计算机组成计算机组成与体系结构总结复习与体系结构总结复习第一章第一章计算机系统概述计算机系统概述第二章第二章计算机的发展及应用计算机的发展及应用第三章第三章系统总线系统总线第四章第四章存储器存储器第五章第五章输入输出系统输入输出系统第六章第六章计算机中的运算方法计算机中的运算方法第七章第七章指令系统指令系统第八章第八章控制单元的结构、功能及设计控制单元的结构、功能及设计第九章第九章流水线流水线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？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：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；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；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；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。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）。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。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，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。，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，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。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。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、指令的执行步骤指令内容、指令的执行步骤(时刻时刻)，也许还有些别的什么条件信号，来形，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，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。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？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，指令寄存器IR，都分成几个执行步骤完成每一条指令的，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，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；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，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，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。制器，理论上可实现动态微程序设计。微指令格式微指令格式不同机器有不同的微指令格式，就其共性来说，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大致可归纳为两大类，即水平型微指令和垂直型微指令。令。（1）水平型微指令：一次能定义多个微命令（控制）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。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）垂直型微指令：一次只能执行一个微命令的微指令。指令。（3）混合型微指令：水平型微指令和垂直型微指令）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，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有一定的并行控制能力，可高效地去实现机器的指令系统。系统。微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是微程序控制器中，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，从信息流的传送效率来看，_工作效率最低。工作效率最低。A）单总线系统单总线系统B）双总线系统双总线系统C）三总线系统三总线系统D）多总线系统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）通用寄存器通用寄存器B）存储器存储器C）堆栈堆栈D）外存外存在控制器中在控制器中_用于保存当前正在执行的一条指令。用于保存当前正在执行的一条指令。A）程序计数器程序计数器B）指令寄存器指令寄存器C）缓冲寄存器缓冲寄存器D）地址寄存器地址寄存器BACB水平型微指令与垂直型微指令相比，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请在以下叙述中选出两个正确描述的句子是_。1同一个同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相容微操作。周期中，可以并行执行的微操作叫相容微操作。2同一个同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫相容微操作周期中，不可以并行执行的微操作叫相容微操作3同一个同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相斥微操作周期中，可以并行执行的微操作叫相斥微操作4同一个同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫相斥微操作周期中，不可以并行执行的微操作叫相斥微操作A）13B）24C）23D）14二地址指令中，操作数的物理位置不可能安排在二地址指令中，操作数的物理位置不可能安排在_。A）栈顶和次栈顶栈顶和次栈顶B）两个主存单元两个主存单元C）一个主存单元和一个存储器一个主存单元和一个存储器D）两个寄存器两个寄存器答案：答案：ABDA 一个模型机如上题图一个模型机如上题图所示，并假定控制存所示，并假定控制存储器的容量为储器的容量为25624（位），微地（位），微地址寄存器为址寄存器为6位。位。1）试指出相容性和）试指出相容性和相斥性的微操作各相斥性的微操作各2组。组。2）设计适合模型机）设计适合模型机的微指令格式并说明的微指令格式并说明理由。理由。由于微地址占用由于微地址占用6位，给微操作控制字段只留下了位，给微操作控制字段只留下了18位，位，而在该模型机中位命令有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，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，第二部分为四个部分；第一部分为直接编码，第二部分为A段，处理各个段，处理各个功能部件的装入微命令，第三字段为功能部件的装入微命令，第三字段为B段，处理各个部件向总段，处理各个部件向总线发送数据的微命令，第四字段为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段，处理为指令下地址的处理方法；微指令格式如下：处理方法；微指令格式如下：硬布线控制器是一种硬布线控制器是一种_。A）用微程序技术设计的控制器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电路D）用微程序技术和存储逻辑技术设计的控制器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控制器的功能是_。