计算机组成原理(本)

非易失性
Байду номын сангаас
5. 相联存储器是按内容访问的存储器，它属于___存储器 ？
并行
6. 常用的Cache替换算法是什么 ？ 近期最少使用算法
7 . 计算机字长16位，它的存贮容量是64KB，若 按字编址，那么它的寻址范围是多少？
1B=8位， 16位=2B 64KB=2B*32K， 故寻址范围为32K
8 .一个容量为64K×32位的存储器, 其地址线和数据线的总和 是多少根?
3.用16位字长（其中1位符号位）表示定点整数时，所能表 示的数值范围是多少？ [ 0，215 – 1 ] 4.一个定点数由哪两部分组成 ？ 符号位，数值位 5.在IEEE754标准中，浮点数由哪几部分组成 ？ 符号位，指数，尾数
6.已知X为整数，且[X]补 = 10001011，则X的十进 制数值是多少？ [X]原 = 11110101 X= -1110101
1 1.0 1 1 1
0 0 0 1 0 1
最后一步不右移，得P5
存储系统
1.存储器是计算机系统的记忆设备，主要用途是 什么？
存储程序和数据
2.计算机系统中的存储器系统是指什么 ？
cache、主存贮器和外存贮器
3.主存贮器和CPU之间增加cache的目的是多少？
解决CPU和主存之间的速度匹配问题
4. 闪速存储器Flash Memory是一种______存储器 ？
解答
（4）磁盘上的信息分布及磁盘编址
磁头 旋转的盘 移动方向 ① 磁盘记录区的编址 （14英寸6片盘组为例） 扇区号：0～13； 记录面号：0～9； 磁道号：0～202（最外磁道为 0 磁 道） 相同半径的磁道构成一个柱面 磁盘编址： (台号)·记录面号·磁道号·扇区号
磁头架
0道 n道
每个扇区记录定长的数据
8 已知X=-0.10110，Y=-0.00001，求（1）[X]补， [-X]补，[Y]补，[-Y]补，（2）试用它们的变形补 码计算X+Y=？，X-Y=？并指出结果是否溢出。
解答： （1）[X]补=1.01010，[-X]补=0.10110， [Y]补=1.11111，[-Y]补=0.00001 [X+Y]补=11.01010+11.11111=11.01001， X+Y=-0.10111，不溢出 [X-Y]补=11.01010+0.00001=11.01011， X-Y=-0.10101，不溢出
地址线：210* 26 =64K, 所以地址线是16根 数据线是32根, 总共是16+32=48根.
10 已知某16位机主存采用半导体存储器，其地址码为20 位，若使用16K×8位的SRAM芯片组成该机所允许的 最大主存空间，并选用模块板结构形式，问： (1) 若每个模块板为128K×16位，共需几个模块板？ (2) 每个模块板内共有多少SRAM芯片？ (3)主存共需多少RAM芯片？CPU如何选择各模块 板？
初值yn+1=0，P=0 ynyn+1=10，+[-x]补
[x]补=1.0101 [-x]补=0.1011
右移1位，得P1 [y]补=0.1101 ynyn+1=01，+[x]补
右移1位，得P2 ynyn+1=10，+[-x]补 右移1位，得P3
ynyn+1=11，+0
右移1位，得P4 ynyn+1=01，+[x]补
17 16 15 8 7 4 3 0
台号
圆柱面号（磁道号）
盘面（磁头号）
扇区号
此地址格式表示有4台磁盘，每台有16个记录面， 每面有220道（28=256），每道有16个扇区。
8. 磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内直径 22cm,外直径33cm,道密度40道/cm,内层位密度400位/cm,转速 2400转/分，问： (6)如果某文件长度超过了一个磁道的容量，应将它记录在同 一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？
8. 磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内直径 22cm,外直径33cm,道密度40道/cm,内层位密度400位/cm,转速 2400转/分，问：
（4）数据传输速率是多少？
答：
(4) 磁盘数据传输速率DR = rN个字/秒。 N为每条磁道容量，N=27632位。 r为磁盘每秒转速，r=2400÷60=40（转/秒） 所以数据传输速率DR=rN=40×27632=1105280位/秒
