《计算机组成原理》复习内容ppt课件

计算机系统概论计算机系统概论第第一一章章计算机系统概论第 一 章主要内容主要内容1、计算机的基本组成和层次结构：2、冯诺依曼计算机的特点；3、计算机硬件的基本组成；4、计算机软件的分类和计算机的工作过程；5、计算机的性能指标；6、专业英文术语。主要内容1、计算机的基本组成和层次结构：1.什么是什么是计算机系统计算机系统、计算机、计算机硬件硬件和和计算机计算机软件软件？硬件和软件哪个？硬件和软件哪个更重要更重要？解：解：P3计算机系统计算机系统计算机硬件、软件和计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的数据通信设备的物理或逻辑的综合体综合体。计算机硬件计算机硬件计算机的计算机的物理实体物理实体。计算机软件计算机软件计算机运行所需的计算机运行所需的程程序序及相关资料。及相关资料。硬件和软件在计算机系统中相互依存，硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此缺一不可，因此同样重要同样重要 1.什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软2.如何理解计算机的如何理解计算机的层次结构层次结构？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。系统的三个层次结构。（1）硬件系统是最内层的，包括）硬件系统是最内层的，包括微指令系统层、机微指令系统层、机器语言层器语言层。它是整个计算机系统的基础和核心。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，包括）系统软件在硬件之外，包括操作系统层操作系统层，为用，为用户提供一个基本操作界面。户提供一个基本操作界面。（3）应用软件在最外层，包括）应用软件在最外层，包括汇编语言层和高级语汇编语言层和高级语言层言层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。，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。础，各层次的划分不是绝对的。2.如何理解计算机的层次结构？3.说明说明高级语言高级语言、汇编语言汇编语言和和机器语言机器语言的差别及其的差别及其联系。联系。答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，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）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。序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。3.说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。4.如何理解如何理解计算机组成计算机组成和和计算机体系结构计算机体系结构？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、的计算机系统的属性，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及寻址技术组成及I/O机理等。计算机组成是指如何机理等。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。能部件的结构和功能，及相互连接方法等。4.如何理解计算机组成和计算机体系结构？5.冯冯诺依曼计算机的特点诺依曼计算机的特点是什么？是什么？解：冯氏计算机的解：冯氏计算机的特点特点是：是：P9由运算器、控制器、存储器、输入设备、输由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备出设备五大部件组成五大部件组成；指令和数据以指令和数据以同一形式同一形式（二进制形式）存于（二进制形式）存于存储器中；存储器中；指令由操作码、地址码指令由操作码、地址码两大部分两大部分组成；组成；指令在存储器中指令在存储器中顺序存放顺序存放，通常，通常自动顺序取自动顺序取出执行出执行；以以运算器为中心运算器为中心（原始冯氏机）。（原始冯氏机）。5.冯诺依曼计算机的特点是什么？6.画出计算机硬件画出计算机硬件组成框图组成框图，说明各部件的作用及，说明各部件的作用及计算机系统的计算机系统的主要技术指标主要技术指标。答：计算机硬件组成框图如下：答：计算机硬件组成框图如下：程序程序存储器存储器输出设备输出设备输入设备输入设备运算器运算器控制器控制器数据数据结果结果计算计算6.画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的各部件的作用如下各部件的作用如下：控制器控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。件自动协调工作。运算器运算器：对数据信息进行处理的部件，用来进行：对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。算术运算和逻辑运算。存储器存储器：存放程序和数据，是计算机实现：存放程序和数据，是计算机实现“存储存储程序控制程序控制”的基础。的基础。输入设备输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。可以接受并识别的信息形式的设备。输出设备输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。式的设备。各部件的作用如下：计算机系统的主要技术指标有：计算机系统的主要技术指标有：机器字长机器字长：指：指CPU一次能处理的数据的位数。通常与一次能处理的数据的位数。通常与CPU的的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。机器字长也会影响计算机的运算速度。