计算机的基本概念
快速的向用户返回计算结果是编写一个成功的软件中的关键部分.
操作系统是用户程序和硬件的接口,它提供许多服务和管理功能.其中,最重要的功能有:1)处理基本输入输出操作;2)分配存储空间和内存;3)为多个程序同时使用计算机提供支持.
系统软件提供公共服务,包括操作系统,编译器,汇编器;
编译器:将高级语言语句翻译成汇编语言语句的程序.
任何计算机的底层硬件都执行着同样的基本功能:输入数据,输出数据,处理数据和存储数据. 计算机的五个经典组成部分是输入,输出,存储器,数据通路以及控制器,后两个我们有时合称为处理器.
有些设备即向计算机提供输入也接受输出,例如:网络和硬盘.
光电式鼠标取代机电式鼠标再次例证了一个普遍现象:电子设备成本的下降和可靠性的提高促使电子方案取代旧的机电方案.
动态随机存储器(DRAM):集成电路式存储器,可以随机访问任何单元;
高速缓存(cache:一块小容量高速存储器,作为大容量存储器的缓冲区.高速缓存使用了不同的内存技术—静态随机存储器(SRAM).SRAM更快但集成度低,因此也就比DRAM更贵些.
内存(memory):正在运行着的程序以及其所需的数据所驻留的存储介质;
易失性存储器:持续供电才能保存数据的存储设备,如DRAM.
内存是易失性存储器.
摩尔定律:晶体管容量没18~24个月就会翻一倍.
硬件设计中的四个基本准则:1)简单源自规整;2)越少越快;3)加快执行常用操作;4)好的设计需要合适的折衷.
当前的计算机构造基于两个关键性原则:1)指令以数据形式表示;2)和数据一样,程序存储在存储器中,并且可以读写.
CPU与指令集(Instruction Set)
1.什么是CPU ？
电脑的核心！CPU (Central Process Unit)中央处理器
2.CPU的主要工作是什么?
执行一串指令.
3.指令:CPU能执行的最基本的操作单元
譬如说：两个整数相加、相减
4.不同的CPU=>指令集不同。
5.某个特定CPU所实现的指令集称为指令集结构Instruction Set Architecture (ISA).
a)例: Intel 80x86 (Pentium 4), IBM/Motorola PowerPC (Macintosh), ARM, Intel IA64
RISC思想(精减指令集)
指令集更小，更简单, 从而能有效构建更快硬件.
由软件通过组合简单运算来完成复杂运算.
为什么MIPS，而不是 Intel的X86?
1.MIPS简单，漂亮。不希望大家被一些细节所困扰（只见树木，不见森林）;
2.MIPS广泛应用于嵌入式系统,x86很少应用嵌入式系统, 而嵌入式计算机比PCs机多很多;
3.中国芯？龙芯I代, II代（95%MIPS）,获得MIPS授权.
*寄存器registers
与高级语言不同（如C或Java）, 汇编语言不能使用变量
为什么呢? 让硬件简单一些
汇编语言的操作数是寄存器registers
寄存器位于计算机硬件的某个特殊位置，数量有限
操作只能在寄存器上进行!
MIPS寄存器数量：32个
为什么?
越小(少?)越快——Smaller is faster
优点:
由于寄存器在硬件中, 其访问速度非常快(10亿分之一秒——1 billionth of a second) 缺点:
由于寄存器在硬件中, 其数量有上限——32个
变量多于32个怎么办？
放在核心硬件外面，用的时候拿进来
效率问题
如果不是太多：仔细编写代码来高效使用寄存器
A=3 B=4 C=A+B D=A-B E=C*D F=C/D 使用6个
A=3 B=4 C=A+B D=A-B A=C*D B=C/D 使用4个
A=3 B=4 C=A+B A=C-B A=C-B B=C/A A=C/A 使用3个
每个MIPS寄存器是 32位宽
在MIPS中我们将32位组织在一起，称为字word
寄存器编号：0 到 31
每个寄存器可通过编号和名字来指定
通过编号指定:
$0, $1, $2, … $30, $31
C语言(其他大多数高级语言也一样)中，变量首先要声明并给定一个类型
例如:
int fahr, celsius;
char a, b, c, d, e;
每个变量只能表示其所声明的类型的值 (不能混用及比较int型和char型变量).
在汇编语言中, 寄存器没有类型; 运算（符）决定如何处理寄存器，即运算（符）确定寄存器内容的数据类型.
*例1:a = b + c + d - e;(注意理解)
add $t0, $s1, $s2 # temp = b + c
add $t0, $t0, $s3 # temp = temp + d
sub $s0, $t0, $s4 # a = temp-e
例2:f = (g + h) - (i + j);
add $t0,$s1,$s2 # temp = g + h
add $t1,$s3,$s4 # temp = i + j
sub $s0,$t0,$t1 # f=(g+h)-(i+j)
MIPS汇编语言中:
寄存器=变量
一行一条指令 (简单操作)
C 变量: $s0 - $s7,对应寄存器16~23;
临时变量（temporary）: $t0 - $t7,对应寄存器8~15;
Zero: $zero
立即数：数值常数
代码中经常出现，因此有专门的指令.
加立即数指令（Add Immediate）:
addi $s0,$s1,10 (in MIPS)
f =
g + 10 (in C)
这里MIPS寄存器 $s0,$s1对应于C变量f,g
语法和add指令类似
区别：最后一个参数是数，而不是寄存器 register
*没有减立即数
C变量映射到寄存器，但寄存器有限
超过32个元素的数组怎么办?
一般把这种数据结构放在内存memory中
MIPS算术指令仅能对寄存器操作，不能直接操作内存.
数据传送指令在寄存器和内存之间传送数据:
内存到寄存器;寄存器到内存
*指定内存地址：
寄存器：包含指向内存的指针
数值偏移量offset (以字节为单位)
内存地址为这两个值的和
*例:8($t0)
内存地址为：$t0的值+8（字节）
Load 指令语法（Instruction Syntax）:
1 2,3(4)
1是指令名字（operation name）
2是接收值的寄存器（register that will receive value）
3数值偏移量（单位：字节）numerical offset in bytes
4包含指向内存指针的寄存器（register containing pointer to memory）
MIPS 指令名字（Instruction Name）:
lw (意即Load Word, 故每次装入32位即一个字)
*
例: lw $t0,12($s0)
该指令取出$s0中的指针, 加上12, 然后从计算的和所指的位置的内存中取得值，放到$t0中.
$s0 称为基寄存器base register
12 称为偏移offset
偏移通常用于访问结构体或数组的元素: 基寄存器指向结构体或数组的起始位置(注意偏移量必须是常数 (即在编译时已知)).
*sw (即Store Word, 每次存储32位或一个字)
例: sw $t0,12($s0)
该指令将$s0中的指针加上12，得到内存地址，然后把寄存器$t0中的值存储到该内存地址中
*lw和sw一个是取出,一个是存储,注意区分
重要概念: 寄存器可以保存任意32-位数值. 该值可以是
对于 add $t2,$t1,$t0
$t0和$t1中一般为数值
而对于lw $t2,0($t0)
$t0中一般为指针
不要混用!
内存中的每个字都有地址, 这和数组中的下标类似
早年的计算机对内存的编号方法类似于 C 对数组的编号:
Memory[0], Memory[1], Memory[2], …
计算机既要访问 8-位字节也要访问字 (4 bytes/word)
现代计算机按字节编址, (即,“字节寻址”) 因此相临两个32-位(4 byte)字的地址差别为4. Memory[0], Memory[4], Memory[8], …
*lw 如何确定C变量A[5]的偏移量?
