计算机组成原理期末试题及答案

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1、1.交叉存储器实质上是一种_模块式_存储器，它能_并行_执行_多个_独立的读写操作， （流水）方式执行多个独立的读写操作。2.32 位浮点数格式中,符号位为 1 位,阶以码为 8 位,尾数为 23 位。则它所能表示的最大规格表示范围 规格化近零数 非规格化近零数 3.IEEE754 标准规定的 64 位浮点数格式中，一个浮点数由符号位 S 1 位、阶码 E 11 位、尾数 M 52 位三个域组成。其中阶码 E 的值等于指数的真值 e 加上一个固定偏移值+127。则它能表示的最大规格化正数为 4.一组相联映射的 Cache，有 128 块，每组 4 块，主存共有 16384 块，每块 64 个字

2、，则主存地址共 20 位，其中主存字块标记应为 9 位，组地址应为 5 位，Cache 地址共 13 位。5.CPU 存取出一条指令并执行该指令的时间叫（指令周期） ，它通常包含若干个（CPU 周期） ，而后者又包含若干个（时钟周期） 。3.十进制数在计算机内有两种表示形式：（字符串）形式和（压缩的十进制数串）形式。前者主要用在非数值计算的应用领域，后者用于直接完成十进制数的算术运算。4.一个较完善的指令系统，应当有数据处理、数据存储、数据传送、程序控制 四大类指令。5.机器指令对四种类型的数据进行操作。这四种数据类型包括地址 数值 字符 逻辑型数据。6.CPU 中保存当前正在执行的指令的寄存

3、器是（指令寄存器，指示下一条指令地址的寄存器是（程序寄存器，保存算术逻辑运算结果的寄存器是（数据缓冲寄冲器和（ 状态寄存器 ） 。12.挂接在总线上的多个部件（只能分时向总线发送数据，但可同时从总线接收数据;） 。13.在冯诺依曼体制中，计算机硬件系统是由输入设备、输出设备、控制器、存储器和运算器等五大部件组成。14.补码加减所依据的基本关系是(X+Y)补=X 补+Y 补和(X-Y)补=X 补+(-Y)补。15.按照微命令的形成方式，可将控制器分为组合逻辑控制器和微程序控制器两种基本类型。16.CPU 对信息传送的控制方式主要分为直接程序传送方式、程序中断传送方式、DMA 传送方式等 3 种。

4、18.半导体存储器分为静态存储器和动态存储器两种,前者依靠双稳触发器的两个稳定状态保存信息,后者依靠电容上的存储电荷暂存信息。 Cache 和主存地址的映射方式有直接映射、全相连映射、组相连三种。19.Cache 常用的替换算法大致有最不经常使用 LFU 算法、近期最少使用 LRU、随即替换。20.动态存储器有三种典型的刷新方式，即集中刷新方式、分散刷新方式、异步刷新方式。21.信息只用一条传输线 ，且采用脉冲传输的方式称为_串行传输_。22.在指令的地址字段中，直接指出操作数本身的寻址方式，称为_立即寻址_。23.CPU 响应中断的时间是_一条指令结束_。 中断向量地址是：中断服务例行程序入

5、口地址的指示器24.PCI 总线的基本传输机制是_猝发式传输_。25.中断向量地址是_中断服务子程序入口地址_。26.系统总线按传输信息的不同分为地址总线、 数据 、地址控制三大类。27.完整的指令周期包括取指、间址、执行、中断四个子周期，影响指令流水线性能的三种相关分别是结构、数据、控制相关。28.计算机系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。29.对存储器的要求是容量大、速度快、成本低。为了解决这三方面的矛盾，计算机采用多级存储体系结构，即 cache、主存和外存。C

