计算机组成原理
第1章 计算机系统概论
一. 填空题
1. 计算机系统是由 硬件 和软件两大部分组成的，前者是计算机系统的物质基础，而后者则是 计算机系统解题的灵魂 ，两者缺一不可。
2. 存储程序是指 解题之前预先把程序存入存储器 ；程序控制是指 控制器依据所存储的程序控制计算机自动协调地完成解题的任务 ，这两者合称为存储程序控制，它是冯·诺依曼型计算机的重要工作方式。
3.通常将控制器和运算器合称为 中央处理器(CPU) ；而将控制器、运算器和 内存储器 合称为计算机的主机。
4.计算机系统的硬件包括 控制器 、 运算器 、存储器、I/O接口和I/O设备等五大部分。 二. 选择题
1. 指令周期是指（ C ）。
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该指令的时间
三. 问答题
1. 存储程序控制是冯?诺依曼型计算机重要的工作方式，请解释何谓存储程序、程序控制？
答：存储程序是指将解题程序(连同原始数据)预先存入存储器；
程序控制是指控制器依据存储的程序，控制全机自动、协调的完成解题任务。
2. 计算机系统按功能通常可划分为哪五个层次？画出其结构示意图加以说明。
答：.五级组成的计算机系统如图1.7 (课本P18) 1）微程序设计级：微指令直接由硬件执行。
2）一般机器级(机器语言级)：由微程序解释机器指令系统，属硬件级。 3）操作系统级：由操作系统程序实现。 4）汇编语言级：由汇编程序支持执行。
5）高级语言级：由高级语言编译程序支持执行。 这五级的共同特点是各级均可编程。
四. 计算题
1. 设某计算机指令系统有4种基本类型的指令A、B、C和D，它们在程序中出现的频度(概率)分别为0.3、0.2、0.15和0.35，指令周期分别为5ns、5.5ns、8ns和10ns，求该计算机的平均运算速度是多少MIPS(百万条指令每秒)？
解:指令平均运算时间：
T=5×0.3＋5.5×0.2＋8×0.15＋10×0.35＝7.3 (ns) 平均运算速度：
V=1/T=1/(7.3×10－3)＝137(MIPS)
第2章 运算方法与运算器
一. 填空题
1. 若某计算机的字长是8位，已知二进制整数x＝10100，y＝–10100，则在补码的表示中， [x]补＝ 00010100 ，[y]补＝ 11101100 。
2. 若浮点数格式中阶码的基数已确定，而且尾数采用规格化表示法，则浮点
数表示的数，其范围取决于浮点数 阶码 的位数，而精度则取决于 尾数 的位数。
3.浮点加减法运算对阶的原则是 _小阶向大阶看齐__，即将小阶的尾数右移。浮点运算结果的溢出是 指阶码大于所能表示的最大正阶_，溢出时应将溢出标志位置为1。
4.设有4位二进制数1101，采用奇校验码，则校验位P= __ 0 __；奇偶校验码只能检测出_奇数位_ 的错误，但无纠错能力。
5. 16位（包括1位符号位）的定点小数，若用补码表示，其表示的真值范围是 －1～＋（1－2－15） ，最多能表示 65536（或216） 个不同的数。
6.计算机中的溢出标志OF受 算术运算类 指令的影响；而零标志“ZF”则在结果为__零 __时被置为1。
7. 汉字在计算机中的表示方法有汉字的输入编码，还有 汉字内码 和汉字字模码 等三种。
二. 选择题
1．下列各数中，最大的数是（ B ）。
A. (101001)2 B. (53)8 C. (42)10
2. 下列机器数中，真值最小的数是（ C ）。
A．[x]补＝1.10101 B．[y]补＝1.10110 C．[z]补＝1.01011
3. 下列各组机器数，真值相等的一组是（ A ）。
A．[x]原＝1.1000 [y]补＝1.1000 B．[x]原＝1.1010 [y]补＝1.1010 C．[x]补＝11000 [y]移＝11000 D．[x]补＝11001 [y]反＝11001
4．用n位字长的补码（其中1位符号位）表示定点整数时，所能表示的数值范围是（ C ）。
A．0≤｜N｜≤2n-1 B．0≤｜N｜≤2n-1-1 C．-1≤N≤- (2n-1-1) 和 0≤N≤2n-1-1 D．-1≤N≤-2n-1 和 0≤N≤2n-1-1
5. 用8位二进制数控制输出状态，若要使高4位都为1，而使低4位保持不变，可用8位逻辑数11110000与原来的8位输出数据进行（ C ）运算即可。
A．逻辑非 B．逻辑乘 C．逻辑加 D．逻辑异
三. 问答题
1.通常，计算机中的基本逻辑运算是哪4种？逻辑运算的特点是什么？ 答：计算机中的基本逻辑运算是逻辑非、逻辑乘、逻辑加和逻辑异等4种 逻辑运算的特点是：1）.按位进行,各位的结果互不牵连；所以无借位、进位、溢出等问题。2）.运算简单；3）.每一位都可看成一个逻辑变量。 所以无符号位、数值位、阶码和尾数的区分。
