计算机组成原理(46提高存储系统性能的一些措施)
(完整版)计算机组成原理(白中英)本科生试题库整理附答案
一、选择题1从器件角度看，计算机经历了五代变化。
但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于（B）计算机。
A 并行B 冯·诺依曼C 智能D 串行2某机字长32位，其中1位表示符号位。
若用定点整数表示，则最小负整数为（A）。
A -(231-1)B -(230-1)C -(231+1)D -(230+1)3以下有关运算器的描述，（ C ）是正确的。
A 只做加法运算B 只做算术运算C 算术运算与逻辑运算D 只做逻辑运算4 EEPROM是指（D ）A 读写存储器B 只读存储器C 闪速存储器D 电擦除可编程只读存储器5常用的虚拟存储系统由（B ）两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。
A cache-主存B 主存-辅存C cache-辅存D 通用寄存器-cache6 RISC访内指令中，操作数的物理位置一般安排在（D ）A 栈顶和次栈顶B 两个主存单元C 一个主存单元和一个通用寄存器D 两个通用寄存器7当前的CPU由（B ）组成。
A 控制器B 控制器、运算器、cacheC 运算器、主存D 控制器、ALU、主存8流水CPU是由一系列叫做“段”的处理部件组成。
和具备m个并行部件的CPU相比，一个m段流水CPU的吞吐能力是（A ）。
A 具备同等水平B 不具备同等水平C 小于前者D 大于前者9在集中式总线仲裁中，（A ）方式响应时间最快。
A 独立请求B 计数器定时查询C 菊花链D 分布式仲裁10 CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（C ）。
A 地址寄存器B 指令计数器C 程序计数器D 指令寄存器11从信息流的传输速度来看，（A ）系统工作效率最低。
A 单总线B 双总线C 三总线D 多总线12单级中断系统中，CPU一旦响应中断，立即关闭（C ）标志，以防止本次中断服务结束前同级的其他中断源产生另一次中断进行干扰。
A 中断允许B 中断请求C 中断屏蔽D DMA请求13下面操作中应该由特权指令完成的是（B ）。
计算机组成原理(简答题)
计算机组成原理(简单题)第一章概论1、计算机的应用领域：科学计算、数据处理、实时控制、辅助设计、通信和娱乐。
2、计算机的基本功能：存储和处理外部信息，并将处理结果向外界输出。
3、数字计算机的硬件由：运算器、控制器、存储器、输入单元和输出单元。
4、软件可以分成系统软件和应用软件。
其中系统软件包括：操作系统、诊断程序、编译程序、解释程序、汇编程序和网络通信程序。
5、计算机系统按层次进行划分，可以分成，硬件系统、系统软件和应用软件三部分。
6、计算机程序设计语言可以分成：高级语言、汇编语言和机器语言。
第二章数据编码和数据运算1、什么是定点数？它有哪些类型？答：定点数是指小数点位置固定的数据。
定点数的类型有定点整数和定点小数。
2、什么是规格化的浮点数？为什么要对浮点数进行规格化？答：规格化的浮点数是指规定尾数部分用纯小数来表示，而且尾数的绝对值应大于或等于1/R并小于等于1。
在科学计数法中，一个浮点数在计算机中的编码不唯一，这样就给编码带来了很大的麻烦，所有在计算机中要对浮点数进行规格化。
3、什么是逻辑运算？它有哪些类型？答：逻辑运算时指把数据作为一组位串进行按位的运算方式。
基本的逻辑运算有逻辑或运算、逻辑与运算和逻辑非运算。
4、计算机中是如何利用加法器电路进行减法运算的？答：在计算机中可以通过将控制信号M设置为1，利用加法器电路来进行减法运算。
第三章存储系统1、计算机的存储器可以分为哪些类型？答：计算机的存储器分成随机存储器和只读存储器。
2、宽字存储器有什么特点？答：宽字存储器是将存储器的位数扩展到多个字的宽度，访问存储器时可以同时对对个字进行访问，从而提高数据访问的吞吐量。
3、多体交叉存储器有什么特点？答：多体交叉存储器是由对个相互独立的存储体构成。
每个存储器是一个独立操作的单位，有自己的操作控制电路和存放地址的寄存器，可以分别进行数据读写操作，各个存储体的读写过程重叠进行。
4、什么是相联存储器？它有什么特点？答：相联存储器是一种按内容访问的存储器。
计算机组成原理
计算机组成原理提高存储系统性能是计算机系统设计中非常重要的一个方面，可以提高计算机的运行速度和效率。
下面将介绍一些提高存储系统性能的措施。
