计算机组成原理期末考试重点
一 选择题
1. x = -1011,y = 0101,求(x-y)补
解：[x]原=1,1011，[x]补=1,0101
[y]原=0,0101，[y]补=0,0101,[-y]补=1,1011
[x-y]补=1,0101+1,1011=1,0000
2. 原码乘法的原理：操作数绝对值相乘，符号单独处理(由两原码符号位异或决定，相同为0，不同为1)
3. 浮点数：阶码决定取值范围，尾数决定精度
4. 补码算术右移：符号位不变，是1还是1，是0还是0
5. 一个容量为 16K×32 位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，各需要多少片？
1K×4 位，2K×8 位，4K×4 位，16K×1 位，4K×8 位，8K×8 位
解：地址线：16K=2^14==>14根
数据线：32位==>32根
地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46 根；
选择不同的芯片时，各需要的片数为：
1K×4：（16K×32）/（1K×4） = 16 ×8 = 128 片
2K×8：（16K×32）/（2K×8） = 8 ×4 = 32 片
4K×4：（16K×32）/（4K×4） = 4 ×8 = 32 片
16K×1：（16K×32）/（16K×1） = 1 ×32 = 32 片
4K×8：（16K×32）/（4K×8） = 4 ×4 = 16 片
8K×8：（16K×32）/（8K×8） = 2 ×4 = 8 片
6. 外源存储器包括光盘、软盘、磁带等，其中按顺序读取的是磁带
7. 存储器的层次结构：
- 缓存—主存层次：解决了CPU与主存速度不匹配的问题
- 主存—辅存层次：解决了存储系统的容量问题
8. 指令系统计算机
RISC(Reduced Instruction Set Computer)：精简指令系统计算机
CISC(Complex Instruction SetComputer)：复杂指令系统计算机
9. 算术移位规则
| 真值 |
码制 |
添补代码 |
| 正数 |
原码、补码、反码 |
0 |
| 负数 |
原码 |
0 |
| 补码 |
左移添0 |
|
| 右移添1 |
||
| 反码 |
1 |
注意：不论是正数还是负数，移位后其符号位均不变
10. 机器指令和微指令
一条机器指令可编一个微程序，一条微程序包含若干多条微指令
11. ALU
算术逻辑运算单元，运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算
二 填空题
12. 指令、微指令的概念
指令：是指挥计算机工作的指示和命令，由操作码和地址码组成
微指令：由操作码和下地址组成，基本格式：操作控制字段和顺序控制字段
13. 存储容量大小（金字塔）
14. 动态存储器的三种刷新方式：集中刷新、分散刷新、异步刷新
15. 总线的时钟频率
- 设总线的时钟频率为 8MHZ，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送 16 位数据，试问总线的带宽是多少？
解：由于f=8MHz，则一个时钟周期为：t=1/8 MHz=1/8 μs
总线周期：T=t=1/8 μs
总线宽度：16位=16/8 B
总线带宽：16/8 B /（1/8）μs=16 MBps
- 在一个32位的总线系统中，总线的时钟频率为66MHZ，假设总线最短传输周期为4个时钟周期，试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据传输率，可采取什么措施？
解：总线传输周期 =4*1/66μs
总线的最大数据传输率 =32/8/(4/66)=66MBps
若想提高数据传输率，可以提高总线时钟频率、增大总线宽度或者减少总线
传输周期包含的时钟周期个数
16. 按配偶原则写出汉明码
如：要传送的信息为0101，写出汉明码
解：数据位数n=4，由2^k>=k+n+1得：校验位数k=3
1 2 3 4 5 6 7
C1 C2 0 C4 1 0 1
按配偶原则，则C1应使1、3、5、7位上1的个数为偶数
C2应使2、3、6、7位上1的个数为偶数
C4应使4、5、6、7位上1的个数为偶数
C1=0⊕1⊕1=0
C2=0⊕0⊕1=1
C4=1⊕0⊕1=0
故0101的汉明码为0100101
17. I/O设备与主机通信的5种方式
查询、中断、DMA、I\O通道、I\O处理机
18. 微操作中微指令
- 控制方式：直接控制和编码控制
- 格式：水平型微指令和垂直型微指令
19. 寻址方式
- 指令寻址：顺序寻址、跳跃寻址
- 数据寻址：立即寻址、直接寻址、隐含寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、变址寻址、相对寻址、堆栈寻址
