计算机组成与体系结构

《计算机组成与体系结构》复习提纲

（大都是理论性的知识点，相关练习请参照课件和各章习题）

一．计算机的五大组成部件及其基本功能。

（1）输入设备 Input devices：从计算机外部输入信息

（2）存储器 Memory Unit：存放数据、指令等

（3）运算器 Arithmetic and Logic Unit (ALU)：执行算术、逻辑运算

（4）控制器 Control Unit (CU)：分析指令，控制指令的执行，协调其它部件工作

（5）输出设备 Output devices ：将加工后的信息输出

运算器和控制器是信息处理的中心部件，合称为“中央处理单元”（CPU）；存储器、运算器和控制器在信息处理操作中起主要作用，是计算机硬件的主体部分，通常被称为“主机”。输入（Input）设备和输出（Output）设备统称为“外部设备”，简称为外设或I/O设备。

二．sign magnitude （原码）one’s complement （反码）two’s complement （补码）biased （移码）的表示与相关计算

1sign magnitude （原码）

（1）定点小数：

其中[]x

原

是机器数，x是真值

（2）定点整数：

（3）原码小数的表示范围：最大值 1- 2n-最小值 -( 1- 2n-)；

若原码小数的位数是8位（n=7）时,其该数表示的最大值、最小值：127/128，-127/128。

（4）原码整数的表示范围：最大值 2n -1最小值 -(2n -1)；

若原码整数的位数是8位,其表示的最大值、最小值127，-127。

（5）总结：原码为符号位加上数的绝对值，0正1负;原码零有两个编码，+0和 -0编码不同;原码加减运算复杂，乘除运算规则简单；原码表示简单，易于同真值之间进行转换。最大缺点:加减法运算复杂。因为：当两数相加时，如果同号则数值相加，如果异号，则要进行减法，而在进行减法时，还要比较绝对值的大小，然后大数减去小数，最后还要给结果选择恰当的符号。

2 one’s complement （反码）

（1）定点小数：

由反码求补码的公式：[]x

补

=

[]x

反+ 2n-即：若要一个负数变补码，其方法是

符号位置1，其余各位0变1，1变0，然后在最末位(2-n)上加1。

（2）定点整数：

（3）总结：负数反码为符号位跟每位数的反，0正1负；反码零有两个编码，+0 和 -0 的编码不同；反码难以用于加减运算；反码的表数范围与原码相同。

3 two’s complement （补码）

（1）定点小数：

（2）定点整数：

（3）补码的表示范围

n+1位补码整数: -2n—— 2n -1

n+1 位补码小数: -1 ——1- 2n-

若补码整数的位数是8位,其表示的最小值、最大值: -128 -- 127

若补码小数的位数是8位时,其该数表示的最小值、最大值为- 1 -- 1- 27-即

-1 -- 127/128

（4）特点：

补码最高一位为符号位，0正1负；

补码零有唯一编码；

补码能很好用于加减运算。

补码满足[]x-

补

+

[]x

补

=0 最高位参与演算，与其它位一样对待。

扩展方便：5位的补码扩展为8位 00111—>00000111 11001—>11111001

算术移位：假设[]x

补

= x0. x1 x2 ··· xn,

[]2/x

补

= x0. x0 x1

x2 ··· xn-1

（5）补码编码的简便方法：

正数的补码在其二进制代码前加上符号位0；

负数的补码是将二进制代码前加0后,再全部按位取反，然后在最低位上加1。

(6)补码的运算：由[]x补求[]x-补——将[]x补连同符号一起将各位取反，末位再加1。

4 biased （移码）

（1）定点整数：

[注意]: 移码中符号位x0表示的规律与原码、

补码、反码相反——“1”正，“0”负。

（2）特点：

a 在移码中，最高位为0表示负数，最高位为1表示正数，这与原码、补码、反码的符号位取值正好相反。

b移码为全0时所对应的真值最小，为全1时所对应的真值最大!移码的大小直观地反映了真值的大小。

c 真值0在移码中的表示形式是唯一的，即：[+0]移 = [+0]移= 100 (00)

移码把真值映射到一个正数域，所以可将移码视为无符号数，直接按无符号数规则比较大小。

d 同一数值的移码和补码除最高位相反外，其他各位相同。

5 各种码之间的转换

（1）已知原码求补码：正数[]x

补

=

[]x

原

;负数符号除外,各位取反，末位加1

(2)补码与真值之间的转换：方法一

方法二符号位为“1”--负，余下求补为数值部分；符号位为“0”--正，余下为数值部分

（3）移码和补码的关系：

a []x原、[]x反、[]x补用“0”表示正号，用“1”表示负号；

b [X]移用“1”表示正号，用“0”表示负号。

c 如果X为正数，则[]x

原

=

[]x

反

=

[]x

补

。

d 如果X为0，则[]x

补

、

[]x

移有唯一编码，[X]原、[X]反有两种编码。

e 移码与补码的形式相同，只是符号位相反。

三．溢出（overflow）及检测方法

1 溢出

两个正数相加: 结果大于机器所能表示的最大正数，称为上溢；

两个负数相加：结果小于机器所能表示的最小负数，称为下溢。

2 检测方法

（1）单符号位法

当最高有效位有进位而符号位无进位时,产生上溢；

当最高有效位无进位而符号位有进位时,产生下溢。

（简单地说是正数相加为负数或负数相加为正数则产生溢出）

故溢出逻辑表达式为：V＝Cf⊕C o

其中C f为符号位产生的进位,Co为最高有效位产生的进位。此逻辑表达式也可用异或门实现。

（2）双符号位法

将符号位扩充为两位(Sf1、Sf2)，其所能表示的信息量将随之扩大，既能判别是否溢出，又能指出结果的符号。双符号位法也称为“变形补码”或“模4补码” 。变形补码定义：

双符号位的含义如下：Sf1Sf2 ＝ 00 结果为正数，无溢出

01 结果正溢

10 结果负溢

11 结果为负数，无溢出

不管溢出与否，最高符号位永远表示结果的正确符号。

溢出逻辑表达式为：V＝Sf1⊕Sf2

中Sf1和Sf2分别为最高符号位和第二符号位，此逻辑表达式可用异或门实现。

四．Floating Point Representation(浮点表示)，尾数指数的含义（Mantissa and Exponent），及浮点数加减运算

1 浮点表示：

（1）计算机中一个任意进制数Ｎ可以写成Ｎ＝Ｒe ×m

m：尾数(Mantissa 或有效数：significand)，是一个纯小数。

e：浮点的指数（Exponent）, 是一个整数。

R ：基数(Base)，对于二进制数值的机器是一个常数，一般规定Ｒ为2，8或16。

（2）一个机器浮点数由阶码和尾数及其符号位组成：尾数：用定点小数表示，给出有效数字的位数，决定了浮点数的表示精度；阶码：用定点整数形式表示，指明小数点在数据中的位置，决定了浮点数的表示范围。

