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计算机组成原理复习提纲
第1章概论
✓硬件、软件的功能划分与逻辑上的等价
✓机器字长和数据通路宽度
✓冯·诺依曼型计算机
✓计算机的多层次结构
第2章 数据的机器层次表示
✓原码和补码
✓数的表示范围
✓浮点数的表示范围
✓浮点数的规格化
✓十进制数的BCD编码
✓奇偶校验位的形成和奇偶校验码的检测
第3章 指令系统
✓指令长度
✓地址个数对程序长度和指令长度的影响
✓地址码位数与主存容量和最小寻址单位的关系
✓指令寻址和数据寻址
✓常见数据寻址方式
✓各种数据寻址方式的速度比较
✓输入输出指令的设置
✓缩短指令中地址码长度的方法
✓对指令系统的基本要求
第4章 数值的机器运算
✓并行加法器的进位产生和传递
✓原码和反码的加减运算
✓补码加减运算
✓变形补码溢出判断方法
第5章 存储系统和结构
✓存储系统和存储器
✓主存储器组织
✓主存储器的存储容量和存取速度
✓动态随机存储器的刷新
✓存储容量的扩展及存储芯片与CPU的连接
✓存储系统的性能分析
✓访问的局部性原理
✓虚拟存储器
第6章 中央处理器
✓CPU中寄存器的设置
✓CPU中寄存器的设置
✓控制器的功能与组成
✓指令的机器周期
✓指令微操作序列的安排
✓微程序控制器结构
第7章 总线
✓总线的分类
✓总线的组成及性能指标
✓总线的仲裁方式
✓同步定时与异步定时
第8章 外部设备
✓磁盘存储器的平均存取时间
✓磁记录方式的性能特点
第9章 输入输出系统
✓接口与接口中的寄存器
✓中断系统的软硬件功能分配
✓可屏蔽中断和不可屏蔽中断
✓中断升级的另一种方法———改变处理机优先级
✓DMA控制器的控制过程
《计算机组成原理》考试大纲
一、题型、分数及分布
1、选择题(20分,共10题,每题2分)
试题涉及全书,共9章
2、判断题(10分,共10题,每题1分)
试题涉及全书,共9章
3、简答题(20分,共4题,每题5分)
1简述计算机的层次结构,说明各层次的主要特点。
2请例举5种或以上常用的数据寻址方式,并阐述各自的操作数所在的位置和地址的形成方法。
3指令中地址码的位数与直接访问的主存容量和最小寻址单位有什么关系?
说明什么是基址寻址,有什么作用?
4请简述RISC和CISC计算机的指令集特点,并比较它们的优缺点。
5请简述cache的地址映射方式,简述各自的特点,并比较优缺点。
6试比较cache和虚拟存储器的异同。
7为什么要设立总线仲裁机构?
集中式总线控制常用哪些方式?
它们各有什么优缺点?
8试概括通道控制方式和DMA方式的异同点。
4、分析计算题(20分,共3题,每题7分或6分)
候选知识点:
(1)定点数算术运算
(2)浮点数算术运算
(3)磁介质存储器性能参数计算
(4)显示器有关参数计算
(5)总线、通道有关参数计算
其中:
知识点
(1)
(2)二选一,或合二为一;知识点(3)(4)(5)三选二。
5、设计题(30分,共3题,每题10分)
必考知识点:
(1)存储器设计,包括选片、字位扩展等内容;(10分)
(2)微程序或者微操作序列设计;(10分)
(3)中断优先级设置及响应。
(10分)
广东工业大学考试试卷(A)
课程名称:
计算机组成原理试卷满分100分
考试时间:
2014年6月30日(第19周星期1)
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
评卷得分
评卷签名
复核得分
复核签名
一选择题(20分,共10题,每题2分)
1由英特尔公司创始人之一提出来的著名的___________定律,其核心内容为:
集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔24个月便会增加一倍。
[A]图灵[B]查尔斯·巴贝奇[C]东尼·霍尔[D]摩尔
2对于8位二进制整数,下列说法中正确的是_______。
[A]−127的补码为10000000[B]−127的反码为10000001
[C]+1的原码等于其反码[D]−1的原码等于其反码
