计算机组成原理(本科生) (5)
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理
十六位体系结构计算机组成原理是指计算机的硬件和软件组成原理，可以分为以下几个部分：
1.中央处理器(Central Processing Unit, CPU)：负责执行计算机指令和进行数据处理。
CPU包括指令寄存器、程序计数器、算术逻辑单元(ALU)和寄存器等。
2.存储器：存储器包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储正在运行的程序和数据，可分为RAM和ROM。
辅助存储器用于长期存储程序和数据，如硬盘、光盘等。
3.输入输出设备：用于与外部设备进行数据交互，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
4.总线(Bus)：计算机内各个部件之间传送数据和控制信息的通道。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线。
5.指令系统：计算机的指令系统决定了计算机的操作特性和功能。
按照十六位体系结构，指令由16位表示，可以包括逻辑运算、算术运算、存储和转移等操作。
6.中断系统：用于处理紧急情况和异步事件，如异常中断、硬件中断和软件中断等。
7.时钟系统：用于同步计算机内各个部件的工作节奏和时序，提供时钟脉冲。
8.控制单元(Control Unit)：负责控制计算机的操作，根据指令操作码的不同，控制单元产生特定的控制信号和时序信号，控制各个部件的工作。
9.运算器(アrithmetic and Logic Unit, ALU)：负责进行算术运算和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法和与、或、非、异或等逻辑运算。
以上是十六位体系结构计算机组成原理的基本内容，具体实施中可能会有一些差异。
(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 本科生期末试卷1~5选择填空答案
本科生期末试卷（一）一、选择题（每小题1分，共15分）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（冯.诺依曼）计算机。
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（-(231-1) ）。
3 以下有关运算器的描述，（算术运算与逻辑运算）是正确的。
4 EEPROM是指（电擦除可编程只读存储器）。
5 常用的虚拟存储系统由（主存-辅存）两级存储器组成，其中辅存是大容量的磁表面存储器。
6 RISC访内指令中，操作数的物理位置一般安排在（两个通用寄存器）。
7 当前的CPU由（控制器、运算器、cache）组成。
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（具备同等水平）。
9 在集中式总线仲裁中，（独立请求）方式响应时间最快。
10 CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是（程序计数器）。
11 从信息流的传输速度来看，（单总线）系统工作效率最低。
12 单级中断系统中，CPU一旦响应中断，立即关闭（中断屏蔽）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。
13 安腾处理机的典型指令格式为（41位）位。
14 下面操作中应该由特权指令完成的是（从用户模式切换到管理员模式）。
15 下列各项中，不属于安腾体系结构基本特征的是（超线程）。
二、填空题（每小题2分，共20分）1 字符信息是符号数据，属于处理（非数值）领域的问题，国际上采用的字符系统是七单位的（IRA ）码。
2 按IEEE754标准，一个32位浮点数由符号位S（1位）、阶码E（8位）、尾数M（23位）三个域组成。
其中阶码E的值等于指数的真值（ e ）加上一个固定的偏移值（127 ）。
3 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构，其中前者采用（空间）并行技术，后者采用（时间）并行技术。
4 虚拟存储器分为页式、（段）式、（段页）式三种。
计算机组成原理(清华大学出版社出版的图书)
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该教材的第1章、第2章、第4章、第8章由谷赫编写，第3章、第5章由邹凤华编写，第6章、第7章由李念峰 编写；全书由谷赫统稿。本书在编写过程中，戴银飞、楚叶峰、邵丹、赵耀红、王艳柏等老师也提出了意见并给 予了帮助。
该教材在教学顺序上，可按编写顺序教授，即计算机如何运算、如何存储信息、如何执行指令、如何连接 I/O子系统以构成整机系统；也可将内部存储器一章放在CPU之后讲授，即先建立CPU整机概念，再构造主机与系 统的连接。目录中带星号（）的部分可根据各高校实际学时情况安排。
