计算机组成原理期末复习答案.docx

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计算机组成原理期末复习答案

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第一章计算机系统概论

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？

解：

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。

2.如何理解计算机的层次结构？

答：

计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。

（1）硬件系统是最内层的，它是整个计算机系统的基础和核心。

（2）系统软件在硬件之外，为用户提供一个基本操作界面。

（3）应用软件在最外层，为用户提供解决具体问题的应用系统界面。

通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。

各层次之间关系密切，上层是下层的扩展，下层是上层的基础，各层次的划分不是绝对的。

4.如何理解计算机组成和计算机体系结构？

答：

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，如指令系统、数据类型、寻址技术组成及I/O机理等。

计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现的属性，包含对程序员透明的硬件细节，如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能，及相互连接方法等。

8.解释下列英文缩写的中文含义：

CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS

解：

全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。

CPU：

CentralProcessingUnit，中央处理机（器），是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。

PC：

ProgramCounter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址。

IR：

InstructionRegister，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。

CU：

ControlUnit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。

ALU：

ArithmeticLogicUnit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。

ACC：

Accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。

MQ：

Multiplier-QuotientRegister，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。

X：

此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示操作数寄存器，即运算器中工作寄存器之一，用来存放操作数；

MAR：

MemoryAddressRegister，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。

MDR：

MemoryDataRegister，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。

I/O：

Input/Outputequipment，输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界信息的转换与传送。

MIPS：

MillionInstructionPerSecond，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位。