A）产生时序信号产生时序信号B）完成指令操作码译码完成指令操作码译码C）从主存取出一条指令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，以解释执行该指令的操作控制信号，以解释执行该指令CD下图是一个简化的下图是一个简化的CPU与主存储器链接结构示意与主存储器链接结构示意图（图中省略了所有多路选择器），其中有一个累加图（图中省略了所有多路选择器），其中有一个累加寄存器寄存器AC，一个状态寄存器和其他四个寄存器：主，一个状态寄存器和其他四个寄存器：主存地址寄存器存地址寄存器MAR、主存数据寄存器、主存数据寄存器MDR、程序计、程序计数器数器PC和指令寄存器和指令寄存器IR，各部件及其之间的连线表，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。示数据通路，箭头表示信息的传递方向。要求：要求：（1） 写出图中写出图中a、b、c、d四个寄存器的名称。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。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经过的数据通路（假定数据地址已经在MAR中）。中）。答：（答：（1） a 主存数据寄存器主存数据寄存器 MDR b 指令寄存器指令寄存器IR c 主存地址寄存主存地址寄存器器MAR d 程序计数器程序计数器PC（2） PC内容内容=MAR，PC+1，读取主存，读出数据，读取主存，读出数据=IR （3） 读取主存读取主存=MDR，MDR=ALU，AC=ALU，运算，结，运算，结果果=MDR，存储器写。，存储器写。 下图是一个简化的下图是一个简化的CPU与主存储器链接结构示意与主存储器链接结构示意图（图中省略了所有多路选择器），其中有一个累加图（图中省略了所有多路选择器），其中有一个累加寄存器寄存器ACC和其他三个寄存器：主存地址寄存器和其他三个寄存器：主存地址寄存器MAR、程序计数器、程序计数器PC和指令寄存器和指令寄存器IR，各部件及其，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。之间的连线表示数据通路，箭头表示信息的传递方向。要求：（要求：（1） 写出图中写出图中a、b、c三个寄存器的名称。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。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所经过的数据通路（假定数据地址已经在MAR中）中）答：（答：（1） a 指令寄存器指令寄存器IR b 程序计数器程序计数器PC c 主存地址寄存器主存地址寄存器MAR （2） PC内容内容=MAR，PC+1，读取主存，读出数据，读取主存，读出数据=IR （3） 读取主存读取主存=DR1，ACC=DR2，运算，结果，运算，结果=BUS，存储器，存储器写。写。 模型机的数据通模型机的数据通路如图所示，全路如图所示，全机采用单总线结机采用单总线结构。试设计该模构。试设计该模型机执行指令型机执行指令ADDX(将将X单元单元的内容与的内容与R0内容内容相加，结果送相加，结果送R0中中)的操作流程图。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；理解指令中实现；理解指令中操作码的组织与编码操作码的组织与编码；能自行设计简单；能自行设计简单机器指令机器指令重点：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、难点：寻址方式的设计、表示、指令中操作码的组织与编指令中操作码的组织与编码码掌握：掌握：指令功能、组成、指令编码方法、寻址方式（操作数指令功能、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获取）方法、设计指令格式或编码第七章第七章指令系统指令系统什么是寻址方式？写出什么是寻址方式？写出6中寻址方式。中寻址方式。指令的操作码一般有哪几种组织方式？各指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自有什么优缺点？自有什么优缺点？一条指令通常由哪两个部分组成？两部分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？的功能分别是什么？什么是形式地址？简述对变址寻址、相对什么是形式地址？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？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某计算机系统的指令字长为16位，有二地位，有二地址指令和一地址指令两种类型，每个地址址指令和一地址指令两种类型，每个地址字段的长度为字段的长度为6位。如果二地址指令有位。如果二地址指令有x条，条，问一地址指令最多可以有多少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某处理机的一种访问存储器指令只用8位地位地址码，就能够指向一个址码，就能够指向一个1G地址空间中任意地址空间中任意256个连续地址之一，请描述这种寻址方式。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，指令长度设某机为定长指令字结构，指令长度12位，位，每个地址码占每个地址码占3位，试提出一种分配方案，位，试提出一种分配方案，使该指令系统包含：使该指令系统包含：4条三地址指令，条三地址指令，8条条二地址指令，二地址指令，180条单地址指令条单地址指令。CPU周期也称为周期也称为_；一个；一个CPU周期包含若干个周期包含若干个_。任何一条指令的指令周期至少需要。任何一条指令的指令周期至少需要_个个CPU周期。周期。机器指令的格式包括机器指令的格式包括_和和_两部分；两部分；在指令格式中，操作码部分指明操作的在指令格式中，操作码部分指明操作的_，地址码部分，地址码部分则指明操作的则指明操作的_。指令周期是指指令周期是指_。A）CPU从主存取出一条指令的时间从主存取出一条指令的时间B）CPU执行一条指令的时间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）时钟周期时间时钟周期时间以下四种类型指令中，执行时间最长的是以下四种类型指令中，执行时间最长的是_。A）RR型型B）RS型型C）SS型型D）程序控制指令程序控制指令机器周期机器周期T周期（或周期（或T状态或节拍）状态或节拍）2操作码操作码地址码地址码种类和性质种类和性质对象对象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）隐含寻址隐含寻址B）立即寻址立即寻址C）寄存器寻址寄存器寻址D）直接寻址直接寻址指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是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）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）两个主存单元两个主存单元B）一个主存单元和一个寄存器一个主存单元和一个寄存器C）相联存储器相联存储器D）两个寄存器两个寄存器BBBC寄存器间接寻址方式中，操作数处在寄存器间接寻址方式中，操作数处在_。A）通用寄存器通用寄存器B）堆栈堆栈C）程序计数器程序计数器D）主存单元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数可以来自_。A）立即数和栈顶立即数和栈顶B）栈顶和次栈顶栈顶和次栈顶C）暂存器和栈顶暂存器和栈顶D）寄存器和内存单元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）存储器地址寄存器存储器地址寄存器(MAR)B）程序计数器程序计数器(PC)C）存储区数据寄存器存储区数据寄存器(MDR)D）指令寄存器指令寄存器(IR)指令周期是指指令周期是指_。A）CPU从主存取出一条指令的时间从主存取出一条指令的时间B）CPU执行一条指令的时间执行一条指令的时间C）CPU从主存取出一条指令加上从主存取出一条指令加上CPU执行这条指令的时间执行这条指令的时间D）时钟周期时钟周期时间时间DBBC写出变址寻址、相对寻址、基址寻址有效地址的写出变址寻址、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？计算公式，这三种寻址方式各适用于什么场合？ 变址寻址方式变址寻址方式的有效地址计算公式为：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，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。修改程序本身的场合。 