A[5] 4x5=20 : byte v. word
手工编译以下语句:
g = h + A[5];
g: $s1, h: $s2, $s3: A 的基地址
首先将数据从内存传到寄存器:
lw $t0,20($s3) # $t0 gets A[5]
将20与$s3相加来选定择A[5], 放到 $t0中
然后将结果和h相加，并放到g中
add $s1,$s2,$t0 # $s1 = h+A[5]
*缺陷:经常会忘记，对于计算机的操作单位“字”序列，但在机器编址是字节。故两个相临的字之间地址不是差一个。
很多汇编程序员常犯的错误是，取下一个地址时，简单加1。
另外, 谨记对于 lw 和 sw, 基址和偏移量之和必须是4的倍数 (即需要字对齐alignment)
注:Aligned:对齐的.
法则：寄存器 PK 内存
如果变量数比寄存器个数还多，怎么办?
1.编译器试图把最常用的变量放到寄存器中
2.不是很常用的变量放到内存中: spilling
为什么不把所有变量都放到内存中呢?
1.Smaller is faster:寄存器比内存快
2.寄存器能力更强:
MIPS一个算术指令就可以完成，读两个数，进行运算，并写结果
MIPS一个数据传送指令只能读或写一个操作数，而无运算
C (MIPS也一样) 提供了语句标号Labels 来支持“goto”跳转到代码所在处.
小结:
1.内存可访问到字节byte, 但lw,sw每次访问一个字.
2.lw和sw所使用的指针就是内存地址, 可以通过使用偏移量offset来进行增减.
3.分支让我们能在运行时（ run-time ）做决定，而不是在编译时（compile-time）进行.
4.MIPS决策的条件语句有: beq(==) and bne(!=).
溢出: 由于计算机精度的限制，而导致的算术运算错误.
add (add), 检测溢出
add unsigned (addu), 不检测溢出
左移Shift Left: sll $s1,$s2,2 #s1=s2<<2
将$s2的值左移2位，结果放到$s1中，在右边添0; C语言的 <<
*左移(sll),右移(srl).
jal 存储返回地址到寄存器中($ra),注:$ra的寄存器号为31.
jr $ra 跳回该地址处
MIPS指令小结语义
1.逻辑运算:1)与 and $s1,$s2,$s3 $s1=$s2&$s3
2)或 or $s1,$s2,$s3 $s1=$s2|$s3
3)或非nor $s1,$s2,$s3 $s1=~($s2|$s3)
4)立即数与andi $s1,$s2,100 $s1=$s2&100
5)立即数或ori $s1,$s2,100 $s1=$s2|100
6)逻辑左移sll $s1,$s2,10 $s1=$s2<<10 (来做2的幂的乘法)
7)逻辑右移srl $s1,$s2,10 $s1=$s2>>10
8)sra (算术右移): 右移空出来的位进行符号扩展,来做2的幂的除法.
2.条件转移:
1)相等转移 beq $s1,$s2,L 如果$s1等于$s2,跳转L处
2)不等转移 bne $s1,$s2,L 如果$s1不等于$s2,跳转L处
3)小于比较 slt $s1,$s2,$s3 如果$s2小于$s3,$s1=1;否则$s1=0;
4)小于比较 slti $s1,$s2,100 如果$s2小于100,$1=1;否则$s1=0
立即数
3.无条件跳转:
1)跳转 j L 跳转到地址L(转移到目标地址0
2)寄存器跳转 jr $ra 跳转到$ra (用于过程返回)
3)跳转并链接 jal L $ra=PC+4;跳至L(用于过程调用)
4.其他:
1)立即数高位取: lui
2)传送:move
3)乘:mult
4)立即数乘:multi
5)立即数取:li
6)小于则分支:blt
7)小于等于则分支:ble
8)大于则分支:bgt
9)大于等于则分支:bge
*上述中除了(1)中的立即数取高位,其他的都是伪MIPS指令;伪指令:不能直接转成机器语言，而是要先转成其它MIPS指令的MIPS指令;解析伪指令时，汇编器需要使用附加寄存器.
1.任何数与0“与”产生 0 ，与1“与”不变.这可以用来产生掩码mask.
2.类似的注意到，任何数与1“或”，结果为1，而与0做“或”运算，结果为原数.
这可以用于强制字串的某些位为1.
寄存器约定:
1.$0不可改变,始终为0;$s0-$s7和$sp如果改变必须恢复,所有存储寄存器以S开头.
2.$ra,$v0-$v1,$a0-$a3,$t0-$t9是临时寄存器,可以改变,且不需要恢复.
谨记: Caller/callee 仅需要保存其要使用的临时/存储寄存器，而不是所有的寄存器.
由于所有的指令和数据都存储在内存中，所有的东西都有内存地址：指令, 数据
指令集随时间的演化，产生“向后兼容”
指令格式:
I型:用于有立即数的指令, lw和sw (偏移量也可看成立即数), 分支语句(beq和 bne), (但不用于移位指令;)
J型: 用于j和jal
R型: 用于所有其他的指令
R格式指令
每个“字段”的位数为: 6 + 5 + 5 + 5 + 5 + 6 = 32
为了好记，每个字段名字如下:
在这个幻灯片和书中, 每个字段看成5位或者6位无符号数, 而不是作为32位整数的一部分.
每个寄存器字段正好是5位, 故可以指定0-31间的任意正整数. 每个这样的字段可以指定32个寄存器中的一个.
Opcode,即op,指令的基本操作,通常称为操作码,对所有R格式指令，此数为0.
rs:第一个源操作寄存器;
rt: 第一个源操作寄存器;
rd:存放操作结果的目的操作数寄存器;
shamt:位移量,除了移位指令外，该字段设置为0.
funct:函数,和opcode一起, 共同指定指令的确切含义
注:reg表示0~31之间的一个寄存器号
I格式指令(用于有立即数的指令)
定义如下的位数的“字段” : 6 + 5 + 5 + 16 = 32 bits
opcode: 与前面的相同，只是由于没有funct字段, opcode独立指定指令的I格式
rs: 指定寄存器操作数 (如果有的话)
rt: 指定保存计算结果的寄存器(这也是为什么称为目标寄存器“rt”的原因)，或者对于一些指令指定其他操作数.
opcode 指定beq和bne
rs和rt指定要比较的寄存器
立即数指定什么呢?
立即数Immediate仅有16位
PC (Program Counter) 存有当前要执行指令的字节地址;指向内存的32位指针
因此immediate无法指定整个跳转的地址
J格式指令
对于分支, 可以假定跳转到不太远的地上, 因此可以指定PC的变化.
对于一般的跳转 (j和jal), 我们可能需要跳转到内存中的任意地址.
理想的情况, 指定跳转到32位内存地址处.
不幸的是, 无法把6位opcode和32位地址，一起放到单个32位字中, 因此需要妥协.
保持Opcode字段与R格式和I格式兼容.
把其它所有字段合成为一个，形成一个大的目标地址空间.
和前面分支跳转一样,将只跳转到字对齐的地址, 因此最后两位总是00 (二进制).
因此，可以默认最后二位为00，而不必专门指定.
分支使用PC相对寻址, 跳转使用绝对寻址.
反汇编很简单，首先需要解码opcode字段. (后面会讲)
IEEE 754 浮点数标准是被广泛接受的用于表示浮点数的标准 (自1997 年以来的桌面计算机和工作站都遵循此标准)
浮点数使我们能够:表示既包含整数部分，又包含小数部分的数; 能高效的使用位数.