也越高。机器字长也会影响计算机的运算速度。数据通路宽度数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的数据位数。：数据总线一次能并行传送的数据位数。存储容量存储容量：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。一般包含主存容量和辅存容量。一般包含主存容量和辅存容量。运算速度运算速度：通常用：通常用MIPS（每秒百万条指令）、（每秒百万条指令）、MFLOPS（每秒百万次浮点运算）或（每秒百万次浮点运算）或CPI（执行一条指令所需的时（执行一条指令所需的时钟周期数）来衡量。钟周期数）来衡量。CPU执行时间是指执行时间是指CPU对特定程序的对特定程序的执行时间。执行时间。主频：主频：机器内部主时钟的运行频率，是衡量机器速度的重要机器内部主时钟的运行频率，是衡量机器速度的重要参数。参数。吞吐量吞吐量：指流入、处理和流出系统的信息速率。它主要取决：指流入、处理和流出系统的信息速率。它主要取决于主存的存取周期。于主存的存取周期。响应时间响应时间：计算机系统对特定事件的响应时间，如实时响应：计算机系统对特定事件的响应时间，如实时响应外部中断的时间等。外部中断的时间等。计算机系统的主要技术指标有：7.解释下列概念：解释下列概念：主机、主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。机器字长、指令字长。解：解：P10主机主机是计算机硬件的是计算机硬件的主体主体部分，部分，由由CPU+MM（主存或内存）组成；（主存或内存）组成；CPU中央处理器（机），是计算机硬中央处理器（机），是计算机硬件的件的核心核心部件，部件，由运算器由运算器+控制器控制器组成；组成；7.解释下列概念：主机、CPU、主存、存主存主存计算机中存放正在运行的程序和计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；随机存取；存储单元存储单元可可存放一个机器字存放一个机器字并并具有特具有特定存储地址定存储地址的存储单位；的存储单位；存储元件存储元件存储一位二进制信息存储一位二进制信息的物理的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基存储基元元或或存储元存储元，不能单独存取；不能单独存取；存储字存储字一个存储单元所存二进制代码一个存储单元所存二进制代码的的逻辑单位逻辑单位；主存计算机中存放正在运行的程序和数据的存存储字长存储字长一个存储单元所存一个存储单元所存二进制代二进制代码的位数码的位数；存储容量存储容量存储器中可存二进制代码的存储器中可存二进制代码的总量总量；机器字长机器字长CPU能能同时处理同时处理的数据位数；的数据位数；指令字长指令字长一条指令的一条指令的二进制代码二进制代码位数；位数；存储字长一个存储单元所存二进制代码的位数8.解释下列解释下列英文缩写的中文含义英文缩写的中文含义：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：解：CPUCentralProcessingUnit，中中央处理机（器），央处理机（器），见见7题；题；PCProgramCounter，程序计数器程序计数器，存放当前欲执行指令的地址存放当前欲执行指令的地址，并可，并可自动计数形成自动计数形成下一条指令地址下一条指令地址的计数器；的计数器；IRInstructionRegister，指令寄存器指令寄存器，存放当前正在执行的指令存放当前正在执行的指令的寄存器；的寄存器；8.解释下列英文缩写的中文含义：CPU、CUControlUnit，控制单元控制单元（部件）（部件），控制器中，控制器中产生微操作命令序列产生微操作命令序列的部件，为控的部件，为控制器的核心部件；制器的核心部件；ALUArithmeticLogicUnit，算术算术逻辑运算单元逻辑运算单元，运算器中，运算器中完成算术逻辑运算完成算术逻辑运算的的逻辑部件；逻辑部件；ACCAccumulator，累加器累加器，运算器，运算器中运算前存放操作数、运算后中运算前存放操作数、运算后存放运算结果存放运算结果的的寄存器；寄存器；MQMultiplier-QuotientRegister，乘商寄存器乘商寄存器，乘法运算时，乘法运算时存放乘数存放乘数、除法时、除法时存存放商放商的寄存器。的寄存器。CUControl Unit，控制单元X此字母没有专指的缩写含义，可以此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示用作任一部件名，在此表示操作数寄存器操作数寄存器，即，即运算器中工作寄存器之一，用来运算器中工作寄存器之一，用来存放操作数存放操作数；MARMemoryAddressRegister，存储器地址寄存器存储器地址寄存器，内存中用来，内存中用来存放欲访问存放欲访问存储单元地址存储单元地址的寄存器；的寄存器；MDRMemoryDataRegister，存存储器数据缓冲寄存器储器数据缓冲寄存器，主存中用来，主存中用来存放存放从某单从某单元元读出读出、或、或写入写入某存储单元某存储单元数据的寄存器数据的寄存器；X此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一I/OInput/Outputequipment，输入输入/输出设备输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机于计算机内部和外界信息的转换与传送内部和外界信息的转换与传送；MIPSMillionInstructionPerSecond，每秒执行百万条指令数每秒执行百万条指令数，为计算机，为计算机运算速度指标的一种运算速度指标的一种计量单位计量单位；CPICyclePerInstruction，执行执行一条指令所需时钟周期数一条指令所需时钟周期数，计算机运算速度指，计算机运算速度指标标计量单位计量单位之一；之一；I/OInput/Output equ FLOPSFloating Point Operation Per Second，每秒浮点运算每秒浮点运算次数次数，计算机运算速度，计算机运算速度计量单位计量单位之一。