPU只是计算机的控制器。 3.按时序控制方式分，总线可分为串行总线和并行总线。 4.显示适配器中的显示缓冲存储器用于存放显示器将要向CPU输入的信息。 5.对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
1 说明计算机系统的层次结构。 计算机系统可分为：微程序机器级，一般机器级（或称机器语言级），操作系统级，汇编语言级，高级语言级。 3 请说明SRAM的组成结构，与SRAM相比，DRAM在电路组成上有什么不同之处？ SRAM存储器由存储体、读写电路、地址译码电路、控制电路组成，DRAM还需要有动态刷新电路。 4 请说明程序查询方式与中断方式各自的特点。 程序查询方式，数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，优点是硬件结构比较简单，缺点是CPU效率低，中断方式是外围设备用来“主动”通知CPU，准备输入输出的一种方法，它节省了CPU时间，但硬件结构相对复杂一些。 5 指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据。 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）。从内存读出的数据流流向运算器（通用寄存器）。 6 什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者之间的关系如何？ 指令周期是完成一条指令所需的时间。包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。 时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本单位。一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。 7 简要描述外设进行DMA操作的过程及DMA方式的主要优点。 (1)外设发出DMA请求； （2）CPU响应请求，DMA控制器从CPU接管总线的控制； （3）由DMA控制器执行数据传送操作； （4）向CPU报告DMA操作结束。 主要优点是数据数据速度快 8 在寄存器—寄存器型，寄存器—存储器型和存储器—存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长？ 哪类指令的执行时间最短？为什么？ 寄存器-寄存器型执行速度最快,存储器-存储器型执行速度最慢。因为前者操作数在寄存器中，后者操作数在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。 9 说明计数器定时查询工作原理。 计数器定时查询方式工作原理：总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。总线控制器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备相一致时，该设备置“1”BS线，获得总线使用权，此时中止计数查询。 10 什么是刷新存储器？其存储容量与什么因素有关？ 为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储在刷新存储器，也叫视频存储器。其存储容量由图像灰度级决定。分辨率越高，灰度级越多，刷新存储器容量越大 11 外围设备的I/O控制方式分哪几类？各具什么特点？ 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。
计算机组成原理题集含答案 题库题目总数：293 第一章单选题 1、控制器、运算器和存储器合起来一般称为（主机）： I/O部件 内存储器 外存储器 主机 2、冯?诺依曼机工作方式的基本特点是（按地址访问并顺序执行指令）：按地址访问并顺序执行指令 精确结果处理 存储器按内部地址访问 自动工作 3、输入、输出设备以及辅助存储器一般统称为（外围设备）： I/O系统 外围设备 外存储器 执行部件 4、计算机硬件能直接识别和执行的语言是（机器语言）： 高级语言 汇编语言 机器语言 符号语言 判断题
5、若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称数据字(错)。 6、若某计算机字是运算操作的对象，即代表要处理的数据，则称指令字（错）。 7、数字计算机的特点：数值由数字量（如二进制位）来表示，运算按位进行。（对） 8、模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的。（对） 填空题 9、系统软件包括：服务程序、语言程序、（操作系统）、数据库管理系统。 10、计算机系统的发展按其核心部件采用器件技术来看经历了五代的变化，分别是（电子管）、（晶体管）、（集成电路）、（大规模集成电路）、（巨大规模集成电路）五个部分。 