2022年2022年计算机组成原理复习材料. .pdf

114152计算机组成原理考试题型一、填空题（每空1 分，共 10 分）二、单项选择题（每题2 分，共 30 分）三、多项选择题（每题2 分，共 10 分）四、简答题（每题5 分，共 10 分）五、计算题（每题10 分，共 30 分）六、分析题（共10 分）选择、填空、简答：1.组成计算机的五大部件，功能各是什么？2.微型计算机硬件系统最核心的部件是 cpu 。3.CPU由算术逻辑单元和控制单元单元组成。4.微型计算机中，控制器的基本功能是指。5.现代计算机由CPU、I/O 设备及存储设备组成。6.运算器的主要功能能进行算术运算和逻辑运算。7.随着硬件技术的发展，计算机的电子器件推陈出新，但所有种类计算机依然具有“存储程序”的特点，最早提出这种概念的是冯诺依曼。8.计算机的主要技术指标。在 MDR、MAR、FLOPS、CPI、MIPS中，用来评价CPU的性能的有。9.下面框图是什么指令执行过程？并指出每个标识的含义。A.重量 B.机器字长 C.存储容量 D.运算速度10.ACC、ALU、IR、PC、MAR、MDR？作用是什么？PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地。MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。MDR：Memory Data Register，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 12 页 -2出、或要写入某存储单元的数据。CPU：Central Processing Unit，中央处理机（器），是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。CU：Control Unit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。MQ：Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。X：此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示操作数寄存器，即运算器中工作寄存器之一，用来存放操作数；I/O：Input/Output equipment，输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界信息的转换与传送。MIPS：Million Instruction Per Second，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位。11.程序计数器用于存放正在执行的指令的内存地址的。指令寄存器用来存放当前的指令。12.已知一个主存储器的MDR 为 32 位，MAR 为 16 位，则地址线是根，该主存储器的大小是B。下一条要执行的指令的内存地址13.计算机更新换代的原则是根据。各代的标志？通常根据计算机所采用的电子元件不同而划分为:电子管，晶体管，集成电路和大规模超大规模集成电路等相四代。以微处理器为核心的微型计算机属于第四代计算机，通常人们以微处理器为标志来划分微型计算机，如286 机、386 机、486 机、pemtium 机。14.微型计算机的发展通常以微处理器为技术标志。个人计算机属于微型计算机。计算机分为微型计算机、小型计算机、中型计算机、大型计算机。个人计算机属于微型计算机15.CAD、CAM、CAI 含义是。CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。简称 cad。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。CAD还包含：电气 CAD、外贸结算CAD、加拿大元、冠状动脉性心脏病、计算机辅助诊断、服装CAD等含义。CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)它的核心是计算机数值控制（简称数控），是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。1952 年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成锐、钻、饺、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。CAI计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，简称 CAI)是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。