第五章 中央处理机 练习题(含答案)
第五章 中央处理器 黑
1、A.C. 23、采用4、CPU 5A.B.C.D. 6A.B.C.D. 78A.B.C.D. 9A. 10A.B.C.D. 11A.B.C.D.12、下列关于动态流水线正确的是（）A.动态流水线是在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在进行另一种运算，这样对提高流水线的效率很有好处，但会使流水线控制变得很复杂B. 动态流水线是指运算操作并行C. 动态流水线是指指令步骤并行D. 动态流水线是指程序步骤并行13、流水CPU是由一系列叫做“段”的处理线路组成的。
一个m段流水线稳定时的CPU的吞吐能力，与m个并行部件的CPU 的吞吐能力相比（）A.具有同等水平的吞吐能力B.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D. 吞吐能力小于前者的吞吐能力14、设指令由取指、分析、执行3个子部件完成，并且每个子部件的时间均为△t，若采用常规标量流水线处理机（即处理机的度为1 ）连续执行12条指令，共需15、若采用度为4的超标量流水线处理机，连续执行上述20条指令，只需16、设指令流水线把一条指令分为取指、分析、执行3个部分，且3部分的时间分别是t取指=2ns，t分析=2ns，t执行=1ns，则100条指令全部执行完毕需17、设指令由取指、分析、执行3个子部件完成，并且每个子部件的时间均为t，若采用常规标量流水线处理机，连续执行8条指令，则流水线的加速比为18、指令流水线中出现数据相关是流水线将受阻，（）可解决数据相关问题。
A.增加硬件资源B.采用旁路技术C.采用分支预测技术D.以上都可以19、关于流水线技术的说法，错误的是（）A.超标量技术需要配置多个功能部件和指令译码电路等B.与超标量技术和超流水线技术相比，超长指令字技术对优化编译器要求更高，而无其他硬件要求C.流水线按序流动时，在RAM、WAR和WAW中，只可能出现RAW相关D.超流水线技术相当于将流水线在分段，从而提高每个周期内功能部件的使用次数二、综合应用题1、某计算机的数据通路结构如图所示，写出实现ADD R1，（R2）的未操作序列（含取指令及确定后继指令的地址）。
计算机组成课后习题答案
闪存可以分为NOR Flash和NAND Flash两种类型。
工作原理
闪存的主要功能是可擦写、非易失性存储数据。NOR Flash读取速度快，适用于代码存储；NAND Flash容量大 、成本低，适用于大量数据的存储。闪存的擦除和编程操作需要特定的电压和时序。
04
输入输出设备
键盘的工作原理与分类
THANKS
感谢观看
成字符或汉字。
05
数据传输方式
并行传输与串行传
并行传输
指数据以多个通道同时传输，适用于近距离、高速传输，如 CPU与内存之间的数据交换。
串行传输
指数据一位一位地顺序传输，适用于远距离、低速传输，如 网络通信。
数据传输速率
数据传输速率
指单位时间内传输的数据量，通常以比特率（bit per second）表示。
影响数据传输速率的因素
包括信号带宽、信噪比、误码率等。
数据传输过程中的同步与异步问题
同步传输
指发送方和接收方的时钟信号保持同 步，适用于高速数据传输。
异步传输
指发送方和接收方的时钟信号不需同 步，适用于低速数据传输。
06
操作系统基础知识
操作系统的功能与分类
要点一
功能
操作系统是计算机系统的核心软件，负责管理计算机硬件 和软件资源，提供用户与计算机交互的界面。
硬盘的分类与工作原理
分类
硬盘可以分为机械硬盘（HDD）和固态硬盘（SSD）。
工作原理
硬盘的主要功能是永久存储数据。HDD采用磁记录技术，将数据以磁道的形式存 储在旋转的盘片上；SSD则采用闪存技术，通过电子方式存储数据。HDD的读取 速度较慢，但价格较低；SSD的读取速度较快，但价格较高。
中央处理器(CPU)_真题-无答案
中央处理器(CPU)(总分200,考试时间90分钟)一、单项选择题1. 指令译码器是对( )进行译码。
A. 整条指令B. 指令的操作码字段C. 指令的地址D. 指令的操作数字段2. 采用断定方式的微指令中，下一条微指令的地址是( )。
A. 在微指令计数器中B. 在微指令寄存器中C. 在程序计数器中D. 在本条微指令的顺序控制字段中3. 垂直型微指令的特点是( )。