1.提高存储器速度：使用更高速的存储器介质，例如使用静态随机存储器（SRAM）替代动态随机存储器（DRAM），提高存取速度。
此外，还可以增加存储器的带宽，通过增加数据通道或者使用更宽的总线来提高数据传输速度。
2.优化存储器布局：存储器布局可以影响存储系统的性能。
将常用的数据放在靠近处理器的高速缓存中，以减少数据的传输时间。
使用局部性原理可以减少对主存储器的存取次数。
3.提高缓存的命中率：缓存是一种高速存储器，用于存放经常访问的数据和指令。
提高缓存的命中率可以减少对慢速存储器的访问次数。
可以通过增加缓存的容量、使用更高关联度的缓存（例如增加关联度为4的缓存项）或者使用更高效的替换策略（例如最近最少使用策略）来提高缓存的命中率。
4.使用写缓冲区：写缓冲区可以将写操作缓冲起来，不立即写入主存储器，减少对主存储器的访问次数。
同时，可以使用写缓冲区来实现写合并（将多个写操作合并为一个写操作），减少写操作对存储系统性能的影响。
5.使用非一致性存储器访问模型：非一致性存储器访问模型可以提高存储系统的并行性和性能。
在非一致性访问模型中，存储器可以分成多个区域，每个处理器只关心自己所能访问的区域，减少存储器之间的通信和同步开销。
6.使用预取技术：预取技术可以预先将即将访问的数据从主存储器中读取到高速缓存中，减少对主存储器的访问时间。
可以使用硬件预取技术（例如预取缓冲器）或者软件预取技术（例如编译器插入预取指令）来实现。
7.使用存储器层次结构：存储器层次结构可以根据存储器的访问时间和容量来分成多个层次，高速缓存作为处理器和主存储器之间的缓冲，减少对主存储器的访问时间。
可以使用多级高速缓存、多通道内存等策略来提高存储系统性能。
8.增加带宽和并行性：通过增加存储器的带宽和并行性，可以提高数据的传输速度。
计算机组成原理复习题
第一章一、填空1．计算机系统主要由（）、（）两大部分组成。
2．计算机硬件子系统由（）、（）、（）、（）、（）3．计算机软件子系统由（）、（）4．计算机应用软件由（）、（）、（）、（）5．计算机系统软件由（）、（）、（）、（）6．计算机的主要技术指标（）、（）、（）7．计算机发展五代主要代表计算机（）、（）、（）、（）、（）8．计算机未来发展方向（）、（）、（）、（）9．计算机按功能可分为（）、（）、（）10. ( )与（）、输入输出接口和系统总线合称为计算机主机。
11．用高级语言编写的程序称为（）程序，经编译程序或解释程序翻译后成为（）程序。
12．程序设计语言一般分为三类()、()、()。
13．数控机床是计算机在（）方面的应用，邮局自动分拣信件是计算机在（）方面的应用。
14．现代计算机主要采用（）结构作为计算机硬件之间的连接方式。
15．用二进制代码表示的计算机语言称为（），用助记符编写的语言称为（）。
二、选择题1.“从中间开始”设计的“中间”目前多数在（）A.传统机器语言机器级与操作系统机器级之间B.传统机器语言机器级与微程序机器级之间C.微程序机器级与汇编语言机器级之间D.操作系统机器级与汇编语言机器级之间2．在计算机系统设计中，比较好的方法是( )A ．从上向下设计B．从下向上设计C ．从两头向中间设计D ．从中间开始向上、向下设计第二章1.R-S触发器逻辑框图是什么？它有几个输入端各是什么？它有几个输出端？各是什么？2.D触发器逻辑框图是什么？它有哪几个同步输入端？哪几个异步输入端？它有哪几个输出端？3.二—四译码器的工作原理？（如图）4.并行四位寄存器的工作原理？（如图）1． 三态开关的工作原理：D IN D OUTE5.半加器本位和逻辑表达式6. 半加器进位逻辑表达式。
7．全加器本位和逻辑表达式是： 8 . 全加器向高位进位的逻辑表达式：9．SN74181是什么芯片？作什么运算取决哪些引脚？ 10. SN74182是什么芯片？作用?11．用SN74181芯片组成一个16位运算器，片内并行进位片间串行进位。
计算机组成原理知识要点与期末考试题及答案
计算机组成原理知识要点与复习题（期末考试题）选择题：1.若十进制数据为137.5则其八进制数为（B ）。
A、89.8B、211.4C、211.5D、1011111.1012.若x补=0.1101010，则x原=（A ）。
A、1.0010101B、1.0010110C、0.0010110D、0.11010103.若采用双符号位，则发生正溢的特征是：双符号位为（B）。
A、00B、01C、10D、114.原码乘法是（A ）。
