计算机组成原理总结复习-2

计算机组成与体系结构总结复习第一章计算机系统概述第二章计算机的发展及应用第三章系统总线第四章存储器第五章输入输出系统第六章计算机中的运算方法第七章指令系统第八章控制单元的结构、功能及设计第九章流水线主要内容：控制器的基本功能、控制器的基本组成、指令的执行过程、组合逻辑控制器组成原理与实现方法、微程序控制器组成原理与实现方法、控制方式。重点：指令的执行过程，组合逻辑控制器的组成原理与设计方法，微程序控制器的设计方法，微指令的格式，微程序流的控制。难点：指令的执行过程，组合逻辑控制器的组成原理与设计方法，微程序控制器的设计方法，微指令的格式，微程序流的控制。控制器部件例题微程序的水平型微指令的下一条微指令地址通常有哪些来源？

在微程序的控制器中，通常有多种得到下一条微指令地址的方式，例如：使用紧跟在本条微指令之后的微指令作为下一条要执行的微指令，即本条微指令的地址加1作为下一条微指令的地址，用于支持微指令顺序执行的情况；使用从指令的操作码映射出微指令地址的方式得到下一条微指令的地址，用于读出指令之后，找到对应该指令的一段微程序的入口地址，以便开始该指令具体功能的执行过程；从微指令的下地址字段直接取得一个微子程序的入口地址，用于微子程序调用处理；从微指令下地址字段直接取得一个微指令的转移地址，用于微程序中微指令转移处理。从微堆栈中取出从微子程序返回到微主程序断点的返回地址，用于微子程序返回处理。（也可以答另外几种）。简述计算机的控制器基本组成执行一条指令，要经过读取指令、分析指令、执行指令所规定的处理功能三个阶段完成，控制器还要保证能按程序中设定的指令运行次序，自动地连续执行指令序列。为此，控制器组成中，必须有一个能提供指令在内存中的地址的部件，通称程序计数器(PC)，服务于读取指令，并接收下条要执行的指令的地址。还要有一个能保存读来的指令内容的部件，通称指令寄存器(IR)，以提供本指令执行的整个过程中要用到的指令本身的主要信息。控制器的第三个组成成分，是脉冲源、启停控制逻辑，指令执行的步骤标记线路，它标记出每条指令的各执行步骤的相对次序关系。控制器的第四个组成成分，是全部时序控制信号的产生部件，它依据指令内容、指令的执行步骤(时刻)，也许还有些别的什么条件信号，来形成并提供出各部件当前时刻要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，产生予期的执行结果，也就是执行一条又一条的指令。微程序的控制器和组合逻辑的控制器在组成和运行原理方面的相同、不同之处表现在哪里？组合逻辑的控制器和微程序的控制器是计算机中两种不同类型的控制器，其共同点是：基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号，组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR，都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能；不同点主要表现在：处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样，组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着大规模现场可编程集成电路的出现，该缺点已得到很大缓解；微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号是从控制存储器中读出来的，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的，其缺点是运行速度要慢一些，优点是设计与实现简单些，易于用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计。微命令：构成控制信号序列的最小单位。通常是指那些能直接作用于某部件控制门的命令，如：打开或关闭某部件通路的控制门的电位，某寄存器、触发器的打入脉冲等。微命令由控制部件通过控制总线箱执行部件发出。微操作：由微命令控制实现的最基本的操作。微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的执行过程。在计算机内部实质上是同一个信号，对控制部件为微命令，对执行部件为微操作。很多情况下两者常常不加区分地使用。微指令：一组实现一定操作功能的用二进制编码表示的微命令的组合。微周期：从控制存储器读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间。微程序：一系列微指令的有序集合。微指令编码法微指令可以分为操作控制字段和下址字段两大部分。这里所说的微指令编码法就是操作控制字段的编码法，通常有以下三种方法。（1）直接控制法：直接控制法—在微指令的操作控制字段中，每一个微命令都用一位信息表示。优点：控制简单、直观，操作并行性最好，从而可以提高速度。缺点：微指令字太长，控制存储器的容量过大且微指令字利用效率很低。因此这种编码方法只适用于结构简单或速度要求很高的高速数字控制部件。（2）最短字长编码：这种编码法是将所有的微命令进行统一的二进制编码，用不同的码点去表示不同的微命令，通过译码器产生微操作控制信号。优点：微指令字长很短；缺点：每次只能产生一个微命令，所有微命令均不能够并行，难以提高微命令的执行效率，故在实际应用中很少采用。（3）分段直接编码：这种编码法是将微操作控制字段划分为若干个小字段，每个小字段独立译码，每个码点表示一个微命令。（4）分段间接编码：分段间接编码是在分段直接编码的基础上，进一步缩短微指令字长的一种编码方法。在这种编码方法中，某些参与编码的微指令不能由一个控制字段直接定义，而需要两个或两个以上的控制字段来定义。分段间接编码是在分段直接编码的基础上，进一步缩短微指令字长的一种编码方法。微指令格式不同机器有不同的微指令格式，就其共性来说，大致可归纳为两大类，即水平型微指令和垂直型微指令。（1）水平型微指令：一次能定义多个微命令（控制执行多个微操作）的微指令。（2）垂直型微指令：一次只能执行一个微命令的微指令。（3）混合型微指令：水平型微指令和垂直型微指令各有其优缺点。实际使用中，常常兼顾两者的优缺点，设计出一种混合型微指令，采用不太长的字长，又具有一定的并行控制能力，可高效地去实现机器的指令系统。微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是______。

