计算机组成原理-第一章-计算机系统概论
计算机组成原理期末重点章节知识点
计算机组成原理第一章计算机系统概论（清楚一个概念）计算机的性能指标：吞吐量：表征一台计算机在某个时间间隔内能够处理的信息量。
响应时间：表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度量，用时间单位来度量。
利用率：在给定的时间间隔内系统被实际使用的时间所占的比率，用百分比表示。
处理机字长：指处理机运算器中一次能够完成二进制数运算的位数。
总线宽度：一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内部总线二进制位数。
存储器容量：存储器中所有存储单元的总数目，通常KB,MB,GB,TB来表示。
存储器带宽：单位时间内存储器读出的二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。
主频/时钟周期：CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率叫CPU的主频。
度量单位MHZ（兆赫兹）、GHZ（吉赫兹）主频的倒数称为CPU时钟周期（T),T=1/f，度量单位us，nsCPU执行时间：表示CPU执行一般程序所占的CPU时间，公式：CPU执行时间=CPU时钟周期数xCPU时钟周期CPI：表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时钟周期数。
公式：CPI=执行某段程序所需的CPU时钟周期数/程序包含的指令条数MIPS：表示平均每秒执行多少百万条定点指令数，公式：MIPS=指令数/（程序执行时间x10^6）第二章运算方法和运算器原码定义：（1）整数（范围（-（2^n-1）~ 2^n-1)（2）小数(范围-（2^-n-1 ~ 1-2^-n)反码定义：（3）整数（范围（-（2^n-1）~ 2^n-1)（4）小数(范围-（2^-n-1 ~ 1-2^-n)补码定义：（5）整数（范围（-（2^n ）~ 2^n-1)（6）小数(范围（-1 ~ 1-2^-n)移码表示法（用于大小比较与对阶操作）IEEE754标准格式：符号位（1位）+ 阶码（移码）+ 尾数正溢：两个正数相加，结果大于机器字长所能表示的最大正数负溢：两个负数相加，结果小于机器字长所能表示的最小负数检测方法：1、双符号位法2、单符号位法不带符号阵列乘法器：同行间并行不同行间串行浮点加减运算操作过程大体分四步：1、0操作数检查2、比较阶码大小完成对阶3、尾数进行加减运算4、结果规格化所进行舍入处理流水线原理:时间并行性线性流水线的加速比：C k=T L/T K =nk/k+（n-1）第三章存储系统程序局部性原理：在某一段时间内频繁访问某一局部的存储器地址空间，而对此范围以外的地址空间则很少访问的现象。
计算机组成原理(附答案)
计算机组成原理总结精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版第一章计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。
计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
5. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？解：冯•诺依曼计算机的特点是：P8●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；●指令和数据均用二进制表示；●指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；●机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。
7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。
存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。
机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长：一条指令的二进制代码位数。
计算机组成原理
2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明，一般包括以下几个部分 1）机械性能规范：模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2）功能规范：信号线的序号、名称及功能等。 3）电气特性的规范：信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度：主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率（吞吐量） 2、标准传输率（总线带宽） 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如：某总线工作频率为8.33MHZ，总线宽度为16位，则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议（握手机制） 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式：如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路，即分时使用同 一组总线，称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数：总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标：如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式：
早期：分散连接 以运算器为核心，内部连线复杂，尤其是当I/O 与存储器交换信息时，都需要经过运算器，严重影 响CPU的工作效率。
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
上海大学《计算机组成原理》笔记概要总结
计算机组成原理第一章—计算机系统概论1.1计算机系统的简介1. 计算机系统由硬件与软件两大部分组成2. 将高级程序语言翻译成机器语言的程序称为翻译程序，翻译程序有两种，一种是编译程序，一种是解释程序，编译与解释的区别在于，编译程序是将高级语言程序一次性翻译为机器语言程序，而解释程序是翻译一句，执行一句。
3. 高级语言经过编译程序翻译为汇编语言，汇编语言经汇编程序，翻译为机器语言程序1.2计算机的基本组成1.1945年冯诺依曼提出了"存储程序"的概念，冯诺依曼机特点：1. 计算机由存储器，运算器，控制器，输入设备与输出设备组成2. 指令与数据以同等地位存放在存储器内，按地址寻访3. 指令与数据均按二进制数表示4. 指令由操作码与地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置5. 指令在存储器内按顺序存放6. 计算机以运算器为中心，输入设备与输出设备的数据传送通过运算器来完成2.冯诺依曼机是由运算器为中心的，现代计算机是以存储器为中心的3.计算机的工作过程（必考）涉及的元器件：MAR(地址寄存器)，MDR(指令寄存器)，ALU(算数逻辑单元)，ACC(累加器)，MQ(乘商寄存器)，PC(程序计数器)，IR(指令寄存器)（掌握执行指令的全过程）4.机器字长：机器字长是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关5.存储容量：存储容量存储单元个数存储字长6.运算速度(可能出计算)：Vm = 1 / Tm 单位MIPS(百万指令每秒)CPI （执行每条指令所需要的时钟周期）= 1 / IPC(CPU每一周期执行指令的条数，一旦CPU设计完成，IPC的值不会变)第三章—系统总线3.1总线的基本概念总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的介质（总线的每条传输线可以传输1位二进制代码）3.2总线的分类总线按照数据传送方式可分为两类：1. 并行传输总线2. 串行传输总线按连接部件的不同可以分为三类（掌握加粗部分）：1. 片内总线(指芯片内部的总线)2. 系统总线3. 通信总线3.2.1片内总线概念：片内总线是指芯片内部的总线3.2.2系统总线系统总线是指CPU,I/O设备，主存各大部件的信息传输线按照系统总线的传输信息不同，可分为三类：1. 数据总线2. 地址总线3. 控制总线1.数据总线：双向传输总线，与机器字长与存储字长有关2.地址总线：单向传输总线，由CPU发出，主存的地址线位数与存储单元的个数有关3.控制总线：从单个来说传输是单向的，从总体来说传输的双向的3.2.3通信总线（了解即可）这类总线用于计算机系统之间或计算机系统与其他操作系统之间的通信3.3总线特征与性能指标3.3.2总线性能指标1.总线宽度：总线宽度可以数据总线的宽度，用位来表示，例如8位，16位，32位2.总线带宽（要求会计算，且掌握提高总线速率的方式）：总线带宽可以理解为总线的传输速率，即单位时间上的传输数据的位数，通常用每秒传输的字节数来衡量，单位Mbps(兆字节每秒)例子：总线的频率为33Hz，总线宽度为32位，求总线带宽？33*（32/8）=132MBps3.总线复用：一条信号线上传输两种线号，例如，一条总线上即可传输地址信号，又可传输数据信号，此称之为总线复用3.3.3总线标准（掌握PCI,USB）1.PCI总线：为了提升总线性能，由Intel首先提出，PCI中文名称为外围部件互连，其最出名的特性为即插即用，即任何扩展卡插入系统便可直接工作，现在已推出了PCI-ExpressB总线：通用串行总线，真正的即插即用，这里的串行指的是串行通信，即使用一条数据线，将数据1位1位的进行传输，不可同时传输2位数据3.5总线控制1.为何使用总线控制？由于总线上连接着多个部件，什么时候由哪个部件发送信息，如何给信息传送定时，如何防止信息丢失，如何避免多个部件同时发送，如何规定接受信息的部件等一系列问题，都需要由总线控制器统一管理。
1-3-4-5计算机组成原理课后习题答案
第一章计算机系统概论习题答案1、答：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸的着的各种电子元器件，各类光电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件时看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序集合。
软件和硬件都很重要。
2、答：从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的不同级组成，每一个上都能进行程序设计。
由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释作业控制语句；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言，由各种高级语言编译程序支持和执行，还可以有第六级应用语言机器级，采用各种面向问题的应用语言。
3、答：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令，高级语言是面向用户的语言，它是一种接近于数学的语言，直观，通用，与具体机器无关。
4、答：计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O机理等等，大都属于抽象的属性。
5、答：特点是：(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数所在存储器中的位置(5) 指令在存储器内按顺序存放。