3假设机器字长为16位,定点表示,尾数15位,数符1位,如果用原码定点整数表示,最大正数是________。
[A](215-1)10[B](214-1)10[C](215-1)8[D](215)10
4浮点加(减)法运算过程需要如下4个操作步骤,正确的加(减)法操作流程组合应该是_________。
①零操作数检查;②结果规格化及舍入处理;③尾数加(减)运算;④对阶操作;
[A]④③①②[B]①④③②[C]②①④③[D]①③④②
5算术下溢也称为浮点数下溢,指的是________。
[A]运算结果很接近零,使得计算结果的大小小于浮点数可以表示的最小数字
[B]运算结果小于处理器所能表示的最小正数;
[C]运算结果小于处理器所能表示的最小负数;
[D]运算结果大于处理器所能表示的最大正数。
6寄存器间接寻址方式中,真实操作数是存放在_________。
[A]硬盘[B]程序计数器[C]通用寄存器[D]内存
7某计算机字长为32位,主存储芯片的容量为256MB,若按单字编址(即4个字节构成一个访问单元),则该内存芯片的地址范围应该为________。
[A]0000000H---0FFFFFFH[B]0000000H---3FFFFFFH
[C]0000000H---AFFFFFFH[D]0000000H---BFFFFFFH
8采用8K×8位的SRAM芯片设计一个64K×32位的存储器,需要SRAM芯片数目为_________片。
[A]16[B]24[C]32[D]48
9下列关于微操作的描述中,错误的是________。
[A]同一CPU周期中,互斥性微操作可以并行执行;
[B]同一CPU周期中,相容性微操作可以并行执行;
[C]不同的CPU周期中,互斥性微操作可以串行执行;
[D]不同的CPU周期中,相容性微操作可以串行执行。
10关于组合逻辑控制器与微程序控制器的比较,正确的是________。
[A]从性能上来比较,在同样的半导体工艺条件下,组合逻辑控制方式比微程序控制的速度快;
[B]组合逻辑控制器的结构比较规整,大大减少了控制器的复杂性和非标准化程度;
[C]微程序控制器的控制信号首先用逻辑表达式列出,经过简化后用门电路或门阵列器件实现,因而显得较为复杂,当修改指令或增加指令时非常麻烦;
[D]在超高速计算机的设计中,往往采用微程序控制器方法。
二判断题(10分,共10题,每题1分,正确打√,错误打╳)
1()存储程序的基本定义是将编好的程序和原始数据事先存入主存中。
2()8421码就是二进制数。
3()进栈操作是指:
将内容写入堆栈指针SP。
4()转子指令是一条零地址指令。
5()80387被称为协处理器,本身不能单独使用。
6()取指周期的操作与指令的操作码无关。
7()在微程序控制器中,微指令寄存器用于存放微程序。
8()通常,磁盘存储器每条磁道的存储容量是相同的。
9()字符显示器的字库中存放着字形的列点阵信息。
10()在I/O接口电路中,主机和接口一侧的数据传送总是并行的。
三简答题(10分,共2题,每题5分)
11请例举5种或以上常用的数据寻址方式,并阐述各自的操作数所在的位置和地址的形成方法。
12请简述cache的地址映射方式,简述各自的特点,并比较优缺点。
四分析计算题(20分,共3题)
1已知X和Y为定点小数,用双符号位补码运算方法计算X+Y的值及运算结果的特征。
(1)X=0.1010,Y=0.1100(4分)
(2)X=-0.1011,Y=0.1001(4分)
2某磁盘存储器的转速为5400r/min,共有4个盘面,5道/mm,每道记录信息12288B,最小磁道直径为230mm,共有275道。
试问:
(1)该磁盘存储器的存储容量是多少?
(2分)
(2)最高位密度和最低位密度是多少?
(2分)
(3)磁盘的数据传送率是多少?
(2分)
3某CRT字符显示器,每帧可显示80列×20行,每个字符是7×9点阵,字符窗口
9×14,场频为60Hz。
试问:
(1)缓存采用什么存储器,其中存放的内容是什么?
容量应为多大?
(2分)
(2)缓存地址如何安排?
若在243号单元存放的内容要显示出来,其屏幕上X和Y
的坐标应是多少?
(2分)(3)字符点阵存放在何处?
如何读出显示?