谢谢观看
出版工作
2013年1月1日，该教材由清华大学出版ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ出版。
内容简介
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该教材共分为8章，各章内容如下：
第1章计算机系统概论，介绍了计算机的分类、发展及层次结构，并对冯·诺依曼机硬件结构中的各组成部 分进行了概要介绍，为以后章节的学习打下了基础。
第2章运算方法和运算器，从数的表示格式出发，详细介绍了机器码的表现形式，定点数与浮点数的表示， 二进制数的运算法则以及运算器的组成。
第6章总线系统，介绍了总线的概念与分类、输入输出的基本控制方式、计算机总线、主机与外围设备之间 的连接方式。
教材目录
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（注：目录排版顺序为从左列至右列 ）
教学资源
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该教材有配套教材——《计算机组成原理知识解析与习题精练》。
教材特色
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专升本计算机试题中的计算机组成原理
专升本计算机试题中的计算机组成原理计算机组成原理是专升本计算机试题中的重要内容之一。
在计算机科学与技术领域的学习中，了解计算机组成原理及其相关知识对于掌握计算机硬件的工作原理和设计思想至关重要。
本文将从计算机组成原理的定义、主要组成部分、工作原理以及实际应用等方面进行论述。
一、计算机组成原理的定义计算机组成原理是指计算机硬件的构成和工作原理，它是计算机科学与技术的基础知识之一。
计算机在功能上可以分为五大部分：输入单元、输出单元、中央处理器（CPU）、控制单元和存储器。
计算机组成原理研究计算机各个功能部件的物理结构和工作方式，通过深入理解计算机的组成与工作原理，有助于我们更好地设计、维护和优化计算机系统。
二、计算机组成原理的主要组成部分计算机的组成部分主要包括输入单元、输出单元、中央处理器和存储器。
1. 输入单元：输入单元负责从外部设备接收数据并将其转化为计算机可识别的内部数据格式。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等。
输入单元的主要任务是将外部输入转化为内部二进制编码。
2. 输出单元：输出单元负责将计算机处理后的数据转化为人类可读的形式，并输出到外部设备。
输出单元的常见设备包括显示器、打印机等。
输出单元的主要任务是将计算机内部数据转化为外部可读形式。
3. 中央处理器（CPU）：中央处理器是计算机的核心部件，负责执行指令和处理数据。
中央处理器由运算器和控制器组成。
运算器负责执行算术和逻辑运算，而控制器负责控制计算机内部各个部件的协调工作。
4. 存储器：存储器是计算机系统中的主要数据存储部分。
它用于存储计算机的指令和数据。
根据存储介质的不同，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等各种类型。
三、计算机组成原理的工作原理计算机组成原理的工作原理主要包括指令的执行流程和数据的处理流程。
1. 指令的执行流程：计算机中的指令是由二进制编码表示的。
指令的执行流程一般可以分为取指令、解码指令、执行指令和访存写回四个阶段。
计算机原理 试题及答案
计算机组成原理试卷A一、选择题（每小题2分，共30分）1．下列数中最小的数是______。
A.（100100）2B.（43）8C.（110010）BCDD.（25）162．计算机经历了从器件角度划分的四代发展历程，但从系统结构上来看，至今绝大多数计算机仍属于______型计算机。
A.实时处理B.智能化C.并行D.冯.诺依曼3．存储器是计算机系统中的记忆设备，它主要用来______。
A.存放数据B.存放程序C.存放微程序D.存放数据和程序4．以下四种类型指令中，执行时间最长的是______。
A.RR型指令B.RS型指令C.SS型指令D.程序控制指令5. 计算机的外围设备是指______。
A.输入/输出设备B.外存储器C.远程通信设备D.除了CPU和内存以外的其它设备6．堆栈寻址方式中，设A为通用寄存器，SP为堆栈指示器，M SP为SP指示器的栈顶单元，如果操作动作是：（A）→M SP，（SP）-1→SP，那么出栈操作的动作应为______。
A.（M SP）→A，（SP）+1→SPB.（SP）+1→SP，（M SP）→AC.（SP）-1→SP，（M SP）→AD.（M SP）→A，（SP）-1→SP7．某寄存器中的值有时是地址，因此只有计算机的______才能识别它。
A.译码器B.判别程序C.指令D.时序信号8. 寄存器间接寻址方式中，操作数处在______。