（3）浮点数的标准格式（Ｎ＝Ｒe.m）

IEEE754 标准：尾数用原码；阶码用移码；基为2

按照 IEEE754 的标准，32位浮点数和64位浮点数的标准格式为：

S（Sign）———尾数符号，0正1负；

M（Mantissa）——尾数, 纯小数表示, 小数点放在尾数域的最

前面。采用原码表示。

E（Exponent）——阶码，采用“移码”表示;

阶符采用隐含方式，即采用“移码”方法来表示正负指数。

（4）规格化表示

二进制原码的规格化数的表现形式：正数 0.1xxxxxx 负数 1.1xxxxxx

补码尾数的规格化的表现形式：尾数的最高位与符号位相反正数 0.1xxxxxx 负数 1.0xxxxxx

规格化处理和隐藏位技术见课件Ch_09 Computer Arithmetic(3)幻灯片9—15 2 浮点数加减运算

浮点加减运算的操作过程：

（1）0 操作数检查两个操作数ｘ或ｙ中有一个数为0,即可得知运算结果而没有必要再进行后续的一系列操作以节省运算时间。0操作数检查步骤则用来完成这一功能。

（2）比较阶码大小并完成对阶若二数阶码相同,表示小数点是对齐的,就可以进行尾数的加减运算；若二数阶码不同,表示小数点位置没有对齐,此时必须使二数阶码相同,这个过程叫作对阶。

（3）尾数求和运算对阶结束后,即可进行尾数的求和运算。不论加法运算还是减法运算,都按加法进行操作,其方法与定点加减法运算完全一样。

（4）结果规格化在浮点加减运算时,尾数求和的结果也可以得到01.ф…ф或10.ф…ф,即两符号位不等,这在定点加减法运算中称为溢出,是不允许的。但在浮点运算中,它表明尾数求和结果的绝对值大于1,向左破坏了规格化。此时将运算结果右移以实现规格化表示,称为向右规格化。规则是：尾数右移1位,阶码加1。当尾数不是1.M时需向左规格化。

（5）舍入处理“0舍1入”法,即如果右移时被丢掉数位的最高位为0则舍去,为1则将尾数的末位加“1”。"恒置一"法,即只要数位被移掉,就在尾数的末尾恒置"1"。

（6）溢出处理

阶码上溢超过了阶码可能表示的最大值的正指数值,一般将其认为是＋∞和－∞。

阶码下溢超过了阶码可能表示的最小值的负指数值,一般将其认为是0。

尾数上溢两个同符号尾数相加产生了最高位向上的进位,将尾数右移,阶码增1来重新对齐。

尾数下溢在将尾数右移时,尾数的最低有效位从尾数域右端流出,要进行舍入处理。

（具体实例见课件Ch_09 Computer Arithmetic(3)幻灯片26—31 && 第二章习题11）

五．存储系统的特性及其分类

1Location存储位置

（1） CPU 寄存器、控存、高速缓存

（2） Internal（main）内存通常等同于主存

（3） External（secondary）外存如：磁盘、磁带，通过I/O控制器与处理器连接

2Capacity 容量

3存取方法顺序存取、直接存取（半顺序存储）、随机存取、关联存取

4物理类型

（1）用于大规模或超大规模集成电路的半导体存储器

（2）用于磁盘和磁带的磁记录存储器RAM

（3）光学存储器

（4）其它：磁泡存储器、全息存储器

5物理特性易失性的、非易失性的不可擦除的

六．存储器的字位扩展（Expansion of Memory）

1 Bit Expansion (位扩展) 例如1k*4bit RAM---------------1k*8bit RAM

2 Word Expansion (字扩展) 例如1k*4bit RAM--------------2k*4bit RAM

3 Bit-Word Expansion(字位同时扩展)例如1k*4bit RAM---------2k*8bit RAM 相关例题见课件Ch_0405 Memory幻灯片34—44，相关练习见第三章习题1、3 七．DRAM的刷新（Refreshing）

（1）DRAM的刷新：不管是哪一种动态RAM，都是利用电容存储电荷的原理来保存信息的，由于电容会逐渐放电，所以，对动态RAM必须不断进行读出和再写入，以使泄放的电荷受到补充，也就是进行刷新。

（2）刷新周期：从上一次对整个存储器刷新结束到下一次对整个存储器全部刷新一遍为止，这一段时间间隔叫刷新周期。一般为2ms, 4ms, 8ms。

（3）刷新方式常用的刷新方式有三种:集中式、分散式、异步式。

集中式刷新——在整个刷新间隔内，前一段时间重复进行读/写周期或维持

周期，等到需要进行刷新操作时，便暂停读/写或维持周期，而

逐行刷新整个存储器，它适用于高速存储器，存在不能进行读写操作的死区时间。分散式刷新——把一个存储周期tc分为两半，周期前半段时间tm用来读/写操作或维持信息，周期后半段时间tr作为刷新操作时间。这样，每经过128个系统周期时间，整个存储器便全部刷新一遍。分散式刷新系统速度降低，但不存在停止读写操作的死时间。

异步式刷新——是前两种方式的结合。

八．Cache的三种映射（Mapping）方式

1直接映射方式

The MSBs are split into a cache line field r and a tag of s-r (most significant)

主存地址格式

Cache格式

2 全相联映射方式

主存地址格式

Cache格式

3 组相联映射方式

主存地址格式

Cache格式

（相关例题见课件Ch_0405 Memory幻灯片52、74、105，相关练习见第三章习题4、5、6）

九．指令的寻址方式，操作数的寻址方式（Immediate，Direct，Indirect，Register，Register Indirect，Relative Addressing（相对寻址），Indexing Addressing（变址寻址），Base Addressing（基址寻址）,Stack, Implicit Address(隐含寻址）)

1指令的寻址方式：

顺序寻址方式——使用程序计数器（又称指令指针寄存器）PC来计数指令的顺序号，该顺序号就是指令在内存中的地址。

转移寻址方式——下条指令的地址码不是由程序计数器给出，而是由本条指令给出。

2 操作数的寻址方式

（1）Immediate Addressing立即寻址——取指令时将操作码和一个操作数同时取出，操作数只是指令的一部分。

（2）Direct Addressing直接寻址——指令字中的形式地址D就是操作数的有效地址E，既E＝D。逻辑表达式为 :S＝（E）＝（D）

（3）Indirect Addressing间接寻址——指令中的地址码部分而是存放操作数地址的内存单元的地址，这个地址叫做间接地址。

（4）Register Addressing寄存器（直接）寻址

（5）Register Indirect寄存器间接寻址

（6）Relative Addressing（相对寻址）——相对寻址是把程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址D而形成操作数的有效地址。EA = A + (PC) （7）Base Addressing（基址寻址）——存储器的实际地址就等于基址寄存器的内容加上段内位移量。每段的首地址存放在一个基址寄存器中，段内的位移量由指令直接给出。

（8）Indexing Addressing（变址寻址）——变址寻址是将指令中的基地址码和一个“变址值”相加后形成操作数的有效地址。“变址值”存放在一个专用的变址寄存器Ri中或专用的内存单元中。