相对寻址方式相对寻址方式的有效地址计算公式为：的有效地址计算公式为：EA =（PC）+ A，用于编写位置无关码（，用于编写位置无关码（PIC）码程序，可以用于循环程）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。合，也可以用于转移、调用等指令中计算转移地址。 基址寻址方式基址寻址方式的有效地址计算公式为：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，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。变换到物理地址空间。 什么是什么是RISC?它有什么特点？它有什么特点？答案：答案：RISC是精简指令系统计算机，它有以下特点：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。的指令。（2）指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。（3）只有取数只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存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。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。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。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。以硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制。什么是什么是CISC？CISC指令系统的特点是什么？指令系统的特点是什么？答案：答案：CISC是复杂指令系统计算机的英文缩写。其特是复杂指令系统计算机的英文缩写。其特点是：点是：（1）指令系统复杂庞大，指令数目一般多达指令系统复杂庞大，指令数目一般多达2、3百条。百条。（2）寻址方式多寻址方式多（3）指令格式多指令格式多（4）指令字长不固定指令字长不固定（5）可访存指令不加限制可访存指令不加限制（6）各种指令使用频率相差很大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各种指令执行时间相差很大大多数采用微程序控制器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）。采用变长编码方法（扩展操作码法）。000XXXYYYZZZ011XXXYYYZZZ4条三地址指令条三地址指令为二、一地址指令留下了为二、一地址指令留下了100111四个扩展窗四个扩展窗口口100000XXXYYY100111XXXYYY8条二地址指令条二地址指令为一地址指令留下了为一地址指令留下了101111三个扩展窗口三个扩展窗口101000000XXX111110011XXX180条一地址指令条一地址指令101111三个扩展窗口可以扩展出三个扩展窗口可以扩展出192条一地址指令。条一地址指令。64*3=192现只需要现只需要180条一地址指令，故最后条一地址指令，故最后12个操作码编码为非法操作码。个操作码编码为非法操作码。可以采用如下几种方法：可以采用如下几种方法：第一种方法：采用变址寻址方式，指令中给出第一种方法：采用变址寻址方式，指令中给出8位位偏移量，如果只设置偏移量，如果只设置1个变址寄存器，则可以隐含。个变址寄存器，则可以隐含。变址寄存器的字长不短于变址寄存器的字长不短于20位，通过变址寄存器指向位，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地址空间的任意位置，再通过指令中给出的8位偏位偏移量就能够访问移量就能够访问256个连续地址之一。个连续地址之一。第二种方法：采用基址寻址方式，指令中给出第二种方法：采用基址寻址方式，指令中给出8位位偏移量，隐含设置偏移量，隐含设置1个基址寄。基址寄存器的字长为个基址寄。基址寄存器的字长为20位，通过变址寄存器指向位，通过变址寄存器指向1G地址空间的任意位置，地址空间的任意位置，再通过指令中给出的再通过指令中给出的8位偏移量就能够访问位偏移量就能够访问256个连续个连续地址之一。地址之一。根据题意，二地址指令的格式如下：根据题意，二地址指令的格式如下：4位位6位位6位位操作码操作码地址码地址码1地址码地址码2二地址指令的操作码二地址指令的操作码16-2x6=4位，最多共有位，最多共有24=16种操作码。现在假设二地址指令有种操作码。现在假设二地址指令有x（x16）条，它）条，它已经占用了已经占用了16种操作码编码中的种操作码编码中的x种，还剩下（种，还剩下（16-x）种编码用来扩展成一地址指令。）种编码用来扩展成一地址指令。一地址指令的指令格式为：一地址指令的指令格式为：10位位6位位操作码操作码地址码地址码2由于每个由于每个4位操作码扩展到位操作码扩展到10位操作码可以获得位操作码可以获得26=64种种10位操作码，因此，一地址指令最多可以有位操作码，因此，一地址指令最多可以有（16-x）*26条条答案答案表示在指令中的操作数地址，通常称为形式地址，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作数以及怎样计算出操作数的地址的方法-寻寻址方式。址方式。常用的寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄常用的寻址方式有：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、堆栈寻址址、基地址寻址、间接寻址、堆栈寻址答案答案主主要要有有三三种种组组织织方方式式：1.定定长长的的操操作作码码组组织织方方式式。将将指指令令的的固固定定位位数数分分配配做做操操作作码码，便便于于硬硬件件设设计计、提提高高指指令令译译码码和和识识别别速速度度，指指令令整整齐齐、规规范范。2.变变长长的的操操作作码码组组织织方方式式。在在指指令令中中，表表示示操操作作类类型型的的位位数数是是可可变变的的，便便于于为为操操作作数数地地址址多多的的指指令令少少分分配配操操作作码码位位数数，而而为为操操作作数数地地址址少少的的指指令令多多分分配配操操作作码码位位数数。该该方方法法可可以以尽尽量量使使用用指指令令字字长长，减减少少指指令令字字长长的的浪浪费费，但但是是不不便便于于指指令令识识别别。3.操操作作码码字字段段与与操操作作数数地地址址字字段段交交叉叉编编码码的的方方法法。将将操操作作码码不不再再集集中中分分配配在在指指令令的的最最高高位位部部分分，而而是是与与操操作作数数地地址址码码交交叉叉在在一一起起，操操作作码码位位数数是是可可变变的的。该该方方法法不不便便于于识识别别指指令令和和操操作作数数地地址址，但是指令字长利用率更高。但是指令字长利用率更高。答案答案指指令令一一般般有有操操作作码码和和操操作作数数地地址址两两部部分分组组成成。操操作作码码的的功功能能用用于于指指明明本本条条指指令令的的操操作作功功能能，而而操操作作数数地地址址用用于于给给出出被被操操作作数数的的信信息息（指指令令或或数数据据）的的地地址址，包包括括参参加加运运算算的的一一个个或或多多个个操操作作数数所所在在的的地地址址、运运算算结结果果的的保保存存地地址址、程程序序的的转转移移地地址址、被被调调用用的的子子程程序序的的入口地址等。入口地址等。答案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。（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）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；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）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；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，）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。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）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。