A.通用寄存器B.主存单元C.程序计数器D.堆栈9. 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______。
A.11001011B.11010110C.11000001D.110010110.不是发生中断请求的条件是______。
A.一条指令执行结束B.一次I/O操作结束C.机器内部发生故障D.一次DMA操作结束11.指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是______。
A实现存贮程序和程序控制B缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性C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12.某SRAM芯片，其容量为512×8位，除电源和接地端外，该芯片引出线的最小数目应是______。
计算机组成原理试卷及答案03
本科生期末试卷（三）一、选择题（每小题1分，共15分）1 下列数中最小的数是（C ）。
A （101001）2B （52）8C （101001）BCD D （233）162 某DRAM芯片，其存储容量为512×8位，该芯片的地址线和数据线的数目是（D ）。
A 8，512B 512，8C 18，8D 19，83 在下面描述的汇编语言基本概念中，不正确的表述是（ CD ）。
A 对程序员的训练要求来说，需要硬件知识B 汇编语言对机器的依赖性高C 用汇编语言编写程序的难度比高级语言小D 汇编语言编写的程序执行速度比高级语言慢4 交叉存储器实质上是一种多模块存储器，它用（A ）方式执行多个独立的读写操作。
A 流水B 资源重复C 顺序D 资源共享5 寄存器间接寻址方式中，操作数在（B ）。
A 通用寄存器B 主存单元C 程序计数器D 堆栈6 机器指令与微指令之间的关系是（A ）。
A 用若干条微指令实现一条机器指令B 用若干条机器指令实现一条微指令C 用一条微指令实现一条机器指令D 用一条机器指令实现一条微指令7 描述多媒体CPU基本概念中，不正确的是（ C ）。
A 多媒体CPU是带有MMX技术的处理器B MMX是一种多媒体扩展结构C MMX指令集是一种多指令流多数据流的并行处理指令D 多媒体CPU是以超标量结构为基础的CISC机器8 在集中式总线仲裁中，（ A ）方式对电路故障最敏感。
A 菊花链B 独立请求C 计数器定时查询9 流水线中造成控制相关的原因是执行（A ）指令而引起。
A 条件转移B 访内C 算逻D 无条件转移10 PCI总线是一个高带宽且与处理器无关的标准总线。
下面描述中不正确的是（ B ）。
A 采用同步定时协议B 采用分布式仲裁策略C 具有自动配置能力D 适合于低成本的小系统11 下面陈述中，不属于外围设备三个基本组成部分的是（ D ）。
A 存储介质B 驱动装置C 控制电路D 计数器12 中断处理过程中，（ ）项是由硬件完成。
计算机组成原理笔记
计算机组成原理笔记
1. 计算机组成原理是研究计算机硬件和软件组成及其相互关系的学科领域。
2. 计算机由中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备组成，其中CPU是计算机的控制中心。
3. CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令
的解析和执行，算术逻辑单元负责数据的运算。
4. 存储器用于存储计算机运行时所需的数据和指令，其中包括主存储器和辅助存储器。
5. 输入输出设备用于与外部世界进行信息交互，例如键盘、鼠标、显示器和打印机等。
6. 计算机执行程序时，先从辅助存储器中将程序加载到主存储器，然后由CPU依次执行指令。
7. 指令由操作码和操作数组成，操作码表示指令的类型，操作数表示指令所操作的数据。
8. 指令在执行过程中通过执行周期来完成，包括取指令、分析指令、执行指令和写回数据等阶段。
9. 计算机的性能可以通过时钟频率、指令执行速度和吞吐量等指标进行衡量。
10. 计算机的内部结构可以采用冯·诺依曼结构或哈佛结构，冯·诺依曼结构中指令和数据存储在同一存储器中，而哈佛结
构中指令和数据存储在不同的存储器中。
11. 计算机的指令集架构可以分为精简指令集（RISC）和复杂
指令集（CISC）两种类型。
12. 硬件和软件之间通过接口进行通信，例如操作系统作为硬
件和应用软件之间的接口。
13. 并行计算可以提高计算机的性能，包括并行指令和并行处理等技术。
14. 计算机组成原理还涉及到虚拟内存、缓存和流水线等重要概念和技术。
15. 计算机组成原理的研究对于理解计算机的工作原理和优化计算机性能具有重要意义。
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本科生期末试卷（5）
一、选择题（每小题2分，共30分）
1某机字长64位，1位符号位，63位表示尾数，若用定点整数表示，则最大正整数位（）。
