广东海洋大学计算机组成原理复习提纲完善版.pdf

注 ： 广 东 海 洋 大 学 计 算 机 组 成 原 理 复 习 提 纲 ， 文 档 及 答 案 由 阿 稻想 洋 洋 完 善 上 传 提 供 ， 如 有 疑 问 或 不 妥 之 处 ， 请 自 行 解 决 或 联 系 师兄 我 。 题 目 虽 好 ， 但 好 像 与 真 题 有 所 偏 差 ， 仅 供 参 考 ， 作 为 补 充 ，建 议 主 要 还 是 看 2016 九 成 真 题 。一 、 选 择 题1 指 令 周 期 是 指 _C_。A. CPU从 主 存 取 出 一 条 指 令 的 时 间 。 B. CPU执 行 一 条 指 令 的 时 间C. CPU从 主 存 取 出 一 条 指 令 加 上 执 行 这 条 指 令 的 时 间D. 时 钟 周 期 时 间2 以 下 四 种 类 型 指 令 中 ， 执 行 时 间 最 长 的 是 _C_。A. RR型 B. RS型 C. SS型 D.程 序 控 制 指 令3. 某 DRAM 芯 片 ， 其 存 储 容 量 为 512K 8 位 ， 该 芯 片 的 地 址 线和 数 据 线 数 目 为 _D_。A. 8， 512 B. 512， 8 C. 18， 8 D. 19， 84 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， 165 描 述 PCI总 线 中 基 本 概 念 不 正 确 的 句 子 是 _C_。A HOST 总 线 不 仅 连 接 主 存 ， 还 可 以 连 接 多 个 CPUB PCI 总 线 体 系 中 有 三 种 桥 ， 它 们 都 是 PCI 设 备C 以 桥 连 接 实 现 的 PCI总 线 结 构 不 允 许 许 多 条 总 线 并 行 工 作D 桥 的 作 用 可 使 所 有 的 存 取 都 按 CPU 的 需 要 出 现 在 总 线 上6 若 X补 =11010011， 则 X 的 十 进 制 数 真 值 是 _B_。A.71 B.-45 C.65 D.-637 存 贮 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8 以 下 叙 述 中 正 确 描 述 的 句 子 是 ： _A_。A 同 一 个 CPU周 期 中 ， 可 以 并 行 执 行 的 微 操 作 叫 相 容 性 微 操 作B 同 一 个 CPU周 期 中 ， 不 可 以 并 行 执 行 的 微 操 作 叫 相 容 性 微 操 作C 同 一 个 CPU周 期 中 ， 可 以 并 行 执 行 的 微 操 作 叫 相 斥 性 微 操 作9 寄 存 器 间 接 寻 址 方 式 中 ， 操 作 数 处 在 _B_。A.通 用 寄 存 器 B.主 存 单 元 C.程 序 计 数 器 D.堆 栈 10 如 果 浮 点 数 尾 数 用 补 码 表 示 ， 则 判 断 下 列 哪 一 项 的 运 算 结 果 是 规 格 化 数 C_。A 1.11000 B 0.01110 C 1.00010 D 0.0101011 CRT 的 分 辨 率 为 1024 1024 像 素 ， 像 素 的 颜 色 数 为 256，则 刷 新 存 储 器 的 容 量 是 _B_。A.512KB B.1MB C.256KB D.2MB12 计 算 机 的 外 围 设 备 是 指 _D_。A.输 入 /输 出 设 备 B.外 存 储 器C.远 程 通 信 设 备 D.除 了 CPU 和 内 存 以 外 的 其 它 设备 13. 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14. 