计算机组成原理 - CH06

计算机组成原理-CH06存储器Memory

6.1概述

从逻辑上来说, 存储器的存储单元是按照线列排列的, 存储器单元的地址从0开始编址, 直到处理器可以寻址的最大容器.

6.2 存储器的类型

计算机系统都使用两种基本类型的存储器:随机存储器(random access memory, RAM)和只读存储器(read-only memory, ROM).

现在的计算机系统一般都采用两种类型的存储器芯片来构建大规模的RAM存储器:静态随机存储器(SRAM)和动态随机存储器(DRAM).

DRAM用作主存储器,SRAM用作高速缓存存储器. DRAM可以分成许多类型, 包括多层结构的DRAM(MDRAM), 快速翻页模式(FPM)的DRAM, 扩展数据输出(EDO)的DRAM, 并发EDO DRAM, 同步动态随机存储器(SDRAM), 同步连接的(SL)DRAM, 双倍数据传送率的(DDR)SDRAM, 以及直接RAM总线的(DR)DRAM等. 而SRAM也可以分成各种不同的类型:'异步SRAM, 同步SRAM和流水线并发体系结构的SRAM.

大部分计算机系统使用一定数目的ROM存储器来存放一些运行计算机系统所需要的关键信息.有5种不同类型的基本ROM存储器: ROM, PROM, EPROM, EEPROM和闪存(flash memory).

6.3 存储器的层次结构

当今的计算机系统都采用各种不同类型的存储器的组合配置. 这种方案称为存储器分层结构(hierarchical memory). 通常存储器的速度越快, 单位信息存储的成本也越高

存储器分层结构系统的基本类型包括:寄存器, 高速缓存, 主存储器和辅助存储器.

现代计算机一般都具有一个数目较小的高速存储器系统, 称为高速缓存. 高速缓存用来暂时存放一些存储器单元中频繁使用的数据. 这种高速缓存会被连接到一个容量较大的主存储器. 通常主存储器的速度中等. 然后再使用一个容量非常大的辅助存储器作为机器存储器系统的补充. 这种辅助存储器系统一般由硬盘和一些可移动的存储介质组成. 采用这种存储器分层结构的组织方式, 可以提高对存储器系统的有效访问速度, 而且只需使用少量快速(并且非常昂贵)的芯片.

通常可以按照存储器离开处理器的距离(distance)来对存储器分类,较慢的存储器技术用于距离处理器较远的存储器系统, 而较快的存储器技术用于靠近CPU的存储器系统. 由于价格的因素, 倾向于速度快的存储器的使用数量比速度慢的存储器要少.

基本术语:

命中(hit)---- CPU请求的数据就驻留在要访问的存储器层中. 通常, 只是在存储器的较高层上才会关心所谓命中率的问题.

缺失(miss)---- CPU请求的数据不在要访问的存储器层

命中率(hit rate) ---- 访问某个特定的存储器层时, CPU找到所需数据的百分比.

缺失率, 又称为未命中率 (miss rate) ---- 访问某个特定的存储器时, CPU找不到所需的数据百分比. 注意:缺失率=1-命中率

命中时间(hit time) ---- 在某个特定的存储器层中, CPU取得所请求的信息需要的时间

缺失损失(miss penalty) --- CPU处理一次缺失事件所需要的时间, 其中包括利用新的数据取代上层存储器中的某个数据块所需要的时间, 再加上将所需数据传递给处理器所需要的附加时间.

较低层(显然也是速度较慢, 规模较大和价格较便宜) 的存储器系统会响应较高层的存储器对位于存储器单元X处的数据请求. 同时, 这些低层存储器也会将位于地址 X+1, X+2, ..., 处的数据送出, 也就是将整个数据块返回较高层的存储器系统.

计算机程序对存储器的引用常常会有集中成组成簇的形式, 这就是引用的局部性(locality of reference)的一个例证. 在处理某个缺失事件时, 处理器不是简单地将所要搜索的数据传递给较高层的存储器, 而是将包含该数据的整个数据块全部返回. 由于引用的局部性特性, 同时返回的额外数据很有可能在不久的将来被引用.

引用的局部性有下面三种基本形式:

时间局部性(Temporal locality): 最近访问过的内容很可能在不久的将来再次被访问.

空间局部性(Spatial locality): 对存储器地址空间的访问形成团簇的集中倾向(例如, 在数组成循环操作中)

顺序局部性(Sequential locality): 访问存储器的指令倾向于按顺序执行

6.4 高速缓存存储器

处理器利用高速缓存临时存放一些即将需要的信息.

计算机会将已经访问过的和CPU可能将要访问的数据存放在一个速度较快的, 比较靠近CPU的高速缓存存储器中.

高速缓存对这种新数据块的定位操作取决于两个因素: 高速缓存的映射策略和高速缓存的大小

L1高速缓存通常集成在微处理器中, 而L2高速缓存则位于CPU和主存储器之间.

设计高速缓存存储器的基本法则是: 既要求高速缓存的容量昼小, 使高速缓存存储器每位的总平均成本可以接近于主存储器; 又必须保证高速缓存的容量足够大, 可以很好地满足系统的速度要求.

高速缓存存储器并不通过地址进行访问, 而是按照内容进行存取. 所以,高速缓存存储器有时也会被称为内容寻址存储器( content addressable memory), 或简称为CAM.

6.4.1 高速缓存的映射模式

当生成一个存储器的地址时, CPU会首先搜索高速缓存存储器, 查找所要求的数据字是否已经存放在高速缓存中. 如果在高速缓存中没有找到所要求的字, 那么CPU会把主存储器中该字所在位置的整个块装入到高速缓存存储器中.