A +(263-1)
B +(264-1)
C -(263-1)
D -(264-1)
2请从下面浮点运算器中的描述中选出两个描述正确的句子（）。
A 浮点运算器可用两个松散连接的定点运算部件一阶码和尾数部件来实现。
B 阶码部件可实现加，减，乘，除四种运算。
C 阶码部件只进行阶码相加，相减和比较操作。
D 尾数部件只进行乘法和除法运算。
3存储单元是指（）。
A 存放1个二进制信息位的存储元
B 存放1个机器字的所有存储元集合
C 存放1个字节的所有存储元集合
D 存放2个字节的所有存储元集合
4某机字长32位，存储容量1MB，若按字编址，它的寻址范围是（）。
A 0—1M
B 0—512KB
C 0—56K
D 0—256KB
5用于对某个寄存器中操作数的寻址方式为（）。
A 直接
B 间接
C 寄存器直接
D 寄存器间接
6程序控制类的指令功能是（）。
A 进行算术运算和逻辑运算
B 进行主存与CPU之间的数据传送
C 进行CPU和I/O设备之间的数据传送
D 改变程序执行的顺序
7指令周期是指（）。
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一条指令的时间
D 时钟周期时间
8描述当代流行总线结构中基本概念不正确的句子是（）。
A 当代流行的总线不是标准总线
B 当代总线结构中，CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连
C 系统中允许有一个这样的CPU模块
9 CRT的颜色为256色，则刷新存储器每个单元的字长是（）。
A 256位
B 16位
C 8位
D 7位
10发生中断请求的条件是（）。
A 一条指令执行结束
B 一次I/O操作结束
C 机器内部发生故障
D 一次DMA操作结束
11中断向量地址是（）。
A 子程序入口地址
B 中断服务程序入口地址
C 中断服务程序入口地址指示器
D 例行程序入口地址
12 IEEE1394所以能实现数据传送的实时性，是因为（）。
A 除异步传送外，还提供同步传送方式
B 提高了时钟频率
C 除优先权仲裁外，还提供均等仲裁,紧急仲裁两种总线仲裁方式
D 能够进行热插拔
13直接映射cache的主要优点是实现简单。
这种方式的主要缺点是（）。
A 它比其他cache映射方式价格更贵
B 如果使用中的2个或多个块映射到cache同一行，命中率则下降
C 它的存取时间大于其它cache映射方式
D cache中的块数随着主存容量增大而线性增加
14虚拟存储器中段页式存储管理方案的特性为（）。
A 空间浪费大，存储共享不易，存储保护容易，不能动态连接
B 空间浪费小，存储共享容易，存储保护不易，不能动态连接
C 空间浪费大，存储共享不易，存储保护容易，能动态连接
D 空间浪费小，存储共享容易，存储保护容易，能动态连接
15安腾处理机的指令格式中，操作数寻址采用（）。
A R-R-S型
B R-R-R型
C R-S-S型
D S-S-S型
二、简答题（每小题8分，共16分）
1画图说明现代计算机系统的层次结构。
2 CPU中有哪几类主要寄存器？用一句话回答其功能。
三、计算题（12分）
CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为2420次，主存完成的次数为80次，已知cache存储周期为40ns，主存存储周期为200ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。
四、设计题（14分）
某机器单字长指令为32位，共有40条指令，通用寄存器有128个，主存最大寻址空间为64M。
寻址方式有立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基值寻址、相对寻址六种。
请设计指令格式，并做必要说明。
五、证明题（12分）
一条机器指令的指令周期包括取指（IF）、译码（ID）、执行（EX）、写回（WB）四个过程段，每个过程段1个时钟周期T完成。
先段定机器指令采用以下三种方式执行：①非流水线（顺序）方式，②标量流水线方式，③超标量流水线方式。
请画出三种方式的时空图，证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。
六、设计题（16分）
CPU的数据通路如图1所示。
运算器中R0～R3为通用寄存器，DR为数据缓冲寄存器，PSW为状态字寄存器。
D-cache为数据存储器，I-cache为指令存储器，PC为程序计数器（具有加1功能），IR为指令寄存器。
单线箭头信号均为微操作控制信号（电位或脉冲），如LR0表示读出R0寄存器，SR0表示写入R0寄存器。
机器指令“STO R1,(R2)”实现的功能是：将寄存器R1中的数据写入到以（R2）为地址的数存单元中。
请画出该存数指令周期流程图，并在CPU周期框外写出所需的微操作控制信号。
（一个CPU周期含T1～T4四个时钟信号，寄存器打入信号必须注明时钟序号）。