CAI为学生提供一个良好的个人化学习环境。综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，克服了传统教学方式上单一、片面的缺点。它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现最优化的教学目标。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 12 页 -316.1945 年，冯诺依曼机在为一台新的计算机EDVAC(电子离散变量计算机)所制定的计划中，首次提出了存储程序的概念。17.汇编语言、C语言、Java 语言、机器语言、BASIC语言，哪个可以直接在机器上运行？使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻译成机器语。18.三总线结构有哪三部分构成？系统总线、内存总线、I/O 总线（43 页）19.总线按连接部件的不同，分为？片内总线、系统总线、通信总线片内总线：也叫片总线，是同一部件内部连接个寄存及运算部件的总线；系统总线：是同一台计算机各部件之间相互连接的总线；系统总线又分为数据总线，地址总线，和控制总线，分别传递数据，地址和控制信号。通信总线：负责CPU与外部设备之间的通信。20.为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种，各有何特点。为了解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；3种：链式查询、计数器查询、独立请求；特点：链式查询：连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器查询：优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求：判优速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。21.总线判优控制可分为？两种：集中式和分布式22.集中式判优控制分为？三种？工作原理是？速度最快的是？58 页3 种：链式查询、计数器查询、独立请求（最快）；链式查询：计数器查询：独立请求：23.总线通信控制通常的四种方式？同步通信，异步通信，半同步通信，分离式通信24.连接 CPU芯片内部（寄存器与寄存器之间）的总路线是内部总线。？25.系统总线中地址线的功能是用于选择主存单元，也可用于选择I/O 端口。26.在一个 16 位的总线系统中，若时钟频率为100MHz，总线周期为5 个时钟周期传输一个字。则总线带宽是。P61 27.若总线宽度为16 位，时钟频率为8MHz，完成一次数据传送需要2 个总线周期，则总名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 12 页 -4线带宽是。28.设总线的时钟频率为8MHz，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送 32 位数据，则总线的带宽是。（注意带上单位）29.某机字长64 位，存储器容量是32MB。若按半字编址，那么它的寻址范围是 8M 。30.某机字长 16 位，存储器容量是64MB。若按双字编址，那么它的寻址范围是。例题：1、某计算机字长为32 位,其存储容量为16MB,若按双字编址,它的寻址范围是多少?2、某机字长为32 位,存储容量为64MB,若按字节编址.它的寻址范围是多少?解答：我的方法是全部换算成1 位 2 进制的基本单元来算。先计算总容量，如第一题中是16mb中，一 B为 8 位，也就是 8 个一位基本单元组成，16M=224位=224 个一位基本单元。所以总的基本单元是224*8。一个字长是n 位，就是说一个字是由n 个一位基本单元组成。按照字来编址就是说由一个字所包含的一位基本单元的个数作为一个地址单元，它对应一个地址。同理，双字编址就是两个字所包含的的基本单元数作为一个地址单元。由于一个字节（1B）永远是 8 位，所以按字节编址永远是8 个一位基本单元作为一个地址单元。寻址范围就是说总共有多少个这样的地址。第一题中一个字长是32 位，对于按字编址来说一个地址单元有32 个基本单元，按双字编址则是一个地址单元有64 个，按字节是 8 个，总容量是 224*8 个。所以按字编址的地址数是224*8/32个，按双字是 224*8/64个，按字节是 224*8/8个。因此，第一题答案是221=2M。同理，第二题答案是226*8/8=226=64M。31.在异步传输系统中，若字符格式为：1 位起始位、8 位数据位、1 位奇偶校验位、2 位终止位，（1）假设波特率为1200bps，则比特率为bps。（2）假设每秒传输 120 个数据帧，则比特率为。P64 32.