第三章内部存储器
3.1存储器概述
3.2SRAM存储器
3.3DRAM存储器
3.4只读存储器和闪速存储器3.5并行存储器
3.6Cache存储器
3.1存储器概述
一、分类
●按存储介质分类：磁表面/半导体存储器
●按存取方式分类：随机/顺序存取（磁带）
●按读写功能分类：ROM，RAM
●RAM：双极型/MOS
●ROM：MROM/PROM/EPROM/EEPROM
●按信息的可保存性分类：永久性和非永久性的●按存储器系统中的作用分类：主/辅/缓/控
3.1存储器概述
二、存储器分级结构
1、目前存储器的特点是：
?速度快的存储器价格贵，容量小；
?价格低的存储器速度慢，容量大。
在计算机存储器体系结构设计时，我们希望存储器系统的性能高、价格低，那么在存储器系统设计时，应当在存储器容量，速度和价格方面的因素作折中考虑，建立了分层次的存储器体系结构如下图所示。
3.1.2 存储器分级结构
2、分级结构
●高速缓冲存储器简称cache，它
是计算机系统中的一个高速小
容量半导体存储器。
●主存储器简称主存，是计算机
系统的主要存储器，用来存放
计算机运行期间的大量程序和
数据。
●外存储器简称外存，它是大容
量辅助存储器。
3.1.2 存储器分级结构
分层存储器系统之间的连接关系
3.1.3主存储器的技术指标
●字存储单元：存放一个机器字的存储单元，相应的单元
地址叫字地址。
●字节存储单元：存放一个字节的单元，相应的地址称为
字节地址。
●存储容量：指一个存储器中可以容纳的存储单元总数。
●存取时间又称存储器访问时间：指一次读操作命令发出
到该操作完成，将数据读出到数据总线上所经历的时间。
通常取写操作时间等于读操作时间，故称为存储器存取时间。
●存储周期：指连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。
通常，存储周期略大于存取时间，其时间单位为ns。
●存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，通常
3.2 SRAM存储器
●主存（内部存储器）是半导体存储器。根据信息存储的机理不同可以分为两类：
●静态读写存储器(SRAM)：存取速度快
●动态读写存储器(DRAM)：存储容量不如DRAM大。
3.2 SRAM存储器
一、基本的静态存储元阵列
1、存储位元
2、三组信号线
●地址线
●数据线
●行线
●列线
●控制线
3.2 SRAM存储器
二、基本的SRAM逻辑结构
SRAM芯大多采用双译码方式，以便组织更大的存储容量。采用了二级译码：将地址分成x 向、y向两部分如
图所示。
3.2 SRAM存储器
●存储体（256×128×8）
●通常把各个字的同一个字的同一位集成在一个芯
片（32K×1）中，32K位排成256×128的矩阵。
8个片子就可以构成32KB。
●地址译码器
●采用双译码的方式（减少选择线的数目）。
●A0~A7为行地址译码线
●A8~A14为列地址译码线
3.2 SRAM存储器
读与写的互锁逻辑
控制信号中CS是片选信号，CS有效时（低电平），门G1、G2
均被打开。OE为读出使能信号，
OE有效时（低电平），门G2开启，当写命令WE=1时（高电平），门
G1关闭，存储器进行读操作。写操作时，WE=0，门G1开启，门G2
关闭。注意，门G1和G2是互锁的，一个开启时另一个必定关闭，这样
3.2 SRAM存储器
三、存储器的读写周期
●读周期
●读出时间Taq
●读周期时间Trc
●写周期
●写周期时间Twc
●写时间twd
●存取周期
●读周期时间Trc=写时间twd
例1P70：图3.5(a)是SRA的写入时序图。其中R/W是读/写命令控制线，当R/W线为低电平时，存储器按
给定地址把数据线上的数据写入存储器。请指出图3.5(a)写入时序中的错误，并画出正确的写入时序图。
解：点击上图
3.3 DRAM存储器
一、DRAM存储位元的记忆原理
SRAM存储器的存储位元是一个触发器，它具有两个稳定的状态。而DRAM存储器的存储位元是由一个MOS晶体管和电容器组成的记忆电路，如图3.6所示。
3.3 DRAM 存储器1、MOS 管做为开关使用，而所存储的信息1或0则是由电容器上的电荷量来体现——当电容器充满电荷时，代表存储了1，当电容器放电没有电荷时，代表存储了0。
2、图(a)表示写1到存储位元。此时输出缓冲器关闭、刷新缓冲器关闭，输入缓冲器打开（R/W 为低），输入数据DIN=1送到存储元位线上，而行选线为高，打开MOS 管，于是位线上的高电平给电容器充电，表示存储了1
3、图(b)表示写0到存储位元。此时输出缓冲器和刷新缓冲器关闭，输入缓冲器打开，输入数据DIN=0送到存储元位线上；行选线为高，打开MOS 管，于是电容上的电荷通过MOS 管和位线放电，表示存储了0
4、图
(c)表示从存储位元读出1。输入缓冲器和刷新缓冲器关闭，输出缓冲器/读放打开（R/W 为高）。行选线为高，打开MOS 管，
电容上所存储的1送
到位线上，通过输出缓冲器/读出放大
器发送到DOUT,
即DOUT =1
5
、图
(d)表示(c)读出
1后存储位元重写1。
由于(c)中读出1是破坏性读出，必须恢复存储位元中原存的1。此时输入缓冲器关闭，刷新缓冲器打开，输出缓冲器/读放打开，DOUT=1经刷新缓冲器送到位线上，再经MOS 管写到电容上。注意，输入缓冲器与输出缓冲器总是互锁的。这是因为读操作和写操作是互斥的，不会同时发生。
第一章计算机系统概论第一章单元测验 1、计算机硬件能直接执行的是 A、高级语言 B、机器语言 C、汇编语言 D、任何语言 2、下列说法中，错误的是 A、软件与硬件具有逻辑功能的等价性 B、固件功能类似软件，形态类似硬件 C、计算机系统层次结构中，微程序属于硬件级 D、寄存器的数据位对微程序级用户透明 3、完整的计算机系统通常包括 A、运算器、控制器、存储器 B、主机、外部设备 C、主机和应用软件 D、硬件系统与软件系统 4、计算机的字长与下列哪项指标密切相关 A、运算精确度 B、运算速度 C、内存容量 D、存取速度 5、CPU地址线数量与下列哪项指标密切相关 A、运算精确度 B、运算速度 C、内存容量 D、存储数据位 6、下列属于冯?诺依曼计算机的核心思想是 A、存储器按地址访问 B、存储程序和程序控制 C、采用补码 D、采用总线
