计算机组成原理习题及答案

简答题1.什么是存储程序原理？按此原理，计算机应具有哪几大功能？1.答：存储程序原理是用户事先编号的程序先存入主存中，然后CPU在从主存中取出指令、运行指令。按此原理，计算机应具有输入输出设备，即能把程序和数据通过输入输出设备送入主存中；还应具有存储设备，即内存能存储程序和数据；最后应具有控制器和运算器，即CPU能从主存中取出程序和数据，并按顺序一条一条取出、执行。2.存储器与CPU连接时，应考虑哪些问题？2.答：应考虑（1）合理选择存储芯片，要考虑芯片的类型和数量尽量使连线简单方便；（2）地址线的连接，将CPU地址线的低位与存储芯片的地址线相连，以选择芯片中的某一单元，儿高位则在扩充存储芯片时用，用来选择存储芯片；（3）数据线的连接，CPU的数据线与存储芯片的数据线不一定相等，相等时可直接连接，不相等时要对存储芯片进行扩位，使其相等连接；（4）读/写控制线的连接，高电平为读，低电平为写；（5）片选线的连接，CPU的高位地址来产生片选信号。3.什么叫地址重叠区，什么情况下会产生地址重叠区？3.答：存储系统中的某些存储单元有多个地址，这种现象叫地址重叠区。原因是，存储系统是由多个芯片组成的，在产生片选信号时，如果只用部分高位地址来产生片选信号，则有一部分高位地址线没用，这样这部分地址线的值就不确定，可以为0也可以为1，所以存储芯片的地址空间也不确定了，出现了重复值，产生了地址重叠区。4.什么叫“对准字”和“未对准字”，CPU对二者的访问有何不同？4.答：CPU访问的数据类型有字节，半字，字和双字。若字长为32位，则字节8位，半字16位，字32位，双字64位。对准字就是存储这四种数据类型时，字节的起始地址任意，半字的起始地址为2的倍数，字的起始地址为4的倍数，双字的起始地址为8的倍数。未对准字就是四种数据类型在存储时都任意，无论从哪个存储单元开始都可以。CPU访问对准字只要一个存储周期就行了，因为对准字都在同一行，能同时选中；访问未对准字需要多个存取周期，引文他们对应的存储单元可能不在同一行。5.中断周期的前和后各是CPU的什么工作周期，如何工作？5.答：中断周期的前一周期是指令的执行周期，CPU根据指令的操作码，发出不同的操作指令完成指令的执行；中断周期的后一周期是取指周期，因为中断周期是指令周期的最后一个周期，若执行周期结束，有中断请求且符合中断执行的条件则进入中断周期，当中断周期结束时，就进入的下一条指令的取指周期，取指周期主要是根据程序计数器的值，从主存中把要执行的指令取到cpu中来分析、执行。6.为什么要设置总线标准，你知道目前流行的总线标准有哪些？6.答：总线标准可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。如果没有总线标准，各个设备之间如果要传送数据，就必须相互了解特征、属性，计算机系统内有多种设备，每个设备的特征都各不想通过，相互之间传送数据都要有独立的数据线，这样数据线就很复杂，且设备的接口多。使用了总线标准，每个设备就只有一个接口接向总线，而不需要了解其他设备的接口特点。目前流行的总线标准有：EISA\PCI\USB\AGP\RS232等等。计算器1.设某机有4个中断源A、B、C、D，其硬件排队优先次序为ABCD，现要求将中断处理次序改为DACB。（1）写出每个中断源对应的屏蔽字（2）按图时间轴给出的四个中断源的请求时刻，画出CPU执行程序的轨迹。设每个中断源的中断服务程序时间均为20us。1.答：（1）在中断处理次序改为DACB后，每个中断源新的屏蔽字如下：中断源屏蔽字A1110B0100C0110D11112.请写出数据10110100110的海明码，用4位校验位，采用偶校验。根据海明码的定义有：D11D10D9D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P110110100110P1=D1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7⊕D9⊕D11=0⊕1⊕0⊕0⊕0⊕1⊕1=1P2=D1⊕D3VD4⊕D6⊕D7⊕D10⊕D11=0⊕1⊕0⊕1⊕0⊕0⊕1=1P3=D2⊕D3⊕D4⊕D8⊕D9⊕D10⊕D11=1⊕1⊕0⊕1⊕1⊕0⊕1=1P4=D5⊕D6⊕D7⊕D8⊕D9⊕D10⊕D11=0⊕1⊕0⊕1⊕1⊕0⊕1=0所以，数据10110100110的海明码为101101000111011加上下划线为校验位。3.CPU执行一段程序时，Cache完成存取次数为3800次，主存完成存取的次数为200次，已知Cache存取周期为50ns，主存为250ns，求Cache/主存系统的效率和平均访问时间。3.解：命中率H=3800/(3800+200)=0.95平均访问时间为Ta=50*0.95+250*（1-0.95）=60ns效率e=50/60*100%=83.33%4.已知某8位机的主存采用半导体存储器，地址码为18位，若使用4K*4位RAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块条的形式，问：（1）若每个模块条为32k*8位，共需几个模块条（2）每个模块内共有多少片RAM芯片（3）主存共需多少RAM芯片？CPU如何选择各模块条？4.地址线为18位的8位机主存容量为218*8=256KB(1)共需8个模块板(2)每个模块板内有16片RAM芯片(3)主存共需128片RAM芯片，18根地址线分配如下：A11---A0作为4K*4位芯片本身的地址线；A14---A12作为模块板内片选地址，采用74LS138译码器，共8个输出，每个输出选择2片4K*4位的RAM芯片；A17---A15作为模块板的地址，用74LS138译码器，每个输出选8个模块板中的任一块。5.CPU执行一段程序时，Cache完成存取次数为5000次，主存完成存取的次数为200次，已知Cache存取周期为40，主存为160，求命中率，Cache/主存系统的效率和平均访问时间。