计算机组成原理与系统结构复习

计算机组原理及系统构复习考类1.选(20分)2.填(30分)3.简(20分)4.分(10分)6.设(20分)例的分率像，素颜数为，则刷存器容为（B）B1MBCD2MB在算术中，ALU、制（运器存储器在起为（主机）反主速指的个语存时间（存周）和存储带宽）形指地的法为令址通常（顺）寻，到移令（跃）址集中总仲方有链式询式计器时询式独请方。中，优级定是链式询式）6.对动磁组，盘址（记录面（磁道、（扇号）7.利串方传字，秒传的特（）数称波率假数据送率120个符秒一字格规包10个特起位止8个据，则送的波特率是（波特），每个特位用的时间是（）计算系的次构下至可为级即程设级或辑路）一般机级操系级（编言）级（高语级9.按IEEE754标准，个32位浮数符位S（1位）阶E（8位、数（23位三域成其阶E的值于数真（e）加一固的移（。一个较善指系，当数传、算运、逻辑算）（控传）四类令。/

知点第章计算系概（识应分（）算发历一计机五变第代1946—1957年电管算：据理第代1958—1964年晶管算：业制第代1965—1971年中规集电计机小计机第代1972—1990年大模超规集电计机微计机第代1991年开始巨规集电计机单机（）算系层结1计机件基组运算器，控制器，存储器，输入设备，输出设备2计机件分系软及用序件3计机工过通过输入设（盘或鼠标等）输入用户的操作命令或数据，计算机的处理单处理器）接受到输入命令后，进行处理并将结果在计算机的输出设备（显示器或打印机等）上输出，也可以将结果保存在计算机的存储器（硬盘或软盘）上。4.计机次构一，微程序设计二，机器语级三，操作系统级四，汇编语言级五，高级语级（）算性指吞量表一计机某时间内够理信量响时：征输有到统生应间时度，时间位度。主：CPU的工作拍主钟制，时不产固频率时，时的率叫的主。CPU时钟周：频倒：示条令周数即行条令需平时周。CPU执行时：示CPU执一程所用时。CPU执行时=时周数*时周长：每百指数即位间执的令。指条/程执时*：每百次点作数用来量器点作性。MFLOPS=程中的点作数（序行间*四)量理冯诺曼构思冯诺曼算中令数均二制式放存器，区分们依是控器全以分哪是令，些数字一来，取周中内读的息是令，流控器而执器期从存读的息是据，它内流运器/

．计机统计定原程局性(时上部和空间局性定律对系中一件行进所获的个统能提（程，取于部的行间总行间百比加速比

采用改进措施后的性能没有采用改进措施前性能没有采用改进措施前执采用改进措施后执行某

行某任务的时间任务的时间CPU性能公0CPU的性能决三要：n①钟率（时钟期t）；②条令花时周数CPI；③令数一程所的时间T)可以两方来示每条指令的平均时钟周期数：．软及件辑价任操(功)以软来现可有件实．系机概由一家产具相系结、具不组和现一系不型的计机．计机统层结从至可为级即程设计（逻电级、般机级操系级汇编言、级音．计机速展性不提得于计机造术的展和计机统构的新．汉的示法输码汉内，字模．计机统构计机成实的系计机织计机构逻实；计机现计机织的理现一结可多组实；种织可多物实。．计机统概（件硬）计机硬是有的子件构的包运器存器、制、配、入输设。计机软是算系结的要成分也计机同于般子备本/

质在计机件般为统序应程两类第章运算法运器考很、谨）（）制编1进计制其互换2真:般写数机码机中示数要解在算内数的、符和数运问。码器有+0”“-0”之。3、BCD码压十制串式）4字及符字表方用个节表,7位用来码128),最位校位,参见教P26表2.25校码是有信中入些余息校位（）点的示运1定数表（P18无号的示有号的示2定数运（P29定数位运；码点的/运；补定数加减算定数的/运；出念判方。（）点的示运1浮数表浮数表范；标。IEEE754标:基数，基数固定，采用隐含方式来表示它。位浮点数：数的符号位，1位，在最高位，“0表示正数，1”示负数。M尾数，23位在低位部分，采用纯小数表示E是码8位采用移码表示。移码比较大小方便。规格化：若不对浮点数的表示作出明确规定，同一个浮点数的表示就不是惟一的。尾数域最左最高有效位)总是，故一经常不予存储认为隐藏在小数点的左边。采用这种方式时浮数的指真值e变成阶码E时将指数上一个固定的偏移值，E=e+127例浮点数x的754标存储格式(41360000)16，其浮点数的十进制数值。/