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，）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。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。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、冯系统的层次结构、体系结构和计算机组成的概念、冯.诺诺依曼的主要思想及其特点、计算机的主要指标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，主要就是一些概念这一章要考试的话，主要就是一些概念第一章第一章计算机系统概述计算机系统概述当前的当前的CPU由那几部分组成组成由那几部分组成组成？第一章第一章计算机系统概述计算机系统概述例题例题控制器、运算器、寄存器、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？系？配套的硬件设备和软件系统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，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。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。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，主要就是一些概念这一章要考试的话，主要就是一些概念例如：解释摩尔定律例如：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计算机能够直接识别和处理的语言是什么语言？什么语言？第二章第二章计算机的发展及应用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。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这一张要考试的话，主要就是一些概念和一些简单的计算算第三章第三章系统总线系统总线为了解决多个为了解决多个_同时竞争总线控制权，必须具有同时竞争总线控制权，必须具有_部件。部件。主设备主设备总线仲裁总线仲裁在在_的计算机系统中，外设可以和主存储器单元统一编址，的计算机系统中，外设可以和主存储器单元统一编址，因此可以不使用因此可以不使用I/O指令。指令。A）单总线）单总线B）双总线）双总线C）三总线）三总线D）多总线）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）减少了信息传输量B）提高了信息传输的速度）提高了信息传输的速度C）减少了信息传输线的条数）减少了信息传输线的条数D）加重了）加重了CPU的工作量的工作量AC从信息流的传送效率来看，从信息流的传送效率来看，_工作效率最低。工作效率最低。 A） 单总线系统单总线系统 B） 双总线系统双总线系统 C） 三总线系统三总线系统 D） 多总线系统多总线系统 A第三章第三章系统总线例题系统总线例题集中式总线仲裁中，集中式总线仲裁中，_响应时间最快。响应时间最快。A）菊花链方式菊花链方式B）独立请求方式独立请求方式C）计数器定时查询方式计数器定时查询方式三种集中式总线仲裁中，三种集中式总线仲裁中，_方式对电路故障最敏感。方式对电路故障最敏感。A）链式查询）链式查询B）计数器定时查询）计数器定时查询C）独立请求）独立请求下列选项中的英文缩写均为总线标准的是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同步控制是同步控制是_。 A） 只适用于只适用于CPU控制的方式控制的方式 B） 只适用于外围设备控制的方式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，状态，正常总线周期，Burst总线周期，同步传输控制，总线周期，同步传输控制，异步传输控制。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，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，读周期，IO写周期写周期4种基本类型。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（一个总线周期通常由两个时间段组成：地址时间（addresstime，CPU向内存或向内存或IO设备送出地址信息到地址总线），数据设备送出地址信息到地址总线），数据时间（时间（datatime，CPU完成数据读写）。若被读写的内存和外完成数据读写）。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，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，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。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）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（线周期（normalbuscycle），每次只能传输一个数据。），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（一个地址时间）后，接着用连续的多个（例如4）数据时间依）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。），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。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，采用使用自己的时钟信号，采用“应答方式应答方式”（握手方式）解决数据（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。进行同步，数据传输速率要低很多。何何谓谓总总线线仲仲裁裁？一一般般采采用用何何种种策策略略进进行行仲仲裁裁，简简要要说说明明它它们们的的应用环境。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。个或多个从方。除除CPU模块外，模块外，I/O功能模块也可以提出总线请求。为了解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，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。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系统中对CPU模块的总线请求采用公平原则处理，而对模块的总线请求采用公平原则处理，而对I/O模模块的总线请求采用优先级策略。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？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。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，如关。局部总线也称作本地总线，如PCI总线、总线、IP总线、总线、IOCHANNEL等等。等等。用波特率为用波特率为56K的的MODEM从网上下载一个文件，这个文件的从网上下载一个文件，这个文件的大小为大小为1M字节。约定每帧有字节。约定每帧有1个起始位、个起始位、8个数据位和个数据位和1个停止个停止位。问下载这个文件至少需要多少时间？位。问下载这个文件至少需要多少时间？每帧共每帧共10位，位，波特率为波特率为56K的的MODEM每秒钟能够从网上每秒钟能够从网上下载下载56K/105600个字节，下载个字节，下载1M字节的文件需要字节的文件需要1M/5600秒，约秒，约3分钟。分钟。某总线在一个总线周期中并行传送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，总线时钟频率为总线周期等于一个时钟周期，总线时钟频率为66MHz，求总线，求总线带宽是多少？带宽是多少？