A、先取操作数绝对值相乘，符号位单独处理B、用原码表示操作数，然后直接相乘C、被乘数用原码表示，乘数取绝对值，然后相乘D、乘数用原码表示，被乘数取绝对值，然后相乘5.为了缩短指令中某个地址段的位数，有效的方法是采取（C）。
A、立即寻址B、变址寻址C、间接寻址D、寄存器寻址6.下列数中，最小的数是（A）。
A．(101001)2B．(52)８C．(2B)16D．457.下列数中，最大的数是（D）。
A．(101001)2B．(52)８C．(2B)16D．458.下列数中，最小的数是（D）。
A．（111111）2B．（72）８C．（2F）16D．509.已知：X=－0.0011，Y= -0.0101。
（X+Y）补= ( A)。
Ａ．１．１１００Ｂ．１．１０１０Ｃ．１．０１０１Ｄ．１．１０００10.一个512KB的存储器,地址线和数据线的总和是（C ）。
A．17 B．19C．27D．3611.某计算机字长是16位它的存储容量是64KB,按字编址,它们寻址范围是（C ）。
A．64K B．32KB C．32K D．16KB12.某一RAM芯片其容量为512*8位,除电源和接地端外该芯片引线的最少数目是（C ）。
A.21B.17C.19D.2012.计算机内存储器可以采用（A）。
A.RAM和ROMB.只有ROMC.只有RAMD.RAM和SAM13.单地址指令中为了完成两个数的算术操作，除地址码指明的一个操作数外，另一个数常需采用( C) 。
存储效率的五种提升方法
存储效率的五种提升方法存储效率的五种提升方法在不购买新的存储设备前提下，要减少不必要的文件，减少系统所使用的空间这的确十个问题，为了解决此问题，本文介绍了优化存储效率最大化的五个方法。
优化存储效率的方法：1、使用存储管理软件存储管理软件可以不断监测和优化使用存储。
当然，你也可以简单地搜索硬盘中的大文件，如MP3，图片，或PST文件。
总之找出不需要或可以存储在其他存储设备中的文件，把它们存储在如本地电脑硬盘中，这往往有助于整理出大量的闲置空间。
又或者，您可以发送电子邮件通知企业中的员工将所有的用户档案和闲置的电子邮件下载到本地驱动器上的保存。
这将大大降低邮件服务器的存储空间。
同样的，你也可以制定一个执行策略来存储个人文件，确保他们不占用公司的网络空间。
优化存储效率的方法：2、使用重复数据删除或压缩您可以使用删除重复数据的方法来管理存储数据。
重复扫描存储系统，寻找重复的文件，并删除多余的文件副本。
另外还可以通过压缩数据的方法，从而减少所占用的空间，如字处理或其他文本文件。
而媒体文件，他们往往已经被压缩。
优化存储效率的方法：3、从未使用的空间创建存储您可以使用廉价或免费的软件，如Linux操作系统，重新利用旧设备作为存储服务器。
这个方案涉及在旧的服务器上安装Windows或Linux，并且将其变成一个文件服务器。
如果你有一个或多个闲置在身边的老系统，可以让他们快速运行起来。
同时，还可以将几个老系统的驱动器放入一台服务器中，因为旧的系统通常都是容量较小的硬盘驱动器。
一旦系统运行起来，你可以利用它存储任何类型的文件，您可以使用他们作为二级存储设备，为保存重要的应用，如电子邮件，数据库，协作或更新，提供更高的存储性能。
优化存储效率的方法：4、将文件移动到二级存储(辅助存储设备)许多企业都有为重要应用配备的高性能存储设备，如光纤通道或iSCSIRAID 系统，但常常是被用在不需要高速存储的应用程序占用。
您可以使用存储管理应用程序或手动移动数据到二级存储，以腾出大量的空间，节省昂贵的设备开支。
计算机组成原理练习题
《计算机组成原理》练习题第一章概论一、选择题01. 电子计算机主存内的ROM是指。
A.不能改变其内的数据B.只能读出数据，不能写入数据C.通常用来存储系统程序D.以上都是02. 有些计算机将一部分软件永恒地存于只读存储器中，称之为。
A.硬件B.软件C. 固件D.辅助存储03. 如果要处理速度、温度、电压等连续性数据可以使用。
A.数字计算机B.模拟计算机C.混合计算机D.特殊用途计算机04. 邮局把信件进行自动分拣，使用的计算机技术是。
A.机器翻译B.自然语言理解C.模式识别D.过程控制05. 冯.诺伊曼机工作方式的基本特点是。
A.多指令流单数据流B.按地址访问并顺序执行指令C.堆栈操作D.存储器按内容选择地址。
06. 某寄存器中的值可能是操作数，也可能是地址，只有计算机的才能识别它。
A.译码器B.判断程序C.指令D.时序信号。
07. 80年代以来，许多国家开始研究第五代计算机，这种计算机系统是。
A.超高速巨型计算机系统B.知识信息处理系统C.大型分布式计算机系统D.超级微型计算机群组成的计算机网。
