计算机组成原理与系统结构
【计算机组成原理】基础知识汇总（必背）
【计算机组成原理】基础知识汇总（必背）整理了⼀下超星上的题⽬以及教材《计算机组成原理第3版》——唐朔飞的课后题。
第 1 章计算机系统概论超星题⽬说明计算机系统的层次结构。
说明冯诺依曼体系结构的特点。
计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输⼊设备和输出设备5⼤部件组成。
指令和数据以同等地位存储在存储器中，并可按地址寻访。
指令和数据均⽤⼆进制代码表⽰。
指令由操作码和地址码组成，操作码⽤来表⽰操作的性质，地址码⽤来表⽰操作数在存储器中的位置。
指令在存储器内按顺序存放。
通常，指令是顺序执⾏的，在特定条件下可根据运算结果或根据设定的条件改变执⾏顺序。
早期的冯·诺依曼机以运算器为中⼼，输⼊/输出设备通过运算器与存储器传送数据。
知识点：冯·诺依曼机的基本⼯作⽅式是：控制流驱动⽅式冯·诺依曼机⼯作⽅式的基本特点：按地址访问并顺序执⾏指令什么是机器字长、指令字长、存储字长？机器字长是指CPU⼀次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长是⼀个指令字中包含⼆进制代码的总位数。
指令字长取决于从操作码的长度、操作码地址的长度和操作码地址的个数。
存储字长是⼀个存储单元存储⼆进制代码的位数。
存储字是存放在⼀个存储单元中的⼆进制代码组合存储单元是存放⼀个存储字的所有存储元集合。
其他存放欲执⾏指令的寄存器是：IR⼀个8位的计算机系统以16位来标⽰地址，则该计算机系统中有（65536）个地址空间。
指令流通常是（主存流向控制器）CPU内通⽤寄存器的位数取决于（机器字长）。
课后题什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。
计算机硬件：指计算机中的电⼦线路和物理装置。
计算机软件：计算机运⾏所需的程序及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺⼀不可，因此同样重要。
解释下列概念：主机、 CPU 、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
第1章 计算机系统概论-计算机组成原理-刘超-清华大学出版社
第二节 计算机的结构原理
一 计算机的工作原理
1 计算模型及其基本内容 计算模型是完成计算任务所必需遵循的基于形式化 描述的基本规则。工作单元(对计算机来说即是指令)之 间存在处理次序与数据依赖等两种关联性，用于控制处 理次序的工作驱动与数据依赖机制的数据传递是计算模 型的基本内容。工作驱动方式是计算模型的核心。
第二节 计算机的结构原理
一 计算机的工作原理
3 计算机工作过程 程序控制计算机完成计算任务过程可分为人工编制 程序和机器运行程序两个阶段。
存储器存储单 元地址
00000000 00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 00000110 00000111 00001000 00001001 00001010 00001011 00001100 00001101 00001110 00001111 00010000
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
2 冯.诺依曼体系结构及其演变
输入设备
辅助存储器 存储 系统
主存储器
输出设备 外设
运算器
控制器
具有存储层次计算机的体系结构框架
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
2 冯.诺依曼体系结构及其演变
主存 储器
主机 CPU
算术逻辑运算 单元ALU
第二节 计算机的结构原理
二 冯.诺依曼计算机的体系结构
1 计算机体系结构及其范畴 计算机体系结构的一般定义是：机器语言程序员所 必须了解的计算机概念性结构和功能特性。 计算机体系结构作为一门学科，其研究内容主要有 两个方面：一是软件与硬件功能分配；二是如何最佳最 合理地实分配给硬件的功能。 计算机体系结构(或属性)的范畴有：数据表示、指 令系统、寻址方式、寄存器组织、存储组织、中断机构、 机器状态、输入输出结构、信息保护等。
计算机组成原理(白中英)
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
系统结构
RAID4
I/O系统
❖ 专用奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉的方式存于各盘， 奇偶校验信息存在一台专用盘上
数据块
校验码 产生器
A0
A1
A2
A3
B0
B1
B2
B3
C0
C1
C2
C3
D0
D1
D2
D3
A校验码 B校验码 C校验码 D校验码
❖ 只写一次光盘
