计算机组成原理
实验报告
学院（系）：软件
专业：软工JAVA
班级：一班
学号：1415925062
姓名：陈弈山
年月日
实验1 Cache模拟器的实现
一.实验目的
(1)加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解。
(2)掌握Cache容量、相联度、块大小对Cache性能的影响。
(3)掌握降低Cache不命中率的各种方法以及这些方法对提高Cache性能的好处。
(4)理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响。
二、实验内容和步骤
1、启动CacheSim。
2、对CacheSim的压缩包进行解压，打开CacheSim.exe,出现下面的运行黑框。
4、读取cache-traces.zip中的trace文件。
5、运行程序，观察cache的访问次数、读/写次数、平均命中率、读/写命中率。在gcc.trace中的数据比较块容量与命中率的关系
三、实验方法
通过控制变量法，保持其他变量不变，只改变想要测试的变量的大小，来分析其对结果的影响。
1.通过实验看cache容量对C PU命中率的影响
Cache = 8K
cache容量= 16KB
cache容量= 64KB
cache容量块容量映射方式替换策
略写策略
平均命中
率
8KB 64B 直接映射——write_through 96.3735 16KB 64B 直接映射——write_through 98.1923 32KB 64B 直接映射——write_through 98.719
64KB 64B 直接映射——write_through 99.017 128KB 64B 直接映射——write_through 99.1508
2.通过实验看块容量对C PU命中率的影响
块容量= 8 B
块容量= 16 B
块容量= 32 B
块容量= 64 B
cache容量块容量映射方式替换策
略写策略命中率
64KB 8B 直接映射——write_through 95.6332 64KB 16B 直接映射——write_through 97.5547 64KB 32B 直接映射——write_through 98.5404 64KB 64B 直接映射——write_through 99.017 64KB 128B 直接映射——write_through 99.1196 64KB 256B 直接映射——write_through 99.0789 64KB 512B 直接映射——write_through 98.7364 64KB 1024B 直接映射——write_through 98.2869
3.替换策略对命中率影响数据分析
cache容量块容量映射方式替换策
略写策略命中率
64KB 64B 8路组相联FIFO write_through 5.79523 64KB 64B 8路组相联LRU write_through 99.2937 64KB 64B 8路组相联LFU write_through 5.79532 64KB 64B 8路组相联RANDOM write_through 99.2387
4.映射方式对命中率的影响：
数据举例其一：
cache容量块容量映射方式
替
换
策
略写策略命中率256KB 128B 2路组相联LRU write_through 99.6071 256KB 128B 4路组相联LRU write_through 99.6168 256KB 128B 8路组相联LRU write_through 99.6174 256KB 128B 16路组相联LRU write_through 99.6184 256KB 128B 32路组相联LRU write_through 99.6209 256KB 128B 64路组相联LRU write_through 99.6211 256KB 128B 128路组相联LRU write_through 99.6213 256KB 128B 256路组相联LRU write_through 99.6221 256KB 128B 512路组相联LRU write_through 99.6221 256KB 128B 1024路组相联LRU write_through 99.6221 256KB 128B 直接映射LRU write_through 99.3965
5.分析数据：
1、Cache的命中率与其容量的关系：
Cache 的容量与块长是影响cache效率的重要因素；
Cache 容量越大，其CPU命中率就越高，当然容量过大，增加成本，而且cache容量达到一定值时，命中率已不因容量的增加而又明显的提高
2、Cache块大小对命中率的影响:
Cache 当块由小到大，在已被访问字的附近，近期也可能访问，增大块长，可将更多有用字存入缓存，提高命中率；但是继续增大块长，命中率可能下降，因为所装入缓存的有用数据反而少于被替换掉的有用数据，由于块长增大，块数减少，装入新的块要覆盖旧块，很可能出现少数块刚装入就被覆盖，故命中率会下降
3、替换算法和相联度大小对不命中率有何影响？
替换算法中:LRU算法的平均命中率比FIFO的高
LRU算法比较好地利用访存局部性原理，替换出近期用得最少的字块，它需要随时记录cache 各个字块使用情况。FIFO不需要记录各个字块的使用情况，比较容易实现开销小，但是没有根据访存的局部性原理，最早调入的信息可能以后还要用到，或经常用到例如循环程序；Cache 容量一定时，随着相联度的不断增加，不命中率渐渐减小，但是当相连度增加到一定程度时，不命中率保持不变
四.实验心得：