CPU使用主存储器地址的其中一个地址域, 对已驻留在高速缓存中的请示数据, 直接给出数据在高速缓存中的位置, 这种情况称为高速缓存命中(Cache hit); 而CPU对没有驻留在高速缓存中的请求数据, 会指示出数据将要存放在高速缓存中的位置, 这种情况称为

高速缓存缺失(未命中, cache miss). 接下来, CPU会通过检查高速缓存块的一个有效位(valid bit), 来验证所引用的高速缓存块的合法性. 如果所检验的有效位为0, 即表示要引用的高速缓存块不正确, 产生了一次高速缓存命中. 但是,CPU还需要继续完成下一个操作步骤后,才能完全确认这次的高速缓存命中事件. CPU随后要将属于该高速缓存块的标记与主存储器地址的标记域(tag field)进行比较. 标记是主存储器地址中的一组特殊的二进制位, 用来标识数据块的身份, 即产生了一次高速缓存命中. 在此基础上, 还需要在高速缓存块中定位找出所要求的数据字的存储位置. 这项工作可以通过使用主存储器地址中一个称为字域(word field)的字地址来完成.字域代表数据字的块内地址, 所有的高速缓存映射模式都要求有一个字域.最后,地址中剩余的字段由特定的映射模式来决定.

直接映射的高速缓存

直接映射的高速缓存采用模块方式来指定高速缓存和主存储器之间的映射关系.

高速缓存中实际存储的信息内容要比主存储器复制的数据信息多.

二进制的主存储器地址被划分为几个域

每个域的大小取决于主存储器和高速缓存存储器的物理特性. 字(word)域, 有时双称为偏移量(offset) 域, 用来唯一地识别和确定来自某个指定的数据块中的一个数据字. 块(block) 域也是如此,

必须选择一个唯一的高速缓存块.

当CPU生成该地址时, 首先取出块域的位, 并利用这个数值引导CPU找到正确的高速缓存块. 数值表示应该对高速缓存第n块进行校验, 如果高速缓存块检验正确, 随后将标记域的数值1(存在于主存储器地址中)与高速缓存第n块中的标记进行比较. 如果高速缓存的标记也为1, 说明主存储器的第n个数据块目前正驻留在高速缓存中的第0块存储空间

全关联高速缓存

允许主存储器中的数据块可以存放到高速缓存的任意位置.

这样一来, 整个高速缓存需要按照关联存储器(associative memory) 的模式构建, 以便CPU可以对这种高速缓存存储器执行平行搜索. 也就是说,单一的搜索操作必须将所请求的标记与存放在高速缓存中的所有(all)标记进行比对.

使用关联映射方式时, 需要将主存储器的地址划分成标记域和字域两部分.

当要在高速缓存中搜索某个特定的主存储器数据块时, CPU会将该主存储器地址的标记域与高速缓存中存放的所有合法的标记域进行比对. 如果发现有一个比对相同, 就表示找到了所要求的数据块. 记住, 标记可以唯一地识别和确定一个主存储器中的数据块. 如果没有一个标记匹配, 就表示产生了一个高速缓存缺失, 而且数据块必须从主存储器转移到高速缓存.

对于直接映射方式, 如果一个已经被数据块占据的高速缓存单元需要存放新的数据块, 那么就必须移除当前在高速缓存中的数据块. 如果这些块的内容已经被修必过, 就要把这些数据块重写到主存储器. 如果数据块的内容没有发生变化, 就直接使用新的数据块覆盖原来的数据块, 然而, 对于全关联映射方式, 如果高速

缓存已经装满, 就需要一种置换算法来决定将从高速缓存中丢弃哪个数据块. 被丢弃的块被称为牺牲块(victim block). 最简单的置换算法是先进先出(first in , first out)的置换算法.

组关联高速缓存

N路的组关联高速缓存映射(N-way set associative Cache mapping), 它是上面两种方法的某种组合形式.这种方法不是将数据块映射到高速缓存中的某一个空间块, 而是映射到由几个高速缓存块组成的某个块组中. 同一个高速缓存中的所有组的大小必须相同.

在组关联高速缓存的映射方式中, 主存储器地址分为三部分: 标记域, 组域和字域. 标记域和字域的作用与前面介绍的直接映射方式相同; 而组域, 表示主存储器中的数据块会被映射到高速缓存中的块组

6.4.2 转换策略

在直接映射方式中, 如果多个主存储器的数据块争用

某个高速缓存块, 那么只有一种可能的动作: 即将现有的数据块从高速缓存中踢出, 为新的数据块留出存放空间,这一过程称为置换(replace-ment) ,对于全关联高速缓存和组关联高速缓存,就需要用某种置换算法来确定哪一个块是要从高速缓存中被移除的"牺牲"块.决定这种置换的算法称为置换策略(replacement policy).

最佳置换算法的基本思想是, 替换掉在未来最长的时间段内不再使用的高速缓存块. 例如可以考虑时间局部性.推测最近没有被使用过的数值, 为每个高速缓存块分配一个时间标签, 选择最近最少被使用的高速缓存块作为牺牲块. 这种算法称为最近最少被使用(least recently used, LRU)算法.

先进先出(first in, first out, FIFO)是另外一种较为流行的方法. 利用这种方法 , 存放在高速缓存中时间最长的块将选择作为牺牲块从高速缓存存储器中被移除, 而不管这个块在最近何时被使用过.

6.4.3 有效存取时间和命中率

分层存储器系统的性能可以采用其有效存取(访问)时间(effective access time, EAT),或者称为每次访问所需要的平均时间来量度,EAT是使用命中率与相连存储器层次的相对访问时间产生的加权平均.