只写一次光盘（Write Once Only）：可以由用户写入 信息，不过只能写一次，写入后不能修改，可以多次读 出，相当于PROM。在盘片上留有空白区，可以把要修 改和重写的的数据追记在空白区内。
❖ 可檫写式光盘
可檫写式光盘（Rewriteable）：利用磁光效应存取信 息，采纳特殊的磁性薄膜作记录介质，用激光束来记录、 再现和删除信息，又称为磁光盘，类似于磁盘，可以重 复读写。
RAID6
I/O系统
❖ 双维奇偶校验独立存取盘阵列
❖ 数据以块（块大小可变）交叉方式存于各盘， 检、纠错信息均匀分布在全部磁盘上
系统结构
A0 A1 A2
3校验码 D校验码
B0 B1
2校验码 C校验码
B2
C0
1校验码 B校验码
C1 C2
0校验码 A校验码
D1 D2 D3
校验码 产生器
7.7 光盘存储设备
– 正脉冲电流表示“1”，负脉冲电流表示“0”； – 不论记录“0”或“1”，在记录下一信息前，记录电流
恢复到零电流 – 简洁易行，记录密度低，改写磁层上的记录比较困难，
计算机组成原理知识点汇总
计算机组成原理知识点汇总本文将计算机组成原理的知识点做了系统的整理，方便大家系统学习。
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计算机体系结构一、发展历史1.1946 ENIAC2.冯诺依曼EDVAC1)计算机思想：二进制存储控制2)计算机组成控制器运算器存储器输入输出3)时间轴a)代际划分第一代计算机1946-1957 电子管第二代计算机1958-1964 晶体管第三代计算机1965-1972 中、小规模集成电路第四代计算机1972~至今超大规模集成电路b)我国计算机发展2009研发出天河一号2010天河一号A 成为最快计算机2017神威太湖一号位于榜首4)辅助技术：CADCAMCAECAICIMS二、相关计算1.容量单位1B=8 bit1KB = 2^10 B= 1024 BTB PB EB ZB YB BB NB DB2.进制转换1)二进制、八进制、十进制、十六进制2)换算方法：统一换算成十进制，在转换为其他进制十进制转换为二进制十进制除以2 保留余数倒数3)各个进制的小数点转换：当前位数的值*（1/(进制^位数)）3.二进制码表示1)原码：表示范围-2^(n-1)-1 ~ 2^(n-1)-1如8位的就是-127~1272)反码：正数的反码等于补码负数的反码等于除符号位以外取反3)补码：正数的补码=反码负数的补码=反码+1表示范围-2^(n-1) ~ 2^(n-1)-1如8位的就是-128~127 -128的补码是1000000 人为规定4)移码补码的符号位取反5)特性00的补码、移码相同6)运算原码运算反码运算补码运算4.校验码1)奇偶校验码：根据1的位数1位数为奇数则是奇数校验码2)循环冗余CRC：多项式模2除法只能检错不能纠错3)海明校验码：有纠错功能5.ASCII编码1)汉字编码6.浮点数表示三、中央处理器CPU1.组成结构1)运算器a)作用：完成算术和逻辑运算，实现数据加工与处理b)组成：i.算术与逻辑计算单元ALUii.累加器AC（为ALU提供工作区，暂存ALU的操作数或运算结果）iii.状态字寄存器PSW：表征当前运算的状态及程序的工作方式一个保存各种状态条件标志的寄存器保存中断和系统工作状态等信息iv.寄存器组v.多路转换器2)控制器a)作用：取指令分析指令执行指令b)指令的组成指令码操作码c)内部寄存器i.程序计数器PC保存下一条指令的地址ii.指令寄存器IR保存当前执行的指令地址iii.指令译码器对IR中的指令的操作码进行译码iv.关系从PC中取出指令地址，送入IR，由译码器译码以后执行3)寄存器组a)数据寄存器DRi.暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字ii.作用作为CPU与外部存储设备的中转站弥补CPU与外部存储设备的速度差异b)地址寄存器AR用来保存当前CPU访问的主存的地址，直到主存信息读取完毕4)内部总线2.指令系统1)周期a)时钟周期：振荡周期计算机中最小、最基本的时间单位，一个时钟周期内，CPU只完成一个基本动作b)机器周期：完成一项基本操作的时间c)指令周期：完成一条指令需要的时间2)周期关系一条指令周期包含若干机器周期，一个机器周期包含若干时钟周期指令周期>机器周期>时钟周期3)流水线技术Pipeline程序执行时多条指令重叠进行操作的一种准并行处理实现技术4)指令集a)复杂指令集CISCi.指令系统复杂，指令数目多ii.设有专用寄存器iii.指令字长不固定，指令格式多，寻址方式多iv.可访存指令不受限制v.各种指令的执行时间差大vi.采用微程序控制器vii.难以用优化编译生成高效的目标代码b)精简指令集RISCi.选取使用频度较高的简单指令以及很有用但不复杂的指令ii.指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少iii.只有取数、存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器中完成iv.CPU 中有多个通用寄存器v.