（9）Stack Addressing 堆栈寻址——堆栈是一组能存储和取出数据的暂时存储单元，采用“后进先出”的工作方式。

堆栈寻址方式的分类：串联堆栈（在一些计算机的CPU中，设置有8个或16个寄存器作为堆栈，也称硬堆栈）、存储器堆栈（常用的堆栈是利用一部分主存区域，也称软堆栈）。

（10）Implicit Address(隐含寻址）——指令字中不明显给出操作数的地址，其操作数地址隐含在操作码或某个寄存器中。

十．指令格式的设计

三地址指令：

二地址指令：

一地址指令：

指令字的长度取决于操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。指令字长度与机器字长度没有固定的关系，它可以等于机器字长，也可以大于或小于机器字长。

指令字长度等于机器字长度的指令，称为单字长指令；指令字长等于两个机器字长的指令，称为双字长指令；指令字长度只有半个机器字长度的指令，称为半字长指令。

（具体实例见课件Ch_1011 Instrucion Sets(2)幻灯片92—99）

十一．寄存器的分类及作用

1 MBR(DR:数据缓冲寄存器) 作用：暂时存放由内存储器读出的一条指令或一个数据字；反之，当向内存存入一条指令或一个数据字时，也暂时将它们存放在数据缓冲寄存器中。

2指令寄存器（IR）作用：保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到数据缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。

3程序计数器（PC）作用：保持的总是将要执行的下一条指令的地址，顺序执行时：PC＋1，遇转移指令时，PC的内容由IR中的地址字段取得具有寄存信息和计数两种功能

4 MAR(AR:地址寄存器）作用：地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止。

5累加寄存器（AC）作用：累加寄存器AC通常简称为累加器，它是一个通用寄存器。其功能是：当运算器的算术逻辑单元ALU执行算术或逻辑运算时，为ALU 提供一个工作区。累加寄存器暂时存放ALU运算的结果信息。显然，运算器中至少要有一个累加寄存器。

6状态条件寄存器（PSW Program Status Word ）作用：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容，如运算结果进位标志(C)，运算结果溢出标志(V)，运算结果为零标志(Z)，运算结果为负标志(N)等等。这些标志位通常分别由 1位触发器保存。

十二．指令周期（Instruction Cycle）的流程，并会用用方框图语言表示

见课件Ch_12 Cpu Structure and Function(shumei)

十三．微程序，微指令，微命令，微操作的概念

微程序：实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列

微指令：一组实现一定操作功能的微命令的组合

微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令。

微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。

十四．总线的分类

1 数据传送总线：由地址线、数据线、控制线组成。

2 仲裁总线：包括总线请求线和总线授权线。

3 中断和同步总线：用于处理带优先级的中断操作，包括中断请求线和中断认可线。

4 公用线：包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等。

十五．外围设备的I/O控制方式分类

主要由软件实现：程序查询方式、程序中断方式

主要由硬件实现：DMA方式、通道方式、PPU方式

十六．中断（Interrupt）处理过程，DMA操作的过程及DMA方式的主要优点1 过程：

（1）外设发出DMA请求；

（2）CPU响应请求，DMA控制器从CPU接管总线的控制；

（3）由DMA控制器执行数据传送操作；

（4）向CPU报告DMA操作结束。

2 主要优点是数据传输速度快。

《计算机组成与结构》期末考试试题(A)卷 (1)

西 南 大 学 育 才 学 院 期 末 考 试 试 卷 2006 ～2007 学年第 一 学期期末 阅卷须知：阅卷用红色墨水笔书写，得分用阿拉伯数字写在每小题题号前，用正分表示，不得分则在题号前写0；大题得分登录在对应的分数框内；统一命题的课程应集体阅卷，流水作业；阅卷后要进行复核，发现漏评、漏记或总分统计错误应及时更正；对评定的分数或统分记录进行修改时，修改人必须签名。 一、填空题（每空1分，共25分） 1． 从计算机语言的发展史来看，计算机语言从低到高依次为 、 、 。 2． 某定点机字长8位，其中1位符号位，7位尾数。若采用定点整数表示，则所能表示的 最大数为___________，最小数为___________。 3． 某浮点计算机字长16位，其中阶码5位（阶符1位），尾数11位（数符1位），若阶码 与尾数都使用原码表示。那么该机器所能表示的最大数是___________。 4． 一个数的真值是X=－0.110101，那么它的原码是_________，反码是_________，补码 是_________，－X 的补码是_________，X/2的补码是__________。 5． 某SRAM 芯片，存储容量为64K ×16位，该芯片有_____根地址线和_____根数据线。 6． 某采用虚拟存储器的计算机的物理内存为256M ，它所能使用的虚拟空间为128G ，那么 该虚拟存储器的虚地址宽度为_______位，物理地址是_______位。 7． Cache 一般有三种存储映象方式，它们分别是_______映象、_______映象和_______映 象。 8． 写出至少三种虚拟存储器的页面替换算法：___________、___________、___________。 9． 对于40GB 的硬盘，40GB 是指的 容量。（格式化、非格式化） 10、软盘采用的是 磁头。（接触式、浮动式） 11、17寸显示器是指屏幕的 的长度是17英寸。 12、如果显示器的分辨率是1024×768，选用16位来存储灰度级别，那么使用的帧存储器 的大小是 MB 。 二、判断题（每题1分，共10分） 1、只有DRAM 才需要刷新，SRAM 不需要刷新。 （ ） 2、相联存储器是按内容进行访问的存储器。 （ ） 3、现代计算机的中心是CPU 。 （ ） 4、 DRAM 存储单元是以电容来存储信息的。。 （ ） 5、 采用虚拟存贮器的主要目的是弥补主存容量的不足。 （ ） 6、11011010的奇校验码是111011010。 （ ） 7、采用流水线技术缩短了每条指令的执行时间。 （ ）

计算机组织与体系结构实验报告

《计算机组织与体系结构》 实验报告 学号： XXX 姓名：XXX 班级：XXX 指导教师：XXX 时间: 2013年01月 中国矿业大学计算机学院

目录 一基本运算器实验 (2) 1、实验目的 (2) 2、实验设备 (2) 3、实验原理 (2) 4、实验步骤 (3) 5、实验结果 (5) 5、实验体会 (5) 二微程序控制实验 (6) 1、实验目的 (6) 2、实验设备 (6) 3、实验原理 (6) 4、实验步骤 (12) 5、实验体会 (13) 三CPU与简单模型机设计实验 (13) 1、实验目的 (13) 2、实验设备 (13) 3、实验原理 (13) 4、实验步骤 (18) 5、实验流图 (21) 6、实验体会 (25)

实验一基本运算器实验 1. 实验目的 (1) 了解运算器的组成结构。 (2) 掌握运算器的工作原理。 2. 实验设备 PC机一台，TD-CMA实验系统一套。 3.实验原理 本实验的原理如下图所示： 运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。ALU中所有模块集成在一片FPGA中。 逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-1-2所示。图中显示的是一个4X4的矩阵（系统中是一个8X8的矩阵）。每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即： (1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。 (2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。 (3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。