之一。FLOPSFloating Poi10.指令和数据指令和数据都存于存储器中都存于存储器中,计计算机如何算机如何区分区分它们？它们？解：计算机硬件主要解：计算机硬件主要通过不同的时通过不同的时间段间段来区分指令和数据，即：来区分指令和数据，即：取指周期取指周期（或取指微程序）取出的既为指令，（或取指微程序）取出的既为指令，执执行周期行周期（或相应微程序）取出的既为数（或相应微程序）取出的既为数据。据。另外也可另外也可通过地址来源区分通过地址来源区分，从，从PC指出的存储单元取出的是指令，由指出的存储单元取出的是指令，由指令指令地址码地址码部分提供操作数地址。部分提供操作数地址。返回返回返回返回目录目录目录目录 10.指令和数据都存于存储器中,计算机如何系系统统总总线线第第三三章章系 统 总 线第 三 章主要内容主要内容1、总线的基本概念：总线是连接多个部件的信息传输、总线的基本概念：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。线，是各部件共享的传输介质。2、总线的分类：、总线的分类：片内总线、系统总线和通信总线片内总线、系统总线和通信总线。系。系统总线按传输方式分：统总线按传输方式分：数据总线、地址总线和控制总数据总线、地址总线和控制总线线。3、总线特性、总线特性机械特性、电气特性、功能特性和时间特性机械特性、电气特性、功能特性和时间特性。4、总线标准：、总线标准：ISA、EISA、PCI、PCI-E、AGP、RS-232C、USB等。等。5、总线结构：、总线结构：单总线结构单总线结构和和多总线结构多总线结构6、总线控制：、总线控制：判优控制判优控制和和通信控制通信控制7、总线判优控制：、总线判优控制：集中式集中式、分布式分布式；8、集中式控制：、集中式控制：链式查询链式查询、计数器定时查询计数器定时查询和和独立请独立请求方式求方式3、总线通信控制：、总线通信控制：同步通信、异步通信、半同步通信同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信；和分离式通信；P61例例3.1、P62例例3.2 主要内容1、总线的基本概念：总线是连接1.什么是什么是总线总线？总线传输有何？总线传输有何特点特点？为了减？为了减轻总线负载，总线上的轻总线负载，总线上的部件部件应具备什么特点？应具备什么特点？解：总线是解：总线是多个部件共享多个部件共享的传输部件；的传输部件；总线传输的总线传输的特点特点是：某一时刻只能有一路信是：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，息在总线上传输，即分时使用；即分时使用；为了减轻总线负载，总线上的部件应通过为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三三态驱动缓冲电路态驱动缓冲电路与总线连通。与总线连通。1.什么是总线？总线传输有何特点？为了减4.为什么要设置为什么要设置总线判优控制总线判优控制？常见的集中？常见的集中式总线控制有式总线控制有几种几种？各有何？各有何特点特点？哪种方式响应时？哪种方式响应时间间最快最快？哪种方式对电路故障？哪种方式对电路故障最敏感最敏感？解：总线判优控制解：总线判优控制解决多个部件同时申请总解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题线时的使用权分配问题；常见的集中式总线控制有常见的集中式总线控制有三种三种：链式查询、计数器查询、独立请求链式查询、计数器查询、独立请求；特点：特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感对电路故障最敏感；计数器查询方式；计数器查询方式优先级设置较优先级设置较灵活灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式立请求方式判优速度最快判优速度最快，但硬件器件用量大，连，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。线多，成本较高。4.为什么要设置总线判优控制？常见的集中5.解释下列概念解释下列概念：总线的主设备（或主模：总线的主设备（或主模块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输块）、总线的从设备（或从模块）、总线的传输周期和总线的通信控制。周期和总线的通信控制。解：解：总线的主设备总线的主设备（主模块）（主模块）指一次总线传指一次总线传输期间，输期间，拥有总线控制权拥有总线控制权的设备（模块）；的设备（模块）；总线的从设备总线的从设备（从模块）（从模块）指一次总线传指一次总线传输期间，输期间，配合配合主设备完成传输的设备（模块），主设备完成传输的设备（模块），它只能它只能被动接受被动接受主设备发来的命令；主设备发来的命令；5.解释下列概念：总线的主设备（或主模块总线的传输周期总线的传输周期总线完成总线完成一次完一次完整而可靠的传输整而可靠的传输所需时间；所需时间；总线的通信控制总线的通信控制指总线传送过程指总线传送过程中双方的中双方的时间配合方式时间配合方式。总线的传输周期总线完成一次完整而可靠的传6.试试比较同步通信和异步通信比较同步通信和异步通信。解：解：同步通信同步通信由统一时钟控制的通信由统一时钟控制的通信，控制，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。适合于速差异较大时，总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合；度差别不大的场合；异步通信异步通信不由统一时钟控制的通信，不由统一时钟控制的通信，部部件间件间采用应答方式采用应答方式进行联系，控制方式较同步复进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。大时，有利于提高总线工作效率。