6.4.4 何时高速缓存的方法会失效

当程序具有局部性时, 高速缓存的操作方式非常有效, 但是, 如果程序的局部性不好, 高速缓存就会失效, 并且导致存储器的层次结构的性能很差. 特别是面向对象的编程可能会导致程序的局部性.

6.4.5 高速缓存的写策略

高速缓存中的脏块是指已经被修改过的数据块.高速缓存的写策略(write policy)会决定何时更新对应的主存储器数据块来保证与高速缓存块的数据一致性.

写通(write-through)---写通策略是指在每次写操作时, 处理器会同时更新高速缓存和主存储器中对应的数据块. 写通策略的明显缺点是, 每次写操作都要访问主存储器. 使用写通策略意味着每一次对高速缓存的写操作都必需伴随一次对主存储器的写操作, 这样减慢了系统的速度.

回写(write-back)----也称为copyback, 是指当只有某个高速缓存块被选择作为牺牲块而必须从高速缓存中移除时, 处理器才更新主存储器中对应的数据块.回写策略的缺点是, 主存储器和高速缓存的对应单元在某些时刻可能会存放着不同的数值. 而且, 如果某个进程在回写主存储器完成之前发生中断(或崩溃), 那么高速缓存中的数据可能会丢失.

6.5 虚拟存储器

虚拟存储器(virtual memory) 使用硬盘作为RAM存储器的扩充.

使用虚拟存储器, 计算机可以寻址比实际主存储器更多的主存储器空间. 教育处机使用硬盘驱动器保持额外的主存储器空间. 硬盘上的这部分区域被称为页文件(page file),因为这些页文件在硬盘上保持主存储器的信息块.

实现虚拟存储器最常用的方法是使用主存储器的分页机制(paging), 这种方法是将主存储器划分成固定大小的块, 并且程序也被划分成相同大小的块.

虚拟地址 (virtual address)----进程所使用的逻辑地址或程序地址, 只要CPU生成一个地址, 就总对应指虚拟地址空间

物理地址 (physical address)----物理存储器的实际地址映射 (mapping) ----- 一种地址变换机制, 通过映射可以将虚拟地址转换成物理地址. 这类似于高速缓存映射

页帧 (page frame) ----由主存储器(物理存储器) 分成的相等大小的信息块或数据块

页 (pages) ---- 由虚拟存储器 (逻辑地址空间) 划分成的信息块或数据块, 每页的大小与一个页帧相同, 在硬盘上存储热气页及以供进程使用

分页(paging) ---- 将一个虚拟页从硬盘复制到主存储器的某个页帧的过程

存储碎片(fragmentation) ----变得不能用的存储器单元

缺页 (page fault)-----当一个请求页在主存储器中没有找到时所发生的事件, 必须将请求页从硬盘复制到存储器.

6.5.1 分页

分页的基本思想非常简单:按照固定大小的信息块(页帧) 为各个进程分配物理存储空间, 并且通过将信息写入页表(page table)的方式跟踪记录过程的不同页的存放位置, 每个进程都有自己的页表, 页表通常驻留在主存储器中, 页表存储该进程的每个虚拟页的物理位置, 页表一般有N行, N代表该进程的虚拟页的页码数, 如果当前进程的某些页不在主存储器中, 则页表会通过设置一个有效位(valid bit) 为0来指示; 如果进程的某一页当前已经在主存储器中, 则表示该页的有效位设置为1. 因此, 每个页表的入口目录都由下面的两部分内容组成: 有效位和帧数.

计算机组成原理期末试题

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

计算机组成原理第五版 白中英(详细)第5章习题参考答案

第5章习题参考答案 1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： (1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR ）； (2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR ） (3)算术逻辑运算结果通常放在（DR ）和（通用寄存器）。 2．参见图5.15的数据通路。画出存数指令“STO Rl，(R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 解： STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下：

STO R1, (R2) R/W=R DR O, G, IR i R2O, G, AR i R1O, G, DR i R/W=W 3．参见图5.15的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中，标出各微操作控制信号序列。 解： LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下：

PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 3O , G, AR i DR O , G, R 0i R/W=R LAD (R3), R0 4．假设主脉冲源频率为10MHz ，要求产生5个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。 解：

5．如果在一个CPU 周期中要产生3个节拍脉冲；T l ＝200ns ，T 2=400ns ，T 3=200ns ，试画出时序产生器逻辑图。 解：取节拍脉冲T l 、T 2、T 3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。所以取时钟源提供的时钟周期为200ns ，即，其频率为5MHz.；由于要输出3个节拍脉冲信号，而T 3的宽度为2个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期，所以除了C 4外，还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3；并令 211C C T *=；321C C T *=；313C C T =，由此可画出逻辑电路图如下：

计算机组成原理第五版 白中英(详细)第4章习题参考答案

第4章习题参考答案 1．ASCII码是7位，如果设计主存单元字长为32位，指令字长为12位，是否合理？为什么？ 答：不合理。指令最好半字长或单字长，设16位比较合适。一个字符的ASCII 是7位，如果设计主存单元字长为32位，则一个单元可以放四个字符，这也是可以的，只是在存取单个字符时，要多花些时间而已，不过，一条指令至少占一个单元，但只占一个单元的12位，而另20位就浪费了，这样看来就不合理，因为通常单字长指令很多，浪费也就很大了。 2．假设某计算机指令长度为32位，具有双操作数、单操作数、无操作数三类指令形式，指令系统共有70条指令，请设计满足要求的指令格式。 答：字长32位，指令系统共有70条指令，所以其操作码至少需要7位。 双操作数指令 单操作数指令 无操作数指令 3．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。 答：该指令格式及寻址方式特点如下： (1) 单字长二地址指令。 (2) 操作码字段OP可以指定26=64种操作。 (3) 源和目标都是通用寄存器（可分指向16个寄存器）所以是RR型指令，即两个操作数均在寄存器中。 (4) 这种指令结构常用于RR之间的数据传送及算术逻辑运算类指令。 4．指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。 15 10 9 8 7 4 3 0 答：该指令格式及寻址方式特点如下： (1)双字长二地址指令，用于访问存储器。 (2)操作码字段OP可以指定26=64种操作。 (3)RS型指令，一个操作数在通用寄存器（选择16个之一），另一个操作数 在主存中。有效地址可通过变址寻址求得，即有效地址等于变址寄存器（选择16个之一）内容加上位移量。

