計(jì)算機(jī)原理平時(shí)作業(yè)

平時(shí)作業(yè)請(qǐng)簡(jiǎn)要概述馮。諾伊曼計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想、主要組成部分及各部分的功能。馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是：數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)制采用二進(jìn)制；計(jì)算機(jī)應(yīng)該按照程序順序執(zhí)行。運(yùn)算器,存儲(chǔ)器,控制器,輸入/出設(shè)備請(qǐng)給出下列數(shù)的原碼，補(bǔ)碼，反碼和移碼。27/64-27/64將27/64分解成16/64+8/64+2/64+1/64

,就是2的-2次方，2的-3次方，2的負(fù)-5次方，2的-6次方。小數(shù)點(diǎn)之前用1表示該數(shù)為負(fù)數(shù)。則原碼是：0.01101.

正數(shù)補(bǔ)碼就是原碼：0.011011.

移碼：1.011011.

負(fù)數(shù)同理，不同的就是求補(bǔ)碼。

將-27/64分解成-（16/64+8/64+2/64+1/64),就是2的-2次方，2的-3次方，2的負(fù)-5次方，2的-6次方。小數(shù)點(diǎn)之前用1表示該數(shù)為負(fù)數(shù)。則原碼是：1.011011.

負(fù)數(shù)補(bǔ)碼就是除首位外取反，在末尾加1：1.100101.

移碼：0.100101.

已知x和y,用變形補(bǔ)碼計(jì)算x+y,同時(shí)指出結(jié)果是否溢出。x=11001，y=01011;x=11001,y=-01011;x=-11001,y=-01011;

a.0011001+0001011=0100100正溢出

b.0011001+1101011=0000100沒(méi)有溢出

c.1111001+1101011=1100100沒(méi)有溢出請(qǐng)概要描述進(jìn)行浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算的幾個(gè)主要步驟。1、浮點(diǎn)加減法的運(yùn)算步驟

①對(duì)階操作：小階向大階看齊

②進(jìn)行尾數(shù)加減運(yùn)算

③規(guī)格化處理

④舍入操作

⑤判結(jié)果的正確性2、浮點(diǎn)乘除法的運(yùn)算步驟

①階碼運(yùn)算：階碼求和（乘法）或階碼求差（除法）

②浮點(diǎn)數(shù)的尾數(shù)處理：浮點(diǎn)數(shù)中尾數(shù)乘除法運(yùn)算結(jié)果要進(jìn)行舍入處理請(qǐng)概要描述計(jì)算機(jī)多級(jí)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)的工作原理。在多級(jí)存儲(chǔ)體系中，如何進(jìn)行字容量擴(kuò)充？如何進(jìn)行位寬擴(kuò)充？計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常采用三級(jí)層次結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)成存儲(chǔ)系統(tǒng)，主要是由高速緩沖存儲(chǔ)器cache，主存儲(chǔ)器，和輔助存儲(chǔ)器組成。主存儲(chǔ)器用來(lái)存放需CPU運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)?？捎蒀PU直接編程訪問(wèn)，采取隨機(jī)存取方式。Cache位于CPU與主存之間(有些Cache集在CPU芯片之中)，高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）設(shè)置在CPU和主存之間，可以放在CPU內(nèi)部或外部。用來(lái)存放當(dāng)前運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)，它的內(nèi)容是主存某些局部區(qū)域(頁(yè))的復(fù)制品。其作用也是解決主存與CPU的速度匹配問(wèn)題，輔助存儲(chǔ)器用來(lái)存放暫不運(yùn)行但需聯(lián)機(jī)存放的程序和數(shù)據(jù)。從CPU看來(lái)，這個(gè)整體的速度接近于Cache和寄存器的操作速度、容量是輔存（或海量存儲(chǔ)器）的容量，每位價(jià)格接近于輔存的位價(jià)格。從而較好地解決了存儲(chǔ)器中速度、容量、價(jià)格三者之間的矛盾，滿足了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用需要?？梢钥s小主存和cpu之間的速度差距，從整體上提高存儲(chǔ)器系統(tǒng)的存取速度。

