计算机组成原理期末试题及答案

1.交叉存储器实质上是一种_模块式_存储器，它能_并行_执行_多个_独立的读写操作，（流水）方式执行多个独立的读写操作。

2.32位浮点数格式中,符号位为1位,阶以码为8位,尾数为23位。则它所能表示的最大规格表示范围规格化近零数非规格化近零数

3.IEEE754标准规定的64位浮点数格式中，一个浮点数由符号位S 1位、阶码E 11位、尾数M 52位三个域组成。其中阶码E的值等于指数的真值e加上一个固定偏移值+127。则它能表示的最大规格化正数为

4.一组相联映射的Cache，有128块，每组4块，主存共有16384块，每块64个字，则主存地址共20位，其中主存字块标记应为9位，组地址应为5位，Cache地址共13位。

5.CPU存取出一条指令并执行该指令的时间叫（指令周期），它通常包含若干个（CPU周期），而后者又包含若干个（时钟周期）。

3.十进制数在计算机内有两种表示形式：（字符串）形式和（压缩的十进制数串）形式。前者主要用在非数值计算的应用领域，后者用于直接完成十进制数的算术运算。

4.一个较完善的指令系统，应当有数据处理、数据存储、数据传送、程序控制四大类指令。

5.机器指令对四种类型的数据进行操作。这四种数据类型包括地址数值字符逻辑型数据。

6.CPU中保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器，指示下一条指令地址的寄存器是（程序寄存器，保存算术逻辑运算结果的寄存器是（数据缓冲寄冲器和（状态寄存器）。

12.挂接在总线上的多个部件（只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据;）。

13.在冯诺依曼体制中，计算机硬件系统是由输入设备、输出设备、控制器、存储器和运算器等五大部件组成。

14.补码加减所依据的基本关系是(X+Y)补=X补+Y补和(X-Y)补=X补+(-Y)补。

15.按照微命令的形成方式，可将控制器分为组合逻辑控制器和微程序控制器两种基本类型。

16.CPU对信息传送的控制方式主要分为直接程序传送方式、程序中断传送方式、DMA传送方式等3种。

18.半导体存储器分为静态存储器和动态存储器两种,前者依靠双稳触发器的两个稳定状态保存信息,后者依靠电容上的存储电荷暂存信息。 Cache和主存地址的映射方式有直接映射、全相连映射、组相连三种。

19.Cache常用的替换算法大致有最不经常使用LFU算法、近期最少使用LRU、随即替换。

20.动态存储器有三种典型的刷新方式，即集中刷新方式、分散刷新方式、异步刷新方式。

21.信息只用一条传输线，且采用脉冲传输的方式称为_串行传输_。

22.在指令的地址字段中，直接指出操作数本身的寻址方式，称为_立即寻址_。

23.CPU响应中断的时间是_一条指令结束_。中断向量地址是：中断服务例行程序入口地址的指示器

24.PCI总线的基本传输机制是_猝发式传输__。

25.中断向量地址是__中断服务子程序入口地址_。

26.系统总线按传输信息的不同分为地址总线、数据、地址控制三大类。

27.完整的指令周期包括取指、间址、执行、中断四个子周期，影响指令流水线性能的三种相关分别是结构、数据、控制相关。

28.计算机系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由微程序设计级、一般机器级、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。

29.对存储器的要求是容量大、速度快、成本低。为了解决这三方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构，即cache、主存和外存。CPU能直接访问内存cache、主存，但不能直接访问外存。主存储器的技术指标有存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽。磁表面存储器主要技术指标有_存储密度、存储容量、平均存取时间_和数据传输率。

30.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_数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数。

31.流水CPU 是由一系列叫做“段”的处理线路所组成，和具有m个并行部件的CPU相比，一个 m段流水CPU_具备同等水平的吞吐能力。 DMA 控制器按其_组成_结构，分为_选择_型和_多路_型两种。

32.为了运算器的_高速性_，采用了_先行_进位，_阵列_乘除法和流水线等并行措施。

33. 相联存储器不按地址而是按内容访问的存储器，在cache中用来存放行地址表，在虚拟存储器中用来存放页表和段表。

34.硬布线控制器的设计方法是：先画出指令周期流程图，再利用布尔代数写出综合逻辑表达式，然后用门电路、触发器或可编程逻辑等器件实现。

1.CPU中有哪几类主要寄存器，用一句话回答其功能。

答：A.数据缓冲寄存器(DR) B.指令寄存器(IR) C.程序计算器(PC) D.数据地址寄存器(AR) E.通用寄存器(R0～R3) F.状态字寄存器(PSW)

功能：执行指令、操作、时间的控制以及数据加工。

2.指令和数据都用二进制代码存放在内存中，从时空观角度回答CPU如何区分读出的代码是指令还是数据。

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。

3.PCI总线中三种桥的名称是什么？简述其功能。

答：PCI总线上有HOST桥、PCI/LAGACY总线桥、PCI/PCI桥。桥在PCI总线体系结构中起着重要作用，它连接两条总线，使彼此间相互通信。桥是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上。从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表。桥可以实现总线间的猝发式传送，可使所有的存取都按PCU的需要出现在总线上。由上可见，以桥连接实现的PCI总线结构具有很好的扩充性和兼容性，许多总线并行工作。