计算机组成原理第四版课后习题答案完整版

第一章 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。

3．数字计算机有那些主要应用？ （略） 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、存储器、输入设备、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？ 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：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。 8．什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。

(完整版)计算机组成原理期末考试试题及答案

计算机组成原理试题 一、选择题（共20分，每题1分） 1．零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来自____C__。 A．立即数和栈顶； B．暂存器； C．栈顶和次栈顶； D．累加器。 2．___C___可区分存储单元中存放的是指令还是数据。 A．存储器； B．运算器； C．控制器； D．用户。 3．所谓三总线结构的计算机是指_B_____。 A．地址线、数据线和控制线三组传输线。 B．I/O总线、主存总统和DMA总线三组传输线； C．I/O总线、主存总线和系统总线三组传输线； D．设备总线、主存总线和控制总线三组传输线．。 4．某计算机字长是32位，它的存储容量是256KB，按字编址，它的寻址范围是_____B_。 A．128K； B．64K； C．64KB； D．128KB。 5．主机与设备传送数据时，采用___A___，主机与设备是串行工作的。 A．程序查询方式； B．中断方式； C．DMA方式； D．通道。 6．在整数定点机中，下述第___B___种说法是正确的。 A．原码和反码不能表示-1，补码可以表示-1； B．三种机器数均可表示-1； C．三种机器数均可表示-1，且三种机器数的表示范围相同； D．三种机器数均不可表示-1。 7．变址寻址方式中，操作数的有效地址是___C___。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）； B．程序计数器内容加上形式地址； C．变址寄存器内容加上形式地址； D．以上都不对。 8．向量中断是___C___。 A．外设提出中断； B．由硬件形成中断服务程序入口地址； C．由硬件形成向量地址，再由向量地址找到中断服务程序入口地址

计算机组成原理第3章习题参考答案

第3章习题参考答案 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) 需要多少位地址作芯片选择？ 解： (1) 该存储器能存储：字节 4M 8 32220=? (2) 需要 片88 2 322 8 51232 2 19 2020 =??= ??K (3) 用512K ?8位的芯片构成字长为32位的存储器，则需要每4片为一组进行字长的位数扩展，然后再由2组进行存储器容量的扩展。所以只需一位最高位地址进行芯片选择。 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位的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) 若每个内存条为16M ×64位，共需几个内存条? (2) 每个内存条内共有多少DRAM 芯片? (3) 主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各内存条? 解： (1) 共需 条464 1664 2 26 =??M 内存条 (2) 每个内存条内共有32 8 46416=??M M 个芯片 (3) 主存共需多少 1288 464648 464 2 26 =??= ??M M M 个RAM 芯片， 共有4个内存条，故CPU 选择内存条用最高两位地址A 24和A 25通过2：4译码器实现；其余的24根 地址线用于内存条内部单元的选择。 3、用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设存储器读/写周期为0.5μS ，CPU 在1μS 内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少? 解： (1) 用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，需要用 16 448 163264=?=??K K 个芯片，其中每4片为一组构成16K ×32位——进行字长位 数扩展(一组内的4个芯片只有数据信号线不互连——分别接D 0~D 7、D 8~D 15、

计算机组成原理第二版课后习题详细答案

第1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： 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。 2. 如何理解计算机的层次结构？ 答：计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。 （1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。 （2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。 （3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。 通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。 3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。 答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语

言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。 4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？ 答：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，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。 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）。

计算机组成原理期末考试

计算机组成原理试题 一、选择题 （ c ）1、在下列四句话中，最能准确反映计算机主要功能的是下面哪项。 A．计算机可以存储大量信息 B．计算机能代替人的脑力劳动 C．计算机是一种信息处理机 D．计算机可实现高速运算 （ c ）2、计算机硬件能直接执行的只能是下面哪项。 A．符号语言 B．汇编语言 C．机器语言 D．机器语言和汇编语言 （ c ）3、运算器的核心部件是下面哪项。 A．数据总线 B．数据选择器 C．算术逻辑运算部件 D．累加寄存器 （ c ）4、对于存储器主要作用，下面哪项说法正确。 A．存放程序 B．存放数据 C．存放程序和数据 D．存放微程序 （ c ）5、至今为止，计算机中所含所有信息仍以二进制方式表示，其原因是下面哪项。 A．节约元件 B．运算速度快 C．物理器件性能决定 D．信息处理方便（ a ）6、CPU中有若干寄存器，其中存放存储器中数据的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器 B．程序计数器 C．数据寄存器 D．指令寄存器（d？）7、CPU中有若干寄存器，其中存放机器指令的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器 B．程序计数器 C．指令寄存器 D．数据寄存器 （ c ）8、CPU中有若干寄存器，存放CPU将要执行的下一条指令地址的寄存器是下面哪项。 A．地址寄存器 B．数据寄存器 C．程序计数器 D．指令寄存器 （c）9、CPU中程序状态寄存器中的各个状态标志位是依据下面哪项来置位的。 A．CPU已执行的指令 B．CPU将要执行的指令 C．算术逻辑部件上次的运算结果 D．累加器中的数据 （ b ）10、为协调计算机各部件的工作，需要下面哪项来提供统一的时钟。 A．总线缓冲器 B．时钟发生器 C．总线控制器 D．操作命令发生器 （ c ）11、下列各种数制的数中最小的数是下面哪项。 A．(101001)2 B．(52)8 C．（101001）BCD D．(233)H （ d ）12、下列各种数制的数中最大的数是下面哪项。 A．(1001011)2 B．75 C．(112)8 D．(4F)H （ b ）13、将十进制数15/2表示成二进制浮点规格化数（阶符1位，阶码2位，数符1位，尾数4位）是下面哪项。 A．01101110 B．01101111 C．01111111 D．11111111