下 列 数 中 最 大 的 数 是 _A_。A （ 10011001） 2 B.（ 227） 8 C.（ 98） 16 D.（ 152） 1015. 为 确 定 下 一 条 微 指 令 的 地 址 ， 通 常 采 用 断 定 方 式 ， 其 基 本 思想 是 _C_。A.用 程 序 计 数 器 PC来 产 生 后 继 微 指 令 地 址B.用 微 程 序 计 数 器 PC来 产 生 后 继 微 指 令 地 址C.通 过 微 指 令 顺 序 控 制 字 段 由 设 计 者 指 定 或 由 设 计 者 指 定 的 判 别 字 段 控 制 产 生 后 继 微 指 令 地 址D.通 过 指 令 中 指 定 一 个 专 门 字 段 来 控 制 产 生 后 继 微 指 令 地 址16. 某 计 算 机 字 长 32位 ， 其 存 储 容 量 为 4 MB， 若 按 半 字 编 址 ，它 的 寻 址 范 围 是 C_。A 0 4MB B 0 2MB C 0 2M D 0 1MB若 按 半 字 就 是 16位 了 4MB=32Mb也 就 是 说 这 个 存 储 器 能 存 放 的 位 是 32Mb 现 在 一 个 地 址 就 是16b 显 然 32/16=2M 。 不 要 认 为 32位 就 能 寻 找 2的 32次 方 就 是 4G的 地 址 空 间 那 是 错 的 。 17. 主 存 贮 器 和 CPU之 间 增 加 cache的 目 的 是 _A_。A.解 决 CPU和 主 存 之 间 的 速 度 匹 配 问 题 B.扩 大 主 存 贮 器 的 容 量C.扩 大 CPU中 通 用 寄 存 器 的 数 量 D.扩 大 外 存 的 容 量18 采 用 串 行 接 口 进 行 7 位 ASCII码 传 送 ， 带 有 1 位 奇 校 验 位 ， l位 起 始 位 和 1 位 停 止 位 ， 当 字 符 传 送 速 率 为 500字 符 /s时 ， 波 特率 为 _A_。A.5000 波 特 B.9000波 特 C.1000 波 特 D.4800波 特500*(7+1+1+1)=5000 19 寄 存 器 间 接 寻 址 方 式 中 ， 操 作 数 处 在 _B_。A.通 用 寄 存 器 B.主 存 单 元 C.程 序 计 数 器 D.堆 栈20 在 集 中 式 总 线 仲 裁 中 ， _B_方 式 响 应 时 间 最 快 ， _A_方 式对 _C_最 敏 感 。A.菊 花 链 方 式 B.独 立 请 求 方 式 C.电 路 故 障 D.计 数 器定 时 查 询 方 式21 设 变 址 寄 存 器 为 X， 形 式 地 址 为 D， （ X） 表 示 寄 存 器 X的 内容 ， 这 种 寻 址 方 式 的 有 效 地 址 为 _A_。 A. EA=(X)+D B. EA=(X)+(D) C.EA=(X)+D) D. EA=(X)+(D)22 中 断 向 量 地 址 是 ： _B_。A .子 程 序 入 口 地 址 B. 中 断 服 务 例 行 程 序 入 口 地 址C .中 断 服 务 例 行 程 序 入 口 地 址 的 指 示 器 D .中 断 返 回 地 址23 对 计 算 机 的 软 、 硬 件 资 源 进 行 管 理 的 是 _A_。A. 操 作 系 统 B. 数 据 库 管 理 系 统C. 语 言 处 理 系 统 D. 用 户 程 序24. 以 下 有 关 RISC的 描 述 中 ， 正 确 的 是 _。 A. RISC 的 主 要 目 标 是 减 少 指 令 数 ， 提 高 指 令 执 行 效 率B.为 了 实 现 兼 容 ， 新 设 计 的 RISC， 是 从 原 来 CISC 系 统 的 指 令 系 统 中 挑 选 一 部 分 实 现 的 。