6.试比较同步通信和异步通信。10.为什么要设置为什么要设置总线标准总线标准？你知道目？你知道目前前流行的总线标准流行的总线标准有哪些？什么叫有哪些？什么叫plugandplay？哪些总线有哪些总线有这一特点？这一特点？解：解：总线标准的设置总线标准的设置主要解决不同厂家各类模主要解决不同厂家各类模块化产品的块化产品的兼容兼容问题；问题；目前流行的总线标准有：目前流行的总线标准有：ISA、EISA、PCI、PCI-E、AGP、RS-232C、USB等；等；plugandplay即插即用即插即用，EISA、PCI、USB等具有此功能。等具有此功能。10.为什么要设置总线标准？你知道目前流13.什么是总线的什么是总线的数据传输率数据传输率，它与哪些因素有关，它与哪些因素有关？答：总线数据传输率即总线带宽，指单位时间内总答：总线数据传输率即总线带宽，指单位时间内总线上传输数据的位数，通常用每秒传输信息的字线上传输数据的位数，通常用每秒传输信息的字节数来衡量。它与总线宽度和总线频率有关，总节数来衡量。它与总线宽度和总线频率有关，总线宽度越宽，频率越快，数据传输率越高。线宽度越宽，频率越快，数据传输率越高。13.什么是总线的数据传输率，它与哪些因素有关？15.在一个在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHZ，假设总线最短传输周期为，假设总线最短传输周期为4个时钟周期，个时钟周期，试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据传试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据传输率，可采取什么措施？输率，可采取什么措施？解：总线传输周期解：总线传输周期=4*1/66M秒秒总线的最大数据传输率总线的最大数据传输率=32/(4/66M)=528Mbps若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、增若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、增大总线宽度或者减少总线传输周期包含的时钟周大总线宽度或者减少总线传输周期包含的时钟周期个数。期个数。15.在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHZ16.在异步串行传送系统中，字符格式为：在异步串行传送系统中，字符格式为：1个起始个起始位、位、8个数据位、个数据位、1个校验位、个校验位、2个终止位。若要求个终止位。若要求每秒传送每秒传送120个字符，试求传送的波特率和比特率。个字符，试求传送的波特率和比特率。解：一帧包含：解：一帧包含：1+8+1+2=12位位故波特率为：（故波特率为：（1+8+1+2）*120=1440bps比特率为：比特率为：8*120=960bps16.在异步串行传送系统中，字符格式为：1个起始位、8个数存存储储器器第第四四章章存 储 器第 四 章主要内容主要内容1、存储器的分类、存储器的分类磁盘、磁带、光盘磁盘、磁带、光盘 高速缓冲存储器（高速缓冲存储器（Cache）Flash Memory存存储储器器主存储器主存储器辅助存储器辅助存储器RAMROM静态静态 RAM动态动态 RAM主要内容1、存储器的分类磁盘、磁带、光盘 高速缓冲存储器（C主要内容主要内容2、存储器的层次结构：、存储器的层次结构：主存、高速缓冲存储器主存、高速缓冲存储器（Cache）和辅存；）和辅存；3、主存的基本组成和性能指标、主存的基本组成和性能指标存储体存储体驱动器驱动器译码器译码器MAR控制电路控制电路读读写写电电路路MDR地址总线地址总线数据总线数据总线读读写写性能指标：性能指标：存存储容量、存储储容量、存储速度和存储带速度和存储带宽宽主要内容2、存储器的层次结构：主存、高速缓冲存储器（Cach主要内容主要内容4、半导体随机存取存储器：、半导体随机存取存储器：SRAM静态存储器和静态存储器和DRAM动态存储器的工作原理；动态存储器的工作原理；5、动态、动态RAM的刷新：的刷新：集中刷新、分散刷新和异步刷新集中刷新、分散刷新和异步刷新4、只读存储器：、只读存储器：PROM、EPROM和和EEPROM5、主存储器和、主存储器和CPU的连接设计（的连接设计（重点重点）：）：字和位扩展字和位扩展6、存储器的校验：、存储器的校验：奇偶校验、汉明码校验和奇偶校验、汉明码校验和CRC码码6、提高主存速度的措施：、提高主存速度的措施：单体多字系统、多体并行系单体多字系统、多体并行系统和高性能的存储芯片统和高性能的存储芯片。7、高速缓冲存储器（、高速缓冲存储器（Cache）（）（重点重点）：程序访问的）：程序访问的局部性原理、局部性原理、Cache的工作原理、的工作原理、Cache的映像方式、的映像方式、Cache的替换策略、写策略、命中率；的替换策略、写策略、命中率；8、辅助存储器：硬盘、软盘、磁带和光盘等。、辅助存储器：硬盘、软盘、磁带和光盘等。P94例例4.1、P95例例4.2、P111例例4.7、P120例例4.8、4.9、4.10、4.11主要内容4、半导体随机存取存储器：SRAM静态存储器和DRA1、解释概念：、解释概念：主存、辅存、主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、FlashMemory。答：答：主存主存：主存储器，用于存放正在执行的程序和数：主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。据。CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。可以直接进行随机读写，访问速度较高。辅存辅存：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和：辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。数据，以及一些需要永久保存的信息。