存储非常大和非常小的数的近似值.
在浮点数中，除0应该得到±∞, 而非溢出.
浮点数相加不满足结合律!
注意exponent中关键在于127和指数的加减.
*******
可以根据上表中op项的值来进行反编译.
反汇编的一个实例:
lui的功能
MAL (MIPS Assembly Language): 程序员编写代码所用的指令集; 包括伪指令
TAL (True Assembly Language): 可以转换成单个机器语言指令(32位位串)的指令集
程序必须先从MAL转换成TAL，然后再转成 1和0串.
当效率不是关键所在时, 我们会对高级语言进行解释，而如果要提高效率则会翻译成一种低级语言.
解释器: 直接执行源（高级）语言编写的程序
翻译器: 将源（高级）语言编写的程序转换成另一种（低级）语言编写的等价的程序
解释器提供了指令集独立性:可以在任何机器上运行;
翻译/编译后的代码通常更高效，因此有更好的性能;
翻译/编译有助于“隐藏”程序的“源码”
执行程序的步骤 (翻译):
输入: 高级语言代码(如C,Java如foo.c)
输出: 汇编语言代码(如, foo.s for MIPS)
注: 输出可能包含伪指令
伪指令: 汇编器能理解，但机器不能理解的指令.
需要讨论四类地址:
PC相对寻址 (beq, bne): 不重定位
绝对地址 (j, jal): 总要重定位
外部引用 (通常用jal): 总是重定位
数据引用 (通常使用 lui和ori): 总重定位
现实中, 装入器即是操作系统 (OS)
装入是操作系统的任务之一
同步数字系统:处理器硬件, 如MIPS, 就是一种同步数字系统的实例同步数字系统由两种基本电路组成:组合逻辑电路;状态单元.
ISA是非常重要的抽象层:硬件与软件的协议.
电压是模拟量analog, 量化为 0/1
布尔代数的重要意义在于：由AND, OR 和 NOT 构建的门电路和布尔代数的代数式间存在一一对应
+ 即 OR,?即 AND, x 即 NOT,例:
算术逻辑单元(ALU)
数据多路复用器 (这里2选1, n位宽):
例:N 个1位位宽mux（连接法！）
MIPS有多种指令: 公共的步骤是什么?
1.Stage 1: 取指
无论何种指令, 首先必须把32-位指令字从内存中取出。(可能涉及缓存结构)
在这一步，我们还需要增加PC (即PC = PC + 4, 以指向下一条指令，由于是按字节寻址，故+4);
2.Stage 2: 指令译码Instruction Decode
在取到指令后, 下一步从各域(fields)中得到数据(对必要的指令数据进行解码)
首先，读出Opcode，以决定指令类型及字段长度
接下来，从相关部分读出数据
对add, 读两个寄存器
对addi, 读一个寄存器
对jal, 不用读寄存器
3.Stage 3: ALU (Arithmetic-Logic Unit)
大多数指令的实际工作在此部完成: 算术指令 (+, -, *, /), 移位, 逻辑 (&, |), 比较(slt)
装入loads和存储stores呢?
lw $t0, 40($t1)
要访问的内存地址 = $t1的值 + 40
因此，在这一步需要做这个加法运算
4.Stage 4: 内存访问Memory Access
事实上只有load和store指令在此stage会做事; 其它指令在此阶段空闲idle或者直接跳过本阶段
由于load和store需要此步，因此需要一个专门的阶段 stage来处理他们
由于cache系统的作用，该阶段有望加速
如果没有caches，本阶段stage会很慢;
5.Stage 5: 写寄存器Register Write
大多数指令会将计算结果写到寄存器
例如: 算术, 逻辑, 移位, 装入, slt
而对存储, 分支, 跳转呢?
结束时，不写内容到寄存器
这些指令在第5阶段空闲，或者干脆跳过
例:
是否能有不同的步骤? 是！其他计算机结构可能会不同
前述指令至少在某一步空闲(idle)，为什么MIPS还要有５步?
五步能使所有的操作有统一的步骤.
还有一个指令五个阶段都需要（即无空闲）: load
通用寄存器
用于第二步 (Read) 和第五步(Write)
MIPS共有32个通用寄存器
内存
用于第一步 (Fetch) 和第 4 步(R/W)
Cache系统使得这两步和其他步骤同样快（平均而言）
其他寄存器
为了实现每个时钟周期执行一步, 在各步(stage)之间插入寄存器以保存阶段变换过程中的中间数据和控制信号.
注: 寄存器是通用名词，意即保存位的实体. 不是所有寄存器都在“寄存器文件”中.
单周期CPU: 指令的所有阶段在一个长的时钟周期中完成.
时钟周期足够长，以便能在一个周期内完成所有指令的五步，而不必中断.
多时钟周期CPU: 每个时钟周期，执行一个stage指令.
时钟和最慢的stage一样长.
和单时钟执行相比，有几个好处: 某个指令未用的阶段stages可以跳过，指令可以进入流水线pipelined (重叠).
分析指令集结构 (ISA) -> 数据通道需求
每个指令的含义由寄存器变换给定
数据通道必须包含用于ISA 寄存器的存储单元
数据通道必须支持每个寄存器的变换
寄存器变换语言(RTL)
对所有指令的共同RTL操作如下:
(a) 在开始执行指令前，使用程序记数器 (PC)取址，
(b) 在指令执行结束时，更新程序记数器.
数据通道所需要的最后一个存储单元是理想内存，在该处存储数据和指令.
执行load 指令的时间是以下几项之和:
(a) PC反转;(b) 指令内存访问 ;(c) 读寄存器 ;(d) 算术逻辑单元计算数据内存地址;(e) 读内存;(f) 寄存器文件的启动时间和时钟误差
流水线
延时Latency: 完整的执行一个指定任务所需要的时间;
吞吐量Throughput: 在一段时间内能做的工作总量;
流水线不减少单个任务的延时量,但可以减少整个任务的吞吐量;多任务同时进行，使用不同的资源;
每个指令必须运行同样的步骤，在流水线中也称为阶段“stages”, 尽管其中一些有时会“休息”idle
*寄存器, 右半边红色读, 左半红色写
流水线的限制: 困境（Hazards）使下一条指令无法在所设计的时钟周期中执行。
结构困境Structural hazards: 硬件不支持一些指令组合 (一个人同时叠衣服和放到衣柜中)
控制困境Control hazards: 流水线结构中，对于分支语句，必须等到分支的结果后，才知道下条语句该执行什么。
数据困境Data hazards: 指令依赖于前面指令的结果，而前面的指令还在流水线中(missing sock)
可以在一时钟周期中读写两次寄存器,但不可以同时读内存.
流水线优化
每个时钟周期仅执行指令的一部分.
每个时钟周期都有一个指令完成.
平均而言，执行更快.
流水线面临的挑战是“困境”hazards
前馈：能解决许多数据“困境”
Delayed branch：可以解决控制“困境”
Load 延时槽 / 互琐是必要的
进一步提高性能:
超标量（superscalar）
乱序执行（Out-of-order execution）
由于处理器和内存间的速度不匹配，我们加入了一个新的层: 内存的缓存(Cache)
Cache是主存的子集的一个拷贝.
大多数处理器都含有分离的指令和数据caches.
缓存中包含内存中最近使用的数据的一个拷贝.
内存中包含磁盘中最近使用数据的一个拷贝
Cache的工作原理：时空局部性;
时间局部性: 现在使用的数据，可能一会还要用.
