计算机组成原理辅导与实验

11.1典型例题精选选择题例1.1最早提出“存储程序”概念的是：。A．BabbageB．V·NeumannC．PascalD．Bell分析：目前大多数计算机都是根据冯·诺依曼计算机体系结构的思想来设计的，其主要特点是二进制和存储程序。答案：B．V·Neumann例1.2计算机的算术逻辑单元、控制单元及存储器合称为。A．CPUB．ALUC．主机D．微处理器分析：一般将计算机中的控制器和存储器合称为主机，控制器包括有算术逻辑单元和控制单元。答案：C．主机例1.3完整的计算机系统应包括。A．运算器、控制器、存储器B．外部设备和主机C．主机和实用程序D．软硬件系统分析：完整的计算机系统由计算机硬件和计算机软件组成。答案：D．软硬件系统例1.4用于科学计算的计算机中，标志系统性能的主要参数是___。A.主时钟频率B.主存容量C.MFLOPSD.MIPS分析：A和B越大有利于提高性能，但是并不是标志性能的主要参数，不同频率或者主存容量的计算机如果运行不同的程序，得到的性能并不一定是高频率或大主存的就一定好。MFLOPS是每秒执行百万条浮点指令条数（MillionFloatInstructionPerSecond），是用来描述计算机浮点性能的，而用于科学计算的计算机主要就是看重浮点的性能，故选C。MIPS是每秒执行百万条指令条数（MillionInstructionPerSecond），是用来描述一般的计算机系统性能的，并不同于专用于科学计算的评价标准。答案：C．MFLOPS填空题例1.51812年，计算机之父首先提出了整个计算机过程自动化的概念，设计了第一台通用自动时序控制机械式计算机。分析：1812年，Babbage首先提出了整个计算机过程自动化的概念，并应用此概念设计2制作了第一台通用自动时序控制机械式计算机，被称为计算机之父。答案：Babbage例1.6年美国研制成功世界上第一台电子数字计算机。分析：第一台电子数字计算机是1946年在美国研制成功，命名为ENIAC。答案：1946年，ENIAC例1.7按用途分，数字计算机可分为和两类。根据体积、功耗、规模和价格因素，又可分为、、、、和。分析：按用途分，数字计算机可分为通用计算机和专用计算机两类。按体积、功耗、规模和价格因素分，可分为巨型机，大型机，中型机，小型机，微型机，单片机。答案：通用计算机，专用计算机，巨型机，大型机，中型机，小型机，微型机，单片机例1.8存储器可分为主存和。程序必须存储在内，CPU才能执行其中的指令。分析：存储器可分为主存和辅存，CPU运行时，是从主存中逐条取出程序指令，顺序执行。答案：辅存，主存简答题例1.9衡量计算机的性能指标主要有哪些（答主要三项指标）？并说明为什么？分析：衡量计算机的性能指标有很多，最基本的就是反映计算机运算性能的指标，所以本题答案不唯一。答案：衡量计算机性能的指标主要有：运算速度，存储容量和通讯带宽。运算速度是反映CPU性能，也是反映计算机运算能力的主要指标之一。存储容量反映出计算机可以处理的数据量空间的大小。带宽反映出计算机处理信息的通讯能力。例1.10什么是存储程序原理？分析：存储程序控制是冯·诺依曼结构的核心，现代计算机几乎都使用这种结构。答案：存储程序原理的基本思想是：计算机要自动完成解题任务。必须将事先设计好、用以描述计算机解题过程的程序如同数据一样，采用二进制形式存储在机器中，计算机在工作时自动高速地从机器中逐条取出指令加以执行。例1.11存储程序计算机硬件包含哪几部分？分析：硬件是组成电子计算机的所有电子器件和机电装置的总称。硬件是构成计算机的物质基础，是计算机系统的核心。现代电子计算机均遵照存储程序计算机体系结构。根据存储程序计算机的五大功能，计算机硬件系统均由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备以及将它们联接为有机整体的总线构成。答案：存储程序计算机硬件包含运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部分以及联接这五大部分的总线。