7、下列关于计算机系统层次结构的描述中，正确的是 A、不同层次面向不同用户，看到计算机的属性不同 B、低层代码执行效率比高层代码执行效率高 C、低层用户对硬件的透明性比高层用户要低 D、指令集架构层是软、硬件间的接口 8、下列关于硬件与软件关系的描述中，正确的是 A、硬件是软件运行的基础 B、硬件的发展推动了软件的发展 C、软件的发展也推动硬件的发展 D、软件能完成的功能及性能与硬件有关 9、下列关于计算机字长的描述中正确的是 A、字长一般与运算器的数据位相同 B、字长一般与通用寄存器的位数相同 C、字长一般与存储器数据位相同 D、字长一般与存储器的地址位相同 10、下列可用于评价计算机系统性能的指标是 A、MIPS B、CPI C、IPC D、字长 11、下列计算机系统性能评价的描述中正确的是 A、程序MIPS值越高，计算机的性能越高 B、程序的CPI值越低，计算机的性能越高 C、主频高的机器性能不一定高 D、同一程序在不同机器上运行时得到的MIPS值不一定相同 12、访问256KB的存储空间，需要的地址线数最少为( ）根？（只需要填阿拉伯数字） 13、程序必须存放在哪里才能被CPU访问并执行 14、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令，它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为2、3、4、5；该机器的主频为600MHZ，则该机的CPI 为（保留到小数点后一位） 15、某计算机指令集中共有A、B、C、D四类指令，它们占指令系统的比例分别为40% 、20%、20%、20%, 各类指令的CPI分别为2、3、4、5；该机器的主频为600MHZ，则该机的MIPS为（保留到小数点后一位） 参考答案如下：
第5章习题参考答案 1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： (1)保存当前正在执行的指令的寄存器是（IR ）； (2)保存当前正在执行的指令地址的寄存器是（AR ） (3)算术逻辑运算结果通常放在（DR ）和（通用寄存器）。 2．参见图5.15的数据通路。画出存数指令“STO Rl，(R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器Rl的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 解： STO R1, (R2)的指令流程图及微操作信号序列如下：
STO R1, (R2) R/W=R DR O, G, IR i R2O, G, AR i R1O, G, DR i R/W=W 3．参见图5.15的数据通路，画出取数指令“LAD (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址主存单元的内容取至寄存器R2中，标出各微操作控制信号序列。 解： LAD R3, (R0)的指令流程图及为操作信号序列如下：
PC O , G, AR i R/W=R DR O , G, IR i R 3O , G, AR i DR O , G, R 0i R/W=R LAD (R3), R0 4．假设主脉冲源频率为10MHz ，要求产生5个等间隔的节拍脉冲，试画出时序产生器的逻辑图。 解：
5．如果在一个CPU 周期中要产生3个节拍脉冲；T l ＝200ns ，T 2=400ns ，T 3=200ns ，试画出时序产生器逻辑图。 解：取节拍脉冲T l 、T 2、T 3的宽度为时钟周期或者是时钟周期的倍数即可。所以取时钟源提供的时钟周期为200ns ，即，其频率为5MHz.；由于要输出3个节拍脉冲信号，而T 3的宽度为2个时钟周期，也就是一个节拍电位的时间是4个时钟周期，所以除了C 4外，还需要3个触发器——C l 、C 2、C 3；并令 211C C T *=；321C C T *=；313C C T =，由此可画出逻辑电路图如下：
第一章 1.说明计算机系统的层次结构。 第一级是微程序级， 第二级是传统机器级， 第三级是操作系统级， 第四级是汇编语言级， 第五级是高级语言级， 第六级是应用语言级 2.冯诺依曼计算机的特点 计算机由运算器、存储器、控制器、输入输出设备五大部分组成 指令和数据以同等地位存放在存储器，并可按地址寻访 指令和数据均用二进制数表示 指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置 指令在存储器内按顺序存放，通常指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定条件改变执行顺序 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。 3.计算机的工作步骤 （1）上机前的准备：建立数学模型、确定计算方法、编制解题程序 （2）上机运行 4.指令和数据都存储于存储器中，计算机如何区分他们？ 计算机区分指令和数据有以下2种方法： 通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。 通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址取出的是操作数。 第三章 1、什么是总线，特点，为了减轻总线的负载，总线上的部件都应具备什么特点 总线是链接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质 特点：某一时刻只能有一路信息在总线上传输 总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通 2、总线的分类：片内总线；系统总线（数据总线，地址总线）；控制总线；通信总线 3、总线的特性：机械特性，电气特性，功能特性，时间特性 4、总线的性能指标：总线宽度，总线带宽，时钟同步/异步，总线复用，信号线数，总线控