设总线带宽用设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个周表示，一个周期传送的数据量用期传送的数据量用D表示，根据总线带宽定义，有：表示，根据总线带宽定义，有：Dr=D/T=Df=4B66106/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。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、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；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、计、磁盘容量的计算、FAT表的使用等表的使用等第四章第四章存储器存储器为什么存储器要采用分层结构？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还要相对低廉，于是提出了分层的存储器结构。构。第四章第四章存储器例题存储器例题多级结构的存储器是由哪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？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？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。电磁转换过程完成信息读写。一致性原则：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，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。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：包含性原则：处在内层（更靠近处在内层（更靠近CPU）存储器中的信息一定被包含在）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）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，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。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？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、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。相对较低的制造与运行成本。实现思路实现思路，是围绕读写速度尚可、存储容量适，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、并由高速缓冲存储器缓解主存读写速度慢、不能满足不能满足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。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要体现在如下3个方面：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；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；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. 1. 主存储器的性能指标主要是主存储器的性能指标主要是_、_、存储周期和存储器带宽。、存储周期和存储器带宽。 存储容量，存取时间存储容量，存取时间2.2.半导体只读存储器半导体只读存储器(ROM)(ROM)与半导体随机存储器与半导体随机存储器(RAM)(RAM)的主要的主要区别在于区别在于_。 A AA A） ROM ROM可永久保存信息可永久保存信息,RAM,RAM在掉电后在掉电后, ,原存信息会消失原存信息会消失 B B） ROM ROM在掉电后在掉电后, ,原存信息会丢掉原存信息会丢掉,RAM,RAM永久保存信息永久保存信息 C C） RAM RAM是内存是内存,ROM,ROM是外存是外存 D D） ROM ROM是内存是内存,RAM,RAM是外存是外存 3.3.读写存储器简称为读写存储器简称为_。 a aB B A A） RAM B RAM B） ROM C ROM C） PROM D PROM D） EPROM EPROM 4.4.计算机的内存储器比外存储器计算机的内存储器比外存储器_。B B A A） 更便易更便易 B B） 存取速度快存取速度快 C C） 存储容量更大存储容量更大 D D） 虽贵但能存储更多的信息虽贵但能存储更多的信息 在一个在一个CacheCache存储系统中，主存储器的访问周期、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存储容量和单位价格分别为60ns60ns、64MB64MB和和1010元元/MB/MB，CacheCache的访问周期、存储容量和单位价格分别为的访问周期、存储容量和单位价格分别为10ns10ns、512KB512KB和和100100元元/MB/MB，CacheCache的命中率为的命中率为0.980.98。(1)(1)计算这个计算这个CacheCache存储系统的等效访问周期、存储容量和存储系统的等效访问周期、存储容量和单位价格。单位价格。(2)(2)计算这个计算这个CacheCache存储系统的访问效率。存储系统的访问效率。 (1)(1)这个这个CacheCache存储系统的等效访问周期：存储系统的等效访问周期： T TTc*HTc*HTmTm（1 1H H）10ns0.9810ns0.9860ns60ns（1 10.980.98）11ns 11ns 等效存储容量：等效存储容量： S S64MB64MB 等效单位价格：等效单位价格： C C（Cc*Sc Cc*Sc Cm*Sm Cm*Sm）/Sm /Sm （1000.51000.510641064）/64 /64 10.78(10.78(元元/MB)/MB) (2) (2)这个这个CacheCache存储系统的访问效率：存储系统的访问效率：e eTc/TTc/T10/1110/110.910.91 主存储器容量为主存储器容量为1MB，虚存容量为，虚存容量为4GB，则虚拟地址为，则虚拟地址为_位，物理地址为位，物理地址为_位。位。已知已知cache命中率命中率H=0.98，主存存取周期为，主存存取周期为200ns，且为，且为cache的的4倍，则倍，则cache-主存的平均（或等效）访问时间为主存的平均（或等效）访问时间为_。主存贮器和主存贮器和CPU之间增加之间增加cache的目的是的目的是_。A）解决解决CPU和主存之间的速度匹配问题和主存之间的速度匹配问题B）扩大主存贮器的容量扩大主存贮器的容量C）扩大扩大CPU中通用寄存器的数量中通用寄存器的数量D）扩大外存的容量扩大外存的容量在主存和在主存和CPU之间增加之间增加cache存储器的目的是存储器的目的是_。A）增加内存容量增加内存容量B）提高内存可靠性提高内存可靠性C）解决解决CPU和主存之间的速度匹配问题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，由在虚拟存储器中，当程序正在执行时，由_完成地址映射。完成地址映射。A）操作系统操作系统B）装入程序装入程序C）程序员程序员D）编译器编译器采用虚拟存储器的目的是采用虚拟存储器的目的是_。A）提高主存储器的存取速度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提高外存储器的存取速度D）扩大外存储器的存储空间扩大外存储器的存储空间相联存储器是按相联存储器是按_进行寻址的存储器。进行寻址的存储器。A）地址指定方式地址指定方式B）堆栈存取方式堆栈存取方式C）内容指定方式内容指定方式D）地址指定方式与堆栈存取方式结合地址指定方式与堆栈存取方式结合存储周期是指存储周期是指_。A）存储器的读出时间存储器的读出时间B）存储器的写入时间存储器的写入时间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，数特别注意避免硬盘工作时，数特别注意避免_。A）光线直射光线直射B）环境卫生不好环境卫生不好C）强烈震动强烈震动D）噪声噪声解释什么是解释什么是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。