C 采 用 RISC 技 术 后 ， 计 算 机 的 体 系 结 构 又 恢 复 到 早 期 的 比 较 简单 的 情 况 。D RISC 设 有 乘 、 除 法 指 令 和 浮 点 运 算 指 令 。25. _D_表 示 法 主 要 用 于 表 示 浮 点 数 中 的 阶 码 。A. 原 码 B. 补 码 C. 反 码 D. 移码 二 、 填 空 题1 计 算 机 系 统 中 的 存 储 器 分 为 指 令 内 存 _和 _外 存 _。 在CPU执 行 程 序 时 ， 必 须 将 指 令 存 放 在 _内 存 _中 。2 总 线 仲 裁 部 件 通 过 采 用 _优 先 级 _策 略 或 _公 平 _策略 ， 选 择 其 中 一 个 主 设 备 作 为 总 线 的 下 一 次 主 方 ， 接 管 _总 线控 制 权 。3 当 代 流 行 的 标 准 总 线 追 求 与 _结 构 _、 _CPU_、 _技 术 _无 关的 开 发 标 准 。4. 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 硬 件 技 术 。 现 发 展 为 多 级 cache 体 系 ， _指 令 cache 与 数 据 cache_分 设体 系 。5 计 算 机 系 统 中 ， 下 列 部 件 都 能 够 存 储 信 息 ： 主 存 CPU内 的 通 用 寄 存 器 cache 磁 带 磁 盘 。 按 照 CPU 存 取 速 度排 列 ， 由 快 到 慢 依 次 为 ， 其 中 ， 内 存 包 括 _ _； 属 于 外 存 的 是 _ _。6. 一 般 来 讲 ， 取 指 周 期 中 从 内 存 读 出 的 信 息 流 是 _指 令 流_， 一 定 送 往 _指 令 _寄 存 器 ； 在 执 行 周 期 中 从 内 存读 出 的 信 息 流 是 _数 据 流 _。 7. 一 个 较 完 善 的 指 令 系 统 应 包 含 _数 据 _类 指 令 ， _算 术 _类 指令 ， _逻 辑 _类 指 令 ， 程 序 控 制 类 指 令 ， I/O 类 指 令 ， 字 符串 类 指 令 ， 系 统 控 制 类 指 令 。8. PCI是 一 个 与 处 理 器 无 关 的 _高 速 外 围 总 线 _， 它 采 用 _同 步 _时 序 协 议 和 _集 中 _式 仲 裁 策 略 。9. 根 据 操 作 数 所 在 位 置 ， 操 作 数 在 寄 存 器 中 ， 为 _寄 存 器 _寻 址 方 式 ； 操 作 数 地 址 在 寄 存 器 ， 为 _寄 存 器 间 接 _寻 址方 式 ； 操 作 数 在 指 令 中 ， 为 _立 即 _寻 址 方 式 。10. 计 算 机 硬 件 包 括 A.存 储 器 _， B._控 制 器 _， C._ 运 算 器 _， 适 配 器 ， 输 入 /输 出 设 备 。 11. 存 储 器 的 技 术 指 标 是 A._容 量 _、 B._存 取 时 间 _、C._存 取 周 期 _和 存 储 器 带 宽 。12. 用 16K 8 位 EPROM 芯 片 组 成 128K 32 位 的 只 读 存 储器 ， 则 数 据 寄 存 器 A._32_位 、 地 址 寄 存 器 B._17_位 、共 需 EPROM芯 片 C._32_个 。13.主 存 与 cache的 地 址 映 射 有 _全 相 联 映 射 _、 _直 接映 射 _、 _组 相 联 映 射 _三 种 方 式 。三 、 简 答 题 1. 指 令 和 数 据 均 存 放 在 内 存 中 ， 计 算 机 如 何 从 时 间 和 空 间 上 区 分 它们 是 指 令 还 是 数 据 。