空间局部性: 使用内存的某一段，很可能一会儿要使用该数据附近的数据。
在直接映射cache中, 每个内存地址只可能与中的某个块block关联
因此, 如果内存中的数据在Cache中，只用查找 cache中的某个特定位置即可
块Block是cache与内存间传送数据的单位
Index: 指定cache块号 (所需要的cache行)
Offset: 找到正确的块后，指定所需块中的哪个字节–即哪一列
Tag: 决定除offset和index之外的字节; 用于区分所有映射到同一cache的不同内存
由于多个内存地址映射到同一cache 索引, 如何知道哪个内存的内容在Cache中呢?
如果块大小> 1字节又如何?
答案: 将内存地址分为三段,分别是18,10,4
Valid有效位: 确定在该行中是否存有数据 (当计算机首次启动时，所有的都是invalid)
允许内存中的字为“stale脏”
每个块增加一个‘dirty’位，以表明当该Cache块被替换时，需要更新内存在进行输入输出前，刷新cache…
较大块的优点
空间局部性: 如果访问给定字, 可能很快会访问附近的其他字
适用于存储程序概念: 如果执行一条指令, 极有可能会执行接下来的几条指令
对于线性数组的访问也是合适的
西 南 大 学 育 才 学 院 期 末 考 试 试 卷 2006 ～2007 学年第 一 学期期末 阅卷须知：阅卷用红色墨水笔书写，得分用阿拉伯数字写在每小题题号前，用正分表示，不得分则在题号前写0；大题得分登录在对应的分数框内；统一命题的课程应集体阅卷，流水作业；阅卷后要进行复核，发现漏评、漏记或总分统计错误应及时更正；对评定的分数或统分记录进行修改时，修改人必须签名。 一、填空题（每空1分，共25分） 1． 从计算机语言的发展史来看，计算机语言从低到高依次为 、 、 。 2． 某定点机字长8位，其中1位符号位，7位尾数。若采用定点整数表示，则所能表示的 最大数为___________，最小数为___________。 3． 某浮点计算机字长16位，其中阶码5位（阶符1位），尾数11位（数符1位），若阶码 与尾数都使用原码表示。那么该机器所能表示的最大数是___________。 4． 一个数的真值是X=－0.110101，那么它的原码是_________，反码是_________，补码 是_________，－X 的补码是_________，X/2的补码是__________。 5． 某SRAM 芯片，存储容量为64K ×16位，该芯片有_____根地址线和_____根数据线。 6． 某采用虚拟存储器的计算机的物理内存为256M ，它所能使用的虚拟空间为128G ，那么 该虚拟存储器的虚地址宽度为_______位，物理地址是_______位。 7． Cache 一般有三种存储映象方式，它们分别是_______映象、_______映象和_______映 象。 8． 写出至少三种虚拟存储器的页面替换算法：___________、___________、___________。 9． 对于40GB 的硬盘，40GB 是指的 容量。（格式化、非格式化） 10、软盘采用的是 磁头。（接触式、浮动式） 11、17寸显示器是指屏幕的 的长度是17英寸。 12、如果显示器的分辨率是1024×768，选用16位来存储灰度级别，那么使用的帧存储器 的大小是 MB 。 二、判断题（每题1分，共10分） 1、只有DRAM 才需要刷新，SRAM 不需要刷新。 （ ） 2、相联存储器是按内容进行访问的存储器。 （ ） 3、现代计算机的中心是CPU 。 （ ） 4、 DRAM 存储单元是以电容来存储信息的。。 （ ） 5、 采用虚拟存贮器的主要目的是弥补主存容量的不足。 （ ） 6、11011010的奇校验码是111011010。 （ ） 7、采用流水线技术缩短了每条指令的执行时间。 （ ）
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
计算机组成原理2009年12月期末考试复习大纲 第一章 1.计算机软件的分类。 P11 计算机软件一般分为两大类：一类叫系统程序，一类叫应用程序。 2.源程序转换到目标程序的方法。 P12 源程序是用算法语言编写的程序。 目标程序（目的程序）是用机器语言书写的程序。 源程序转换到目标程序的方法一种是通过编译程序把源程序翻译成目的程序，另一种是通过解释程序解释执行。 3.怎样理解软件和硬件的逻辑等价性。 P14 因为任何操作可以有软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。对于某一机器功能采用硬件方案还是软件方案，取决于器件价格，速度，可靠性，存储容量等因素。因此，软件和硬件之间具有逻辑等价性。 第二章 1.定点数和浮点数的表示方法。 P16 定点数通常为纯小数或纯整数。 X=XnXn-1…..X1X0 Xn为符号位，0表示正数，1表示负数。其余位数代表它的量值。 纯小数表示范围0≤|X|≤1-2-n 纯整数表示范围0≤|X|≤2n -1
浮点数：一个十进制浮点数N=10E.M。一个任意进制浮点数N=R E.M 其中M称为浮点数的尾数，是一个纯小数。E称为浮点数的指数，是一个整数。 比例因子的基数R=2对二进制计数的机器是一个常数。 做题时请注意题目的要求是否是采用IEEE754标准来表示的浮点数。 32位浮点数S（31）E（30-23）M（22-0） 64位浮点数S（63）E（62-52）M（51-0） S是浮点数的符号位0正1负。E是阶码，采用移码方法来表示正负指数。 M为尾数。P18 P18
2.数据的原码、反码和补码之间的转换。数据零的三种机器码的表示方法。 P21 一个正整数，当用原码、反码、补码表示时，符号位都固定为0，用二进制表示的数位值都相同，既三种表示方法完全一样。 一个负整数，当用原码、反码、补码表示时，符号位都固定为1，用二进制表示的数位值都不相同，表示方法。 1.原码符号位为1不变，整数的每一位二进制数位求反得到反码； 2.反码符号位为1不变，反码数值位最低位加1，得到补码。 例：x= (+122)10=(+1111010)2原码、反码、补码均为01111010 Y=(-122)10=(-1111010)2原码11111010、反码10000101、补码10000110 +0 原码00000000、反码00000000、补码00000000 -0 原码10000000、反码11111111、补码10000000 3.定点数和浮点数的加、减法运算：公式的运用、溢出的判断。 P63 已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出。 （1）x=11011 y=00011 （2）x=11011 y=-10101 （3）x=-10110 y=-00001
计算机组成与结构试卷2007-2008-2B 1 / 10 东 南 大 学 考 试 卷（B 卷） 课程名称 计算机组成与结构 考试学期 08-09-2 得分 适用专业 自动化 考试形式 闭卷 考试时间长度 120分钟
计算机组成与结构试卷2007-2008-2B 一．单项选择题（20分，每题1分） 1. 在计算机的指令系统中，通常采用多种确定操作数的方式。当操作数的地址由某个 指定的变址寄存器内容与位移量相加得到时，其寻址方式称为（） A 间接寻址 B 直接寻址 C 立即数寻址 D 变址寻址 2. 指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（） A 可直接访问外存 B 提供扩展操作码并降低指令译码难度 C 实现存储程序和程序控制 D 缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性 3. 寄存器间接寻址方式中，操作数处在（） A 通用寄存器 B 主存单元 C 程序计数器 D 堆栈 4. 在堆栈中，保持不变的是（） A 栈顶 B 栈指针 C 栈底 D 栈中的数据 5. 程序计数器（PC）属于（） A 运算器 B 控制器 C 存储器 D I/O接口 6. 直接转移指令的功能是将指令中的地址代码送入（） A累加器 B 地址寄存器C程序计数器(PC) D 存储器 7. 微程序存放的位置是（） A 控制存储器 B RAM C 指令寄存器 D 内存储器 8. 下列磁记录方式中，不具有自同步能力的是（） A NRZ B PM C FM D MFM 9. 对于磁盘和磁带这两种磁表面介质来说，存取时间与存储单元的物理位置有关。就 其存取方式而言，（） A 二者都是顺序存取的B磁盘是随机存取的，磁带是顺序存取的 C 二者都是随机存取的 D 磁盘是顺序存取，磁带是随机存取的 10. CRT的分辨率为1024*1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量是 （） A 256K B B 512KB C 1MB D 8MB 11. 在微机系统中，主机和高速硬盘进行数据交换一般采用（）方式。 A 程序中断方式 B 直接存储器存取（DMA） C 程序直接控制 D 通道控制 12. DMA方式是在（）之间建立直接的数据通路。 A CPU与外设 B 主存与外设 C 外设与外设 D CPU与主存 2 / 10