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，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。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，每面有某双面磁盘，每面有220220道，内层磁道周长为道，内层磁道周长为70cm70cm，内，内层位密度层位密度400400位位/cm/cm，转速，转速30003000转转/ /分，问：（分，问：（1 1）磁盘存）磁盘存储容量是多少？储容量是多少？ （2 2）数据传输率是多少？）数据传输率是多少？（1 1）每道信息量）每道信息量=400=400位位/cm70cm=28000/cm70cm=28000位位=3500B=3500B 每面信息量每面信息量=3500B220=770000B=3500B220=770000B 磁盘总容量磁盘总容量=770000B2=1540000B=770000B2=1540000B（2 2）磁盘数据传输率，也即磁盘的带宽）磁盘数据传输率，也即磁盘的带宽Dr=roNDr=roN N N为每条磁道容量，为每条磁道容量，N=3500BN=3500B r r为磁盘转速为磁盘转速r=3000r=3000转转/60S=50/60S=50转转/S/S 所以，所以，Dr=rN=50/S3500B=175000B/SDr=rN=50/S3500B=175000B/S一个磁盘存储器的存储容量为一个磁盘存储器的存储容量为16GB（1GB=230Byte），有），有8个个盘片（盘片（16个记录面），每条磁道有个记录面），每条磁道有512个扇区，每个扇区个扇区，每个扇区512个个字节，每分钟字节，每分钟8000转，定位时间（寻道时间）为转，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。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）？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？少？(1)这个磁盘存储器的有效数据传输率为：这个磁盘存储器的有效数据传输率为：512Bx512x8000/6033.3MB/S或：或：512Bx512x8000/6035MB/S(2)这个磁盘存储器的柱面数为：这个磁盘存储器的柱面数为：N16MB/（512Bx16x512）4096(3)这个磁盘存储器的寻址时间为：这个磁盘存储器的寻址时间为：等待时间为：等待时间为：60/8000/23.75ms寻址时间为：定位时间等待时间寻址时间为：定位时间等待时间4.25ms3.75ms8ms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22cm22cm，外径为，外径为33cm33cm，道密度，道密度4040道道/cm/cm，位密度，位密度400400位位/cm/cm，转速，转速24002400转转/ /分。试问：分。试问： 共有多少存储面可用？共有多少存储面可用？ 共有多少个圆柱面？共有多少个圆柱面？ 整个磁盘组的总存储容量有多少？整个磁盘组的总存储容量有多少？ 数据传送率是多少？数据传送率是多少？ 如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同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？一存储面上还是记录在同一圆柱面上？为什么？ 62-2=10 62-2=10（面），共有（面），共有1010个存储面可用。个存储面可用。 40(33-22)/2=220 40(33-22)/2=220（道），共有（道），共有220220个圆柱面。个圆柱面。 1022400220=7310 1022400220=73106 6（位）（位） 整个磁盘组的总存储容量整个磁盘组的总存储容量731073106 6位。位。 (22400)/(60/2400)=1.110 (22400)/(60/2400)=1.1106 6（位（位/ /秒）秒） =0.138 10 =0.138 106 6（字节（字节/ /秒）秒） 数据传送率数据传送率0.138 100.138 106 6字节字节/ /秒秒记录在同一圆柱面上。因为这样安排存取速度快。记录在同一圆柱面上。因为这样安排存取速度快。下图为一个磁盘的下图为一个磁盘的FAT表的片段，改磁盘每簇为表的片段，改磁盘每簇为8个扇区，每个扇区为个扇区，每个扇区为512字节，磁盘上一个文件字节，磁盘上一个文件“ABC.TXT”的目录项上记录的首簇号为的目录项上记录的首簇号为40，请你根，请你根据给出的条件，计算该文件的大小范围是多少？该文据给出的条件，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？件在磁盘上是连续存放的吗？根据根据FAT的记录，改文件占用的簇为：的记录，改文件占用的簇为：40、41、42、45、46、48、49，共计，共计7簇。簇。而每个簇的大小为：而每个簇的大小为：5128=4096字节。字节。该文件最大是将这该文件最大是将这7簇全部占用，为：簇全部占用，为：40967=28KB。该文件最小是占用该文件最小是占用6簇还有第簇还有第7簇只有一个字节，为：簇只有一个字节，为：40966+1=24KB+1个字节。个字节。通过通过FAT表可以看出，改文件没有占用连续的簇，而是跳跃表可以看出，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。的，所以改文件在磁盘上不是连续存放的。设有一道程序，有设有一道程序，有1至至5共共5页，执行时的页地址流（即执行页，执行时的页地址流（即执行时依次用到的程序页号）为：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，若分配给这道程序的主存有3页，分别采用页，分别采用FIFO、LRU、OPT3种替换算法时，各自命中率为多少？（假种替换算法时，各自命中率为多少？（假设开始时主存为空）设开始时主存为空）20%40%53%本章需要掌握的内容有：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，式、接口的功能和组成、接口的类型，IO编址方式编址方式显示器的扫描方式、显示存储器容量的计算等显示器的扫描方式、显示存储器容量的计算等第五章第五章输入输出系统输入输出系统在在_的计算机系统中，外设可以和主存储器单元统一编址，的计算机系统中，外设可以和主存储器单元统一编址，因此可以不使用因此可以不使用I/O指令。指令。A）单总线）单总线B）双总线）双总线C）三总线）三总线D）多总线）多总线当采用当采用_对设备进行编址情况下，不需要专门的对设备进行编址情况下，不需要专门的I/O指令组。指令组。A）统一编址法统一编址法B）单独编址法单独编址法C）两者都不是两者都不是D）两者都是两者都是AAI/O设备数据传送控制方式通常分为程序直接控制方式、设备数据传送控制方式通常分为程序直接控制方式、_、_、_和和_等五种。等五种。程序中断方式程序中断方式直接存储器存取（直接存储器存取（DMA）I/O通道方式通道方式外围处理机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？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，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。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，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。连接。输入输出接口的主要功能有：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处理机与外部设备之间的通信联络(2)数据缓冲数据缓冲(3)接受处理机的命令，提供外部设备的状态接受处理机的命令，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、程序中断方式和和DMA方式，下面的结论正确吗？为什么？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采用程序中断方式能够提高CPU的利用率，因此，在设置的利用率，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。