计算机组成原理第三章习题

第三章、内部存储器 1、存储器是计算机系统中的记忆设备，它主要是用来_____ A.存放数据 B.存放程序 C.存放数据和程序 D.存放微程序 2、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单元集合 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 3、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 5、和外存相比，内存的特点是____ 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 6、某单片机字长16位，它的存储容量64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是______ A.64K B.32K C.64KB D.32KB 7、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.64，16 B.16，64 C.64，8 D.16，16 8、某DRAM芯片，其存储器容量为512K×8位，该芯片的地址线和数据线数目为 ________ A.8，512 B.512，8 C.18，8 D.19，8 9、某机器字长32位，存储容量256MB，若按字编址，它的寻址范围是_______ A.1M B.512KB C.64M D.256KB 10、某机器字长32位，存储容量4GB，若按字编址，它的寻址范围是_______ A.1G B.4GB C.4G D.1GB 11、某机器字长64位，存储容量4GB，若按字编址，它的寻址范围是_______ A.4G B.2G C.0.5G D.1MB 12、某机器字长32位，存储容量4GB，若按双字编址，它的寻址范围是_______ A.4G B.5G C.8G D.2G 13、某SRAM芯片，其容量为512×8位，包括电源端和接地端，该芯片引出线的数目应为_____ A.23 B.25 C.50 D.19 14、某微型计算机系统，其操作系统保存在硬盘上，其内存储器应该采用__________ A.RAM B.ROM C.RAM 和ROM https://www.wendangku.net/doc/6715171860.html,D 15、相联存储是按____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.地址指定方式与堆栈存取方式结合 16、交叉存储器实质上是一种____存储器，它能_____执行_____独立的读写操作。 A.模块式，并行，多个 B.模块式，串行，多个 C.整体式，并行，一个 D.整体式，串行，多个

计算机组成原理第五章单元测试(含答案)

第五章指令系统测试 1、以下四种类型指令中，执行时间最长的是（）(单选) A、RR型指令 B、RS型指令 C、SS型指令 D、程序控制类指令 2、程序控制类指令的功能是（）（单选） 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 3、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，另一个常需采用的寻址方式是( ）（单选） A、立即数寻址 B、寄存器寻址 C、隐含寻址 D、直接寻址 4、下列属于指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（）（单选） A、为了实现软件的兼容和移植 B、缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性 C、为程序设计者提供更多、更灵活、更强大的指令 D、丰富指令功能并降低指令译码难度 5、寄存器间接寻址方式中，操作数存放在（）中（单选） A、通用寄存器 B、主存 C、数据缓冲寄存器MDR D、指令寄存器 6、指令采用跳跃寻址方式的主要作用是（) (单选) A、访问更大主存空间 B、实现程序的有条件、无条件转移 C、实现程序浮动 D、实现程序调用 7、下列寻址方式中，有利于缩短指令地址码长度的是（）（单选） A、寄存器寻址 B、隐含寻址 C、直接寻址

D、间接寻址 8、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H．则该操作数的有效地址为( ) (单选) A、1200H B、12FCH C、3888H D、88F9H 9、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H．则该操作数为( ) (单选) A、1200H B、12FCH C、3888H D、88F9H 10、某计算机按字节编址，采用大端方式存储信息。其中，某指令的一个操作数的机器数为ABCD 00FFH，该操作数采用基址寻址方式，指令中形式地址（用补码表示）为FF00H，当前基址寄存器的内容为C000 0000H，则该操作数的LSB(即该操作数的最低位FFH)存放的地址是( ) (单选) A、C000 FF00H B、C000 FF03H C、BFFF FF00H D、BFFF FF03H 11、假定指令地址码给出的是操作数所在的寄存器的编号，则该操作数采用的寻址方式是( )(单选) A、直接寻址 B、间接寻址 C、寄存器寻址 D、寄存器间接寻址 12、相对寻址方式中，操作数有效地址通过( )与指令地址字段给出的偏移量相加得到(单选) A、基址寄存器的值 B、变址寄存器的值 C、程序计数器的值 D、段寄存器的值 13、下列关于二地址指令的叙述中，正确的是( ) (单选) A、运算结果通常存放在其中一个地址码所指向的位置 B、地址码字段一定是操作数 C、地址码字段一定是存放操作数的寄存器编号

计算机组成原理课后复习资料白中英主编第五版立体化教材

计算机组成原理第五版习题答案计算机组成原理第五版习题答案 第一章 (1) 第二章 (3) 第三章 (14) 第四章 (19) 第五章 (21) 第六章 (27) 第七章 (31) 第八章 (34) 第九章 (36)