Cache：高速缓冲存储器，介于：高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用和主存之间，用于解决于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。和主存之间速度不匹配问题。RAM：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的：半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。主存。SRAM：静态半导体随机存取存储器。：静态半导体随机存取存储器。DRAM：动态半导体随机存取存储器。：动态半导体随机存取存储器。1、解释概念：主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRROM：掩膜式半导体只读存储器。由芯片制造商在：掩膜式半导体只读存储器。由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。PROM：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写：可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。入内容，只能写入一次。EPROM：紫外线擦写可编程只读存储器。需要修改：紫外线擦写可编程只读存储器。需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。擦内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。EEPROM：电擦写可编程只读存储器。：电擦写可编程只读存储器。CDROM：只读型光盘。：只读型光盘。FlashMemory：闪速存储器。或称快擦型存储器。：闪速存储器。或称快擦型存储器。ROM：掩膜式半导体只读存储器。由芯片制造商在制造时写入内容2.计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格度、容量和价格/位排序说明。位排序说明。答：计算机中寄存器、答：计算机中寄存器、Cache、主存、硬盘可、主存、硬盘可以用于存储信息。以用于存储信息。按速度由高至低排序为：寄存器、按速度由高至低排序为：寄存器、Cache、主、主存、硬盘；存、硬盘；按容量由小至大排序为：寄存器、按容量由小至大排序为：寄存器、Cache、主、主存、硬盘；存、硬盘；按价格按价格/位由高至低排序为：寄存器、位由高至低排序为：寄存器、Cache、主存、硬盘。、主存、硬盘。2.计算机中哪些部件可以用于存储信息？按速度、容量和价格/3.存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在答：存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主主存和主存存-辅存这两个存储层次上。辅存这两个存储层次上。Cache-主存层次在存储系统中主要对主存层次在存储系统中主要对CPU访存起加访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速访存速度加快，接近于度加快，接近于Cache的速度，而寻址空间和位的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。价却接近于主存。主存主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。价接近于辅存，而速度接近于主存。综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。3.存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次主存与主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。员来说都是透明的。主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存4.说明存取周期和存取时间的说明存取周期和存取时间的区别区别。解：存取周期和存取时间的主要解：存取周期和存取时间的主要区别区别是：是：存取时存取时间仅为完成一次操作的时间间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的作时间，还包含操作后线路的恢复时间恢复时间。即：。即：存取周期存取周期=存取时间存取时间+恢复时间恢复时间5.什么是存储器的什么是存储器的带宽带宽？若存储器的数据总线？若存储器的数据总线宽度为宽度为32位，存取周期为位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是，则存储器的带宽是多少？多少？解：存储器的带宽指解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信单位时间内从存储器进出信息的最大数量息的最大数量。存储器带宽存储器带宽=1/200nsX32位位=160M位位/秒秒=20MB/S=5M字字/秒秒 4.说明存取周期和存取时间的区别。6.某机字长为某机字长为32位，其存储容量是位，其存储容量是64KB，按字编址按字编址它的寻址范围是多少？若主存它的寻址范围是多少？若主存以字节编址以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。试画出主存字地址和字节地址的分配情况。解：存储容量是解：存储容量是64KB时，时，按字节编址的寻址按字节编址的寻址范围就是范围就是64KB，则：，则：按字寻址范围按字寻址范围=64KX8/32=16K字字按字节编址时的主存地址分配图如下：按字节编址时的主存地址分配图如下：0 01 12 236 65 54 4655346553465532655327 765535655356553365533字地址字地址字地址字地址 HB HB 字节地址字节地址字节地址字节地址LBLB0 04 48 865528655286553265532 6.