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，在采用了工作方式一般能够覆盖低速工作方式，因此，在采用了DMA方方式的计算机系统中，就没有必要再使用中断方式了。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。的利用率是正确的。在设置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。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，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。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方方式式能能够够处处理理高高速速外外部部设设备备输输入入输输出出工工作作，这这种种说说法法是是完完成成正正确确的的。但但是是，在在采采用用了了DMA方方式式的的计计算算机机系系统统中中，就就没没有有必必要要再再使使用用中中断断方方式式了了，这这种种说说法法不不正正确确。实实际际上上，DMA方方式式的的初初始始化化工工作作和和后后处处理工作通常要采用程序中断方式来完成。理工作通常要采用程序中断方式来完成。简述简述CPU与外设使用与外设使用DMA控制方式传输数据的控制方式传输数据的思想。思想。当某一外设需要输入输出一批数据时，向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，控制器发出请求，DMA控制器接收到这一控制器接收到这一请求后，向请求后，向CPU发出总线请求，若发出总线请求，若CPU响应响应DMA的请求，则把总线使用权交给的请求，则把总线使用权交给DMA控制器控制器，数据不通过，数据不通过CPU，可以直接在，可以直接在DMA控制器的控制器的操作下进行。当这批数据传送完成后，操作下进行。当这批数据传送完成后，DMA控控制器再向制器再向CPU发出发出结束中断请求结束中断请求，CPU响应响应这一中断请求。这一中断请求。假定一台计算机的显示存储器用假定一台计算机的显示存储器用DRAM芯片实现，若芯片实现，若要求显示分辨率为要求显示分辨率为1600*1200，颜色深度为，颜色深度为24位，帧位，帧频为频为85HZ，现实总带宽的，现实总带宽的50%用来刷新屏幕，则需要用来刷新屏幕，则需要的显存总带宽至少约为（的显存总带宽至少约为（）A）245MbpsB）979MbpsC）1958MbpsD）7834Mbps在微机系统中在微机系统中,鼠标是一种鼠标是一种_。A）输入设备输入设备B）输出设备输出设备C）运算设备运算设备D）存储设备存储设备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？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。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，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。产品生产批量不够大，价格较高。一个彩色图形一个彩色图形CRTCRT显示器，分辨率为显示器，分辨率为1024x7681024x768，颜色数为，颜色数为3232位真彩色，为了提高位真彩色，为了提高显示速度，要同时保存显示速度，要同时保存4 4帧以上画面，问显卡帧以上画面，问显卡上的显示存储器容量应该选择多大？上的显示存储器容量应该选择多大？ 由于分辨率为由于分辨率为1024x7681024x768，颜色数为，颜色数为3232位真彩色，位真彩色，则显示一帧画面需要占用则显示一帧画面需要占用1024x768x32bit1024x768x32bit3MB3MB容容量。量。 要同时保存要同时保存4 4帧以上画面，显示存储器的容量帧以上画面，显示存储器的容量必须大于必须大于3MBx43MBx412MB12MB，因此，显卡上的显示存储，因此，显卡上的显示存储器容量应该选择器容量应该选择16MB16MB。计算机的运算方法 运算器，三大件运算器，三大件 运算、暂存、乘除块，多路运算、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。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、信息编码、码制转换，常用的信息编码（原码、反码、补码、补码、BCD码）以及二进制数值数据的编码与运算算法（补码）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）运算器的基本原理器的基本原理运算器的基本构成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：运算器的两个主要功能是：_，_。下列有关运算器的描述中，下列有关运算器的描述中，_是正确的。是正确的。A）能暂时存放运算结果能暂时存放运算结果B）只做加法只做加法C）只做算术运算，不做逻辑运算只做算术运算，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微型计算机中运算器的主要功能是进行_。A）算术运算算术运算B）逻辑运算逻辑运算C）算术和逻辑运算算术和逻辑运算D）初等函数运算初等函数运算运算器的核心部分是运算器的核心部分是_。A）数据总线数据总线B）多路开关多路开关C）算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元D）累加寄存器累加寄存器算术运算算术运算逻辑运算逻辑运算DCC74LS181是四位并行进位运算器，请你用是四位并行进位运算器，请你用4片片74LS181组成组成16位运算器，画出主要信号连接图。位运算器，画出主要信号连接图。汉字的汉字的_、_、_是是计算机用于汉字输入、内部处理、输出三种不同用途计算机用于汉字输入、内部处理、输出三种不同用途的编码。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，尾数最大、表示数的误差最小、表示数的效率最高，尾数基值基值rm取取_，阶码基值，阶码基值re取取_，并且把，并且把_位隐藏起来。位隐藏起来。若计算机字长为若计算机字长为n+1，则定点整数的补码表数范围是，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、定点小数的补码表数范围是_。输入编码输入编码机内码机内码字模码字模码111001.01010139.5457.32812522尾数最高位尾数最高位-2n2n-1-11-2-n一个浮点数由一个浮点数由_和和_两部分构成。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下列那种表示法主要用于表示浮点数中的阶码_。A）原码原码B）补码补码C）反码反码D）移码移码根据国标规定，每个汉字在计算机内占用根据国标规定，每个汉字在计算机内占用_存储。存储。A）一个字节一个字节B）二个字节二个字节C）三个字节三个字节D）四个字节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，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采用偶校验的字符码是_。A）11001011B）11000001C）11010110D）11001001尾数尾数阶码阶码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的方法是_。A）阶符与数符相同为规格化数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数符与尾数小数点后第一位数字相同为规格化数假定有假定有4个整数用个整数用8位补码表示位补码表示r1=0FEH，r2=0F2H，r3=090H，r4=0F8H，若将运算结果存放在一个，若将运算结果存放在一个8位位寄存器中，则下列运算会发生益处的是寄存器中，则下列运算会发生益处的是()A）r1xr2B）r2xr3C）r1xr4D）r2xr4CB某浮点数字长某浮点数字长12位，其中阶符位，其中阶符1位，阶码位，阶码3位，数符位，数符1位，尾数位，尾数7位，阶码以位，阶码以2为底，阶码和尾数均用补码表示。它所能表示为底，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？数是多少？阶码部分为定点整数，尾数部分为定点小数。阶码部分为定点整数，尾数部分为定点小数。