第一章：概述 一、选择题 1．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. 主机和实用程序 D. 配套的硬件设备和软件系统 2．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_ __。 A. 节约元件 B. 运算速度快 C. 物理器件的性能决定 D. 信息处理方便3．从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于__ __型计算机。 A. 并行 B. .诺依曼 C. 智能 D. 实时处理 4．计算机外围设备是指__ ___。 A. 输入/输出设备 B. 外存储器 C. 远程通讯设备 D. 除CPU和存以外的其他设备 5．在微型机系统中，外围设备通过___ ___与主板的系统总线相连接。 A. 适配器 B. 译码器 C. 计数器 D. 寄存器 6．·诺依曼机工作的基本方式的特点是__ ____。 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. 存贮器按容选择地址 7．微型计算机的发展一般是以_____技术为标志。 A. 操作系统 B. 微处理器 C. 磁盘 D. 软件 8．下列选项中，___ ___不属于硬件。 A. CPU B. ASCII C. 存 D. 电源 9．对计算机的软、硬件进行管理是__ ____的功能。 A. 操作系统 B. 数据库管理系统 C. 语言处理程序 D. 用户程序 10．下面的四个叙述中，只有一个是正确的，它是____。 A．系统软件就是买的软件，应用软件就是自己编写的软件 B．外存上的信息可以直接进入CPU被处理 C．用机器语言编写的程序可以由计算机直接执行，用高级语言编写的程序必须经过编译（解释）才能执行 D．如果说一台计算机配置了FORTRAN语言，就是说它一开机就可以用FORTRAN 语言编写和执行程序 答案：1.D 2C. 3.B. 4.D. 5.A. 6B 7.B 8. B 9. A 10. C 二、判断题 1．在微型计算机广阔的应用领域中，会计电算化应属于科学计算应用方面。 2．决定计算机计算精度的主要技术指标一般是指计算机的字长。 3．计算机“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条操作系统的命令。 4．利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫做单片机。 答案：1．答案：错。2．答案：对。3．答案：错。4．答案：错。
得分 评分人 填空题: （20分，每题2 分） 单选题：（10分，每题1分） A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B. 一个虚页只装进固定的主存实页位置 《计算机系统结构》期末考试试卷（A ） 得分 注：1、共100分，考试时间120分钟。 2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。 1、."启动I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（ A. 目态指令 B.管态指令 C.目态、管态都能用的指令 D.编译程序只能用的指令 2、 输入输出系统硬件的功能对 （B ）是透明的 A.操作系统程序员 B.应用程序员 C.系统结构设计人员 D.机器语言程序设计员 3、 全相联地址映象是指（A ） C. 组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 4、（ C ） 属于MIMD 系统结构 A.各处理单元同时受一个控制单元的管理 B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机系统 D. 阵列处理机 5、多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（ B ） A.可以并行执行 B.不可能并行 C.任何情况均可交换串行 D.必须并行执行 6、 计算机使用的语言是（B ） A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B.分属于计算机系统各个层次 C.属于用以建立一个用户的应用环境 D. 属于符号化的机器指令 7、 指令执行结果出现异常引起的中断是（ C ） A.输入/输出中断 B.机器校验中断 C.程序性中断 D.外部中断 &块冲突概率最高的 Cache 地址映象方式是（A ） A.直接 B .组相联 C .段相联 D .全相联 9、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器，不影响 Cache 命中率的是（B ） A.增大块的大小 B .增大主存容量 C .增大组的大小 D .增加Cache 中的块数 10、 流水处理机对全局性相关的处理不 包括（C ） A.猜测法 B.提前形成条件码 C.加快短循环程序的执行 D.设置相关专用通路
考试科目:《计算机组成与结构》第七章至第九章（总分100分） 时间：90分钟 学习中心（教学点）批次：层次： 专业：学号：身份证号： 姓名：得分： 一、单项选择题（本题共10小题，每小题2分，共20分） 1、下面有关总线的叙述中，不正确的是（）。 A、总线是一组共享的信息传输线 B、系统总线中有地址、数据和控制三组传输线 C、同步总线中一定有一根时钟线，用于所有设备的定时 D、系统总线始终由CPU控制和管理 2、在系统总线的地址线上传输的信息可能是（）。 A、I/O端口号 B、外部设备号 C、外存地址 D、都不是 3、系统总线中控制线的主要功能是（）。 A、提供定时信号、操作命令和请求/回答信号等 B、提供数据信息 C、提供时序信号 D、提供主存、I/O模块的回答信号 4、以下有关总线标准的叙述中，错误的是（）。 A、引入总线标准便于机器扩充和新设备的添加 B、主板上的处理器总线和存储器总线一般是特定的专用总线 C、I/O总线通常是标准总线 D、PCI总线没有EISA/ISA总线的速度快 5、下面关于异步传输总线的叙述中，不正确的是（）。 A、需要应答信号 B、需用一个公共的时钟信号进行同步 C、全互锁方式的可靠性最高 D、挂接在总线上的各部件可以有较大的速度差异 6、假定一个同步总线的工作频率为33MHz，总线宽度为32位，则该总线的最大数据传输率为（）。 A、66MB/s B、1056MB/s C、132MB/s D、528MB/s 7、若计算机屏幕上每个像素的灰度级为256，则刷新存储器每个单元的宽度是（）。 A、256位 B、16位 C、8位 D、7位
8、在微型机系统中，外围设备通过（）与主板的系统总线相连接。 A、DMA控制器 B、设备控制器 C、中断控制器 D、I/O端口 9、在采用（）对设备进行编址的情况下，不需要专门的I/O指令。 A、统一编址法 B、单独编址法 C、两者都是 D、两者都不是 10、以下（）情况出现时，会自动查询有无I/O中断请求，进而可能进入中断响应周期。 A、一条指令执行结束 B、一次 I/O 操作结束 C、机器内部发生故障 D、一次DMA 操作结束 二、填空题（本题共5小题，每空1分，共10分） 1、计算机系统各部件之间传输的信息流是___________流和____________流。 2、总线的特性：物理特性、_____________、电气特性和_________________。 3、中断源的识别方法可以分为_____________和_____________两大类。 4、输入输出接口类型按照数据传送的控制方式可分成程序控制输入输出接口，____________ _________________和______________________。 5、按总线传送方向总线的类型可分为：____________和_____________。 三、名词解释（本题共3小题，每小题5分，共15分） 1、中断方式 2、总线 3、异步通信方式 四、简答题（本题共5小题，每小题7分，共35分） 1、对于三种基本的输入输出方式，即程序控制方式、程序中断方式和DMA方式，下面的结论正确吗？ （1）采用程序中断方式能够提高CPU的利用率，因此，在设置有中断方式的计算机系统中，就不需要再使用程序控制方式了。 （2）DMA方式能够处理高速外部设备输入输出工作。由于高速工作方式一般能够覆盖低速工作方式，因此，在采用了DMA方式的计算机系统中，就没有必要再使用中断方式了。 2、DMA的三种工作方式。 3、总线接口单元的基本功能是什么？ 4、输入输出接口的主要功能是什么？ 5、编写中断程序的一个重要任务是为各中断源设置中断屏蔽码。假设某处理机共有4个中断源，这4个中断源D1、D2、D3、D4的中断优先级从高到低分别是1级、2级、3级和4级。当4个中断源同时申请中断服务时，如果要求处理机响应中断服务请求和实际为各中断源服务的先后次序均为D1、D2、D3、D4，请为这4个中断源设置中断屏蔽码。