通常，指令是顺序执行的，在特定情况下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序(6) 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器的数据传送通过运算器。
计算机组成原理复习要点
第三章 运算方法和运算器件
• 定点加、减运算及其溢出判断方法，其中减法运算是通过补码加法运 算实现的，其中根据[x]补求[-x]补。什么时候将会发生溢出？P6162,三种溢出判断方法。在计算机中，所表示的数会发生溢出，其根本 原因是计算机的字长有限。
• 定点原码乘法采用数值位用绝对值相乘，符号位单独处理；补码乘法 采用Booth算法；定点原码加减交替除法 ：仅当最后一步余数为负时， 做恢复余数的操作
第二组：
4000H~7FFFH
第三组：
8000H~BFFFH
第四章：
C000H~FFFFH
第五章 指令系统
• 指令的格式是指指令用二进制表示的形式，通常由指令码和操作数的 地址码两部分组成，操作数有一地址、二地址和多地址之分；指令码 有定长与不定长之分；指令系统是表征一台计算机性能的重要因素， 它的格式和功能不仅直接影响到机器的硬件结构而且也影响到系统软 件。
复习要点
第一章 计算机系统概论
计算机系统
硬件系统
软件系统
外围设备 主机
系统软件
应用软件
外输输 C 内 存入出 P 存 储设设 U 器备备
寄运 控 高
存算 制 速
器器 器 缓
包
存
含
( )
操 作 系 统
语数
言据
处 理 程
… …
库 管 理
序系
统
数自 据动 处控 理制 程程 序序
企科
业学
管… 计 理… 算
• 流水线的概念，流水CPU是一种非常经济而实用的时 间并行技术，影响流水线性能的因素：访存冲突（即 资源相关）和相关（数据相关、控制相关）问题
第八章 系统总线
• 系统总线的结构有单总线和多总线之分，功能有数据 线、地址线和控制线之分，其中地址线（控制线）的 功能：提供主存、I / O接口设备的地址（控制信号、 响应信号）。计算机系统中，根据应用条件和硬件资 源不同，数据传输方式可采用串行微指令的编码。注意PC+1在不同机器中的含义， 如8位字长、16位指令和16位字长、16位指令
计算机组成原理课后答案(唐朔飞第二版)2
计算机组成原理课后答案（唐朔飞第二版）2第一章计算机系统概论1.什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。
5.冯诺依曼计算机的特点是什么？解：冯诺依曼计算机的特点是：P8计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；机器以运算器为中心（原始冯诺依曼机）。
7.解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。
存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。
存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。
机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长：一条指令的二进制代码位数。
8.解释下列英文缩写的中文含义：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、某、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。
计算机组成原理·第六版(课后习题)第一章
计算机组成原理·第六版（课后习题）第⼀章第⼀章计算机系统概论1. ⽐较电⼦数字计算机和电⼦模拟计算机的特点电⼦数字计算机中处理的信息是在时间上离散的数字量，运算过程是不连续的；电⼦模拟计算机中处理的信息是连续的变化的物理量，运算过程是连续的。
2. 数字计算机如何分类？分类的依据是什么？分为专⽤计算机和通⽤计算机分类依据是计算机性能、速度、价格、运⾏的经济性3. 数字计算机有哪些应⽤ ？科学计算、⼈⼯智能、家⽤电器、测量等4. 冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些组成部分？主要设计思想：1）采⽤存储程序的⽅式编织好的程序和数据都存放在同⼀存储器中，2）计算机可以在⽆⼈⼲预的请扩下⾃动完成逐条指令的取出和执⾏指令的任务3）指令和数据均以⼆进制码的形式存储在计算机中组成部分：运算器、存储器、I/O设备、逻辑器、5. 什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据⾃？什么是指令字？存储容量：存储器中所有存储单元的总数单元地址：每个存储单元的编号数据字：某字代表要处理的数据指令字：某字为⼀条指令6. 什么是指令？什么是程序？指令：计算机硬件可以直接执⾏的每⼀个基本的算术运算或逻辑运算的操作程序：解算某⼀问题的⼀串指令寻列7. 指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分他们是指令还是数据？指令：取指周期中从内存读出的信息流数据：执⾏器周期中内存读取的信息流8. 计算机的系统软件包括哪⼏部分？说明他们的⽤途。
半导体存储器称为内存存储容量更⼤的磁盘存储器和光盘存储器称为外存内存和外存共同来保存⼆进制数据运算器和控制器合称中央处理器，简称CPU ⽤来控制计算机以及进⾏算术逻辑运算配适器是外围设备与主机联系的桥梁，相当于转换器，使主机和外围设备并⾏协调⼯作9. 计算计的系统软件包括哪⼏类？说明他们的⽤途包括系统程序和应⽤程序。
系统程序⽤于简化程序设计，提⾼计算机使⽤效率应⽤程序是⽤户利⽤计算机来解决某些问题⽽编制的程序10. 现代计算机系统如何进⾏多级划分？这种分级观点对计算机设计会产⽣什么影响？微程序设计级机器语⾔级操作系统级汇编语⾔级⾼级语⾔级⽤⼀系列的级来组成计算机的借⼝对于掌握计算机是如何组成的提供了良好的结构和体制分级的挂念来设计计算机保证产⽣⼀个良好的系统结构也是很有帮助的11. 为什么软件能够转化为硬件？硬件能转化为软件？实现这种转化的媒介是什么？应为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执⾏可以由软件完成，也可以由硬件完成，实现这种转化的媒介是软件与硬件的逻辑等价性。
计算机组成原理1章习题解答
PC→MAR
Ad(IR)→MAR
MDR→IR
取数
MDR→ACC，存数
ACC→据都存于存储器中，计算机如何区分它们？
解：通常完成一条指令可分为取指阶段和执行阶段。在取指阶段通过访问存储器可将指令
取出；在执行阶段通过访问存储器可将操作数取出。这样，虽然指令和数据都是以
单元
IR
ACC
ALU
控制器
X
I/O
图 1.1 计算机框图
解：指令“ADD M”的真实含义是将地址为 M的存储单元中的加数取出并送至运算器
中，然后和存放在运算器的被加数通过 ALU（算逻部件）相加，结果仍放在运算器中。结合图
1.1，设运算器中 ACC存放被加数， X存放加数，求和结果存放在 ACC中。故完成 “ADD M”
出图 1.1中各寄存器的位数，并指出哪些寄存器之间有信息通路。
解：由主存容量为 64K×32位
得 216＝64 K. 故 MAR为 16位，PC为 16位，MDR为 32位。
因指令字长＝存储字长＝机器字长
则 IR、ACC、MQ、X均为 32位
寄存器之间的信息通路有
1
计算机组成原理第
0、1代码形
式存在存储器中，但
CPU可以判断出在取指阶段访存取出的
0、1代码是指令；在执行阶段访
存取出的
0、1代码是数据。例如，完成
ADD M指令需两次访存：第一次访存是取指阶段，
CPU
根据
PC给出的地址取出指令；第二次访存是执行阶段，
CPU根据存于
IR的指令中
指令的信息流程为：
取指令 PC → MAR → M → MDR → IR
计算机组成原理目录
计算机组成原理目录目录如下：第1篇概论第1章计算机系统概论1.1 计算机系统简介1.1.1 计算机的软硬件概念1.1.2 计算机系统的层次结构1.1.3 计算机组成和计算机体系结构1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点1.2.2 计算机的硬件框图1.2.3 计算机的工作步骤1.3 计算机硬件的主要技术指标1.3.1 机器字长1.3.2 存储容量1.3.3 运算速度1.4 本书结构思考题与习题第2章计算机的发展及应用2.1 计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展2.1.2 微型计算机的出现和发展2.1.3 软件技术的兴起和发展2.2 计算机的应用2.2.1 科学计算和数据处理2.2.2 工业控制和实时控制2.2.3 网络技术的应用2.2.4 虚拟现实2.2.5 办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/CAM/CIMS2.2.7 多媒体技术2.2.8 人工智能2.3 计算机的展望思考题与习题第2篇计算机系统的硬件结构第3章系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.2.1 片内总线3.2.2 系统总线3.2.3 通信总线3.3 总线特性及性能指标3.3.1 总线特性3.3.2 总线性能指标3.3.3 总线标准3.4 总线结构3.4.1 单总线结构3.4.2 多总线结构3.4.3 总线结构举例3.5 总线控制3.5.1 总线判优控制3.5.2 总线通信控制思考题与习题第4章存储器4.1 概述4.1.2 存储器的层次结构4.2 主存储器4.2.1 概述4.2.2 半导体存储芯片简介4.2.3 随机存取存储器4.2.4 只读存储器4.2.5 存储器与CPU的连接4.2.6 存储器的校验4.2.7 提高访存速度的措施4.3 高速缓冲存储器4.3.1 概述4.3.2 Cache—主存地址映射4.3.3 替换策略4.4.1 概述4.4.2 磁记录原理和记录方式4.4.3 硬磁盘存储器4.4.4 软磁盘存储器4.4.5 磁带存储器4.4.6 循环冗余校验码4.4.7 光盘存储器思考题与习题附录4A 相联存储器第5章输入输出系统5.1 概述5.1.1 输入输出系统的发展概况5.1.2 输入输出系统的组成5.1.3 I/O设备与主机的联系方式5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式5.2 I/O设备5.2.1 概述5.2.2 输入设备5.2.3 输出设备5.2.4 其他I/O设备5.2.5 多媒体技术5.3 I/O接口5.3.1 概述5.3.2 接口的功能和组成5.3.3 接口类型5.4 程序查询方式5.4.1 程序查询流程5.4.2 程序查询方式的接口电路5.5 程序中断方式5.5.1 中断的概念5.5.2 I/O中断的产生5.5.3 程序中断方式的接口电路5.5.4 I/O中断处理过程5.5.5 中断服务程序的流程5.6 DMA方式5.6.1 DMA方式的特点5.6.2 DMA接口的功能和组成5.6.3 DMA的工作过程5.6.4 DMA接口的类型思考题与习题附录5A ASCⅡ码附录5B BCD码附录5C 奇偶校检码第3篇中央处理器第6章计算机的运算方法6.1 无符号数和有符号数6.1.1 无符号数6.1.2 有符号数6.2 数的定点表示和浮点表示6.2.1 定点表示6.2.2 浮点表示6.2.3 定点数和浮点数的比较6.2.4 举例6.2.5 IEEE754标准6.3 定点运算6.3.1 移位运算6.3.2 加法与减法运算6.3.3 乘法运算6.3.4 除法运算6.4 浮点四则运算6.4.1 浮点加减运算6.4.2 浮点乘除法运算6.4.3 浮点运算所需的硬件配置6.5 算术逻辑单元6.5.1 ALU电路6.5.2 快速进位链思考题与习题附录6A 各种进位制6A.1 各种进位制的对应关系6A.2 