计算机组成与结构

第1章计算机组成与体系结构 根据考试大纲，本章内容要求考生掌握3个知识点。 （1）构成计算机的各类部件的功能及其相互关系； （2）各种体系结构的特点与应用（SMP、MPP）； （3）计算机体系结构的发展。 1.1 计算机体系结构的发展 冯·诺依曼等人于1946年提出了一个完整的现代计算机雏形，它由运算器、控制器、存储器和输入/输出设备组成。现代的计算机系统结构与冯·诺依曼等人当时提出的计算机系统结构相比，已发生了重大变化，虽然就其结构原理来说，占有主流地位的仍是以存储程序原理为基础的冯·诺依曼型计算机，但是，计算机系统结构有了许多改进，主要包括以下几个方面。 （1）计算机系统结构从基于串行算法改变为适应并行算法，从而出现了向量计算机、并行计算机、多处理机等。 （2）高级语言与机器语言的语义距离缩小，从而出现了面向高级语言机器和执行高级语言机器。 （3）硬件子系统与操作系统和数据库管理系统软件相适应，从而出现了面向对象操作系统机器和数据库计算机等。 （4）计算机系统结构从传统的指令驱动型改变为数据驱动型和需求驱动型，从而出现了数据流计算机和归约机。 （5）为了适应特定应用环境而出现了各种专用计算机。 （6）为了获得高可靠性而研制容错计算机。 （7）计算机系统功能分散化、专业化，从而出现了各种功能分布计算机，这类计算机包括外围处理机、通信处理机等。 （8）出现了与大规模、超大规模集成电路相适应的计算机系统结构。 （9）出现了处理非数值化信息的智能计算机。例如自然语言、声音、图形和图像处理等。 1.2 构成计算机的各类部件的功能及其相互关系 计算机由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备组成。

计算机系统结构三四章作业及答案

3.1 简述流水线技术的特点。（1） 流水线把一个处理过程分解为若干个子过程，每个子过程由一个专门的功能部件来实现。因此，流水线实际上是把一个大的处理功能部件分解为多个独立的功能部件，并依靠它们的并行工作来提高吞吐率。（2） 流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞和断流。（3） 流水线每一个功能部件的前面都要有一个缓冲寄存器，称为流水寄存器。（4） 流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才能充分发挥流水线的效率。（5） 流水线需要有通过时间和排空时间。在这两个时间段中，流水线都不是满负荷工作。 3.2 解决流水线瓶颈问题有哪两种常用方法？答：细分瓶颈段与重复设置瓶颈段 3.3 有一条指令流水线如下所示： （1 用两给出条指 （1） （24? 变八级流水线（细分） ? 重复设置部件 )(ns 85 1 T n TP 1pipeline -== 3.4 有一个流水线由4段组成，其中每当流过第三段时，总要在该段循环一次，然后才能流到第4段。如果每段经过一次所需的时间都是△t ，问： （1）当在流水线的输入端连续地每△t 时间输入一个任务时，该流水线会发生什么情况？ （2）此流水线的最大吞吐率为多少？如果每2△t 输入一个任务，连续处理10个任务时，其实际吞吐率和效率是多少？ （3）当每段时间不变时，如何提高流水线的吞吐率？人连续处理10个任务时，其吞吐率提高多少？ 解：（1）会发生流水线阻塞情况。

（2） （3）重复设置部件 吞吐率提高倍数＝ t t ??2310 75 ＝1.64 3.5 有一条动态多功能流水线由5段组成，加法用1、3、4、5段，乘法用1、2、5段，第2段的时间为2△t ，其余各段的时间均为△t ，而且流水线的输出可以直接返回输入端或暂存于相应的流水线寄存器中。现在该流水线上计算 ∏=+4 1 )(i i i B A ，画出时空图，并计算其吞吐率、加速比和效率。 ＋B 4；再计算由图可见，它在18个△t 时间中，给出了7个结果。所以吞吐率为： 如果不用流水线，由于一次求积需3△t ，一次求和需5△t ，则产生上述7个结果共需（4×5+3×3）△t =29△t 。所以加速比为： 该流水线的效率可由阴影区的面积和5个段总时空区的面积的比值求得： 3.6 在一个5段流水线处理机上,各段执行时间均为△t,需经9△t 才能完成一个任务,其预约表如下所示。 段23 时间 入 A 1 B 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 B 4 A B C D A × B C ×D

计算机系统结构网上作业

计算机系统结构作业参考答案 一、 1、试述现代计算机系统的多级层次结构。 计算机系统具有层次性，它由多级层次结构组成。从功能上计算机系统可分为五个层次级别：第一级是设计级。这是一个硬件级，它由机器硬件直接执行。 第二级是一般机器级，也称为机器语言级。它由微程序解释系统.这一级是硬件级。 第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，这些广义指令是操作系统定义和解释的软件指令。这一级也称混合级。 第四级是汇编语言级。它给程序人员提供一种符号形式的语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持执行。 第五级是高级语言级。这是面向用户为编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言支持。 2、试述RISC设计的基本原则和采用的技术。 答：一般原则： (1)确定指令系统时，只选择使用频度很高的指令及少量有效支持操作系统，高级语言及其它功能 的指令，大大减少指令条数，一般使之不超过100条； (2)减少寻址方式种类，一般不超过两种； (3)让所有指令在一个机器周期内完成； (4)扩大通用寄存器个数，一般不少于32个，尽量减少访存次数； (5)大多数指令用硬联实现，少数用微程序实现； (6)优化编译程序，简单有效地支持高级语言实现。

基本技术： (1)按RISC一般原则设计，即确定指令系统时，选最常用基本指令，附以少数对操作系统等支持最有用的指令，使指令精简。编码规整，寻址方式种类减少到1、2种。 (2)逻辑实现用硬联和微程序相结合。即大多数简单指令用硬联方式实现，功能复杂的指令用微程序实现。 (3)用重叠寄存器窗口。即：为了减少访存，减化寻址方式和指令格式，简有效地支持高级语言中的过程调用，在RISC机器中设有大量寄存嚣，井让各过程的寄存器窗口部分重叠。 (4)用流水和延迟转移实现指令，即可让本条指令执行与下条指令预取在时间上重叠。另外，将转移指令与其前面的一条指令对换位置，让成功转移总是在紧跟的指令执行之后发生，使预取指令不作废，节省一个机器周期。 (5)优化设计编译系统。即尽力优化寄存器分配，减少访存次数。不仅要利用常规手段优化编译，还可调整指令执行顺序，以尽量减少机器周期等。 3、试述全相联映像与直接映像的含义及区别 （1）全相连映像 主存中任何一个块均可以映像装入到Cache中的任何一个块的位置上。主存地址分为块号和块内地址两部分，Cache地址也分为块号和块内地址。Cache的块内地址部分直接取自主存地址的块内地址段。主存块号和Cache块号不相同，Cache块号根据主存块号从块表中查找。Cache保存的各数据块互不相关，Cache必须对每个块和块自身的地址加以存储。当请求数据时，Cache控制器要把请求地址同所有的地址加以比较，进行确认。 （2）直接映像 把主存分成若干区，每区与Cache大小相同。区内分块，主存每个区中块的大小和Cache 中块的大小相等，主存中每个区包含的块的个数与Cache中块的个数相等。任意一个主存块只能映像到Cache中唯一指定的块中，即相同块号的位置。主存地址分为三部分：区号、块号和块内地址，Cache地址分为：块号和块内地址。直接映像方式下，数据块只能映像到Cache中唯一指定的位置，故不存在替换算法的问题。它不同于全相连Cache，地址仅需比较一次。 （3）区别： 全相连映像比较灵活，块冲突率低，只有在Cache中的块全部装满后才会出现冲突，Cache 利用率高。但地址变换机构复杂，地址变换速度慢，成本高。 直接映像的地址变换简单、速度快，可直接由主存地址提取出Cache地址。但不灵活，块冲突率较高，Cache空间得不到充分利用。 4. 画出冯?诺依曼机的结构组成？