A. 微指令格式垂直表示B. 控制信号经过编码产生C. 采用微操作码D. 采用微指令码4. 在计算机系统中，表征系统运行状态的部件是( )。
A. 程序状态寄存器B. 累加寄存器C. 程序计数器D. 中断寄存器5. 微指令执行的顺序控制问题，实际上是如何确定下一条微指令的地址问题。
通常采用的一种方法是断定方式，其基本思想是( )。
A. 用程序计数器PC来产生后继微指令地址B. 用微程序计数器μPC来产生后继微指令地址C. 通过微指令顺序控制字段由设计者指定或者由设计者指定的判断字段控制产生后继微指令地址D. 通过指令中指定一个专门字段来产生后继微指令地址6. 由于CPU内部的操作速度较快，而CPU访问一次主存所花的时间较长，因此机器周期通常用( )来规定。
A. 主存中读取一个指令字的最短时间B. 主存中读取一个数据字的最长时间C. 主存中写入一个数据字的平均时间D. 主存中读取一个数据字的平均时间7. 微操作信号发生器的设计与下列因素( )基本无关。
A. CPU寄存器数量B. 指令系统C. 数据通路D. 机器字长8. 同步控制方式在实际应用中所表现的主要特点是( )。
A. 指令周期长度固定B. 工作周期长度固定C. 总线周期长度固定D. 时钟周期长度固定9. 微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是( )。
A. 每一段机器指令组成的程序由一条微指令来执行B. 每一条机器指令由一段微指令组成的微程序解释执行C. 每一条机器指令由一条微指令来执行D. 每一条微指令由若干条机器指令解释执行10. 计算机操作的最小单位时间是( )。
计算机组成原理教案(第五章)
(1) I1: ADD R1，R2，R3 ； I2: SUB R4，R1，R5 ；
3.联合控制方式
此为同步控制和异步控制相结合的方式。 情况（1） 大部分操作序列安排在固定的机器周 期中，对某些 时间难以确定的操作则以执行部件的“回答”信号作为本次操 作的结束； 情况（2） 机器周期的节拍脉冲数固定，但是各条指令周期的 机器周期数不固定。
5.4 微程序控制器
5.4.1 微命令和微操作
控 制 字 段 判别测试字段
下地址字段
按照控制字段的编码方法不同，水平型微指令又分为三种：
I. 全水平型(不译法)微指令 II. 字段译码法水平型微指令 III. 直接和译码相混合的水平型微指令。
2.垂直型微指令
微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，由 微操作码规定微指令的功能 ，称为垂直型微指令。
下面举4条垂直型微指令的微指令格式加以说明。设微指 令字长为16位，微操作码3位。
(1)寄存器-寄存器传送型微指令 (2)运算控制型微指令
(3)访问主存微指令 (4)
3.水平型微指令与垂直型微指令的比较
(1)水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微 指令则较差。
(2)水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间 长。
5.8.3 流水线中的主要问题
流水过程中通常会出现以下三种相关冲突，使流水线断流。
1. 资源相关
资源相关是指多条指令进入流水线后在同一机器时钟周 期内争用同一个功能部件所发生的冲突。
2. 数据相关
在一个程序中，如果必须等前一条指令执行完毕后，才能 执行后一条指令，那么这两条指令就是数据相关的。
5.8 流水CPU
5.8.1 并行处理技术
第五章中央处理器习题参考答案1.请在括号内填入适当答案。在CPU中
第五章中央处理器习题参考答案1．请在括号内填入适当答案。
在CPU中：(1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）；(2) 保存当前正在执行的指令地址的寄存器是(程序计数器AR)；(3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器）和（数据缓冲寄存器DR）。
2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。
画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。