各种进位制的转换附录6B 阵列乘法器和阵列除法器附录6C 74181逻辑电路第7章指令系统7.1 机器指令7.1.1 指令的一般格式7.1.2 指令字长7.2 操作数类型和操作类型7.2.1 操作数类型7.2.2 数据在存储器中的存放方式7.2.3 操作类型7.3 寻址方式7.3.1 指令寻址7.3.2 数据寻址7.4 指令格式举例7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素7.4.2 指令格式举例7.4.3 指令格式设计举例7.5 RISC技术7.5.1 RISC的产生和发展7.5.2 RISC的主要特征7.5.3 RISC和CISC的比较思考题与习题第8章 CPU的结构和功能8.1 CPU的结构8.1.1 CPU的功能8.1.2 CPU结构框图8.1.3 CPU的寄存器8.1.4 控制单元和中断系统8.2 指令周期8.2.1 指令周期的基本概念8.2.2 指令周期的数据流8.3 指令流水8.3.1 指令流水原理8.3.2 影响流水线性能的因素8.3.3 流水线性能8.3.4 流水线中的多发技术8.3.5 流水线结构8.4 中断系统8.4.1 概述8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找8.4.4 中断响应8.4.5 保护现场和恢复现场8.4.6 中断屏蔽技术思考题与习题第4篇控制单元第9章控制单元的功能9.1 微操作命令的分析9.1.1 取指周期9.1.2 间址周期9.1.3 执行周期9.1.4 中断周期9.2 控制单元的功能9.2.1 控制单元的外特性9.2.2 控制信号举例9.2.3 多级时序系统9.2.4 控制方式9.2.5 多级时序系统实例分析思考题与习题第10章控制单元的设计10.1 组合逻辑设计10.1.1 组合逻辑控制单元框图10.1.2 微操作的节拍安排10.1.3 组合逻辑设计步骤10.2 微程序设计10.2.1 微程序设计思想的产生10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理10.2.3 微指令的编码方式10.2.4 微指令序列地址的形成10.2.5 微指令格式10.2.6 静态微程序设计和动态微程序程序设计10.2.7 毫微程序设计10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制10.2.9 微程序设计举例思考题与习题附录10A PC整机介绍10A.1 主板10A.1.1 主板的主要组成部件10A.1.2 CPU芯片及插座(插槽)10A.1.3 内存条插槽10A.1.4 扩展插10A.1.5 配套芯片和器件10A.1.6 主板结构的改进10A.2 芯片组10A.2.1 芯片组的功能10A.2.2 芯片组的组成《计算机组成原理》是2008年1月1日高等教育出版社出版的图书，作者是唐朔飞。
计算机组成原理课后习题参考答案
计算机组成原理答案第一章计算机系统概论1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。
解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的；数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。
两者主要区别见P1 表1.1。
2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。
通用计算机又分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机六类。
分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器价格等因素。
4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？解：冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。
存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。
主要组成部分有：（控制器、运算器）（CPU的两部分组成）、存储器、输入设备、输出设备（I/O设备）。
5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。
单元地址：简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地址。
数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。
指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。
6．什么是指令？什么是程序？解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。
程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。
7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的信息即为数据信息。
计算机组成原理课后答案
计算机组成原理课后答案《计算机组成原理》课后习题参考答案第一章计算机系统概论1．比较数字计算机和模拟计算机的特点。
答：模拟计算机的特点是数值用连续量表示，运算过程也是连续的。
数字计算机的主要特点是逐位运算和间断跳跃计算。
模拟计算机用电压表示数据，采用电压组合和测量值的计算方法，车载接线的控制方法，而数字计算机用数字0和1表示数据，采用数字计数的计算方法和程序控制的控制方法。
与模拟计算机相比，数字计算机具有精度高、数据存储量大、逻辑判断能力强等优点。
2.数字计算机是如何分类的？分类的依据是什么？答：数字计算机可分为专用计算机和通用计算机，是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。
3．数字计算机有哪些主要应用？答：数字计算机的主要应用是：科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器和人工智能。
4．冯.诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它由哪些主要组成部分？答：诺依曼计算机的主要设计思想是存储程序并按地址顺序执行。
它由运算单元、控制器、存储器、接口和I/O设备组成。
5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字，什么是地址字？答：存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
如果某字为一条指令，称为指令字。
6.什么是指令？什么是程序？答：每个基本操作都称为指令，解决问题的一系列指令称为程序。
7.指令和数据存储在内存中。
计算机如何将它们与指令或数据区分开来？答：计算机可以从时间和空间两方面来区分指令和数据，在时间上，取指周期从内存中取出的是指令，而执行周期从内存取出或往内存中写入的是数据，在空间上，从内存中取出指令送控制器，而执行周期从内存从取的数据送运算器、往内存写入的数据也是来自于运算器。
8.什么是记忆？什么是外部存储？什么是CPU？什么是适配器？简要描述其功能。
答：存储器是指计算机中的半导体存储器，包括ROM和ram。
计算机组成原理
主频: CPU的主时钟频率 f。MHz ，GHz 时钟周期: CPU的主时钟频率的倒数T=1/f，μS, nS
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冯*诺依曼计算机原理
存储器：
* 数据存入存储器的过程也称“写入”。当存储器写入新数据后，其中的旧数 据丢失，不复存在。也称“冲掉”/“覆盖”旧数据。 * 数据从存储器取出的过程也称“读出”。读出并不破坏存取器中的数据。 因 此可以从同一存储单元中反复的读出同一数据。 * 存储器中只能存储2进制数据。存储器中所存入的一个2进制位，称作存储元。 * 存储器按存储单元组织，存储器中有大量的存储单元。为了方便查找，每个 存储单元都被分配一个地址。所以通常，存储器都是按地址查找。 * 一个存储单元中存入一个2进制数据串。不同的存储器，这个数据串的长度 并不一样。 * 一个8位二进制数据串称为一个“字节”。通常一个存储单元至少为一个字 节。有时则为一个“字”。例如对32位计算机，一个“字”的长度为4个字 节。 •不论存储器的存储单元有多大，存储器的容量一般都按字节计算。 •KB = 210=1024； MB = 220=1024*1024； GB = 230=1024*1024*1024； •TB = 240=1024*1024*1024*1024；
2012-6-20
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冯*诺依曼计算机原理
现代数字计算机的重要里程碑：
谁把图灵的抽象计算模型变为现实？ 3。ENIAC （电子数字积分计算机，英文全称：
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理白中英复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类P1通用计算机超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机和专用计算机;计算机的性能指标P5数字计算机的五大部件及各自主要功能P6五大部件：存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备;存储器主要功能：保存原始数据和解题步骤;运算器主要功能：进行算术、逻辑运算;控制器主要功能：从内存中取出解题步骤程序分析,执行操作;输入设备主要功能：把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式;输出设备主要功能：把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式;计算机软件P11系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类P65按存储介质分类：易失性：半导体存储器非易失性：磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类：存取时间与物理地址无关随机访问：随机存储器RAM——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关串行访问：顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类：主存储器：随机存储器RAM——静态RAM、动态RAM只读存储器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROMFlash Memory高速缓冲存储器Cache辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级P66存储器三个主要特性的关系：速度、容量、价格/位多级存储器体系结构：高速缓冲存储器cache、主存储器、外存储器;主存储器的技术指标P67存储容量：存储单元个数M×每单元位数N存取时间：从启动读写操作到操作完成的时间存取周期：两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间 ,时间单位为ns;存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量,位/秒、字节/每秒,是衡量数据传输速率的重要技术指标;SRAM存储器P67基本存储元：用一个锁存器触发器作为存储元;基本的静态存储元阵列P68双译码方式P68读周期、写周期、存取周期P70DRAM存储器P70基本存储元：由一个MOS晶体管和电容器组成的记忆电路;存储原理：所存储的信息1或0由电容器上的电荷量来体现充满电荷：1；没有电荷：0;一个DRAM存储元的写、读、刷新操作P71DRAM的刷新：集中式刷新和分散式刷新P73存储器容量的扩充P73位扩展——增加存储字长P73字扩展——增加存储字的数量P73字、位扩展P74例题P73只读存储器ROM P80掩模ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash 存储器P80-86并行存储器P86双端口存储器：指同一个存储器具有两组相互独立的读写控制线路;多模块交叉存储器：连续地址分布在相邻的不同模块内,同一个模块内的地址都是不连续的;对连续字的成块传送可实现多模块流水式并行存取,大大提高存储器的带宽; cache基本原理P92避免 CPU“空等”现象CPU 和主存DRAM的速度差异程序访问的局部性原理cache由高速的SRAM组成cache的基本原理P93命中、未命中、命中率P93例题P94cache与主存的地址映射P94全相联映像：主存中的任一块可以映象到缓存中的任一块;直接映像：每个缓存块可以和若干个主存块对应；每个主存块只能和一个缓存块对应;组相联映像：某一主存块 j 按模 u 映射到缓存的第i 组中的任一块;替换算法P98先进先出算法FIFO：把一组中最先调入cache的块替换出去,不需要随时记录各个块的使用情况,所以实现容易,开销小;近期最少使用算法LRU：将近期内长久未被访问过的行块换出;每行设置一个计数器,cache每命中一次,命中行计数器清零,其它各行计数器增1;当需要替换时,比较各特定行的计数值,将计数值最大的行换出;最不经常使用LFU：被访问的行计数器增加1,换值小的行,不能反映近期cache的访问情况;随机替换：从特定的行位置中随机地选取一行换出; cache的写操作策略P99写回法、全写法、写一次法P99-100第四章指令系统指令系统P103程序、高级语言、机器语言、指令、指令系统、复杂指令系统计算机CISC、精简指令系统计算机RISCP103指令格式P105操作码：指令操作性质的二进制数代码地址码：指令中的地址码用来指出该指令的源操作数地址一个或两个、结果地址及下一条指令的地址;三地址指令、二地址指令、一地址指令、零地址指令；三种二地址指令SS、RR、RSP106指令字长度、机器字长P107例题P110操作数类型P110地址数据、数值数据、字符数据、逻辑数据寻址方式P112确定本条指令的操作数地址,下一条欲执行指令的指令地址指令寻址顺序寻址——PC+1跳跃寻址——转移类指令数据寻址P112-116立即寻址——形式地址就是操作数直接寻址——有效地址由形式地址直接给出隐含寻址——操作数地址隐含在操作码中间接寻址——有效地址由形式地址间接提供寄存器寻址——有效地址即为寄存器编号寄存器间接寻址——有效地址在寄存器中基址寻址——有效地址=形式地址+基地址变址寻址——有效地址=形式地址+变址寄存器的内容相对寻址——有效地址=PC的内容+形式地址堆栈寻址——栈顶指针段寻址例题P118指令的分类119数据处理、数据存储、数据传送、程序控制RISC技术P121RISC——精简指令系统计算机CISC——复杂指令系统计算机RISC指令系统的特点P121第五章中央处理器CPU的功能P127指令控制、操作控制、时间控制、数据加工CPU的基本组成P127控制器、运算器、cacheCPU中的主要寄存器P128数据缓冲寄存器DR、指令寄存器IR、程序计数器PC、数据地址寄存器AR、通用寄存器、状态字寄存器PSW操作控制器的分类P130时序逻辑型：硬布线控制器存储逻辑型：微程序控制器指令周期P131取出并执行一条指令所需的全部时间;指令周期、机器周期、时钟周期P131一个指令周期含若干个机器周期一个机器周期包含若干个时钟周期取指周期数据流P132执行周期数据流P133—138时序信号的作用和体制P141时序信号的基本体制是电位—脉冲制;数据加在触发器的电位输入端D ,打入数据的控制信号加在触发器的时钟脉冲输入端 CP;电位高低表示数据是1还是0,要求打入数据的控制信号来之前电位信号必须已稳定;节拍电位、节拍脉冲P142控制器的控制方式P144同步控制方式：即固定时序控制方式,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;异步控制方式：不受统一的时钟周期节拍的约束；各操作之间的衔接与各部件之间的信息交换采取应答方式;联合控制方式：同步控制和异步控制相结合的方式,大部分指令在固定的周期内完成,少数难以确定的操作采用异步方式;微程序控制原理P145微程序控制是指运行一个微程序来实现一条机器指令的功能;微程序控制的基本思想：仿照计算机的解题程序,把微操作控制信号编制成通常所说的“微指令”,再把这些微指令按时序先后排列成微程序,将其存放在一个只读存储器里,当计算机执行指令时,一条条地读出这些微指令,从而产生相应的操作控制信号,控制相应的部件执行规定的操作;微程序、微指令、微命令、微操作P145机器指令与微指令的关系P150微命令的编码方法P151直接表示法：微指令的每一位代表一个微命令,不需要译码;编码表示法：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组即一个字段,然后通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码,译码输出作为操作控制信号;混合表示法：把直接表示法与字段编码表示法混合使用,以便能综合考虑微指令字长、灵活性、速度等方面的要求;微指令格式P153水平型微指令：是指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令;垂直型微指令：微指令中设置微操作码字段,采用微操作码编译法,由微操作码规定微指令的功能,称为垂直型微指令;垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构;硬连线控制器P155基本思想：通过逻辑电路直接连线而产生的,又称为组合逻辑控制方式;这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络;三个输入：来自指令操作码译码器的输出；来自执行部件的反馈信息；来自时序产生器的时序信号,包括节拍电位信号M和节拍脉冲信号T;一个输出：微操作控制信号硬布线控制器的基本原理：某一微操作控制信号C用一个逻辑函数来表达;并行处理技术P161并行性的概念：问题中具有可以同时进行运算或操作的特性;时间并行：让多个处理过程在时间上相互错开,轮流使用同一套硬件设备的各个部件,以加快硬件周转而赢得速度,实现方式就是采用流水处理部件;空间并行：以数量取胜;它能真正的体现同时性时间+空间并行：综合应用;Pentium中采用了超标量流水线技术;流水线的分类P163指令流水线：指指令步骤的并行;将指令流的处理过程划分为取指令、译码、取操作数、执行、写回等几个并行处理的过程段;算术流水线：指运算操作步骤的并行;如流水加法器、流水乘法器、流水除法器等;处理机流水线：是指程序步骤的并行;由一串级联的处理机构成流水线的各个过程段,每台处理机负责某一特定的任务;流水线中的主要问题P164资源相关：指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周期内争用一个功能部件所发生的冲突;数据相关：在一个程序中,如果必须等前一条指令执行完毕后,才能执行后一条指令;解决数据相关冲突的办法：为了解决数据相关冲突,流水CPU的运算器中特意设置若干运算结果缓冲寄存器,暂时保留运算结果,以便于后继指令直接使用,称为“向前”或定向传送技术;控制相关：由转移指令引起的;解决控制相关冲突的办法：延迟转移法、转移预测法;例题P165第六章总线系统总线的概念P184总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路;总线的分类P184内部总线——CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线;系统总线——CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线;按系统传输信息的不同,又可分为三类：数据总线,地址总线和控制总线;I/O总线——中、低速I/O设备之间互相连接的总线;总线性能指标P185总线宽度：指数据总线的根数;寻址能力：取决于地址总线的根数;PCI总线的地址总线为32位,寻址能力达4GB;传输率：也称为总线带宽,是衡量总线性能的重要指标;例题P193总线上信息传送方式P190串行传送：使用一条传输线,采用脉冲传送有脉冲为1,无脉冲为0;连续几个无脉冲的处理方法：位时间;并行传送：每一数据位需要一条传输线,一般采用电位传送电位高为1,电位低为0;分时传送：总线复用、共享总线的部件分时使用总线;总线接口P192I/O接口,也叫适配器,和CPU数据的交换一定是并行的方式,和外设数据的交换可以是并行的,也可以是串行的;总线的仲裁P193集中式仲裁：有统一的总线仲裁器;链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式P193—195分布式仲裁：不需要中央仲裁器,每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁器和仲裁号;P195总线的定时P196同步定时：事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号来确定;异步定时：后一事件出现在总线上的时刻取决于前一事件的出现,即建立在应答式或互锁机制基础上;PCI总线P200PCI：外围设备互连,PCI总线：连接各种高速的PCI设备;PCI是一个与处理器无关的高速外围总线,又是至关重要的层间总线;它采用同步时序协议和集中式仲裁策略,并具有自动配置能力;PCI总线支持无限的猝发式传送;即插即用;第七章外围设备外围设备的定义和分类P209除了CPU和主存外,计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待;外围设备可分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备和过程控制设备几大类;磁记录原理P210计算机的外存储器又称磁表面存储设备;所谓磁表面存储,是用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体来存储信息;磁盘存储器、磁带存储器均属于磁表面存储器;磁性材料上呈现剩磁状态的地方形成了一个磁化元或存储元,是记录一个二进制信息位的最小单位;磁表面存储器的读写原理P211在磁表面存储器中,利用一种称为磁头的装置来形成和判别磁层中的不同磁化状态;通过电-磁变换,利用磁头写线圈中的脉冲电流,可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；通过磁-电变换,利用磁头读出线圈,可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出;磁盘的组成和分类P213硬磁盘是指记录介质为硬质圆形盘片的磁表面存储设备; 