计算机组成原理练习题 -----章节重点复习导向-概念题-计算题库

计算机组成原理练习题

1.       什么是程序访问的局部性原理？存储系统中哪一级采用了这一原理？起到了什么作用？

　　答1：程序访问的局部性原理： CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小的连续区域中。

• 时间局部性：如果一个信息项正在被访问，那么在近期它很可能还会被再次访问。
• 空间局部性：在最近的将来将用到的信息很可能与现在正在使用的信息在空间地址上是临近的。
• 顺序局部性：在典型程序中，除小部分转移类指令外，大部分指令是顺序进行的。

　　　　Ps：在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大（约5：1）

　　答2：存储系统中Cache-主存层次和主存-辅存层次

　　答3：局部性原理起到了 可将高频（利用/出现）的数据从内存中加载的缓存中，从而加快CPU的处理速度，提高系统性能 的作用

2.       一个完整的指令周期包括哪几个工作周期？它们有何同异？画出指令周期流程图。

　　答1：一个完整的指令周期包括 取指周期、间址周期、执行周期和中断周期

　　答2：·

• 取指周期：在取指周期中CPU主要完成两个操作：(1)按程序计数器PC的内容取指令(2)形成后继指令的地址；
• 间址周期是取出操作数的有效地址。·执行周期是取出操作数，并执行。
• 中断周期：当CPU采用中断方式实现主机与I/O交换信息时，CPU在每条指令执行阶段结束前， 都要发中断查询信号，以检测是否有某个I/O提出中断请求。如果有请求CPU则要进入中断响应阶段，又称中断周期。在这阶段， CPU必须将程序断点保存到存储器中。

　　答3：指令周期流程图

 　　　　

3.       CPU响应I/O中断请求的条件和时间是什么？

　　答：（1）条件：I/O设备发出中断请求（INTR=1），且中断请求未屏蔽（MASK=1）

   　　　（2）时间：执行周期结束

4. 什么是I/O接口？说明I/O接口的功能与基本组成

  　  答1：lO 接口是主机与被控对象进行信息交换的纽带。

　　答2：主机通过I/O 接口与外部设备进行数据交换。

5．设某计算机主频为8MHz，每条指令平均有4个机器周期，每个机器周期平均含有4个时钟周期，求该计算机的平均指令执行速度（MIPS）。

　　答:时钟周期=1/主频=1/8  ，即机器周期有(m个时钟周期)4*1/8=1/2个

　　所以指令周期(n个机器周期)=4*1/2=2   ->CPL=2*1/2=1MIPS

• 主频也叫时钟频率            
• CPI = m*n;  平均每条指令的平均时钟周期个数
• 指令周期 = CPI×机器周期 = n（CPI=n）×m×时钟周期=nm/主频f
• MIPS = 每秒执行百万条指令数 = 1/（CPI×时钟周期）= 主频/CPI 
• 指令平均时钟数=（指令条目数*指令时钟数）/总指令条目数
• 指令运算速度 =1/指令平均时钟数*时钟频率  （单位：MIPS）

6.画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标。

　　　　

• 控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各部件自动协调工作
• 运算器：处理数据信息的部件，用来进行算术运算和逻辑运算
• 存储器：存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础
• 输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备
• 输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其他设备可以接受和识别的信息形式的设备

7. 什么是程序的局部性原理？

  　　答：一个编写良好的计算机程序中倾向于引用邻近于其他最近引用过的数据项，或者最近引用过的数据项本身的这种倾向性即为程序的局部性原理。

8. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？

  　　答1：存储器的层次结构主要体现在缓存-主存和这两个存储层次上。

  　　答2：  缓存-主存：主要解决CPU和主存速度不匹配的问题

         　　　主存-辅存：主要解决存储体统容量问题

 　　 答3：主存和缓存之间的数据调动是由硬件和操作系统共同完成的

9 说明中断向量地址和入口地址的区别和联系。

  　　答：入口地址：和中断服务程序相关的是入口地址(包括段地址，或者是偏移量，也包括执行所保存的内存单元的地址)。

　　  　　向量地址:  指这条跳转指令在内存当中保存的地址。

10. 什么是指令周期？指令周期是否有一个固定值？为什么？

  　　答1：指令周期是指CPU取出并执行一条指令所需要的时间；

　　  答2、3：由于计算机的各种指令执行所需的时间差异很大，所以为了提高CPU的效率，即使在同步控制器中，不同指令的指令周期长度都是不一致的。

11. 冯·诺依曼计算机的基本思想是什么？什么叫存储程序方式？。

　　答1：（1）计算机由运算器、存储器、控制器、输入输出设备5大部件组成；

      　　　（2）各基本部件的功能是：

• • • 存储器不仅能存放数据，也能存放指令，形式上两者没有区别，但计算机应能区分数据还是指令。
    • 控制器应能自动取出指令来执行。
    • 运算器应能进行+-%四种基本算术运算，并且也能进行一些逻辑运算和附加运算
    • 操作人员可以通过输入设备、输出设备和主机进行通信。

