計(jì)算機(jī)組成-計(jì)算機(jī)組成原理期末復(fù)習(xí)資料

1.總線：是連接多個(gè)部件的信息傳輸線?是各部件共享的傳輸介質(zhì)。

2.系統(tǒng)總線：是指CPU、主存、I/O設(shè)備（通過I/O接口）各大部件之間的信息

傳輸線。

通信總線：是指用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間或者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)（如控制儀

表、移動(dòng)通信）之間的通信的線路。

按傳送方式分并行和串行。串行通信是指數(shù)據(jù)在單條1位寬的傳輸線上，一

位一位的按順序分時(shí)傳送。并行通信是指數(shù)據(jù)在多條并行1位寬的傳輸線上?

同時(shí)由源傳送到目的地。

3.帶寬：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)可以傳送的最大的信息量。

4.溢出：在計(jì)算機(jī)中，超出機(jī)器字長,發(fā)生錯(cuò)誤的結(jié)果。

5.中斷：計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序的過程中,當(dāng)出現(xiàn)異常情況或特殊請(qǐng)求時(shí)?計(jì)算機(jī)停

止現(xiàn)行程序的運(yùn)行轉(zhuǎn)向?qū)@些異常情況或特殊請(qǐng)求處理,處理結(jié)束后再返回到現(xiàn)

行程序的間斷處，繼續(xù)執(zhí)行源程序。

6.中斷嵌套：計(jì)算機(jī)在處理中斷的過程中，有可能出現(xiàn)新的中斷請(qǐng)求，此時(shí)CPU

暫停現(xiàn)行中斷服務(wù)程序，轉(zhuǎn)向新的中斷請(qǐng)求?這種現(xiàn)象稱為中斷嵌套。

7.優(yōu)先級(jí)：為使系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)并處理發(fā)生的所有中斷,系統(tǒng)根據(jù)引起中斷

事件的重要性和緊迫程度?硬件將中斷源分為若干個(gè)級(jí)別。

8.DMA方式：用硬件在主存與外設(shè)之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,不須CPU，用軟件

控制。

9.指令周期：完成一條指令的時(shí)間?由若干機(jī)器周期組成。

機(jī)器周期：完成mo個(gè)獨(dú)立操作，由若干時(shí)鐘周期組成。

時(shí)鐘周期：最基本時(shí)間單位?由主頻決定。

10.微操作：在微程序控制器中?執(zhí)行部件接受微指令后所進(jìn)行的最基本的操作。

11.微指令：控制器存儲(chǔ)的控制代碼,分為操作控制部分和順序控制部分,由微

命令組成。

12.微程序：存儲(chǔ)在控制存儲(chǔ)器中的完成指令功能的程序，由微指令組成。

13.控制存儲(chǔ)器CPU內(nèi)用于存放實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)全部指令的微程序的只讀存儲(chǔ)器。

一、計(jì)算

3.14.設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為8MHz，一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)

總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù)，試問總線的帶寬是多少？

解：由于：f=8MHz,T=1/f=1/8M秒，因?yàn)橐粋€(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期

所以：總線帶寬=16/(1/8M)=128Mbps=16MBps

3.15.在一個(gè)32位的總線系統(tǒng)中-總線的時(shí)鐘頻率為66MHZ?假設(shè)總線最短

傳輸周期為4個(gè)時(shí)鐘周期?試計(jì)算總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率若想提高數(shù)據(jù)傳輸率,

可采取什么措施？

解：總線傳輸周期=4*1/66M秒

總線的最大數(shù)據(jù)傳輸率=32/(4/66M)=528Mbps=66MBps

若想提高數(shù)據(jù)傳輸率,可以提高總線時(shí)鐘頻率、增大總線寬度或者減少總線傳輸

周期包含的時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)。

3.16.在異步串行傳送系統(tǒng)中,字符格式為：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)校

驗(yàn)位、2個(gè)終止位。若要求每秒傳送120個(gè)字符?試求傳送的波特率和比特率。

解：一幀包含：1+8+1+2=12位

故波特率為:(1+8+1+2)*120=1440bps

比特率為：8*120=960bps

4.5.什么是存儲(chǔ)器的帶寬？若存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)總坡寬度為32位，存取周期為