11、计算机系统是一个由硬件和软件组成的多级层次结构，这通常由（微程序级）、（一般机器级）、（操作系统级）、（汇编语言级）和（高级语言级）等组成，在每一级上都可以进行（程序设计）。 12、计算机的软件一般分为（系统软件）和（应用软件）两大部分。 13、计算机的硬件基本组成包括（控制器）、（运算器）、（存储器）、（输入设备）和（输出设备）五个部分。 简答题 14、什么是存储容量？什么是单元地址？ 存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。灭个存储单元都有编号，称为单元地址。 15、什么是外存？简述其功能。 外存：为了扩大存储容量，又不使成本有很大的提高，在计算机中还配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器，简称外存。外存可存储大量的信息，计算机需要使用时，再调入内存。 16、什么是内存？简述其功能。 内存：一般由半导体存储器构成，装在底版上，可直接和CPU交换信息的存储器称为内存储器，简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。。 17、指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流。 18、什么是适配器？简述其功能。 适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调的工作。
一、填空、选择或判断 1.多核处理机是空间并行计算机，它有___多__个CPU。 2.计算机的发展大致经历了五代变化，其中第四代是1972-1990 年的_大规模和超大规 模集成电路______计算机为代表。 3.计算机从第三代起，与IC电路集成度技术的发展密切相关。描述这种关系的是_摩尔__ 定律。 4.1971年，英特尔公司开发出世界上第一片4位微处理器__Intel 4004_____。首次将CPU 的所有元件都放入同一块芯片之内。 5.1978年，英特尔公司开发的___Intel 8086_______是世界上第1片通用16位微处理器， 可寻址存储器是_1MB______。 6.至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是__物理器件性能所致___。 7.冯。诺依曼计算机工作方式的基本特点是__按地址访问并顺序执行指令_____。 8.20世纪50年代，为了发挥__硬件设备_____的效率，提出了_多道程序___技术，从而发 展了操作系统，通过它对__硬软资源______进行管理和调度。 9.计算机硬件能直接执行的只有__机器语言_________ 。 10.完整的计算机系统应包括__配套的硬件设备和软件系统______。 11.计算机的硬件是有形的电子器件构成，它包括_运算器__、_控制器_、_存储器__、_适配器_、_系统总线__、__外部设备__。 12.当前的中央处理机包括__运算器_____、_控制器_____、__存储器_____。 13.计算机的软件通常分为__系统软件_______和___应用软件_____两大类。 14.用来管理计算机系统的资源并调度用户的作业程序的软件称为__操作系统_____，负责将_高级____-语言的源程序翻译成目标程序的软件称为___编译系统____。 15.计算机系统中的存储器分为__内存____和__外存______。在CPU执行程序时，必须将 指令存放在__内存______中。 16.计算机存储器的最小单位为___位______。1KB容量的存储器能够存储___8192_____个这样的基本单位。 17.在计算机系统中，多个系统部件之间信息传送的公共通路称为_总线_____。就其所传送的信息的性质而言，在公共通路上传送的信息包括__数据__、__地址__和__控制____信息。 18.指令周期由__取指____ 周期和__执行_____周期组成。 19.下列数中最小的数为_______. A (101001)2 B(52)8 C (101001)BCD D(233)16 20.下列数中最大的数为 A ()2 B(227)8 C (96)16D(143)5 21.在机器数中，________的零的表示形式是唯一的。 A原码B补码C反码D原码和反码 22.某机字长32位，采用定点小数表示，符号位为1位，尾数为31位，则可表示的最大正 小数为___C____，最小负小数为___D_____ A +(231-1) B -(1-2-32) C +(1-2-31)≈+1 D-(1-2-31)≈-1 23.某机字长32位，采用定点整数表示，符号位为1位，尾数为31位，则可表示的最大正 整数为___A____，最小负整数为___D_____ A +(231-1) B -(1-2-32)
