計算機組成原理 內(nèi)部(不可外傳!切記)

1、第1章 計算機系統(tǒng)概論1、馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計算機包括幾部分： 答：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備及輸出設(shè)備。2、何謂計算機體系結(jié)構(gòu)？計算機組成？計算機實現(xiàn)？ 答：計算機體系結(jié)構(gòu)指程序員（主要是指匯編、操作系統(tǒng)程序員）所看到的機器的屬性，即機器的概念性結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)。 計算機組成是計算機體系結(jié)構(gòu)的邏輯實現(xiàn)。 計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)。第1章 計算機系統(tǒng)概論3、計算機的主要性能指標(biāo)是速度。衡量速度的參數(shù)有主頻、 CPI、 MIPS、 MFLOPS。請解釋這些參數(shù)含義。答：主時鐘的頻率（f）叫CPU的主頻。主頻的倒數(shù)稱為: CPU時鐘周期（T），即T=1/f。 CPI:表示每條指令周期

2、數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時 鐘周期數(shù)。MIPS：表示每秒鐘執(zhí)行百萬條指令數(shù)。(定點機速度指標(biāo))MFLOPS：表示每秒百萬次浮點操作次數(shù)。第2章 運算方法和運算器1、8位補碼定點整數(shù)的范圍是：-128 +127 2、寫出8位補碼(F9)16所對應(yīng)的定點整數(shù)十進(jìn)制真值： (F9)16 =(11111001)2 真值為：-(0000111)2 = -(7)10 3、將十進(jìn)制數(shù) -35.875 轉(zhuǎn)化為IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)的32位單精度 浮點數(shù)。 答： -35.875= -100011.111 = - 1.00011111 2+101 S=1 E=101+01111111=10000100 M=0

3、0011111000000000000000 浮點數(shù)為： 1 10000100 000111110000000000000004、英文字母的編碼是什么？占幾個字節(jié)？ 答：ASCII碼，用1個字節(jié)存儲。 5、國標(biāo)碼用于表示什么？如何表示與存儲？ 答：用于表示漢字。用4位16進(jìn)制數(shù)字表示， 2個字節(jié)存儲。第3章 多層次的存儲器1、存儲器的主要功能是什么？ 答：存儲程序和數(shù)據(jù)。2、計算機字長16位，其存儲容量為32MB，若按雙字編址，它的尋址范圍是多少？ 答：(32M8位)/32位=8M3、某SRAM芯片，其存儲容量為64K16位，該芯片的地 址線和數(shù)據(jù)線數(shù)目各為多少？答：地址線：16位。 數(shù)據(jù)線：

4、16位。 4、按照小端及大端存放規(guī)則，寫出數(shù)據(jù) 12345678H在連 續(xù)4個內(nèi)存單元（00050H00053H）中的存放結(jié)果。 答：小端規(guī)則 大端規(guī)則785634120005000051000520005312345678000500005100052000535、存儲器分級的目的是什么？ Cache-主存存儲層次用 來解決什么問題？ 主存-輔存存儲層次用來解決什么 問題？答：Cache-主存存儲層次用來解決主存速度低的問題，彌補CPU與主存在速度上的差異，在主存和Cache之間增加輔助硬件使主存和Cache構(gòu)成一個整體，從CPU角度看，CPU訪問Cache存儲系統(tǒng)時，速度接近Cache速度

5、，而容量是主存容量，價格/容量比接近主存。Cache存儲系統(tǒng)對系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是透明的，因為CPU對Cache和主存層次的調(diào)度全部由硬件實現(xiàn)。 主存-輔存存儲層次用來解決主存容量小的問題，在主存和輔存之間增加輔助硬件和輔助軟件，使主存和輔存構(gòu)成一個整體，擴(kuò)大程序可訪問的存儲空間，通過把磁盤空間當(dāng)作主存空間供程序使用，建立起一個虛擬存儲器。6、存儲器擴(kuò)展技術(shù)主要解決什么？什么是位的擴(kuò)展，什么是字的擴(kuò)展？ 答：解決芯片容量與系統(tǒng)容量匹配問題。當(dāng)芯片數(shù)據(jù)線位數(shù)少于系統(tǒng)數(shù)據(jù)位數(shù)時，需要位擴(kuò)展；單芯片地址位數(shù)少于系統(tǒng)地址位數(shù)時。需要字?jǐn)U展。7、提高訪存速度可采取哪些措施？ 答：(1)采用高速器件

6、，比如SDRAM、 DDR SDRAM、 DDR2 SDRAM 、 DDR3 SDRAM。 (2)增加高速緩沖存儲器cache 。 (3)并行存儲結(jié)構(gòu)等。8、主存與Cache的地址映射有幾種方式？都是什么方式？哪種方式比較實用？ 答：三種映射方式：全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射。 其中組相聯(lián)映射融合了前兩種映射的優(yōu)點，最實用。9、主存和輔存在存儲程序方面有什么區(qū)別？CPU訪問這兩種存儲器的方式是否相同？ 答：主存存儲正在或?qū)⒁獔?zhí)行的程序。執(zhí)行過的程序也可能存放在主存中。主存只能暫時保存程序，斷電即消失。 輔存存放暫不執(zhí)行或不準(zhǔn)備執(zhí)行的程序；可以長久保存。 CPU可以直接訪問主存，無需任何軟件

