计算机本-计算机组成原理.pdf

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1、.-成绩：成绩：计算机组成原理计算机组成原理形形 成成 性性 考考 核核 册册专业：专业：学号：学号：XXXX 广播电视大学开放教育学院广播电视大学开放教育学院（请按照顺序打印，并左侧装订）.A A-可修编.-计算机组成原理计算机组成原理 A A 作业作业 1 1一、选择题一、选择题1.机器数（）中，零的表示形式是唯一的。A、原码B B、补码、补码C、移码D 反码2、某计算机字长 16 位，采用补码定点小数表示，符号位为 1 位，数值位为 15 位，则可表示的最大正小数为（），最小负小数为（）。A、+（216-1），-（1-2-15）B、+（215-1），-（1-2-16）CC、+（1-215

2、1-215），），-1-1D、+（215-1），-（1-2-15）3、加法器采用并行进位的目的是（）。A、提高加法器的速度B B、快速传递进位信号、快速传递进位信号C、优化加法器结构D、增强加法器功能4、组成一个运算器需要多个部件，但下面所列（）不是组成运算器的部件。A、状态寄存器B、数据总线C、ALUD D、地址寄存器、地址寄存器二、判断题（判断下列说法是否正确，并说明理由）。二、判断题（判断下列说法是否正确，并说明理由）。1、ASCII 编码是一种汉字字符编码。错误：错误：ASCIIASCII 编码是一种西文字符编码。编码是一种西文字符编码。2、一般采用补码运算的二进制减法器，来实现定点二

3、进制数加减法的运算。错误：采用补码运算的二进制加法器，来实现定点二进制数加减法的运算。错误：采用补码运算的二进制加法器，来实现定点二进制数加减法的运算。3、在浮点数表示法中，阶码的位数越多，能表达的数值精度越高。错误：阶码的位数越多，能表达的数值错误：阶码的位数越多，能表达的数值X X 围越大；尾数的位数越多，能表达的数值精度越高。围越大；尾数的位数越多，能表达的数值精度越高。4、只有定点数运算才可能溢出，浮点数运算不会产生溢出。错误：浮点运算也会产生溢出。错误：浮点运算也会产生溢出。三、简答题。三、简答题。1 1、简述奇偶校验码和海明校验码的实现原理。答：奇偶校验码原理：通常是为一个字节补充

4、一个二进制位，称为校验位，通过设置校验位的值为答：奇偶校验码原理：通常是为一个字节补充一个二进制位，称为校验位，通过设置校验位的值为0 0 或或 1 1 的方式，使字节自身的的方式，使字节自身的 8 8 位和该校验位含有位和该校验位含有 1 1 值的位数一定为奇数或偶数。在接收方，检查值的位数一定为奇数或偶数。在接收方，检查接收到的码字是否还满足取值为接收到的码字是否还满足取值为1 1 的总的位数的奇偶关系，来决定数据是否出错。的总的位数的奇偶关系，来决定数据是否出错。海明校验码原理：是在海明校验码原理：是在 k k 个数据位之外加上个数据位之外加上 r r 个校验位，从而形成一个个校验位，从

5、而形成一个 k+rk+r 位的新的码字，使新的位的新的码字，使新的码字的码距比较均匀地拉大。把数据的每一个二进制位分配在几个不同的偶校验位的组合中，当某码字的码距比较均匀地拉大。把数据的每一个二进制位分配在几个不同的偶校验位的组合中，当某一位出现错误，就会引起相关的几个校验位的值发生变化，这不但可以发现错误，还可以指出哪一一位出现错误，就会引起相关的几个校验位的值发生变化，这不但可以发现错误，还可以指出哪一位出错，为进一步纠错提供了依据。位出错，为进一步纠错提供了依据。2、简述教材中给出的MIPS 计算机的运算器部件的功能和组成。答：答：MIPSMIPS计算机的运算器部件的功能和组成：计算机的

6、运算器部件的功能和组成：运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算,由由.-可修编.-其内部的一个被称之为算术与逻辑运算部件其内部的一个被称之为算术与逻辑运算部件(英文缩写为英文缩写为 ALU)ALU)承担；运算器的第二项功能，是暂存承担；运算器的第二项功能，是暂存将参加运算的数据和中间结果将参加运算的数据和中间结果,由其内部的一组寄存器承担；由其内部的一组寄存器承担；为了用硬件线路完成乘除指令运算为了用硬件线路完成乘除指令运算,运运算器内一般还有一个能自行左右移位的专用寄存器算器内一般还有一个能自行左右移位的专用寄存器,通称乘商寄存器。这些部件通