CPI：

Instruction，执行一条指令所需时钟周期数，计算机运算速度指标计量单位之一；

FLOPS：

FloatingPointOperationPerSecond，每秒浮点运算次数，计算机运算速度计量单位之一。

11.指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？

解：

计算机硬件主要通过不同的时间段来区分指令和数据，即：

取指周期（或取指微程序）取出的既为指令，执行周期（或相应微程序）取出的既为数据。

另外也可通过地址来源区分，从PC指出的存储单元取出的是指令，由指令地址码部分提供操作数地址。

第3章系统总线

3.常用的总线结构有几种？

不同的总线结构对计算机的性能有什么影响？

举例说明。

答：

（1）总线结构通常可以分为单总线结构和多总线结构两种。

（2）单总线结构简单也便于扩充，但所有的传送都通过这组共享总线，因此极易形成计算

3.15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？

解法1：

总线宽度=32位/8=4B时钟周期=1/66MHz=0.015µs

总线最短传输周期=0.015µs×4=0.06µs

总线最大数据传输率=4B/0.06µs=66.67MB/s

解法2：

总线工作频率=66MHz/4=16.5MHz总线最大数据传输率=16.5MHz×4B=66MB/s

若想提高总线的数据传输率，可提高总线的时钟频率，或减少总线周期中的时钟个数，或增加总线宽度。

3.16在异步串行传送系统中，字符格式为：

1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。

若要求每秒传送120个字符，试求传送的波特率和比特率。

解：

一帧=1+8+1+2=12位波特率=120帧/秒×12位=1440波特

比特率=1440波特×（8/12）=960bps或：

比特率=120帧/秒×8=960bps

第四章

1.解释概念：

主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、FlashMemory。

答：

主存：

主存储器，用于存放正在执行的程序和数据。

CPU可以直接进行随机读写，访问速度较高。

辅存：

辅助存储器，用于存放当前暂不执行的程序和数据，以及一些需要永久保存的信息。

Cache：

高速缓冲存储器，介于CPU和主存之间，用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。

RAM：

半导体随机存取存储器，主要用作计算机中的主存。

SRAM：

静态半导体随机存取存储器。

DRAM：

动态半导体随机存取存储器。

ROM：

掩膜式半导体只读存储器。

由芯片制造商在制造时写入内容，以后只能读出而不能写入。

PROM：

可编程只读存储器，由用户根据需要确定写入内容，只能写入一次。

EPROM：

紫外线擦写可编程只读存储器。

需要修改内容时，现将其全部内容擦除，然后再编程。

擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。

EEPROM：

电擦写可编程只读存储器。

CDROM：

只读型光盘。

FlashMemory：

闪速存储器。

或称快擦型存储器

5.什么是存储器的带宽？

若存储器的数据总线宽度为32位，存取周期为200ns，则存储器的带宽是多少？

解：

存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。

存储器带宽=1/200ns×32位=160M位/秒=20MB/秒=5M字/秒

注意：

字长32位，不是16位。

（注：

1ns=10-9s）

7.一个容量为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

9.什么叫刷新？

为什么要刷新？

说明刷新有几种方法。

解：

刷新：

对DRAM定期进行的全部重写过程；

刷新原因：

因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；

常用的刷新方法有三种：

集中式、分散式、异步式。

集中式：

在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在CPU访存死时间。

分散式：

在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间。

异步式：

是集中式和分散式的折衷。

讨论：

 1、刷新与再生的比较：

   共同点：

  •动作机制一样。

都是利用DRAM存储元破坏性读操作时的重写过程实现；

  •操作性质一样。

都是属于重写操作。

区别：

  •解决的问题不一样。

再生主要解决DRAM存储元破坏性读出时的信息重写问题；刷新主要解决长时间不访存时的信息衰减问题。

  •操作的时间不一样。

再生紧跟在读操作之后，时间上是随机进行的；刷新以最大间隔时间为周期定时重复进行。

  •动作单位不一样。

再生以存储单元为单位，每次仅重写刚被读出的一个字的所有位；刷新以行为单位，每次重写整个存储器所有芯片内部存储矩阵的同一行。

  •芯片内部I/O操作不一样。

读出再生时芯片数据引脚上有读出数据输出；刷新时由于CAS信号无效，芯片数据引脚上无读出数据输出（唯RAS有效刷新，内部读）。

鉴于上述区别，为避免两种操作混淆，分别叫做再生和刷新。

2、CPU访存周期与存取周期的区别：

  CPU访存周期是从CPU一边看到的存储器工作周期，他不一定是真正的存储器工作周期；存取周期是存储器速度指标之一，它反映了存储器真正的工作周期时间。

   3、分散刷新是在读写周期之后插入一个刷新周期，而不是在读写周期内插入一个刷新周期，但此时读写周期和刷新周期合起来构成CPU访存周期。

  4、刷新定时方式有3种而不是2种，一定不要忘了最重要、性能最好的异步刷新方式。

11.一个8K×8位的动态RAM芯片，其内部结构排列成256×256形式，存取周期为0.1μs。

试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？

解：

采用集中刷新方式刷新间隔为:

2ms，其中刷新死时间为：

256×0.1μs=25.6μs

采用分散刷新方式刷新间隔为：

256×0.1μ=25.6μs

采用异步刷新方式刷新间隔为:

2ms

12.画出用1024×4位的存储芯片组成一个容量为64K×8位的存储器逻辑框图。

要求将64K分成4个页面，每个页面分16组，指出共需多少片存储芯片。

解：

设采用SRAM芯片，则：

总片数=（64K×8位）/（1024×4位）=64×2=128片

题意分析：

本题设计的存储器结构上分为总体、页面、组三级，因此画图时也应分三级画。

首先应确定各级的容量：

页面容量=总容量/页面数=64K×8/4=16K×8位，4片16K×8字串联成64K×8位

组容量=页面容量/组数 =16K×8位/16=1K×8位，16片1K×8位字串联成16K×8位

组内片数=组容量/片容量=1K×8位/1K×4位=2片，两片1K×4位芯片位并联成1K×8位

存储器逻辑框图：

（略）。

13.设有一个64K×8位的RAM芯片，试问该芯片共有多少个基本单元电路（简称存储基元）？

欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明有几种解答。

解：

存储基元总数=64K×8位=512K位=219位；

思路：

如要满足地址线和数据线总和最小，应尽量把存储元安排在字向，因为地址位数和字数成2的幂的关系，可较好地压缩线数。

解：

设地址线根数为a，数据线根数为b，则片容量为：

2a×b=219；b=219-a；

若a=19，b=1，总和=19+1=20；

a=18，b=