从 时 间 上 讲 ,取 指 令 事 件 发 生 在 “ 取 指 周 期 ” ， 取 数 据 事 件 发 生 在 “ 执 行 周 期 ” 。 从 空 间上 讲 ， 从 内 存 读 出 指 令 流 流 向 控 制 器 （ 指 令 寄 存 器 ） 。 从 内 存 读 出 数 据 流 流 向 运 算 器 （ 通用 寄 存 器 ）2. 什 么 是 指 令 周 期 ？ 什 么 是 机 器 周 期 ？ 什 么 是 时 钟 周 期 ？ 三 者 之间 的 关 系 如 何 ？答 ： 指 令 周 期 ： 取 出 一 条 指 令 并 且 执 行 这 条 指 令 的 时 间 ；机 器 周 期 ： 又 称 cpu周 期 ， cpu一 次 访 问 内 存 的 时 间 ， 通 常 用 内存 中 读 取 一 个 指 令 字 的 最 短 时 间 来 规 定 CPU周 期 时 钟 周 期 ： 处 理 操 作 的 最 基 本 单 位 。 (CPU的 主 频 )指 令 周 期 、 机 器 周 期 和 时 钟 周 期 之 间 的 关 系 ： 指 令 周 期 通 常 用 若 干 个 机 器 周 期 表 示 ， 而 机 器 周 期 时 间 又 包 含 有 若 干 个 时 钟 周 期 。3. PCI 总 线 中 三 种 桥 的 名 称 是 什 么 ？ 桥 的 功 能 是 什 么 ？4. 在 寄 存 器 寄 存 器 型 ， 寄 存 器 存 储 器 型 和 存 储 器 存 储 器 型 三 类 指 令 中 ， 哪 类 指 令 的 执 行 时 间 最 长 ？ 哪 类 指 令 的 执 行 时 间 最短 ？ 为 什 么 ？答 ： 存 储 器 -存 储 器 型 时 间 最 长 ， 寄 存 器 -寄 存 器 型 时 间 最 短 ， 因 为前 者 要 两 次 访 问 内 存 ， 而 后 者 不 用 访 问 内 存 ！ （ 寄 存 器 -寄 存 器 型 执行 速 度 最 快 ,存 储 器 -存 储 器 型 执 行 速 度 最 慢 。 因 为 前 者 操 作 数 在 寄 存器 中 ， 后 者 操 作 数 在 存 储 器 中 ， 而 访 问 一 次 存 储 器 所 需 的 时 间 一 般比 访 问 一 次 寄 存 器 所 需 时 间 长 。 ） 5. 流 水 线 中 存 在 哪 三 种 数 据 相 关 冲 突 会 使 流 水 线 发 生 断 流 ？ 如 何解 决 数 据 相 关 冲 突 ？ 流 水 线 中 有 三 类 数 据 相 关 冲 突 ： 写 后 读 （ RAW） 相 关 ； 读 后 写 （ WAR）相 关 ； 写 后 写 （ WAW） 相 关 。解 决 数 据 相 关 冲 突 的 办 法 :在 流 水 CPU 的 运 算 器 中 设 置 若 干 运 算 结果 缓 冲 寄 存 器 ， 暂 时 保 留 运 算 结 果 ， 以 便 于 后 继 指 令 直 接 使 用 ， 这称 为 “ 向 前 ” 或 定 向 传 送 技 术6. 简 述 cache的 基 本 原 理 。1.CPU与 Cache之 间 的 数 据 交 换 是 以 字 为 单 位 ,而 Cache与 主 存 之 间 的 数 据交 换 是 以 块 为 单 位 。 一 个 块 由 通 常 若 干 定 长 的 字 组 成 。2. 因 此 Cache 的 基 本 原 理 是 当 CPU 要 读 取 主 存 中 一 个 字 时 ,总 是 将 存 放 该 字 的 内 存 地 址 同 时 发 给 Cache 和 主 存 。 此 时 Cache 控 制 逻 辑 立 即 依 据 地 址判 断 该 字 当 前 是 否 已 在 Cache 中 若 是 将 此 字 立 即 传 送 给 CPU,CPU 无 需 再 访问 主 存 让 主 存 访 问 失 效 ,若 非 ,则 用 主 存 读 周 期 把 此 字 从 主 存 读 出 送 到 CPU与 此 同 时 把 含 有 这 个 字 的 数 据 块 从 主 存 读 出 并 装 入 到 Cache 中 Cache 中 较旧 的 内 容 块 替 换 掉 。 