采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成vi.控制器采用组合逻辑控制为主vii.采用优化编译技术3.寻址方式1)数据寻址a)立即寻址：操作数包含在指令中b)直接寻址：操作数位于内存中，指令中直接给出操作数的内存地址c)间接寻址：操作数位于内存中，指令中给出操作数地址的地址d)寄存器寻址：操作数存放寄存器中，指令中给出存放操作数的寄存器名e)寄存器间接寻址：操作数存放在内存中，操作数的内存地址位于某个寄存器中f)变址寻址：指令给出的形式地址A 与编制寄存器Rx 的内容相加，形成操作数有效地址；应用广泛如一组连续存放在主存中的数据g)基址寻址基址寄存器Rb 的内容与形式地址A 相加，形成操作数有效地址；基址寻址和变址寻址在形成有效地址时所用的算法是相同的；变址寻址是面向用户的，用于访问字符串、向量和数组等成批数据；基址寻址用于逻辑地址和物理地址的变换，解决程序在主存中的再定位和扩大寻址空间h)相对寻址：基址寻址的一种变通，由程序计数器PC 提供基准地址i)隐含寻址：指令中不明显地给出操作数的地址，其操作数的地址隐含在操作码或某个寄存器中j)堆栈寻址2)指令寻址a)顺序寻址：程序计数器PC +1b)跳跃寻址：程序转移执行时的指令寻址方式，它通过转移类指令实现4.性能指标1)主频a)计算机的时钟频率b)时钟周期=1/主频c)单位是GHzd)时钟频率为1GHz，时钟信号周期等于1ns 时钟频率为2GHz，时钟周期为0.5ns2)字长8位32位64位3)MIPS：每秒处理百万级的机器语言指令数4)MFLOPS：每秒百万个浮点操作，反映浮点运算情况5)CPI：每条指令的时钟周期数6)平均无故障时间MTBF：Mean Time Between Failure多次相继失效之间的平均时间该指标和故障率衡量系统的可靠性7)平均修复时间MTTR：多次故障发生到系统修复后的平均时间间隔。
计算机组成原理课后答案
计算机组成原理课后答案习题解答第一章思考题与习题1．什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？计算机系统是指计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体。
硬件即指计算机的实体部分。
软件是由计算机运行所需的程序及相关文档硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要4．如何理解计算机组成和计算机体系结构？计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性，即概念性的结构与功能特性，通常是指用机器语言编程的程序员所看到的传统机器的属性，包括指令集、数据类型、存储器寻址技术、I/O 机理等等计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，它包含了许多对程序员来说是透明的硬件细节。
5．冯·诺依曼计算机的特点是什么？(1) 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成(2) 指令和数据以同等的地位存放于存储器内，并可以按地址寻访(3) 指令和数据均可以用二进制代码表示(4) 指令由操作码和地址码组成(5) 指令在存储器内按顺序存放。
(6) 机器以运算器为中心。
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。
硬件的主要技术指标：(1) 机器字长：指 CPU 一次能处理数据的位数，通常与 CPU 的寄存器位数有关(2) 存储容量：包括主存容量和辅存容量，存放二进制代码的总数＝存储单元个数×存储字长(3) 运算速度：主频、Gibson 法、MIPS 每秒执行百万条指令、CPI 执行一条指令所需时钟周期数、FLOPS 每秒浮点运算次数7．解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。
主机——是计算机硬件的主体部分，由CPU+MM（主存或内存）组成；CPU——中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；存储字长——存储器一次存取操作的最大位数；存储容量——存储器中可存二进制代码的总量；机器字长——CPU能同时处理的数据位数；等于处理器内部寄存器位数指令字长——一条指令包含的二进制代码位数；8．解释下列英文代号：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS。
计算机组成原理
2、总线规范
每个总线标准都有详细的规范说明，一般包括以下几个部分 1）机械性能规范：模板尺寸、插头、连接器的规格及位置 等。 2）功能规范：信号线的序号、名称及功能等。 3）电气特性的规范：信号线的电平种类、动态转换时间、 负载能力等。
五、总线的性能指标