计算机的存储器系统是指主存储器和外存储器/cache。33.在存储系统层次结构中，主要分为两个层次，缓存-主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配问题，主存和缓存之间的数据调动是由硬件自动完成的；主存-辅存层次主要解决存贮系统的容量问题，主存和辅存之间的数据调用时由硬件和操作系统共同完成的。（两个不同层次）。34.寄存器、主存、缓存、外存之间比较容量、速度？速度：寄存器 cache 主存 辅存（容量小的速度快）35.SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM 的含义，哪些是易失的（掉电后信息不存储），哪些是非易失的？RAM 和 ROM 指的都是半导体存储器，ROM 在系统停止供电的时候依然可以保持数据，而 RAM 通常都是在掉电之后就丢失数据，典型的RAM 就是计算机的内存。RAM 分为两类：静态SRAM，动态 DRAM ROM 分为三类：PROM、EPROM、EPROM 36.静态 RAM 和动态 RAM 存储信息的原理？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 12 页 -5静态 RAM 是靠 双稳态触发器 来记忆信息的；动态RAM 是靠 MOS 电路 中的栅极 电容来记忆信息的。37.动态 RAM 的刷新通常有三种方式：集中式-正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。特点：存在一段停止读/写操作的死时间适用于高速存储器 分散式-将一个 存储系统 周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。特点：不存在停止读/写操作的死时间但系统运行速度降低 异步式-前两种方式的结合，每隔一段时间刷新一次，保证在刷新周期内对整个存储器刷新一遍。38.存储容量为64K32 位，则地址线有几根，数据线有几根？根地址线，根数据线39.2K 16 位，地址线有几根，数据线有几根？根地址线，根数据线40.16 根地址线可寻址的范围是。41.用什么衡量Cache的效率？命中率42.三种地址映射方式？全相联映射、直接相联映射和组相联映射。缓存的地址映射中，若主存中的任一块只能固定映射到某一缓存块中，则称作直接相联映射。缓存的地址映射中，若主存中的任一块可以映射到缓存的任意一块中，则称作全相联映射。43.在 Cache-主存存储空间中，M表示主存的块数，C 表示缓存块数，B 为块长，则主存的块数 M与缓存的块数C的关系为。44.CPU执行一段程序时，Cache完成存取的次数是3800 次，访存次数为200 次，则 Cache/主存系统的命中率为。45.假设 Cache的工作速度是主存的5 倍，且 Cache被访问命中的概率为95%，则采用 Cache后，存储器性能提高了倍。46.硬磁盘、ROM、软磁盘、RAM、光盘、EPROM 中，哪些属于辅助存储器？硬磁盘、软磁盘、光盘一般在计算机系统内的存储元件可分为主储存器及辅助储存器.前者再划分为随机取储存器(Random Access Memory,RAM)及只读储存器(Read Only Memory,ROM).而后者就是指 RAM 及 ROM 以外的储存器,如硬盘,磁盘等.47.下列关于硬盘的说法错误的是。A.每个计算机主机有且只能有一块硬盘B.硬盘中的数据断电后不会丢失C.硬盘可以进行格式化处理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 12 页 -6D.CPU 不能够直接访问硬盘中的数据注释：一个主机可以安装多块硬盘48.I/O 设备是指输入/输出(Input/Output,简称 I/O)，指的是一切操作、程序或设备与计算机之间发生的数据输入/输出设备模型传输过程。49.一次中断处理的过程，可以归纳为五个阶段：中断请求、中断判优、中断响应、中断服务和中断返回50.一般中断服务程序的流程分为四大部分？保护现场、中断服务、恢复现场和中断返回51.CPU响应中断的时间是一条指令结束。52.总线周期的四个阶段？申请分配阶段寻址阶段传数阶段结束阶段53.I/O 设备与主机交换信息时，主要有三种方式，即：程序查询方式、？程序中断方式和DMA 方式54.DMA 的中文名称是什么？它有何特点？DMA 的英文拼写是“Direct Memory Access”，汉语的意思就是直接内存访问，是一种不经过 CPU而直接从内存了存取数据的数据交换模式。特点：CPU 与设备并行工作，传送与主程序并行工作55.DMA 工作时：CPU与设备并行工作，传送与主程序并行工作56.在 DMA 方式中，数据传送由 DMA 硬件控制。57.DMA 接口的功能？58.机器数中，补码机器数零的表示形式是唯一的。59.移码常用来表示浮点数的阶码部分；60.