计算机组成原理期末考试重点(整理供参考)

期末考试重点

题型

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选择题 填空题 判断题 简答题 应用题

选择、填空与判断

? 计算机的组成和软件的分类

? 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成；

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? 机器语言、汇编语言、高级语言的特点 ? 机器语言

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特点：

1.从形式上表现为由0、1序列组成的指令系统 2.机器语言不需要经过任何翻译工作，执行效率高 3.难记忆，难理解，难开发，难调试，易出错 4.不同型号CPU的指令集有较大差异，对应的机器指令也不同， 但同一系列的CPU指令集有向上兼容性，如：Intel80386指令集就包含了8086的指令集 ? 汇编语言

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优点：可读性较好，便于检查和修改错误 缺点：

1. 基本操作简单，描述问题的能力差，编写程序工作量大，源程序较长。 2. 编写的程序与问题的描述相差甚远，可读性仍不好。 3. 依赖于计算机的硬件结构和指令系统，可移植性差 高级语言

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优点

1. 与计算机的硬件结构和指令系统无关 2. 表达方式比较接近自然语言 3. 描述问题的能力强

4. 可读性、通用性和可维护性好

5. 与机器的字长、寄存器、内存单元地址等无关 缺点

1. 高级语言必须翻译成机器语言才能执行，由于编译过程复杂死板，翻译出来的机器语言冗长，占内存大，速度慢；

2. 高级语言不能编写访问机器硬件资源的系统软件或设备控制软件。 解决第二个缺点的方法：提供高级语言与汇编语言的调用接口 原码定点整数、补码定点整数的表示范围 原码

真值0的原码表示有两种：[+0]原=00…0，[-0]原=10…0 设机器字长为n+1位，则

原码定点正整数的表示范围为00…0—01…1，即0 — 2n-1， 原码定点负整数的表示范围为10…0—11…1，即-0 — -(2n-1)， 原码定点整数的表示范围： -(2n-1) — 2n-1 反码

正数的反码与原码相同

负数的原码符号位不动，其余位取相反码

0的反码表示有两种：[+0]反=00…0，[-0]反=11…1

定点整数的反码表示范围与原码相同： -(2n-1) — 2n-1 补码

2.(1)正数的补码与原码一样； (2)负数的补码:

将原码符号位保持“1”之后，

尾数部分自低位向高位数，第一个1以及之前的0保持不变，以后的各高位按位变反。

由补码求原码的方法：补码再求补

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 补码的符号位是数值的一部分，可直接参与运算 0的补码表示有一种：[+0]补=00…0

补码的定点整数的表示范围：-2n — 2n-1 四种基本逻辑运算：与、或、非、异或SB 进位计数制之间的的转换（实数）SB

3.1 将十进制数73.5转换成二进制数和八进制数 3.1 答：73.5=(1001001.1)2=(111.4)8 3.2 把（22.2）8转换成十进制数 3.2 答：（22.2）8=2×81+2×80+2×8-1=18.25

1．将十进制数0.45转换为四进制数，小数取4位 1、(0.1303)4

计算机的存储系统（出现的原因、结构）

存储器——计算机的一种具有记忆功能的部件，用来存放程序、数据、符号等信息。具有写入，读出和保存数据三大功能。 主存储器处于全机中心地位 输入输出系统的组成

输入输出系统包括外部设备（输入输出设备和辅助存储器）及其与主机（CPU和主存储器）之间的控制部件。

后者称之为设备控制器，有时也称为设备适配器或接口，其作用是控制并实现主机与外部设备之间的数据传送。 输入/输出接口的功能

实现主机和外围设备之间的数据传送控制。

实现数据缓冲，以达到主机同外围设备之间的速度匹配。

接收主机的命令，提供设备接口的状态，并按照主机的命令控制设备。 cache的地址映像方式

基本映像方式：直接映像、全相联映像和组相联映像 段式、页式、段页式虚拟存储器的虚实地址转换 （太多了，自己看） PPT 05存储系统 46~55页

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指令系统的概念，指令的格式、分类 计算机指令系统——全部机器指令的集合 硬件设计的核心