评价总线性能的优劣 1、总线宽度：主要是指数据总线的数目。如4/8/16/32/64 直接影响总线的传输率（吞吐量） 2、标准传输率（总线带宽） 单位时间内总线上传输数据的位数。以MB/S表示。 例如：某总线工作频率为8.33MHZ，总线宽度为16位，则 标准传输率为 8.33M×2B/s=16.66MB/s 3、总线定时协议（握手机制） 数据传输采用何种时钟控制。分为同步、异步、半同步、 分离式几种 4、总线控制方式：如仲裁机制、自动配置等。 5、总线复用 两种不同时出现的信号共用一组物理线路，即分时使用同 一组总线，称为总线的多路分时复用。其目的在于减少芯 片的引脚数。 6、信号线数：总线所包含的全部信号线的总数。 7、其它指标：如负载能力、电源电压、能否扩展等。
第三章 系统总线
3.1 总线概述 3.2 常用的总线标准 3.3 总线结构
3.4 总线控制
3.1 总线概述
一、为什么要用总线
机内部件间互连方式：
早期：分散连接 以运算器为核心，内部连线复杂，尤其是当I/O 与存储器交换信息时，都需要经过运算器，严重影 响CPU的工作效率。
采用存储器为核心的分散连接结构，虽采用中断、 DMA等技术，仍无法解决I/0设备与主机之间连接的 灵活性。 目前：总线连接
MAR MDR 容量 10 8 1 K × 8位 16 32 64 K × 32位
1K = 210
2 b = 1 KB 1B = 23b 221b = 256 KB 80 GB
计算机组成原理 第1章 绪论
超级计算机——天河一号
运算速度 “天河一号”峰值运算速度为每秒4700 万亿次。做个换算对比：“天河一号”运 算1小时，相当于全国13亿人同时计算340 年以上的时间；“天河一号”运算1天， 相当于1台双核的高档桌面电脑运算620年 以上的时间。 存储容量 “天河一号”存储容量为两千万亿个字节。 做个换算对比：一个汉字平均为两个字节， “天河一号”可在线存储一千万亿个汉字， 相当于存储100万汉字的书籍10亿册。
电子数字计算机以离散量即数字量表示数据，应
用算术运算法则实现运算。 由于具有很强的逻辑判断功能、庞大的存储能力，以及 计算、模拟、分析问题、操作机器、处理事务等能力， 因而得到了极其广泛的应用。
电子计算机的诞生
• 第一台电子计算机ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer）于1946年在美国诞生。 ① 每秒5000次加法运算； ② 每秒50次乘法运算；
1.1.1 更新换代的计算机硬件
（1） 电子管时代（1946年－1959年） （2） 晶体管时代（1959年－1964年） （3） 中、小规模集成电路时代（1964年－1975年）
（4） 超、大规模集成电路时代（1975年－1990年）
（5） 超级规模集成电路时代（1990年－现在）
代
一 二 三
1.1.2 日臻完善的计算机软件
汇编语言阶段（20世纪50年代）
程序批处理阶段（20世纪60年代）
分时多用户阶段（20世纪70年代）
分布式管理阶段（20世纪80年代）
软件重用阶段（20世纪90年代）
Web服务阶段（21世纪初期－现在）
第一章 计算机系统概述(二)
计算机软件一般分为两大类：一类叫系统软件,一类叫应用软件。
★系统软件
系统软件用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能，其目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能。
系统软件包括以下四类:
1、操作系统
操作系统是管理计算机资源（如处理器、内存、外部设备和各种编译、应用程序）和自动调度用户的作业程序，使多个用户能有效地共用一套计算机系统的软件。操作系统的出现，使计算机的使用效率成倍的提高，并且为用户提供了方便的使用手段和令人满意的服务质量。概括起来，操作系统具有三大功能：管理计算机硬、软件资源，使之有效应用；组织协调计算机的运行，以增强系统的处理能力；提供人机接口，为用户提供方便。
图1-5存储器组成框图
存储器组成框图演示
存储器所有存储元的总数称为存储器的存储容量，通常用单位KB，MB（1B＝1个字节＝8位二进制代码）来表示。存储容量越大，表示计算机记忆储存的信息就越多。
半导体存储器的存储容量有限，计算机中又配备了存储容量更大的磁盘存储器和光盘存储器，称为外存储器。相对而言，半导体存储器称为内存储器，简称内存。
累加器A是特殊的寄存器，它既能接受来自总线的二进制信息作为参加运算的一个操作数，向算术逻辑单元ALU输送，又能存储由ALU运算的中间结果和最后结果。算术逻辑单元由加法器及控制门等逻辑电路组成，以完成A和B中的数据的各种算术与逻辑运算。
运算器一次运算二进制数的位数，称为字长。它是计算机的重要性能指标。常用的计算机字长有8位、16位、32位及64位。寄存器、累加器的长度应与ALU的字长相等。
3、语言处理程序
常用的语言处理程序有汇编程序、编译程序和解释程序等。
计算机组成原理(2020年10月整理).pdf
计算机组成原理三、名词解释1.计算机系统：由硬件和软件两大部分组成，有多种层次结构。