某机字长为32位，其存储容量是64K8、试比较静态RAM和动态RAMDRAMSRAM存储原理存储原理集成度集成度芯片引脚芯片引脚功耗功耗价格价格速度速度刷新刷新电容电容触发器触发器高高低低少少多多小小大大低低高高慢慢快快有有无无主存主存缓存缓存8、试比较静态RAM和动态RAMDRAMSRAM存储原理集成9.什么叫什么叫刷新刷新？为什么为什么要刷新？说明刷新有要刷新？说明刷新有几几种方法种方法。解：解：刷新刷新对对DRAM定期定期进行的进行的全部重写全部重写过程；过程；刷新原因刷新原因因因电容泄漏电容泄漏而引起的而引起的DRAM所存信所存信息的衰减需要息的衰减需要及时补充及时补充，因此安排了定期刷新操作；，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法常用的刷新方法有三种有三种集中式集中式、分散式、异分散式、异步式步式。集中式：集中式：在最大刷新间隔时间内，在最大刷新间隔时间内，集中安排集中安排一段一段时间进行刷新；时间进行刷新；分散式：分散式：在每个读在每个读/写周期之后写周期之后插入一个插入一个刷新周刷新周期，无期，无CPU访存死时间；访存死时间；异步式：异步式：是集中式和分散式的是集中式和分散式的折衷折衷。9.什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几10.半导体存储器芯片的半导体存储器芯片的译码驱动方式译码驱动方式有几有几种？种？解：半导体存储器芯片的译码驱动方式有解：半导体存储器芯片的译码驱动方式有两两种种：线选法线选法和和重合法重合法。线选法：线选法：地址译码信号只地址译码信号只选中同一个字的所选中同一个字的所有位有位，结构简单，费器材；，结构简单，费器材；重合法：重合法：地址地址分行分行、列两部分译码列两部分译码，行、列，行、列译码线的译码线的交叉点交叉点即为所选单元。这种方法通过行、即为所选单元。这种方法通过行、列译码信号的列译码信号的重合重合来选址，也称来选址，也称矩阵译码矩阵译码。可大。可大大节省器材用量，是大节省器材用量，是最常用最常用的译码驱动方式。的译码驱动方式。10.半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种14.某某8位微型机地址码为位微型机地址码为18位，若使用位，若使用4K4位的位的RAM芯片组成模块板结构的存储器，芯片组成模块板结构的存储器，试问：试问：（1）该机所允许的最大主存空间是多少？）该机所允许的最大主存空间是多少？（2）若每个模块板为）若每个模块板为32K8位，共需几个模位，共需几个模块板？块板？（3）每个模块板内共有几片）每个模块板内共有几片RAM芯片？芯片？（4）共有多少片）共有多少片RAM？（5）CPU如何选择各模块板？如何选择各模块板？14.某8位微型机地址码为18位，若使用4K4位的RAM解：（解：（1）该机所允许的最大主存空间是：）该机所允许的最大主存空间是：2188位位=256K8位位=256KB（2）模块板总数）模块板总数=256K8/32K8=8块块（3）板内片数）板内片数=32K8位位/4K4位位=82=16片片（4）总片数）总片数=16片片8=128片片（5）CPU通过最高通过最高3位地址译码输出选择位地址译码输出选择模板，次高模板，次高3位地址译码输出选择芯片。地位地址译码输出选择芯片。地址格式分配如下：址格式分配如下：解：（1）该机所允许的最大主存空间是：218 8位=15.设设CPU共有共有16根地址线根地址线，8根数据线根数据线，并用，并用-MREQ（低电平有效）作访存控制信号，（低电平有效）作访存控制信号，R/-W作读作读写命令信号（高电平为读，低电评为写）。现有下列写命令信号（高电平为读，低电评为写）。现有下列存储芯片：存储芯片：ROM（2KX8位，位，4KX4位，位，8KX8位），位），RAM（1KX4位，位，2KX8位，位，4KX8位），及位），及74138译译码器和其他码器和其他门电路门电路（门电路自定）。试从上述规格中（门电路自定）。试从上述规格中选用合适芯片，画出选用合适芯片，画出CPU和存储芯片的连接图。要和存储芯片的连接图。要求：求：（1）最小最小4K地址地址为为系统系统程序区，程序区，409616383地址范围为地址范围为用户用户程序区；程序区；（2）指出）指出选用选用的存储芯片类型及数量；的存储芯片类型及数量；（3）详细）详细画出画出片选逻辑。片选逻辑。15.设CPU共有16根地址线，8根数据线解：解：（1）地址空间分配图地址空间分配图：4K4K（ROMROM）4K4K（SRAMSRAM）4K4K（SRAMSRAM）4K4K（SRAMSRAM）04095 04095 40968191 40968191 819212287 81921228712288163831228816383 65535 65535Y0Y0Y1Y1Y2Y2Y3Y3A15=1A15=1A15=0A15=0 解：（1）地址空间分配图：（2）选片选片：ROM：4KX4位：位：2片片；RAM：4KX8位：位：3片片；（3）CPU和存储器连接逻辑图和存储器连接逻辑图及及片选逻片选逻辑辑：4KX44KX4ROMROM7413874138（3 3：8 8）4KX44KX4ROMROM4KX84KX8RAMRAM4KX84KX8RAMRAM4KX84KX8RAMRAM-CS0 -CS1 -CS2 -CS3-CS0 -CS1 -CS2 -CS3-MREQ-MREQA15A15A14A14A13A13A12A12CBA -Y0-G2A -G2B-G2A -G2BG1G1+5V+5VCPUCPUA110A110R/-WR/-WD30D30D74D74-Y1-Y2-Y3 （2）选片：ROM：4KX4位：2片；15.CPU假设同上题，现有假设同上题，现有8片片8KX8位位的的RAM芯片与芯片与CPU相连，试回答：相连，试回答：（1）用）用74138译码器画出译码器画出CPU与存储芯片的与存储芯片的连连接图接图；（2）写出每片）写出每片RAM的的地址范围地址范围；（3）如果运行时发现不论往哪片）如果运行时发现不论往哪片RAM写入数写入数据后，以据后，以A000H为起始地址的存储芯片都有与其为起始地址的存储芯片都有与其相相同同的数据，分析的数据，分析故障原因故障原因。