它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成;温彻斯特磁盘简称温盘,是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机;它是一种密封组合式的硬磁盘,即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体;磁盘上信息的分布P215记录面、磁道、扇区P215磁道编号P215磁盘地址由记录面号也称磁头号、磁道号和扇区号三部分组成;磁盘存储器的技术指标P216存储密度：存储密度分道密度、位密度和面密度;道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,单位道/英寸;位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数,单位为位/英寸;面密度：位密度和道密度的乘积,单位为位/平方英寸;平均存储时间=寻道时间+等待时间+数据传送时间P216数据传输率P217例题P217磁盘cacheP218磁盘cache是为了弥补慢速磁盘和主存之间速度上的差异;磁盘阵列RAIDP218RAID：独立磁盘冗余阵列廉价冗余磁盘阵列,或简称磁盘阵列;简单的说, RAID 是一种把多块独立的硬盘物理硬盘按不同方式组合起来形成一个硬盘组逻辑硬盘,从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术;组成磁盘阵列的不同方式成为 RAID 级别;RAID 0 提高存储性能的原理是把连续的数据分散到多个磁盘上存取, 这样,系统有数据请求就可以被多个磁盘并行的执行,每个磁盘执行属于它自己的那部分数据请求;这种数据上的并行操作可以充分利用总线的带宽,显着提高磁盘整体存取性能;第八章输入输出系统外围设备的速度分级P236在CPU和外设之间数据传送时加以定时：速度极慢或简单的外设：CPU只需要接受或者发送数据即可;慢速或者中速的设备：可以采用异步定时的方式;高速外设：采用同步定时方式;I/O和主机信息交换方式P237程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问DMA方式、通道方式程序查询方式P239数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制;当需要输入/输出时,CPU暂停执行主程序,转去执行设备输入/输出的服务程序,根据服务程序中的I/O指令进行数据传送;这是一种最简单、最经济的输入/输出方式,只需要很少的硬件;但由于外围设备动作很慢,程序进入查询循环时将浪费CPU时间;中断的概念P242中断是指CPU暂时中止现行程序,转去处理随机发生的紧急事件,处理完后自动返回原程序的功能和技术;程序中断方式的原理P242在程序中断方式中,某一外设的数据准备就绪后,它“主动”向CPU发出请求中断的信号,请求CPU暂时中断目前正在执行的程序而进行数据交换;当CPU响应这个中断时,便暂停运行主程序,并自动转移到该设备的中断服务程序;当中断服务程序结束以后,CPU又回到原来的主程序;中断处理过程中的几个问题P243CPU只有在当前一条指令执行完毕后,即转入公操作时才受理设备的中断请求;保存现场P243中断屏蔽P243中断处理过程P243单级中断和多级中断P245单级中断系统中,所有的中断源都属于同一级,所有中断源触发器排成一行,其优先次序是离CPU近的优先权高; 当响应某一中断请求时,执行该中断源的中断服务程序;在此过程中,不允许其他中断源再打断中断服务程序,既使优先权比它高的中断源也不能再打断;多级中断系统是指计算机系统中有相当多的中断源,根据各中断事件的轻重缓急程度不同而分成若干级别,每一中断级分配给一个优先权;优先权高的中断级可以打断优先权低的中断服务程序,以程序嵌套方式工作;一维多级中断是指每一级中断里只有一个中断源,二维多级中断是指每一级中断里又有多个中断源;DMA的基本概念P253直接内存访问DMA是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式;在这种方式中,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和I/O设备之间进行;DMA方式一般用于高速传送成组数据;DMA方式的优点P253DMA能执行的一些操作P254从外围设备发出DMA请求；CPU响应请求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器从CPU接管总线的控制；由DMA 控制器对内存寻址,即决定数据传送的内存单元地址及数据传送个数的计数,并执行数据传送的操作；发中断,向CPU报告DMA操作的结束;DMA传送方式P254停止CPU访问内存、周期挪用、DMA与CPU交替访内P254 DMA数据传送过程P257传送前预处理；正式传送；传送后处理;P257通道的基本概念P261通道是一个特殊功能的处理器,它有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制,而CPU将“传输控制”的功能下放给通道后只负责“数据处理”功能;这样,通道与CPU 分时使用内存,实现了CPU内部运算与I/O设备的平行工作;通道的功能P253通道具有两种类型的总线：存储总线：承担通道与内存、CPU与内存之间的数据传输任务;通道总线即I/O总线,承担外围设备与通道间的数据传送任务;从逻辑结构上讲,I/O系统一般具有四级连接：CPU与内存通道设备控制器外围设备优先级别：由于大多数I/O设备的读写信号具有实时性,不及时处理会丢失数据；所以通道与CPU同时要求访内时,通道优先权高于CPU;CPU对通道的管理P262CPU是通过执行I/O指令以及处理来自通道的中断,实现对通道的管理;来自通道的中断有两种,一种是数据传送结束中断,另一种是故障中断;通道对I/O模块的管理P262通道通过使用通道指令控制I/O模块进行数据传送操作,并以通道状态字接收I/O模块反映的外围设备的状态;通道的类型P262选择通道、数组多路通道、字节多路通道P263第九章操作系统支持虚拟存储器的概念P282虚拟存储器是借助于磁盘等辅助存储器来扩大主存容量,使之为更大或更多的程序所使用;是一个容量非常大的存储器的逻辑模型,不是任何实际的物理存储器;它指的是主存-外存层次;以透明的方式给用户提供了一个比实际主存空间大得多的程序地址空间;实地址：或物理地址,计算机物理内存的访问地址,由CPU引脚送出,是用于访问主存的地址,对应的存储空间——物理存储空间或主存空间;虚地址：或逻辑地址,在编制程序时独立编址,使用的地址,对应的存储空间——虚存空间或逻辑地址空间;虚地址到实地址的转换过程——程序的再定位;虚存的访问过程P283虚拟存储器的用户程序以虚拟地址编址并存放在辅存中；程序运行时CPU以虚地址访问主存,由辅助硬件找出虚地址和物理地址的对应关系,判断这个虚地址指示的存储单元是否已装入主存：如果在主存,CPU就直接执行已在主存的程序；如果不在,要进行辅存向主存的调度;虚存与cache的异同P283几种虚拟存储器P284段式、页式、段页式页式虚拟存储器P284页、页表：页式虚拟存储系统中,虚地址空间被分成等长大小的页,称为逻辑页；主存空间也被分成同样大小的页,称为物理页;相应地,虚地址分为两个字段：高字段为逻辑页号,低字段为页内地址偏移量；实存地址也分两个字段：高字段为物理页号,低字段为页内地址;通过页表可以把虚地址逻辑地址转换成物理地址;页式虚存地址映射：地址变换时,用逻辑页号作为页表内的偏移地址索引页表,并找到相应物理页号,用物理页号作为实存地址的高字段,再与虚地址的页内偏移量拼接,就构成完整的物理地址;虚页内容若没有调入主存,则计算机启动输入输出系统,把虚地址指示的一页内容从辅存调入主存,再提供CPU访问;转换后援缓冲器P285段式虚拟存储器P286段式虚拟存储器,是以程序的逻辑结构所形成的段如主程序、子程序、过程、表格等作为主存分配单位的虚拟存储器管理方式的存储器;每个段的大小可以不相等;每个程序都有一个段表映象表,用于存放该道程序各程序段从辅存装入主存的状况信息;段表一般驻留在主存中;段式虚存地址映射P287段页式虚拟存储器P287把程序按逻辑单位分段以后,再把每段分成固定大小的页;程序对主存的调入调出是按页面进行的,但它又可以按段实现共享和保护,兼备页式和段式的优点;虚存的替换算法P289虚拟存储器中的替换策略一般采用LRU Least Recent1y Used算法、LFU算法、FIFO算法,或将两种算法结合起来使用;例题P289。
(完整word版)计算机组成原理期末试题及答案
第一章计算机系统概论计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。
早起将运算器和控制器合在一起称为CPU（中央处理器）。
目前的CPU包含了存储器，因此称为中央处理器。
存储程序并按地址顺序执行，这是冯·诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键。
计算机系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由微程序级、一般程序级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。
习题：4冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括那些主要组成部分？主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备5什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号，称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据，称为数据字。
如果某字为一条指令，称为指令字7指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序第二章运算方法和运算器按对阶操作。
直接使用西文标准键盘输入汉字，进行处理，并显示打印汉字，是一项重大成就。
为此要解决汉字的输入编码、汉字内码、子模码等三种不同用途的编码。
1第三章 内部存储器CPU 能直接访问内存（cache 、主存）双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。
cache 是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU 和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术，并且发展为多级cache 体系，指令cache 与数据cache 分设体系。
要求cache 的命中率接近于1适度地兼顾了二者的优点又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想，因而得到了普遍采用。
习题： 1设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少个字节的信息？（2）如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成，需要多少片；（3）需要多少位地址做芯片选择？(1)字节M 4832*220= (2)片84*28*51232*1024==K K (3)1位地址作芯片选择 2 已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M ×8位DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问：（1） 若每个内存条16M ×64位，共需几个内存条？（2）每个内存条共有多少DRAM 芯片？ （3）主存共需多少DRAM 芯片？CPU 如何选择各内存条？(1). 共需模块板数为m ：m=÷2^24=4(块)(2). 每个模块板内有DRAM 芯片数为32 (片)(3) 主存共需DRAM 芯片为：4*32=128 (片)每个模块板有32片DRAM 芯片，容量为16M ×64位，需24根地址线(A23~A0) 完成模块板内存储单元寻址。
计算机组成原理题附答案