2.主机：CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。
3.主存：用于存放正在访问的信息4.辅存：用于存放暂时不用的信息。
5.高速缓存：用于存放正在访问信息的付本。
6.中央处理器：是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
7.硬件：是指计算机实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成。
软件：指看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。
8.系统软件：又称系统程序，主要用来管理整个计算机系统，监视服务，使系统资源得到合理调度，高效运行。
应用软件：又称应用程序，它是用户根据任务需要所编制的各种程序。
9.源程序：通常由用户用各种编程语言编写的程序。
目的程序：由计算机将其翻译机器能识别的机器语言程序。
10.总线：是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
11.系统总线：是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。
通信总线：是指用于计算机系统之间或者计算机系统与其他系统（如控制仪表、移动通信）之间的通信的线路。
按传送方式分并行和串行。
串行通信是指数据在单条1位宽的传输线上，一位一位的按顺序分时传送。
并行通信是指数据在多条并行1位宽的传输线上，同时由源传送到目的地。
12.带宽：单位时间内可以传送的最大的信息量。
13.机器字长：是指CPU一次并行处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
14.主存容量：是指主存中存放二进制代码的总位数。
15.机器数：符号位数字化，0代表正数，1代表负数。
16.定点数：小数点固定在某一位位置的数。
17.浮点数：小数点的位置可以浮动的数。
18.补码：带符号数据表示方法之一，正数的反码和原码相同，负数的反码是将二进制按位取反后在最低位再加1.19.溢出：在计算机中，超出机器字长，发生错误的结果。
20.非编码键盘：采用软件判断键是否按下及设键、译键、计算键值的方法的键盘。
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计算机组成原理目录目录如下：第1篇概论第1章计算机系统概论1.1 计算机系统简介1.1.1 计算机的软硬件概念1.1.2 计算机系统的层次结构1.1.3 计算机组成和计算机体系结构1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点1.2.2 计算机的硬件框图1.2.3 计算机的工作步骤1.3 计算机硬件的主要技术指标1.3.1 机器字长1.3.2 存储容量1.3.3 运算速度1.4 本书结构思考题与习题第2章计算机的发展及应用2.1 计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展2.1.2 微型计算机的出现和发展2.1.3 软件技术的兴起和发展2.2 计算机的应用2.2.1 科学计算和数据处理2.2.2 工业控制和实时控制2.2.3 网络技术的应用2.2.4 虚拟现实2.2.5 办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/CAM/CIMS2.2.7 多媒体技术2.2.8 人工智能2.3 计算机的展望思考题与习题第2篇计算机系统的硬件结构第3章系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.2.1 片内总线3.2.2 系统总线3.2.3 通信总线3.3 总线特性及性能指标3.3.1 总线特性3.3.2 总线性能指标3.3.3 总线标准3.4 总线结构3.4.1 单总线结构3.4.2 多总线结构3.4.3 总线结构举例3.5 总线控制3.5.1 总线判优控制3.5.2 总线通信控制思考题与习题第4章存储器4.1 概述4.1.2 存储器的层次结构4.2 主存储器4.2.1 概述4.2.2 半导体存储芯片简介4.2.3 随机存取存储器4.2.4 只读存储器4.2.5 存储器与CPU的连接4.2.6 存储器的校验4.2.7 提高访存速度的措施4.3 高速缓冲存储器4.3.1 概述4.3.2 Cache—主存地址映射4.3.3 替换策略4.4.1 概述4.4.2 磁记录原理和记录方式4.4.3 硬磁盘存储器4.4.4 软磁盘存储器4.4.5 磁带存储器4.4.6 循环冗余校验码4.4.7 光盘存储器思考题与习题附录4A 相联存储器第5章输入输出系统5.1 概述5.1.1 输入输出系统的发展概况5.1.2 输入输出系统的组成5.1.3 