实验所需要的知识点是高速缓冲存储器第四章的基础内容，对实验所需要的重点名词，进行了理解；命中率，访问效率，平均访问时间例题进行了理解，从而分析了Cache容量，相关度，块大小，替换算法对命中率的影响。
计算机组成原理 要求： 1.独立完成，作答时要按照模版信息 ．．．．填写完整，写明题型、题号； 2.作答方式：手写作答或电脑录入，使用学院统一模版（模版详见附件）； 3.提交方式：以下两种方式任选其一， 1)手写作答的同学可以将作业以图片形式打包压缩上传； 2)提交电子文档的同学可以将作业以word文档格式上传； 4.上传文件命名为“中心-学号-姓名-科目.rar”或“中心-学号-姓名-科 目.doc”； 5.文件容量大小：不得超过10MB。 请在以下几组题目中，任选一组题目作答，满分100分。 第一组： 一、论述题（20分） 1、简述：一条指令通常由哪些部分组成？简述各部分的功能。 二、分析题（30分） 1、指令格式结构如下所示，使分析指令格式以及寻址方式特点。 15 10 9 5 4 0 1. 有一台磁盘机器，平均寻道时间为30ms，平均旋转等待时间为120ms，数据传输速率为500B/ms，磁盘机桑存放着1000件每件3000B的数据。现欲把一件数据取走，更新后放回原地，假设一次取出或写入所需时间为：平均寻道时间+平均等待时间+数据传送时间。另外，使用CPU更新信息所需时间为4ms，并且更新时间同输入输出操作不相重叠。试问：（20分）（1）更新磁盘上全部数据需要多少时间？ （2）若磁盘以及旋转速度和数据传输率都提高一倍，更新全部数据需要多少时间？2、有一个具有20位地址和32位字长的存储器，问：（30分） （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）需要多少位地址作为芯片选择？
第二组： 一、论述题（20分） 1、解释术语：总线周期。 二、分析题（30分） 1、CPU结构图如下图所示，其中有一个累加寄存器AC，各部分之间的连线表示数据通路，剪头表示信息传送方向。 （1）标明图中四个存储器的名称。 （2）简述指令从主存取到控制器的数据通路。 （3）简述数据在运算器和主存之间进行存/取访问的数据通路。 三、计算题（共50分） 1、已知某磁盘存储器转速为2400转/分，每个记录面道数为200道，平均查找时间为60ms，每道存储容量为96Kbit，求磁盘的存取时间与数据传播率。（20分） 2、今有4级流水线分别完成取值、指令译码并取数、运算、送结果四步操作，近假设完成各部操作的时间依次为100ns，100ns，80ns，50ns。请问：（30分） （1）流水线的操作周期应设计为多少？ （2）若相邻两条指令发生数据相关，并且在硬件上不采取措施，那么第二条指令推迟多少时间进行？ （3）若果在硬件设计上加以改进，至少推迟多少时间？
计算机组成原理作业三 1．设机器数字长为8位（含1位符号位在内），写出对应下列各真值的原码、补码和反码。 -13/64，29/128 2．设机器字长为8位（含1位符号位），用补码运算规则计算下列各题。 （1）A=9/64，B=-13/32，求A+B； 解： （1）A=9/64=（0.001 0010）2 B= -13/32=（-0.011 0100）2 [A]补=0.001 0010 [B]补=1.100 1100 [A+B]补= 0. 0 0 1 0 0 1 0 + 1. 1 0 0 1 1 0 0 1. 1 0 1 1 1 1 0 ——无溢出 A+B=（-0.010 0010）2 = -17/64 （2）A=19/32，B=-17/128，求A-B； 解： （2）A=19/32=（0.100 1100）2 B= -17/128=（-0.001 0001）2 [A]补=0.100 1100 [B]补=1.110 1111 [-B]补=0.001 0001 [A-B]补= 0. 1 0 0 1 1 0 0 + 0. 0 0 1 0 0 0 1 0. 1 0 1 1 1 0 1 ——无溢出 A-B=（0.101 1101）2 = 93/128 3. 试比较基址寻址和变址寻址。 答：基址寻址需设有基址寄存器BR，其操作数的有效地址EA等于指令字中的形式地址与基址寄存器中的内容(称作基地址)相加。即EA＝A+(BR) 变址寻址有效地址EA等于指令字中的形式地址A与变址寄存器IX的内容相加之和。即EA＝A+(IX) 变址寻址与基址寻址的有效地址形成过程极为相似。 两者的不同： 基址寻址主要用于为程序或数据分配存储空间，故基址寄存器的内容通常由操作系统或管理程序确定，而指令字中的A是可变的。 在变址寻址中，变址寄存器的内容是由用户设定的，在程序执行过程中其值可变，而指令字中的A是不可变的。变址寻址主要用于处理数组问题，在数组处理过程中，可设定A为数组的首地址，不断改变变址寄存器IX的内容，便可很容易形成数组中任一数据的地址，特别适合编制循环程序。 4．什么是中断？设计中断时需考虑哪些问题？ 答：当主机正在繁忙地处理它的具体事务时，某个外设向主机提出需要临时处理问题的请求，于是主机响应外设请求暂时中断正在执行的程序，转去处理外部事件，处理完后再返回到被中断程序的断点处继续执行原程序的过程，称为中断。