解：将16进数展开后，得二制数格式为000100110000000000000阶(8位

尾数(23位)指数阶码包括隐藏位1的尾数1.M=1.0110000000000000000=1.011011于是有1)S×1.M××23=+1011.011=(11.375)10例数20.59375)10转成754标的32位浮点数的二进制存储格式。解首先分别将整数和分数部分转换成二进制数：然后移动小数点，使其在第1，2位间×于得到：S=0,最后得到32位点数的二进制存储格式为：01000001101001001100000000000000=(41A4C000)162浮数加减算P53）（）法辑元ALU1串加器并加器2算逻单ALU的能机．定数示数转、BCD字串校等分及算溢概和别．机数示特在器中零表形是一，围。．按标准，个32位浮点由号S（1位、码E（8）尾M（23位三域成。中码E值于数的值上个定偏值（127）。格比大。设器长16位,点示,数位数符1位,：定原整表时,大数多?小数多?(2)点码数示,大数多?小数是少定原整表最正值(215－1)10＋32767)10最负值－(215－1)10＝(－32767)10定原小表最正值(1－2－15)10＝(＋0.111...11)2最负值－(1－2－15)10＝(－0.111..11)2．浮数算定数算运过．运器计掌的功及构）第章内部储（点考、得）（）储的类按储质类磁面/导存器按取式类随/序取磁）按写能类ROM/

：极/按息可存分：久和永性按储系中作分：///（）储的次结高速缓冲存储器简称cache，它是计算机系统中的一个高速小容量半导体存储器。主存储器简称主存计机系统的主要存储器来放计算机运行期间的大量程序和数据。外存储器简称外存是容量辅助存储器。（）导随存存器1、SRAM存储器工原（）2、DRAM存储器工原（）（）读储它作只读，能入其存的始据必在工作前入只存储由工可，密强在算系中到泛应。（）存器CPU的接（）口和多块储（）速冲储（）1程访的部从CPU看，增一cache的的就在能使存平读时间可接近cache的出间为了到个的在有存器问由满CPU需要的分占高比，cache的中应近。、Cache的基工原理CPU及Cache之的据送以为位主及Cache间的据送以为位读存，把址时给和主，控制辑据址判此是否Cache中，若在字即送，否，则主读期此从存出到CPU，此时把有个的个数块主读送cache中(一可猝发式)是于CPU和主M2之的容存储，存速比存。存量置百MB的情下cache典值几KB。cache能速向CPU供令数据从加了序执速从能看它主的冲存器由速的组。追高，括理内全功由件现因对程员透的Cache的计依:这访过数，次很的能是问近数。3、Cache和主之的射式（1）相映全联主中任块以放到Cache中的意个置/

对：览位──随坐特：间用最，突率低实最杂（要一访问度快价很的联储及个较）应场：用小量Cache（2）接射直映：存的一只被置Cache中一一位。比阅室置─只有一个置以特：间用最，突率高（动；现简。应场：合容Cache于存第i块若它象Cache的第j块则j＝imod(M)（M为的块）M=2m，当示二制时，实际上是i的m位（3组相联映射组相联：主存中的每一块可以被放置到Cache中一的一个组的任何一个位置。举例组相联是直接映射和全相联映射的一种折中Cache分，“内存中的块到组采用直接映射方式，组内采用全相联的映射方式4、Cache中主块替算（1）机优：现单缺：中低（2）进出（FIFO）点实现单缺：限（3）近少用LRU（leastfrequentlyused最不常用）：被访的计器加，替值的，不反近cache访情况（leastrecently近最使）：被问行数置0其他计器加，替值的，合cache的作理5、Cache写策“”问可导Cache和主内的一两写略写略区不Cache设方的一重标。写达（写）执“”作，仅入Cache，且写下级储。写法也为回）执“”作，写Cache。当Cache相的被替时才回存(置“改”（）拟储（）1虚存器基概2页虚存器3段虚存器/