(2分)
五设计题(40分,共3题)
1(15分)现有如下存储芯片:
2K×1的ROM、4K×1的RAM、8K×1的ROM。
若用它们组成容量为16KB的存储器,前4KB为ROM,后12KB为RAM,CPU的地址总线16位。
(1)各种存储芯片分别用多少片?
(2)正确选用译码器及门电路,并画出相应的逻辑结构图。
(3)指出有无地址重叠现象。
2(15分)CPU结构如图所示,其中有一个累加寄存器AC、一个状态条件寄存器和其他4个寄存器,各部件之间的连线表示数据通路,箭头表示信息传送方向。
(1)标明4个寄存器的名称。
(2)简述取指令的数据通路。
(3)简述完成指令LDAX的数据通路(X为主存地址,LDA的功能为(X)→AC)。
(4)简述完成指令ADDY的数据通路(Y为主存地址,ADD的功能为(AC)+(Y)→AC)。
(5)简述完成指令STAZ的数据通路(Z为主存地址,STA的功能为(AC)→Z)。
3(10分)设某计算机有4级中断A、B、C、D,其硬件排队优先级次序为A>B>C>D。
下表所示列出了执行每级中断服务程序所需的时间。
中断服务程序所需的时间
中断服务程序
所需时间
A
5μs
B
15μs
C
3μs
D
12μs
如果我们想以执行中断服务程序的时间作为确定中断优先级的尺度:
时间越短优先级越高。
(1)请指出如何为各级中断服务程序设置屏蔽码?
(2)如果A、B、C、D分别在6μs、8μs、10μs、0μs时刻发出中断请求,请画出CPU执行中断服务程序的序列。
(3)基于
(2)的结果,请计算上述4个中断服务程序的平均执行时间。
广东工业大学试卷参考答案及评分标准(A)
课程名称:
计算机组成原理试卷满分100分
考试时间:
2014年6月30日(第19周星期1)
六选择题(20分,共10题,每题2分)
1、D
2、C
3、A
4、B
5、A
6、D
7、B
8、C
9、A
10、A
七判断题(10分,共10题,每题1分,正确打√,错误打╳)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
V
x
x
x
V
V
x
V
x
V
八简答题(10分,共2题,每题5分)
1(5分)寄存器寻址、立即数寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址等。
每个寻址方式得1分。
写了5个或以上寻址方式即满分。
2(5分)直接映射(1分)、全相联映射(2分)、组相联映射(2分),需要描述各自映射的方法,并从硬件需求和性能方面阐述优缺点。
九分析计算题(20分,共3题)
1
解:
(1)[X]补=0.1010,[Y]补=0.1100
00.1010 [X]补
+00.1100 [Y]补
01.0110[X+Y]补
运算结果正溢出。
(4分)
(2)[X]补=11.0101,[Y]补=00.1001
11.0101[X]补
+00.1001 [Y]补
11.1110[X+Y]补
运算结果没有溢出,[x+y]补=1.1110,x+y=-0.0010
(4分)
2(每问2分)
解:
(1)磁盘存储器的容量=4×275×12288B=12516800B
(2)最高位密度D1=每道信息量÷内圈圆周长=12288÷(π×最小磁道直径)=12288÷(π×230)≈17B/mm。
最低位密度D2=每道信息量÷外圈圆周长=12288÷(π×最大磁道直径)=12288÷(π×(230+2x(275/5)))≈11.5B/mm。
(3)磁盘数据传输率C=(5400/60)x12288=90x12288=1105920B/s
3(每问2分)
解:
(1)缓存采用随机存储器,其中存放的内容是字符的ASCII码,容量至少为1600字节(不含显示属性)。
(2)屏幕上最多可显示80*20=1600个字符,缓存地址与屏幕显示位置的排号和列号具有对应关系。
若要将缓存243号单元存放的内容显示出来,其屏幕上X和Y的坐标均为3(从0开始计),即在屏幕的第4行第4列上有字符显示。
(80*3+3=243)
(3)字符点阵存放在字库中,根据字符的ASCII码逐行读出点阵显示。
十设计题(40分,共3题)
1(15分)
解:
(1)需要用2K×1的ROM芯片16片,4K×1的RAM芯片24片。
不能使用8K×1的ROM芯片,因为它大于ROM应有的空间。