计算机组成原理题解指南第一部分：简答题第一章计算机系统概论1．说明计算机系统的层次结构;计算机系统可分为：微程序机器级,一般机器级或称机器语言级,操作系统级,汇编语言级,高级语言级;第四章主存储器1．主存储器的性能指标有哪些含义是什么存储器的性能指标主要是存储容量. 存储时间、存储周期和存储器带宽;在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量;存取时间又称存储访问时间,是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间;存储周期是指连续两次独立的存储器操作如连续两次读操作所需间隔的最小时间;存储器带宽是指存储器在单位时间中的数据传输速率;2．DRAM存储器为什么要刷新DRAM存储器采用何种方式刷新有哪几种常用的刷新方式DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息;由于存储的信息电荷终究是有泄漏的,电荷数又不能像SRAM存储元那样由电源经负载管来补充,时间一长,信息就会丢失;为此必须设法由外界按一定规律给栅极充电,按需要补给栅极电容的信息电荷,此过程叫“刷新”;DRAM采用读出方式进行刷新;因为读出过程中恢复了存储单元的MOS栅极电容电荷,并保持原单元的内容,所以读出过程就是再生过程;常用的刷新方式由三种：集中式、分散式、异步式;3．什么是闪速存储器它有哪些特点闪速存储器是高密度、非易失性的读/写半导体存储器;从原理上看,它属于ROM型存储器,但是它又可随机改写信息；从功能上看,它又相当于RAM,所以传统ROM与RAM的定义和划分已失去意义;因而它是一种全新的存储器技术;闪速存储器的特点：1固有的非易失性,2廉价的高密度,3可直接执行,4固态性能;4．请说明SRAM的组成结构,与SRAM相比,DRAM在电路组成上有什么不同之处SRAM存储器由存储体、读写电路、地址译码电路、控制电路组成,DRAM还需要有动态刷新电路;第五章指令系统1．在寄存器—寄存器型,寄存器—存储器型和存储器—存储器型三类指令中,哪类指令的执行时间最长哪类指令的执行时间最短为什么寄存器-寄存器型执行速度最快,存储器-存储器型执行速度最慢;因为前者操作数在寄存器中,后者操作数在存储器中,而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长;2．一个较完整的指令系统应包括哪几类指令包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、堆栈指令、字符串指令、特权指令等;3．什么叫指令什么叫指令系统指令就是要计算机执行某种操作的命令一台计算机中所有机器指令的集合,称为这台计算机的指令系统;第六章中央处理部件CPU1．指令和数据均存放在内存中,计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据;时间上讲,取指令事件发生在“取指周期”,取数据事件发生在“执行周期”;从空间上讲,从内存读出的指令流流向控制器指令寄存器;从内存读出的数据流流向运算器通用寄存器;2．简述CPU的主要功能;CPU主要有以下四方面的功能：1指令控制程序的顺序控制,称为指令控制;2操作控制 CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号,把各种操作信号送往相应部件,从而控制这些部件按指令的要求进行动作;3时间控制对各种操作实施时间上的控制,称为时间控制;4数据加工对数据进行算术运算和逻辑运算处理,完成数据的加工处理;3．举出CPU中6个主要寄存器的名称及功能;CPU有以下寄存器：1指令寄存器IR：用来保存当前正在执行的一条指令;2程序计数器PC：用来确定下一条指令的地址;3地址寄存器AR：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址;4缓冲寄存器DR：<1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站;<2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别;<3>在单累加器结构的运算器中,缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器;5通用寄存器AC：当运算器的算术逻辑单元ALU执行全部算术和逻辑运算时,为ALU提供一个工作区;6状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容;除此之外,还保存中断和系统工作状态等信息,以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态;4．比较水平微指令与垂直微指令的优缺点;1水平型微指令并行操作能力强、效率高、灵活性强,垂直型微指令则较差; 2水平型微指令执行一条指令的时间短,垂直型微指令执行时间长;3由水平型微指令解释指令的微程序,具有微指令字比较长,但微程序短的特点,而垂直型微指令正好相反;4水平型微指令用户难以掌握,而垂直型微指令与指令比较相似,相对来说比较容易掌握5．什么是指令周期什么是机器周期什么是时钟周期三者之间的关系如何指令周期是完成一条指令所需的时间;包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间;机器周期也称为CPU周期,是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间,通常等于取指时间或访存时间时钟周期是时钟频率的倒数,也可称为节拍脉冲或T周期,是处理操作的最基本单位;一个指令周期由若干个机器周期组成,每个机器周期又由若干个时钟周期组成;6．什么是RISCRISC指令系统的特点是什么RISC是精简指令系统计算机,它有以下特点：1选取使用频率最高的一些简单指令,以及很有用但不复杂的指令;2指令长度固定,指令格式种类少,寻址方式种类少;3只有取数/存数指令访问存储器,其余指令的操作都在寄存器之间进行;4大部分指令在一个机器周期内完成;5CPU中通用寄存器数量相当多;6以硬布线控制为主,不用或少用微指令码控制;7一般用高级语言编程,特别重视编译优化工作,以减少程序执行时间;7．什么是CISCCISC指令系统的特点是什么CISC是复杂指令系统计算机的英文缩写;其特点是：1指令系统复杂庞大,指令数目一般多达2、3百条; 2寻址方式多3指令格式多 4指令字长不固定5可访存指令不加限制 6各种指令使用频率相差很大7各种指令执行时间相差很大 8大多数采用微程序控制器8．什么叫指令什么叫微指令二者有什么关系指令,即指机器指令;每一条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作;控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令,通常把这种控制命令叫做微命令,而一组实现一定操作功能的微命令的组合,构成一条微指令;许多条微指令组成的序列构成了微程序,微程序则完成对指令的解释执行;第七章存储系统1．什么是存储保护通常采用什么方法当多个用户共享主存时,为使系统能正常工作,应防止由于一个用户程序出错而破坏其它用户的程序和系统软件,还要防止一个用户程序不合法的访问不是分给它的主存区域;为此,系统提供存储保护;通常采用的方法是：存储区域保护和访问方式保护;第九章输入输出I/O设备1．何谓CRT的显示分辨率、灰度级分辨率是指显示器所能表示的像素个数;像素越密,分辨率越高,图像越清晰;分辨率取决于显像管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力;同时刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间,用来存储每个像素的信息;灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别,在彩色显示器中则表现为颜色的不同;灰度级越多,图像层次越清楚逼真;2．什么是刷新存储器其存储容量与什么因素有关为了不断提供刷新图像的信号,必须把一帧图像信息存储在刷新存储器,也叫视频存储器;其存储容量由图像灰度级决定;分辨率越高,灰度级越多,刷新存储器容量越大;第十章输入输出I/O系统1．外围设备的I/O控制方式分哪几类各具什么特点外围设备的I/O控制方式分类及特点：1程序查询方式：CPU的操作和外围设备的操作能够同步,而且硬件结构比较简单2程序中断方式：一般适用于随机出现的服务,且一旦提出要求应立即进行,节省了CPU的时间,但硬件结构相对复杂一些;3直接内存访问DMA方式：数据传输速度很高,传输速率仅受内存访问时间的限制;需更多硬件,适用于内存和高速外设之间大批交换数据的场合;4通道方式：可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送,大大提高了CPU的工作效率;5外围处理机方式：通道方式的进一步发展,基本上独立于主机工作,结果更接近一般处理机;2．总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段分五个阶段：请求总线、总线仲裁、寻址目的地址、信息传送、状态返回或错误报告;3．一个计算机系统中的总线,大致分为哪几类一个计算机系统中的总线分为三类：1同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线,称为内部总线;2同一台计算机系统的各部件,如CPU、内存、通道和各类I/O接口间互相连接的总线,称为系统总线;3多台处理机之间互相连接的总线,称为多机系统总线;4．说明总线结构对计算机系统性能的影响;1最大存储容量单总线系统中,最大内存容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总线;双总线系统中,存储容量不会受到外围设备数量的影响2指令系统双总线系统,必须有专门的I/O指令系统单总线系统,访问内存和I/O使用相同指令3吞吐量总线数量越多,吞吐能力越大5．中断处理过程包括哪些操作步骤中断处理过程如下：1设备提出中断请求2当一条指令执行结束时CPU响应中断3CPU设置“中断屏蔽”标志,不再响应其它中断请求4保存程序断点PC5硬件识别中断源转移到中断服务子程序入口地址6用软件方法保存CPU现场7为设备服务8恢复CPU现场9“中断屏蔽”标志复位,以便接收其它设备中断请求10返回主程序6．画出中断处理过程的流程图;解：图如下：7．中断接口中有哪些标志触发器功能是什么中断接口中有四个标志触发器：1准备就绪的标志RD：一旦设备做好一次数据的接受或发送,便发出一个设备动作完毕信号,使RD标志置“1”;在中断方式中,该标志用作为中断源触发器,简称中断触发器;2允许中断触发器EI：可以用程序指令来置位;EI为“1”时,某设备可以向CPU发出中断请求；EI为“0”时,不能向CPU发出中断请求,这意味着某中断源的中断请求被禁止;设置EI标志的目的,就是通过软件来控制是否允许某设备发出中断请求;3中断请求触发器IR：它暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号;当IR标志为“1”时,表示设备发出了中断请求;4中断屏蔽触发器IM：是CPU是否受理中断或批准中断的标志;IM标志为“0”时,CPU可以受理外界的中断请求,反之,IM标志为“1”时,CPU不受理外界的中断;还有一个称为工作触发器：BS：设备“忙”的标志,表示设备正在工作; 8．CPU响应中断应具备哪些条件1在CPU内部设置的中断允许触发器必须是开放的;2外设有中断请求时,中断请求触发器必须处于“1”状态,保持中断请求信号;3外设接口中断允许触发器必须为“1”,这样才能把外设中断请求送至CPU;4当上述三个条件具备时,CPU在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断;9．