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计算机组原题库
第一章概述
1、计算机的发展历程主要是根据什么划分时代的?
计算机所采用的电子器件(电子管,晶体管,集成电路,大规模集成电路)
2、冯♦诺依曼结构的主要设计思想是什么?
数字计算机的数制采用二进制;计算机应该按照程序顺序执行。
3、计算机系统有哪五大部件组成?
其中主机包含哪些部件?
CPU包含哪些部件?
计算机系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成;
主机包括运算器、存储器和控制器;CPU包括运算器和控制器
4、计算机硬件能够直接执行哪种语言的程序?
汇编语言和机器语言之间是什么关系?
机器语言是计算机执行的二进制命令,都是0和1表示的;
汇编语言可以通过汇编得到机器语言,机器语言可以通过反汇编得到汇编语言。
5、计算机系统可分为哪几个层次?
说明各层次的特点及其相互联系。
计算机系统可分为微程序级、传统机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级、应用语言级等六个层次。
在微程序级,微指令由硬件直接执行;在传统机器级,用微程序解释机器指令;
在操作系统级,一般用机器语言程序解释作业控制语句等;
在汇编语言级,汇编语言程序经汇编程序翻译成机器语言程序;
在高级语言级,高级语言程序经编译程序或解释程序翻译成汇编语言程序(或是某种中间语言程序,或是机器语言程序);
在应用语言级,应用语言程序经应用程序包翻译成高级语言程序。
计算机各层次之间的相互联系表现为,层次之间的关系紧密,上层是下层功能的扩展,下层是上层的基础,这是层次结构的一个特点
6、解释存储器字长、运算器字长和机器字长的概念,它们之间有什么关系?
存储器字长:
每个存储单元所能存放的二进制信息的位数;
运算器字长:
运算器进行一次整数加法运算所能处理的二进制数据的位数;
机器字长:
计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数机器字长也就是运算器进行定点数运算的字长,通常也就是CPU内部数据通路的宽度
机器字长与主存储器字长通常是相同的,但也可以不同,不同情况下,一般是主存储器字长小于机器字长
7、假设某计算机的CPU主频为80MHz,CPI为4,该计算机的MIPS数是多少?
小平二舞二等二
8、某计算机的主频为6MHz,各类指令的平均执行时间和使用频度如下表所示,试求该机的速度(用MIPS表示)。
若机器的CPI不变,要得到1.5625MIPS的指令执行速度,贝1|CPU的主频应为
多少?
指令类别
存取
加、减、比较、转移
乘除
其他
平均指令执行时间
0.6M
0.8ps
10ps
1.4ns
使用频度
・1\
35%
45%
5%
15%
指令平均运行时间:
(ojx八非十o、gxo、上卡。
》外也=/、乂〃5
机器平均运行速度:
彩。
、7gMl户
时钟周期:
二十个。
、〃7么5
指令平均运行周期数:
N676c?
第二章信息表示
1、完成下列不同进制数之间的转换。
(1)(125.625)2二(1111101.101)2=(175.5)产(7D.A)16
(2)
(127.5)户(57.A)2
0
(2)0.1010010(3)—0.1110101(4)+1011010(5)—1011110
rucg二0,。
0。
0(L+0」二0)0。
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°原碌{13二|,。
眦反码吐川”补碌°,。
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"移码60如
(2)0.1010010原码:
0.1010010反码:
0.1010010补码:
0.1010010移码:
1.1010010
(3)—0.1110101原码1.1110101反码1.0001010补码1.0001011移码0.0001011
(4)+1011010原码0.1011010反码0.1011010补码0.1011010移码1.1011010
(5)—1011110原码L1011110反码L0100001补码1.0100010移码0.0100010
3、已知X的二进制真值,试求[X]八[-XL、[1/4XL、[2XL、[-2XL。
[-X]#=l.1010101[1/4X1^0.0101100
[一2X]补=1.0101010
[X]#=l.1101111[-X]#=o.0010001[1/4X]#=1.0111100
[2X]^b=l.0110111[-2X]补=0.0001000
4、分别写出十进制数756的8421码。
111101110
7、设机器字长16位,定点表示,1位符号位,15位数值位。
分别以机器数和真值(算式)的形式写出下列编码的表示范围(即最小负数和最大正数)
(1).定点原码整数兑|)~。
兑1)“川川1皿||U-oh|mifillH|l
(2)定点补玛小数:
一工刃;1.00000000000OOOD-0j(|UHll/l||||
(3)定点反码小数.ODDO。
。
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。
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“。
-。
川II"川।川1
⑷定点移码整数。
〜/L);00000000oooooooo^IlliIllil|||fill
8、在计算机中,浮点数如何表示?