考试时间：120 分钟分数分布： 一、单项选择题（每题2分，共30分） 二、填空题（每空1 分，共15 分） 三、简答题（每小题5 分，共20 分） 四、综合题（4 小题，共35 分） 复习范围： C1. 1. 计算机系统的组成。 2. 计算机硬件系统组成。电子路线：地址总线、数据总线、控制总线物理装置（基本部件）：（CPU （运算器和控制器）、存储器、输入、输出设备）计算机软件系统组成。应用软件和系统软件计算机系统的层次结构。 1. 应用软件：应用程序 2. 系统软件：高级语言、汇编语言、操作系统 3. 硬件 操作系统的作用：控制和管理系统资源的使用、计算机系统的软件和硬件指标 C3. 1.2、6、10、16 进制数之间的转换。P68-71 2.十进制数字的几种编码（bcd 码）即8421码：和<=9 （1001），不修改；和大于9，加6（0110）修改。 3. 有符号数的几种编码方法，真值与对应编码之间的 转换。（P73-77） 真值：用正、负号来分别表示正数和负数。机器数：用一位数码0 或 1 来表示数的正负号。
4. 如何判断溢出。 1. 当符号相同的两数相加时，如果结果的符号与加数（或被加数）不相同，则为溢出。 2. 当任意符号两数相加时，如果C （数值最高位进位）=Cf （符号位的进位），正确。如果C!=Cf, 为溢出。 5. 定点数与浮点数的结构，特点比较。 1. 定点数（小数点固定）：A.定点小树：小数点固定在数据数值左边，符号位右边。 B.整 数：小数点固定在数据数值右边。 2. 浮点数（小数点可浮动）：N=M*RE（E为幕）。N浮点数，M尾数，E阶码，R阶的基数 （底）。 6. 浮点数加减法的的运算步骤。 1. “对价”操作 2.尾数的加减运算 3.规格化操作（规格化） 4.舍入 5.检查阶码是否溢出（判溢出） 7. 浮点数乘除法的运算步骤。 1. 求乘积（商）的阶码 2.尾数相乘（除）3 规格化处理（规格化）4.舍入5.检查阶码是否溢出（判溢出） 8. 补码一位乘法的运算步骤。 9. 补码一位除法的运算步骤。 10. 如何检验奇偶校验码的正确性。（基本原理：扩大码距）奇偶校验码：检错、不纠错，短数据 海明校验码：检错、改错 循环冗余校验码（CRC长数据 11. 运算器的核心部件是什么。ALU（算术逻辑单元） C4. 1. 主存储器的作用。全机中心地位 2．存储器的主要指标。 主存容量、速度（存储器存取时间和存储周期时间。） 3. 存取时间与存取周期。存储器存取时间（存储器访问时间）：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：指连续启动再次独立的存储器操作所需间隔的最小时间 4. 存储器芯片的种类，各自的特点。
计算机系统结构期末考试试题及其答案
《计算机系统结构》期末考试试卷A 卷第 2 页 共 24 页 计算机科学系《计算机系统结构》期末考试试卷（A 卷） 2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。 一 单选题：(10分，每题1分) 1、 ."启动I/O"指令是主要的输入输出指 令，是属于（ B ） A.目态指令 B.管态指令 C.目态、管态都能用的指令 D.编译程序只能用的指令 2、 输入输出系统硬件的功能对(B )是透 明的 A.操作系统程序员 B.应用程序员 C.系统结构设计人员 D.机器语言程序设计员 3、 全相联地址映象是指（A ） A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B.一个虚页只装进固定的主存实页位置 C.组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位
置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 4、( C ) 属于MIMD系统结构 A.各处理单元同时受一个控制单元的管理 B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机系统 D.阵列处理机 5、多处理机上两个程序段之间若有先写 后读的数据相关，则（B ） A.可以并行执行 B.不可能并行 C.任何情况均可交换串行 D.必须并行执行 6、计算机使用的语言是（B） A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B.分属于计算机系统各个层次 C.属于用以建立一个用户的应用环境 D.属于符号化的机器指令 7、指令执行结果出现异常引起的中断是 （C ） A.输入/输出中断 B.机器校验中断 C.程序性中断 D.外部中断 《计算机系统结构》期末考试试卷A卷第 3 页共 24 页
《计算机组成与系统结构》试题库 一、选择题 1．若十进制数据为 137.625，则其二进制数为（）。 A．10001001.11 B．10001001.101 C．10001011.101 D．1011111.101 【分析】十进制数转化为二进制数时，整数部分和小数部分要用不同的方法来处理。整数部分的转化采用除基取余法：将整数除以2，所得余数即为2进制数的个位上数码，再将商除以2，余数为八进制十位上的数码……如此反复进行，直到商是0为止；对于小数的转化，采用乘基取整法：将小数乘以2，所得积的整数部分即为二进制数十分位上的数码，再将此积的小数部分乘以2，所得积的整数部分为二进制数百分位上的数码，如此反复……直到积是0为止。此题经转换后得八进制数为10001001.101。 【答案】B 2．如果 [X]补=11110011，则[-X]补是（）。 A．11110011 B．01110011 C．00001100 D．00001101 【分析】不论X是正数还是负数，由[X]补求[-X]补的方法是对[X]补求补，即连同符号位一起按位取反，末位加1。本题[-X]补就是00001101。 【答案】D 3．一个n+1位整数移码的数值范围是（） A．-2n+1<2N-1 B．-2 n+1≤x<2 n-1 C．-2n≤x≤2n-1 D．-2 n+1≤x≤2 n-1 【分析】字长为n+1位，符号位为1位，则数值位为n位。当表示负数时，符号位为0，数值位全0为负数且值最小，为-2n；当表示正数时，符号位为1，数值位全为1时值最大，为2n-1 【答案】C 4．快速进位加法器的进位生成信号g和进位传播信号p，其中g和p定义为：gi=xiyi ，p=xi+yi。第i位加法器产生的进位是（）。 A．xi +yi B． C． D．xi yi ci 【分析】在设计多位的加法器时，为了加快运算速度而采用了快速进位电路，
第 1 章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次结构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每 一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级， 汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 然后再在这低翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序， 一级机器上运行，实现程序的功能。 解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效 程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复， 直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透 明性。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻 辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl 定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高， 受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 而是相对地簇聚。包程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的， 括时间局部性和空间局部性。 CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。 测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的 处理性能。