第3章习题参考答案 1、设有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问 (1) 该存储器能存储多少字节的信息？ (2) 如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成，需要多少片？ (3) 需要多少位地址作芯片选择？ 解： (1) 该存储器能存储：字节 4M 8 32220=? (2) 需要 片88 2 322 8 51232 2 19 2020 =??= ??K (3) 用512K ?8位的芯片构成字长为32位的存储器，则需要每4片为一组进行字长的位数扩展，然后再由2组进行存储器容量的扩展。所以只需一位最高位地址进行芯片选择。 2、已知某64位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用4M ×8位的DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用内存条结构形式，问； (1) 若每个内存条为16M ×64位，共需几个内存条? (2) 每个内存条内共有多少DRAM 芯片? (3) 主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各内存条? 解： (1) 共需 条464 1664 2 26 =??M 内存条 (2) 每个内存条内共有32 8 46416=??M M 个芯片 (3) 主存共需多少 1288 464648 464 2 26 =??= ??M M M 个RAM 芯片， 共有4个内存条，故CPU 选择内存条用最高两位地址A 24和A 25通过2：4译码器实现；其余的24根 地址线用于内存条内部单元的选择。 3、用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设存储器读/写周期为0.5μS ，CPU 在1μS 内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理?两次刷新的最大时间间隔是多少?对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少? 解： (1) 用16K ×8位的DRAM 芯片构成64K ×32位存储器，需要用 16 448 163264=?=??K K 个芯片，其中每4片为一组构成16K ×32位——进行字长位 数扩展(一组内的4个芯片只有数据信号线不互连——分别接D 0~D 7、D 8~D 15、
第一章 1．比较数字计算机和模拟计算机的特点 解：模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的； 数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。 两者主要区别见P1 表1.1。 2．数字计算机如何分类？分类的依据是什么？ 解：分类：数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、 中型机、小型机、微型机和单片机六类。 分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。 通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、 指令系统规模和机器价格等因素。
3．数字计算机有那些主要应用？ （略） 4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括哪些主要组成部分？ 解：冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。 存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中； 程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。 主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 5．什么是存储容量？什么是单元地址？什么是数据字？什么是指令字？ 解：存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容 量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。 单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单
元都有唯一的地址编号，称为单元地 址。 数据字：若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。 指令字：若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。 6．什么是指令？什么是程序？ 解：指令：计算机所执行的每一个基本的操作。 程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。 7．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 解：一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的 信息即为数据信息。 8．什么是内存？什么是外存？什么是CPU？什么是适配器？简述其功能。
计算机组成原理题解指南 第一部分：简答题 第一章计算机系统概论 1．说明计算机系统的层次结构。 计算机系统可分为：微程序机器级，一般机器级（或称机器语言级），操作系统级，汇编语言级，高级语言级。 第四章主存储器 1．主存储器的性能指标有哪些？含义是什么？ 存储器的性能指标主要是存储容量. 存储时间、存储周期和存储器带宽。 在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量。 存取时间又称存储访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。 存储周期是指连续两次独立的存储器操作（如连续两次读操作）所需间隔的最小时间。 存储器带宽是指存储器在单位时间中的数据传输速率。 2．DRAM存储器为什么要刷新？DRAM存储器采用何种方式刷新？有哪几种常用的刷新方式？ DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息。由于存储的信息电荷终究是有泄漏的，电荷数又不能像SRAM存储元那样由电源经负载管来补充，时间一长，信息就会丢失。为此必须设法由外界按一定规律给栅极充电，按需要补给栅极电容的信息电荷，此过程叫“刷新”。 