浮点数的范围主要由什么决定?
精度又由什么决定?
浮点数是由阶码和尾数两部分组成,可以用两个定点数来表示。
阶码的位数决定了数据的表示范围,增加阶码的位数,可扩大数据的表示范围;尾数的位数决定了数据的表示精度,增加尾数的位数可增加有效数字的位数,即提高数据的表示精度
9、为什么浮点数要采用规格化表示形式?
如何进行规格化操作?
为了保证浮点数表示的唯一性,也为了充分利用尾数的二进制位数来表示更多的有效数字,采用
浮点数规格化表示形式,即尾数的最高有效位为非0数据
对于非规格化浮点数,需要对其进行规格化处理,即对尾数进行右移(左移),同时阶码进行相应的加上(减去)尾数移动的位数,即使成为规格化浮点数
10、
按IEEE754标准用单精度浮点数格式写出下列数值所对应的机器数(用十六进制表示)。
(1V375)。
二(WQ/%整与11011(小散/左卷ZIG
2十川川况)。
二(/例D0。
。
/)工
[坛皿-0go-。
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1补屹隹)药号彳幺;。
K7yt£0/ Of,0£4。 0叫 匚fnth Loiodoi^;Jr+2了二U32)/o二。 。 。 坷。 必心Go/ooolooooooOOOOOOPOooo肉刍fUI IE日蚪: 〃。 。 。 。 /。 。 。 /。 ooloooooOOOO67ZTW。 切二)fU手。 。 。 。 11、一个C语言程序在32位机上运行。 程序中定义了三个变量x.y和z,其中x和z为int型,y为short型。 当x=127,y=-9时,执行赋值语句z=x+y后,x、y和z的值时分别是多少 (用16进制表示)? 不同类型的数做运算其结果类型为高精度,运算前会将低精度转为高的X=127->7FY=-9->FFF7Z=118->76 12、假定编译器规定int和short类型的长度分别为32位和16位,执行下列C语言语句: unsignedshortx=65530;unsignedinty=x; 得到y的机器数用16进制表示形式是什么? 0000FFFAH(高位补0凑足32位) 第四章运算方法和运算器 1、设机器数字长为8位(含1位符号位),X和Y的真值如下,用补码加、减法求[X+Y、和[X—Y]普,将结果还原成真值,并说明PSW中SF、ZF、OF和CF这4个标志位是什么。 (1)X=0.1011011Y=0.1001010 [X+Y]v=[X]n+[Y].=1.0100101;真值为: -0.1011011 SF: 1ZF: OOF: 1CF: 1 [X-Y]补=[X]补+[-Y]补=0.0010001;真值为: 0.0010001 SF: 0ZF: O0F: 0CF: 1 (2)X=-87,Y=53(负数的补码二正数减一取反) 5、设浮点数字长为12位,阶码4位(其中1位为阶符),尾数8位(其中1位为尾符),机器数形式自定,按浮点加减运算方法求解[X+Y]*和[X-Yh。 (1)X=0.110101X2-1,Y=-0.100101X2"n 对防X二0、。 °〃。 尿)&' E+YJ讣二的什匚加、二。 水0/v 瞰规机收宿IMA0/0OOoco^f/o国幻酎o、n。 。 8gX、1巾)2〃川”口 fX-D*卜」岫十七弭二。 、。 。 "°"叶: ⑻”-a〃型8。 X尸3十%」、。 。 〃/00。 (2)X=-0.101011X2",°Y=-0.110111X21M Xz-o.oolo/oilXA^ N+丫〕於二LMoIdIoMkooofod。 1/0、1〃。 。 川一)。 J"°bHI 二4(x+“二0”〃。 。 〃/犬二“° 匚X-叮林二1、||0|。 3一。 /〃。 〃/。 二/。 ・〃00。 0〃f0、”。 。 °川入2,° 1+Y〕心I.°o/Hlo|—>(力+丫)二一°、doIII/ofX: /。 。 6、运算器由哪几个主要功能部件组成? 各功能部件的作用是什么? 运算器: 算术逻辑运算单元(ALU)累加器(ACC)状态寄存器通用寄存器(X) 第五章存储器 1、什么是存储位元? 作为存储位元必须具备的条件有哪些? 存储单元: 多个存储元的集合 一般应具有存储数据和读写数据的功能,以8位二进制作为一个存储单元,也就是一个字节。 每个单元有一个地址,是一个整数编码,可以表示为二进制整数。 程序中的变量和主存储器的存储单元相对应。 变量的名字对应着存储单元的地址,变量内容对应着单元所存储的数据。 存储地址一般用十六进制数表示,而每一个存储器地址中又存放着一组二进制(或十六进制)表示的数,通常称为该地址的内容。 