标出各微操作信号序列。
解："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），RO"的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。
5．如果在一个CPU周期中要产生3个脉冲 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,试画时序产生器逻辑图。
解：节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数，此时T1 = T3 =200ns ，T2 = 400 ns ，所以主脉冲源的频率应为 f = 1 / T1 =5MHZ 。
为了消除节拍脉冲上的毛刺，环型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。
下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。
根据关系，节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的逻辑表达式如下：T1 = C1·， T2 = ， T3 =6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。
已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。
解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条取控存容量为：241×32/8=964B7. 某ALU器件使用模式控制码M，S3，S2，S1，C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。
计算机组成原理第6版(白中英)第5章中央处理器
5.2.1 指令周期的基本概念
也叫节拍脉冲或T周期，是计算机处理操作的基本时间单位。 在一个CPU周期内，要完成若干个微操作。这些微操作有的 可以同时执行，有的需要按先后次序串行执行。因而需要把 一个CPU周期分为若干个相等的时间段，每一个时间段称为 一个节拍脉冲或T周期。 时钟周期通常定义为机器主频的倒数。
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5.2.1 指令周期的基本概念
CPU执行程序是一个“取指令—执行指令”的循环过程。
CPU从内存中取出一条指令，并执行这条指令的时间总和； 指令周期常用若干个CPU周期来表示。 又称机器周期，一般为从内存读取一条指令字的最短时间； 一个CPU周期可以完成CPU的一个基本操作。 一个CPU周期包含若干时钟周期。
3
3
5.1.2 CPU的基本组成
现代的CPU的组成
冯·诺依曼机的定义
• 运算器、控制器 、片内Cache；
控制器的主要功能
• 从内存中取出一条指令，并指出下条指令的存放位置；PC、IR
• 对指令进行译码，产生相应的操作控制信号；
ID、时序电路、操 作控制器
• 控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动；
12
5.2.1 指令周期的基本概念
定长CPU周期的指令示意图：
单周期CPU：在一个时钟周期内完成从指令取出到得到结果的工作，
以最长指令为准，效率低，目前较少采用。
多周期CPU：将指令的执行分成多个阶段，每个阶段在一个时钟周期
内完成，因而时钟周期段，不同指令所用的周期数不同。以下仅讨论多周 期CPU。
求操作数 有效地址
14
5.2.1 指令周期的基本概念 一个简单的程序
地址 指令
说明
100
操作系统-第五章
3.在移臂调度算法中()算法可能会随时改变移动臂的移动方向。
A.电梯调度B.先来先服务
C.双向扫描D.最短寻找时间优先
4.SPOOLING是对脱机I/O方式的模拟,SPOOLING系统中的输出井是对脱机输出中的()的模拟,输出程序是对脱机输出中的()进行模拟。
A.内存输出缓冲区B.磁盘
8.用户编制程序时使用的设备与系统分配的实际设备无关,把这种特性称为（）
9.执行一次磁盘输入输出操作所花的时间分成寻找时间、延迟时间和（）三个部分。
10.磁盘的驱动调度主要分成移臂调度和（）两种。