7、过几组多路选通通称乘商寄存器。这些部件通过几组多路选通器电路实现相互连接和数据传送；运算器要与计算机其它几个功能部件连接在一起协同运行器电路实现相互连接和数据传送；运算器要与计算机其它几个功能部件连接在一起协同运行,还必还必须有接受外部数据输入和送出运算结果的逻辑电路。须有接受外部数据输入和送出运算结果的逻辑电路。3、浮点运算器由哪几部分组成？答：处理浮点数指数部分的部件、处理尾数的部件、加速移位操作的移位寄存器线路以及寄存器堆答：处理浮点数指数部分的部件、处理尾数的部件、加速移位操作的移位寄存器线路以及寄存器堆等组成。等组成。4、假定X=0.0110011*211，Y=01101101*2-

8、10（此处的数均为二进制），在不使用隐藏位的情况下，回答下列问题：（1）浮点数阶码用 4 位移码、尾数用 8 位原码表示（含符号位），写出该浮点数能表示的绝对值最大、最小的（正数和负数）数值；（2）写出 X、Y 的浮点数表示。（1 1）绝对值最大：）绝对值最大：1111 0 11111111111 0 11111111 111 1 11111111 111 1 1111111绝对值最小：绝对值最小：0001 0 0000000 0 001 1 00000000001 0 0000000 0 001 1 0000000（2 2）X X 浮浮=01 011 00110011=01 011 0011

9、0011Y Y 浮浮=00 110 01101101=00 110 01101101四、计算题四、计算题1 1、将十六进制数据 14.4CH 表示成二进制数，然后表示成八进制数和十进制数。（14.4C14.4C）16=(10100.01001100)2=(24.23)8=(20.296875)1016=(10100.01001100)2=(24.23)8=(20.296875)102、对下列十进制数表示成8 位（含一位符号位）二进制数原码和补码编码。（1）17；（2）-17(1)(17)10=(10001)2(1)(17)10=(10001)2(10001)(10001)原码原码=010001

10、=010001（1000110001）补码）补码=（010001010001）（2 2）（）（-10001-10001）原码）原码=10010001=10010001（-10001-10001）反码）反码=11101110=11101110（-10001-10001）补码）补码=11101111=111011113,、已知下列各【x】原，分别求它们的【x】反和【x】补。（1）【x】原=0.10100；（2）【x】原=1.00111；（3）【x】原=010100；（4）【x】原=110100（1 1）xx原原=0.10100=0.10100 xx反反=x=x补补=0.10100=0.10100（

11、2 2）xx原原=1.00111=1.00111xx反反=1.11000=1.11000 xx补补=1.11001=1.11001(3)x(3)x原原=010100=010100 xx反反=x=x补补=x=x原原=010100=010100（4 4）xx原原=110100=110100 xx反反=101011=101011xx补补=101100=101100.-可修编.-4、写出X=10111101，Y=-00101011 的双符号位原码、反码、补码表示，并用双符号补码计算两个数的差。xx原原x x反反x x补补yy原原yy反反1 1 1 0 1 0 1 0 01 1 1 0 1 0 1 0

12、0yy补补1 110101011010101两数差：两数差：00111010000011101000计算机组成原理计算机组成原理 A A 作业作业 2 2一、选择题：一、选择题：1计算机硬件能直接识别和运行的只能是_程序。A机器语言B汇编语言C高级语言DVHDL答：A A2指令中用到的数据可以来自_（可多选）。A通用寄存器B微程序存储器C输入输出接口D指令寄存器E.内存单元F.磁盘答：A A、CC、E E3汇编语言要经过_的翻译才能在计算机中执行。A编译程序B数据库管理程序C汇编程序D文字处理程序答：CC4在设计指令操作码时要做到_（可多选）。A能区别一套指令系统中的所有指令B能表明操作数的地

13、址C长度随意确定D长度适当规 X 统一答：A A、B B、D D5控制器的功能是_。A向计算机各部件提供控制信号B执行语言翻译C支持汇编程序D完成数据运算答：A A6从资源利用率和性能价格比考虑，指令流水线方案 _，多指令周期方案_，单指令周期方案_。A最好B次之C最不可取D都差不多答：A A、B B、CC二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。1变址寻址需要在指令中提供一个寄存器编号和一个数值。2计算机的指令越多，功能越强越好。3程序计数器 PC 主要用于解决指令的执行次序。4微程序控制器的运行速度一般要比硬连线控制器更快。三、简答题：三、简