10. 已知x=－0.1011，y=0.1101，用补码布斯 乘法求x×y，要求写出机器的运算步骤。 解：[x]补=1.0101 [-x]补=0.1011 计算过程如下： [y]补=0.1101，
部分积 R0
乘数 R1
说明
0 0.0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 + 0 0.1 0 1 1 符号位参加运算 0 0.1 0 1 1 0 0.0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 + 1 1.0 1 0 1 1 1.1 0 1 0 1 1.1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 + 0 0.1 0 1 1 0 0.1 0 0 0 0 0.0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 + 0 0.0 0 0 0 0 0.0 1 0 0 0 0.0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 + 1 1.0 1 0 1
第1级
微程序级（实际机器）
硬联逻辑
第0级 硬操作时序（实际机器） 数字逻辑（实际机器）
运算方法及运算器
1. 8位定点字长的字，采用2的补码表示时，一个字所能表示 的整数范围是多少？ –128 ~ +127 2.下列数中最小的数是多少？ A．（10011001）2 =153 =152 C.（98）16 B.（227）8 D.（152）10 =151 =152
扇区是磁盘存储器可寻址的 最小单位， 读写操作是以扇区为单位一位一位串行 操作。
扇区
图3.51 扇区示意图
② 记录格式
扇标脉冲
扇标脉冲
头空 序标 数据（512个字节）校验字 尾空 头空 序标 数据 磁盘运动方向 磁道 一 个 扇 区 下个扇区 （一个记录块）
图3.52 硬盘数据记录格式
(a) 头空、尾空—为磁盘控制器提供读／写的准备时间。 (b)序标—写入特定代码，作为磁盘控制器的同步定位信号。 (c) 数据—512Ｂ (d) 校验字—循环冗余码，以提高可靠性。
主存和辅存构成。Cache和主存构成了系统的内存，而主 存和辅存依靠辅助软硬件的支持构成了虚拟存储器。
三级存储体系为了提高存储系统的性能价格比而构造的层次 性存储体系，力图使存储系统的性能接近高速存储器，而 价格接近低速存储器。 辅 助 辅助
硬件 硬，软件
CPU
cache
主存
辅存
13. 磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内直径22cm， 外直径33cm，道密度40道/cm，内层位密度400位/cm,转速2400转/分， 问： （1）共有多少个存储面可用？ （2）共有多少柱面？ （3）盘组的总存储容量是多少？ （4）数据传输速率是多少？ （5）如采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位 是什么？在寻址命令中如何表示磁盘地址？ (6) 如果某文件长度超过了一个磁道的容量，应将它记 录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？
X= -（26+ 25 + 24+22 +20） =-（64+32+16+4+1）=-117
7.已知X=0.10011，Y=-0.10111，写出它们的原码、补码及反 码表示。
[X]原 = 0.10011
[X]补 = 0.10011 [X]反 = 0.10011
[Y]原 = 1.10111
[Y]补 = 1.01001 [Y]反 = 1.01000
简述冯.诺依曼型计算机的设计思想。
（1）计算机硬件应有运算器、存储器、控制器、输入 和输出设备五大基本部件组成。 （2）计算机内部采用二进制表示数据和指令及其他信 息。 （3）将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然 后再启动计算机工作。即存储程序控制。
机算机硬件组织由哪几大功能部件组成？
答：
(6) 如果某文件长度超过了一个磁道的容量，应将它记 录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，这样数据 读写速度快。
指令系统
1.寄存器间接寻址方式中，操作数处在哪里 ？
主存储器
2.在CPU中，暂存指令的寄存器是什么 ？
指令寄存器
3. 指令格式中，操作码字段表征指令的什么 ？