这 种 替 换 控 制 由 始 终 管 理 Cache 使 用 情 况 的 硬 件 逻 辑电 路 来 实 现 最 常 用 的 替 换 算 法 为 LRU最 近 最 少 使 用 策 略 。8.已 知 某 8 位 机 的 主 存 采 用 半 导 体 存 储 器 ， 地 址 码 为 18 位 ， 采 用4K 4位 的 SRAM芯 片 组 成 该 机 所 允 许 的 最 大 主 存 空 间 ， 并 选 用 模 块条 形 式 ， 问 ：a. 若 每 个 模 块 条 为 32K 8位 ， 共 需 几 个 模 块 条 ？（ 182 *8） /（ 32k*8） =8（ 个 ）b. 每 个 模 块 条 内 有 多 少 片 RAM芯 片 ? （ 152 / 122 ） *（ 8位 /4位 ） =16 即 （ 32KX8） /4KX4=16（ 片 ）c. 主 存 共 需 多 少 RAM芯 片 ？8*16=128（ 片 ）9. 什 么 是 刷 新 ？ 刷 新 操 作 有 哪 两 种 方 式 ， 各 有 什 么 特 点 ？对 DRAM定 期 进 行 的 全 部 重 写 过 程 ；集 中 式 刷 新 、 分 布 式 刷 新集 中 式 刷 新 ： DRAM 的 所 有 行 在 每 一 个 刷 新 周 期 中 都 被 刷 新 分 布 式 刷 新 ： 每 一 行 的 刷 新 插 入 到 正 常 的 读 、 写 周 期 之 中10. 求 十 进 制 数 -113 的 原 码 表 示 ， 反 码 表 示 ， 补 码 表 示 表 示 （ 用 8位 二 进 制 表 示 ， 并 设 最 高 位 为 符 号 位 ， 真 值 为 7位 ） 。原 码 ： 11110001反 码 ： 10001110补 码 ： 10001111四 、 分 析 与 设 计 1.CPU 执 行 一 段 程 序 时 ， cache完 成 存 取 的 次 数 为 3800 次 ， 主 存 完 成 存 取 的 次 数 为 200次 ， 已 知 cache存 取 周 期 为 50ns， 主 存 为 250ns，求 cache / 主 存 系 统 的 效 率 和 平 均 访 问 时 间 。h= 95.020038003800m NN NC C nsnsett hrre nsnstt Ca cm 60833.0/50 %3.8395.0*)51(5 1)1(1 550250r 平 均 访 问 时 间 60ns 效 率 83.3% 2. 指 令 格 式 如 下 所 示 ， OP为 操 作 码 字 段 ， 试 分 析 指 令 格 式 特 点 。31 26 25 22 21 18 17 16 15 0OP 源 寄 存 器 变 址 寄 存 器 偏 移 量1、 双 字 长 二 地 址 指 令2、 操 作 字 段 op为 6位 ， 可 以 指 定 64种 操 作 （ 指 令 ）3、 一 个 操 作 数 在 源 寄 存 器 （ 共 16个 ） ， 另 一 个 操 作 数 在 存 储 器中 （ 由 变 址 寄 存 器 和 位 移 量 决 定 ） ， 所 以 是 RS型 指 令3. 某 计 算 机 字 长 32位 ， 有 16个 通 用 寄 存 器 ， 主 存 容 量 为 1M 字 ， 采 用 单 字 长 二 地 址 指 令 ， 共 有 64条 指 令 ， 试 采 用 四 种 寻 址 方 式 （ 寄存 器 、 直 接 、 变 址 、 相 对 ） 设 计 指 令 格 式 。 4. 