解：①命中率H=Nc/（Nc+Nm）=5000/（5000+2000）=5000/5200=0.96②主存慢于cache的倍率R=Tm/Tc=160ns/40ns=4访问效率：ｅ＝１／［ｒ＋（１－ｒ）Ｈ］＝１／［４+（１－４）×０.９６］＝８９.３℅//:2分③平均访问时间Ｔａ＝Ｔｃ／ｅ＝４０／０.８９３＝４５nｓ6．某磁盘存储器转速为3000rpm，共有4个记录盘面，道密度为5tpm，每道记录信息12288B,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）最高位密度和最低位密度（3）磁盘数据传输率（4）平均等待时间（1）每道记录信息容量=12288B每个记录面信息容量=12288B*2754个记录面信息容量=12288B*275*4=13516800B（2）最高位密度D1按最小磁道半径R1=115mm计算D1=12288/(2*3.14*115)=17Bpm最低位密度D2按最大磁道半径R2计算R2=R1+(275/5)=115+55=170mmD2=12288/(2*3.14*170)=11.5Bpm（3）磁盘数据传输率C=NrN为每道信息容量12288Br=3000rpm=50r/sC=Nr=12288*50=614400Bps（4）平均等待时间=(1/50)/2=1/100s=10ms7．要求用128Kⅹ16的SRAM芯片组成512Kⅹ16随机存储器，用64Kⅹ16的EPROM芯片组成128Kⅹ16的只读存储器。试问：（1）数据寄存器多少位？（2）地址寄存器多少位？（3）两种芯片各需多少片？（4）若EPROM的地址从00000H开始，RAM的地址从A0000H开始，写出各芯片的地址分配情况（1）芯片都是*16的，数据寄存器的位数为16位（2）存储器的总容量为512K+128K=640K,则需要220=1024K的地址才能把所有存储单元都能寻址。地址寄存器是20位；（3）128k*16组成512k*16，需要4片，64k*16组成128k*16，需要2片（4）按照题目的要求，地址信号和地址分配如下：A19A18A17A16A15---A000000---0EPROM1:00000H—1FFFFH00011---100100---0EPROM2:20000H—3FFFFH00111---101000---0EPROM3:40000H—5FFFFH01011---101100---0EPROM3:60000H—7FFFFH01111---110100---0RAM1:A0000H—AFFFFH10101---110110---0RAM2:B0000H—BFFFFH10111---18．CPU内有32个32位的通用寄存器，设计一种能容纳64种操作的指令系统。假设指令字长等于机器字长，回答下列问题：（1）如果主存可直接或间接寻址，采用寄存器-存储器型指令，能直接寻址的最大存储董建是多少？画出指令格式并说出各字段的含义。（2）在满足（1）的前提下，如果采用通用寄存器作基址寄存器，则上述寄存器-存储器型指令的指令格式有何特点？画出指令格式并指出这类指令可访问多大的存储空间？寄存器是32位，则机器字长为32位，指令字长等于机器字长为32位（1）指令格式为：OP6寄存器号R5形式地址A2164种操作，则操作码需要6位；32个寄存器，则寄存器号需要5位；剩下21位为形式地址。直接寻址的最大空间为221=2M字（2）满足（1），采用寄存器-存储器型指令，寻址方式用基址寻址方式，则需要加上寄存器号，指令格式为：OP6寄存器号1R5寄存器号2R5形式地址A16寄存器号1为第一操作数；寄存器号2和形式地址构成第二操作数，用的是基址寻址方式，寄存器为32位，按照基址寻址方式EA=(R)+A，则EA为32位，所以寻址空间为232=4G字9．磁盘组有6片磁盘，最外两侧盘片可以记录，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，转速为3600转/分。（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？（1）6片，最外两侧可以记录，则有12个存储面可用（2）柱面即磁道面，（33-22）/2=5.5cm，磁道数为40道/cm*5.5cm=220道则有220个柱面（3）内径22cm，周长为3.14*22=69.08cm，内层密度为400位/cm，则一条磁道的容量为69.08*400=27632位=3454B盘组总存储容量为：3454*220*12=9MB（4）数据传输率为每条磁道容量*转速，转速为3600转/分，即60转/秒3454*60=200KB/S10.将十进制数-0.625转换为IEEE短浮点数；采用IEEE754单精度浮点数格式表示一个数为45100000H,则该数的值是多少？（1）-0.625=-0.101=-1.01*2-1符号位=1阶码=127-1=1261,01111110,01000000000000000000000结果=BF200000H(2)符号位1位，阶码8位（用移码表示，移码为127），尾数数值为23位，隐含1位，用原码表示，010001010001000000000000000000000,10001010，00100000000000000000000此数为正数，阶码为138-127=11，尾数为1.001=1.125数值为1.001*211=1001*28=9*256=2304应用题1.为某8位微机（地址总线为16位）设计一个12KB容量的存储器，要求EPROM区为8KB，从0000H开始，采用2716芯片（2K*8）；RAM区为4KB，从2000H开始采用6116芯片（2K*8）。求：（1）对各芯片的地址分配；（2）指出各芯片的片内选择地址线和芯片选择地址线；（3）采用74LS138译码器，画出片选地址译码电路。1.解：（1）EPROM需要4片，从0000H开始；RAM需要2片从2000H开始，芯片都是2K*8的，则片内地址需要11根，从A0---A10地址分配如下：A15A14A13A12A11A10---A0000000---0EPROM