2、存储周期T.和存取时间工的基本概念分别是什么? 哪个的时间间隔比较长? 为什么? 存取时间: 是CPU读或写内存内数据的过程时间;存取周期: 连续启动两次独立的“读”或 “写”操作(如连续的两次“读”操作)所需的最短时间;存取周期,存取时间 3、比较SRAM存储位元和DRAM存储位元的异同。 sram和dram都是随机存储器,机器掉电后,两者的信息都将丢失。 最大区别: dram是用电容有无电荷来表示信息。 和1,为防止电容漏电而导致读取信息出错,需要周期性地给电容充电,即刷新;而sram是利用触发器的两个稳态来表示信息0和1 4、设有一个具有14位地址和8位数据的存储器,试问: (1)该存储器的存储容量是多少位? 2A14x8=16kx8位 (2)如果该存储器用1KX1的存储芯片构成,需要多少片? 8x16=128片 (3)需要用多少位地址做片选信号译码的地址? 阴K今/。 加出址;绕指甲2龙肥•服缺更段I什视相出随券. 5、用16Kx4的SRAM芯片构成64Kxi6的存储器。 (1)存储芯片和存储器的数据线和地址线的位数各是多少? 牝及M侬、 L力协力俵 (2)画出该存储器的结构框图。 6、假定用若干个2KX4位芯片组成一个8KX8位存储器,则0B1FII所在芯片的最小地址是多少? (用十六进制表示)主存有13根地址线,芯片有11根,所以有两根为片选信号 0B1F转为二进制: 0000101100011111; 取高两位不变其余为零: 100000000000,然后转为十六进制: 800H 7、某计算机存储器按字节编址,采用小端方式存放数据。 假定编译器规定int和short型长度分别为32位和16位,并且数据按边界对齐存储。 某C语言程序段如下: struct{inta;charb;shortc;}record; record.a=273(a: 4byte,b: Ibyte,c: 2byte) 若record变量的首地址为C008H,请回答: (1)C008H存储单元的内容是多少? (273的32位补码表示) IB。 ]讣 (2)record,c的地址是多少? 第六章指令系统和汇编语言程序设计 1、什么是机器指令? 什么是指令系统? 为什么说指令系统是计算机硬件和软件的界面? 机器指令: 是CPU能直接识别并执行的指令,它的表现形式是二进制编码。 机器指令通常由操作码和操作数两部分组成。 指令系统: 计算机所能执行的全部指令的集合,它描述了计算机内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。 指令系统是计算机硬件和软件的接口部分,是全部机器指令的集合。 2、指令系统的设计主要包含哪几个方面? 一个完善的指令系统应该满足什么样的要求? 输入输出指令和移位操作指令。 完备性: 完备性要求指令系统丰富、功能齐全、使用方便;有效性: 利用该指令系统所编写的程序能够高效率的运行;高效率主要表现在程序占据存储空间小、执行速度快;规整性: 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;兼容性: 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。 3、什么是寻址方式? 指令系统中为什么要采用不同的寻址方式? 寻址方式就是处理器根据指令中给出的地址信息来寻找有效地址的方式,是确定本条指令的数据地址以及下一条要执行的指令地址的方法。 缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程灵活性 4、某机器字长16位,转移指令采用相对寻址,由两个字节组成,第一个字节为操作码字段,笫二个字节为相对位移量字段,转移后的目标地址等于转移指令下一条指令的地址加相对位移量。 若某转移指令所在的主存地址为2000H,相对位移量字段的内容为06H,试回答以下问题: 一个字节一个地址2000H-0P2001H-06|2002H-下条 (1)若主存按字节编址,则该转移指令成功转移后的目标地址是多少? 2002H+06=1008H (2)若主存按字编址,则该转移指令成功转移后的目标地址又是多少? 两个字节一个地址2000H-0P、06|2001H-下一条2001H+06=2007H 5、某指令系统字长16位,每个操作数的地址码长6位,指令分无操作数、单操作数和双操作数三类。 若双操作数指令14条,无操作数指令7条,问最多可以安排多少条单操作数指令? 