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计算机组成原理第五版习题答案第一章 1．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。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。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式，盘上连线的控制方式，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式，程序控制的控制方式。数字计算机与模拟计算机相比，精度高，数据存储量大，逻辑判断能力强。 2．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．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、人工智能。4．主要设计思想是：采用存储程序的方式，编制好的程序和数据存放在同一存储器中，计算机可以在无人干预的情况下自动完成逐条取出指令和执行指令的任务；在机器内部，指令和数据均以二进制码表示,指令在存储器中按执行顺序存放。主要组成部分有：:运算器、逻辑器、存储器、输入设备和输出设备。 5．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．计算机硬件可直接执行的每一个基本的算术运算或逻辑运算操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序。 7．取指周期中从内存读出的信息流是指令流，而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流。 8．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，内存和外存共同用来保存二进制数据。运算器和控制器合在一起称为中央处理器，简称CPU，它用来控制计算机及进行算术逻辑运算。适配器是外围设备与主机联系的桥梁，它的作用相当于一个转换器，使主机和外围设备并行协调地工作。 9．计算机的系统软件包括系统程序和应用程序。系统程序用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能用用途；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．在早期的计算机中，人们是直接用机器语言来编写程序的，这种程序称为手编程序或目的程序；后来，为了编写程序方便和提高使用效率，人们使用汇编语言来编写程序，称为汇编程序；为了进一步实现程序自动化和便于程序交流，使不熟悉具体计算机的人也能很方便地使用计算机，人们又创造了算法语言，用算法语言编写的程序称为源程序，源程序通过编译系统产生编译程序，也可通过解释系统进行解释执行；随着计算机技术的日益发展，人们又创造出操作系统；随着计算机在信息处理、情报检索及各种管理系统中应用的发展，要求大量处理某些数据，建立和检索大量的表格，于是产生了数据库管理系统。 11．第一级是微程序设计级，这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令； 第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由程序解释机器指令系统；第三级是操作系统级，它由操作系统实现；第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性；第五级是高级语言级，它是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。用一系列的级来组成计算机的接口对于掌握计算机是如何组成的提供了一种好的结构和体制，而且用这种分级的观点来设计计算机对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的。

计算机组成原理作业~第三章

一、选择题 1、EPROM是指___D___。 A. 读写存储器 B. 只读存储器 C. 可编程的只读存储器 D. 光擦除可编程的只读存储器 2、计算机系统中的存贮器系统是指__D__。 A RAM存贮器 B ROM存贮器 C 主存贮器 D cache、主存贮器和外存贮器 3、存储单元是指__B__。 A 存放一个二进制信息位的存贮元 B 存放一个机器字的所有存贮元集合 C 存放一个字节的所有存贮元集合 D 存放两个字节的所有存贮元集合； 4、相联存贮器是按__C_进行寻址的存贮器。 A 地址方式 B 堆栈方式 C 内容指定方式 D 地址方式与堆栈方式 5、存储器是计算机系统的记忆设备，主要用于___D___。 A.存放程序 B.存放软件 C.存放微程序 D.存放程序和数据 6、外存储器与内存储器相比，外存储器___B___。 A.速度快，容量大，成本高 B.速度慢，容量大，成本低 C.速度快，容量小，成本高 D.速度慢，容量大，成本高 7、一个256K×8的存储器，其地址线和数据线总和为___C___。 A.16 B.18 C.26 D.20 8、某SRAM芯片，存储容量为64K×16位，该芯片的地址线和数据线数目为__D__。 A 64，16 B 16，64 C 64，8 D 16，16 。 9、交叉存贮器实质上是一种__A__存贮器，它能_____执行______独立的读写操作。 A 模块式，并行，多个 B 模块式串行，多个 C 整体式，并行，一个 D 整体式，串行，多个 10、存储器是计算机系统中的记忆设备,它主要用来__C___。 A. 存放数据 B. 存放程序 C. 存放数据和程序 D. 存放微程序 11、某计算机的字长16位,它的存储容量是64KB,若按字编址,那么它的寻址范围是 ___B___。 A. 64K B.32K C. 64KB D. 32KB 12、存储单元是指__A__。 A．存放一个机器字的所有存储元 B．存放一个二进制信息位的存储元 C．存放一个字节的所有存储元的集合 D．存放两个字节的所有存储元的集合13、机器字长32位，其存储容量为4MB，若按字编址，它的寻址范围是_A__。 A． 1M B． 1MB C． 4M D． 4MB

《计算机组成原理》期末考试试题及答案

武汉大学计算机学院 2007-2008学年第一学期2006级《计算机组成原理》 期末考试试题A卷答案 __ 学号_______ 班级 ____ _____ 姓名__ _________ 成绩_____ ___ 1．（16分）一浮点数，阶码部分为q位，尾数部分为p位，各包含一位符号位，均用补码表示；该浮点数所能表示的最大正数、最小正数、最大负数和最小负数分别是多少？ 解： 2．在一个具有四体低位多体交叉的存储器中，如果处理器的访存地址为以下十进制。求该存储器比单体存储器的平均访问速率提高多少？（忽略初启时的延迟） （1）1、2、3、…… 32 （10分） （2）2、4、6、…… 32 （10分） 解：设存储器的访问周期为T。 （1）四体低位多体交叉的存储器访问的情况如下： 1、2、3 所需时间= T ； 4、5、6、7 所需时间= T ； 8、9、10、11 所需时间= T ； 12、13、14、15 所需时间= T ； 16、17、18、19 所需时间= T ； 20、21、22、23 所需时间= T ； 24、25、26、27 所需时间= T ； 28、29、30、31 所需时间= T ； 32 所需时间= T ； 四体低位多体交叉的存储器访问所需时间=9T; 单体存储器访问所需时间=32T； 所以平均访问速率提高：32/9倍