系统结构期末考试试题及答案

得分 评分人 填空题: （20分，每题2 分） 单选题：（10分，每题1分） A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B. 一个虚页只装进固定的主存实页位置 《计算机系统结构》期末考试试卷（A ） 得分 注：1、共100分，考试时间120分钟。 2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。 1、."启动I/O"指令是主要的输入输出指令，是属于（ A. 目态指令 B.管态指令 C.目态、管态都能用的指令 D.编译程序只能用的指令 2、 输入输出系统硬件的功能对 （B ）是透明的 A.操作系统程序员 B.应用程序员 C.系统结构设计人员 D.机器语言程序设计员 3、 全相联地址映象是指（A ） C. 组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 4、（ C ） 属于MIMD 系统结构 A.各处理单元同时受一个控制单元的管理 B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机系统 D. 阵列处理机 5、多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关，则（ B ） A.可以并行执行 B.不可能并行 C.任何情况均可交换串行 D.必须并行执行 6、 计算机使用的语言是（B ） A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B.分属于计算机系统各个层次 C.属于用以建立一个用户的应用环境 D. 属于符号化的机器指令 7、 指令执行结果出现异常引起的中断是（ C ） A.输入/输出中断 B.机器校验中断 C.程序性中断 D.外部中断 &块冲突概率最高的 Cache 地址映象方式是（A ） A.直接 B .组相联 C .段相联 D .全相联 9、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器，不影响 Cache 命中率的是（B ） A.增大块的大小 B .增大主存容量 C .增大组的大小 D .增加Cache 中的块数 10、 流水处理机对全局性相关的处理不 包括（C ） A.猜测法 B.提前形成条件码 C.加快短循环程序的执行 D.设置相关专用通路

计算机组成与系统结构常见选择题

一、选择题（50分，每题2分，正确答案可能不只一个，可单选或复选） 1.（CPU周期、机器周期）是内存读取一条指令字的最短时间。 2.（多线程、多核）技术体现了计算机并行处理中的空间并行。 3.（冯诺伊曼、存储程序）体系结构的计算机把程序及其操作数据一同存储在存储器里。 4.（计算机体系结构）是机器语言程序员所看到的传统机器级所具有的属性，其实质是确定计算机系统中软硬件的界面。 5.（控制器）的基本任务是按照程序所排的指令序列，从存储器取出指令操作码到控制器中，对指令操作码译码分析，执行指令操作。 6.（流水线）技术体现了计算机并行处理中的时间并行。 7.（数据流）是执行周期中从内存流向运算器的信息流。 8.（指令周期）是取出并执行一条指令的时间。 年开始出现的第二代计算机，使用（晶体管）作为电子器件。 年代中期开始出现的第三代计算机，使用（小规模集成电路、中规模集成电路）作为电子器件。 年代开始出现的第四代计算机，使用（大规模集成电路、超大规模集成电路）作为电子器件。 存储器在产生替换时，可以采用以下替换算法：（LFU算法、LRU算法、随机替换）。 的功能由（硬件）实现，因而对程序员是透明的。 是介于CPU和（主存、内存）之间的小容量存储器，能高速地向CPU提供指令和数据，从而加快程序的执行速度。 由高速的（SRAM）组成。 的基本功能包括（程序控制、操作控制、时间控制、数据加工）。的控制方式通常分为：（同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式）反映了时序信号的定时方式。 的联合控制方式的设计思想是：（在功能部件内部采用同步控制方式、在功能部件之间采用异步控制方式、在硬件实现允许的情况下，尽可能多地采用异步控制方式）。 的同步控制方式有时又称为（固定时序控制方式、无应答控制方式）。 的异步控制方式有时又称为（可变时序控制方式、应答控制方式）。

高级计算机体系结构作业汇总(非标准答案)

1.Explain the Concepts Computer Architecture 系统结构 由程序设计者所看到的一个计算机系统的属性。即计算机系统的软硬件界面。 Advanced CA 高级系统结构 新型计算机系统结构。基于串行计算机结构，研究多指令多数据计算机系统，具有并发、可扩展和可编程性。为非冯式系统结构。 Amdahl law Amdahl定律 系统中某部件由于采用某种方式时系统性能改进后，整个系统性能的提高与该方式的使用频率或占的执行时间的比例有关。 SCALAR PROCESSING 标量处理机 在同一时间内只处理一条数据。 LOOK-AHEAD 先行技术 通过缓冲技术和预处理技术，解决存储器冲突，使运算器能够专心与数据的运算，从而大幅提高程序的执行速度。 PVP 向量型并行计算处理机 以流水线结构为主的并行处理器。 SMP 对称多处理机系统 任意处理器可直接访问任意内存地址,使用共享存储器，访问延迟、带宽、机率都是等价的。MPP 大规模并行计算机系统 物理和逻辑上均是分布内存，能扩展至成百上千处理器，采用专门设计和定制的高通信带宽和低延迟的互联网络。 DSM 分布式共享存储系统 内存模块物理上局部于各个处理器内部,但逻辑上是共享存储的。 COW 机群系统 每个节点都是一个完整的计算机，各个节点通过高性能网络相互连接，网络接口和I/O总线松耦合连接，每个节点有完整的操作系统。 GCE 网格计算环境 利用互联网上的计算机的处理器闲置处理能力来解决大型计算问题的一种科学计算。 CISC 复杂指令集计算机