计算机期末考试简答题复习 2010/7/3 1.在定点机中采用单符号位，如何判断补码加减运算是否溢出，有几种方案？ 答：定点机中采用单符号位判断补码加减运算是否溢出有两种方案。 (1)参加运算的两个操作数(减法时减数需连同符号位在内每位取反，末位加 1)符号相同，结果的符号又与操作数的符号不同，则为溢出。 (2)求和时最高位进位与次高位进位异或结果为1时，则为溢出。 2. 试比较RAM和ROM 答：RAM是随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出又可写人ROM是只读存储器，在程序执行过程中只能读出信息，不能写人信息。 3.试比较静态RAM和动态RAM 答：静态RAM和动态RAM都属随机存储器，即在程序的执行过程中既可读出又可写人信息。但静态RAM靠触发器原理存储信息只要电源不掉电，信息就不丢失;动态RAM靠电容存储电荷原理存储信息，即使电源不掉电，由于电容要放电，信息也会丢失，故需再生。 4.存储器的主要功能是什么?如何衡量存储器的性能？为什么要把存储系统分成若干不同的层次？主要有哪些层次? 答：存储器的主要功能是存放程序或各类数据。通常用存储容量、存取周期以及存储器的带宽(每秒从存储器读出或写入二进制代码的位数)三项指标来反映存储器的性能。为了扩大存储器容量和提高访存速度，将存储系统分成若于不同层次，有Cache－主存层次和主存－辅存层次。前者为使存储器与CPU速度匹配，在CPU和主存之间增设Cache高速缓冲存储器，其容量比主存小，速度比主存快，用来存放CPU最近期要用的信息，CPU可直接从Cache中取到信息，从而提高了访存速度。后者为扩大存储器容量，把主存和辅存统一成一个整体，从整体上看，速度取决于主存，容量取决于辅存，称为虚存。CPU只与主存交换信息，但程序
1. 1概述数字计算机的发展经过了哪几个代？各代的基本特征是什么？略。 1. 2你学习计算机知识后，准备做哪方面的应用？ 略。 1. 3试举一个你所熟悉的计算机应用例子。 略。 1. 4计算机通常有哪些分类方法？你比较了解的有哪些类型的计算机？略。 1 . 5计算机硬件系统的主要指标有哪些？答：机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。答：计算机硬件系统的主要指标有：机器字长、存储容量、运算速度等。 1. 6 什么是机器字长？它对计算机性能有哪些影响？ 答：指CPU —次能处理的数据位数。它影响着计算机的运算速度，硬件成本、指令系统功能，数据处理精度等。 1 . 7什么是存储容量？什么是主存？什么是辅存？ 答：存储容量指的是存储器可以存放数据的数量(如字节数) 。它包括主存容量和辅存 容量。 主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。如内存等。 辅存指的是CPU不能直接访问，必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器，如硬盘，u盘等。 1. 8根据下列题目的描述，找出最匹配的词或短语，每个词或短语只能使用一次。 (1)为个人使用而设计的计算机，通常有图形显示器、键盘和鼠标。 (2)计算机中的核心部件，它执行程序中的指令。它具有加法、测试和控制其他部件的功能。 (3)计算机的一个组成部分，运行态的程序和相关数据置于其中。 (4)处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。 (5)嵌入在其他设备中的计算机，运行设计好的应用程序实现相应功能。 (6)在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。 (7)管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。 (8)将高级语言翻译成机器语言的程序。 (9)将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。 (10)计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。 供选择的词或短语： 1、汇编器 2、嵌入式系统 3、中央处理器(CPU) 4、编译器 5、操作系统 6、控制器 7、机器指令 8、台式机或个人计算机 9、主存储器10、VLSI 答：(1) 8, (2) 3, (3) 9, (4) 6, ( 5) 2, (6) 10, (7) 5, (8) 4, ( 9) 1 , (10) 7 计算机系统有哪些部分组成？硬件由哪些构成？答：计算机系统硬件系统和软件系统组成。 硬件由控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备五大部件构成 1. 9 冯?诺伊曼Von Neumann计算机的主要设计思想是什么？略。
《计算机组成与系统结构》考试大纲 第1章计算机系统概论 本章的学习目的：初步了解计算机系统的组成和计算机的工作过程，掌握常用的概念、名词术语，为以后各章的学习打下基础。 本章要掌握的主要内容： 1.计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的，硬件是物质基础，软件是解题的灵魂。弄清硬件和软件的概念。 2.计算机硬件系统所包含的主要部分，各部分的功能及其组成框图。 3.计算机的工作过程，主要是周而复始地取出指令、解释指令和执行指令的过程。而指令周期是指取出指令和执行指令所需的时间。它包括取出指令、解释指令和执行指令两个阶段。 4.冯·诺依曼计算机的设计思想是采用二进制表示各种信息以及存储程序和程序控制。存储程序的概念是将解题程序（连同必须的原始数据）预先存入存储器；程序控制是指控制器依据所存储的程序控制全机自动、协调地完成解题任务。存储程序和程序控制统称为存储程序控制。它是电子数字计算机与其他计算工具的最大区别，是电子计算机之所以能高速进行大量计算工作的基础。 5.控制器和运算器合称为中央处理器CPU，当前CPU芯片还集成有存储管理部件、Cache等；CPU和内存储器合称为计算机主机。 6.指令字和数据均以二进制代码的形式存入存储器，计算机是如何区分出指令和数据的。 7.计算机系统的主要性能指标：字长、存储容量、运算速度等。 8.计算机的运算速度是指它每秒钟执行指令的条数。单位是MIPS（百万条指令每秒） ∑=? = n i i i m t f V 1 1 式中，n—指令的种类 f i —第i种指令在程序中出现的频度（%） t i —第i种指令的指令周期 9.计算机系统按功能划分，通常为五级的层次结构：依次是微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级，每一级都可进行程序设计。 10.软件和硬件在逻辑功能的等效性及其例子。 11.本章主要的术语及概念：
计算机组成原理试题 一、选择题（共20分，每题1分） 1．零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来自______。 A．立即数和栈顶； B．暂存器； C．栈顶和次栈顶； D．累加器。 2．______可区分存储单元中存放的是指令还是数据。 A．存储器； B．运算器； C．控制器； D．用户。 3．所谓三总线结构的计算机是指______。 A．地址线、数据线和控制线三组传输线。 B．I/O总线、主存总统和DMA总线三组传输线； C．I/O总线、主存总线和系统总线三组传输线； D．设备总线、主存总线和控制总线三组传输线．。 4．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。 5．主机与设备传送数据时，采用______，主机与设备是串行工作的。 A．程序查询方式； B．中断方式； C．DMA方式； D．通道。 6．在整数定点机中，下述第______种说法是正确的-。 A．原码和反码不能表示-1，补码可以表示-1； B．三种机器数均可表示-1； C．三种机器数均可表示-1，且三种机器数的表示范围相同；