（2）四体低位多体交叉的存储器访问的情况如下： 2 所需时间= T ； 4、6 所需时间= T ； 8、10 所需时间= T ； 12、14 所需时间= T ； 16、18 所需时间= T ； 20、22 所需时间= T ； 24、26 所需时间= T ； 28、30 所需时间= T ； 32 所需时间= T ； 四体低位多体交叉的存储器访问所需时间= 9T; 单体存储器访问所需时间=16T； 所以平均访问速率提高：16/9倍 3．（20分）假定指令格式如下： 其中： D／I为直接／间接寻址标志，D／I＝0表示直接寻址，D／I＝1表示间接寻址。 Bit10＝1：变址寄存器I寻址； 设有关寄存器的内容为(I)=063215Q 试计算下列指令的有效地址。（Q表示八进制） (1) 152301Q (2) 140011Q 解： (1) 152301Q＝1 101 010 011 000 001 因为Bitl0(I)＝1，故为变址寄存器寻址，EA＝(I)+A＝063215+301＝063516Q。 (3) 140011Q＝1 100 000 000 001 001 因为D／I＝0，故为直接寻址，EA＝A＝011Q。 4. 已知某运算器的基本结构如图所示，它具有＋(加)、－(减)、和Ｍ(传送)三种操作。 (1) 写出图中1～12表示的运算器操作的微命令；（6分） (2) 设计适合此运算器的微指令格式；（6分） (3) 指令DDA的功能是计算R1、R2和R3三个寄存器的和，若进位C＝0，则R1＋R2→R2；若进位C＝1，则R1＋R2＋R3→R2，画出指令DDA的微程序流程图，并列出微操作序列（取指令流程不写，取指令微指令安排在0号单元中）；（6分） （4）设下址地址为5位，将微程序流程图安排在1～3号单元里；（6分）

计算机组成原理期末考试试卷及答案(1)

计算机组成原理期末考试试卷（1） 一．选择题（下列每题有且仅有一个正确答案，每小题2分，共20分）1．假设下列字符码中最后一位为校验码，如果数据没有错误，则采用偶校验的字符码的是____。 A. 11001011 B. 11010110 C. 11000001 D. 11001001 2．在定点二进制运算器中，减法运算一般通过______ 来实现。 A. 补码运算的二进制加法器 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. 原码运算的二进制减法器 3．下列关于虚拟存储器的说法，正确的是____。 A. 提高了主存储器的存取速度 B. 扩大了主存储器的存储空间，并能进行自动管理和调度 C. 提高了外存储器的存取速度 D. 程序执行时，利用硬件完成地址映射 4．下列说法正确的是____。 A. 存储周期就是存储器读出或写入的时间 B. 双端口存储器采用了两套相互独立的读写电路，实现并行存取 C. 双端口存储器在左右端口地址码不同时会发生读/写冲突 D. 在cache中，任意主存块均可映射到cache中任意一行，该方法称为直接映射方式 5．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，另一个操作数一般采用____寻址方式。 A. 堆栈 B. 立即 C. 隐含 D. 间接 6．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．提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度 C．可以直接访问外存 D．缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性7．下列说法中，不符合RISC指令系统特点的是____。 A. 指令长度固定，指令种类少 B. 寻址方式种类尽量少，指令功能尽可能强 C. 增加寄存器的数目，以尽量减少访存的次数 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

《计算机组成原理》第3章习题答案

第3章习题解答 1．指令长度和机器字长有什么关系?半字长指令、单字长指令、双字长指令分别表示什么意思? 解：指令长度与机器字长没有固定的关系，指令长度可以等于机器字长，也可以大于或小于机器字长。通常，把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。 2．零地址指令的操作数来自哪里?一地址指令中，另一个操作数的地址通常可采用什么寻址方式获得?各举一例说明。 解：双操作数的零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和次栈顶。双操作数的一地址指令的另一个操作数通常可采用隐含寻址方式获得，即将另一操作数预先存放在累加器中。例如，前述零地址和一地址的加法指令。 3．某机为定长指令字结构，指令长度16位；每个操作数的地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。若双操作数指令已有K种，无操作数指令已有L种，问单操作数指令最多可能有多少种?上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少? 解：X= (24一K)×26一[L/26] 双操作数指令的最大指令数：24一1。 单操作数指令的最大指令数：15×26一l(假设双操作数指令仅1条，为无操作数指令留出1个扩展窗口)。 无操作数指令的最大指令数：216一212一26。其中212为表示某条二地址指令占用的编码数，26为表示某条单地址指令占用的编码数。此时双操作数和单操作数指令各仅有1条。 4．设某机为定长指令字结构，指令长度12位，每个地址码占3位，试提出一种分配方案，使该指令系统包含：4条三地址指令，8条二地址指令，180条单地址指令。 解：4条三地址指令 000 XXX YYY ZZZ ． ． 011 XXX YYY ZZZ 8条二地址指令 100 000 XXX YYY ． ． 100 111 XXX YYY 180条单地址指令 101 000 000 XXX ． ． 111 110 011 XXX 5．指令格式同上题，能否构成： 三地址指令4条，单地址指令255条，零地址指令64条?为什么? 解：三地址指令4条 000 XXX YYY ZZZ