1.2练习题一、选择题31.冯·诺依曼（VonNeumann）机工作方式的基本特点是。A．指令流单数据流B．按地址访问并顺序执行指令C．堆栈操作D．存储器按内容选择地址2.下列描述中是正确的。A．控制器能够识别、解释和执行所有的指令及存储结果B．计算机主要由输入输出单元、控制器、存储器和算术逻辑单元构成C．所有的数据运算都在控制器中完成D．以上三者都正确3.计算机系统中的存储器系统是指。A．RAM存储器；B．ROM存储器；C．主存储器；D．主存储器和外存储器。4.计算机科技文献中，英文缩写CAI代表。A．计算机辅助制造B．计算机辅助教学C．计算机辅助设计D．计算机辅助管理5.能够被计算机硬件直接识别的语言是。A．汇编语言B．高级语言C．机器语言D．应用语言6.计算机软件分为两大类，他们是。A．操作系统与应用软件B．操作系统与系统软件C．操作系统与CAD软件D．系统软件与应用软件7.完整的计算机系统是由组成的。A．主机与外设B．CPU与存储C．ALU与控制器D．硬件系统与软件系统8.高级语言源程序不能直接在计算机上运行，需要有相应的语言处理程序翻译成程序后才能运行。A．C语言B．汇编语言C．机器语言D．宏汇编语言9.当前设计高性能计算机的重要技术途径是___。A.提高CPU主频B.扩大主存容量C.采用非冯·诺依曼结构D.采用并行处理技术10.下列体系结构中，最适合多个任务并行执行的体系结构是___。A.流水线向量机结构B.堆栈处理机结构C.共享存储多处理机结构D.分布存储多计算机结构二、填空题1.电子计算机从诞生至今，按其工艺和器件特点，大致经历了四代。第一代从A年开始，采用B；第二代从C年开始，采用D；第三代从E年开始，采用F；第四代从G年开始，采用H。2.计算机的硬件是指A，软件是指B。3.计算机将部分软件存储在只读存储器中，称之为A。4.将许多电子元件集成在一块芯片上称为A。5.系统软件是A，应用软件是B，操作系统是C。6.数据库是A，数据库管理系统是B。7.计算机系统结构的发展和演变看,早期的计算机是以A为中心的系统结构,而近代的计算机是以B为中心的系统结构。8.在下列常用术语后面,写出相应的中文名称：4VLSI__A___MPP___B___RISC____C__DMA___D__9.在由n台计算机构成的并行计算机中，其运行程序的加速比一般都小于n，其主要原因是___A__和__B____。10.在计算机系统当中，根据应用条件和硬件资源的不同，数据传输方式可以采用A___传送、B__传送和C___传送三种方式。11.为了使计算机能够直接处理十进制形式的数据，采用A___形式和B___形式两种表示形式。前者主要用在C___计算的应用领域。12.字符信息是_A__数据，属于处理B___领域的问题。国际上采用的字符系统是七单位的C___码。三、问答题1.冯·诺依曼计算机体系的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成？2.计算机的系统软件和应用软件的作用是什么？3.试说明冯·诺依曼计算机结构的特点。4.计算机一般有哪些分类方法？5.试说明计算机的层次结构。6.简述计算机的工作特点。1.3练习题题解一、选择题1.B2.B3.D4.B5.C6.A7.D8.C9.D10.D二、填空题1.A.1946B.电子管、声汞延迟线、磁鼓C.1955D.分立晶体管、铁淦氧磁芯、磁盘E.1965F.SSI电路和MSI电路G.1971H.LSI电路和VLSI电路、半导体存储器2.A.计算机中的电子线路和物理装置B.描述解决问题的方法、思想和过程的程序和数据3.A.固件4.A.集成电路5.A.用于实现计算机系统的管理、调度、监视和服务等功能的程序，其目的是方便用户，提高计算机使用效率，扩充系统的功能B.用户为解决某种应用问题而编制的一些程序C.为提高计算机利用率，方便用户使用计算机以及提高计算机响应时间而配备的一种软件6.A.计算机存储设备上存放的相互关联的数据的集合B.操作和管理数据库的一种软件7.A.运算器B.