14、答题：.-可修编.-1 一条指令通常由哪两个部分组成？指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自应用在什么场合？各自的优缺点是什么？答：一条指令通常由操作码和操作数两个部分组成。指令的操作码一般有定长的操作码、变长的操作码两种组织方式。定长操作码的组织方式应用在当前多数的计算机中；变长的操作码组织方式一般用在小型及以上的计算机当中。定长操作码的组织方式对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度有利。变长的操作码组织方式可以在比较短的指令字中，既能表示出比较多的指令条数，又能尽量满足给出相应的操作数地址的要求。2如何在指令中表示操作数的地址？通常使用哪些基本寻址方式？答：是通过寻址方式来表示操作

15、数的地址。通常使用的基本寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、间接寻址、堆栈寻址等。3为读写输入/输出设备，通常有哪几种常用的寻址方式用以指定被读写设备？答：为了便于 CPU 对外部设备的快速识别和选择，即为读写输入/输出设备，必须对接口中所有可访问的寄存器（I/O 端口）进行编址。通常有两种常用的编址方式用以指定被读写设备，一是I/O 端口与主存储器统一的编制方式，另一种是I/O 端口与主存储器彼此独立的编制方式。4简述计算机中控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和硬连线的控制器在组成和运行原理方面有何相同和不同之处？答：控制器主要由下面4 个部

16、分组成：（1）程序计数器（PC），是用于提供指令在内存中的地址的部件，服务于读取指令，能执行内容增量和接收新的指令地址，用于给出下一条将要执行的指令的地址。（2）指令寄存器（IR），是用于接收并保存从内存储器读出来的指令内容的部件，在执行本条指令的整个过程中，为系统运行提供指令本身的主要信息。（3）指令执行的步骤标记线路，用于标记出每条指令的各个执行步骤的相对次序关系，保证每一条指令按设定的步骤序列依次执行。（4）全部控制信号的产生部件，它依据指令操作码、指令的执行步骤（时刻），也许还有些另外的条件信号，来形成或提供出当前执行步骤计算机各个部件要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些

17、信号控制下协同运行，执行指令，产生预期的执行结果。由于上述后两个部分的具体组成与运行原理不同，控制器被分为硬连线控制器（又称为组合逻辑的控制器）和微程序控制器两大类。微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。共同点：基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；组成部分都有程序计数器 PC，指令寄存器 IR；都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用

18、节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着 EDA 工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。5控制器的设计和该计算机的指令系统是什么关系？答：控制器的的基本功能，是依据当前正在执行的指令，和它所处的执行步骤，形成并提供在.-可修编.-这一时刻整机各部件要用到的控制信号。所以，控制器的设计和该计算机的指令系统是一一对应的关系，也就是控制器的设计应依据指令的要求来进行，特别是要分析每条

19、指令的执行步骤，产生每个步骤所需要的控制信号。6指令采用顺序方式、流水线方式执行的主要差别是什么？各有什么优点和缺点？顺序方式是，在一条指令完全执行结束后，再开始执行下一条指令。优点是控制器设计简单，容易实现，；缺点是速度比较慢。在计算机中，完成一条指令实际上可分为几个步骤，如取指令、译码、指令执行、存结果等步骤，指令流水线方式是提高计算机硬件性能的重要技术和有效措施，在成本增加不多的情况下很明显地提高了计算机的性能。实现的思路是把一条指令的处理过程分解为不同的几个步骤、使用不同的执行部件去完成，在时间上又允许这几个部件可以并行运行，例如当某一条指令在进行译码阶段时、下一条指令即可进入取指令阶

20、段，这样可以大大提高指令的执行的速度，缺点是控制器设计复杂，比较不容易实现，；突出的优点是速度明显提高。计算机组成原理计算机组成原理 A A 作业作业 3 3一、选择题一、选择题1.下列部件（设备）中，存取速度最快的是（B B）A、光盘存储器 B、CPU 的寄存器 C软盘存储器 D、硬盘存储器2、某SRAM 芯片容量为 1K8 位，除电源和接地端外，连同片选和读/写信号该芯片引出线的最少数目应为（D D）。A23B、25C50D、203、在主存和 CPU 之间增加 Cache 的目的是（CC）。A、矿大主存的容量B、增加 CPU 中通用寄存器的数值C、解决 CPU 和主存之间的速度匹配D、代替