(2)各存储芯片的地址分配如下:
相应的逻辑结构图如图所示。
(3)有地址重叠现象。
因为地址线A15、A14没有参加译码。
2(15分)
解:
(1)这4个寄存器中,a为存储器数据寄存器MDR,b为指令寄存器IR,c为存储器地址寄存器MAR,d为程序计数器PC。
(2)取指令的数据通路:
PC→MAR→MM→MDR→IR
(3)指令LDAX的数据通路:
X→MAR→MM→MDR→ALU→AC
(4)指令ADDY的数据通路:
Y→MAR→MM→MDR↘ALU→AC
AC↗
(5)指令STAZ的数据通路:
Z→MAR,AC→MDR→MM
3(10分)
解:
(1)中断服务程序屏蔽码如表所示。
中断源
中断屏蔽码
A
B
C
D
A
1
1
0
1
B
0
1
0
0
C
1
1
1
1
D
0
1
0
1
(2)各级中断源发出的中断请求信号的时刻,画出CPU执行中断服务程序的序列,如图所示。
(3)8.75μs。
广东工业大学考试试卷(B)
课程名称:
计算机组成原理试卷满分100分
考试时间:
2014年6月30日(第19周星期1)
题号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
评卷得分
评卷签名
复核得分
复核签名
十一选择题(20分,共10题,每题2分)
1冯·诺伊曼计算机工作方式的基本特点是:
________。
[A]采用存储程序原理[B]多指令流单数据流
[C]使用同余寻址方式操作循环缓冲器[D]使用深层流水线技术
2对于8位二进制整数,下列说法中正确的是_______。
[A]−1的补码为10000000[B]−127的反码为10000001
[C]−6的原码等于其反码[D]+6的原码等于其反码
3假设机器字长为16位,定点表示,尾数15位,数符1位,如果用原码定点整数表示,最小负数是________。
[A]−(215-1)10[B]−(214-1)10[C]−(215-1)8[D]−(215)10
4浮点加(减)法运算过程需要如下4个操作步骤,正确的加(减)法操作流程组合应该是_________。
①零操作数检查;②结果规格化及舍入处理;③尾数加(减)运算;④对阶操作;
[A]①④②③[B]②①④③[C]①④③②[D]①③④②
5以下说法中,正确的是__________。
[A]只有定点数运算才会产生溢出;
[B]对于浮点运算结果产生的“假溢出”,可以通过调整阶码来实现规格化;
[C]只有将两个正数相加时才有可能产生溢出;
[D]采用变形补码进行加减法运算可以避免溢出。
6就获取操作数的速度而言,以下寻址方式中,速度最快的是_______;速度最慢的是________。
[A]立即数寻址、间接寻址[B]寄存器间接寻址、间接寻址[C]寄存器寻址、基址寻址[D]变址寻址、基址寻址
7某计算机字长为16位,主存储芯片的容量为128MB,若按单字编址(即2个字节构成一个访问单元),则该主存储芯片的地址范围应该为________。
[A]0000000H---1FFFFFFH[B]0000000H---3FFFFFFH
[C]0000000H---AFFFFFFH[D]0000000H---BFFFFFFH
8下列四个关于SRAM和DRAM的叙述中,错误的是_______。
①DRAM主要的工作原理是利用电容内存储电荷的多少来代表一个二进制比特(bit)是1还是0;
②由于SRAM具有复杂的内部结构,SRAM比DRAM的占用面积更大,因而不适合用于高储存密度、低成本的应用;
③DRAM不需要刷新,SRAM需要刷新;
④SRAM是随机访问存储器,DRAM不是随机访问存储器;
[A]②③[B]①④[C]①②[D]③④
9微程序控制器中,关于机器指令、微指令、微地址,正确的说法是________。
[A]每一条机器指令由一条微指令来执行;
[B]每一条机器指令由一段用微指令编成的微程序来解释执行;
[C]不同的机器指令对应的微指令数量一定不同;
[D]微地址就是微指令在寄存器中的地址。
10关于组合逻辑控制器与微程序控制器的比较,错误的是________。
[A]组合逻辑控制器的设计和调试均非常复杂,且代价很大;
[B]与微程序控制器相比,组合逻辑控制器的速度较快,其速度主要取决于逻辑电路的延迟;