DRAM采用读出方式进行刷新。因为读出过程中恢复了存储单元的MOS栅极电容电荷，并保持原单元的内容，所以读出过程就是再生过程。 常用的刷新方式由三种：集中式、分散式、异步式。 3．什么是闪速存储器？它有哪些特点？ 闪速存储器是高密度、非易失性的读/写半导体存储器。从原理上看，它属于ROM型存储器，但是它又可随机改写信息；从功能上看，它又相当于RAM，所以传统ROM与RAM的定义和划分已失去意义。因而它是一种全新的存储器技术。 闪速存储器的特点：（1）固有的非易失性，（2）廉价的高密度，（3）可直接执行，（4）固态性能。4．请说明SRAM的组成结构，与SRAM相比，DRAM在电路组成上有什么不同之处？ SRAM存储器由存储体、读写电路、地址译码电路、控制电路组成，DRAM还需要有动态刷新电路。 第五章指令系统 1．在寄存器—寄存器型，寄存器—存储器型和存储器—存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长？哪类指令的执行时间最短？为什么？ 寄存器-寄存器型执行速度最快,存储器-存储器型执行速度最慢。因为前者操作数在寄存器中，后者操作数在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。 2．一个较完整的指令系统应包括哪几类指令？ 包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、堆栈指令、字符串指令、特权指令等。 3．什么叫指令？什么叫指令系统？ 指令就是要计算机执行某种操作的命令 一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。 第六章中央处理部件CPU 1．指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据。 时间上讲，取指令事件发生在“取指周期”，取数据事件发生在“执行周期”。从空间上讲，从内存读出的指令流流向控制器（指令寄存器）。从内存读出的数据流流向运算器（通用寄存器）。 2．简述CPU的主要功能。 CPU主要有以下四方面的功能：(1)指令控制程序的顺序控制，称为指令控制。 (2)操作控制 CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应部件，从而 控制这些部件按指令的要求进行动作。 (3)时间控制对各种操作实施时间上的控制，称为时间控制。 (4)数据加工对数据进行算术运算和逻辑运算处理，完成数据的加工处理。 3．举出CPU中6个主要寄存器的名称及功能。 CPU有以下寄存器： (1)指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。 (2)程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。 (3)地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
第三章、内部存储器 1、存储器是计算机系统中的记忆设备，它主要是用来_____ A.存放数据 B.存放程序 C.存放数据和程序 D.存放微程序 2、存储单元是指______ A.存放一个二进制信息位的存储元 B.存放一个机器字的所有存储单元集合 C.存放一个字节的所有存储元集合 D.存放两个字节的所有存储元集合 3、计算机的存储器采用分级存储体系的主要目的是________ A.便于读写数据 B.减小机箱的体积 C.便于系统升级 D.解决存储容量、价格和存取速度之间的矛盾 5、和外存相比，内存的特点是____ A.容量大，速度快，成本低 B.容量大，速度慢，成本高 C.容量小，速度快，成本高 D.容量小，速度快，成本低 6、某单片机字长16位，它的存储容量64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是______ A.64K B.32K C.64KB D.32KB 7、某SRAM芯片，其存储容量为64K×16位，该芯片的地址线和数据线数目为_______ A.64，16 B.16，64 C.64，8 D.16，16 8、某DRAM芯片，其存储器容量为512K×8位，该芯片的地址线和数据线数目为 ________ A.8，512 B.512，8 C.18，8 D.19，8 9、某机器字长32位，存储容量256MB，若按字编址，它的寻址范围是_______ A.1M B.512KB C.64M D.256KB 10、某机器字长32位，存储容量4GB，若按字编址，它的寻址范围是_______ A.1G B.4GB C.4G D.1GB 11、某机器字长64位，存储容量4GB，若按字编址，它的寻址范围是_______ A.4G B.2G C.0.5G D.1MB 12、某机器字长32位，存储容量4GB，若按双字编址，它的寻址范围是_______ A.4G B.5G C.8G D.2G 13、某SRAM芯片，其容量为512×8位，包括电源端和接地端，该芯片引出线的数目应为_____ A.23 B.25 C.50 D.19 14、某微型计算机系统，其操作系统保存在硬盘上，其内存储器应该采用__________ A.RAM B.ROM C.RAM 和ROM https://www.doczj.com/doc/a94971581.html,D 15、相联存储是按____进行寻址的存储器。 A.地址指定方式 B.堆栈存取方式 C.内容指定方式 D.地址指定方式与堆栈存取方式结合 16、交叉存储器实质上是一种____存储器，它能_____执行_____独立的读写操作。 A.模块式，并行，多个 B.模块式，串行，多个 C.整体式，并行，一个 D.整体式，串行，多个
