计算机组成原理与系统结构复习提纲.docx
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计算机组成原理与系统结构复习提纲
复习资料目录
第一章 概论 ...........................................................................................................................2
复习题及参考答案 .........................................................................................................2
第二章 计算机硬件基础（基本不考）................................................................................2
第三章 信息编码与数据表示................................................................................................2
知识点 .............................................................................................................................2
复习题及参考答案 .........................................................................................................3
第四章 运算方法和运算器 ...................................................................................................3
知识点 .............................................................................................................................3
复习题及参考答案 .........................................................................................................4
第五章 存储体系 ...................................................................................................................5
知识点 .............................................................................................................................5
复习题及参考答案 .........................................................................................................6
第六章 指令系统 ...................................................................................................................8
知识点 .............................................................................................................................8
复习题及参考答案 .........................................................................................................8
第七章 控制器 .......................................................................................................................9
知识点 .............................................................................................................................9
复习题及参考答案 .......................................................................................................10
第八章 输入输出接口 .........................................................................................................12
知识点 ...........................................................................................................................12
复习题及参考答案 .......................................................................................................13
第九章 总线 .........................................................................................................................13
知识点 ...........................................................................................................................13
复习题及参考答案 .......................................................................................................14
第十章 流水线 .....................................................................................................................16
知识点 ...........................................................................................................................16
复习题及参考答案 .......................................................................................................16
1
第一章 概论
复习题及参考答案
1．冯·诺依曼计算机的特点
（1） 计算机由运算器、存储器、控制器和输入设备、输出设备五大部件组成
（2） 指令和数据用二进制代码表示，指令由操作码和地址码组成
（3） 程序存储，指令在存储器内按顺序存放
（4） 机器以运算器为中心。
2. 计算机硬件的主要技术指标：
机器字长、存储容量、运算速度等
3.计算机的软件系统分类：
系统软件、应用软件
计算机的 5 级软件层次：
微程序级、机器指令级、操作系统级、系统软件级、应用软件
级
4. 解释下列概念：
主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、
存储字长、存储 容量、机器字长、指令字长。
主机——是计算机硬件的主体部分，由 CPU+MM（主存或内存）组成；
CPU——中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器+控制器组成；
存储字长——存储器一次存取操作的最大位数；
存储容量——存储器中可存二进制代码的总量；
机器字长——CPU 能同时处理的数据位数；等于处理器内部寄存器位数
指令字长——一条指令包含的二进制代码位数；
第二章 计算机硬件基础（基本不考）
逻辑电平与半导体开关器件特性（三极管饱和状态输出低电平，三极管截止状态输出高电
平），TTL 门和 MOS 门电路性能差异（速度、功耗），特殊的 TTL 门（OC 门和三态门），计
算机常用的组合逻辑电路有哪些？
时序逻辑电路有哪些？
串行加法器与并行加法器进位方
法区别，速度快慢？
第三章 信息编码与数据表示
知识点
1、原码、反码、补码和移码的求法，已知 [x]补，求[-x]
补
2、IEEE754 标准的单精度浮点数：
S（符号 1 位） + E（带阶符的阶码 8 位）+M（23 位小数） ，符
号位 s：
正数 1 负数 0；8 位带阶符的阶码 E=指数移码-1=e+127；M 隐藏整数 1. 。
2
3（不考）、常用的三种校验码：
奇偶校验码、海明码、CRC 循环冗余校验码。
三种校验码
原理、检错和纠错能力。
奇偶校验码添加 1 个奇偶校验位，奇数次错误可检测到，无纠错
功能；海明码分组插入校验位，为多重奇偶校验码，有检错和纠错能力，能检错 2 位，纠
错 1 位；CRC 循环冗余校验码在信息位后添上若干冗余位，在发送和接收端用约定多项式
进行编码和译码，能检错 2 位，纠错 1 位。
应用题：
给定十进制数，求 IEEE754 标准的单精度浮点数（32 位）。
复习题及参考答案
1.“0”的原码有 2 种，反码 2 种，补码 1 种，移码 1 种
2.已知 [x]补=1,1100 [-x]补=0,0011+1=0,0100[x]移=0,1100
3.真值（11.375）10，求其 32 位浮点机器数
（1） （11.375）10＝＋1011.011＝＋（1.011011）×23
（2）包括隐藏位 1 的尾数 M：
1.M ＝1.011011 M=011011
23 位尾数 M=011011 0 0000 0000 0000 0000
数的符号 S=0
指数 e=（3）10 的 8 位移码=1000 0011
指数的 8 位阶码 E=指数的移码 – 1 = 1000 0011–1 = 1000 0010
（3）真值 11.375 的 32 位浮点机器数为：
尾数符号 S↔8 位阶码 E↔23 位尾数 M（不含 1.）
S+E+M=0 1000 0010011011 0 0000 0000 0000 0000
第四章 运算方法和运算器
知识点