200ns,則存儲(chǔ)器的帶寬是多少？

解：存儲(chǔ)器的帶寬指單位時(shí)間內(nèi)從存儲(chǔ)器進(jìn)出信息的最大數(shù)量。

存儲(chǔ)器帶寬=l/200nsx32位=160M位/秒=20MB/秒(注：

lns=10-9s)

4.7.一個(gè)容量為16Kx32位的存儲(chǔ)器,其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是多少？當(dāng)選

用下列不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)，各需要多少片？

1KX4位，2Kx8位，4Kx4位，16Kxi位，4Kx8位，8Kx8位

解：地址線和數(shù)據(jù)線的總和=14+32=46根；

選擇不同的芯片時(shí),各需要的片數(shù)為：

1KX4:(16Kx32)/(1KX4)=16x8=128片

2Kx8:(16Kx32)/(2Kx8)=8x4=32片

4Kx4:(16Kx32)/(4Kx4)=4x8=32片

16Kxl：(16Kx32)/(16Kxl)=1x32=32片

4Kx8:(16Kx32)/(4Kx8)=4x4=16片

8Kx8:(16Kx32)/(8Kx8)=2x4=8片

6.12.設(shè)浮點(diǎn)數(shù)格式為：階碼5位(含1位階符)，尾數(shù)11位(含1位數(shù)符)。

寫出?27/1024、?86.5所對(duì)應(yīng)的機(jī)器數(shù)。要求如下：

(1)階碼和尾數(shù)均為原碼。

(2)階碼和尾數(shù)均為補(bǔ)碼。

(3)階碼為移碼?尾數(shù)為補(bǔ)碼。

解：據(jù)題意畫出該浮點(diǎn)數(shù)的格式：

階符1階碼4位數(shù)符1尾數(shù)10位

位位

將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：xl=-27/1024=-0.0000011011B：

25*(-0.11011B)

x3=-86.5=-1010110.1B=27*(-0.10101101B)

則以上各數(shù)的浮點(diǎn)規(guī)格化數(shù)為：

(1)［xl］原=1,0101;1.1101100000

［x3］原=0?0111;1.1010110100

(2)［xl］^=l-1011;1.0010100000

僅3］補(bǔ)=0，0111;1.0101001100

(3)僅1］移補(bǔ)=0，1011;1.0010100000

僅3］移補(bǔ)=1，0111;1.0101001100

6.19.設(shè)機(jī)器數(shù)字長為8位(含1位符號(hào)位)，用補(bǔ)碼運(yùn)算規(guī)則計(jì)算下列各題。

(2)A=19/32，B=-17/128，求A-B。

(4)A=-87?B=53?求A?B。

解：(2)A=19/32=0.1001100B,B=-17/128=-0.0010001B

［A］補(bǔ)=00.1001100,［B］補(bǔ)=11.110nn,［-B］補(bǔ)=00.001OOOl

［A-B］補(bǔ)=［A］補(bǔ)+［-B］補(bǔ)

=00.1001100+00.0010001

=00.1011101——無溢出

A-B=0.1011101B=93/128B

(4)A=-87=-1010111B,B=53=110101B

[A]補(bǔ)=11,010100L[B]補(bǔ)=00,0110101,[?B]補(bǔ)=11,1001011

/七］補(bǔ)=從］補(bǔ)+［七］補(bǔ)

=11,0101001+11,1001011

=10,1110100——溢出

二、應(yīng)用

4.14.某8位微型機(jī)地址碼為18位?若使用4Kx4位的RAM芯片組成模塊板

結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器，試問：

(1)該機(jī)所允許的最大主存空間是多少？

(2)若每個(gè)模塊板為32Kx8位，共需幾個(gè)模塊板？

(3)每個(gè)模塊板內(nèi)共有幾片RAM芯片？

(4)共有多少片RAM?

(5)CPU如何選擇各模塊板？

解：(1)該機(jī)所允許的最大主存空間是：218X8位=256KX8位=256KB

(2)模塊板總數(shù)=256Kx8/32Kx8=8塊

(3)板內(nèi)片數(shù)=32Kx8位/4Kx4位=8x2=16片

(4)總片數(shù)=16片乂8=128片

(5)CPU通過最高3位地址譯碼輸出選擇模板,次高3位地址譯碼輸出選

擇芯片。地址格式分配如下：

模板號(hào)(3位)芯片號(hào)(3位)片內(nèi)地址(12位)