计算机组成原理第1章习题与答案 一、选择题 1．从器件角度看，计算机经历了五代变化。但从系统结构看，至今绝大多数计算机仍属于（）计算机。 A.并行 B.冯·诺依曼 C.智能 D.串行 2．冯·诺依曼机工作的基本方式的特点是（）。 A.多指令流单数据流 B.按地址访问并顺序执行指令 C.堆栈操作 D.存贮器按内容选择地址 3．在下面描述的汇编语言基本概念中，不正确的表述是（）。 A.对程序员的训练要求来说，需要硬件知识 B.汇编语言对机器的依赖性高 C.用汇编语言编写程序的难度比高级语言小 D.汇编语言编写的程序执行速度比高级语言慢 4.（2009年考研题）冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中，CPU区分它们的依据是（）。 A.指令操作码的译码结果 B.指令和数据的寻址方式 C.指令周期的不同阶段 D.指令和数据所在的存储单元 5．（2011年考研题）下列选项中，描述浮点数操作速度指标的是（）。 A.MIPS B.CPI C.IPC D.MFLOPS 6．（2012年考研题）基准程序A在某计算机上的运行时间为100秒，其中90秒为CPU时间，其它时间忽略不计。若CPU速度提高50%，I/O速度不变，则基准程序A所耗费的时间是（）秒。 A.55 B.60 C.65 D.70 7．（2013年考研题）某计算机主频为1.2 GHz，其指令分为4类，它们在基准程序中所占比例及CPI如下表所示。 该机的MIPS数是（）。 A.100 B.200 C.400 D.600
8．（2014年考研题）程序P在机器M上的执行时间是20s，编译优化后，P 执行的指令数减少到原来的70%，而CPI增加到原来的1.2倍，则P在M上的执行时间是（）。 A.8.4秒 B.11.7秒 C.14秒 D.16.8秒 9．（2015年考研题）计算机硬件能够直接执行的是（）。 Ⅰ．机器语言程序Ⅱ．汇编语言程序Ⅲ．硬件描述语言程序 A.仅Ⅰ B.仅ⅠⅡ C.仅ⅠⅢ D.ⅠⅡⅢ 二、名词解释 1．吞吐量2．响应时间3．利用率 4．处理机字长5．总线宽度6．存储器容量 7．存储器带宽8．主频/时钟周期9．CPU执行时间 10．CPI 11．MIPS 12．FLOPS 三、简答题 1．指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？ 2．冯·诺依曼计算机体系结构的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成？ 3．计算机系统分为哪几个层次？每层分别用软件还是硬件实现？
第七章指令系统 ?7-1指令，程序 指令：计算机执行某种操作的命令 程序：由有序的指令串构成，程序要解决一个具体的问题 指令系统：一台计算机能执行的全部指令的集合 指令系统的重要性：软件编程的基础，硬件设计的依据，综合考虑计算机的软硬件是计算机设计的关键因素。 ?7-2操作码 操作码用来指明该指令所要完成的操作。通常位数反映了机器的操作种类，即机器允许的指令条数，如7位→2^7=128条指令 固定长度操作码：操作码长度(占二进制位数)固定不变 硬件设计相对简单 指令译码时间开销小 指令空间利用率较低 可变长度操作码：操作码长度随指令地址数目的不同而不同(可平均缩短指令长度) 硬件设计相对复杂 指令译码时间开销较大 指令空间利用率较高 例：某机器采用固定长度指令系统，16位，包括3地址指令15条，双地址指令10条，单地址指令若干，每个地址占4位。问：该指令系统最多容纳多少个单地址指令，并设计该指令系统的操作码编码方案 析：每条指令：一个唯一操作码编码，不同类型指令具有不同标识，用扩展操作码方案 三15条，1111 双10条，6个没用6*16=96个 ? 7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长？ ? 7.6某指令系统字长为16位，地址码取4位，试提出一种方案，使该指令系统 有8条三地址指令、16条二地址指令、100条一地址指令。 固定操作码为4位。 8条三地址指令操作码为：0000~0111（剩下1000~1111共8个扩展窗口） 16条二地址指令操作码为：1000 0000~1000 1111 （剩下1001 0000~1111 1111共112个扩展窗口）100条一地址指令操作码为：10010000 0000~10010000 1111 10010001 0000~10010001 1111 10010010 0000~10010010 1111 10010011 0000~10010011 1111 10010100 0000~10010100 1111 10010101 0000~10010101 1111 10010110 0000~10010110 0011
第五章指令系统测试 1、以下四种类型指令中，执行时间最长的是（）(单选) A、RR型指令 B、RS型指令 C、SS型指令 D、程序控制类指令 2、程序控制类指令的功能是（）（单选） A、进行算术运算和逻辑运算 B、进行主存与CPU之间的数据传送 C、进行CPU和I/O设备之间的数据传送 D、改变程序执行的顺序 3、单地址指令中为了完成两个数的算术运算，除地址码指明的一个操作数外，另一个常需采用的寻址方式是( ）（单选） A、立即数寻址 B、寄存器寻址 C、隐含寻址 D、直接寻址 4、下列属于指令系统中采用不同寻址方式的目的主要是（）（单选） A、为了实现软件的兼容和移植 B、缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性 C、为程序设计者提供更多、更灵活、更强大的指令 D、丰富指令功能并降低指令译码难度 5、寄存器间接寻址方式中，操作数存放在（）中（单选） A、通用寄存器 B、主存 C、数据缓冲寄存器MDR D、指令寄存器 6、指令采用跳跃寻址方式的主要作用是（) (单选) A、访问更大主存空间 B、实现程序的有条件、无条件转移 C、实现程序浮动 D、实现程序调用 7、下列寻址方式中，有利于缩短指令地址码长度的是（）（单选） A、寄存器寻址 B、隐含寻址 C、直接寻址