I/O设备与主机的联系方式5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式5.2 I/O设备5.2.1 概述5.2.2 输入设备5.2.3 输出设备5.2.4 其他I/O设备5.2.5 多媒体技术5.3 I/O接口5.3.1 概述5.3.2 接口的功能和组成5.3.3 接口类型5.4 程序查询方式5.4.1 程序查询流程5.4.2 程序查询方式的接口电路5.5 程序中断方式5.5.1 中断的概念5.5.2 I/O中断的产生5.5.3 程序中断方式的接口电路5.5.4 I/O中断处理过程5.5.5 中断服务程序的流程5.6 DMA方式5.6.1 DMA方式的特点5.6.2 DMA接口的功能和组成5.6.3 DMA的工作过程5.6.4 DMA接口的类型思考题与习题附录5A ASCⅡ码附录5B BCD码附录5C 奇偶校检码第3篇中央处理器第6章计算机的运算方法6.1 无符号数和有符号数6.1.1 无符号数6.1.2 有符号数6.2 数的定点表示和浮点表示6.2.1 定点表示6.2.2 浮点表示6.2.3 定点数和浮点数的比较6.2.4 举例6.2.5 IEEE754标准6.3 定点运算6.3.1 移位运算6.3.2 加法与减法运算6.3.3 乘法运算6.3.4 除法运算6.4 浮点四则运算6.4.1 浮点加减运算6.4.2 浮点乘除法运算6.4.3 浮点运算所需的硬件配置6.5 算术逻辑单元6.5.1 ALU电路6.5.2 快速进位链思考题与习题附录6A 各种进位制6A.1 各种进位制的对应关系6A.2 各种进位制的转换附录6B 阵列乘法器和阵列除法器附录6C 74181逻辑电路第7章指令系统7.1 机器指令7.1.1 指令的一般格式7.1.2 指令字长7.2 操作数类型和操作类型7.2.1 操作数类型7.2.2 数据在存储器中的存放方式7.2.3 操作类型7.3 寻址方式7.3.1 指令寻址7.3.2 数据寻址7.4 指令格式举例7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素7.4.2 指令格式举例7.4.3 指令格式设计举例7.5 RISC技术7.5.1 RISC的产生和发展7.5.2 RISC的主要特征7.5.3 RISC和CISC的比较思考题与习题第8章 CPU的结构和功能8.1 CPU的结构8.1.1 CPU的功能8.1.2 CPU结构框图8.1.3 CPU的寄存器8.1.4 控制单元和中断系统8.2 指令周期8.2.1 指令周期的基本概念8.2.2 指令周期的数据流8.3 指令流水8.3.1 指令流水原理8.3.2 影响流水线性能的因素8.3.3 流水线性能8.3.4 流水线中的多发技术8.3.5 流水线结构8.4 中断系统8.4.1 概述8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找8.4.4 中断响应8.4.5 保护现场和恢复现场8.4.6 中断屏蔽技术思考题与习题第4篇控制单元第9章控制单元的功能9.1 微操作命令的分析9.1.1 取指周期9.1.2 间址周期9.1.3 执行周期9.1.4 中断周期9.2 控制单元的功能9.2.1 控制单元的外特性9.2.2 控制信号举例9.2.3 多级时序系统9.2.4 控制方式9.2.5 多级时序系统实例分析思考题与习题第10章控制单元的设计10.1 组合逻辑设计10.1.1 组合逻辑控制单元框图10.1.2 微操作的节拍安排10.1.3 组合逻辑设计步骤10.2 微程序设计10.2.1 微程序设计思想的产生10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理10.2.3 微指令的编码方式10.2.4 微指令序列地址的形成10.2.5 微指令格式10.2.6 静态微程序设计和动态微程序程序设计10.2.7 毫微程序设计10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制10.2.9 微程序设计举例思考题与习题附录10A PC整机介绍10A.1 主板10A.1.1 主板的主要组成部件10A.1.2 CPU芯片及插座(插槽)10A.1.3 内存条插槽10A.1.4 扩展插10A.1.5 配套芯片和器件10A.1.6 主板结构的改进10A.2 芯片组10A.2.1 芯片组的功能10A.2.2 芯片组的组成《计算机组成原理》是2008年1月1日高等教育出版社出版的图书，作者是唐朔飞。
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[模拟] 计算机组成原理与系统结构选择题第1题：关于计算机体系结构及其分类，有下述说法：①Flynn分类法根据指令流和数据流的多倍性对计算机体系结构进行分类。
②除了Flynn分类法之外，冯泽云还提出用最大并行度对计算机体系结构进行分类。
③计算机系统结构所解决的问题是计算机系统总体上、功能上需要解决的问题，而计算机组成要解决的是逻辑上如何具体实现的问题。
