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计算机组成原理
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][Y]
[X]补+[Y]
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:
01111111(1分)数值=十进制数(
-1)(4分)
最大负数:
11111111(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:
×2-7,(5分)所以其十进制真值为-24×2-7×102=-2-3×102。
(5分)
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
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