4段式拟储5（快）．存器类不存器的较SRAM及DRAM的结及作理．存器展寻范。．双口储及用．存层（点四问”（1）“Cache－存和主－存”次“Cache－存层：补存度的足“存辅”次弥补存量不（2）个题）当一块页调高靠近CPU)储时可放哪位（映射规））当要问块页在一存器时如找该块（找法）当生命时应换一？替算））当行访时应行些作（写略．主及速存主映方及特。全联主中任块以放到中的意个置特：间用最，突率低实最杂（要个问速很、格高相存器多比器应场：用小量Cache直映：存的一只被置中唯的个置。特：间用最，突率高（动；现简。应场：合容Cache组联主中每块以放到中唯的个中任一位n路相联每中n个(＝M/)。n称相度绝大多计机Cache:n≤4想想相度定越越？在相和相Cache中则多个供择．主要替算有种（1）机优：现单缺：中低（2）进出（FIFO）点实现单缺：限（3）近少用LRU（leastrecently近最使）：被问行数置0其他计器加，替值的，合cache的作理．两写略写直达（写）/

执行“”作，仅入Cache，且写下级储器写回法也为回）执行“”作，写Cache仅Cache中应块替换时才回存．反主速指的个语存时、存储期）（存器宽。．堆是块特顺进数存的储，种定的序以结：后先出（LIFO或先后”（FILO）．依堆的长式将栈分递堆（ascendingstack）递堆（descendingstack）。．根堆指指的据置不，将栈分：满栈Stack），空栈Stack）。堆的种长式堆指指的据置满增压操，储地增（上长，SP指向储效据最地或指第个读的据位。空增压操，储地增（上长，SP指向储效据最地的一空置者指将读的一数位的一空位。满减压操，储地减（下长，SP指向储效据最地或是向一要出数的置空减压操，储地减（下长，SP指向后入栈数的一空置者向要出第个据置下个位。．在字为位址存器，字储模有有小”“端两方存字这种式根最有效节相较有字相是放较的是高地来分，种储式如所。．CPU执行一程时，成取的数1900次，主完存的数100次已cache存周为50ns，主存取期250ns，cache/主存系的率平均问间h=Nc/（Nc+Nm）=1900/(1900+100)=0.95e=1/(r+(1-r)h)=1/(5+(1-5)×0.95=83.3%10．设机存容为，Cache的容为16KB。每块8个，字32位。计个路相联射Cache织画主地字中段的数说主中号128的块样射Cache中？设号块从0开编）设Cache的态空CPU依从存0,1,2,…89号元出90字主一读出个）并复次读8次问中是少若Cache的速度是存度6倍试有Cache和无Cache相比速提多倍/

（1）为字有8个，字32位所每字有字节，得出w=5，因Cache容为16KB=214B，所以Cache有214/25=29(出又为是路相映，（出r=2因d=9-2=7位）故29块Cache可化分29/22=27组故号7，据存量4MB=222B得主字块记s-d=22-7-5=10位（2）因Cache共有27组，组有4个字所主中号128的映到Cache中组i=128mod128=0？27），此存编为128的可映到CacheL0中的C0、C3）4个中任一。（3）于个块个，的初态空因CPU读0号单元，命，须访主，时该所的存调到Cache第0中的一内接CPU1~7号元均中同，读8，，88号元均命。见CPU第一读个时共有12次命其全中后7遍命命率（4）设Cache的存取期t，存存周为6t，没Cache的问间720×6t，有Cache的问间为720-12）×t+12×6t，则Cache和有Cache相比速提的数：（720×6t）/[）×t+12×6t]-1=5.5411．储扩12．拟储（作统解）虚地和理址转问，何段和表TLB的原和用平均问间计第章指令统常点易分（）令式1指的本式操作码和操作数地址码2定操码令式让操作码的长度固定且集中的放在指令字的一个字段中。3扩操码令式操作码的长度可变，且分散地放在不同的字段中。（）令寻方1有地的念有效地址EA是一16位无符号数操数所在单元到段首的距离即逻辑地址的偏移地址.指令中地址码字段给出的地址A是操作数的有效地址EA(EffectiveAddress)，即EA。/