A）每一条机器指令由一条微指令来执行

B）每一条机器指令由一段由微指令编成的微程序来解释执行

C）一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行

D）一条微指令由若干条机器指令组成

从信息流的传送效率来看，______工作效率最低。

A）单总线系统B）双总线系统C）三总线系统D）多总线系统为了便于实现多级中断，保存现场最有效的方法是采用___。

A）通用寄存器B）存储器C）堆栈D）外存

在控制器中______用于保存当前正在执行的一条指令。

A）程序计数器B）指令寄存器C）缓冲寄存器D）地址寄存器BACB水平型微指令与垂直型微指令相比，_____。

A）前者一次只能完成一个操作B）后者一次只能完成一个操作

C）两者都是一次只能完成一个操作D）两者都能一次完成多个操作

请在以下叙述中选出两个正确描述的句子是______。○1同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相容微操作。○2同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫相容微操作○3同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相斥微操作○4同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫相斥微操作

A）○1○3B）○2○4C）○2○3D）○1○4二地址指令中，操作数的物理位置不可能安排在______。

A）栈顶和次栈顶B）两个主存单元

C）一个主存单元和一个存储器D）两个寄存器答案：ABDA

一个模型机如上题图所示，并假定控制存储器的容量为256×24（位），微地址寄存器为6位。1）试指出相容性和相斥性的微操作各2组。2）设计适合模型机的微指令格式并说明理由。由于微地址占用6位，给微操作控制字段只留下了18位，而在该模型机中位命令有20个，如果采用直接编码方式，显然不够，所以采用分段直接编码与直接编码方法向结合的方法，将相互排斥的微命令编制在一个段内，总的操作控制字段分为四个部分；第一部分为直接编码，第二部分为A段，处理各个功能部件的装入微命令，第三字段为B段，处理各个部件向总线发送数据的微命令，第四字段为C段，处理为指令下地址的处理方法；微指令格式如下：硬布线控制器是一种_____。

A）用微程序技术设计的控制器

B）用存储逻辑技术设计的控制器

C）由门电路和触发器构成的复杂树形网络所形成的逻辑电路

D）用微程序技术和存储逻辑技术设计的控制器

控制器的功能是______。

A）产生时序信号

B）完成指令操作码译码

C）从主存取出一条指令

D）从主存取出指令，完成指令操作码译码，并产生相关的操作控制信号，以解释执行该指令CD下图是一个简化的CPU与主存储器链接结构示意图（图中省略了所有多路选择器），其中有一个累加寄存器AC，一个状态寄存器和其他四个寄存器：主存地址寄存器MAR、主存数据寄存器MDR、程序计数器PC和指令寄存器IR，各部件及其之间的连线表示数据通路，箭头表示信息的传递方向。要求：（1）写出图中a、b、c、d四个寄存器的名称。（2）简述图中指令从主存取到控制器的过程。（3）写出数据从主存取出、运算、写回主存所经过的数据通路（假定数据地址已经在MAR中）。答：（1）a主存数据寄存器MDRb指令寄存器IRc主存地址寄存器MARd程序计数器PC（2）PC内容==>MAR，PC+1，读取主存，读出数据==>IR

（3）读取主存==>MDR，MDR==>ALU，AC==>ALU，运算，结果==>MDR，存储器写。下图是一个简化的CPU与主存储器链接结构示意图（图中省略了所有多路选择器），其中有一个累加寄存器ACC和其他三个寄存器：主存地址寄存器MAR、程序计数器PC和指令寄存器IR，各部件及其之间的连线表示数据通路，箭头表示信息的传递方向。要求：（1）写出图中a、b、c三个寄存器的名称。（2）简述图中指令从主存取到控制器的过程。（3）写出数据从主存取出、运算、写回主存所经过的数据通路（假定数据地址已经在MAR中）答：（1）a指令寄存器IRb程序计数器PCc主存地址寄存器MAR

（2）PC内容==>MAR，PC+1，读取主存，读出数据==>IR（3）读取主存==>DR1，ACC==>DR2，运算，结果==>BUS，存储器写。模型机的数据通路如图所示，全机采用单总线结构。试设计该模型机执行指令ADDX(将X单元的内容与R0内容相加，结果送R0中)的操作流程图。1）PC--ARPC+12)RAM--AR3)PC--ARPC+14)RAM--AR5)RAM--DR26)R0--DR17)DR1+DR2--R0

主要内容：计算机机器指令的组成；掌握寻址方式对计算机的影响以及寻址方式的设计、表示；掌握指令的分类及实现；理解指令中操作码的组织与编码；能自行设计简单机器指令重点：计算机机器指令的组成、寻址方式对计算机的影响以及寻址方式的设计、表示、指令中操作码的组织与编码难点：寻址方式的设计、表示、指令中操作码的组织与编码掌握：指令功能、组成、指令编码方法、寻址方式（操作数获取）方法、设计指令格式或编码第七章指令系统什么是寻址方式？写出6中寻址方式。指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自有什么优缺点？一条指令通常由哪两个部分组成？两部分的功能分别是什么？什么是形式地址？简述对变址寻址、相对寻址、基地址寻址应在指令中给出些什么信息？如何得到相应的实际（有效）地址？各自有什么样的主要用法？例题某计算机系统的指令字长为16位，有二地址指令和一地址指令两种类型，每个地址字段的长度为6位。如果二地址指令有x条，问一地址指令最多可以有多少条某处理机的一种访问存储器指令只用8位地址码，就能够指向一个1G地址空间中任意256个连续地址之一，请描述这种寻址方式。设某机为定长指令字结构，指令长度12位，每个地址码占3位，试提出一种分配方案，使该指令系统包含：4条三地址指令，8条二地址指令，180条单地址指令。CPU周期也称为_________；一个CPU周期包含若干个_______________。任何一条指令的指令周期至少需要______个CPU周期。机器指令的格式包括________和__________两部分；在指令格式中，操作码部分指明操作的_________，地址码部分则指明操作的_______________。指令周期是指_____。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）时钟周期时间以下四种类型指令中，执行时间最长的是______。