移码和补码比较，它们除符号位外，其他各位都相同。61.某机字长8 位，采用补码形式，其中1 位为符号位，则机器数能表示的范围是-128+127 。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 12 页 -762.将十进制 257 转换为十六进制数为 101 。63.两个十六进制数79H和 48H相加，结果是。64.最大的 8 位无符号二进制整数转换成十进制数是 255 。65.设寄存器位数为8 位，机器数采用补码形式（含1 位符号位）。将十进制数-27 存于寄存器中，则寄存器内容为 E5H 。66.设机器数字长为8 位，若 A30（-30），则 A的原码、反码、补码？67.将+12830写成二进制为。68.二进制数 0101001 转换成十六进制数是。69.已知 x补=1.11001，则 x原=；x反=；x移=；-x补=。70.无符号数的移位称为逻辑移位，逻辑移位的规则是：逻辑左移时，高位移出，低位添0；逻辑右移时，高位移出，低位添1 71.在算术移位中，负数的补码移位规则是：左移，高位移丢，低位添 0 ，右移，低位移丢，高位添 1 。72.设机器数字长8 位（含1 位符号位），若机器数BAH 为原码，则算术右移一位得9DH 。73.不论是作加法还是减法，只有实际参加操作的两个数符号相同，结果与原操作数符号不同，即为溢出。74.若在一个非“0”无符号二进制整数右边加两个“0”，形成一个新的数，则新数的值是原数值的四倍。75.若在机器字长为8 位的机器中，将一个非“0”无符号二进制整数右移两位，形成一个新的数，则新数的值是原数值的。76.某机字长32 位，其中1 位符号位，31 位表示尾数。若用定点小数表示，则最大正小数为。若用定点小数表示，则最大正小数为。若用定点整数表示，则最小负整数为。77.在原码一位乘中，结果的符号由两原码符号位异或运算结果决定。78.原码一位乘的运算规则是：（1）积符由两原码符号位异或运算结果决定；（2）乘积的数据部分由两数绝对值相乘。79.恢复余数法的特点是：当余数为负时，需要加上除数，将其恢复成原来的余数。80.在原码加减交替除法中，余数大于0，上商“1”，下一步做的运算是。81.浮点数加减运算的步骤是？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 12 页 -882.若浮点数的阶码和尾数都用（1、补码/2、原码）表示，则判断运算结果是否为规格化数的方法是：数符与尾数小数点后第1 位数字相异83.浮点数加减法对阶原则是：。84.在浮点机中基数是隐含的。85.一条计算机指令中，通常应该包含操作码和操作数。86.一条计算机指令中，规定其执行功能的部分称为操作码。87.指令寻址方式有哪些？数据寻址方式有哪些？指令寻址：1.顺序寻址方式 2.跳跃寻址方式操作数寻址：1.隐含寻址 2.立即寻址3.直接寻址4.间接寻址5.寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式6.相对寻址方式7.基址寻址方式8.变址寻址方式9.块寻址方式88.CPU每取出并执行一条指令所需要的全部时间称为指令周期，一条指令周期可能包含的子周期有取指周期、间址周期、执行周期、中断周期。89.有五级流水线，分别完成取指、译码、执行、访存、写寄存器五个阶段，假设完成各个阶段时间为40、60、70、90、50 微秒，则流水线的时钟周期应该取值为 90 。计算：1.若主存 1MB，Cache为 16KB，按 256B 分块，请计算：（1）块内地址是几位？Cache包含多少块？主存包含多少块？（2）若Cache主存层次采用直接映射方式，写出映射关系式，并说明主存的第300块将映射到Cache的哪一个块中。2.一个组相联映射的Cache由 64 块组成，每组内包含4 块。主存包含4096 块，每个字块为 32 字节，按字节编址。试问：（1）主存地址为几位？（2）画出主存的地址格式。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 12 页 -9（3）主存第 128 个字节所在主存块应装入到Cache的哪一组？3.CPU执行一段程序时，Cache 完成存取的次数为6000 次，主存完成存取的次数为300次。已知 Cache 存取周期tc为 30ns，主存的存取周期tm为 170ns。在当 Cache不命中时才启动主存的状态下，分别求：（1）Cache的命中率h。（保留4 位小数）（2）平均访问时间ta。（3）Cache主存系统的访问效率e。（保留4 位小数）平均访问时间=Cache命中率 Cache 存取周期+Cache失效率主存存取周期 Cache命中 率=3800/（3800+200）=0.95 Cache 失效 率=10.95=0.05 50ns0.95+250ns 0.05=60ns 4.