一、cache的映射方式及特点 1.全相联方式的主要缺点是比较器电路难于设计和实现，因此只适合于小容量cache采用。 2.直接映射方式的优点是硬件简单，成本低。缺点是每个主存块只有一个固定的行位置可存放。 3.组相联映射的方式是前两种方式的折中方案，它适度地兼顾了二者的优点又尽量避免二者的缺点，因此被普遍采用。 二、cache的替换策略及特点 1.最不经常使用算法，LFU算法认为应将一段时间内被访问次数最少的那行数据换出。 2.近期最少使用算法，LRU算法将近期内长久未被访问过的行换出。 3.随机替换策略实际上是不要什么算法，从特定的行位置中随机地选取一行换出即可。 三、cache的写回策略方式及特点 1.写回法：当CPU写cache命中时，只修改cache的内容，而不立即写入主存；只有当此行被换出时才写回主存。减少了访问主存的次数,但是存在不一致性的隐患，实现时，每个cache行必须配置一个修改位，以反映此行是否被CPU修改过。 2.全写法：当写cache命中时，cache与主存同时发生写修改，因而较好地维护了cache 与主存的内容的一致，当写cache未命中时，直接向主存进行写入。cache中每行无需设置一个修改位以及相应的判断逻辑，缺点是降低了cache的功效。 3.写一次法：基于写回法并结合全写法的写策略,写命中与写未命中的处理方法与写回法基本相同，只是第一次写命 中时要同时写入主存。这便于维护系统全部cache的一致性 四、对指令系统性能的要求有哪些？ 1.完备性，要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便。 2.有效性，利用该指令系统所编写的程序能够高效率的运行。 3.规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。 4.系列机各机种之间具有相同的基本结构和共同的基本指令集，因而指令系统是兼容的，即各机种上基本软件可以通用。 五、精简指令系统的特点 RISC指令系统的最大特点是： ⑴选取使用频率最高的一些简单指令，指令条数少； ⑵指令长度固定，指令格式种类少；
计算机组成原理试题及答案 一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号写在题干前面的括号内。） 1.若十进制数据为137.5则其八进制数为（B ）。 A、89.8 B、211.4 C、211.5 D、1011111.101 2.若x补=0.1101010，则x原=（A ）。 A、1.0010101 B、1.0010110 C、0.0010110 D、0.1101010 3.若采用双符号位，则发生正溢的特征是：双符号位为（B）。 A、00 B、01 C、10 D、11 4.原码乘法是（A ）。 A、先取操作数绝对值相乘，符号位单独处理 B、用原码表示操作数，然后直接相乘 C、被乘数用原码表示，乘数取绝对值，然后相乘 D、乘数用原码表示，被乘数取绝对值，然后相乘 5.为了缩短指令中某个地址段的位数，有效的方法是采取（C）。 A、立即寻址 B、变址寻址 C、间接寻址 D、寄存器寻址 6.下列数中，最小的数是（A）。 A．(101001)2B．(52)８C．(2B)16D．45 7.下列数中，最大的数是（D）。 A．(101001)2B．(52)８C．(2B)16D．45 8.下列数中，最小的数是（D）。 A．（111111）2B．（72）８C．（2F）16D．50 9.已知：X=－0.0011，Y= -0.0101。（X+Y）补= ( A)。 Ａ．１．１１００Ｂ．１．１０１０ Ｃ．１．０１０１Ｄ．１．１０００ 10.一个512KB的存储器,地址线和数据线的总和是（C ）。 A．17 B．19C．27D．36 11.某计算机字长是16位它的存储容量是64KB,按字编址,它们寻址范围是（C ）。 A．64K B．32KB C．32K D．16KB 12.某一RAM芯片其容量为512*8位,除电源和接地端外该芯片引线的最少数目是（C ）。 A.21 B.17 C.19 D.20 12.计算机内存储器可以采用（A）。 A.RAM和ROM B.只有ROM C.只有RAM D.RAM和SAM 13.单地址指令中为了完成两个数的算术操作，除地址码指明的一个操作数外，另一个数常需采用( C) 。 A.堆栈寻址方式 B.立即寻址方式 C.隐含寻址方式 D.间接寻址方式 14.零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，因此它的操作数来自(B)。 A.立即数和栈顶 B.栈顶和次栈顶 C.暂存器和栈顶 D.寄存器和内存单元 15.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是( C)。 A.实现存储程序和程序控制 B.可以直接访问外存 C.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性 D.提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度 16.用于对某个寄存器中操作数的寻址方式称为( C)寻址。 A.直接 B.间接 C.寄存器直接 D.寄存器间接 17.寄存器间接寻址方式中，操作数处在( B )。 A.通用寄存器 B.贮存单元 C.程序计数器 D.堆栈 18.RISC是(A)的简称。 A.精简指令系统计算机 B.大规模集成电路