2数寻和令址形成操作数地址的方式，称为数据寻址方式。形成指令地址的方式，称为指令寻址方式。3常的址式、隐含寻址：指令中隐含着操作数的地址、立即寻址：立即寻址是一种特殊的寻址方式，指令中在操作码字段后面的部分不是通常意义上的操作数地址是操作数本身也是说数据就包含在指令中要取出指令，就取出了可以立即使用的操作数，因此，这样的操作数被称为立即数。、直接寻址：操作数地址是不能修改的，及程序本身所在的位置无关，所以又叫做绝对寻址方式、间接寻址寻意味着指令的地址码部分给出的地址A不操作数的地址，而是存放操作数地址的主存单元的地址，简称操作数地址的地址。、寄存器寻址在令的地址码部分给出CPU内一通用寄存器的编号令的操作数存放在相应的寄存器中。、寄存器间接寻址：了克服间接寻址中多次访存的缺点，可采用寄存器间接寻址即操作数放在主存储器中操作数的地址放在某一通用寄存器中然后在指令的地址码部分给出该通用寄存器的编号。、相对寻址：由程序计数器提基准地址，而指令的地址码部分给出相对的位移量D，两者相加后作为操作数的有效地，即EA(PC)＋。、基址寻址：在基址寻址方式中，指令的地址码部分给出偏移量D，而基准地址放在基址寄存器Rb中，最后操作数的有效地址仍然是由基准地址A及移量D相而成，即：EA(Rb)＋D、变址寻址：变址寻址就是将指令的地址码部分给出的基准地址A及内特定的变址寄存器中内相加，以形成操作数的有效地址，即EAA＋(Rx)。、段寻址方式：寻址。（）CISC和RISC的本念复杂指令系统计算机，简称CISC精简指令系统计算机，简称RISC．指格指格设、长作及展作优点较

这种寻址方式的实质还是基址定长操作码：格式简单，指令译码速度快。扩展操作码充的利用指令的各个字段能在不增加指令字长的情况下扩展操作码的长度，但会使控制器的设计复杂。．寻方及缺；/

数寻、令址有地计，见址式优点．RISC及CISC技术线较RISC的计重点在于降低由硬件执行指令的复杂度，因为软件比硬件容易提供大的灵活性和更高的智能，因此RISC设对编译器有更高的要求设计则更侧重于硬件执行指令的功能使CISC的令变得很复杂总RISC对译器的要求高CISC强硬件的复杂性，的现更复杂。3.一较善指系，当数传、术算逻运算控转)指．某主容为8M×16位且储长于令长若机令统可成108种操，作位固，具直、接变、址相、立等种址式试回答下列问题。出一地址指令格式并指出各字段的作用。指令直接寻址的最大范围。指令间接寻址的寻址范围。指令立即寻址中立即数的范围（十进制表示）。相对寻址的位移量（十进制表示）。上六寻方的令中一执时最，一最，什？（1）字一址令式OP（7位M位）（6位）为作字，7位可映108种作为寻方字，3位，反6种址作为地码段共16-7-3=6。直寻的大围26=64由存字为16位，故次址寻范为216；若次址需存储的高位区是继间寻，寻范为215。（4）即的围-——31（符数，0——63无号）（5）对址位量-32——31（6）述种址式，立数指令接出故即址指执时最。间寻在令执阶要次存(次接址两访，次接址多访存，执时最。址址于址存器内由户定而在序执过程允用修，其式址终变故址址指便于户制理组题程。对址作的效址及前令址差定的移，直寻相，有于序动形成令址方称指寻通常是顺序寻址遇转指（跃寻。第章中处器CPU）重、点必）（）的能基结功能：指令控制（程序的顺序控制）操作控制（一条指令有若干操作信号实现）时间控制（指令各个操作实施时间的定时）数据加工（算术运算和逻辑运算）/