设若主存 2MB，Cache 为 2KB，按 128B分块。问：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 12 页 -10（1）若 Cache 存取周期为30ns，主存存取周期为300ns，平均命中率为97%，求平均访问时间。（2）若 Cache-主存层次采用全相联映射，则主存和Cache 各分多少块？块内地址是多少位？（3）画出主存的地址格式。5.设浮点数的格式如下（阶码和尾数均为补码表示，基数为2）：Es E1E3MsM1M9即：4 位阶码（包括1 位阶符）和10 位尾数（包括1 位数符）。计算：（1）将-35/64 转换为此种格式的浮点数。（2）将 15/128 转换为此种格式的浮点数。6.将+12820写成二进制定点数、浮点数及在定点机和浮点机中的机器数形式。其中数值部分均取10 位，数符取1 位，浮点数阶码取5 位（含 1 位阶符）。7.已知 x=0.01011，y=0.10011，用一般形式和变形补码计算x+y、x-y，同时指出结果是否溢出。8.原码一位乘求x*y。（x=0.1110，y=0.1101）9.用 Booth 乘法（补码一位乘）求（-6）8。（设在机器中，数据表示为一位符号位和四位数值位，部分积用双符号位表示。要求写出每一步运算过程及运算结果）10.设 x=0.1001，y=-0.1111，用原码/补码加减交替除法求xy。（要求写出每一步运算过程及运算结果）分析：1.某机器字长为8 位，试用以下所给芯片设计一个容量为10KB 的存储器。其中RAM为高 8KB，ROM 为低 2KB，选用的RAM 芯片类型为4K8位，ROM 芯片类型为2K4 位，最低地址为0。请计算：（1）该存储器中，RAM 和 ROM 的地址范围分别是多少？（2）每种芯片各需要多少片？并说明各自采用的扩展方式。（3）4K8位 RAM 的数据线和地址线各为多少根？2K4 位 ROM 的数据线和地址线各为多少根？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 12 页 -112.设 CPU共有 16 根地址线，8 根数据线，并用MREQ（低电平有效）作为访存控制信号，R/W 作读/写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有存储芯片：ROM（2K8位，4K8 位，8K8 位），RAM（1K4 位，4K8 位，8K 8位）及 74138 译码器和其他门电路（门电路自定）。试从上述规格中选用合适的芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要求如下：（1）主存地址空间分配：6000H 67FFH为系统程序区，6800H6BFFH为用户程序区。（2）合理选用上述存储芯片并说明各选几片。（3）画出存储芯片的片选逻辑图。3.设 CPU共有 16 根地址线，8 根数据线，并用MREQ（低电平有效）作为访存控制信号，R/W作读/写命令信号（高电平为读，低电平为写）。现有存储芯片：ROM（2K8 位，4K 4位，8K8 位），RAM（1K4 位，2K8 位，4K8 位）及 74138 译码器和其他门电路（门电路自定）。试从上述规格中选用合适的芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要求如下：（1）最小 4K地址为系统程序区，1000H 3FFFH地址范围为用户程序区。（2）指出选用的存储芯片类型及数量，并给出各芯片的地址分配情况。（3）详细画出CPU和存储器连接逻辑图。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 12 页 -124.已知地址总线A15A0（低），双向数据总线D7D0（低），读/写信号线R/W。用 ROM芯片（4K4 位/片）和RAM芯片（2K8 位/片）组成一个半导体存储器，按字节编址。其中ROM 区地址从0000H0FFFH，RAM 区地址从1000H27FFH。问：（1）组成该存储器需要多少块ROM 芯片和多少块RAM 芯片？分别用什么样的扩展方式？（2）各芯片需要连接几根地址线？分别是哪几根？（3）哪几根分配给片选信号线？并写出片选信号的逻辑式。5.某存储器容量为9KB，其中 ROM 区 4KB，用 EPROM 芯片（4K2 位/片）组成；RAM区5KB，用 SRAM 芯片（4K8 位/片和 1K8 位/片）组成。地址总线A13A0（低位）。问：（1）根据存储器容量，EPROM 芯片和 SRAM 芯片各需多少片？（2）EPROM 芯片和 SRAM 芯片各连入哪几根地址线？（3）需要设置几个片选信号，各用于哪几个芯片的选择。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 12 页 -