A）RR型B）RS型C）SS型D）程序控制指令机器周期T周期（或T状态或节拍）2操作码地址码种类和性质对象CC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______。

A）隐含寻址B）立即寻址C）寄存器寻址D）直接寻址

指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是______。

A）实现存储程序和程序控制

B）缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性

C）可以直接访问外存

D）提供扩展操作码的可能并降低指令译码难度

变址寻址方式中，操作数的有效地址等于_____。

A）基值寄存器内容加上形式地址

B）变址寄存器内容加上形式地址

C）程序计数器内容加上形式地址

D）堆栈指示器内容加上形式地址（位移量）

二地址指令中，操作数的物理位置不会安排在______。

A）两个主存单元B）一个主存单元和一个寄存器

C）相联存储器D）两个寄存器

BBBC寄存器间接寻址方式中，操作数处在______。

A）通用寄存器B）堆栈C）程序计数器D）主存单元

零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，因此它的操作数可以来自______。

A）立即数和栈顶B）栈顶和次栈顶

C）暂存器和栈顶D）寄存器和内存单元下列寄存器中，反汇编语言程序员可见的是()

A）存储器地址寄存器(MAR)B）程序计数器(PC)C）存储区数据寄存器(MDR)D）指令寄存器(IR)

指令周期是指______。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CPU执行这条指令的时间D）时钟周期时间DBBC写出变址寻址、相对寻址、基址寻址有效地址的计算公式，这三种寻址方式各适用于什么场合？

变址寻址方式的有效地址计算公式为：EA=（X）+A，用于一般循环程序中对数组的元素进行修改，但不允许修改程序本身的场合。

相对寻址方式的有效地址计算公式为：EA=（PC）+A，用于编写位置无关码（PIC）码程序，可以用于循环程序中对数组的元素进行修改，但不允许修改程序本身的场合，也可以用于转移、调用等指令中计算转移地址。

基址寻址方式的有效地址计算公式为：EA=（X）+A，用于程序的动态重定位中，用来把程序的逻辑地址空间变换到物理地址空间。什么是RISC?它有什么特点？答案：RISC是精简指令系统计算机，它有以下特点：（1）选取使用频率最高的一些简单指令，以及很有用但不复杂的指令。（2）指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。（3）只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行。（4）大部分指令在一个机器周期内完成。其意是指在采用流水线组织时每个机器周期内能完成一条指令功能，而并不是说一条指令从取指到完成指定功能只要一个机器周期。（5）CPU中通用寄存器数量相当多。（6）以硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制。什么是CISC？CISC指令系统的特点是什么？答案：CISC是复杂指令系统计算机的英文缩写。其特点是：（1）指令系统复杂庞大，指令数目一般多达2、3百条。（2）寻址方式多（3）指令格式多（4）指令字长不固定（5）可访存指令不加限制（6）各种指令使用频率相差很大（7）各种指令执行时间相差很大大多数采用微程序控制器若操作码采用定长编码方法，最多只能表示8条三地址指令，显然不能满足要求。故应采用变长编码方法（扩展操作码法）。

000XXXYYYZZZ…011XXXYYYZZZ4条三地址指令为二、一地址指令留下了100～111四个扩展窗口

100000XXXYYY…100111XXXYYY8条二地址指令为一地址指令留下了101～111三个扩展窗口

101000000XXX…111110011XXX180条一地址指令

101～111三个扩展窗口可以扩展出192条一地址指令。

64*3=192

现只需要180条一地址指令，故最后12个操作码编码为非法操作码。可以采用如下几种方法：第一种方法：采用变址寻址方式，指令中给出8位偏移量，如果只设置1个变址寄存器，则可以隐含。变址寄存器的字长不短于20位，通过变址寄存器指向1G地址空间的任意位置，再通过指令中给出的8位偏移量就能够访问256个连续地址之一。第二种方法：采用基址寻址方式，指令中给出8位偏移量，隐含设置1个基址寄。基址寄存器的字长为20位，通过变址寄存器指向1G地址空间的任意位置，再通过指令中给出的8位偏移量就能够访问256个连续地址之一。根据题意，二地址指令的格式如下：

4位 6位 6位操作码 地址码1 地址码2

二地址指令的操作码16-2x6=4位，最多共有24=16种操作码。现在假设二地址指令有x（x≤16）条，它已经占用了16种操作码编码中的x种，还剩下（16-x）种编码用来扩展成一地址指令。一地址指令的指令格式为：