通过设置一些复杂的指令，把一些原来由软件实现的常用功能改用硬件实现的指令系统实现，以此来提高计算机的执行速度。 RISC 精简指令集计算机 尽量简化计算机指令功能，只保留那些功能简单，能在一个节拍内执行完的指令，而把复杂指令用段子程序来实现。 VMM 虚拟机监视器 作为软硬件的中间层，在应用和操作系统所见的执行环境之间。 SUPERCOMPUTER 超级计算机 数百数千甚至更多的处理器组成的能计算普通计算机不能完成的大型复杂问题的计算机。SVM 共享虚拟存储器 存储器虚拟化为一个共享的存储器，并提供单一的地址空间。 MAINFRAME 大型计算机 作为大型商业服务器，一般用于大型事务处理系统，特别是过去完成的且不值得重新编写的数据库应用系统方面。 COMPUTER SYSTEM ON CHIP 片上计算机系统 在单个芯片上集成的一个完整系统。 PARALLEL ARCHITECTURE INTO SINGLE CHIP 单片并行结构 在单个芯片上采用的并行体系结构 MOORE law Moore定律 当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。 UMA 一致存储访问 采用集中式存储的模式，提供均匀的存储访问。 NUMA 非一致存储访问 内存模块局部在各个结点内部，所有局部内存模块构成并行机的全局内存模块。 COMA 全高速缓存存储访问 采用分布式存储模式，通过高速缓存提供快速存储访问。 CC-NUMA 全高速缓存非一致性均匀访问 存在专用硬件设备保证在任意时刻，各结点Cache中数据与全局内存数据的一致性。NORMA 非远程存储访问

计算机系统结构期末考试试题及其答案

计算机系统结构期末考试试题及其答案

《计算机系统结构》期末考试试卷A 卷第 2 页 共 24 页 计算机科学系《计算机系统结构》期末考试试卷（A 卷） 2、此试卷适用于计算机科学与技术本科专业。 一 单选题：(10分，每题1分) 1、 ."启动I/O"指令是主要的输入输出指 令，是属于（ B ） A.目态指令 B.管态指令 C.目态、管态都能用的指令 D.编译程序只能用的指令 2、 输入输出系统硬件的功能对(B )是透 明的 A.操作系统程序员 B.应用程序员 C.系统结构设计人员 D.机器语言程序设计员 3、 全相联地址映象是指（A ） A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置 B.一个虚页只装进固定的主存实页位置 C.组之间固定，组内任何虚页可装入任何实页位

置 D.组间可任意装入，组内是固定装入 4、( C ) 属于MIMD系统结构 A.各处理单元同时受一个控制单元的管理 B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令 C.松耦合多处理机和多计算机系统 D.阵列处理机 5、多处理机上两个程序段之间若有先写 后读的数据相关，则（B ） A.可以并行执行 B.不可能并行 C.任何情况均可交换串行 D.必须并行执行 6、计算机使用的语言是（B） A.专属软件范畴，与计算机体系结构无关 B.分属于计算机系统各个层次 C.属于用以建立一个用户的应用环境 D.属于符号化的机器指令 7、指令执行结果出现异常引起的中断是 （C ） A.输入/输出中断 B.机器校验中断 C.程序性中断 D.外部中断 《计算机系统结构》期末考试试卷A卷第 3 页共 24 页

计算机体系结构习题答案解析

第1章计算机系统结构的基本概念 1.1 解释下列术语 层次机构：按照计算机语言从低级到高级的次序，把计算机系统按功能划分成多级层次结构，每一层以一种不同的语言为特征。这些层次依次为：微程序机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，高级语言机器级，应用语言机器级等。 虚拟机：用软件实现的机器。 翻译：先用转换程序把高一级机器上的程序转换为低一级机器上等效的程序，然后再在这低一级机器上运行，实现程序的功能。 解释：对于高一级机器上的程序中的每一条语句或指令，都是转去执行低一级机器上的一段等效程序。执行完后，再去高一级机器取下一条语句或指令，再进行解释执行，如此反复，直到解释执行完整个程序。 计算机系统结构：传统机器程序员所看到的计算机属性，即概念性结构与功能特性。 透明性：在计算机技术中，把这种本来存在的事物或属性，但从某种角度看又好像不存在的概念称为透明性。 计算机组成：计算机系统结构的逻辑实现，包含物理机器级中的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。 计算机实现：计算机组成的物理实现，包括处理机、主存等部件的物理结构，器件的集成度和速度，模块、插件、底板的划分与连接，信号传输，电源、冷却及整机装配技术等。 系统加速比：对系统中某部分进行改进时，改进后系统性能提高的倍数。 Amdahl定律：当对一个系统中的某个部件进行改进后，所能获得的整个系统性能的提高，受限于该部件的执行时间占总执行时间的百分比。 程序的局部性原理：程序执行时所访问的存储器地址不是随机分布的，而是相对地簇聚。包括时间局部性和空间局部性。 CPI：每条指令执行的平均时钟周期数。 测试程序套件：由各种不同的真实应用程序构成的一组测试程序，用来测试计算机在各个方面的处理性能。 存储程序计算机：冯·诺依曼结构计算机。其基本点是指令驱动。程序预先存放在计算机存储器中，机器一旦启动，就能按照程序指定的逻辑顺序执行这些程序，自动完成由程序所描述的处理工作。 系列机：由同一厂家生产的具有相同系统结构、但具有不同组成和实现的一系列不同型号的计算机。 软件兼容：一个软件可以不经修改或者只需少量修改就可以由一台计算机移植到另一台计算机上运行。差别只是执行时间的不同。 向上（下）兼容：按某档计算机编制的程序，不加修改就能运行于比它高（低）档的计算机。 向后（前）兼容：按某个时期投入市场的某种型号计算机编制的程序，不加修改地就能

计算机组成原理与系统结构期末复习试题及答案

计算机期末考试简答题复习 2010/7/3 1.在定点机中采用单符号位，如何判断补码加减运算是否溢出，有几种方案？ 答：定点机中采用单符号位判断补码加减运算是否溢出有两种方案。 (1)参加运算的两个操作数(减法时减数需连同符号位在内每位取反，末位加 1)符号相同，结果的符号又与操作数的符号不同，则为溢出。 (2)求和时最高位进位与次高位进位异或结果为1时，则为溢出。 2. 试比较RAM和ROM 答：RAM是随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出又可写人ROM是只读存储器，在程序执行过程中只能读出信息，不能写人信息。 3.试比较静态RAM和动态RAM 答：静态RAM和动态RAM都属随机存储器，即在程序的执行过程中既可读出又可写人信息。但静态RAM靠触发器原理存储信息只要电源不掉电，信息就不丢失;动态RAM靠电容存储电荷原理存储信息，即使电源不掉电，由于电容要放电，信息也会丢失，故需再生。 4.存储器的主要功能是什么?如何衡量存储器的性能？为什么要把存储系统分成若干不同的层次？主要有哪些层次? 答：存储器的主要功能是存放程序或各类数据。通常用存储容量、存取周期以及存储器的带宽(每秒从存储器读出或写入二进制代码的位数)三项指标来反映存储器的性能。为了扩大存储器容量和提高访存速度，将存储系统分成若于不同层次，有Cache－主存层次和主存－辅存层次。前者为使存储器与CPU速度匹配，在CPU和主存之间增设Cache高速缓冲存储器，其容量比主存小，速度比主存快，用来存放CPU最近期要用的信息，CPU可直接从Cache中取到信息，从而提高了访存速度。后者为扩大存储器容量，把主存和辅存统一成一个整体，从整体上看，速度取决于主存，容量取决于辅存，称为虚存。CPU只与主存交换信息，但程序