20. 中断隐指令的功能
保护程序断点、寻找中断服务的入口地址、硬件关中断
三 计算题
21. 补码一位乘：x=-1011,y=0101,求[x·y]补
采用booth算法不用考虑乘数的正负：
22. 设机器数字长为 8 位（含 1 位符号位），用补码运算规则计算下列各题。
（1）A=9/64， B=-13/32 ，求 A+B。
（2）A=19/32，B=-17/128 ，求 A-B。
解：（1）A=9/64= 0.001 0010B, B= -13/32= -0.011 0100B
[A] 补=0.001 0010, [B] 补=1.100 1100
[A+B] 补= 0.0010010 + 1.1001100 = 1.1011110 ——无溢出
A+B= -0.010 0010B = -17/6
（2）A=19/32= 0.100 1100B, B= -17/128= -0.001 0001B
[A] 补=0.100 1100, [B] 补=1.110 1111 , [-B] 补=0.001 0001
[A-B] 补= 0.1001100 + 0.0010001= 0.1011101 ——无溢出
A-B= 0.101 1101B = 93/128B
溢出判断：当实际参加操作的两个数符号相同，结果的符号不同时，即为溢出
23. 浮点运算[x+y]补
24. 存储器磁盘容量
磁盘组有 6 片磁盘，最外两侧盘面可以记录， 存储区域内径 22cm，外径 33cm，道密度为 40 道/cm，内层密度为 400 位/cm，转速 3600 转/ 分，问：
（1）共有多少存储面可用？
（2）共有多少柱面？
（3）盘组总存储容量是多少？
（4）数据传输率是多少？
解：（1）共有： 6×2=12个存储面可用。
（2）有效存储区域 =（33-22）/ 2 = 5.5cm
柱面数 = 40 道/cm × 5.5= 220
（3）内层道周长 = ×22=69.08cm
道容量 =400位/cm×69.08cm= 3454B
面容量=3454B×220道=759880B
盘组总容量 =759880B ×12面= 9118560B
（4）转速 = 3600 转 / 60 秒 = 60 转/ 秒
数据传输率 = 3454B × 60 转/ 秒 = 207 240 B/S
某磁盘存储器转速为 3000 转/ 分，共有 4 个记录盘面， 每毫米 5 道，每道记录信息 12 288 字节，最小磁道直径为 230mm，共有 275道，求：
（1）磁盘存储器的存储容量。
（2）最高位密度（最小磁道的位密度）和最低位密度。
（3）磁盘数据传输率。
（4）平均等待时间
解：（1）存储容量 = 275 道×12 288B/ 道×4 面 = 13 516 800B
（2）最高位密度= 12 288B/ （ π×230）
= 17B/mm
= 136 位/mm（向下取整）
最大磁道直径 =230mm+2×275 道/(5 道/mm)
= 230mm + 110mm
= 340mm
最低位密度 = 12 288B /( π×340)
= 11B/mm
= 92 位 / mm （向下取整）
（3）磁盘数据传输率 = 12 288B × 3000 转/ 分
=12 288B × 50 转/ 秒
=614 400B/s
（4）平均等待时间 = 1s/50 / 2 = 10
25. 指令格式
26. 指令设计
某机指令字长 16 位，每个操作数的地址码为 6 位，设操作码长度固定， 指令分为零地址、一地址和二地址三种格式。若零地址指令有 M条，一地址指令有 N种，则二地址指令最多有几种？若操作码位数可变， 则二地址指令最多允许有几种？
解：1）若采用定长操作码时，二地址指令格式如下：
| OP（4 位） |
A1（6 位） |
A2（6 位） |
设二地址指令有 K种，则： K=24-M-N
当 M=1（最小值），N=1（最小值）时，二地址指令最多有：
Kmax=16-1-1=14种
2）若采用变长操作码时，二地址指令格式仍如 1）所示，但操作码长度可随地址码的个数而变。
此时， K= 24 - （N/26 + M/2 12 ）；
当（N/26 + M/212 ）≤1 时，
（N/26 + M/212 向上取整），K最大，
则二地址指令最多有：Kmax=16-1=15 种（只留一种编码作扩展标志用）
27. 中断：要求会画中断图
28. 当CPU内部采用非总线结构
（1）取指周期全部微操作：
PC—>MAR
1—>R
M(MAR)—>MDR
MDR—>IR
OP(IR)—>CU
(PC)+1—>PC
（2）取数指令“LDA M”：
Ad(IR)—>MAR
1—>R
M(MAR)—>MDR
MDR—>ACC
存数指令“STA M”：
Ad(IR)—>MAR
1—>R
ACC—>MDR
MDR—>M(MAR)
加法指令“ADD M”：
Ad(IR)—>MAR
1—>R
M(MAR)—>MDR
（ACC）+（MDR）—>ACC