请说明程序查询方式与中断方式各自的特点;程序查询方式,数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制,优点是硬件结构比较简单,缺点是CPU效率低,中断方式是外围设备用来“主动”通知CPU,准备输入输出的一种方法,它节省了CPU时间,但硬件结构相对复杂一些;10．简要描述外设进行DMA操作的过程及DMA方式的主要优点;1外设发出DMA请求2CPU响应请求,DMA控制器从CPU接管总线的控制3由DMA控制器执行数据传送操作4向CPU报告DMA操作结束5主要优点是数据传送速度快第二部分：其他题型一、选择题：1、完整的计算机系统应包括;A、运算器、存储器、控制器B、外部设备和主机C、主机和实用程序D、配套的硬件设备和软件系统2、计算机系统中的存储器系统是指;A、RAM存储器B、ROM存储器C、主存储器D、主存储器和外存储器3、至今为止,计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是;A、节约元件B、运算速度快C、物理器件性能所致D、信息处理方便4、冯·诺依曼机工作方式的基本特点是;A、多指令流单数据流B、按地址访问并顺序执行指令C、堆栈操作D、存储器按内部选择地址5、某寄存器中的值有时是地址,因此只有计算机的才能识别它;A、译码器B、判断程序C、指令D、时序信号6、50年代,为了发挥的效率,提出了技术,从而发展了操作系统,通过它对进行管理和调度;A、计算机,操作系统,计算机B、计算,并行,算法C、硬设备,多道程序,硬软资源D、硬设备,晶体管,计算机7、计算机硬件能直接执行的只有;A、符号语言B、机器语言C、机器语言和汇编语言D、汇编语言8、在机器数中, 的零的表示形式是唯一的;A、原码B、补码C、反码D、原码和反码9、针对8位二进制数,下列说法中正确的是;C、＋1的移码等于－127的反码D、0的补码等于－1的反码10、计算机系统中采用补码运算的目的是为了;A、与手工运算方式保持一致B、提高运算速度C、简化计算机的设计D、提高运算的精度11、某机字长32位,采用定点小数表示,符号位为1位,尾数为31位,则可表示的最大正小数为,最小负小数为;A、＋231－1B、－1－2－32C、＋1-2－31≈+1D、－1－2－31≈－112、某机字长32位,采用定点整数表示,符号位为1位,尾数为31位,则可表示的最大正整数为,最小负整数为;A、+231-1B、-1-2-32C、+230-1D、-231-113、用n＋1位字长其中1位符号位表示定点整数时,所能表示的数值范围是;A、0≤|N|≤2n+1-1B、0≤|N|≤2n-1C、0≤|N|≤2n-1-114、用n＋1位字长其中1位符号位表示定点小数时,所能表示的数值范围是;A、0≤|N|≤1-2－n+1B、0≤|N|≤1-2-nC、0≤|N|≤1-2-n+115、定点8位字长的字,采用2的的补码形式表示8位二进制整数,可表示的数范围为;A、-127～+127B、-2-127～＋2-127C、2-128～2+127D、-128～+12716、IEEE754标准规定的32位浮点数格式中,符号位为1位,阶码为8位,尾数为23位;则它所能表示的最大规格化正数为;A、＋2－223×2+127B、＋1－223×2+127C、＋2－223×2+255D、2＋127－22317、IEEE754标准规定的64位浮点数格式中,符号位为1位,阶码为11位,尾数为52位;则它所能表示的最小规格负数为;A、－2－252×2-1023B、－2－2－52×2+1023C、－1×2－1024D、－1－252×2＋204718、假定下列字符码中有奇偶校验位,但没有数据错误,采用偶校验的码是;19、若某数x的真值为－,在计算机中该数表示为,则该数所用的编码方法是码;A、原B、补C、反D、移20、长度相同但格式不同的2种浮点数,假设前者阶码长、尾数短,后者阶码短、尾数长,其他规定均相同,则它们可表示的数的范围和精度为;A、两者可表示的数的范围和精度相同B、前者可表示的数的范围大但精度低C、后者可表示的数的范围大且精度高D、前者可表示的数的范围大且精度高21、在浮点数原码运算时,判定结果为规格化数的条件是;A、阶的符号位与尾数的符号位不同B、尾数的符号位与最高数值位相同C、尾数的符号位与最高数值位不同D、尾数的最高数值位为122、若浮点数用补码表示,则判断运算结果是否为规格化数的方法是;A、阶符与数符相同B、阶符与数符相异C、数符与尾数小数点后第1位数字相异D、数符与尾数小数点后第1位数字相同23、运算器虽有许多部件组成,但核心部分是;A、数据总线B、算术逻辑运算单元C、多路开关D、通用寄存器24、在定点二进制运算器中,减法运算一般通过来实现;A、原码运算的二进制减法器B、补码运算的二进制减法器C、补码运算的十进制加法器D、补码运算的二进制加法器25、在定点运算器中,无论采用双符号位还是单符号位,必须有,它一般用来实现;A、译码电路,与非门B、编码电路,或非门C、溢出判断电路,异或门D、移位电路,与或非门26、下列说法中正确的是;A、采用变形补码进行加减法运算可以避免溢出B、只有定点数运算才有可能溢出,浮点数运算不会产生溢出C、只有带符号数的运算才有可能产生溢出D、只有将两个正数相加时才有可能产生溢出27、在定点数运算中产生溢出的原因是;A、运算过程中最高位产生了进位或借位B、参加运算的操作数超出了机器的表示范围C、运算的结果超出了机器的表示范围D、寄存器的位数太少,不得不舍弃最低有效位28、存储器是计算机系统中的记忆设备,它主要用来;A、存放数据B、存放程序C、存放数据和程序D、存放微程序29、存储单元是指;A、存放一个二进制信息位的存储元B、存放一个机器字的所有存储元集合C、存放一个字节的所有存储元集合D、存放两个字节的所有存储元集合30、计算机的存储器采用分级存储体系的主要目的是;A、便于读写数据B、减小机箱的体积C、便于系统升级D、解决存储容量、价格和存取速度之间的矛盾31、存储周期是指;A、存储器的读出时间B、存储器的写入时间C、存储器进行连续读和写操作所允许的最短时间间隔D、存储器进行连续写操作所允许的最短时间间隔32、和外存储器相比,内存储器的特点是;A、容量大,速度快,成本低B、容量大,速度慢,成本高C、容量小,速度快,成本高D、容量小,速度快,成本低33、某计算机字长16位,它的存储容量64KB,若按字编址,那么它的寻址范围是;A、0～64KB、0～32KC、0～64KBD、0～32KB34、某SRAM芯片,其存储容量为64K×16位,该芯片的地址线和数据线数目为;A、64,16B、16,64C、64,8D、16,1635、某DRAM芯片,其存储容量为512K×8位,该芯片的地址线和数据线数目为;A、8,512B、512,8C、18,8D、19,836、某机字长32位,存储容量1MB,若按字编址,它的寻址范围是;A、0～1MB、0～512KBC、0～256KD、0～256KB37、某计算机字长32位,其存储容量为4MB,若按字编址,它的寻址范围是;A、0～1MB、0～4MBC、0～4MD、0～1MB38、某计算机字长32位,其存储容量为4MB,若按半字编址,它的寻址范围是;A、0～4MBB、0～2MBC、0～2MD、0～1MB39、某计算机字长为为32位,其存储容量为16MB,若按双字编址,它的寻址范围是;A、0～16MBB、0～8MC、0～8MBD、0～16MB40、某SRAM芯片,其容量为512×8位,加上电源端和接地端,该芯片引出线的最小数目应为;A、23B、25C、50D、1941、相联存储器是按进行寻址的存储器;A、地址指定方式B、堆栈存取方式C、内容指定方式D、地址指定与堆栈存取方式结合42、主存储器和CPU之间增加cache的目的是;A、解决CPU和主存之间的速度匹配问题B、扩大主存储器的容量C、扩大CPU中通用寄存器的数量D、既扩大主存容量又扩大CPU通用寄存器数量43、采用虚拟存储器的主要目的是;A、提高主存储器的存取速度B、扩大主存储器的存储空间,并能进行自动管理和调度C、提高外存储器的存取速度D、扩大外存储器的存储空间44、在虚拟存储器中,当程序在执行时, 完成地址映射;A、程序员B、编译器C、装入程序D、操作系统45、下列说法中不正确的是;A、每个程序的虚地址空间可以大于实地址空间,也可以小于实地址空间B、多级存储体系由cache、主存和虚拟存储器构成C、cache和虚拟存储器这两种存储器管理策略都利用了程序的局部性原理D、当cache未命中时,CPU可以直接访问主存,而外存与CPU之间则没有直接通路46、虚拟段页式存储管理方案的特点为;A、空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、不能动态连接B、空间浪费小、存储共享容易、存储保护不易、不能动态连接C、空间浪费大、存储共享不易、存储保护容易、能动态连接D、空间浪费小、存储共享容易、存储保护容易、能动态连接47、在cache的地址映射中,若主存中的任意一块均可映射到cache内的任意一块的位置上,则这种方法称为;A、全相联映射B、直接映射C、组相联映射D、混合映射48、指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是;A、实现存储程序和程序控制B、缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程灵活性C、可以直接访问外存D、提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度49、单地址指令中为了完成两个数的算术运算,除地址码指明的一个操作数外,另一数常需采用;A、堆栈寻址方式B、立即寻址方式C、隐含寻址方式D、间接寻址方式50、对某个寄存器中操作数的寻址方式称为寻址;A、直接B、间接C、寄存器D、寄存器间接51、寄存器间接寻址方式中,操作数处在;A、通用寄存器B、主存单元C、程序计数器D、堆栈52、变址寻址方式中,操作数的有效地址等于;A、基值寄存器内容加上形式地址位移量B、堆栈指示器内容加上形式地址C、变址寄存器内容加上形式地址D、程序计数器内容加上形式地址53、堆栈寻址方式中,设A为累加器,SP为堆栈指示器,Msp为SP指示的栈顶单元,如果进栈操作的动作是：A→Msp,SP－1→SP,那么出栈操作的动作应为;A、Msp→A,SP+1→SPB、SP+1→SP,Msp→AC、SP－1→SP,Msp→AD、Msp→A,SP－1→SP54、程序控制类指令的功能是;A、进行算术运算和逻辑运算B、进行主存与CPU之间的数据传送C、进行CPU和I/O设备之间的数据传送D、改变程序执行的顺序55、运算型指令的寻址与转移性指令的寻址不同点在于;A、前者取操作数,后者决定程序转移地址B、后者取操作数,前者决定程序转移地址C、前者是短指令,后者是长指令D、前者是长指令,后者是短指令56、指令的寻址方式有顺序和跳跃两种方式;采用跳跃寻址方式,可以实现;A、堆栈寻址B、程序的条件转移C、程序的无条件转移D、程序的条件转移或无条件转移57、下列几项中,不符合RISC指令系统的特点是;A、指令长度固定,指令种类少B、寻址方式种类尽量减少,指令功能尽可能强C、增加寄存器的数目,以尽量减少访存次数D、选取使用频率最高的一些简单指令,以及很有用但不复杂的指令58、中央处理器是指;A、运算器B、控制器C、运算器和控制器D、运算器,控制器和主存储器59、在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是;A、主存地址寄存器B、程序计数器C、指令寄存器D、状态条件寄存器60、操作控制器的功能是;A、产生时序信号B、从主存取出一条指令C、完成指令操作码译码D、从主存取出指令,完成指令操作码,产生有关的操作控制信号61、指令周期是指;A、CPU从主存取出一条指令的时间B、CPU执行一条指令的时间C、CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间D、时钟周期时间62、同步控制是;A、只适用于CPU控制的方式B、只适用于外围设备控制的方式C、由统一时序信号控制的方式D、所有指令执行时间都相同的方式63、请在以下叙述中选出两个正确描述的句子;A、同一个CPU周期中,可以并行执行的微操作叫相容性操作B、同一个CPU周期中,不可以并行执行的微操作叫相容性微操作C、同一个CPU周期中,可以并行执行的微操作叫相斥性微操作D、同一个CPU周期中,不可以并行执行的微操作叫相斥性微操作64、微程序控制器中,机器指令与微指令的关系是;A、每一条机器指令由一个微指令来执行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、一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行D、一条微指令由若干条机器指令组成65、为了确定下一条微指令的地址,通常采用断定方式,其基本思想是;A、用程序计数器PC来产生后继续微指令地址B、用微程序计数器 PC来产生后继微指令地址C、通过微指令控制字段由设计者指定或者由设计者指定的差别字段控制产生后继微指令地址D、通过指令中指定一个专门字段来控制产生后继微指令地址66、下面描述的RISC机器基本概念中正确的句子是;A、RISC机器不一定是流水CPUB、RISC机器一定是流水CPUC、RISC机器有复杂的指令系统D、CPU配备很少的通用寄存器67、描述流水CPU基本概念中正确的句子是;。