建立在一组微操作指令上

指令：计算机执行某种操作的命令。 从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令。微指令是微程序级的命令，它属于硬件；宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；而机器指令则介于微指令与宏指令之间。 ? 指令系统：一台计算机所有的指令的集合。 ? 指令系统的规模决定了机器规模的大小，指令系统是进行计算机逻辑设

计和编制程序的基本依据。它直接说明了这台计算机的功能。一般来说不同类型CPU的指令系统是不能混用与兼容的，但同一系列的CPU一般升级后指令都有扩充，并可兼容。

算术逻辑运算指令

加、减、比较、求补、乘除运算（定点数运算） 与、或、非、异或操作 位操作

移位操作指令

分为算术移位、逻辑移位和循环移位三种 ? 微指令的概念

? 在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指

令。

? CPU的性能影响因素

? 计算机CPU中，控制器的控制方式

? 控制存储器容量的计算

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运算器的组成 运算器

完成二进制编码的算术或逻辑运算的部件。 组成：

累加器（用符号LA） 通用寄存器（用符号LB）

算术逻辑单元（用符号ALU） 控制器的组成

? 中断的分类

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 按照中断源的位置不同，中断分为：

外中断——由各种输入输出设备、一些接口卡等引起的中断 内中断——由处理机硬件故障、程序运行出错等引起的中断 按照中断的产生部件不同，中断分为：

硬件中断——由硬件设备或功能部件产生的中断

软件中断——由写在程序中的语句（例如用户程序中的系统调用指令等）引起的一段程序的执行过程

从CPU要不要接收中断请求、从能不能限制某些中断发生的角度，中断分为： 可屏蔽中断——可以被CPU通过指令限制其发出中断请求的中断 不可屏蔽中断——不允许执行屏蔽中断的终端，如电源掉电 总线的基本特性

总线（bus）是计算机中多个功能部件之间相互连接、竞争使用的公用通路。

总线的作用：连接计算机的不同部件和设备，使计算机的各个功能部件成为一个统一的整体。 总线的基本特性 共享

多个部件连接在同一组总线上，各部件之间相互交换的信息都可以通过这组总线传送。 分时

指同一时刻总线只能在一对部件之间传送信息。

主设备：能主动申请总线使用权并启动数据传输过程的部件，如CPU 从设备：只能被动等待主设备的启动命令，如主存。 单机系统中的单总线、双总线和三总线结构的构成

优点是什么？

结构简单，成本低，易于接入新的设备 缺点是什么？

不利于提高数据传输率，串行完成不同的数据传输

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DMA的工作方式 （1）DMA概述

基本思想——在外围设备和主存之间开辟直接的数据传送通路 工作过程

正常工作时，所有工作周期都执行CPU的程序。

当外设完成输入输出数据的准备工作后，占用总线一个工作周期和主存直接交换数据。由DMA控制器完成。

? 这个周期过后，CPU又继续控制总线，执行原程序。 ? 如此重复，直到整个数据块的数据传送完毕。

? 常见的输入输出设备

? 指令周期、机器周期、时钟周期的关系

? 指令周期是完成一条指令所需的时间，包括取指令、分析指令和执行指令所需的全

部时间。

? 指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段所需的时间称为机器周期，又称CPU周

期或基本周期，通常等于取指时间

? 时钟周期（也称为时钟脉冲、T周期、主振周期、主频周期）是时钟频率（主频）

的倒数

? 一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期由若干个时钟周期组成。

简答题和应用题

? 计算机硬件系统基本组成部件及相互间的关系。

? 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5部分组成；

? 立即寻址，直接寻址，间接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，相对寻址，要求

掌握以上寻址方式中有效地址的计算，能够根据有效地址找到操作数，以上寻址方式的特点

? 易失性存储器有哪些？非易失性存储器有哪些？各自的特点

? 基于所给正数或负数，求其原码、反码、补码。由机器码能求真值 ? 3.4 写出下列各二进制数的原码、补码和反码 ? 0.1010，0，-0，-0.1010，0.1111，-0.0100

真值 0.1010 0 -0 -0.1010 0.1111 -0.0100 原码 0.1010 0.0000 1.0000 1.1010 0.1111 1.0100 反码 0.1010 0.0000 1.1111 1.0101 0.1111 1.1011 补码 0.1010 0.0000 0.0000 1.0110 0.1111 1.1100