④所有计算机系统都基于冯·诺依曼结构。
其中，正确的说法有______。
A.①②③B.②③④C.①②③④D.①②④参考答案：A计算机系统结构所解决的问题是计算机系统总体上、功能上需要解决的问题，而计算机组成要解决的是逻辑上如何具体实现的问题。
例如，指令系统的确定属于计算机体系结构范畴，而指令的具体实现则属于计算机组成范畴，主存容量及编址方式的确定属于计算机体系结构范畴，而如何构成主存则属于计算机组成范畴。
有许多方法对计算机系统结构进行了分类，除了Flynn分类法之外，还有其它的分类方法，例如，冯泽云提出用最大并行度对计算机体系结构进行分类。
另外，可按照程序流程机制将计算机体系结构分为以下三类： (1)控制流计算机。
这是通常见到的计算机，使用程序计数器(PC)来确定下一条指令的地址。
指令程序流由程序员直接控制，其主存是共享的，存储区可以被多指令修改，容易产生数据相关性，对并行性不利。
(2)数据流计算机。
在冯·诺依曼体系中是指令流驱动的，而数据流则是处于被动地位的，这看起来合理，但在某些时候也不尽然。
相对的是数据流驱动，即一旦数据准备好，则立即开始执行相关的指令，非冯·诺依曼体系仍然在探索中，但对冯·诺依曼体系的改良也有相当好的成果，即流水线技术和并行计算机。
在数据流计算机中，数据不在共享的存储器中，而是在指令间传送，成为令牌。
当需要使用该数据的指令收到令牌，开始执行之后，该令牌即消失，执行的指令将执行的结果数据当做新的令牌发送。
这种方式不再需要程序计数器、共享的存储器，但是需要甩于检测数据可用性的专门部件，建立、识别、处理数据令牌标记，需要时间和空间开销。
在其他一些方面，数据流计算机还有一些困难需要克服。
在数据流计算机中由于没有程序计数器，使得程序的调试和诊断变得困难；没有共享的存储器，也就无法控制其分配，无法支持数组、递归等操作。
(3)归约机(Reductions Machine)。
归约机又称为需求驱动，是由对一个操作结果的需求而启动的。
归约机采用一种“惰性计算”的方式，操作只在另一条指令需要这个操作的结果时才执行。
比如在计算5+(6×2-10)时，归约机并非先去计算6×2，而是先计算整个算式，碰到(6×2-10)再启动一个过程去计算它，最后需要计算6×2，计算后一层层退回，得到整个算术的值。
由于需求驱动可减少那些不必要的求值操作，因而可以提高系统效率。
归约机是一种面向函数式的语言，或以函数式语言为机器语言的机器，要有函数定义存储器和表达式存储；操作和数据合并存储。
需要大容量物理存储器并采用大虚拟存储容量的虚拟存储器，来满足对动态存储分配和大容量的存储空问的需求。
综上所述，可知④是错误的，其它的都正确。
第2题：在中断响应过程中，CPU保护程序计数器的主要目的是______。
A.使CPU能找到中断服务程序的入口地址B.为了实现中断嵌套C.为了使CPU在执行完中断服务程序时能回到被中断程序的断点处D.为了使CPU与I/O设备并行工作参考答案：C中断响应过程大致如下：CPU收到中断请求信号后，如果CPU内部的中断允许触发器为1，则在当前指令执行完后，响应中断。
保护好被中断的主程序的断点及现场信息，根据中断类型码从中断向量表中找到对应的中断服务程序的入口地址，从而进入中断服务程序。
中断服务程序执行完毕后，CPU返回断点处继续执行刚才被中断的程序。
为了能返回断点处继续执行刚才被中断的程序，CPU需具有程序计数器。
程序计数器保存了断点处的地址，只要知道这个地址就可以返回了。
第3题：程序计数器属于CPU的______部件。
A.运算器B.控制器C.存储器D.I/O接口参考答案：BCPU中，保存当前正在执行的指令的寄存器是(1) 。
保存指令执行结果的寄存器是(2) 。
第4题：A.程序计数器B.标志寄存器(PSW)C.堆栈指示器D.指令寄存器参考答案：D第5题：A.程序计数器B.标志寄存器(PSW)C.堆栈指示器D.指令寄存器参考答案：B第6题：计算机指令系统中采用不同寻址方式可以提高编程灵活性，立即寻址是指______。
A.操作数包含在指令中B.操作数的地址包含在指令中C.操作数在地址计数器中D.操作数在寄存器中参考答案：A立即寻址方式中，操作数就包含在指令中。
例如，指令ADD AX，200，该指令的功能就是将寄存器AX中的内容和立即数200相加，并将结果存入AX。
指令中的立即数200是一个操作数，采用立即寻址方式取得该操作数。
计算机指令系统中采用不同寻址方式的主要目的是(1) 。
在下列寻址方式中取得操作数速度最慢的是(2) 。
第7题：A.可直接访问内存或外存B.提供扩展操作码并降低指令译码难度C.简化汇编指令的设计D.缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性参考答案：D第8题：A.相对寻址B.基址寻址C.寄存器间接寻址D.存储器间接寻址参考答案：D中央处理器是不能直接访问外存的，所以A错误。
多种寻址方式会使汇编指令变得复杂，译码难度增加，所以第(1)空的选项B、C错误。
常用的寻址方式有以下几种：隐含寻址：在指令中并不直接给出操作数的地址，而是隐含着操作数的地址。