计算机组成与体系结构复习大纲2016

《计算机组成与系统结构》考试大纲 第1章计算机系统概论 本章的学习目的：初步了解计算机系统的组成和计算机的工作过程，掌握常用的概念、名词术语，为以后各章的学习打下基础。 本章要掌握的主要内容： 1.计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的，硬件是物质基础，软件是解题的灵魂。弄清硬件和软件的概念。 2.计算机硬件系统所包含的主要部分，各部分的功能及其组成框图。 3.计算机的工作过程，主要是周而复始地取出指令、解释指令和执行指令的过程。而指令周期是指取出指令和执行指令所需的时间。它包括取出指令、解释指令和执行指令两个阶段。 4.冯·诺依曼计算机的设计思想是采用二进制表示各种信息以及存储程序和程序控制。存储程序的概念是将解题程序（连同必须的原始数据）预先存入存储器；程序控制是指控制器依据所存储的程序控制全机自动、协调地完成解题任务。存储程序和程序控制统称为存储程序控制。它是电子数字计算机与其他计算工具的最大区别，是电子计算机之所以能高速进行大量计算工作的基础。 5.控制器和运算器合称为中央处理器CPU，当前CPU芯片还集成有存储管理部件、Cache等；CPU和内存储器合称为计算机主机。 6.指令字和数据均以二进制代码的形式存入存储器，计算机是如何区分出指令和数据的。 7.计算机系统的主要性能指标：字长、存储容量、运算速度等。 8.计算机的运算速度是指它每秒钟执行指令的条数。单位是MIPS（百万条指令每秒） ∑=? = n i i i m t f V 1 1 式中，n—指令的种类 f i —第i种指令在程序中出现的频度（%） t i —第i种指令的指令周期 9.计算机系统按功能划分，通常为五级的层次结构：依次是微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级和高级语言级，每一级都可进行程序设计。 10.软件和硬件在逻辑功能的等效性及其例子。 11.本章主要的术语及概念：

计算机体系结构_第一次作业

计算机体系结构 第一章 1.11 Availability is the most important consideration for designing servers, followed closely by scalability and throughput. a. We have a single processor with a failures in time(FIT) of 100. What is the mean time to failure (MTTF) for this system? b. If it takes 1 day to get the system running again, what is the availability of the system? c. Imagine that the government, to cut costs, is going to build a supercomputer out of inexpensive computers rather than expensive, reliable computers. What is the MTTF for a system with 1000 processors? Assume that if one fails, they all fail. 答： a. 平均故障时间(MTTF)是一个可靠性度量方法，MTTF的倒数是故 障率，一般以每10亿小时运行中的故障时间计算(FIT)。因此由该定义可知1/MTTF=FIT/10＾9，所以MTTF=10^9/100=10^7。b. 系统可用性=MTTF/(MTTF+MTTR)，其中MTTR为平均修复时间， 在该题目中表示为系统重启时间。计算10^7/(10^7+24)约等于1. c. 由于一个处理器发生故障，其他处理器也不能使用，所以故障率 为原来的1000倍，所以MTTF值为单个处理器MTTF的1/1000即10^7/1000=10^4。 1.14 In this exercise, assume that we are considering enhancing

郑州大学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______。 A．立即数和栈顶； B．暂存器； C．栈顶和次栈顶； D．累加器。 2．______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______。 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______。 A．128K； B．64K； C．64KB； D．128KB。 5．主机与设备传送数据时，采用______，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______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______。 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______。 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 D．以上都不对。 9．一个节拍信号的宽度是指______。 A．指令周期； B．机器周期； C．时钟周期； D．存储周期。 10．将微程序存储在EPROM中的控制器是______控制器。 A．静态微程序； B．毫微程序； C．动态微程序； D．微程序。 11．隐指令是指______。 A．操作数隐含在操作码中的指令； B．在一个机器周期里完成全部操作的指令； C．指令系统中已有的指令； D．指令系统中没有的指令。 12．当用一个16位的二进制数表示浮点数时，下列方案中第_____种最好。 A．阶码取4位（含阶符1位），尾数取12位（含数符1位）； B．阶码取5位（含阶符1位），尾数取11位（含数符1 位）； C．阶码取8位（含阶符1位），尾数取8位（含数符1位）； D．阶码取6位（含阶符1位），尾数取12位（含数符1位）。 13．DMA方式______。

《_计算机组成与系统结构》考试试卷

学试卷 院（系、部） 专业 班级 姓名 学号 …… .… … … … … …… … … … … .密… … … … … … … … … …… … … … … 封 … … … … …… . . …… … … … ……. . 线… … … … … … … … … … … … … … . . 计算机组成与系统结构考试试卷 一． 填空题 (填空每空1分，共10分；选择填空每空2分，共20分) 1．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 2．某机字长32位，其中1位符号位，31位表示尾数。若用定点小数表示，则最大正小数为___B ___。 A +（1 – 2-32） B +（1 – 2-31） C 2-32 D 2-31 3．算术 / 逻辑运算单元74181ALU 可完成___C ___。 A 16种算术运算功能 B 16种逻辑运算功能 C 16种算术运算功能和16种逻辑运算功能 D 4位乘法运算和除法运算功能 4．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； 5．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 6．变址寻址方式中，操作数的有效地址等于___C ___。 A 基值寄存器内容加上形式地址（位移量） B 堆栈指示器内容加上形式地址（位移量） C 变址寄存器内容加上形式地址（位移量） D 程序记数器内容加上形式地址（位移量） 7．以下叙述中正确描述的句子是：___D ___。 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 D 同一个CPU 周期中，不可以并行执行的微操作叫相斥性微操作 8．计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时___C ___。 A 减少了信息传输量 B 提高了信息传输的速度 C 减少了信息传输线的条数

《计算机体系结构》在线作业二

北交《计算机体系结构》在线作业二 一、单选题（共20 道试题，共60 分。） 1. 按照M ·弗林对处理机并行性定义的分类原则，阵列机ILLIAC —IV 是( )。 A. SISD B. SIMD C. MISD D. MIMD 正确答案： 2. 输入输出系统硬件的功能对( )是透明的。 A. 操作系统程序员 B. 应用程序员 C. 系统结构设计人员 D. 机器语言程序设计员 正确答案： 3. 浮点数尾数基值rm=8，尾数数值部分长6位，可表示规格化正尾数的个数是（）。 A. 56个 B. 63个 C. 64个 D. 84个 正确答案： 4. 从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是( )。 A. 计算机软件所要完成的功能 B. 计算机硬件的全部组成 C. 编程要用到的硬件组织 D. 计算机各部件的硬件实现 正确答案： 5. 对机器语言程序员透明的是( )。 A. 中断字 B. 主存地址寄存器 C. 通用寄存器 D. 条件码 正确答案： 6. 通道方式输入输出系统中，对优先级高的磁盘等高速设备，适合于连接( )。 A. 字节多路通道 B. 选择通道 C. 数组多路通道