4.29.假設(shè)CPU執(zhí)行某段程序時(shí)共訪問Cache命中4800次訪問主存200次,

已知Cache的存取周期為30ns?主存的存取周期為150ns?求Cache的命中

率以及Cache-主存系統(tǒng)的平均訪問時(shí)間和效率，試問該系統(tǒng)的性能提高了多少

倍？

解:Cache被訪問命中率為：4800/（4800+200）=24/25=96%

則Cache-主存系統(tǒng)的平均訪問時(shí)間為：

（）

ta=0.96*30ns+l-0.96*150ns=34.8ns

主存系統(tǒng)的訪問效率為：

Cache-e=tc/ta*100%=30/34.8*100%=86.2%

性能為原來的150ns/34.8ns=4.31倍，即提高了3.31倍。

例7.2設(shè)相對(duì)尋址的轉(zhuǎn)移指令占3個(gè)字節(jié)，第一字節(jié)為操作碼，第二，三字節(jié)為

相對(duì)位移量（補(bǔ)碼表示）。而且數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中采用以低字節(jié)地址為字地址的存

放方式。每當(dāng)CPU從存儲(chǔ)器取出一個(gè)字節(jié)時(shí)，即自動(dòng)完成（PC）+1PC。

（1）若PC當(dāng)前值為240（十進(jìn)制），要求轉(zhuǎn)移到290（十進(jìn)制），則轉(zhuǎn)移指令

的第二、三字節(jié)的機(jī)器代碼是什么？

（2）若PC當(dāng)前值為240（十進(jìn)制）?要求轉(zhuǎn)移到200（十進(jìn)制），則轉(zhuǎn)移指令

的第二、三字節(jié)的機(jī)器代碼是什么？

解:（1）PC當(dāng)前值為240?該指令取出后PC值為243，要求轉(zhuǎn)移到290，即相

對(duì)位移量為290-243=47，轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼為2FH。由于數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中采用以低

字節(jié)地址為字地址的存放方式,故該轉(zhuǎn)移指令的第二字節(jié)為2FH,第三字節(jié)為

00H。

（2）PC當(dāng)前值為240，該指令取出后PC值為243?要求轉(zhuǎn)移到200,即相對(duì)

位移量為200-243=-43，轉(zhuǎn)換成補(bǔ)碼為D5H。由于數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中采用以低字

節(jié)地址為字地址的存放方式，故該轉(zhuǎn)移指令的第二字節(jié)為D5H-第三字節(jié)為

FFH。

7.6某指令系統(tǒng)字長為16位，地址碼取4位，試提出一種方案，使該地址系統(tǒng)

有8條三地址指令、16條二地址指令、100條一地址指令。

解：

OPA2A1A0三地址指令8條

0000

?

0111

OPA1A0二地址指令16條

10000000

?

10001111

OPA0一地址指令100

條

110000000000

110001100011

三、簡(jiǎn)答

1.馮諾依曼機(jī)主機(jī)主要特點(diǎn)。

①計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件組成。

②.指令和數(shù)據(jù)一同等地位存放于存儲(chǔ)器內(nèi)-并可按地址尋訪。

③.指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示。

④.指令由操作嗎和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表

示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置。

⑤.采用存儲(chǔ)控制原理,指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按順序存放。通常指令是順序執(zhí)行的?

在特定條件下,可根據(jù)運(yùn)算結(jié)果或根據(jù)設(shè)定的條件改變執(zhí)行順序。

6.機(jī)器以運(yùn)算器為中心?輸入輸出設(shè)備與存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳說通過運(yùn)算器完

成。

4.總線定義與分類方法，系統(tǒng)總線定義與分類方法。

總線

定義：總線是連接多個(gè)部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質(zhì)。

分類：片內(nèi)總線系統(tǒng)總線通信總線

系統(tǒng)總線

定義：系統(tǒng)總線是指CPU、主存、I/O設(shè)備（通過I/O接口）各大部件之間

的信息傳輸線。

分類：數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線

5.什么是總線標(biāo)準(zhǔn),目前流行的總線標(biāo)準(zhǔn)有哪些。

所謂總線標(biāo)準(zhǔn)可視為系統(tǒng)與各模塊，模塊與模塊之間的一個(gè)互連的標(biāo)準(zhǔn)聲面。

ISA總線、EISA總線、PQ總線、RS—232c總線、IEEE-488（并行通信總線

又稱GP-IP總線）USB總線。

6.三級(jí)存儲(chǔ)器系統(tǒng)中各級(jí)存儲(chǔ)器特點(diǎn)與用途?分哪兩個(gè)層次。

①主存特點(diǎn)：隨機(jī)訪問、速度快。容量大。用途：存放CPU使用的程序和數(shù)

據(jù)。

輔存特點(diǎn)：容量大、速度慢、價(jià)格低、可脫機(jī)保存信息。用途：存放大量

后備數(shù)據(jù)

緩存特點(diǎn)：速度快、容量小、價(jià)格高用途：用于主存與輔存之間作為緩沖?