11.磁盘上的一个物理块由三个参数来定位,首先把移动臂移动并定位在不同盘面上具有相同编号的磁道位置,表示该位置的参数称（）
一、单项选择题
1.绘图仪是
A.独占设备B.共享设备
C.有时是独占设备,有时是共享设备D.常用的字符输出设备
2.共享设备是指那些()的设备。
A.任意时刻都可以同时为多个用户服务
B.可以为多个用户服务
C.只能为一个用户服务
D.一个作业还没有撤离就可以为另一个作业同时服务,但每个时刻只为一个用户服务
3.共享型设备是可被多个用户作业同时使用的设备,其中"同时"的含义是()
18.设磁盘的转速为3000转/分,盘面划分成10个扇区,则读取一个扇区的时间为( )
A.20ms B.3ms C.2ms D.1ms
19.一个含6个盘片的双面硬盘,盘片每面有100个磁道,则该硬盘的柱面数为
A.12B.250C.100D.1200
20.当两个进程访问同一柱面、同一扇区、不同磁道的时候()
A.主存B.通道C.磁盘D.寄存器
操作系统第五章答案
信号的进程不一定正好在接收时占有处理机，而相应的处理必须等到该接收进程
得到处理机之后才能进行。
2、答：
按资源分配管理的特点，输入输出设备可分为独享设备、共享设备和虚拟设备三类。
独享设备：即不能共享的设备，一段时间只能由一个作业独占。如打印机、读卡机、磁带机等。所有字符型输入输出设备原则上都应是独享设备。
共享设备：可由若干作业同时共享的设备，如磁盘机等。共享分配技术保证多个进程可以同时方便地直接存取一台共享设备。共享提高了设备的利用率。块设备都是共享设备。
虚拟设备：利用某种技术把独享设备改造成多台同类型独享设备或共享设备。虚拟分配技术就是利用独享设备去模拟共享设备，从而使独享设备成为可共享的、快速I/O的设备。实现虚拟分配的最有名的技术是SPOOLing技术，即假脱机技术。
3、答：
目标：（1）按用户提出的要求接入外部设备，系统按一定算法分配和管理控制，而用户不必关心设备的实际地址和控制指令。
10、
答：通道是一个独立于CPU的专管输入/输出控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令，这些通道指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号。
通道方式进一步减轻了CPU的工作负担，增加了计算机系统的并行工作程度。
11、
答：中断即外中断，指来自处理机和内存外部的中断，包括I/O设备发出的I/O
CPU；外围设备
问答题
1、答：
将一台独享打印机改造为可供多个用户共享的打印机，是应用SPOOLing技术的典型实例。具体做法是：系统对于用户的打印输出，并不真正把打印机分配给该用户进程，而是先在输出井中申请一个空闲盘块区，并将要打印的数据送入其中；然后为用户申请并填写请求打印表，将该表挂到请求打印队列上。若打印机空闲，输出程序从请求打印队首取表，将要打印的数据从输出井传送到内存缓冲区，再进行打印，直到打印队列为空。
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第五章中央处理机练习题
一、选择题
1. 所谓n比特的CPU，n是指（B ）。
A．地址总线线数 B. 数据总线线数 C. 控制总线线数 D. I/O线数
2. 程序计数器PC属于（B ）。
A. 运算器
B. 控制器
C. 存储器
D. ALU
3. 程序计数器的位数取决于（A ）。
A. 存储器的容量
B. 机器字长
C. 指令字长
D. 都不对
4. 指令寄存器的位数取决于（C ）。
A. 存储器的容量
B. 机器字长
C. 指令字长
D. 存储字长
5. CPU中的通用寄存器的位数取决于（C ）。
A. 存储器的容量
B. 指令的长度
C. 机器字长
D. 都不对
6. 在计算机系统中表征程序和机器运行状态的部件是（D ）。
A. 程序计数器
B. 累加寄存器
C. 中断寄存器
D. 程序状态寄存器
7. 控制器的全部功能是（C ）。
A. 产生时序信号
B. 从主存取出指令并完成指令操作码译码
C. 从主存取出指令、分析指令并产生有关的操作控制信号
D. 都不对
8. 指令译码器是对（B ）进行译码。
A. 整条指令
B. 指令的操作码字段
C. 指令的地址码字段
D. 指令的地址
9. 微命令发生器的作用是（D ）。