10位 6位操作码 地址码2

由于每个4位操作码扩展到10位操作码可以获得26=64种10位操作码，因此，一地址指令最多可以有（16-x）*26条答案表示在指令中的操作数地址，通常称为形式地址，用这种形式地址并结合某些规则，可以计算出操作数在存储器中的存储单元地址。如何在指令中表示一个操作数的地址、如何用这种表示得到操作数以及怎样计算出操作数的地址的方法-----寻址方式。常用的寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、基地址寻址、间接寻址、堆栈寻址答案主要有三种组织方式：1.定长的操作码组织方式。将指令的固定位数分配做操作码，便于硬件设计、提高指令译码和识别速度，指令整齐、规范。2.变长的操作码组织方式。在指令中，表示操作类型的位数是可变的，便于为操作数地址多的指令少分配操作码位数，而为操作数地址少的指令多分配操作码位数。该方法可以尽量使用指令字长，减少指令字长的浪费，但是不便于指令识别。3.操作码字段与操作数地址字段交叉编码的方法。将操作码不再集中分配在指令的最高位部分，而是与操作数地址码交叉在一起，操作码位数是可变的。该方法不便于识别指令和操作数地址，但是指令字长利用率更高。答案指令一般有操作码和操作数地址两部分组成。操作码的功能用于指明本条指令的操作功能，而操作数地址用于给出被操作数的信息（指令或数据）的地址，包括参加运算的一个或多个操作数所在的地址、运算结果的保存地址、程序的转移地址、被调用的子程序的入口地址等。答案在指令的地址码字段给出的与操作数（或指令）地址有关的信息，构成形式地址。依据这些信息并结合一定的规则，可以计算出访问内存的实际（有效）地址。（1）寄存器寻址，形式地址为寄存器名（或编号），寄存器中的内容为操作数；（2）寄存器间接寻址，形式地址为寄存器名（或编号），寄存器中的内容为操作数的地址，再读一次内存得到操作数；（3）变址寻址，形式地址为变址寄存器名（或编号）和变址偏移值，把变址寄存器中的内容与变址偏移值相加得到操作数的地址，再读一次内存得到操作数；用于访问内存中的一组数据更方便。（4）相对寻址，形式地址为相对寻址的偏移值，该偏移值和程序计数器PC的内容相加得到一个内存单元的地址，通常用在条件或无条件转移指令中给出指令转移地址。（5）基地址寻址，通常要使用一个特定的寄存器，称为基地址寄存器，把程序中的指令或数据地址和该基地址寄存器的内容相加得到一个内存单元的地址，通常用在操作系统为用户程序分配内存地址空间后，变换程序静态地址为运行过程中的实际内存地址。

本章主要讲述计算机系统的组成、计算机系统的分层结构、以及计算机的一些主要指标等。需要掌握的内容有：计算机软硬件的概念，计算机系统的层次结构、体系结构和计算机组成的概念、冯.诺依曼的主要思想及其特点、计算机的主要指标这一章要考试的话，主要就是一些概念第一章计算机系统概述当前的CPU由那几部分组成组成？第一章计算机系统概述例题控制器、运算器、寄存器、cache一个完整的计算机系统应包括那些部分？什么是计算机硬件、计算机软件？各由哪几部分组成？它们之间有何联系？配套的硬件设备和软件系统

人们通常把构成计算机的物理装置称为计算机的硬件，其主要功能是：存放控制计算机运行的程序和数据，对信息进行加工处理，实现与外界的信息交换，主要包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大组成部分。软件是计算机程序及其相关文档的总称，主要包括系统软件、应用软件和一些工具软件。软件是对硬件功能的完善与扩充，一部分软件又是以另一部分软件为基础的再扩充。

本章主要讲述计算机系统、微型计算机系统的发展过程以及应用。需要掌握的内容有：计算机的发展的不同阶段区分的方法、微型计算机发展中的区分、摩尔定律这一章要考试的话，主要就是一些概念例如：解释摩尔定律计算机发展的不同时期是如何区分的？计算机能够直接识别和处理的语言是什么语言？

第二章计算机的发展及应用

本章主要讲述计算机系统的总线类型、总线分类、总线性能、总线结构以及总线仲裁和总线控制。需要掌握的内容有：总线的概念、总线的分类、总线的性能指标、总线标准、特殊标准总线的特点、不同总线类型对计算机的影响、总线的控制以及总线的仲裁；总线仲裁方式的优劣分析这一张要考试的话，主要就是一些概念和一些简单的计算第三章系统总线为了解决多个__________同时竞争总线控制权，必须具有____________部件。主设备总线仲裁在______的计算机系统中，外设可以和主存储器单元统一编址，因此可以不使用I/O指令。

A）单总线B）双总线C）三总线D）多总线

计算机使用总线结构的主要优点是便于实现积木化，同时______。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D）加重了CPU的工作量AC从信息流的传送效率来看，______工作效率最低。

A）单总线系统B）双总线系统

C）三总线系统D）多总线系统A第三章系统总线例题集中式总线仲裁中，______响应时间最快。

A）菊花链方式B）独立请求方式

C）计数器定时查询方式三种集中式总线仲裁中，_____方式对电路故障最敏感。

A）链式查询B）计数器定时查询C）独立请求下列选项中的英文缩写均为总线标准的是()A）ISA、CPI、VESA、EISAB）PCI、CRT、USB、EISAC）ISA、SCSI、RAM、MIPSD）ISA、EISA、PCI、PCI-ExpressBAD同步控制是______。