四. 计算题
1. 已知二进制数x＝－0.101110，y＝－0.101011，用双符号位补码求x＋y和x-y的值，要求写出计算机中的运算步骤，并指出是否有溢出。
解： [X]补= 11.010010 ， [Y]补= 11.010101，[－Y]补=00.101011
[x]补 11.010010 + [y]补 11.010101 [x+y]补 10.100111
运算结果溢出，x＋y＝－1.011001
[x]补 11.010010 + [－y]补 00.101011 [x－y]补 11.111101
运算结果无溢出，x－y＝－0.000011
2.已知x＝0.1011，y＝-0.1010，用原码一位乘法求x×y的值，要求写出计算机中的运算步骤。
解：[x]原＝0.1011，[y]原＝1.1010
乘积的符号位Zs＝0⊕1＝1，尾数绝对值相除。
部分积 R0 0. 0000 ＋0. 0000 0. 0000 0. 0000 ＋0. 1011 0. 1011 0. 0101 ＋0. 0000 0. 0101 0. 0010 ＋0. 1011 0. 1101 0. 0110
乘数 R1 1 0 1 0
说明
开始 P0＝0 y4=0，+0
(R0，R1)右移一位，得P1 y3=1，+x
(R0，R1)右移一位，得P2 y2=0，+0
(R0，R1)右移一位，得P3 y1=1，+x
1 1 1 0 (R0，R1)右移一位，得P4
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 所以｜x×y｜＝P4＝0.01101110
[x×y]原＝1.01101110 故 x×y＝-0.01101110
3. 设浮点数的阶为5位（包括2位阶符），尾数为8位（包括2位尾符），用
-011-010
补码表示，已知二进制数 x=2×0.101011，y=2×(-0.110101)，按浮点规格化的运算方法，求x+y的值，要求写出机器的运算步骤。
解： x和y的浮点机器数（阶和尾数均用补码表示） [x]浮＝11101，00.101011 [y]浮＝11110，11.001011 ① 求阶差
[△E]补＝[Ex]补+ [-Ey]补
＝11101＋00010＝11111
可见 △E＝－1，说明x的阶码小。将[Mx]补右移一位
[-Mx]补＝00.0101011
② 尾数按指令的要求相加，运算时采用双符号位补码运算
[Mx]补 00. 0101011 [My]补 11. 001011
11. 1000001
即 [Mx＋My]补＝11.100000(1)
尾数运算结果应向左规格化（这里要左移1位），阶码减1，即： [x＋y]浮＝11101，11.000001
所以 x＋y＝2-011×(-0.111111)，运算结果无溢出。
第3章 存储系统
一. 填空题
1. 在当今计算机系统的三级存储系统中,CPU能直接访问的存储器是_Cache和主存储器_ __，不能直接访问的存储器是_辅助存储器_ 。
2．在有一级Cache的系统中，设主存和Cache的存储周期分别是TM和TC，若不命中率是(1-H)，则CPU访问存储器的平均时间TA＝HTC +(1-H) TA 。
3. 在并行操作的存储器中，有 双端口存储器 、 相联存储器 和多模块交叉存储器等。
4.主存和Cache的映射方式有全相联映射、直接映射和_组相联 _映射三种，其中灵活性大、Cache的行利用率高但速度较慢的映射方式是_全相联映射 。 5.虚拟存储器指的是_主存储器－辅助存储器___这一存储层次，它给用户提供了一个比实际__物理地址______空间大得多的虚拟地址空间。
6.某32位CPU有32根地址线，内存按字节编址，则主存物理存储空间是__4____GB； 虚拟地址码46位，则虚拟存储空间是___64_____TB。 二. 选择题
1. 存储周期是指( C )。 A．存储器的读出时间 B．存储器的写入时间
C．存储器进行连续读或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 2. 主存储器和CPU之间增加Cache的目的是 ( B )。 A. 扩大主存的容量
B. 解决CPU与主存之间的速度匹配问题
C. 扩大CPU中通用寄存器的数量
3. 某SRAM芯片，其存储容量为64K×l6位，该芯片的地址线和数据线数目为 ( B )。
A．64，16 B．16，16 C．64，8 D．16，64
4．计算机系统中的存储系统是指（ C ）
A. 内存储器 B. 半导体存储器和磁盘存储器 C. 内存储器和外存储器 D. 半导体读写存储器