D．三种机器数均不可表示-1。 7．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。 8．向量中断是______。 A．外设提出中断； B．由硬件形成中断服务程序入口地址； C．由硬件形成向量地址，再由向量地址找到中断服务程序入口地址 D．以上都不对。 9．一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。 10．将微程序存储在EPROM中的控制器是______控制器。 A．静态微程序； B．毫微程序； C．动态微程序； D．微程序。 11．隐指令是指______。 A．操作数隐含在操作码中的指令； B．在一个机器周期里完成全部操作的指令； C．指令系统中已有的指令； D．指令系统中没有的指令。 12．当用一个16位的二进制数表示浮点数时，下列方案中第_____种最好。 A．阶码取4位（含阶符1位），尾数取12位（含数符1位）； B．阶码取5位（含阶符1位），尾数取11位（含数符1 位）； C．阶码取8位（含阶符1位），尾数取8位（含数符1位）； D．阶码取6位（含阶符1位），尾数取12位（含数符1位）。 13．DMA方式______。
判断题 1、计算机主机由CPU、存储器和硬盘组成 2、SRAM的集成度比DRAM 高，速度比DRAM低 3、机器语言是计算机硬件唯一能直接理解并执行的语言 4、CPU 能直接访问CACHE、主存及辅存 5、控存一般采用ROM结构，其字长比机器字长要长得多 6、中断处理和中断响应都
由硬件实现 7、通道程序的执行独立于CPU 8、执行一条指令实际上就是执行一段放在控存中的微程序 9、超级流水线以增加流水线数的方法来缩短机器周期 10、固态盘采用半导体存储介质和传统的磁盘接口11、决定计算机运算精度的主要技术指标是机器字长12、SRAM的集成度比DRAM
低，速度比DRAM高 13、汇编语言是计算机能直接理解并执行的语言 14、CPU 能直接访问CACHE、主存 15、控存一般采用ROM结构，其字长与机器字长相当16、中断处理由硬件实现，中断响应由软件完成 17、通道程序的执行独立于CPU 18、执行一条指令实际上就是执行一段放在主存中的微程序
19、超级流水线并不以增加流水线数的方法来缩短机器周期 20、固态盘采用半导体存储介质和USB接口 21.计算机的时钟频率反映了机器速度，主频越高，解题越快 22.采用同一种型号CPU的计算机，执行相同程序时，其速度是相等的 专业缩语解释 1.SDRAM( ) https://www.doczj.com/doc/5d19062313.html,B ( )
3.MIMD ( ) 4.PSWR ( ) 5.PPU ( ) 6.MIPS( ) 7.OCR ( ) 8.BIOS ( ) 9.CRC( ) 10.PSWR ( ) 11.SCSI( ) 12.DMAC( ) 13.EEPROM( ) 14.RISC ( ) 15.CISC( ) 填空题
全国考研专业课高分资料 常州工学院 《计算机组成与结构》 期末题 笔 记：目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记 讲 义：目标院校目标专业本科教学课件 期末题：目标院校目标专业本科期末测试题2-3套 模拟题：目标院校目标专业考研专业课模拟测试题2套 复习题：目标院校目标专业考研专业课导师复习题 真 题：目标院校目标专业历年考试真题，本项为赠送项，未公布的不送！
第四模块 期末试题 常州工学院2011-2012学年第1学期期末考试 计算机组成与结构考试试题（A） 所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！ 一、 基本题(共50分) 1、现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设计会产生什么影 响？(10分) 2、已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出。(16分) (1) x=+0.1101 y=+0.1001 (2) x=-0.1100 y=-0.1000 3、比较通道、DMA、中断三种基本I/O方式的异同点。(10分)
4、微程序控制器组成原理框图如下，简述各部件的功能及微程序控制器对指令的译 码过程。(14分) 二、计算题(共25分) 1. 设有浮点数ｘ＝2-5×0.0110011，ｙ＝23×(－0.1110010)，阶码用4位补码表示，尾数 (含符号位)用8位补码表示。求[ｘ×ｙ]浮。要求用补码完成尾数乘法运算，运算结果 尾数保留高8位(含符号位)，并用尾数低位字长的值处理舍入操作。(15分) 2. 设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（共10分） （1）该存储器能存储多少字节的信息？ （4分） （2）如果存储芯片由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少片？（4分） （3）需要多少位的地址作芯片选择？（2分）
东南大学考试卷（B卷） 适用专业自动化考试形式闭卷考试时间长度120分钟一．单项选择题（20分，每题1分） 1. 在计算机的指令系统中，通常采用多种确定操作数的方式。当操作数的地址由某个 指定的变址寄存器内容与位移量相加得到时，其寻址方式称为（） A 间接寻址 B 直接寻址 C 立即数寻址 D 变址寻址 2. 指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（） A 可直接访问外存 B 提供扩展操作码并降低指令译码难度 C 实现存储程序和程序控制 D 缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性 3. 寄存器间接寻址方式中，操作数处在（） A 通用寄存器 B 主存单元 C 程序计数器 D 堆栈 4. 在堆栈中，保持不变的是（） A 栈顶 B 栈指针 C 栈底 D 栈中的数据 5. 程序计数器（PC）属于（） A 运算器 B 控制器 C 存储器 D I/O接口 6. 直接转移指令的功能是将指令中的地址代码送入（） A累加器 B 地址寄存器C程序计数器(PC) D 存储器 7. 微程序存放的位置是（） A 控制存储器 B RAM C 指令寄存器 D 内存储器 8. 下列磁记录方式中，不具有自同步能力的是（） A NRZ B PM C FM D MFM 9. 对于磁盘和磁带这两种磁表面介质来说，存取时间与存储单元的物理位置有关。就 其存取方式而言，（） A 二者都是顺序存取的B磁盘是随机存取的，磁带是顺序存取的 C 二者都是随机存取的 D 磁盘是顺序存取，磁带是随机存取的 10. CRT的分辨率为1024*1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量是 （） A 256K B B 512KB C 1MB D 8MB 11. 在微机系统中，主机和高速硬盘进行数据交换一般采用（）方式。 A 程序中断方式 B 直接存储器存取（DMA） C 程序直接控制 D 通道控制 12. DMA方式是在（）之间建立直接的数据通路。 A CPU与外设 B 主存与外设 C 外设与外设 D CPU与主存 编辑版word
计算机组成与结构课后习题及部分答案 第1章计算机系统概述 1.概述计算机发展经过了哪几代 2.计算机由那些部分组成 3.计算机有哪些分类方法 4.计算机硬件系统的性能指标有哪些 5.冯诺依曼计算机的主要设计思想是什么 6.什么是机器字长它对计算机性能有何影响 7.计算机的工作过程是怎样的 8.计算机的应用领域有哪些 9.从第三代计算机开始，C技术出现并得到发展 A.电子管 B.晶体管 C.集成电路 D. CPU 10.冯诺依曼计算机中指令和数据都采用D表示。 A.十进制 B.八进制 C.十六进制 D.二进制 11.冯·诺依曼计算机工作的基本方式的特点是B。 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 12.对于一个给定的程序，I N表示执行程序中的指令总数，t CPU表示执行该程序所需CPU 时间，T为时钟周期，f为时钟频率(T的倒数)，Nc为CPU时钟周期数。设CPI表示每条指令的平均时钟周期数，MIPS表示CPU每秒钟执行的百万条指令数，请写出如下四种参数的表达式： (1) t CPU (2) CPI (3) MIPS (4) Nc 答：(1) t CPU=Nc×T (2) CPI=Nc/I N (3) MIPS=I N/ (t CPU×106) = I N/ (Nc×T×106) 第2章数据的表示和运算 1.在定点二进制运算器中，减法运算一般是通过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.原码运算的十进制加法器 D.补码运算的二进制加法器 2.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D A . B .11010110 C. D. 3.已知X为整数，且[X]补=，则X的十进制数值是B。 A. +155 B.-101 D. +101 4.在机器数 B C 中，零的表示是唯一的。 A.原码 B.补码 C.移码 D.反码 5.IEEE754标准32位浮点数格式中，符号位为1位，阶码为8位，它所能表示的最大 规格化正数为A。