D、间接寻址 8、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H．则该操作数的有效地址为( ) (单选) A、1200H B、12FCH C、3888H D、88F9H 9、假设某条指令的一个操作数采用寄存器间接寻址方式，假定指令中给出的寄存器编号为8，8号寄存器的内容为1200H，地址1200H中的内容为12FCH，地址12FCH中的内容为3888H，地址3888H中的内容为88F9H．则该操作数为( ) (单选) A、1200H B、12FCH C、3888H D、88F9H 10、某计算机按字节编址，采用大端方式存储信息。其中，某指令的一个操作数的机器数为ABCD 00FFH，该操作数采用基址寻址方式，指令中形式地址（用补码表示）为FF00H，当前基址寄存器的内容为C000 0000H，则该操作数的LSB(即该操作数的最低位FFH)存放的地址是( ) (单选) A、C000 FF00H B、C000 FF03H C、BFFF FF00H D、BFFF FF03H 11、假定指令地址码给出的是操作数所在的寄存器的编号，则该操作数采用的寻址方式是( )(单选) A、直接寻址 B、间接寻址 C、寄存器寻址 D、寄存器间接寻址 12、相对寻址方式中，操作数有效地址通过( )与指令地址字段给出的偏移量相加得到(单选) A、基址寄存器的值 B、变址寄存器的值 C、程序计数器的值 D、段寄存器的值 13、下列关于二地址指令的叙述中，正确的是( ) (单选) A、运算结果通常存放在其中一个地址码所指向的位置 B、地址码字段一定是操作数 C、地址码字段一定是存放操作数的寄存器编号
合肥学院 课程论文 题目计算机类课程综述类论文 系部计算机科学与技术 专业计算机科学与技术 班级10计本（2）班 学生姓名王仲秋 2012 年 5 月10 日 计算机类课程综述
内容摘要 计算机组成原理是计算机专业人员必须掌握的基础知识。显而易见《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门核心的专业必修课程。本课程侧重于讲授计算机基本部件的构造和组织方式、基本运算的操作原理以及部件和单元的设计思想等。但计算机硬件技术的发展十分迅速，各类新器件、新概念和新内容不断涌现，这就要求我们要与时俱进，自主学习新知识。计算机是一门应用广泛、使用面积广、技术含量高的一门学科和技术，生活中的任何一个角落都离不开计算机的应用，生活中的无处不在需要我们了解和清楚计算机的相关知识。本文从《计算机组成原理》基础课程的各个方面对计算机组成原理做了详细的解释。 关键字：构造组织方式基本运算操作原理设计思想 （一）、计算机组成原理课程综述 随着计算机和通信技术的蓬勃发展，中国开始进入信息化时代，计算机及技术的应用更加广泛深入，计算机学科传统的专业优势已经不再存在。社会和应用对学生在计算机领域的知识与能力提出了新的要求。专家们指出，未来10～15 年是我国信息技术发展的窗口期、关键期。 《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业必修的一门专业主干课程。课程要求掌握计算机系统各部件的组成和工作原理、相互联系和作用，最终达到从系统、整机的角度理解计算机的结构与组成，并为后续课程的学习奠定基础。因此掌握计算机的组成原理就显得尤为重要，这就要求课程的编写要深入浅出、通俗易懂。本课程在体系结构上改变了自底向上的编写习惯，采用从外部大框架入手，层层细化的叙述方法。这样便更容易形成计算机的整体观念。 该课程总共分为四篇十章，第一篇（第1、2章）主要介绍计算机系统的基本组成、应用与发展。第二篇（第3、4、5章）详细介绍了出CPU外的存储器、输入输出系统以及连接CPU、存储器和I/O之间的通信总线。第三篇（第6、7、8、章）详细介绍了CPU（除控制单元外）的特性、结构和功能，包括计算机的基本运算、指令系统和中断系统等。第四篇（9、10章）专门介绍控制单元的功能，以及采用组合逻辑和微程序方法设计控制单元的设计思想和实现措施。 （二）、课程主要内容和基本原理
一、选择题 1、EPROM是指___D___。 A. 读写存储器 B. 只读存储器 C. 可编程的只读存储器 D. 光擦除可编程的只读存储器 2、计算机系统中的存贮器系统是指__D__。 A RAM存贮器 B ROM存贮器 C 主存贮器 D cache、主存贮器和外存贮器 3、存储单元是指__B__。 A 存放一个二进制信息位的存贮元 B 存放一个机器字的所有存贮元集合 C 存放一个字节的所有存贮元集合 D 存放两个字节的所有存贮元集合； 4、相联存贮器是按__C_进行寻址的存贮器。 A 地址方式 B 堆栈方式 C 内容指定方式 D 地址方式与堆栈方式 5、存储器是计算机系统的记忆设备，主要用于___D___。 A.存放程序 B.存放软件 C.存放微程序 D.存放程序和数据 6、外存储器与内存储器相比，外存储器___B___。 A.速度快，容量大，成本高 B.速度慢，容量大，成本低 C.速度快，容量小，成本高 D.速度慢，容量大，成本高 7、一个256K×8的存储器，其地址线和数据线总和为___C___。 A.16 B.18 C.26 D.20 8、某SRAM芯片，存储容量为64K×16位，该芯片的地址线和数据线数目为__D__。 A 64，16 B 16，64 C 64，8 D 16，16 。 9、交叉存贮器实质上是一种__A__存贮器，它能_____执行______独立的读写操作。 A 模块式，并行，多个 B 模块式串行，多个 C 整体式，并行，一个 D 整体式，串行，多个 10、存储器是计算机系统中的记忆设备,它主要用来__C___。 A. 存放数据 B. 存放程序 C. 存放数据和程序 D. 存放微程序 11、某计算机的字长16位,它的存储容量是64KB,若按字编址,那么它的寻址范围是 ___B___。 A. 64K B.32K C. 64KB D. 32KB 12、存储单元是指__A__。 A．存放一个机器字的所有存储元 B．存放一个二进制信息位的存储元 C．存放一个字节的所有存储元的集合 D．存放两个字节的所有存储元的集合13、机器字长32位，其存储容量为4MB，若按字编址，它的寻址范围是_A__。 A． 1M B． 1MB C． 4M D． 4MB
7.1什么叫机器指令？什么叫指令系统？为什么说指令系统与机器指令的主要功能以 及与硬件结构之间存在着密切的关系？ 机器指令：是CPU能直接识别并执行的指令，它的表现形式是二进制编码。机器指令通常由操作码和操作数两部分组成。 指令系统：计算机所能执行的全部指令的集合，它描述了计算机 内全部的控制信息和“逻辑判断”能力。 指令系统是计算机硬件和软件的接口部分，是全部机器指令的集合。 7.2什么叫寻址方式？为什么要学习寻址方式？寻址方式：指确定本条指令的数 据地址以及下一条将要执行的指 令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影响指 令格式和指令功能。 学习寻址方式，是为了找到指令中参与操作的数据，然后根据指令，得出结果。 7.3什么是指令字长、机器字长和存储字长？指令字长：是指机器指令中二进制 代码的总位数。指令字长取决 于从操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个 数。不同的指令的字长是不同的。 机器字长：是指计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据 的位数（整数运算即定点整数运算）。机器字长也就是运 算器进行定点数运算的字长，通常也是CPU内 部数据通路的宽度。即字长越长，数的表示范围也 越大，精度也越高。机器的字长也会影响机器的运算速