主存储器8.A.VeryLargeScaleIntegration超大规模集成电路B.MassivelyParallelProcessing大规模并行处理机C.ReducedInstructionSetComputing简化指令系统计算机5D.DirectMemoryAccess直接存储器访问9.A.程序中有不能并行的串行计算部分B.存在通信开销10.A.并行B.串行C.复用11.A.字符串B.压缩的十进制数C.非数值12.A.符号B.非数值C.ASCII三、问答题1．根据冯·诺依曼计算机体系结构来设计的计算机具有共同的基本配置，即具有五大部件：输入设备、存储器(主存储器)、运算器、控制器和输出设备。运算器与控制器合称为中央处理器(CPU)。CPU和存储器通常组装在一个主板上，合称为主机。输入设备和输出设备统称输入/输出设备，有时也称为外部设备或外围设备。2．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。通常将系统软件分为以下六类:操作系统、语言处理程序、标准库程序、服务性程序、数据库管理系统和计算机网络软件。应用软件是用户为解决某种应用问题而编制的程序，如科学计算程序、自动控制程序、工程设计程序、数据处理程序、情报检索程序等。随着计算机的广泛应用，应用软件的种类及数量将越来越多、越来越庞大。3．近年来，计算机系统的结构和制造技术发生了极大的变化。但是，就计算机最基本的原理而言，大都沿用冯·诺依曼结构。冯·诺依曼结构的主要特点是主要特点是二进制和存储程序原理。4．按信息的表示形式和处理方式分类，可分为数字计算机、模拟计算机和混合计算机。按用途分类，可分为通用计算机和专用计算机。按规模分类，可分为巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机和单片机等。按使用方式分类，可分为工作站和服务器。5．现代计算机系统可分为五个层次级别：第一级是微程序设计级。这是一个实在的硬件级，它由机器硬件直接执行微指令。第二级是一般机器级，也称为机器语言级。由微程序解释机器指令系统。属硬件级。第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这一级也称为混合级。第四级是汇编语言级。这一级由汇编程序支持和执行。第五级是高级语言级。这是面向用户的，这一级由各种高级语言编译程序支持。层次结构的特点是上层是下层功能的扩展，下层是上层的基础。另外，站在不同的层次观察计算机系统，会得到不同的概念。层次的划分不是绝对的。机器指令系统级与操作系统级的界面，又称硬、软件交界面，常常是分不清的，它随着软件硬化和硬件软化而动态变化。操作系统和其他系统软件的界面，也不是很清楚的，例如，数据库软件也部分地起到了操作系统的作用。此外，某些常用的带有应用性质的程序，既可以划归为应用程序层，也可以划归为系统软件层。6．计算机的工作特点为：运算速度快、运算精度高、记忆功能强、通用性广、自动运算。1.4典型例题精选例2.1某机器字长16位，采用两位比较法进行补码乘法运算，此时并行加法器应该是位6加法器，应该进行次相加移位操作。分析：采用两位比较法进行补码乘法运算，设被乘数为[X]补=X0.X1X2…Xn，乘数为[Y]补=Y0.Y1Y2…Yn，两者的乘积为[Z]补=Z0.Z1Z2…Zn，部分积与被乘数必须采用两位符号位才能保证运算正确，注意，由于乘数只用一位符号位，Booth乘法只需作n+1步乘法。解：正确答案为：17，16．例2.2多项选择：在下面每小题所列出的若干答案中，选取所有的正确答案（可能没有，也可以有一个或多个）。补码加法规则如下：A.所有的操作数都用补码表示，结果也用补码表示。B.若两数同号做加法，异号则做减法。C.符号位和操作数一样参与运算。D.结果的符号为1，表示溢出。分析：补码加（减）法运算规则可归纳如下：参与运算的操作数用补码表示；符号位采用两位，即用变形补码表示；符号位作为数的一部分一起参与运算；运算结果以补码表示，若两符号位相同，结果正常，若符号