例如，ADD B，表示另一个操作数的地址隐含为累加器AC。
立即寻址：操作数在指令中。
例如，“ADD B，3”中的3为立即数。
直接寻址：操作数地址在指令中。
间接寻址：间接寻址是相对于直接寻址而言的，在间接寻址的情况下，指令地址字段中的形式地址D不是操作数的有效地址，而是操作数地址的地址。
寄存器寻址方式：操作数不放在内存中，而是放在CPU的通用寄存器中。
寄存器间接寻址方式：指令中的寄存器内容不是操作数，而是操作数的地址，该地址指明的操作数应在内存中。
相对寻址：以程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址D来形成操作数的有效地址，即有效地址为E=(PC)±D。
基址寻址方式：以基址寄存器的内容加上指令格式中的形式地址来形成操作数的有效地址，即E=(R)变址±D。
变址寻址方式：以变址寄存器的内容与偏移量D相加来形成操作数的有效地址，即E=(R)基址±D。
复合寻址方式：多种寻址方式的组合，主要有相对间接寻址、间接相对寻址、变址间接寻址、间接变址寻址。
本题中，相对寻址、基址寻址和寄存器间接寻址都是在寄存器中寻找目标地址，而存储器间接寻址则需要多次访问速度较慢的内存，才能找到目标地址。
第9题：对8位补码操作数A5H进行2次算术右移的结果为______(不必转换成十进制数)。
A.D2HB.52HC.E9HD.69H参考答案：C先将A5H转换成二进制数为1010 0101 B，算术右移一位变为1101 0010 B，再算术右移一位变为1110 1001 B，化为十六进制数为E9H。
第10题：某系统总线的一个总线周期包含3个时钟周期，每个总线周期中可以传送32位数据。
若总线的时钟频率为33MHz，则总线带宽为______。
A.132Mb/sB.33Mb/sC.44Mb/sD.396Mb/s参考答案：C总线带宽=(总线频率/总线周期包含的时钟周期数)×(数据量/总线周期)，由于总线的频率为33MHz，即33 000 000Hz，有总线频率/总线周期包含的时钟周期数=11 000 000个总线周期，则总线带宽为11 000 000×32/8=44Mb/s。
第11题：参考答案：BAmdahl定律用加速比来衡量系统采用的改进措施对系统性能提高的程度。
加速比定义为T0/Tn，其中T0为改进前所需的执行时间，Tn为改进后所需的执行时间，注意不要搞反了。
第12题：两次故障之间的间隔时间的平均值称为______。
A.可靠性B.MTRFC.MTBFD.MIPS参考答案：CMTBF(Mean Time Between Failure)指两次故障之间的间隔时间的平均值，也称为平均无故障时间。
第13题：A.0.9801B.0.951C.0.9D.0.99参考答案：A计算机执行程序所需的时间P，可用P=I×CPI×T来估计，其中I是程序经编译后的机器指令数，CPI是执行每条指令所需的平均机器周期数，T为每个机器周期的时间。
RISC计算机采用(1) 来提高机器的速度。
它的指令系统具有(2) 的特点。
指令控制部件的构建，(3) 。
RISC机器又通过采用(4) 来加快处理器的数据处理速度。
RISC的指令集使编译优化工作(5) 。
第14题：A.虽增加CPI，但更减少TB.虽增加CPI，但更减少TC.虽增加T，但更减少CPID.虽增加I，但更减少CPI参考答案：D第15题：A.指令种类少B.指令种类多C.指令寻址方式多D.指令功能复杂参考答案：A第16题：A.CISC更适于采用硬布线控制逻辑，而RISC更适于采用微程序控制B.CISC更适于采用微程序控制，而RISC更适于采用硬布线控制逻辑C.CISC和RISC都采用微程序控制D.CISC和RISC都只采用硬布线控制逻辑参考答案：B第17题：A.多寻址方式B.大容量内存C.大量的寄存器D.更宽的数据总线参考答案：C第18题：A.更简单B.更复杂C.不需要D.不可能参考答案：B精简指令计算机的指令种类减少，格式简单固定，采用硬件布线的控制逻辑，使用大量的寄存器，所以编译后的机器指令要比复杂指令计算机的指令数增加，但是每个指令的执行需要的机器周期减小了。
从编译器的角度而言，需要解决的问题的复杂性并没有降低，而指令系统的复杂度降低了，实际上是把复杂性留给了编译系统。
第19题：中断向量是指______。
A.中断断点的地址B.中断向量表起始地址C.中断处理程序人口地址D.中断返回地址参考答案：C中断向量法是一种识别中断源的方法，它在主存的固定区域中开辟一个专用的中断向量区，用硬件排队和编码器在所有请求中断服务的中断源中产生具有最高优先级的中断源编号，直接通过硬件转向这个中断源的中断服务程序入口。
该方法不需要进入公共的中断服务程序，从而能够实现向中断源服务程序入口地址的最快转移。
可见，中断向量其实是指中断处理程序入口地址。
第20题：A.2B.3C.4D.5参考答案：B某数值编码为FFH，若它所表示的真值为-127，则它是用(1) 表示的；若它所表示的真值为-1，则它是用(2) 表示的。