6、在一个36位长的指令系统中,设计一种操作码扩展方式,能表示下列指令。 7条具有两个15位地址和一个3位地址的指令;500条具有一个15位地址和一个3位地址的指令;50条无地址指令。 8、假设变址寄存器R的内容为1000H,指令中的形式地址为2000H;地址 1000H中的内容为2000H,地址2000H中的内容为3000H,地址3000H中的内容为4000H,则变址寻址方式下访问到的操作数是多少? 试说明原因。 支4怒名他向尾寸邪他不及也二谢体%布敛修仁 9、什么是RISC? 为什么RISC机可以提高计算机的性能? RISC是精简指令集,指令集简百单且数目少,多用硬件实现,相对微程序实现速度更快。 RISC微处理器不仅精简了指令系统度,采用超标量和超流水线结构,大问大增强了并行处理能力。 RISC微处理器采用大量的寄存答器,使大部分指令操作都在寄存器之间进行,提高了处理速度。 RISC微处理器采用缓存一主机回一外存三级存储结构,使取数与存数指令分开执行,使处理器可以完成尽可能多的工作,且答不因从存储器存取信息而放慢处理速度。 10、某计算机采用16位定长指令字格式,其CPU中有一个标志寄存器,其中包含进位/借位标志CF、零标志ZF和符号标志NF。 假定为该机设计了条件转移指令,其格式如下: 151]109870 00000 C Z N OFFSET 其中,00000为操作码OP;C、Z和N分别为CF、ZF和NF的对应检测位,某检测位为1时表示需检测对应标志,需检测的标志位中只要有一个为1就转移,否则不转移,例如,若C=l,Z=0,N=l,则需检测CF和NF的值,当CF=1或NF=1时发生转移;OFFSET是相对偏移量,用补码表示。 转移执行时,转移目标地址为(PC)+2+2XOFFSET;顺序执行时,下条指令地址为(PC)+2。 请回答下列问题。 (1)某条件转移指令的地址为200CH,指令内容如下图所示,若该指令执行时CF=0,ZF=0,NF=1,则该指令执行后PC的值是多少? 若该指令执行时CF=LZF=O,NF=0,则该指令执行后PC的值又是多少? 请给出计算过程。 ②20叱H1511109870 00000011zIHOOOil| 华)盛一~乙年;粕晶的匏琳 刘。 。 。 2“A制双才/即““ 实现千一手时"="劝惦的指令丁C、Z和、后各是什么? NR乙二I、No| 12、某计算机的指令系统采用操作码扩展方式,指令按操作数的个数分为双操作数、单操作数和无操作数三种。 双操作数指令的格式如下所示: 3125242322191816150 OP F S/D: R■ M: A 1 地址码1地址码2 双操作数指令要求有一个操作数必须位于寄存器,由地址码1指定,R字段为寄存器号,S/D字段说明该操作数是源操作数还是目的操作数(S/D=1时为目的操作数,S/D=0时为源操作数)。 另一个操作数由地址码2指定,M字段为寻址方式,A字段为形式地址,支持的寻址方式如表6.14所示。 F字段说明该指令的执行结果是否影响程序状态字PSW(F=l时影响,F=0时不影响)。 M值 寻址方式 说明 000 寄存器寻址 字段A的低4位指定寄存器号 001 寄存器间接寻址 字段A的低4位指定寄存器号 010 寄存器自增间接寻址 字段A的低4位指定寄存器号 on 变址寻址 变址寄存器Ri隐含,A为基准地址 100 立即寻址 A为立即数 101 直接寻址 A为有效地址 110 间接寻址 A为有效地址的地址 111 相对寻址 A为位移量,EA=(PC)+A 若该计算机的CPU内的通用寄存器字长和主存储器字长均为32位。 试回答以下问题: (1)该计算机的CPU内共有多少个通用寄存器? R: 19-22—>4位2a4=16 (2)该指令系统最多能容量多少条双操作数指令? 0P: 25-31—>7位2A7=128-1(扩展标志)=127 (3) 刁「件例刁加牛皤小为为住比出 )如整年博作吹杉丛利势f过玉石电臣G”的彳二无晌写声才至字,提作效更持1p 表6.1件琮立咫寻址方式外的其它所有寻址方式。 孟抹作装报和斑隹左发态小龙%gI为按44W字。 试设计一种操作码扩及方式,并傥明核扩展方案分别能容纳多少售单掾作数指J,a令和无掾作数指令。 upG*/d多以 未光址居卜甲但也也.齐上鹏以题*喧2 '、海无碌外松.去孰彳为兀麻卜海将而一思番用 A马2T二引器 右用地尾2潴河双少打十1二》/二念A (4)加法指令“ADDR5,92H(Ri)”中,R5为目的操作数,寄存器寻址方式;92H(Ri)为源操作数,变址寻址方式。 