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1.2计算机发展简史
1.2.4 计算机的性能指标
主频的倒数称为时钟周期（T），即T=1/f，度量单位是微秒、纳秒
1指令周期=n机器周期=nm时钟周期(顺序 环形脉冲发生器) CPU执行时间 表示CPU执行一段程序所占用的CPU时间，可用下
式计算： CPU执行时间 ＝ CPU时钟周期数 × CPU时钟周期长
存储器带宽 存储器的速度指标，单位时间内从存储器读出的 二进制数信息量，一般用字节数/秒表示。
主频/时钟周期 CPU的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断
产生固定频率的时钟，主时钟的频率（f）叫CPU的主频。度量单 位是MHz（兆赫兹）、GHz（吉赫兹）。例如Pentium系列机为
60MHz～266MHz，而Pentium 4升至3.6GHz。
乘以a 在运算器中 加b 在运算器中 乘以x 在运算器中 加c 在运算器中
乘以 x 在运算器中
加ax2 在运算器中
加c 在运算器中
计算 ax2 + bx + c 程序清单
指令和数据存于 主存单元的地址
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
指令 操作码 地址码
注释
000001 0000001000 取数x至ACC
处理机字长 指处理机运算器中一次能够完成二进制数运 算的位数。当前处理机的字长有8位、16位、32位、64位。
字长越长，表示计算的精度越高。
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1.2计算机发展简史
1.2.4 计算机的性能指标
总线宽度 一般指CPU中运算器与存储器之间进行互连的内 部总线二进制位数。
存储器容量 存储器中所有存储单元的总数目，通常用KB、 MB、GB、TB来表示 存储器容量越大，记忆的二进制数越多
CPI 表示每条指令周期数，即执行一条指令所需的平均时钟周期数。 用下式计算：
CPI
＝
执行某段程序所C需P的 U时钟周期数 该程序包含的指令条数
MIPS 表示每秒百万条指令数，用下式计算：
指令条数
时钟频率
MIPS
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＝
程序执行时×1间06
＝
CPI ×10 6
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1.2计算机发展简史
1.2.4 计算机的性能指标
容量方面更是高达12.4PB. 天河二号逐步在生命科学、材料科学、大气科学、地球物理、宇宙、
经济学，以及大型基因组组装、基因测序、污染治理等一系列事关国
计民生的大科学、大工程中“大显身手”
1.2 计算机发展简史
1.2.1 计算机的五代变化 1.2.2 半导体存储器的发展 1.2.3 微处理器的发展 1.2.4 计算机的性能指标
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1.1计算机的分类
三、通用计算机分类
通用计算机根据体积、简易性、功率损耗、
性能指标、数据存储容量、指令系统规模和机器 价格等可以分为：
超级计算机
大型机
服务器 PC机
演示
单片机
多核机
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第一台von Neumann系统结构的 计算机
IBM/360 集成电路 计算机小型化
计算机组成原理-第一章-计算 机系统概论
第一章 计算机系统概论
1.1计算机的分类 1.2计算机发展简史 1.3计算机的硬件 1.4计算机的软件 1.5计算机系统的层次结构
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1.1计算机的分类
一、电子计算机从总体上来说分为两大类。
电子模拟计算机。“模拟”就是相似的意思。 模拟计算机的特点是数值由连续量来表示， 运算过程也是连续的。
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指令格式
操作码 地址码 假设8种指令 需要 3位 二进制代码 加法 001 减法 010 乘法 011 除法 100 取数 101 存数 110 打印 111 停机 000
指令和数据在存储器中用二进制 代码存储
1
101
1001
2
011
1100
3
001
1010
4
010
1011
其中1K=210,1M=220,1G=230 ,1T=240, 1P=250
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1.2计算机发展简史
1.2.3 微处理器的发展 1971年Intel公司开发出Intel 4004。这是第一个将CPU的所有元件
都放入同一块芯片内的产品，于是，微处理器诞生了。 微处理器演变中的另一个主要进步是1972年出现的Intel 8008，这
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Intel 公司的典型微处理器产品
8080
8位
1974年
8086
16位
1979年
80286
16位
1982年
80386
32位
11989年
Pentium
64位（准） 1993年
Pentium Pro 64位（准） 1995年
Pentium Ⅱ 64位（准） 1997年
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1.3计算机的硬件
1.3.1 硬件组成要素 通过一个例子我们来了解数字计算机的主
要组成和工作原理。 假设给一个算盘、一张带有横格的纸和一支笔，
要求我们计算y=ax+b-c这样一个题目。 解题步骤和数据记录在横格纸上，请看过程。
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一、手工模仿计算机工作
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(1) tCPU (2) CPI (3) MIPS (4) NC
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1.2计算机发展简史
1.2.4 计算机的性能指标
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1.3计算机的硬件
1.3.1 硬件组成要素 1.3.2 运算器 1.3.3 存储器 1.3.4 控制器 1.3.5 适配器与I/O设备
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Pentium Ⅲ 64位（准） 1999年
Pentium Ⅳ 64位
2000年
2007 年 芯片上可集成 3 亿 5 千万
2012年 芯片上可集成
8亿
6000个晶体管 2.9 万个晶体管
13.4 万个晶体管 27.5 万个晶体管 120.0 万个晶体管 310.0 万个晶体管 550.0 万个晶体管 750.0 万个晶体管 950.0 万个晶体管 4 200.0 万个晶体管 个晶体管 个晶体管
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1.2计算机发展简史
1.2.1 计算机的五代变化
第一代为1946—1957年，电子管计算机：数据处 理
第二代为1958—1964年，晶体管计算机：工业控 制
第三代为1965—1971年，中小规模集成电路计算 机：小型计算机
第四代为1972—1990年，大规模和超大规模集成 电路计算机：微型计算机
000100 0000001001 乘a得ax,存于ACC中
000011 0000001010 加b得ax+b ,存于ACC中
000100 0000001000 乘x得（ax+b)x,存于ACC中
000011 0000001011 加c得ax2 + bx + c,存于ACC
000010 0000001100 将ax2 + bx +c,存于主存单元
5
110
1101
6
111
*****(????????)
7
000
*****(????????)
8
9
a
10
b
11
c
12
x
13
y
编程举例
计算 ax2 + bx + c
= (ax + b)x + c
取x 至运算器中
取x 至运算器中
乘以x 在运算器中 乘以a 运算器中 存ax2 在存储器中 取b 至运算器中
美国Cray公司建造的一台超级电脑,位于橡树岭国家实验室造价一亿 美金,整个系统的内存容量达到300TB，硬盘空间高达10PB
1PB=1024TB 1TB=1024GB 150152个计算核心，最大平均速度1059000GFLOPS
IBM JUGENE-Blue Gene/P(尤金)
德国尤利希超级计算机中心所研制 ,294912个计算核心，最大平均速 度 825500GFLOPS
电子数字计算机，它是在算盘的基础上发展 起来的，是用数目字来表示数量的大小。数 字计算机的主要特点是按位运算，并且不连 续地跳动计算。
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1.1计算机的分类
数字计算机与模拟计算机的主要区别
数字计算机
模拟计算机
数据表示方式 数字0/1
电压
计算方式
数字计数
电压组合和测量值
控制方式
程序控制
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1.3计算机的硬件
三、冯·诺依曼型计算机
存储程序 按地址自动执行 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、
盘上连线
精度
高
低
数据存储量 大
小
逻辑判断能力 强
无
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1.1计算机的分类
二、数字计算机分类 数字计算机根据计算机的效率、速度、价
格、运行的经济性和适应性来划分，可以划分 为两类：
专用计算机：专用机是最有效、最经济和最快速的 计算机，但是它的适应性很差。
通用计算机：通用计算机适应性很大，但是牺牲了 效率、速度和经济性。
1.2计算机发展简史
1.2.4 计算机的性能指标
吞吐量 表征一台计算机在某一时间间隔内能够处理的信 息量，单位是字节/秒（B/S）。
响应时间 表征从输入有效到系统产生响应之间的时间度 量，用时间单位来度量，例如微秒（10-6S）、纳秒（10-9S）。