6、PU 能直接访问内存 cache、主存，但不能直接访问外存。主存储器的技术指标有存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽。 磁表面存储器主要技术指标有_存储密度、存储容量、平均存取时间_和数据传输率。30.若浮点数用补码表示，则判断运算结果是否为规格化数的方法是_数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数。31.流水 CPU 是由一系列叫做“段”的处理线路所组成，和具有 m 个并行部件的 CPU 相比，一个 m 段流水 CPU_具备同等水平的吞吐能力。 DMA 控制器按其_组成_结构，分为_选择_型和_多路_型两种。32.为了运算器的_高速性_，采用了_先行_进位，_阵列_乘除法和流水线等并行

7、措施。33. 相联存储器不按地址而是按内容访问的存储器，在 cache 中用来存放行地址表，在虚拟存储器中用来存放页表和段表。34.硬布线控制器的设计方法是：先画出指令周期流程图，再利用布尔代数写出综合逻辑表达式，然后用门电路、触发器或可编程逻辑等器件实现。1.CPU 中有哪几类主要寄存器，用一句话回答其功能。答：A.数据缓冲寄存器(DR) B.指令寄存器(IR) C.程序计算器(PC) D.数据地址寄存器(AR) E.通用寄存器(R0R3) F.状态字寄存器(PSW)功能：执行指令、操作、时间的控制以及数据加工。2.指令和数据都用二进制代码存放在内存中，从时空观角度回答 CPU 如何区分读出

8、的代码是指令还是数据。答：计算机可以从时间和空间两方面来区分指令和数据，在时间上，取指周期从内存中取出的是指令，而执行周期从内存取出或往内存中写入的是数据，在空间上，从内存中取出指令送控制器，而执行周期从内存从取的数据送运算器、往内存写入的数据也是来自于运算器。 3.PCI 总线中三种桥的名称是什么？简述其功能。答：PCI 总线上有 HOST 桥、PCI/LAGACY 总线桥、PCI/PCI 桥。桥在 PCI 总线体系结构中起着重要作用，它连接两条总线，使彼此间相互通信。桥是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上。从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份

9、地址表。桥可以实现总线间的猝发式传送，可使所有的存取都按 PCU 的需要出现在总线上。由上可见，以桥连接实现的 PCI 总线结构具有很好的扩充性和兼容性，许多总线并行工作。4.存储系统中加入 chche 存储器的目的是什么？有哪些地址映射方式，各有什么特点？答：Cache 是一种高速缓冲存储器，是为了解决 CPU 和主存之间速度的不匹配。地址映射方式有：A.全相联映射方式，这是一种带全部块地址一起保存的方法，可使主存的一块直接拷贝到 chche 中的任意一行上，非常灵活；B.直接映射方式：优点是硬件简单，成本低，缺点是每个主存块只有一个固定的行位置可存放；C.组相联映射方式:它是前两者的折衷方

10、案，适度的兼顾了二者的优点有尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想，因而得到了普遍采用。5.说明计算机中数值类型的数据为什么以补码表示。答：（1）在常用的三种码制（原码、反码、补码）中，只有补码对数据的表示具有唯一性；（2）以补码表示的数据可以直接接进行运往算，运算的结果仍采用补码表示，并且不需额外的转换过程6.什么叫指令？什么叫指令系统？指令是计算机执行某种操作的命令，也就是常说的机器指令。一台机器中所有机器指令的集合，称这台计算机的指令系统。7.一次程序中断大致可分为哪几个阶段？ 五个阶段：中断请求、中断判优、中断响应、中断服务、中断返回8.什么是存储容量？什么是单元地址？

11、什么是数据字？什么是指令字？答：存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。每个存储单元都有编号，称为单元地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字。1.冯诺依曼计算机的特点（1）计算机有运算器控制器存储器输入输出设备等五大部件组成。 （2）在计算机内部、指令和数据均采用二进制表示。 （3）采用存储程序控制的设计思想。存储程序：事先把编好的程序存入计算机。程序控制：控制器依据存储器中存放的程序控制机器的各部件协调工作。2.衡量计算机的指标：吞吐量、响应时间、利用率、处理机字长、总线宽度、存储器容量、存储器带宽、主频/时钟周、CPU 执行时间、CPI、MIPS、