21、 CPU 中的寄存器工作4、在独立编址方式下，存储单元和I/O 设备是靠（A A）来区分的。A、不通的地址和指令代码B、不通的数据和指令代码 C、不通的数据和地址 D、不通的地址5、随着 CPU 速度的不断提升，程序查询方式很少被采用的原因是（CC）。A、硬件结构复杂 B、硬件结构简单 C、CPU 与外设串行工作 D、CPU 与外设并行工作6、在采用 DMA 方式的 I/O 系统中，其基本思想是在（B B）之间建立直接的数据通路。A、CPU 与外设 B、主存与外设 C、CPU 与主存 D、外设与外设（二）判断题（判断下列说法是否正确，并说明理由）（二）判断题（判断下列说法是否正确，并说明理由）

22、1CPU 访问存储器的时间是由存储器的容量决定的，存储器容量越大，访问存储器所需的时间越长。2引入虚拟存储系统的目的，是为了加快外存的存取速度。3按主机与接口间的数据传送方式，输入/输出接口可分为串行接口和并行接口。4DMA 控制器通过中断向 CPU 发 DMA 请求信号。三、简答题三、简答题.-可修编.-1 1在三级存储体系中，主存、外存和高速缓存各有什么作用？各有什么特点？在三级存储体系中，主存、外存和高速缓存各有什么作用？各有什么特点？答：主存储器：简称为主存或内存，主存储器速度快，但容量较小。它用来存放计算机运行时答：主存储器：简称为主存或内存，主存储器速度快，但容量较小。它用来存放计

23、算机运行时正在执行的程序和数据，正在执行的程序和数据，CPUCPU 可以直接对主存内的单元进行读写操作。可以直接对主存内的单元进行读写操作。辅助存储器：。简称为外存，位于系统主机的外部，辅助存储器速度慢、容量大。它通常它用辅助存储器：。简称为外存，位于系统主机的外部，辅助存储器速度慢、容量大。它通常它用来存放需要长期保留的或是暂时不用的程序和数据信息，但需要处理这些信息时，来存放需要长期保留的或是暂时不用的程序和数据信息，但需要处理这些信息时，CPUCPU 要将它调入要将它调入内存后，才能使用。内存后，才能使用。高速缓冲存储器：高速缓冲存储器（高速缓冲存储器：高速缓冲存储器（CacheCach

24、e）是为了解决）是为了解决 CPUCPU 和主存之间速度不匹配而采用和主存之间速度不匹配而采用的一项技术。高速缓冲存储器，是一个相对于主存来说容量很小、速度特快、用静态存储器器件实的一项技术。高速缓冲存储器，是一个相对于主存来说容量很小、速度特快、用静态存储器器件实现的存储器系统。现的存储器系统。它的作用在于缓解主存速度慢、它的作用在于缓解主存速度慢、跟不上跟不上 CPUCPU 读写速度要求的矛盾。读写速度要求的矛盾。它的实现原理，它的实现原理，是把是把 CPUCPU 最近最可能用到的少量信息（数据或指令）从主存复制到最近最可能用到的少量信息（数据或指令）从主存复制到CacheCache 中，

25、当中，当 CPUCPU 下次再用下次再用这些信息时，它就不必访问慢速的主存，而直接从快速的这些信息时，它就不必访问慢速的主存，而直接从快速的CACHECACHE 中得到，从而提高了得到这些信中得到，从而提高了得到这些信息的速度，使息的速度，使 CPUCPU 有更高的运行效率。有更高的运行效率。2 2什么是随机存取方式？哪些存储器采用随机存取方式？什么是随机存取方式？哪些存储器采用随机存取方式？答：答：RAM,RAM,即随机存储器，可以看作是由许多基本的存储单元组合起来构成的大规模集成电路。即随机存储器，可以看作是由许多基本的存储单元组合起来构成的大规模集成电路。按工作原理的不同，随机存储器存取

26、方式可分为：按工作原理的不同，随机存储器存取方式可分为：静态随机存储器静态随机存储器（SRAMSRAM）和动态随机存储器和动态随机存储器（DRAMDRAM）两种类型。）两种类型。3 3什么是虚拟存储器？它能解决什么问题？为什么？什么是虚拟存储器？它能解决什么问题？为什么？答：虚拟存储器属于主存外存层次，由存储器管理硬件和操作系统中存储器管理软件支持，答：虚拟存储器属于主存外存层次，由存储器管理硬件和操作系统中存储器管理软件支持，借助于硬磁盘等辅助存储器，并以透明方式提供给用户的计算机系统具有辅存的容量，接近主存的借助于硬磁盘等辅助存储器，并以透明方式提供给用户的计算机系统具有辅存的容量，接近主