度。 存储字长：一个存储单元存储一串二进制代码（存储字），这串 二进制代码的位数称为存储字长，存储字长可以是8 位、 16 位、32 位等。 7.6 某指令系统字长为16位，地址码取 4 位，提出一种方案，使该指令系统有 8 条三地址指令、16 条二地址指令、100 条一地址指令。 解：三地址指令格式如下： 4 4 4 4 OP A1 A2 A3 指令操作码分配方案如下： 4 位OP 0000 ， ,, ，A1,A2,A3:8 条三地址指令 0111 ， 1000，0000， ,, ，,, ，A2 ，A3:16 条二地址指令 1000，1111， 1001，0000，0000， A3:100 条一地址指令 1001, 0110, 0011, 1001, 0110, 0100,
《计算机组成原理》第10章在线测试 剩余时间： 59:56 答题须知：1、本卷满分20分。 2、答完题后，请一定要单击下面的“交卷”按钮交卷，否则无法记录本试卷的成绩。 3、在交卷之前，不要刷新本网页，否则你的答题结果将会被清空。 第一题、单项选择题（每题1分，5道题共5分） 1、Amdahl 提出的系统结构定义中的程序设计是为＿＿＿＿＿＿＿＿设计者所看到的计算机属性。D A、机器语言 B、C++ C、Java D、机器语言或编译程序设计者 2、Cache ，多模块交叉技术是属于＿＿＿＿＿＿＿＿层次技术。A A、存储器 B、控制器 C、运算器 D、总线 3、＿＿＿＿＿＿＿＿主要表现为时间重叠、资源重复和资源共享。C A、并发性 B、同时性 C、并行性 D、共享性
4、不属于RISC的特点的是＿＿＿＿＿＿＿＿。B A、流水线结构 B、寻址种类多 C、指令长度固定 D、指令格式种类少 5、Intel公司制成的80386使得X86微处理器进入第＿＿＿＿＿＿＿＿代。C A、一 B、二 C、三 D、四 第二题、多项选择题（每题2分，5道题共10分） 1、计算机并行性主要表现为哪些方面？ABC A、时间重叠 B、资源重复 C、资源共享 D、集中控制 2、并行性包含哪些方面的含义？AC A、同时性 B、稳定性 C、并发性 D、高效率
3、计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三个概念之间的关系怎样？ABCDE A、系统结构是计算机系统的软、硬件的界面 B、计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现 C、计算机实现是计算机组成的物理实现 D、一种计算机系统结构可以有多种组成实现 E、一种组成也可以有多种物理实现 4、按照指令流和数据流的不同组织方式，指令流和数据流的多重性，将计算机系统分为哪些类别？ABCD A、单指令流单数据流（SISD）计算机系统 B、单指令流多数据流（SIMD）计算机系统 C、多指令流单数据流（MISD）计算机系统 D、多指令流多数据流（MIMD）计算机系统 5、计算机更新换代的标志有哪些？AB A、计算机的器件 B、系统结构的特点 C、指令系统的复杂程度 D、CPU执行指令的速度 第三题、判断题（每题1分，5道题共5分） 1、遵循同一标准，具有开放系统特点的计算之间具有良好的“可移植性”和“互操作性”
第3章习题解答 1．指令长度和机器字长有什么关系?半字长指令、单字长指令、双字长指令分别表示什么意思? 解：指令长度与机器字长没有固定的关系，指令长度可以等于机器字长，也可以大于或小于机器字长。通常，把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。 2．零地址指令的操作数来自哪里?一地址指令中，另一个操作数的地址通常可采用什么寻址方式获得?各举一例说明。 解：双操作数的零地址指令的操作数来自堆栈的栈顶和次栈顶。双操作数的一地址指令的另一个操作数通常可采用隐含寻址方式获得，即将另一操作数预先存放在累加器中。例如，前述零地址和一地址的加法指令。 3．某机为定长指令字结构，指令长度16位；每个操作数的地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。若双操作数指令已有K种，无操作数指令已有L种，问单操作数指令最多可能有多少种?上述三类指令各自允许的最大指令条数是多少? 解：X= (24一K)×26一[L/26] 双操作数指令的最大指令数：24一1。 单操作数指令的最大指令数：15×26一l(假设双操作数指令仅1条，为无操作数指令留出1个扩展窗口)。 无操作数指令的最大指令数：216一212一26。其中212为表示某条二地址指令占用的编码数，26为表示某条单地址指令占用的编码数。此时双操作数和单操作数指令各仅有1条。 4．设某机为定长指令字结构，指令长度12位，每个地址码占3位，试提出一种分配方案，使该指令系统包含：4条三地址指令，8条二地址指令，180条单地址指令。 解：4条三地址指令 000 XXX YYY ZZZ ． ． 011 XXX YYY ZZZ 8条二地址指令 100 000 XXX YYY ． ． 100 111 XXX YYY 180条单地址指令 101 000 000 XXX ． ． 111 110 011 XXX 5．指令格式同上题，能否构成： 三地址指令4条，单地址指令255条，零地址指令64条?为什么? 解：三地址指令4条 000 XXX YYY ZZZ