最大正数最大正数：阶码为最大正数，尾数为最大正数。：阶码为最大正数，尾数为最大正数。X最大正数最大正数=(1-2-7)27=(1-2-7)27=127最小正数：最小正数：阶码为绝对值最大负数（最接近零），尾数为最小阶码为绝对值最大负数（最接近零），尾数为最小正数。正数。X最小正数最小正数=2-72-8X最小规格化正数最小规格化正数=2-12-8=2-9=1/512绝对值最大负数：绝对值最大负数：阶码为最大正数，尾数为绝对值最大负数。阶码为最大正数，尾数为绝对值最大负数。X绝对值最大负数绝对值最大负数=-27=-128已知：已知：X=0.1011，Y=-0.0101求：求：1/2X补补，1/4X补补，-X补补，1/2Y补补，1/4Y补补，-Y补补答案：答案：X=0.1011X补补=0.1011，1/2X补补=0.0101，1/4Y补补=0.0010，-X补补=1.0101Y=-0.0101Y补补=1.1011，1/2Y补补=1.11011/4Y补补=1.1110，-Y补补=0.0101 运算器的核心部分是运算器的核心部分是_。A）数据总线数据总线B）多路开关多路开关C）算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元D）累加寄存器累加寄存器 C）算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元 设机器数字长为设机器数字长为 24 位，欲表示位，欲表示3万的十进制数，万的十进制数，试问在保证数的最大精度的前提下，除阶符、数符各试问在保证数的最大精度的前提下，除阶符、数符各 取取1 位外，阶码、尾数各取几位？位外，阶码、尾数各取几位？满足满足 最大精度最大精度 可取可取 m = 4，n = 18解：解：m = 4，5，6，15 位二进制数可反映位二进制数可反映 3 万之间的十进制数万之间的十进制数 215 = 32768214 = 16384215 0. 15位位流水线掌握概念以及一些简单计算掌握概念以及一些简单计算示例题目如下示例题目如下线性流水线数据在流水线中的各个功能段通过时，每个线性流水线数据在流水线中的各个功能段通过时，每个功能段都通过一次，并且仅仅通过一次。功能段都通过一次，并且仅仅通过一次。A正确正确B错误错误流水线的段数越多，其性能越高。流水线的段数越多，其性能越高。A正确正确B错误错误正确正确错误错误和具有和具有m个并行部件的处理器相比，一个个并行部件的处理器相比，一个m段流水线处段流水线处理器理器_。A）具备同等水平的吞吐能力具备同等水平的吞吐能力B）不具备同等水平的吞吐能力不具备同等水平的吞吐能力C）吞吐能力大于前者的吞吐能力吞吐能力大于前者的吞吐能力D）吞吐能力小于前者的吞吐能力吞吐能力小于前者的吞吐能力动态流水线一定是多功能流水线动态流水线一定是多功能流水线A正确正确B错误错误A正确正确流水线的加速比流水线的加速比完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间与使用完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比称为流水线的加速比。流水线所用的时间之比称为流水线的加速比。多功能流水线多功能流水线在流水线中，多功能流水线是指流水线各段可以进行在流水线中，多功能流水线是指流水线各段可以进行不同的连接。在不同时间内，或者在同一时间内，通不同的连接。在不同时间内，或者在同一时间内，通过不同的连接方式实现不同的功能。过不同的连接方式实现不同的功能。静态流水线静态流水线所谓静态流水线是指在同一段时间内，多功能流水线所谓静态流水线是指在同一段时间内，多功能流水线中的各个功能段只能够按照一种固定的方式连接，实中的各个功能段只能够按照一种固定的方式连接，实现一种固定的功能。只有当按照这种连接方式工作的现一种固定的功能。只有当按照这种连接方式工作的所有任务都流出流水线之后，多功能流水线才能重新所有任务都流出流水线之后，多功能流水线才能重新进行连接。进行连接。动态流水线动态流水线而动态流水线是指在同一段时间内，多功能流水线中而动态流水线是指在同一段时间内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能。的各段可以按照不同的方式连接，同时执行多种功能。这种同时实现多种连接方式是有条件的，即流水线中这种同时实现多种连接方式是有条件的，即流水线中的各个功能部件之间不能发生冲突。的各个功能部件之间不能发生冲突。线性流水线线性流水线所谓线性流水线是将流水线的各段串行连接起来，没所谓线性流水线是将流水线的各段串行连接起来，没有反馈回路。输入数据从流水线的一端进入，从另一有反馈回路。输入数据从流水线的一端进入，从另一端输出。数据在流水线的各个功能段流过时，每个功端输出。数据在流水线的各个功能段流过时，每个功能段都流过且仅流过一次。能段都流过且仅流过一次。流水线的吞吐率流水线的吞吐率吞吐率（吞吐率（ThroughputRate）是衡量流水线速度的重）是衡量流水线速度的重要指标。它是指在单位时间内流水线所完成的任务数要指标。它是指在单位时间内流水线所完成的任务数量，或是输出结果的数量量，或是输出结果的数量什么是流水线中的什么是流水线中的相关相关？在流水线中在流水线中，由于各个流水段中的资源之间出现某种关联，使，由于各个流水段中的资源之间出现某种关联，使得流水出现中该资源的争夺或发生错误从而引起流水线出现停得流水出现中该资源的争夺或发生错误从而引起流水线出现停顿，影响流水线效率的现象，成为流水线的顿，影响流水线效率的现象，成为流水线的“相关相关”。流水线中的相关中，什么是结构相关流水线中的相关中，什么是结构相关结构相关，是指令在重叠执行的过程中，硬件资源满结构相关，是指令在重叠执行的过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，发生硬件资源冲突而产足不了指令重叠执行的要求，发生硬件资源冲突而产生的相关。生的相关。流水线中的相关中，什么是数据相关流水线中的相关中，什么是数据相关数据相关，是指在同时重叠执行的几条指令中，一条数据相关，是指在同时重叠执行的几条指令中，一条指令依赖于前面指令执行结果数据，但是又得不到时指令依赖于前面指令执行结果数据，但是又得不到时发生的相关。发生的相关。流水线中的相关中，什么是控制相关流水线中的相关中，什么是控制相关控制相关，它是指流水线中的分支指令或者其他需要控制相关，它是指流水线中的分支指令或者其他需要改写改写PC的指令造成的相关。的指令造成的相关。流水线流水线计算机中的流水线是把一个重复的过程分解为若干个计算机中的流水线是把一个重复的过程分解为若干个子过程，每个子过程与其他子过程并行进行。由于这子过程，每个子过程与其他子过程并行进行。由于这种工作方式与工厂中的生产流水线十分相似，因此称种工作方式与工厂中的生产流水线十分相似，因此称为流水线技术为流水线技术部件功能级流水线部件功能级流水线所谓功能部件级流水线也可以称为运算操作流水线所谓功能部件级流水线也可以称为运算操作流水线（ArithmeticPipelines）。前面的浮点加法器就是一）。前面的浮点加法器就是一种典型的功能部件级流水线。种典型的功能部件级流水线。处理机级流水线处理机级流水线所谓处理机级流水线，又叫指令流水线（所谓处理机级流水线，又叫指令流水线（InstructionPipelines），它是把解释指令的过程按照流水方式处），它是把解释指令的过程按照流水方式处理，使处理机能够重叠地解释多条指令理，使处理机能够重叠地解释多条指令处理机间级流水线处理机间级流水线所谓处理机间流水线，又被称为宏流水线（所谓处理机间流水线，又被称为宏流水线（MacroPipelines）。这种流水线由两个或者两个以上的处理）。这种流水线由两个或者两个以上的处理机通过存储器串行连接起来，每个处理机完成整个任机通过存储器串行连接起来，每个处理机完成整个任务的一部分。务的一部分。假设一条指令的执行过程分为假设一条指令的执行过程分为取指令取指令、分析分析和和执行执行三段，每一段的时间分别为三段，每一段的时间分别为 t、2 t和和3 t。在下。在下各种情况下，个别写出连续执行各种情况下，个别写出连续执行n条指令所需要的时间条指令所需要的时间表达式。表达式。(1)顺序执行方式。顺序执行方式。(2)仅仅取指令取指令和和执行执行重叠。重叠。(3)取指令取指令、分析分析和和执行执行重叠。重叠。(1)6nt(2)（1+5n）t(3)（3+3n）t有一个四段流水线如下：有一个四段流水线如下：（1）画出使用该流水线执行）画出使用该流水线执行9个任务的时空图。个任务的时空图。（2）执行完）执行完9个任务所需的时间是多少？个任务所需的时间是多少？（1）时空图）时空图（2）Tk=(k+n-1) t=(4+9-1) t=12 t返回