A）只适用于CPU控制的方式

B）只适用于外围设备控制的方式

C）由统一时序信号控制的方式

D）所有指令执行时间都相同的方式C解释下列术语：总线周期，总线周期类型，总线的等待状态，正常总线周期，Burst总线周期，同步传输控制，异步传输控制。

总线周期，通常指的是通过总线完成一次内存读写操作或完成一次输入/输出设备的读写操作所必需的时间，依据具体的操作性质，可以把一个总线周期区分为内存读周期，内存写周期，IO读周期，IO写周期4种基本类型。一个总线周期通常由两个时间段组成：地址时间（addresstime，CPU向内存或IO设备送出地址信息到地址总线），数据时间（datatime，CPU完成数据读写）。若被读写的内存和外设的运行速度够快，可以保证在这一个数据时间内完成读写操作，则该总线周期在这一数据时间之后立即结束。若被读写的内存和外设的运行速度低，不能在这一个数据时间内完成读写操作，就必须再增加一到几个数据时间用于继续完成读写操作，之后才结束该总线周期。在增加出的这一到几个数据时间里，称总线处于等待状态。

如果每次数据传输都要用两段时间（地址时间，数据时间）组成的完整的总线周期完成读写，则称这种总线周期为正常总线周期（normalbuscycle），每次只能传输一个数据。若希望提高数据传输速度，也可以在给出一次地址信息（一个地址时间）后，接着用连续的多个（例如4）数据时间依次传输多个数据，这种运行方式被称为总线的急促传输方式（burstmode），又称为成组数据传送方式。

同步通信，是指在总线上传送数据时，通信双方使用同一个时钟信号进行同步，这个时钟信号通常可以由CPU的总线控制逻辑部件提供，称为总线时钟。可以用一或几个总线时钟构成一个总线周期，每个周期完成一次数据传输，总线周期的长短，需要与被读写部件的存取时间配合好。通信双方送出与接收地址信号、控制命令信号和数据信号，都是使用这一时钟信号完成定时的，可以有比较高的数据传输率。异步通信，是指在总线上传送数据时，允许通信双方各自使用自己的时钟信号，采用“应答方式”（握手方式）解决数据传输过程中的时间配合关系，而不是共同使用同一个时钟信号进行同步，数据传输速率要低很多。何谓总线仲裁？一般采用何种策略进行仲裁，简要说明它们的应用环境。

连接到总线上功能模块有主动和被动两种形态。主方可以启动一个总线周期，而从方只能响应主方的请求。每次总线操作，只能有一个主方占用总线控制权，但同一时间里可以有一个或多个从方。除CPU模块外，I/O功能模块也可以提出总线请求。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权，必须具有总线仲裁部件，以某种方式选择其中一个主设备作为总线的下一次主方。一般来说，采用优先级或公平策略进行仲裁。在多处理器系统中对CPU模块的总线请求采用公平原则处理，而对I/O模块的总线请求采用优先级策略。

什么是系统总线？什么是局部总线？

系统总线是微型计算机系统的公共总线，是多处理机系统中各个处理机模块之间的公共总线，因此也称作全局总线。它支持多个处理机模块之间的以及和它们的共享模块之间的数据交互。局部总线是微处理器模块具有的本地总线，它可连接多个非主模块，但与系统总线上的其他主模块无关。局部总线也称作本地总线，如PCI总线、IP总线、IOCHANNEL等等。用波特率为56K的MODEM从网上下载一个文件，这个文件的大小为1M字节。约定每帧有1个起始位、8个数据位和1个停止位。问下载这个文件至少需要多少时间？每帧共10位，波特率为56K的MODEM每秒钟能够从网上下载56K/10＝5600个字节，下载1M字节的文件需要1M/5600秒，约3分钟。某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于一个时钟周期，总线时钟频率为66MHz，求总线带宽是多少？设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个周期传送的数据量用D表示，根据总线带宽定义，有：

Dr=D/T=D×f=4B×66×106/s=264MB/s

本章主要讲述计算机中的存储系统。分为三个层次介绍。主存、高速缓存、虚拟存储器需要掌握的内容有：存储系统的层次结构、主存储器的分类、性能以及扩展存储器的一般方法；高速缓存的概念、地址映射方法、替换算法、性能以及实现；虚拟存储器的概念、页式存储器管理、段式存储器管理以及地址变换方法；磁盘存储器的管理、柱面、磁道、扇区以及簇的基本概念，磁盘容量的计算以及文件分配表的使用等这一章要考试的话，主要就是一些概念、主存储器的设计、磁盘容量的计算、FAT表的使用等第四章存储器

为什么存储器要采用分层结构？

在微计算机存储器系统的设计当中，需要考虑容量、存取时间和价格三个因素，但这三者之间的关系又是互相制约的。为了实现快的访问速度和大的存储容量，同时价格还要相对低廉，于是提出了分层的存储器结构。第四章存储器例题多级结构的存储器是由哪3级存储器组成的？每一级存储器使用什么类型的存储介质，这些介质的主要特性是什么？何谓信息的一致性原则和包含性原则？多级结构的存储器是由高速缓存、主存储器和虚拟存储器组成的。高速缓冲存储器使用静态存储器芯片实现，主存储器通常使用动态存储器芯片实现，而虚拟存储器则使用快速磁盘设备上的一片存储区。前两者是半导体电路器件，以数字逻辑电路方式进行读写，后者则是在磁性介质层中通过电磁转换过程完成信息读写。