组成：（）中央处理器运算+制器（2运算器累加器暂存器（）令行程（）据路功和本构（）制的能工原1硬线制采用主状态周期—节拍电位—节拍脉冲三级体制时序信号产生电路复杂2微序制节拍电位—节拍脉冲二级体制利用微程序顺序执行来实现微操作时序信号产生电路简单微序微令微令微程序设计技术是用软件方法来设计硬件的技术。微命令制件向执行部件发的各种控制命令叫作微命令是成控制序列的最小单位。例如：打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉冲等。微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。微指令：把在同一周内并行执行的微操作控制信息存储在控制存储器里，称为一条微指令微令编方；地的式式机器指令的操作码转换成初始微地址的方式主要有两种。计数器的方式多路转移的方式（）令水1指流线基概2超量动流线基概/

．数通的构指执流．控器能结．微序微令微令微令式微令编方式微址形方．（1）指流线瓶段第段（2）如消瓶段(3)TP计算解流线颈题常方：细瓶段重设置颈。．微指格分两：平微令垂直微令．数通（作）．微序制中机指及指的系．相及突流线突3种型结冲：硬资满不指重执的求发的突。解方：复置源数冲：指在水中叠行，需用前指的执结而生的突当关指靠足近，们流线的叠行者新序改指读写操数的序使不于们流实时顺，则生数冲。可发的据突：写读突RAW在i写之，j先读j读的容错的这最见一数冲，对于数相。写写突WAW在i写之，j先。最写的果的。错！这冲对于出关读写突WAR在读之，j先写出内是误！由相引。控冲：水遇分指和他改PC值的指所起冲。第章总线理、握（）线述1总的本念2总的类3总的成性指由地址线、数据线、控制线组成。速度和效率（）线裁1集仲方2分仲方（）线作定1同定方/

2异定方（）线准．总的本念分总线构计机统互机是个统能件间行数传的共路总可为下类内总：内连各存及算部之的线系总：部线CPU和算系中他速能件互接总。I/O总线：低I/O设备相连的线总是成算系的联构是个统能件间行数传的共路．总的性分：理性功特、气性时间性．总总方为解多功模争总的题必设总仲部。按总仲电的置同仲方分集式分式种集中总仲方有链式询式计器时询式独请方。中，优级定是式询式）．集式裁三链查方：中仲器近设具最优权离线控器远优权低计器时询式独请方．线作定同定方异定方．总标了总标、线机结、能性电规第章外围备第章输入出I/O系（解掌）（）系基概（）部备1输设：盘鼠2输设：示、印3外储：盘储、盘列光存器（）接（I/O控制器1、I/O接口功和本构2、I/O端口其址（）方/

1程查方2程中方中的本念中响过；断理程多中和断屏的念3、DMA方式DMA控制器组；DMA传送程4通方及外围备息换式程序查方程序中方方通道方．设编统编独编．利用行式送字，秒传的特bit）位常为特。设据送速是个字/，一字格规包个特（始、止8个据位，传的特是），个特占的间（）．活头盘，盘址包（）（）、（）．对动磁组可动头定片磁盘)磁地=记录号磁头)磁道扇号磁存设存时：取间指发读命后磁从一始置移至的录置到始盘表读或入息上送据需的间取决以三因决找时等时数传时5.刷存器分率灰的系中存一图的状息它地和幕的址一对。VRAM＝辨×度如1024×1024，24位色VRAM的容1024×1024×24/8．桥作桥身结可十简，只信缓能和号平换逻，可相复，如规转、据存装数等及外设进信交的式及外设编方。外围备息换式程查方、序断式、方、道式．中的本念中响过；断理程多中断中屏的念控制的成DMA传过。微序制的作程/

机指及指的系执取令公操。取令公操通由段指程来成在器开运时动取微序入微址μMAR从CM中读相的指送μIR。微令操控字产有的命，来制现机指令公操。指程的口址般μCM的0号单元当指微序行后从存取的器令已人令存IR中了由器令操作字通微址成件生该器令对的微序入口址并入MAR从CM中逐取对的微令执之条指都自产下条指的址一机指对的程序最一微令行毕，下条指地又回取微序人地，而续(1)，以成下机指的共作以是条器令执过，此而始直整程的所机指执完。参下，器令操码换初微址方主有种入地：条