D. 字节及数组多路通道 正确答案： 7. 设16 个处理器编号分别为0 ，1 ，2 ，…，15 ，用PM 2-0 互联函数时，第13 号处理机与第( ) 号处理机相联。 A. 12 B. 9 C. 11 D. 5 正确答案： 8. 对系统程序员不透明的应当是( )。 A. Cache存贮器 B. 系列机各档不同的数据通路宽度 C. 指令缓冲寄存器 D. 虚拟存贮器 正确答案： 9. 对应用程序员不透明的是( )。 A. 先行进位链 B. 乘法器 C. 指令缓冲器 D. 条件码寄存器 正确答案： 10. 系列机软件应做到( )。 A. 向前兼容，并向上兼容 B. 向后兼容，力争向上兼容 C. 向前兼容，并向下兼容 D. 向后兼容，力争向下兼容 正确答案： 11. 动态数据流机最突出的特点是使( )。 A. 数据流令牌无标号 B. 需要程序记数器来实现 C. 令牌带上标号 D. 同步由门(Latch)寄存器来实现 正确答案： 12. 计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级相对顺序正确的应当是( )。 A. 汇编语言机器级――操作系统机器级――高级语言机器级 B. 微程序机器级――传统机器语言机器级――汇编语言机器级 C. 传统机器语言机器级――高级语言机器级――汇编语言机器级 D. 汇编语言机器级――应用语言机器级――高级语言机器级 正确答案： 13. 用户高级语言源程序中出现的读写(I/O) 语句，到读写操作全部完成，需要通过( )共同完成。 A. 编译系统和操作系统 B. I/O 总线、设备控制器和设备 C. 操作系统和I/O 设备硬件

计算机组成结构+期末试题+答案

全国考研专业课高分资料 常州工学院 《计算机组成与结构》 期末题 笔 记：目标院校目标专业本科生笔记或者辅导班笔记 讲 义：目标院校目标专业本科教学课件 期末题：目标院校目标专业本科期末测试题2-3套 模拟题：目标院校目标专业考研专业课模拟测试题2套 复习题：目标院校目标专业考研专业课导师复习题 真 题：目标院校目标专业历年考试真题，本项为赠送项，未公布的不送！

第四模块 期末试题 常州工学院2011-2012学年第1学期期末考试 计算机组成与结构考试试题（A） 所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！ 一、 基本题(共50分) 1、现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设计会产生什么影 响？(10分) 2、已知x和y，用变形补码计算x+y，同时指出结果是否溢出。(16分) (1) x=+0.1101 y=+0.1001 (2) x=-0.1100 y=-0.1000 3、比较通道、DMA、中断三种基本I/O方式的异同点。(10分)

4、微程序控制器组成原理框图如下，简述各部件的功能及微程序控制器对指令的译 码过程。(14分) 二、计算题(共25分) 1. 设有浮点数ｘ＝2-5×0.0110011，ｙ＝23×(－0.1110010)，阶码用4位补码表示，尾数 (含符号位)用8位补码表示。求[ｘ×ｙ]浮。要求用补码完成尾数乘法运算，运算结果 尾数保留高8位(含符号位)，并用尾数低位字长的值处理舍入操作。(15分) 2. 设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（共10分） （1）该存储器能存储多少字节的信息？ （4分） （2）如果存储芯片由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少片？（4分） （3）需要多少位的地址作芯片选择？（2分）

计算机组成与系统结构课后答案全

第 1 章习题答案 5．若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行，假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元，下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。 请回答下列问题： （1）对于P1，哪台机器的速度快？快多少？对于P2呢？ （2）在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS？在M2上的执行速度又各是多少？从执行速度来看，对于P2，哪台机器的速度快？快多少？ （3）假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和，则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少？ （4）如果某个用户需要大量使用程序P1，并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率，那么，该用户需要大批购进机器时，应该选择M1还是M2？为什么？（提示：从性价比上考虑）（5）如果另一个用户也需要购进大批机器，但该用户使用P1和P2一样多，主要关心的也是响应时间，那么，应该选择M1还是M2？为什么？ 参考答案： （1）对于P1，M2比M1快一倍；对于P2，M1比M2快一倍。 （2）对于M1，P1的速度为：200M/10=20MIPS；P2为300k/=100MIPS。 对于M2，P1的速度为：150M/5=30MIPS；P2为420k/=70MIPS。 从执行速度来看，对于P2，因为100/70=倍，所以M1比M2快倍。 （3）在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：10×800M/(200×106)=40。 在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为：5×(150×106)=40。 （4）考虑运行P1时M1和M2的性价比，因为该用户主要关心系统的响应时间，所以性价比中的性能应考虑执行时间，其性能为执行时间的倒数。故性价比R为： R=1/(执行时间×价格) R越大说明性价比越高，也即，“执行时间×价格”的值越小，则性价比越高。 因为10×5000 > 5×8000，所以，M2的性价比高。应选择M2。 （5）P1和P2需要同等考虑，性能有多种方式：执行时间总和、算术平均、几何平均。 若用算术平均方式，则：因为(10+/2×5000 > (5+/2×8000，所以M2的性价比高，应选择M2。 若用几何平均方式，则：因为sqrt(10× ×5000 < sqrt(5××8000，所以M1的性价比高，应选择M1。 6．若机器M1和M2具有相同的指令集，其时钟频率分别为1GHz和。在指令集中有五种不同类型的指令 请回答下列问题： （1）M1和M2的峰值MIPS各是多少？ （2）假定某程序P的指令序列中，五类指令具有完全相同的指令条数，则程序P在M1和M2上运行时，哪台机器更快？快多少？在M1和M2上执行程序P时的平均时钟周期数CPI各是多少？

计算机体系结构第一次作业

问答题（共4道题） 1．什么是存储系统？ 答：存储系统是指计算机中由存放程序和数据的各种存储设备、控制部件及管理信息调度的设备（硬件）和算法（软件）所组成的系统。计算机的主存储器不能同时满足存取速度快、存储容量大和成本低的要求，在计算机中必须有速度由慢到快、容量由大到小的多级层次存储器，以最优的控制调度算法和合理的成本，构成具有性能可接受的存储系统。 2．什么是高速缓冲存储器 答：指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快的一种RAM。 一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM技术，也有快取记忆体的名称。 高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器，由静态存储芯片(SRAM)组成，容量比较小但速度比主存高得多，接近于CPU的速度。 在计算机存储系统的层次结构中，是介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。 3．假设一台模型计算机共有10种不同的操作码，如果采用固定长操作码需要4 位。已知各种操作码在程序中出现的概率如下表所示，计算采用Huffman编码 法的操作码平均长度，并计算固定长操作码和Huffman操作码的信息冗余量 （假设最短平均长度H＝3.1位）。 答：构造Huffman树如下：

Huffman 编码的平均码长为： ∑=10 1 i i i l p =0.17*2+（0.15+0.15+0.13+0.12）*3+（0.09+0.08+0.07）*4+（0.03+0.01）*5=3.15 冗余量=（3.15-3.10）/3.15=1.59% 固定码长=log210=4 冗余量=（4-3.10）/4=22.5% 4.若某机要求有：三地址指令4条，单地址指令192条，零地址指令16条。设指令字长为12位，每个地址码长3位。问能否以扩展操作码为其编码？ 答：三种指令字格式如下：