一致性原则：同一个信息会同时存放在几个级别的存储器中，此时，这一信息在几个级别的存储器中必须保持相同的值。

包含性原则：处在内层（更靠近CPU）存储器中的信息一定被包含在各外层的存储器中，即内层（更靠近CPU）存储器中的全部信息一定是各外层存储器中所存信息中一小部分的副本，这是保证程序正常运行、实现信息共享、提高系统资源利用率所必需的，反之则不成立。例如，高速缓冲存储器中的信息，肯定也存放在主存储器中，还存放在虚拟存储器中，但主存储器中的非常多的信息不会同时在高速缓冲存储器中，虚拟存储器中的更多的信息也不会同时出现在主存储器中。在计算机中，为什么要采用多级结构的存储器系统？它的应用是建立在程序的什么特性之上的？是为了达到使整个存储器系统有更高的读写速度、尽可能大的存储容量、相对较低的制造与运行成本。实现思路，是围绕读写速度尚可、存储容量适中的主存储器来组织和运行的,并由高速缓冲存储器缓解主存读写速度慢、不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储器更大的存储空间，解决主存容量小、存不下规模更大的程序与更多数据的难题。这种多级结构的存储器系统的运行原理，或者说它可以有良好的性能/价格比，是建立在程序运行的局部性原理之上的。程序运行的局部性原理主要体现在如下3个方面：时间方面，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；空间方面，这些最近被访问过的程序和数据，往往集中在一小片存储区域中；在指令执行顺序方面，指令顺序执行比转移执行的可能性要大（大约为5:1）。1.主存储器的性能指标主要是_______________、_______________、存储周期和存储器带宽。

存储容量，存取时间2.半导体只读存储器(ROM)与半导体随机存储器(RAM)的主要区别在于______。AA）ROM可永久保存信息,RAM在掉电后,原存信息会消失B）ROM在掉电后,原存信息会丢掉,RAM永久保存信息C）RAM是内存,ROM是外存D）ROM是内存,RAM是外存3.读写存储器简称为___________。aBA）RAMB）ROMC）PROMD）EPROM4.计算机的内存储器比外存储器____。BA）更便易B）存取速度快C）存储容量更大D）虽贵但能存储更多的信息在一个Cache存储系统中，主存储器的访问周期、存储容量和单位价格分别为60ns、64MB和10元/MB，Cache的访问周期、存储容量和单位价格分别为10ns、512KB和100元/MB，Cache的命中率为0.98。(1)计算这个Cache存储系统的等效访问周期、存储容量和单位价格。(2)计算这个Cache存储系统的访问效率。

(1)这个Cache存储系统的等效访问周期：

T＝Tc*H＋Tm（1－H）＝10ns×0.98＋60ns×（1－0.98）＝11ns

等效存储容量：S＝64MB

等效单位价格：C＝（Cc*Sc＋Cm*Sm）/Sm＝（100×0.5＋10×64）/64＝10.78(元/MB)(2)这个Cache存储系统的访问效率：e＝Tc/T＝10/11＝0.91

主存储器容量为1MB，虚存容量为4GB，则虚拟地址为________位，物理地址为_____位。已知cache命中率H=0.98，主存存取周期为200ns，且为cache的4倍，则cache-主存的平均（或等效）访问时间为_______________。主存贮器和CPU之间增加cache的目的是______。

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）扩大外存的容量在主存和CPU之间增加cache存储器的目的是______。

A）增加内存容量B）提高内存可靠性

C）解决CPU和主存之间的速度匹配问题

D）增加内存容量，同时加快存取速度322054nsAC在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由______完成地址映射。

A）操作系统B）装入程序C）程序员D）编译器采用虚拟存储器的目的是______。

A）提高主存储器的存取速度

B）扩大主存储器的存储空间，并能进行自动管理和调度

C）提高外存储器的存取速度

D）扩大外存储器的存储空间相联存储器是按_____进行寻址的存储器。

A）地址指定方式B）堆栈存取方式

C）内容指定方式D）地址指定方式与堆栈存取方式结合存储周期是指______。

A）存储器的读出时间B）存储器的写入时间

C）存储器进行连续读和写操作所允许的最短时间间隔

D）存储器进行连续写操作所允许的最短时间间隔ABCC硬盘工作时，数特别注意避免______。

A）光线直射B）环境卫生不好C）强烈震动D）噪声

解释什么是FAT？FAT是操作系统对磁盘进行管理时使用的一个线性链表，他存储一个文件在磁盘中占用的存储区域位置，在该表中存储文件后续区域所占用的簇号，又称为文件分配表。磁盘碎块整理的目的是什么？磁盘使用一段时间后，由于反复的复制、生成和删除文件，使文件在磁盘上的存储位置不连续，导致计算机在读取磁盘数据时，花费的时间就要长一些，直接影响到计算机的运行速度，所以要定期整理磁盘，让每个文件不再破碎，以提高计算机运行速度。C某双面磁盘，每面有220道，内层磁道周长为70cm，内层位密度400位/cm，转速3000转/分，问：（1）磁盘存储容量是多少？（2）数据传输率是多少？（1）每道信息量=400位/cm×70cm=28000位=3500B

每面信息量=3500B×220=770000B

磁盘总容量=770000B×2=1540000B（2）磁盘数据传输率，也即磁盘的带宽Dr=roNN为每条磁道容量，N=3500Br为磁盘转速r=3000转/60S=50转/S

所以，Dr=r×N=50/S×3500B=175000B/S一个磁盘存储器的存储容量为16GB（1GB=230Byte），有8个盘片（16个记录面），每条磁道有512个扇区，每个扇区512个字节，每分钟8000转，定位时间（寻道时间）为4.25ms。(1)计算这个磁盘存储器的有效数据传输率。(2)这个磁盘存储器有多少个柱面（磁道）？(3)这个磁盘存储器的寻址时间（包括定位时间和等待时间）是多少？(1)这个磁盘存储器的有效数据传输率为：