08. 计算机的算逻单元的控制单元合称为。
A.ALUB.UPC.CPUD.CAD09. 磁盘驱动器读写数据的基本存取单位为。
A.比特B.字节C.磁道D.扇区二、填空题01. 计算机硬件是指，软件是指，固件是指。
02. 数控机床是计算机在方面的应用。
03. 人工智能研究，模式识别研究。
04. 计算机用来处理离散的数据，而计算机用来处理连续性的数据。
05．存储器可分为主存和，程序必须存于内，CPU才能执行其中的指令。
第二章计算机中的信息编码一、选择题01. 对真值0表示形式唯一的机器数是。
A.原码B.补码和移码C.补码D.反码02. 在整数定点机中，下述第说法正确。
A.原码和反码不能表示-1，补码可以表示-1。
B.三种机器数均可表示-1C.三种机器数均可表示-1，且三种机器数的表示范围相同。
D.以上说法均不对。
计算机组成原理期末考试简答题重点讲解
一、简答题1、试述浮点数规格化的目的和方法。
答：浮点的规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效数位。
当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后的第一位不相等，则被定义为已规格化的数，否则便是非规格化数。
通过规格化，可以保证运算数据的精度。
方法：进行向左规格化，尾数左移一位，阶码减1，直到规格化完毕。
2、简述循环冗余码（CRC）的纠错原理。
答：CRC码是一种纠错能力较强的校验码。
在进行校验时，先将被检数据码的多项式用生成多项式G（X）来除，若余数为0，说明数据正确；若余数不为0，则说明被检数据有错。
只要正确选择多项式G（X），余数与CRC码出错位位置的对应关系是一定的，由此可以用余数作为判断出错位置的依据而纠正出错的数据位。
3、DRAM存储器为什么要刷新？有几种刷新方式?DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息。
由于存储的信息电荷终究是有泄漏的，电荷数又不能像SRAM存储元那样由电源经负载管来补充，时间一长，信息就会丢失。
为此必须设法由外界按一定规律给栅极充电，按需要补给栅极电容的信息电荷，此过程叫“刷新”。
①集中式---正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。
②分散式---将一个存储系统周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。
③异步式---前两种方式的结合，每隔一段时间刷新一次，保证在刷新周期内对整个存储器刷新一遍。
4、CPU中有哪些主要寄存器？简述这些寄存器的功能。
（1）指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。
（2）程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。
（3）地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
（4）缓冲寄存器（DR）：<1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。
<2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。
<3>在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
2/72
存储系统的层次结构
寄存器
高
Cache
半导体主存储器
成本
磁盘
磁带
低
高
速度
低
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
3/72
存储系统的层次结构
外存平均访问时间ms级 硬盘9~10ms 光盘80~120ms
内存平均访问时间ns级 SRAM Cache1~5ns SDRAM内存7~15ns EDO内存60~80ns EPROM存储器100~400ns
该方法不够灵活，因为主存中多个段的同一页面只能对应Cache 中的唯一页面，即使Cache中别的页面空着也不能占用，因而， Cache的存储空间得不到充分利用。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
16/72
假定将32KB的Cache分成128页，每页256个字节.