（4）根据（）根据（1）的连接图，若出现地址线）的连接图，若出现地址线A13与与CPU断线断线，并，并搭接搭接到到高电平高电平上，将出现什么上，将出现什么后果后果？15.CPU假设同上题，现有8片8KX8位解：解：（1）CPU与存储器芯片连接逻辑图：与存储器芯片连接逻辑图：CPUCPU8KX88KX8SRAMSRAM7413874138（3 3：8 8）R/-WD70A1208KX88KX8SRAMSRAM8KX88KX8SRAMSRAM8KX88KX8SRAMSRAM-G2A-G2A-G2B-G2BA AB BC C-MREQA13A14A15-CS0 -CS1 -CS2 -CS7-CS0 -CS1 -CS2 -CS7+5V+5VG1G1 解：（1）CPU与存储器芯片连接逻（2）地址空间分配图：）地址空间分配图：8KX8 RAM8KX8 RAM8KX8 RAM8KX8 RAM8KX8 RAM8KX8 RAM8KX8 RAM8KX8 RAMY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y708191819216383163842457524576327673276840959409604915149152573435734465535 （2）地址空间分配图：8KX8 RAMY0（3）如果运行时发现不论往哪片）如果运行时发现不论往哪片RAM写入写入数据后，以数据后，以A000H为起始地址的存储芯片都有与为起始地址的存储芯片都有与其相同的数据，则根本的其相同的数据，则根本的故障原因故障原因为：该存储芯片为：该存储芯片的的片选输入端片选输入端很可能很可能总是处于低电平总是处于低电平。可能的情况。可能的情况有：有：1）该片的）该片的-CS端与端与-WE端端错连错连或或短路短路；2）该片的）该片的-CS端与端与CPU的的-MREQ端端错连错连或或短路短路；3）该片的）该片的-CS端与端与地线地线错连错连或或短路短路；在此，假设芯片与译码器本身都是好的。在此，假设芯片与译码器本身都是好的。（3）如果运行时发现不论往哪片RAM写入数据（4）如果地址线）如果地址线A13与与CPU断线断线，并，并搭搭接到高电平接到高电平上，将会出现上，将会出现A13恒为恒为“1”的情的情况。此时存储器只能寻址况。此时存储器只能寻址A13=1的地址空间，的地址空间，A13=0的另一半地址空间将永远访问不到的另一半地址空间将永远访问不到。若。若对对A13=0的地址空间进行访问，只能错误地访的地址空间进行访问，只能错误地访问到问到A13=1的对应空间中去。的对应空间中去。（4）如果地址线A13与CPU断线，并搭接到25.什么是什么是“程序访问的局部性程序访问的局部性”？存储系统中哪？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？一级采用了程序访问的局部性原理？答：程序运行的局部性原理指：在一小段时间内，答：程序运行的局部性原理指：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大转移执行的可能性大(大约大约5:1)。存储系统中。存储系统中Cache-主存层次和主存主存层次和主存-辅存层次均采用了程序辅存层次均采用了程序访问的局部性原理。访问的局部性原理。25.什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程26.计算机中设置计算机中设置Cache的作用是什么？能否将的作用是什么？能否将Cache的容量扩大，最后取代主存，为什么？的容量扩大，最后取代主存，为什么？答：计算机中设置答：计算机中设置Cache的作用是解决的作用是解决CPU和主存和主存速度不匹配问题。速度不匹配问题。不能将不能将Cache的容量扩大取代主存，原因是的容量扩大取代主存，原因是:（1）Cache容量越大成本越高，难以满足人们容量越大成本越高，难以满足人们追求低价格的要求；（追求低价格的要求；（2）如果取消主存，当）如果取消主存，当CPU访问访问Cache失败时，需要将辅存的内容调入失败时，需要将辅存的内容调入Cache再由再由CPU访问，造成访问，造成CPU等待时间太长，等待时间太长，损失更大。损失更大。26.计算机中设置Cache的作用是什么？能否将Cache28.设主存容量为设主存容量为256K字，字，Cache容量为容量为2K字，块字，块长为长为4。（1）设计）设计Cache地址格式，地址格式，Cache中可装入多少块中可装入多少块数据？数据？（2）在直接映射方式下，设计主存地址格式。）在直接映射方式下，设计主存地址格式。（3）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。）在四路组相联映射方式下，设计主存地址格式。（4）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。）在全相联映射方式下，设计主存地址格式。（5）若存储字长为）若存储字长为32位，存储器按字节寻址，写位，存储器按字节寻址，写出上述三种映射方式下主存的地址格式。出上述三种映射方式下主存的地址格式。28.设主存容量为256K字，Cache容量为2K字，块长解：（解：（1）Cache容量为容量为2K字，块长为字，块长为4，Cache共有共有2K/4=211/22=29=512块，块，Cache字地址字地址9位，字块内地址为位，字块内地址为2位，因此，位，因此，Cache地址格式设计如下：地址格式设计如下：Cache字块地址（字块地址（9位）字块内地址（位）字块内地址（2位）位）（2）主存容量为）主存容量为256K字字=218字，主存地址共字，主存地址共18位，共分位，共分256K/4=216块，块，主存字块标记为主存字块标记为18-9-2=7位。直接映射方式下主存地址格式如下：位。