用 32K*16位 的 EEPROM芯 片 组 成 128K*16位 的 只 读 存 储 器 ， 问 ：（ 1） 数 据 寄 存 器 和 地 址 寄 存 器 各 多 少 位 ？ 共 需 多 少 个 EEPROM芯片 ？ 数 据 寄 存 器 16位 ， 地 址 寄 存 器 17位共 需 要 4个 （ 2） 画 出 此 存 储 器 组 成 框 图 。 5.参 见 课 本 P140的 数 据 通 路 ， 画 出 指 令 “ STA,R1,(R2)” 的 指 令 周 期流 程 图 ， 其 含 义 是 将 寄 存 器 R1的 内 容 传 送 至 （ R2） 地 址 的 存 储 器单 元 中 。 标 出 各 微 操 作 信 号 序 列 。 6. 存 储 器 容 量 为 128M， 字 长 64 位 ， 模 块 数 m = 8， 分 别 用 顺 序 方式 和 交 叉 方 式 进 行 组 织 。 存 储 周 期 T = 200ns,数 据 总 线 宽 度 为 64位 ， 总 线 周 期 = 50ns .问 顺 序 存 储 器 和 交 叉 存 储 器 的 带 宽 各 是 多少 ？ 顺 序 存 储 器 和 交 叉 存 储 器 连 续 读 出 m=8个 字 的 信 息 总 量 是 ：64*8=512位顺 序 存 储 器 和 交 叉 存 储 器 连 续 读 出 m=8个 字 的 时 间 分 别 是 ：t1=mT=8*200ns=1600ns T2=T+(m-1)t=200ns+7*50ns=550ns所 以 带 宽 分 别 为 ；W1=q/t1=512/(1600 x 910 )=32X 710 (位 /秒 )W2=q/t2=512/(550X 910 )=93.1x 710 (位 /秒 )7. 将 是 进 制 数 -15/64表 示 成 IEEE754 标 准 的 32为 浮 点 规 格 化 数-15/64=-0.234375=0.001111=1.111*2（ -3） e=-3E=-3+127=124=01111100 S=1 M=111最 后 表 示 为 ： 10111110011100000000000000000000 8.刷 新 存 储 器 的 重 要 性 能 指 标 是 它 的 带 宽 。 实 际 工 作 时 ， 显 示 适 配器 的 几 个 功 能 部 件 要 采 用 刷 新 存 储 器 的 带 宽 。 假 定 总 带 宽 60%用于 刷 新 屏 幕 ， 保 留 40%带 宽 用 于 其 他 非 刷 新 功 能 。 若 显 示 工 作 方式 采 用 分 辨 率 为 1024 1024， 颜 色 深 度 为 3B， 刷 新 速 率 为 72Hz，计 算 刷 新 存 储 器 总 带 宽 是 多 少 ？ 9.指 令 流 水 线 有 取 指 （ IF） 、 译 码 （ ID） 、 执 行 （ EX） 和 写 回 （ WB）四 个 过 程 段 ， 共 有 20条 指 令 连 续 进 入 此 流 水 线 ， 要 求 ：（ 1） 画 出 此 流 水 线 的 时 空 图 ， 假 设 时 钟 周 期 为 20ns；（ 2） 求 流 水 线 的 实 际 吞 吐 量 ；（ 3） 求 流 水 线 的 加 速 比 。 10.某 磁 盘 存 贮 器 转 速 为 3000转 / 分 ， 共 有 4个 记 录 面 ， 每 毫 米 5道 ， 每 道 记 录 信 息 为 12288字 节 ， 最 小 磁 道 直 径 为 230mm， 共 有 275道 。 问 ：（ 1） 磁 盘 存 贮 器 的 容 量 是 多 少 ？（ 2） 最 高 位 密 度 与 最 低 位 密 度 是 多 少 ？（ 3） 磁 盘 数 据 传 输 率 是 多 少 ？（ 4） 给 出 一 个 磁 盘 地 址 格 式 方 案