计算机组成原理期末考试A卷-含答案

广东外语外贸大学信息学院计算机系 2004—2005学年第2学期 《计算机组成原理》期末考试试卷A 考卷适用班级：计算机专业03级考试时间：120分钟 班级_______ 学号_____________姓名_________成绩_______ 一、填空题（每空1分，共20分） 1．8位二进制补码表示整数的最小值为__-128____，最大值为__127___。 2．计算机常用的校验码有奇偶校验码、海明校验码、____CRC码_____。 3．一个浮点数，当其补码尾数右移1位时，为使其值不变，阶码应该__加1____。4．ALU的基本逻辑结构是__快速进位__加法器，它比行波进位加法器优越，具有先行进位逻辑，不仅可以实现高速运算，还能完成逻辑运算。 5．采用双符号位的方法进行溢出检测时，若运算结果中两个符号位__不相同__，则表明发生了溢出。 6．要组成容量为4M×8位的存储器，需要__8__片4M×1位的存储器芯片并联，或者需要__4____片1M×8位的存储器芯片串联。 7．一台计算机所具有的各种机器指令的集合称为该计算机的__指令系统__。 8．指令编码中，操作码用来指定__操作的类型__，n位操作码最多可以表示___2n____条指令。 9．CPU中，保存当前正在执行的指令的寄存器为__指令寄存器IR_，保存下一条指令地址的寄存器为_程序计数器PC__，保存CPU访存地址的寄存器为__内存地址寄存器AR__。10．控制器在生成各种控制信号时，必须按照一定的__时序__进行，以便对各种操作实施时间上的控制。 11．微程序控制器的核心部件是存储微程序的__控制存储器____，它一般用_只读存储器_构成。 12．任何指令周期的第一步必定是__取指__周期。 13．异步方式下，总线操作周期时间不固定，通过_握手(就绪/应答)_信号相互联络。14．输入输出操作实现的CPU与I/O设备的数据传输实际上是CPU与__IO设备接口寄存器__之间的数据传输。 二、选择题（每小题1分，共20分） 1．冯·诺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．存储器按内容选择地址 2．主机中能对指令进行译码的器件是_________。 A．ALU B．运算器 C．控制器D．存储器 3．运算器的主要功能是进行_______。 A．逻辑运算B．算术运算

计算机组成原理期末考试试卷

计算机组成原理期末考试试卷 一．选择题（下列每题有且仅有一个正确答案，每小题2分，共20分）1．通用寄存器属于____部分。 A．运算器B．控制器 C．存储器D．I/O接口 2．关于数据表示和编码，下列说法正确的是____。 A. 奇偶校验码是一种功能很强的检错纠错码 B. 在计算机中用无符号数来表示内存地址 C. 原码、补码和移码的符号编码规则相同 D. 用拼音从键盘上敲入汉字时，使用的拼音码是汉字的字模码 3．若x补=0.1101010，则x原=____。 A．1.0010101 B．1.0010110 C．0.0010110 D．0.1101010 4．在cache的下列映射方式中，无需考虑替换策略的是____。 A. 全相联映射 B. 组相联映射 C. 段相联映射 D. 直接映射 5．以下四种类型的二地址指令中，执行时间最短的是____。 A. RR型 B. RS型 C. SS型 D. SR型 6．下列关于立即寻址方式操作数所在位置的说法正确的是____。 A. 操作数在指令中 B. 操作数在寄存器中 C. 操作数地址在寄存器 D. 操作数地址（主存）在指令中 7．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条微指令来执行 B．一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 C．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 D．一条微指令由若干条机器指令组成 8．下面有关总线的叙述，正确的是____。 A. 单总线结构中，访存和访问外设主要是通过地址来区分的 B. 对电路故障最敏感的仲裁方式是独立请求方式

C. 系统总线连接CPU和内存，而PCI总线则连接各种低速I/O设备 D. 同步定时适用于各功能模块存取时间相差很大的情况 9．若磁盘的转速提高一倍，则____。 A．平均存取时间减半 B．平均找道时间减半 C．平均等待时间减半 D．存储密度可以提高一倍 10．为了便于实现多级中断，保存现场信息最有效的方法是采用____。 A. 通用寄存器 B. 堆栈 C. 存储器 D. 外存 二．填空题（下列每小题2分，共20分） 1．计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构，它通常 由、一般机器级、、汇编语言级和高级语言级组成。 2．有一字长为64位的浮点数，符号位1位；阶码11位，用移码表示；尾数52位，用补码表示，则它所能表示的最小规格化负数 为。 3．某采用交叉方式编址的存储器容量为32字，存储模块数为4，存储周期为200ns，总线传送周期为50ns，某程序需要连续读出地址为1000～1011的4个字，则所需时间为。 4．在相对寻址方式中，操作数的有效地址等于的内容加上指令中的形式地址D。 5．不同的计算机有不同的指令系统，“RISC”表示的意思 是。 6．某CPU微程序控制器控存容量为512×20位，需要分别根据OP字段和ZF条件码进行分支转移，则P字段和后继地址字段应分别为和_ 位。 7．CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫做，它常常用若干个来表示，而后者又包含有若干个时钟周期。

《计算机组成原理》第三章课后题参考答案

第三章课后习题参考答案 1．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 （2）（1024K/512K）×（32/8）= 8（片） （3）需要1位地址作为芯片选择。 3．用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设DRAM芯片存储体结构为128行，每行为128×8个存储元。如单元刷新间隔不超过2ms，存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？ 解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为 N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片） 每4片组成16K×32位的存储区，有A 13-A 作为片内地址，用A 15 A 14 经2：4译码 器产生片选信号，逻辑框图如下所示：

（2）根据已知条件，CPU在1us内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us，如果采用集中刷新，有64us的死时间，肯定不行； 所以采用分散式刷新方式： 设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则分散式刷新的间隔时间为： t=2ms/128=15.6(s) 取存储周期的整数倍15.5s(0.5的整数倍) 则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下 可见，两次刷新的最大时间间隔为t MAX ＝15.5×2－0.5＝30.5 (μS) t MAX 对全部存储单元刷新一遍所需时间为t R ＝0.5×128=64 (μS) t R 4．有一个1024K×32位的存储器，由128K×8位DRAM芯片构成。问： (1)总共需要多少DRAM芯片？ (2)设计此存储体组成框图。 (3)设DRAM芯片存储体结构为512行，每行为256×8个存储元。采用分散式刷新方式，如单元刷新间隔不超过8ms，则刷新信号周期是多少？