4.存储系统中加入chche存储器的目的是什么？有哪些地址映射方式，各有什么特点？

答：Cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间速度的不匹配。地址映射方式有：A.全相联映射方式，这是一种带全部块地址一起保存的方法，可使主存的一块直接拷贝到chche中的任意一行上，非常灵活；B.直接映射方式：优点是硬件简单，成本低，缺点是每个主存块只有一个固定的行位置可存放；C.组相联映射方式:它是前两者的折衷方案，适度的兼顾了二者的优点有尽量避免其缺点，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。

5.说明计算机中数值类型的数据为什么以补码表示。答：（1）在常用的三种码制（原码、反码、补码）中，只有补码对数据的表示具有唯一性；（2）以补码表示的数据可以直接接进行运往算，运算的结果仍采用补码表示，并且不需额外的转换过程

6.什么叫指令？什么叫指令系统？

指令是计算机执行某种操作的命令，也就是常说的机器指令。一台机器中所有机器指令的集合，称这台计算机的指令系统。

7.一次程序中断大致可分为哪几个阶段？五个阶段：中断请求、中断判优、中断响应、中断服务、中断返回

8.什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？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。

1.冯诺依曼计算机的特点（1）计算机有运算器控制器存储器输入输出设备等五大部件组成。（2）在计算机内部、指令和数据均采用二进制表示。（3）采用存储程序控制的设计思想。存储程序：事先把编好的程序存入计算机。程序控制：控制器依据存储器中存放的程序控制机器的各部件协调工作。

2.衡量计算机的指标：吞吐量、响应时间、利用率、处理机字长、总线宽度、存储器容量、存储器带宽、主频/时钟周、CPU执行时间、CPI、MIPS、MFLOPS

3.存储器的分类1）存储介质:半导体存储器和磁表面存储器2）存取方式：随即存储器和顺序存储器3)存储内容可变性：只读存储器ROM和随机读写存储器RAM4）信息易失性:易失性存储器:磁性材料做成的存储器都是；不易失性：半导体存储器RAM。

4.SRAM静态读写存储器：特征是用一个锁存器（触发器）作为存储元。只要直流供电电源一直加载这个记忆电路上，它就无限期地保存记忆的1状态或状态。DRAM动态读写存储器：存储元是有一个MOS晶体管和电容器组成的记忆电路。其中MOS管作为开关使用，而所存储的信息则又电容器上的电荷量来体现—充满电荷1，没有电荷0。

5.只读存储器：1、掩模ROM 2、可编程ROM：EPROM光擦除可编程可读存储器，E2PROM电擦除可编程只读存储器。

并行存储器：1、双端口存储器：由于同一个存储器具有两组相互独立的读写控制电路。

6.程序的局部性原理：在一个相对短的时间里，CPU总是访问内存中一个相对小，并且连续的存储区域。

7.cache写操作策略：（1）写回法：当CPU写cache命中时，只修改cache的内容，而不立即写入主存；只有当此行被换出时才写回。（2）全写法：当写cache命中时，cache与主存同时发生写修改，因而较好地维护了cache与主存的内容一致性。

8.指令格式，则是指令字用二进制表示的结构形式，通常由操作码字段和地址码字段组成。二地址指令安装操作数的物理位置来说，可分为：存储器-存储器（SS）型指令寄存器-寄存器(RR)型指令寄存器-存储器（RS）型指令

9.CPU功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工、（异常处理）。基本组成：控制器、运算器。

10.CPU的主要寄存器数据缓冲寄存器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R0-R3状态字寄存器PSW

11.微程序控制器基本思想：仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里。当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，是相应部件执行所规定的操作。基本组成：控制存储器、微指令寄存器、地址转移逻辑。

12.总线分类：①CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，成为内部总线。②CPU同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线称为系统总线。③中、低速I/O设备之间互相连接的总线称为I/O总线。信息传送方式：串行传送、并行传送、分时传送。I/O接口功能：控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中断。总线：集中式、分布式仲裁。

13.主机和外设进行信息交换的方式：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。

14.程序中断方式：某一外设的数据准备就绪后，“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。CPU响应这个中断时，暂停运行主程序，并自动转移到该设备的中断服务程序。中断服务程序结束后，CPU又回到主程序，并从他停止的地方开始执行。DMA：是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式，此时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方式一般用与高速转送成组数据。程序中断方式和DMA的区别：①中断方式是程序的切换，CPU通过执行一段中断服务程序来交换一个数据。DMA通过挪用一个存储周期来交换一个数据。②中断方式只能在一条指令执行结束后才可以响应中断请求，DMA在一个指令周期的任何一个CPU 周期结束时都可以响应DMA请求。③并行性上DMA高于中断方式。④作用：DMA方式只能用来转送数据，而中断方式还具有异常事件的处理功能。