13计算机一班赵宇 20130610040109
三组传输线； C．I/O总线、主存总线和系统总线三组传输线； D．以上都不对。 6．某计算机字长是32位，它的存储容量是256KB，按字编址，它的寻址范围是______。 A．128K；B．64K；C．64KB；D．128KB。 7．某一RAM芯片，其容量为512K×8位，除电源和接地端外，该芯片引出线的最少数目是______。 A．21；B．17；C．19；D．20。 8．指令寄存器的位数取决于______。 A．存储器的容量；B．指令字长；C．机器字长；D．存储字长。9．CPU中的译码器主要用于____ 。 A．地址译码；B．指令译码；C．选择多路数据至ALU；D．数据译码。 10．直接寻址的无条件转移指令功能是将指令中的地址码送入______。 A．PC； B．地址寄存器；C．累加器；D．ALU。 11．堆栈寻址方式中，设A为累加器，SP为堆栈指示器，MSP为SP指示的栈顶单元，如果进栈操作的动作顺序是(SP – 1) → SP，(A) → MSP，那么出栈操作的动作顺序应为_____。 A．(MSP) → A，(SP) + 1 → SP；B．(SP) + l → SP，(MSP) → A；C．(SP) – 1 → SP，(MSP) → A；D．以上都不对。 12．一个节拍信号的宽度是指______。 A．指令周期； B．机器周期； C．时钟周期； D．存储周期。13．变址寻址方式中，操作数的有效地址是______。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）；B．程序计数器内容加上形式地址；C．变址寄存器内容加上形式地址； D．以上都不对。
《计算机组成原理》简答题 第1章计算机系统概述 1．什么是计算机系统的层次结构？ 通常，把一个计算机硬、软件系统的完整内容划分为6个层次。分层能够更精准地理解、说明每一个层次的功能和运行机制，表明各层次之间相互依存、彼此支持的关系。下一层是实现上一层的基础，上一层是对下一层的功能扩展。 ①数字电路与逻辑设计是实现计算机硬件的基础，处于最底层； ②由5个部件组成的计算机硬件系统构成微体系结构层，接在数字 逻辑层上面； ③硬件系统实现了全部指令系统的运行功能，提供了设计软件的能 力，处在硬件系统的顶层和软件系统的底层； ④最底层的软件是操作系统，提供了管理和运行计算机系统的能力； ⑤在此基础上设计的汇编语言，提供了设计程序的功能较弱的基本 工具； ⑥再往上实现了功能更强的高级语言，设计各种程序更容易，使用 计算机更方便。 2．什么是计算机系统中的硬件系统和软件系统？ 计算机硬件系统是一种高度复杂的、由多种电子线路、精密机械装置等构成的、能自动并且高速地完成数据处理、计算的装置或者工具。硬件系统由运算器部件、控制器部件、存储器部件、输入设备和输出设备5个大的功能部件组成。其中运算器和控制器共同构成了大家熟知的CPU，各部件间通过总线连接。显然，这些部件中运算器用于完成对数据暂存、运算处理功能；控制器向各个部件、设备提供协调运行所需要的控制信号；存储器用于完成对数据存储功能；输入设备和输出设备分别用于完成对原始数据输入功能和对运算结果输出功能。
计算机软件系统是由完成计算机资源管理、方便用户使用的系统软件（厂家提供），和完成用户对数据的预期处理功能（用户设计，自己使用）的程序这样两大部分构成的。基本系统软件主要由3个部分组成： （1）分担计算机系统中的资源管理与分配，也向使用者和程序设计人员提供简单、方便、高效服务的操作系统； （2）支持用户按照计算机最基本功能（指令）设计程序的汇编语言； （3）支持用户按照解题算法设计程序的高级语言。 在一个完整的计算机系统中，软件系统是建立在硬件系统层次之上的部分，它的存在以已有硬件系统为前提，并且必须在已有硬件上才能运行。 硬件系统也必须在软件系统的调度指挥下才能发挥出应有的运行效率，体现出它的使用价值。 指令系统是设置在硬件系统和软件系统之间的结合点和纽带，硬件系统实现每一条指令的功能，全部软件系统都是由指令序列组成的程序。 第2章数据表示和运算方法 1．数制转换（二进制需要小数点后保留8位）： （1）将十进制数（0.71）10分别转换成二进制数、十六进制数和BCD码； （2）将十六进制数（1AB）16转换为二进制数和十进制数。 答：（0.71）10＝（0.01110001）BCD＝（0.10110101）2＝（0.B5）16 （1AB）16＝（000110101011）2＝（427）10 2．在16位定点原码整数中，什么是能表示的最大正数，最小正数，最大负数和最小负数的机器数形式？对应的十进制数的数值范围是什么？ 答：最大正数：0111 1111 1111 1111 最小正数：0000 0000 0000 0001 最大负数：1000 0000 0000 0001 最小负数：1111 1111 1111 1111 数值表示范围：-（215-1）~ +（215-1）