正在使用的程序和數(shù)據(jù)的付本。

②緩存——主存層次和主存一■輔村層次。

8.動(dòng)態(tài)RAM與靜態(tài)RAM特點(diǎn)與用途，DRAM刷新方式與主要優(yōu)點(diǎn)。

靜態(tài)RAM特點(diǎn)：信息讀出后,仍保持其原有狀態(tài),不需要再生。用途：用于

Cache

動(dòng)態(tài)RAM特點(diǎn)：靠電容存儲(chǔ)電荷的原理來寄存信息。用途：組成內(nèi)存/主存。

DRAM刷新方式

集中刷新：集中刷新是在規(guī)定的一個(gè)刷新周期內(nèi)對(duì)全部存儲(chǔ)單元集中一段時(shí)

間逐行進(jìn)行刷新，此刻必須停止讀寫操作。

分散刷新：分散刷新是指對(duì)每行存儲(chǔ)單元的刷新分散到每個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)完

成。

異步刷新：異步刷新是前兩種方式的結(jié)合,它即可縮短"死時(shí)間"，又充分

利用最大刷新間隔2ms的特點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蝹€(gè)MOS管組成，集成度高，速度較SRAM慢,價(jià)格低，

9.Cache工作原理特點(diǎn)?地址映射方式與替換算法。

原理：利用程序訪問的局部性，近期用到信息存于cache。

地址映射方式：直接映射、全相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射、

替換算法：先進(jìn)先出算法（FIFO）、近期最少使用算法（LRU）、隨機(jī)法。

10.主機(jī)與外設(shè)交換信息采用中斷與DMA方式特點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)合。

中斷方式：

特點(diǎn)：CPU與外設(shè)并行工作?效率高

應(yīng)用場(chǎng)合：管理多種外設(shè)并行工作、進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、進(jìn)行故障自動(dòng)處理

DMA方式：

特點(diǎn)：

①從數(shù)據(jù)傳送看,程序中斷方式靠程序傳送,DMA方式靠硬件傳送。

②從CPU響應(yīng)時(shí)間看，程序中斷方式是在一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)響應(yīng)，而DMA

方式可在指令周期內(nèi)的任一存取周期結(jié)束時(shí)響應(yīng)。

③程序中斷方式有處理異常事件能力，DMA方式?jīng)]有這種能力,主要用于大

批數(shù)據(jù)的傳送?如硬盤存取、圖像處理、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等?可提高數(shù)據(jù)

吞吐量。

④程序中斷方式需要中斷現(xiàn)行程序?故需保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；DMA方式不中斷現(xiàn)行程

序，無須保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。

◎DMA的優(yōu)先級(jí)比程序中斷的優(yōu)先級(jí)高。

應(yīng)用場(chǎng)合：高速設(shè)備如硬盤

12.中斷處理過程分成哪兩個(gè)階段各完成哪些任務(wù)

響應(yīng)階段：關(guān)中斷、保護(hù)斷點(diǎn)地址、轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)入口地址

處理階段：保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、執(zhí)行用戶編寫的中斷服務(wù)程序、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。

13.與中斷方式比較MDA方式主要特點(diǎn)是什么。

①從數(shù)據(jù)傳送看?程序中斷方式靠程序傳送,DMA方式靠硬件傳送。

（2）從CPU響應(yīng)時(shí)間看，程序中斷方式是在一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)響應(yīng)，而DMA

方式可在指令周期內(nèi)的任一存取周期結(jié)束時(shí)響應(yīng)。

③程序中斷方式有處理異常事件能力-DMA方式?jīng)]有這種能力，主要用于大

批數(shù)據(jù)的傳送?如硬盤存取、圖像處理'高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等?可提高數(shù)據(jù)

吞