進(jìn)行字容量擴(kuò)充擴(kuò)展每個(gè)存儲(chǔ)單元的位數(shù)，進(jìn)行位寬擴(kuò)充擴(kuò)展存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)。一個(gè)Cache存儲(chǔ)器的的主要技術(shù)指標(biāo)包括cache/主存平均訪問(wèn)時(shí)間和cache的命中率，請(qǐng)簡(jiǎn)要描述這兩個(gè)指標(biāo)的推導(dǎo)過(guò)程。Cache的命中率基于程序訪問(wèn)的局部性原理，增加Cache使得要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)絕大多數(shù)都可以在Cache中找到，這樣才能在性能上使主存的平均讀出時(shí)間盡可能接近Cache的讀出時(shí)間。Cache的工作效率通常用“命中率”來(lái)表示。命中率指的是CPU要訪問(wèn)的信息在Cache中的概率，Cache的命中率越高，CPU訪問(wèn)主存的速度就越接近訪問(wèn)Cache的速度。通常Cache的容量越大，存儲(chǔ)的塊也越多，CPU的命中率就越高。但是，當(dāng)Cache的容量達(dá)到一定值時(shí)，命中率并不會(huì)隨著容量的增大而增加，而且Cache容量的增大將導(dǎo)致成本的增加，所以，Cache的容量一般是命中率與成本價(jià)格的折中。在一個(gè)程序執(zhí)行期間，設(shè)Nc表示Cache完成存取的總次數(shù)，Nm表示主存完成存取的總次數(shù)，h定義為命中率，則有若tc表示命中時(shí)的Cache訪問(wèn)時(shí)間，tm表示未命中時(shí)的主存訪問(wèn)時(shí)間，1-h表示未命中率，則Cache－主存系統(tǒng)的平均訪問(wèn)時(shí)間ta為：設(shè)e表示訪問(wèn)效率，則有為提高訪問(wèn)效率e，命中率h越接近1越好。命中率h與程序的行為、Cache的容量、組織方式、塊的大小有關(guān)。請(qǐng)列出至少五種操作數(shù)尋址方式。1：隱含尋址2：立即尋址3：直接尋址4：間接尋址5：寄存器尋址

6：寄存器間接尋址

7：相對(duì)尋址8:基址尋址9:變址尋址請(qǐng)簡(jiǎn)要描述流水線的基本工作原理。對(duì)于一個(gè)五級(jí)流水線系統(tǒng)，在理想情況下，與非流水線設(shè)計(jì)相比，系統(tǒng)性能最多能提高多少倍？為什么？對(duì)于一個(gè)五級(jí)流水線，如果流水線各階段操作平衡，那么在流水線上指令執(zhí)行時(shí)間為(在理想情況下)：

指令執(zhí)行時(shí)間(流水線)=指令執(zhí)行時(shí)間(非流水線)/流水線步驟數(shù)

即在理想的情況下，流水線所帶來(lái)的加速比與流水線的執(zhí)行步驟的數(shù)目相同。系統(tǒng)性能可以從加速比來(lái)分析，一個(gè)有五個(gè)執(zhí)行步驟的流水線能獲得加速比也是五。

然而，在實(shí)際處理過(guò)程中，各個(gè)步驟間并不是完全的平衡的。另外，流水線中還包括一些常規(guī)的額外開(kāi)銷。所以，在流水線機(jī)器中每一條指令的執(zhí)行時(shí)間會(huì)超過(guò)這個(gè)最小的可能值，因此流水線能夠獲得加速比也就小于流水線的步驟數(shù)。

。請(qǐng)簡(jiǎn)要描述總線系統(tǒng)中，集中式仲裁方式的幾種工作模式。集中式總線