7、驅(qū)動。但不能直接訪問輔存，需要操作系統(tǒng)將輔存的內(nèi)容調(diào)入主存方可訪問。10、存儲器有24位地址，16位字長?，F(xiàn)有芯片 512K8位，需要如何擴(kuò)展？擴(kuò)展幾片芯片？用幾位 地址進(jìn)行片選？答：需要進(jìn)行字、位擴(kuò)展； 擴(kuò)展芯片數(shù)為=(16M16位)/(0.5M8位)=322=64片 用5位地址(A23A19)進(jìn)行片選，使用532譯碼器。11.一臺計算機按字節(jié)尋址，其內(nèi)存為1M。數(shù)據(jù)塊的大小是16個字節(jié)，Cache的大小是64K字節(jié)。采用兩路組相聯(lián)映射，給內(nèi)存地址為F0010H和CABBEH兩個地址對應(yīng)的標(biāo)記、組號和字號。 解：主存1M，地址總線是20位。 每個數(shù)據(jù)塊16個字節(jié)=24B， 字號 = 4位 C

8、ache的組數(shù)=216/(224)=211 組號 = 11位 標(biāo)記=20-11-4=5位 主存地址格式如下：標(biāo)記 5位組號11位字號 4位 F0010= 1111 0000 0000 0001 0000 字號 = 0000 組號 =000 0000 0001 標(biāo)記=11110 CABBE= 1100 1010 1011 1011 1110 字號 = 1110 組號 =010 1011 1011 標(biāo)記 =11001 第4章 指令系統(tǒng)1、什么是指令系統(tǒng)？為什么說指令系統(tǒng)是計算機中軟件 和硬件分界的接口？答：一臺計算機中所有機器指令的集合，稱為這臺計算機 的指令系統(tǒng)。它就是這臺機器的機器語言。在它之

9、下 是硬件實現(xiàn)電路，之上是各種軟件程序?qū)崿F(xiàn)。所以說 指令系統(tǒng)是計算機中軟件和硬件分界的接口。2、指令格式分為幾個字段，各字段表示什么內(nèi)容？ 答：指令格式分為操作碼和操作數(shù)兩個字段。 操作碼OP表示該指令應(yīng)進(jìn)行什么性質(zhì)的操作。不同的指令用操作碼字段的不同編碼來表示，每一種編碼代表一種指令。若操作碼字段有n位，則可表示2n條指令有2n種不同的基本操作。 操作數(shù)表示指令所要處理的數(shù)據(jù)。常以數(shù)據(jù)所在單元的地址形式給出。也稱 “地址碼A”。 操作數(shù)的來源通常為一個立即數(shù)（在指令代碼中直接給出）、寄存器中內(nèi)容、存儲單元的內(nèi)容或I/O端口的內(nèi)容。 3、操作數(shù)為什么又被稱為地址碼？指令中常用的操作數(shù)的 個數(shù)是

10、多少？答：操作數(shù)常以數(shù)據(jù)所在單元的地址形式給出。所以又稱為地址碼A。 指令中常用的操作數(shù)的個數(shù)為3、2、1、0.對應(yīng)的指令稱為三地址指令、二地址指令、單地址指令和零地址指令。4、指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的主要目的是什么？答：縮短指令字長，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性 。5、哪種尋址方式獲取操作數(shù)的速度最快？答：立即尋址。6、單地址指令中為了完成兩個數(shù)的算術(shù)運算，除地址碼指明的一個操作數(shù)以外，另一個數(shù)常需采用何種尋址方式？答：隱含尋址。7、說明指令尋址。 答：順序?qū)ぶ?、跳躍尋址（相對尋址）。8、指出四種不同的尋址方式；說明每種尋址方式操作數(shù)的位置及尋址過程。答：(1)立即尋址：操作數(shù)在指令中。

11、取出指令立即得到 操作數(shù)。 (2)寄存器尋址：操作數(shù)在寄存器中，指令中給出寄存 器地址，用此地址訪問寄存器得到操作數(shù)。 (3)直接尋址：操作數(shù)在存儲器中，指令中給出存儲器 地址，用此地址訪問存儲器得到操作數(shù)。 (4)寄存器間接尋址：操作數(shù)在存儲器中，指令中給出寄存器地址為形式地址，用此地址訪問寄存器得到操作數(shù)實際地址，再用該地址訪問存儲器得到操作數(shù)。9、指令格式如下所示，其中OP為操作碼，試分析指令格式的特點。 15 9 7 4 3 0OP源寄存器目標(biāo)寄存器解：指令格式的特點為 （1） 單字長（16位）二地址指令； （2） 操作碼字段OP可以指定的27=128條指令； （3） 源寄存器和目標(biāo)寄

12、存器都是通用寄存器（可分別指定16個寄存器），是RR（寄存器-寄存器）型指令，兩個操作數(shù)均在寄存器中； （4）操作數(shù)尋址方式是寄存器尋址。10.指令結(jié)構(gòu)如下：分析該指令格式及尋址方式答：雙字長指令，OP=6，最多可定義64條不同的指令； 指令類型為RS型，源操作數(shù)采用寄存器尋址，目標(biāo) 操作數(shù)采用變址尋址（操作數(shù)在內(nèi)存，有效地址為 變址寄存器內(nèi)容加上偏移量）。 1510 7 4 3 0OP源寄存器變址寄存器偏移量(16位)11、基本的指令類型有哪些？答：數(shù)據(jù)傳送類、運算(算數(shù)、邏輯、移位運算)類及控制轉(zhuǎn)移類指令。12、執(zhí)行子程序調(diào)用的指令時，如何保護(hù)斷點信息？答：斷點信息即PC值，保存到堆棧中。13、比較轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用指令在功能上的異同點。答：轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用指令都屬于控制轉(zhuǎn)移 類指令； 轉(zhuǎn)移