27、存的速度，单位容量的成本和辅存差不多的存储器。主要用来缓解内存不足的问题，当内存占用完时，速度，单位容量的成本和辅存差不多的存储器。主要用来缓解内存不足的问题，当内存占用完时，计算机系统就会自动调用一部分硬盘空间来补充内存。计算机系统就会自动调用一部分硬盘空间来补充内存。4 4什么是串行接口和并行接口？简述它们的数据传输方式和适用场合。什么是串行接口和并行接口？简述它们的数据传输方式和适用场合。答：串行接口只需要一对信号线来传输数据，主要用于传输速度不高、传输距离较长的场合。答：串行接口只需要一对信号线来传输数据，主要用于传输速度不高、传输距离较长的场合。并行接口传输按字或字节处理数据，传输距

28、离短、传输速率较高，实用于传输速度较高的设备，如并行接口传输按字或字节处理数据，传输距离短、传输速率较高，实用于传输速度较高的设备，如打印机等。打印机等。5 5CPUCPU 在每次执行中断服务程序前后应做哪些工作？在每次执行中断服务程序前后应做哪些工作？答：答：CPUCPU 在响应中断应满足下列条件：（中断条件）在响应中断应满足下列条件：（中断条件）CPUCPU 处于开中断状态；处于开中断状态；CPUCPU 已经结束一条指令的执行；已经结束一条指令的执行；新任务的优先级高于新任务的优先级高于 CPUCPU 正在处理的任务。正在处理的任务。CPUCPU 在每次执行中断服务程序前通常需要经过如下步

29、骤：（中断处理）在每次执行中断服务程序前通常需要经过如下步骤：（中断处理）关中断。关中断。保存断点和被停下来的程序的现场信息。保存断点和被停下来的程序的现场信息。判别中断源；，转中断服务程序的入口地址。判别中断源；，转中断服务程序的入口地址。执行开中断指令，以便可以进入响应更高级别中断请求的运行状态。执行开中断指令，以便可以进入响应更高级别中断请求的运行状态。.-可修编.-若有更高级别中断请求来到，则可以进入新的中断响应过程，否则执行中断服务程序。若有更高级别中断请求来到，则可以进入新的中断响应过程，否则执行中断服务程序。CPUCPU 在每次执行中断服务程序后通常需要经过如下步骤：（中断返回）

30、在每次执行中断服务程序后通常需要经过如下步骤：（中断返回）执行完中断服务程序后，执行关中断，准备返回主程序。执行完中断服务程序后，执行关中断，准备返回主程序。恢复现场信息，恢复断点。恢复现场信息，恢复断点。执行开中断。执行开中断。开中断之后，若有更高级别中断请求来到，则可以进入新的中断响应过程，否则，返回断点开中断之后，若有更高级别中断请求来到，则可以进入新的中断响应过程，否则，返回断点进入主程序的执行过程。进入主程序的执行过程。6 6总线的信息传输有哪几种方式？具体说明几种方式的特点。总线的信息传输有哪几种方式？具体说明几种方式的特点。答：总线的传输方式有：串行传送、并行传送、复用传送和数据

31、包传送。答：总线的传输方式有：串行传送、并行传送、复用传送和数据包传送。串行传送方式：是串行传送方式：是 n n 位字长的数据通过一条通信信号线一位一位地传送。位字长的数据通过一条通信信号线一位一位地传送。并行传送方式：是字长并行传送方式：是字长 n n 位的数据由位的数据由 n n 条信号线同时传送，数据传输速度快。条信号线同时传送，数据传输速度快。复用传送方式：是将数据分时分组传送的方式，它由同步信号控制，在一组通信线上采用分时复用传送方式：是将数据分时分组传送的方式，它由同步信号控制，在一组通信线上采用分时的办法，轮流地并行传送不同组的信号。的办法，轮流地并行传送不同组的信号。数据包传送方式：是将被传送的信息组成一个固定的数据结构，通常包含数据、地址和时钟等数据包传送方式：是将被传送的信息组成一个固定的数据结构，通常包含数据、地址和时钟等信息，这样可减少通信中同步操作的时间。信息，这样可减少通信中同步操作的时间。.-可修编.