A. 从主存中取出指令
B. 完成指令操作码的分析功能
C. 产生控制时序
D. 产生各种操作控制信号
10. 计算机操作的最小单位时间是（A ）。
A. 时钟周期
B. 指令周期
C. CPU周期
D. 工作脉冲
11. 从取指令开始到指令执行完成所需的时间，称之为（D ）。
A. 时钟周期
B. 机器周期
C. 访存周期
D. 指令周期
12. 指令周期由一到几个机器周期组成，在第一个机器周期是（A ）。
A. 从主存中取出指令字
B. 从主存中取出指令操作码
C. 从主存中取了指令地址码
D. 从主存中取出指令的地址
13. 计算机主频的周期是指（B ）。
A. 指令周期
B. 时钟周期
C. CPU周期
D. 存取周期
14. 以硬连线方式构成的控制器也称为（A ）。
A. 组合逻辑型控制器
B. 微程序控制器
C. 存储逻辑型控制器
D. 运算器
15. 微程序存储在（A ）中。
A. 控制存储器
B. RAM
C. 指令寄存器
D. 内存储器
16. 相对于微程序控制器，硬布线控制器的特点是（D ）。
A. 指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展容易
B. 指令执行速度慢，指令功能的修改和扩展难
C. 指令执行速度快，指令功能的修改和扩展容易
D. 指令执行速度快，指令功能的修改和扩展难
17. 微程序控制器中，控制部件向执行部件发出的某个控制信号称为（D ）。
A. 微程序
B. 微指令
C. 微操作
D. 微命令
18. 在微程序控制器中，微程序的入口地址是由（C ）形成的。
A. 机器指令的地址码字段
B. 微指令的微地址码字段
C. 机器指令的操作码字段
D. 微指令的操作码字段
19. 水平型微指令与垂直型微指令相比（B ）。
A. 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
C. 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
20. 下列不会引起指令流水阻塞的是（A ）。
A. 数据旁路
B. 数据相关
C. 条件转移
D. 资源冲突
二、简答题
1. 简述程序计数器PC的作用和PC内数据的变更方式。
答：程序计数器PC用于存放下一条指令的地址，在取指令时，根据PC内容在指定的主存单元中取出指令。
当指令顺序执行时，取指令的同时PC内容自动加n（n为指令字节数）；当跳转执行时，PC的内容从指令寄存器中的地址码字段获得。
2. 指令和数据都存于存储器中，CPU如何区分它们？
答：从时间上看，通常完成一条指令可分为取指阶段和执行阶段，在取指阶段通过访问存储器取出的二进制代码是指令，而在执行阶段，从存储器中取出的二进制代码是数据。
从空间上看，取出的指令放在指令寄存器IR中，而取到的操作数一般放入数据寄存器DR中。
3. 什么叫互斥性微操作？什么叫相容性微操作？试举例说明。
所谓互斥性微操作是指在一个CPU周期内不能并行执行的微操作，如ALU的“+”、“-”、“MOV”等操作就是互斥性微操作。
而相容性微操作是指在一个CPU周期内可以并行执行的微操作，如将两个数据同时打入ALU输入端的两个暂存器的微操作R1→X、R2→Y操作。
4. 什么叫指令？什么叫微指令？二者有什么关系？
答：指令，也就是机器指令，是由控制器发出的让计算机完成一个独立的算术运算或逻辑运算的操作命令。
控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令叫做微命令，而在一个机器周期内能够实现一定操作功能的微命令的组合，就构成了一条微指令。
一条机器指令需要由一组微指令组成的微程序来完成，从而一条指令对应多条微指令，而一条微指令可为多个机器指令服务，如取指微指令。
5. 硬连线控制器如何产生微命令？产生微命令的主要条件是哪些？
答：硬连线控制器依靠组合逻辑电路产生微命令。
组合逻辑电路的输入是产生微命令的条件，其主要有指令的操作码译码信号Im、节拍电位信号Mi、节拍脉冲信号Tk和来自执行部件的反馈信号Bj，也就是C=f（Im，Mi，Tk，Bj）。
6. 简述什么是微程序控制器。
答：微程序控制器将执行指令所需要的微命令以代码形式编成微指令序列（微程序），存入一个控制存储器中，需要时从该存储器中读取。
按这种方式工作的控制器称为微程序控制器。