指令的操作特征和功能
4.单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明 的一个操作数以外，另一个数常需采用哪种寻址方式 ？
隐含寻址方式
5.堆栈是指按什么规则存入或取出信息的特定的存储区 ？
先进后出 或 后进先出
4.1.1 指令的基本格式
OP
1. 操作码OP
•在设计计算机时, 对该型号的计算机指令系统的每条指令都要规定一个 操作码。指令操作码具体说明操作的性质和功能。 •组成操作码字段的位数一般取决于计算机指令系统的规模, 通常, 一个n 位的操作码最多能够表示2n条指令。
（2）（1024K/512K）×（32/8）= 8（片） （3） 需要1位地址作为芯片选择。（选择两个 512K×32位的存储体）
14 请用图示说明三级存储体系分别由哪些部 分组成，并比较Cache-主存和主存一辅存这两 个存储层次的相同点和不同点。
【解】 如图所示，三级存储体系由Cache存储器、
存储器，运算器，控制器，输入输出设备，总线。
计算机的简单框图
外设
输入设备
存储器 辅助存储器
输出设备
主存储器
运算器
CPU 主机
控制器
控制 数据 地址或指令
1.2.2 硬件各部件的组成及主要功能
1.存储器 (Memory)：存储程序和数据信息的部件。
它是一个记忆装置，也是计算机能够实现“存储程序控 制”的基础。 速度 容量 价格/位
8. 磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内 直径22cm,外直径33cm,道密度40道/cm,内层位密度400 位/cm,转速2400转/分，问：
（5）如采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小 单位是什么？ 在寻址命令中如何表示磁盘地址？
答：
(5) 采用定长数据块格式，直接寻址的最小单位是一个记录块 （一个扇区），每个记录块记录固定字节数目的信息。 在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式如下：
计算机系统概论
1 计算机发展到目前共分为几代？
2 第一台计算机是哪一年研制成功的？ 3 “存储程序”的概念是谁提出的 ？ 5 1946 冯. 诺依曼
4 目前计算机系统采用的是什么结构 ？ 多级层次结构 5 计算机的主机是指什么 ？ 6 计算机的存储系统包括什么 ？ CPU+主存储器 Cache+主存+外存
快 小 贵
三 级 存 储 系 统
Cache 主存储器 辅助存储器
慢
大
贱
计算机系统的多层次结构
第6级 应用语言级（虚拟机器）
1.多层次结构 现代计算机 系统是一个硬 件与软件组成 的综合体，我 们可以把它看 成是按功能划 分的多级层次 结构。
应用程序 第5级 高级语言级（虚拟机器） 编译程序 第4级 汇编语言级（虚拟机器） 汇编程序 第3级 操作系统级（虚拟机器） 操作系统 第2级 机器语言级（实际机器） 微程序
解答
(1) 所需模块板 N=220 ÷(128×210)=8 (块) (2) 每个模块板内所需的SRAM芯片数为 n =(128K÷16K)×(16÷8)=16 (片)
(3) 主存共需SRAM芯片数：M=16×8=128
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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， 需要多少芯片？ （3） 需要多少位地址作芯片选择？ 解：（1）∵ 220= 1M， ∴ 该存储器能存储的信息为： 1M×32/8=4MB
8. 磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，存储区域内 直径22cm,外直径33cm,道密度40道/cm,内层位密度400 位/cm,转速2400转/分，问： （1）共有多少个存储面可用？ （2）共有多少柱面？ （3）盘组总存储容量是多少？
答： （1）共有10个存储面可用，最上下两面不用。
（2）有效存储区域16.5 –11=5.5(cm)，柱面：40×5.5＝220 (3) 因为道密度=40道/cm 内圈磁道周长为 2п R=2×3.14×11=69.08(cm) 每道的信息量=400位/cm×69.08cm=27632位 每面的信息量=27632×220=6079040位。 盘组总容量=6079040×10=60790400位。