若ADD的操作码序列为0001110B,根据以上双操作数指令的格式以16进制形式写出该指令的机器码。 睫嘱在第二川二卜二/。 。 1出3加之处: / 好刎的林作数二〉助二/)胡/2M与2旦何力住的董4二人(⑼I/M工变址寻处方式刀心二。 ,/5opnooalg 炉花丽幻丽1Q也也豺 分别确定使用寄存器间接寻址方式、直接寻址方式和间接寻址时访问存储器的范围,并说明理由。 第七章控制器和中央处理器 1、控制器主要由哪些部件组成? 各部分的功能是什么? 产生控制信号的依据是什么? 控制器由指令部件、时序部件和控制信号形成部件三部分组成。 其中指令部件由四部分组成: 程序计数器用于存放现行指令的地址;指令寄存器用于存放现行指令;指令译码器对现行指令进行分析,输出相应的操作控制电位;程序状态寄存器用于存放程序的工作方式和运算结果。 时序部件用来产生计算机各部件所需的定时信号。 控制信号形成部件用来产生所有指令所需的各种微操作控制信号。 2、控制器有哪几种实现方式? 各有什么特点? 控制器的控制方式可以分为3种: 同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。 同步控制控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制,在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。 这种控制方式设计简单,容易实现;但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间,造成较大数量的时间浪费,从而影响了指令的执行速度。 异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制,而根据指令或部件的具体情况决定,需要多少时间,就占用多少时间。 异步控制方式没有时间上的浪费,因而提高了机器的效率,但是控制比较复杂。 联合控制方式是同步控制和异步控制相结合 3、为什么说计算机的工作过程就是执行指令的过程? 简述指令执行的基本过程。 计算机的工作过程,就是将编好的程序和原始数据copy,输入并存储在计算机的内存储器 中,然后计百算机按照程序逐条取出指令加以分析,并执行指令规定的度操作,这是现代计算机的基本工作原知理。 过程: 1.取指令: 按照PC的值的访问复主存,取出对应的指令,存入指令寄存器IR,PC+U 2.指令译码: IR中的指令的操作码送制入指令译码器译码,识别出指令的功能。 3.根据百指令译码的结度果对指令的操作数执行相应的操作。 4、指令和数据均以二进制形式存放在存储器中,CPU是怎样区分指令和数据的? CPU根据指令周期的不同阶段区分出指令和数据。 5、中央处理器(CPU)包含哪两大部件? 它的主要功能是什么? 运算器: 执行各种算术和逻辑运算操作 控制器: 指挥、协调计算机各部件工作 6、根据JUC2的数据通路,写出下列指令的微操作序列。 (l)MOV#1008H,R1 (2)ANDRI,1000H (3)DEC(2000H) (4)SAR(R3) (5)JMP1OH(PC) 7、设机器A的主频为8MHz,机器周期含4个时钟周期,且该机的平均指令执行速度是0.4MIPS,试求该机的机器周期和平均指令周期,每个指令周期中平均含几个机器周期? 如果机器B的主频为12MHz,且机器周期也含4个时钟周期,试问机器B的平均指令执行速度为多少MIPS? A机平均指令周期=1/0.4MIPS=2.5HsA机时钟周期二l/8MHz=125ns A机机器周期二125nsX4=500ns=0.5us A机每个指令周期中含机器周期个数=2.5Us4-0.511s=5个 B机时钟周期=l/12MHz=83nsB机机器周期=83nsX4=332ns 假设B机每个指令周期也含5个机器周期,那么B机平均指令周期二332nsX5=L66us B机平均指令执行速度=1/1.66us=0.6MIPS 8、微程序控制的基本思想是什么? 和硬布线控制相比,有什么优点和不足? 通过微指令顺序控制字段由设计者指定或由设计者指定的判别字段控制产生后继微指令地址;与硬连线控制器相比,微程序控制器的优点是设计规整、易于修改和扩展。 缺点是比硬连线控制器速度慢。 9、微指令编码采用字段直接编码方式时,分段的基本原则是什么? ①把互斥的微命令(即不允许同时出现的微命令)划分在同一字
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