《计算机组成原理》第10章在线测试 《计算机组成原理》第10章在线测试剩余时间：59:55 答题须知：1、本卷满分20分。 2、答完题后，请一定要单击下面的“交卷”按钮交卷，否则无法记录本试卷的成绩。 3、在交卷之前，不要刷新本网页，否则你的答题结果将会被清空。 第一题、单项选择题（每题1分，5道题共5分） 1、Amdahl 提出的系统结构定义中的程序设计是为＿＿＿＿＿＿＿＿设计者所看到的计算机属性。 A、机器语言 B、C++ C、Java D、机器语言或编译程序设计者 2、Cache ，多模块交叉技术是属于＿＿＿＿＿＿＿＿层次技术。 A、存储器 B、控制器 C、运算器 D、总线 3、＿＿＿＿＿＿＿＿主要表现为时间重叠、资源重复和资源共享。 A、并发性 B、同时性 C、并行性 D、共享性 4、不属于RISC的特点的是＿＿＿＿＿＿＿＿。 A、流水线结构 B、寻址种类多 C、指令长度固定 D、指令格式种类少 5、Intel公司制成的80386使得X86微处理器进入第＿＿＿＿＿＿＿＿代。 A、一 B、二 C、三 D、四 第二题、多项选择题（每题2分，5道题共10分） 1、计算机并行性主要表现为哪些方面？ A、时间重叠 B、资源重复 C、资源共享 D、集中控制
2、并行性包含哪些方面的含义？ A、同时性 B、稳定性 C、并发性 D、高效率 3、计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三个概念之间的关系怎样？ A、系统结构是计算机系统的软、硬件的界面 B、计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现 C、计算机实现是计算机组成的物理实现 D、一种计算机系统结构可以有多种组成实现 E、一种组成也可以有多种物理实现 4、按照指令流和数据流的不同组织方式，指令流和数据流的多重性，将计算机系统分为哪些类别？ A、单指令流单数据流（SISD）计算机系统 B、单指令流多数据流（SIMD）计算机系统 C、多指令流单数据流（MISD）计算机系统 D、多指令流多数据流（MIMD）计算机系统 5、计算机更新换代的标志有哪些？ A、计算机的器件 B、系统结构的特点 C、指令系统的复杂程度 D、CPU执行指令的速度 第三题、判断题（每题1分，5道题共5分） 1、遵循同一标准，具有开放系统特点的计算之间具有良好的“可移植性”和“互操作性” 正确错误 2、只要是开放系统的计算机，其操作系统和应用程序即可互相交换使用，而不必作任何修改。
第三章课后习题参考答案 1．有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问： （1）该存储器能存储多少个字节的信息？ （2）如果存储器由512K×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？ （3）需要多少位地址作芯片选择？ 解：（1）∵ 220= 1M，∴ 该存储器能存储的信息为：1M×32/8=4MB （2）（1024K/512K）×（32/8）= 8（片） （3）需要1位地址作为芯片选择。 3．用16K×8位的DRAM芯片组成64K×32位存储器，要求： (1) 画出该存储器的组成逻辑框图。 (2) 设DRAM芯片存储体结构为128行，每行为128×8个存储元。如单元刷新间隔不超过2ms，存储器读/写周期为0.5μS, CPU在1μS内至少要访问一次。试问采用哪种刷新方式比较合理？两次刷新的最大时间间隔是多少？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少？ 解：（1）组成64K×32位存储器需存储芯片数为 N=（64K/16K）×（32位/8位）=16（片） 每4片组成16K×32位的存储区，有A 13-A 作为片内地址，用A 15 A 14 经2：4译码 器产生片选信号，逻辑框图如下所示：
（2）根据已知条件，CPU在1us内至少访存一次，而整个存储器的平均读/写周期为0.5us，如果采用集中刷新，有64us的死时间，肯定不行； 所以采用分散式刷新方式： 设16K×8位存储芯片的阵列结构为128行×128列，按行刷新，刷新周期T=2ms，则分散式刷新的间隔时间为： t=2ms/128=15.6(s) 取存储周期的整数倍15.5s(0.5的整数倍) 则两次刷新的最大时间间隔发生的示意图如下 可见，两次刷新的最大时间间隔为t MAX ＝15.5×2－0.5＝30.5 (μS) t MAX 对全部存储单元刷新一遍所需时间为t R ＝0.5×128=64 (μS) t R 4．有一个1024K×32位的存储器，由128K×8位DRAM芯片构成。问： (1)总共需要多少DRAM芯片？ (2)设计此存储体组成框图。 (3)设DRAM芯片存储体结构为512行，每行为256×8个存储元。采用分散式刷新方式，如单元刷新间隔不超过8ms，则刷新信号周期是多少？
第一章绪论习题及参考答案 一、判断题 1．微型计算机广阔的应用领域中，会计电算化属于科学计算应用方面。( ) 2．决定计算机计算精度的主要技术指标是计算机的字长。( ) 3．利用大规模集成电路技术把计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫做单片机。( ) 4．计算机“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条操作系统的命令。（） 5．兼容性是计算机的一个重要性能，通常是指向上兼容，即旧型号计算机的软件可以不加修改地在新型号计算机上运行。系列机通常具有这种兼容性。（） 二、简答题 1．电子数字计算机与电子模拟计算机的主要区别是什么 2．简单描述计算机的发展过程和应用范围。 3．冯·诺依曼机的主要特点是什么 4．按照冯·诺依曼原理，现代计算机应具备哪些功能 5．如何理解软硬件之间的等价性 6．何谓绿色计算机对它有哪些要求 7．简单描述计算机的层次结构，说明各层次的主要特点。 8．计算机系统的主要技术指标有哪些 参考答案 一、判断题 1．错。会计电算化属于计算机数据处理方面的应用。 2．对。 3．错。计算机的运算部件和控制部件做在一块集成电路芯片上，这样的一块芯片叫CPU。 4．错。“运算速度”指标的含义是指每秒钟能执行多少条指令。 5．错。兼容性包括数据和文件的兼容、程序兼容、系统兼容和设备兼容，微型计算机通常具有这种兼容性。 二、简答题 1．电子数字计算机的运算对象是离散的数字量，用数码进行运算，其运算结果也是离散的数字量；电子模拟计算机的运算对象是连续变化的物理量(如电流、电压等)，其运算结果也是连续变化的物理量。数字计算机的运算速度快，运算精度高。现代所说的计算机都是电子数字计算机。 2．从1946年世界上第一台数字电子计算机ENIAC研制成功至今，计算机的发展经历了4个时