1、[X+Y]补 = [X]补 + [Y]补 ，[X -Y]补 = [X]补+ [-Y]补，双符号判断溢出的方法
2、算术左移和算术右移，已知 [X]补，求[2X]
补
， [（1/2）X]
补
3、定点乘法器种类（一位原码、一位补码校正、一位补码 Booth）
应用题：
补码 Booth 算法
4、补码定点除法，应用题：
补码不恢复余数除法
5、标识寄存器五个标志位 ZF、CF、OF、SF、PF 的意义
3
复习题及参考答案
1.用补码计算 X+Y 和 X-Y，并用双符号法判断有无溢出。
2.设 X=0.1001，Y=-0.0101，求:
[X]补, [2X]补, [X/2]补, [Y]补, [2Y]补, [Y/2]补
3.两数为 X=13, Y=-10 用 booth 算法计算 x•y 。
4.X=+0.1011，Y=-0.1101,用补码不恢复余数算法计算 X÷Y
[X]补=00.1011 [Y] 补=11.0011[-Y] 补=00.1101
4
得[X÷Y ] 补=[Q] 补=1.0011 Q= [[Q] 补]补 = -0.1101
5.
（1）标识寄存器五个标志位 ZF、CF、OF、SF、PF 的意义？
（2）两条指令 MOV AL，80H；ADD
AL,80H 的功能是 80H+80H→AL，试写出运算结果及其标志位。
解：
（1） 80H+80H=00H 运算结果（AL）=00H。
（2） ZF 为 0 标志位，CF 进位/借位标志位，OF 溢出标志位，SF 符号标志位，PF 奇偶标
志位。
ZF=1, CF=1, OF=1, SF=0, PF=1。
第五章 存储体系
知识点
1、存储器的主要性能指标：
容量、速度、性价比，半导体存储器两种类型：
随机读写存储
器 RAM 和只读存储器 ROM。
2、随机读写存储器 RAM 类型：
静态随机读写存储器 SRAM 和动态随机读写存储器
DRAM；只读存储器 ROM 类型：
MROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH。
3、DRAM 的几种刷新方式。
4、主存位扩展、字扩展和字位扩展的方法。
存储器地址位、数据位与容量的关系。
存储系统层次结构：
CPU↔Cache↔主存↔辅存。
应用题：
存储器的字、位扩展方法。
5、三种高速存储器特点（双端口、多体交叉、相联）；
6、高速缓存 Cache 的原理，主存地址与 Cache 的三种地址映射方式（直接、全相联、组相
联映射）；Cache 的多层次设计（单级与两级，指令 Cache 与数据 Cache）；Cache 的三种替
换算法（随机替换、先进先出、最近最少使用）；虚拟地址空间（逻辑地址空间）和实地址
空间（物理地址空间）概念。
5
应用题：
主存地址与 Cache 的直接映像题。
复习题及参考答案
1.存储系统层次结构：
CPU↔Cache↔主存↔辅存。
三种高速存储器双端口、多体交叉、
相联 Cache 的多层次设计：
单级与两级，指令 Cache 与数据 Cache；Cache 的三种替换
算法随机替换、先进先出、最近最少使用、Cache 的两种写策略写贯穿、写回；地址空
间：
虚拟地址空间（逻辑地址空间）和实地址空间（物理地址空间）。
2.ROM 有 ROM、 PROM、 EPROM、 EEPROM、 Flash Memory 等种类。
RAM 类型：
SRAM 和 DRAM，其中 DRAM 需要刷新电路，常用的刷新方法有集中式、分散式、异步
式三种。
3.一个 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、分散刷新及异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？
解：
设 DRAM 的刷新最大间隔时间为 2ms，刷新一行时间=存取周期为 0.1μs
异步刷新：
死区时间 0.1us，则异步刷新的刷新间隔 =2ms/256 行 =0.0078125ms
=7.8125μs，即每 7.8125μs 刷新一行。
集中刷新时，死区时间为 256*0.1us=25.6us。
分散刷新，刷新间隔 0.2us，死区时间为 0.1us，读写周期 0.2us。
4.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= 1/200ns×32 位= 160M 位/秒 = 20MB/S = 5M 字/秒
5.某机字长为 32 位，其存储容量是 64KB，按字节编址它的寻址范围是 64KB，按字编
址它的寻址范围是= （64K×8）位 / 32=16K 字。
6.一个容量为 16K×32 位的存储器，其地址线和数据线的总和为 14 + 32 = 46 根；
当选用下列不同规格的存储芯片：
1K×4 位，2K×8 位， 4K×4 位，16K×1 位，
4K×8 位，8K×8 位时，各需要 128 片，32 片，32 片，32 片，16 片 ，8 片。
7.设有若干片 256K×8 位的 SRAM 芯片，构成 2048K×32 位的存储器问：
（1） 由 256K×8 位 SRAM 芯片，构成 2048K×32 位存储器，需要多少片?
（2） 256K×8 位存储器需要多少位字节地址？
（3） 2048K×32 位的存储器需要多少位字节地址？
（4） 画出该存储器与 CPU 连接的结构图，设 CPU 的接口信号有地址信号、数据信号、
控制信号 MREQ#和 R/W#。
（5） 写出图中第 2 片的地址范围（用十六进制数表示）
解：
（1）（2048/256）*（32/8）=32, 需要 32 片 SRAM 芯片
（2）256=2 8 ,1k=210, 256k=218 , 需要 18 位字节地址
（3）2048K*32 =211*210*4*8=223*8, 需要 23 位字节地址
（4）