512Bx512x8000/60＝33.3MB/S或：512Bx512x8000/60＝35MB/S(2)这个磁盘存储器的柱面数为：N＝16MB/（512Bx16x512）＝4096(3)这个磁盘存储器的寻址时间为：等待时间为：60/8000/2＝3.75ms

寻址时间为：定位时间＋等待时间＝4.25ms＋3.75ms＝8ms某磁盘组有六片磁盘，每片可有两个记录面，存储区域内径为22cm，外径为33cm，道密度40道/cm，位密度400位/cm，转速2400转/分。试问：⑴共有多少存储面可用？⑵共有多少个圆柱面？⑶整个磁盘组的总存储容量有多少？⑷数据传送率是多少？⑸如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一存储面上还是记录在同一圆柱面上？为什么？⑴6×2-2=10（面），共有10个存储面可用。⑵40×(33-22)/2=220（道），共有220个圆柱面。⑶10×22π×400×220=73×106（位）整个磁盘组的总存储容量73×106位。⑷(22π×400)/(60/2400)=1.1×106（位/秒）

=0.138×106（字节/秒）数据传送率0.138×106字节/秒⑸记录在同一圆柱面上。因为这样安排存取速度快。

下图为一个磁盘的FAT表的片段，改磁盘每簇为8个扇区，每个扇区为512字节，磁盘上一个文件“ABC.TXT”的目录项上记录的首簇号为40，请你根据给出的条件，计算该文件的大小范围是多少？该文件在磁盘上是连续存放的吗？

根据FAT的记录，改文件占用的簇为：40、41、42、45、46、48、49，共计7簇。而每个簇的大小为：512×8=4096字节。该文件最大是将这7簇全部占用，为：4096×7=28KB。该文件最小是占用6簇还有第7簇只有一个字节，为：

4096×6+1=24KB+1个字节。通过FAT表可以看出，改文件没有占用连续的簇，而是跳跃的，所以改文件在磁盘上不是连续存放的。设有一道程序，有1至5共5页，执行时的页地址流（即执行时依次用到的程序页号）为：3、4、2、6、4、3、7、4、3、6、3、4、8、4、6，若分配给这道程序的主存有3页，分别采用FIFO、LRU、OPT3种替换算法时，各自命中率为多少？（假设开始时主存为空）20%40%53%

本章需要掌握的内容有：输入输出系统的构成、接口的概念，输入输出的基本方式、接口的功能和组成、接口的类型，IO编址方式显示器的扫描方式、显示存储器容量的计算等第五章输入输出系统在______的计算机系统中，外设可以和主存储器单元统一编址，因此可以不使用I/O指令。

A）单总线B）双总线C）三总线D）多总线当采用_____对设备进行编址情况下，不需要专门的I/O指令组。

A）统一编址法B）单独编址法

C）两者都不是D）两者都是

AAI/O设备数据传送控制方式通常分为程序直接控制方式、_______________、_______________、_______________和_______________等五种。程序中断方式直接存储器存取（DMA）I/O通道方式外围处理机方式为什么需要有输入输出接口？输入输出接口的主要功能是什么？

输入输出接口是处理机与外部世界进行联系的界面。外部设备的类型、规格、特性多种多样，它们输出数据和接收数据的方式，数据的格式差异很大，因此，设备与处理机的连接方式也很不相同。计算机系统为了能够适应各种外围设备的不同要求，规定了一些独立于具体设备的标准接口。各种外围设备必须根据自己的特点和要求，选择其中的一种标准接口与处理机连接。凡是连接到同一种标准接口上的不同类型设备，它们之间的差异必须由设备本身的控制器通过硬件和软件来进行填补。这样，处理机本身就无需了解各种外围设备特定的具体工作细节，可以采用统一的硬件和软件对品种繁多的设备进行管理。计算机系统的使用者也只需通过操作系统提供的高级命令或程序请求来使用各种各样复杂的外围设备。在需要更换外围设备时，各种不同型号，不同生产厂家的设备都可以直接通过标准接口与计算机系统连接。输入输出接口的主要功能有：

(1)处理机与外部设备之间的通信联络

(2)数据缓冲

(3)接受处理机的命令，提供外部设备的状态

(4)数据格式的变换对于三种基本的输入输出方式，即程序控制方式、程序中断方式和DMA方式，下面的结论正确吗？为什么？

(1)采用程序中断方式能够提高CPU的利用率，因此，在设置有中断方式的计算机系统中，就不需要再使用程序控制方式了。

(2)DMA方式能够处理高速外部设备输入输出工作。由于高速工作方式一般能够覆盖低速工作方式，因此，在采用了DMA方式的计算机系统中，就没有必要再使用中断方式了。(1)采用程序中断方式能够使CPU运行用户程序与外部设备的输入输出工作并行进行，因此，采用中断方式能够提高CPU的利用率是正确的。在设置有中断方式的计算机系统中，就不需要再使用程序控制方式了，这种说法是不对的。采用程序控制输入输出方式，何时，对何设备进行输入或输出操作完全受用户程序控制。而程序中断方式，设备的输入输出操作发生在现行程序的什么地方，完全不受用户程序控制。因此，对于有些输入输出操作，需要在程序的控制下进行，如许多实时的输入输出工作，这时，必须采用程序控制输入输出方式。另外，在程序中断方式的执行过程中，往往也需要接借助程序控制输入输出方式才能完成。例如，当有多个中断源分配在同一个中断优先级中时，在进入中断服务程序之后，必须通过逐个查询设备的状态才能知道是哪个设备申请中断，这一过程实际上就是采用了程序控制输入输出方式。