[C]微程序控制器的控制信号首先用逻辑表达式列出,经过简化后用门电路或门阵列器件实现,因而显得较为复杂,当修改指令或增加指令时非常麻烦;
[D]微程序是存储在控制存储器之中。
十二判断题(10分,共10题,每题1分,正确打√,错误打╳)
13()计算机“运算速度”指标的含义是每秒钟能执行多少条操作系统的命令。
14()在一条机器指令中可能出现不止一种寻址方式。
15()浮点数的取值范围由阶码的位数决定,而浮点数的精度由尾数的位数决定。
16()运算器中设置了加法器后,就没有必要设置减法器。
17()CPU访问主存储器的时间是由存储体的的容量决定的,存储容量越大,访问存储器所需时间就越长。
18()通常,磁盘存储器每条磁道的存储容量是不相同的。
19()字符显示器的字库中存放着字形的行点阵信息。
20()微指令是指控制存储器中的一个单元的内容。
21()输入输出接口中的数据端口是一个缓冲寄存器。
22()DMA请求的响应时间,必须安排在每个指令周期的末尾。
十三简答题(10分,共2题,每题5分)
23请简述RISC和CISC计算机的指令集特点,并比较它们的优缺点。
24请简述汉字国标码、区位码、机内码、字型码区别与联系。
十四分析计算题(20分,共3题)
1设浮点数的阶码和尾数部分均用补码表示,X=2-101×0.101100,Y=2-100×(-0.101000),按照浮点数的运算规则,求:
X+Y,X-Y。
注:
此题中阶码用二进制表示。
(6分)
2某磁盘组有8片磁盘,每片可有两个记录面,存储区域内径为20cm,外径为30cm,道密度60道/cm,位密度500b/cm,转速3000r/min。
试问:
(1)共有多少个存储面可用?
(2分)
(2)共有多少个圆柱面?
(2分)(3)整个磁盘组的总存储容量有多少?
(2分)(4)数据传送率是多少?
(2分)
3已知一个32位大型计算机系统具有两个选择通道和一个多路通道。
每个选择通道连接2台磁盘机和4台磁带机,多路通道连接2台打印机、5台卡片输入机和10台CRT显示终端。
假设这些设备的传送速率分别为
磁盘机800KB/s
磁带机200KB/s
打印机6.6KB/s
卡片输入机1.2KB/s
CRT显示终端1KB/s
求该计算机系统的最大I/O传送速率。
(6分)
十五设计题(40分,共3题)
1(15分)某机CPU可输出数据线8条(D7~D0),地址线20条(A19~A0),控制线1条(/WE)。
目前使用的存储空间为48KB,其中:
16KB为ROM,拟用8K×8位的ROM芯片;32KB为RAM,拟用16K×4的RAM芯片。
(1)需要两种芯片各多少片?
(2)画出CPU与存储器之间的连线图(译码器自定)。
(3)写出ROM和RAM的地址范围。
2(15分)CPU内部一般包含PC、MAR、MDR、IR等几个寄存器及若干个通用寄存器,下图所画是指令LADR0,(X)的流程,其功能是将主存X单元的数据取到R0中,图中M表示主存。
(1)请结合CPU的组成和微程序控制器相关知识完成该指令流程图中未完成的部分。
(2)重新画出当源操作数为间址寻址时的指令流程图。
3(10分)设某机有5级中断:
L0、L1、L2、L3、L4,其中断响应优先次序为:
L0最高、L1次之、⋯⋯、L4最低。
现在要求将中断处理次序改为L1→L3→L0→L4→L2,试问:
(1)各级中断服务程序中的各中断屏蔽码应如何设置(设每级对应一位,当该位为“0”,表示中断允许;当该位为“1”,表示中断屏蔽)?
(2)若这5级同时都发出中断请求,试画出进入各级中断处理过程示意图。
广东工业大学试卷参考答案及评分标准(B)
课程名称:
计算机组成原理试卷满分100分
考试时间:
2014年6月30日(第19周星期1)
十六选择题(20分,共10题,每题2分)
1、A
2、D
3、A
4、C
5、B
6、A
7、B
8、D
9、B
10、C
十七判断题(10分,共10题,每题1分,正确打√,错误打╳)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
x
V
V
V
x
x
V
V
V
x
十八简答题(10分,共2题,每题5分)
1(5分)RISC是精简指令集计算机的简称,其
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