直接映射方式下主存地址格式如下：主存字块标记（主存字块标记（7位）位）Cache字块地址（字块地址（9位）字块内地址（位）字块内地址（2位）位）（3）根据四路组相联的条件，一组内共有）根据四路组相联的条件，一组内共有4块，得块，得Cache共分为共分为512/4=128=27组，主存字块标记为组，主存字块标记为18-7-2=9位，主存地址格式设计如下：位，主存地址格式设计如下：主存字块标记（主存字块标记（9位）组地址（位）组地址（7位）字块内地址（位）字块内地址（2位）位）（4）在全相联映射方式下，主存字块标记为）在全相联映射方式下，主存字块标记为18-2=16位，其地址格式如下：位，其地址格式如下：主存字块标记（主存字块标记（16位）字块内地址（位）字块内地址（2位）位）（5）若存储字长为）若存储字长为32位，存储器按字节寻址，则主存容量为位，存储器按字节寻址，则主存容量为256K*32/4=221B，Cache容量为容量为2K*32/4=214B，块长为，块长为4*32/4=32B=25B，字块内地址为，字块内地址为5位，位，在直接映射方式下，主存字块标记为在直接映射方式下，主存字块标记为21-9-5=7位，主存地址格式为：位，主存地址格式为：主存字块标记（主存字块标记（7位）位）Cache字块地址（字块地址（9位）字块内地址（位）字块内地址（5位）位）在四路组相联映射方式下，主存字块标记为在四路组相联映射方式下，主存字块标记为21-7-5=9位，主存地址格式为：位，主存地址格式为：主存字块标记（主存字块标记（9位）组地址（位）组地址（7位）字块内地址（位）字块内地址（5位）位）在全相联映射方式下，主存字块标记为在全相联映射方式下，主存字块标记为21-5=16位，主存地址格式为：位，主存地址格式为：主存字块标记（主存字块标记（16位）字块内地址（位）字块内地址（5位）位）解：（1）Cache容量为2K字，块长为4，Cache共有229.假设假设CPU执行某段程序时共访问执行某段程序时共访问Cache命中命中4800次，访问主存次，访问主存200次，已知次，已知Cache的存取周期为的存取周期为30ns，主存的存取周期为，主存的存取周期为150ns，求，求Cache的命中的命中率以及率以及Cache-主存系统的平均访问时间和效率，试主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性能提高了多少倍？问该系统的性能提高了多少倍？解：解：Cache被访问命中率为：被访问命中率为：4800/(4800+200)=24/25=96%则则Cache-主存系统的平均访问时间为：主存系统的平均访问时间为：ta=0.96*30ns+(1-0.96)*150ns=34.8nsCache-主存系统的访问效率为：主存系统的访问效率为：e=tc/ta*100%=30/34.8*100%=86.2%性能为原来的性能为原来的150ns/34.8ns=4.31倍，即提高了倍，即提高了3.31倍。倍。29.假设CPU执行某段程序时共访问Cache命中480030.一个组相连映射的一个组相连映射的CACHE由由64块组成，每组内包块组成，每组内包含含4块。主存包含块。主存包含4096块，每块由块，每块由128字组成，访存字组成，访存地址为字地址。试问主存和高速存储器的地址各为地址为字地址。试问主存和高速存储器的地址各为几位？画出主存地址格式。几位？画出主存地址格式。解：解：cache组数：组数：64/4=16，Cache容量为：容量为：64*128=213字，字，cache地址地址13位位主存共分主存共分4096/16=256区，每区区，每区16块块主存容量为：主存容量为：4096*128=219字，主存地址字，主存地址19位，地位，地址格式如下：址格式如下：主存字块标记（主存字块标记（8位）组地址（位）组地址（4位）字块内地址（位）字块内地址（7位）位）30.一个组相连映射的CACHE由64块组成，每组内包含439.某磁盘存储器转速为某磁盘存储器转速为3000转转/分，共有分，共有4个记录盘面，每毫个记录盘面，每毫米米5道，每道记录信息道，每道记录信息12288字节，最小磁道直径为字节，最小磁道直径为230mm，共有，共有275道，求：道，求：（1）磁盘存储器的存储容量。）磁盘存储器的存储容量。（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。（3）磁盘数据传输率。）磁盘数据传输率。（4）平均等待时间。）平均等待时间。解：（解：（1）存储容量）存储容量=275道道12288B/道道4面面=13516800B（2）最高位密度）最高位密度=12288B/（230）=17B/mm=136位位/mm（向下取整）（向下取整）最大磁道直径最大磁道直径=230mm+2275道道/(5道道/mm)=230mm+110mm=340mm最低位密度最低位密度=12288B/(340)=11B/mm=92位位/mm（向下取整）（向下取整）（3）磁盘数据传输率）磁盘数据传输率=12288B3000转转/分分=12288B50转转/秒秒=614400B/s（4）平均等待时间）平均等待时间=1s/50/2=10ms39.某磁盘存储器转速为3000转/分，共有4个记录盘面，输入输出系统输入输出系统第第五章五章输入输出系统第 五章主要内容主要内容1、输入输出系统的组成：、输入输出系统的组成：I/O硬件和硬件和I/O软件软件2、I/O设备编址方式：设备编址方式：统一编址和不统一（独立）编址统一编址和不统一（独立）编址3、I/O联络方式：联络方式：立即响应、异步方式和同步方式立即响应、异步方式和同步方式4、I/O设备与主机信息传送的五种控制方式：设备与主机信息传送的五种控制方式：程序查询程序查询方式、程序中断方式、方式、程序中断方式、DAM方式、方式、I/O通道方式和通道方式和I/O处理机方式处理机方式5、I/O设备：设备：P167表表5.16、I/O接口的功能：接口的功能：选址功能、传送命令功能、传送数选址功能、传送命令功能、传送数据功能和反映据功能和反映I/O设备工作状态功能设备工作状态功能7、接口类型：、接口类型：并行和串行、可编程和不可编程并行和串行、可编程和不可编程8、程序中断方式（、程