12、MFLOPS3.存储器的分类 1）存储介质:半导体存储器和磁表面存储器 2）存取方式：随即存储器和顺序存储器 3)存储内容可变性：只读存储器 ROM 和随机读写存储器 RAM4）信息易失性:易失性存储器:磁性材料做成的存储器都是；不易失性：半导体存储器 RAM。4.SRAM 静态读写存储器：特征是用一个锁存器（触发器）作为存储元。只要直流供电电源一直加载这个记忆电路上，它就无限期地保存记忆的 1 状态或状态。DRAM 动态读写存储器：存储元是有一个 MOS 晶体管和电容器组成的记忆电路。其中 MOS管作为开关使用，而所存储的信息则又电容器上的电荷量来体现充满电荷 1，没有电荷 0。5.只读存储

13、器：1、掩模 ROM 2、可编程 ROM：EPROM 光擦除可编程可读存储器，E2PROM 电擦除可编程只读存储器。并行存储器：1、双端口存储器：由于同一个存储器具有两组相互独立的读写控制电路。6.程序的局部性原理：在一个相对短的时间里，CPU 总是访问内存中一个相对小，并且连续的存储区域。7.cache 写操作策略：（1）写回法：当 CPU 写 cache 命中时，只修改 cache 的内容，而不立即写入主存；只有当此行被换出时才写回。 （2）全写法：当写 cache 命中时，cache 与主存同时发生写修改，因而较好地维护了 cache 与主存的内容一致性。8.指令格式，则是指令字用二进制

14、表示的结构形式，通常由操作码字段和地址码字段组成。二地址指令安装操作数的物理位置来说，可分为：存储器-存储器（SS）型指令 寄存器-寄存器(RR)型指令 寄存器-存储器（RS）型指令9.CPU 功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工、 （异常处理） 。基本组成：控制器、运算器。10.CPU 的主要寄存器数据缓冲寄存器 DR 指令寄存器 IR 程序计数器 PC 数据地址寄存器 AR 通用寄存器 R0-R3 状态字寄存器PSW11.微程序控制器基本思想：仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令” ，存放到一个只读存储器里。当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全

15、机所需要的各种操作控制信号，是相应部件执行所规定的操作。基本组成：控制存储器、微指令寄存器、地址转移逻辑。12.总线分类：CPU 内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，成为内部总线。CPU 同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等互相连接的总线称为系统总线。中、低速 I/O 设备之间互相连接的总线称为 I/O 总线。信息传送方式：串行传送、并行传送、分时传送。I/O 接口功能：控制、缓冲、状态、转换、整理、程序中断。总线：集中式、分布式仲裁。13.主机和外设进行信息交换的方式：程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问（DMA）方式、通道方式。14.程序中断方式：某一外设的数据准备就绪后

16、， “主动”向 CPU 发出请求中断的信号，请求 CPU 暂时中断目前正在执行的程序而进行数据交换。CPU 响应这个中断时，暂停运行主程序，并自动转移到该设备的中断服务程序。中断服务程序结束后，CPU 又回到主程序，并从他停止的地方开始执行。DMA：是一种完全由硬件执行 I/O 交换的工作方式，此时 DMA 控制器从 CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过 CPU，而直接在内存和 I/O 设备之间进行。DMA 方式一般用与高速转送成组数据。 程序中断方式和 DMA 的区别：中断方式是程序的切换，CPU 通过执行一段中断服务程序来交换一个数据。DMA 通过挪用一个存储周期来交换一个数据。中断方式只能在一条指令执行结束后才可以响应中断请求，DMA 在一个指令周期的任何一个CPU 周期结束时都可以响应 DMA 请求。并行性上 DMA 高于中断方式。作用：DMA 方式只能用来转送数据，而中断方式还具有异常事件的处理功能。