(2)DMA方式能够处理高速外部设备输入输出工作，这种说法是完成正确的。但是，在采用了DMA方式的计算机系统中，就没有必要再使用中断方式了，这种说法不正确。实际上，DMA方式的初始化工作和后处理工作通常要采用程序中断方式来完成。简述CPU与外设使用DMA控制方式传输数据的思想。

当某一外设需要输入输出一批数据时，向DMA控制器发出请求，DMA控制器接收到这一请求后，向CPU发出总线请求，若CPU响应DMA的请求，则把总线使用权交给DMA控制器，数据不通过CPU，可以直接在DMA控制器的操作下进行。当这批数据传送完成后，DMA控制器再向CPU发出"结束中断请求"，CPU响应这一中断请求。假定一台计算机的显示存储器用DRAM芯片实现，若要求显示分辨率为1600*1200，颜色深度为24位，帧频为85HZ，现实总带宽的50%用来刷新屏幕，则需要的显存总带宽至少约为（）

A）245MbpsB）979MbpsC）1958MbpsD）7834Mbps在微机系统中,鼠标是一种______。

A）输入设备B）输出设备

C）运算设备D）存储设备DACRT显示器中通常为什么选用光栅扫描方式？它和随机扫描各自的优缺点是什么？在光栅扫描方式下，电子束要从左到右、从上到下扫描整个屏幕，扫描控制本身不必区分什么位置上有点要显示，什么位置上的点不显示，它只是控制电子束在整个屏幕上重复移动，显示的具体内容则通过另外的逻辑线路提供。由于光栅扫描与电视系统使用相同的技术，技术成熟性好，产品价格便宜，被广泛地用在计算机的显示器中。它的缺点是扫描冗余时间多，分辨率较低，故主要用于普及型的字符显示器。在随机扫描方式下，电子束只扫描在屏幕上有显示内容的位置，而不是整个屏幕，所以这种扫描方式画图速度快，分辨率高，故主要用于高质量的图形显示器。其缺点是，它的扫描控制逻辑比较专用、复杂，产品生产批量不够大，价格较高。一个彩色图形CRT显示器，分辨率为1024x768，颜色数为32位真彩色，为了提高显示速度，要同时保存4帧以上画面，问显卡上的显示存储器容量应该选择多大？

由于分辨率为1024x768，颜色数为32位真彩色，则显示一帧画面需要占用1024x768x32bit＝3MB容量。要同时保存4帧以上画面，显示存储器的容量必须大于3MBx4＝12MB，因此，显卡上的显示存储器容量应该选择16MB。计算机的运算方法运算器，三大件运算、暂存、乘除块，多路选通连起来；数据组合有内外、运算功能指明白、存移输出巧安排。信息编码、码制转换，常用的信息编码（原码、反码、补码、BCD码）以及二进制数值数据的编码与运算算法（补码运算、定点数、浮点数的表示、各种数的表数范围）运算器的基本原理运算器的基本构成掌握补码加法器的运算原理以及计算过程掌握原码一位乘法和两位乘法的原理及运算过程掌握运算器位数扩展的原理及方法运算器的两个主要功能是：_______，_________。下列有关运算器的描述中，______是正确的。

A）能暂时存放运算结果B）只做加法

C）只做算术运算，不做逻辑运算D）既做算术运算，又做逻辑运算微型计算机中运算器的主要功能是进行_________。

A）算术运算B）逻辑运算

C）算术和逻辑运算D）初等函数运算运算器的核心部分是______。

A）数据总线B）多路开关

C）算术逻辑运算单元D）累加寄存器算术运算逻辑运算DCC74LS181是四位并行进位运算器，请你用4片74LS181组成16位运算器，画出主要信号连接图。汉字的__________、________、____________是计算机用于汉字输入、内部处理、输出三种不同用途的编码。（71.25）8=_________2=_____16=_________10。在浮点数字长一定的情况下，为了做到表示数的范围最大、表示数的误差最小、表示数的效率最高，尾数基值rm取_____，阶码基值re取____，并且把___________位隐藏起来。若计算机字长为n+1，则定点整数的补码表数范围是__________、定点小数的补码表数范围是_______________。输入编码机内码字模码111001.01010139.5457.32812522尾数最高位-2n~~~2n-1-1~~~1-2-n一个浮点数由______和______两部分构成。下列那种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）移码根据国标规定，每个汉字在计算机内占用_____存储。

A）一个字节B）二个字节

C）三个字节D）四个字节

假定下列字符码中有奇偶校验位，但没有数据错误，采用偶校验的字符码是______。

A）11001011B）11000001C）11010110D）11001001尾数阶码DBD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______。

A）阶符与数符相同为规格化数

B）阶符与数符相异为规格化数

C）数符与尾数小数点后第一位数字相异为规格化数

D）数符与尾数小数点后第一位数字相同为规格化数

假定有4个整数用8位补码表示r1=0FEH，r2=0F2H，r3=090H，r4=0F8H，若将运算结果存放在一个8位寄存器中，则下列运算会发生益处的是()A）r1xr2B）r2xr3C）r1xr4D）r2xr4CB某浮点数字长12位，其中阶符1位，阶码3位，数符1位，尾数7位，阶码以2为底，阶码和尾数均用补码表示。它所能表示的最大正数是多少？最小规格化正数是多少？绝对值最大的负数是多少？阶码部分为定点整数，尾数部分为定点小数。

最大正数：阶码为最大正数，尾数为最大正数。