? 3.6 已知[x]补为下述各值，求x

? 0.1110，1.1100，0.0001，1.1111，1.0001

补码 0.1110 1.1100 0.0001 1.1111 1.0001 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

原码 0.1110 1.0100 0.0001 1.0001 1.1111 真值 0.1110 -0.0100 0.0001 -0.0001 -0.1111 3.9 设机器字长16位。定点表示时，数值15位，符号位1位。试求： （1）定点原码整数表示时，最大正数，最小负数各是多少？ （2）定点原码小数表示时，最大正数，最小负数各是多少？ 答：（1）最大正数是：0111111111111111，215-1 最小负数是：1111111111111111，-（ 215-1 ） （2）最大正数是：0111111111111111，1-2-15 最小负数是：1111111111111111，-（ 1-2-15） 3.29 如果采用偶校验，下述两个数据的校验位的值是多少？ （1）0101010 （2）0011011 答： （1）1，（2）0

3.33 现有4位二进制数，请回答：

（1）若是无符号数，能表示的数据个数是多少？

（2）若内有1位符号位，则用原码、补码、反码表示时，能表示的数据个数各是多少？ 答：（1）16个

（2）各是15、16、15 补码加减法的溢出判别 采用变形补码判断

将符号位扩充为两位，称为变形补码 00 结果为正，无溢出 01 结果正溢出 10 结果负溢出

11 结果为负，无溢出

1.假设机器字长5位，最高位是符号位，用补码计算下列各组数的和，并判断是否产生溢出，若溢出，请说明原因。 （1）12+8 （2）-4+6 解：（1）01100+01000=10100 溢出，因为两个同号数相加得到的结果的符号位与

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两个加数的符号位不同，所以产生溢出。 （2）11100+00110=00010 不溢出 根据给定多项式，求CRC码

2.设一个七位CRC码（循环冗余校验码），其中信息位4位，校验位3位，生成多项式为1011，则信息0110的CRC校验码是多少。（要求计算过程） 解：0110000与1011做模2除，得到余数码001，拼接在0110后得到CRC码0110001。 cache命中率和平均访问时间， cache-主存系统的效率

设cache的存取时间为tc，命中率为h，主存的存取时间为tM，则具有cache的存储器的平均存取时间=h?tc+(1-h)(tc+tM)

例：CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为5000次，主存完成存取的次数为200次，已知cache存取时间为40ns，主存存取时间为160ns。则cache 命中率H=？，平均访问时间=？（ns）。

解：H=5000/(5000+200)=5000/5200=96%

平均访问时间= h?tc+(1-h)(tc+tM)=0.96×40+(1-0.96) × (40+160)=46.4ns

【练习】某计算机系统的存储器由cache和主存构成，cache的存取时间是45ns，主存的存取时间是200ns。已知在一段给定的时间内，CPU共访问存储器4500次，其中340次访问主存，问：

（1）cache的命中率是多少？

（2）CPU访问存储器的平均时间是多少ns？ （3）cache-主存系统的效率是多少？ 解：（1）h=(4500-340)/4500=0.92=92%

（2） CPU访存的平均时间= h?tc+(1-h)(tc+tM) =0.92×45+(1-0.92) ×245 =61ns （3） cache-主存系统的效率= tc/(访存的平均时间)=45/61=74%

存储器容量的扩展，能够说明需要的芯片数，所需的扩展方式，每组芯片的地址范围

（太多了，自己看）PPT 05存储系统 16~23页

求CPI、MIPS速率、程序执行时间T、指令周期、机器周期、时钟周期。 计算机时钟的运行周期称为时钟周期（主振周期、主频周期），可用时间长度(ns) 来表示。时钟周期（主振周期、主频周期）的倒数就是主频，可用频率MHz来表示。 一个程序所化的CPU时间TCPU的计算

(1) TCPU=NC × t = NC /f

其中，NC表示CPU时钟周期数，t表示时钟周期长度，f表示频率，t=1/f (2) TCPU= IN × CPI × t=(IN × CPI) /f

其中， IN是指令条数，CPI是每条指令的平均时钟周期数，CPI= NC / IN

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