（3）内部以二进制表示指令和数据，每条指令由操作码和地址吗两部分组成：

• • • 操作码：指出操作类型（加、减法，跳转、传送等）
    • 地址码：指出操作数的地址。由一串指令组成程序。

（4）采用“存储程序”工作方式。

　　答2：“存储程序”方式：程序存入存储器后，计算机便可自动地从一条指令转到执行另一条指令。

12.  为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？

　　答1：总线判优控制解决了多个部件同时申请总线时的使用权分配问题 确定排队的部件哪个优先占用总线。

　　答2：常见的集中式总线控制有：链式查询、计数器定时查询、独立请求。

　　答3、4、5： 

• ·链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感(链式查询方式对询问链的电路故障很敏感，如果第i个设备的接口中有关链的电路有故障，那么第i个以后的设备都不能进行工作)；
• ·计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；
• ·独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

13. 什么是I/O接口？为什么要设置I/O接口？ I/O接口如何分类？

　　答1：I/O接口是主机与被控对象进行信息交换的纽带。介于主机和外设之间的一种缓冲电路。

　　答2：主机要通过I/O接口与外部设备进行数据交换。

　　答3：I/O接口分类：

• 按功能选择的灵活性可分为：
  • • 可编程接口
    • 不可编程接口
• 按数据传送方式可分为 ：
  • • 并行接口：一个字节或一个字所有位同时传送
    • 串行接口：一位一位地传送
    • 程序查询接口
• 按主机访问I/O设备的控制方式 ：
  • • 中断接口
    • DMA接口

14.在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHZ，假设总线最短传输周期为4个时钟周期。（1）试计算总线的最大数据传输率。（2）若想提高数据传输率，可采取什么措施？

15. 设机器字长为8位（含1位符号位），A=-25/64，B=-19/128。

（1）用补码运算规则计算A+B；

（2）结果溢出吗？为什么？

16. 设CPU有16根地址线 、8根数据线，并用 （低电平有效）作为访存控制信号，用 作为读写控制信号（高电平为读，低电平为写）。现有存储芯片、74138译码器和各种门电路如图所示。画出CPU与存储器的连接图。

要求主存地址空间分配：5000H～57FFH系统程序区，5800H～5BFFH 为用户程序区。

（1）写出地址空间分配的二进制地址范围；

（2）指出选用的芯片类型及数量；

（3）详细画出芯片的片选逻辑图及存储芯片与CPU的连接图。（4分）

17. 设某主机主存容量16MB，Cache容量为64KB，每字块8字，每字32位，设计一个四路组相联映像（4字块/组）的Cache。

（1）画出主存地址字段中各段的位数；

（2）设Cache初态为空，CPU一次从0，1，2，…，79号字单元中读出80个字，并重复此序读5次，问命中率是多少？

18. 设某机指令字长、机器字长和存储字长均相等，该机指令格式如下：

5            3                8
OP	M	A

其中，A为形式地址，M为寻址特征位，

         M=0：立即寻址；M=1：直接寻址；M=2：间接寻址；M=3：相对寻址；M=4：变址寻址（变址寄存器为Rx）。试问：

（1）该指令能定义多少种不同的操作？立即寻址操作数的范围是多少？

（2）写出各种寻址方式计算有效地址的表达式；

（3）当M=1，2，3时，能访问的最大主存空间为多少字（主存容量64K字）？

（4）设(PC)=1256h,  (Rx)=0088h，确定下列指令的有效地址。

             ① 698ch；② 3b89h；③ 3c32h

19. 设某机主存容量为8M×16位，且机器字长、指令字长都等于存储字长。若该机指令系统可完成62种操作，操作码位数固定，且具有立即、直接、间接、变址、基址、相对等六种寻址方式，回答下列问题：

（1）       画出一地址指令格式并说明各字段的作用；

（2）       该指令直接寻址的最大范围；

（3）一次间址的范围和多次间址的范围各是多少？

（4）立即数的范围（十进制表示）；

（5）若存储字长不变，可采用什么方法访问容量为8M字的主存？

 

20. 设单总线结构CPU如图所示。R和W分别是读写控制标志，PC有自动加1功能，R1，R2为暂存器，B、C、D、E、H、L（图中未画全）为6个寄存器，它们各自的输入端和输出端都与内部总线Bus相连。

       

（1）       写出完成指令 ADD  B，@L ；(B) + ((L)) →B  组合逻辑控制单元所发出的全部微操作命令及节拍安排；

（2）       如果采用微程序控制，需增加哪些微操作命令？