对于16MB的主存可分成512段，每段128页，每
4.6 提高存储系统性能的一些措施
本节将从存储系统组织的角度，讨论一些提高存储系统 性能的技术，如并行主存系统、多处理机存储系统、高 速缓存、虚拟存储技术以及向联存储器。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
速度和容量是存储器的两大主要课题，计算机的发 展不断地对存储器提出更高速度和更大容量的要求。 在单机系统中，提高存储器性能的主要技术有：双 端口存储器、并行主存储器、高速缓冲存储器、虚 拟存储器等。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
15/72
直接映像方式
该方法将Cache的全部存储单元划分成固定的页，主存先划分成 段，段中再划分成与缓存中相同的页。
规定缓存中各页只接收主存中相同页号内容的副本，即不同段中 页号相同的内容只有一个能复制到缓存中去。
这种映像的限制使对高速缓存的寻址变得相当简单，在地址变换 机构中只要存入地址的段号即可。
标签
块
0
块0
M个块 每块K个字节
2n-1
主存
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
C-1 块M-1
Cache
C个槽 每个槽K个字节
14/72
一、Cache的工作原理
)地址映象
直接映象
每个主存块只允许放到Cache的特定的槽中
标签
槽号
字节号
优点：简单 缺点：Cache命中率低、 Cache空间利用率也低
CPU与主存之间的数据传输都必须经过cache控制器，cache 控制器将来自CPU的数据读写请求传递给高速缓冲存储器 cache进行相应的处理。图5.16给出了cache的逻辑结构。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
11/72
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
12/72
¾图中高速缓冲存储器用于存入要访问的内容，即当前访问 最多程序代码和数据；
页256字节。
地址变换机构中存储的信息只需128×9位。
主存
CACHE
0
第0页 第1页
…… 第N-1页
1
…… N-1 …… (M-1)N (M-1)(N-1) …… 第MN-1块
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
17/72
一、Cache的工作原理
全相联映象 每个主存块允许放到Cache的任何一个槽中
例：两级存储系统
M1
访问时间TA1， 命中率H
M2
访问时间TA2
则平均访问时间 TA=HTA1+(1-H)TA2
规定：访问时间比 r = TA2 TA1
访问效率 e = TA1
则 e=
1
TA
r + (1 − r)H
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
8/72
程序运行的所有信息存放在主存储器内，而高速缓冲存储器中 存放的是当前使用最多的程序代码和数据，即主存中部分内容的 副本。CPU访问存储器时，首先在Cache中寻找，若寻找成功， 通常称为“命中”，则直接对Cache操作；若寻找失败，则对主 存储器进行操作，并将有关内容置入Cache。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
6/72
存储器访问的局部性原理
存储器的层次结构是依靠存储器访问的局部性实现的 存储器的层次结构的性能由命中率来衡量： 命中率——对层次结构存储系统中的某一级存储器来 说，要访问的数据正好在这一级的概率
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
7/72
存储器访问的局部性原理
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
4/72
存储系统的层次结构
寄存器 Cache 主存储器 辅助存储器(磁盘) 大容量存储器(磁带)
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
内存储器 外存储器
5/72
存储器访问的局部Βιβλιοθήκη 原理存储器访问的局部性指处理器访问存储器时，无 论取指令还是取数据，所访问的存储单元都趋向 于聚集在一个较小的连续单元区域中。 时间上的局部性——最近的将来要用到的信息很 可能就是现在正在使用的信息。主要由循环造成 空间上的局部性——最近的将来要用到的信息很 可能与现在正在使用的信息在空间上是邻近的。 主要由顺序执行和数据的聚集存放造成
缓冲存储器、主存储器和外存存储器三级。
CPU M1
M2
M3
中
央
Cache
主
外
处
理
存
存
器
三级存储器的结构示意图
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
10/72
4.6.1高速缓冲存储器(cache)
1. cache存储器工作原理
在存储系统的层次结构中引入cache是为了解决CPU与主存 之间的速度差异，以提高CPU工作效率。
引入Cache是存储器速度与价格折衷的最佳方法。
为实现上述功能需要解决： 9 Cache的内容与主存之间的映像关系 9 地址的转换—将访问主存的地址转换为访问Cache的地
址。 9 更新Cache内容的替换算法。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
9/72
三级存储器层次结构
采用分级存储器结构，通常将存储器分为高速
¾地址索引机构中存放着与高速缓冲存储器内容相关的高位 地址，当访问高速缓冲存储器命中时，用来和地址总线上 的低位地址一起形成访问缓冲存储器地址；
¾而置换控制器则按照一定的置换算法控制高速缓冲存储器 中内容的更新。
哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红
13/72
一、Cache的工作原理
0
)Cache的结构 1
标签
字节号
从主存中将信息调入缓冲存储器通常是以“页”为单位进 行的。为了准确寻址，必须将调入页的页地址编码全部存 入地址索引机构中。