6
（5）2048K×32 位存储器有 2048K 个 32 位存储单元，2048K×32 位存储器由 8 个
256K*32 模块组成，每个模块由 4 片 256K*8的 SRAM 芯片组成。
图中第 2 片为第 2 模块
的第 2 片 SRAM，要选中第 2 模块，3-8 线译码器输入应 A22-A20 =010，
第 2 模块地址（A22-A2）范围为：
010 000000 0000 0000 0000~010 111111 1111 1111
1111，
即第 2 模块的第 2 片地址范围为 080000H~0BFFFFH，故第 2 片地址空间 218，即为 256K。
8.设一个 Cache 中有 8 个块,访问主存进行读操作的块地址序列为
22、26、22、26、16、4、16、18，直接映像方式，求每次访问后 Cache 中的内容。
解：
直接映象下 Cache 访问情况
7
第六章 指令系统
知识点
1、指令格式：
机器指令由操作码字段和地址码字段组成
2、寻址方式：
指令寻址（顺序寻址与跳转寻址），数据寻址（立即寻址、直接寻址、间接
寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、基址寻址）
3、指令类型：
指令分为数据传送、算术逻辑运算类、移位操作类、转移类、堆栈操作类、
输入输出类等
4、CISC 指令系统特点：
指令条数多，寻址方式多、指令格式多；CPU 采用微程序控制实现
指令的执行，指令周期长；指令丰富，便于程序员编程，程序精简。
5、RISC 指令系统特点：
减少指令数量、简化寻址方式、规范指令格式；指令周期短，采用
超标量及超级流水线技术，增加指令并行度；CPU 以硬布线控制逻辑为主，不用或少用微
程序控制；指令种类少，编写程序长。
应用题：
已知存储器各地址及内容，具体指令寻址方式和地址码，求操作数（题）
复习题及参考答案
1.设计指令系统要求：
完备性、有效性、规整性、兼容性
2.为取出操作数，立即数寻址访存 0 次，寄存器寻址访存 0 次，直接寻址访存 1 次，间
接寻址访存 2 次，寄存器间接寻址访存 1 次。
3.若指令 ADD 04H, R0 功能为（R0）+（04H）→（R0），寄存器 R0 值加上地址 04H 的内存
单元内容，然后又将 加法“和”赋值给寄存器 R0;请问此指令访存几次？
答：
2 次（含取指令 1 次）
若指令 ADD 04H, R0 功能为（R0）+（04H）→（04H），请问此指令访存几次？
答：
3 次（含取指令 1 次）
4.基址寻址和变址寻址有效地址分别为 EA=A+（BR）和 EA=A+（IX）。
BR 为基址寄存器，
IX 为变址寄存器，A 为偏移地址。
基址寻址时，BR 不变，A 可变；变址寻址时，A 不
变，IX 可变。
5.设某机寄存器字长 16 位，用 16 进制表示，已知：
变址寄存器内容为 0004H，PC 的内
容为 0003H，内存中部分单元内容如下：
地址：
内容地址：
内容
0002H：
000AH0007H：
000AH
0003H：
0002H0008H：
0002H
0004H：
0007H0009H：
0003H
0005H：
0004H000AH：
0009H
0006H：
0005H000BH：
0008H
指令为双字长指令，格式如下：
8
若当前指令分别为下列寻址方式时，试求出操作数填入下表。
6.设某计算机其字长十六位，分析下面指令格式的特点。
解：
（1）双字长二地址指令，用于访问存储器
（2）操作码字段 OP 为 6 位，可以指定 26=64 种操作
（3）一个操作数在源寄存器（共 24=16 个），另一个操作数在存储器中，所以是寄存器－
存储器型指令（RS 型指令）
7.简述 CISC 和 RISC 指令系统的特点。
CISC 指令系统特点：
指令条数多，寻址方式多、指令格式多；CPU 采用微程序控制实现
指令的执行，指令周期长；指令丰富，便于程序员编程，程序精简。
RISC 指令系统特点：
减少指令数量、简化寻址方式、规范指令格式；指令周期短，采用
超标量及超级流水线技术，增加指令并行度；CPU 以硬布线控制逻辑为主，不用或少用
微程序控制；指令种类少，编写程序长。
第七章 控制器
知识点
1、系统结构和数据通路的设计
2、指令的执行过程
3、时钟信号、节拍电位、节拍信号、CPU 周期（机器周期）、指令周期等时序概念及相互
关 系。
指令周期与机器周期的关系，机器周期与时钟周期的关系。
4、简单 CPU 的结构图与状态图（教材 273 页，图 7.9 指令的执行过程；教材 281 页图
7.18）
5、硬布线控制器和微程序控制器的工作原理
微程序设计思想就是每条机器指令的功能都用一段相应的微程序来实现，在微程序设计中
充分运用了软件的程序设计技术，使得微程序流程中也有微程序分支、微程序循环、微子
9
程序等。
6、微指令三种编译法
7、微程序控制器与硬布线控制器的比较
8、微程序控制方式下模型机的设计实例（了解）
复习题及参考答案
1.中央处理器中有哪几个主要寄存器？
试说明它们的结构和功能。
解：
CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、
状态信息的，它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
通用寄存器可用来存放原始
数据和运算结果，如 R0，R1…。
专用寄存器是专门用来完成某一特殊功能的寄存器，
如：
程序计数器 PC、指令寄存器 IR、存储器地址寄存器 MAR、存储器数据寄存器
MDR、状态标志寄存器 PSWR 等。
2.微指令的编译法有直接控
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