第一章计算机系统概论 计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。早起将运算器和控制器合在一起称为CPU（中央处理器）。目前的CPU包含了存储器，因此称为中央处理器。存储程序并按地址顺序执行，这是冯·诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键。 计算机系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由微程序级、一般程序级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。 习题：4冯·诺依曼型计算机的主要设计思想是什么？它包括那些主要组成部分？ 主要设计思想是：存储程序通用电子计算机方案，主要组成部分有：运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备 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？ 存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。每个存储单元都有编号，称为单元地址。如果某字代表要处理的数据，称为数据字。如果某字为一条指令，称为指令字 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？ 每一个基本操作称为一条指令，而解算某一问题的一串指令序列，称为程序 第二章运算方法和运算器 按 对阶操作。
直接使用西文标准键盘输入汉字，进行处理，并显示打印汉字，是一项重大成就。为此要解决汉字的输入编码、汉字内码、子模码等三种不同用途的编码。 1第三章 内部存储器 CPU 能直接访问内存（cache 、主 存） 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。 cache 是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU 和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术，并且发展为多级cache 体系，指令cache 与数据cache 分设体 系。要求cache 的命中率接近于1 适度地兼顾了二者的优点又尽量避免其缺点，从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想，因而得到了普遍采用。 习题： 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，需要多少片； （3）需要多少位地址做芯片选择？ (1)字节M 4832*220= (2)片84*28 *51232*1024==K K (3)1位地址作芯片选择 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16M ×64位，共需几个内存条？ （2）每个内存条共有多少DRAM 芯片？ （3）主存共需多少DRAM 芯片？CPU 如何选
作业解答 第一章作业解答 1.1 基本的软件系统包括哪些内容？ 答：基本的软件系统包括系统软件与应用软件两大类。 系统软件是一组保证计算机系统高效、正确运行的基础软件，通常作为系统资源提供给用户使用。包括：操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、分布式软件系统、网络软件系统、各种服务程序等。 1.2 计算机硬件系统由哪些基本部件组成？它们的主要功能是什么？ 答：计算机的硬件系统通常由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器等五大部件组成。 输入设备的主要功能是将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机内。 输出设备的主要功能是将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。 存储器的主要功能是存储信息，用于存放程序和数据。 运算器的主要功能是对数据进行加工处理，完成算术运算和逻辑运算。 控制器的主要功能是按事先安排好的解题步骤，控制计算机各个部件有条不紊地自动工作。 1.3 冯·诺依曼计算机的基本思想是什么？什么叫存储程序方式？ 答：冯·诺依曼计算机的基本思想包含三个方面： 1) 计算机由输入设备、输出设备、运算器、存储器和控制器五大部件组成。 2) 采用二进制形式表示数据和指令。 3) 采用存储程序方式。 存储程序是指在用计算机解题之前，事先编制好程序，并连同所需的数据预先存入主存储器中。在解题
过程（运行程序）中，由控制器按照事先编好并存入存储器中的程序自动地、连续地从存储器中依次取出指令并执行，直到获得所要求的结果为止。 1.4 早期计算机组织结构有什么特点？现代计算机结构为什么以存储器为中心？ 答：早期计算机组织结构的特点是：以运算器为中心的，其它部件都通过运算器完成信息的传递。 随着微电子技术的进步，人们将运算器和控制器两个主要功能部件合二为一，集成到一个芯片里构成了微处理器。同时随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储容量成倍地扩大，加上需要计算机处理、加工的信息量与日俱增，以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的需求，甚至会影响计算机的性能。为了适应发展的需要，现代计算机组织结构逐步转变为以存储器为中心。 1.5 什么叫总线？总线的主要特点是什么？采用总线有哪些好处？ 答：总线是一组可为多个功能部件共享的公共信息传送线路。 总线的主要特点是共享总线的各个部件可同时接收总线上的信息，但必须分时使用总线发送信息，以保证总线上信息每时每刻都是唯一的、不至于冲突。 使用总线实现部件互连的好处： ①可以减少各个部件之间的连线数量，降低成本； ②便于系统构建、扩充系统性能、便于产品更新换代。 1.6 按其任务分，总线有哪几种类型？它们的主要作用是什么？ 答：按总线完成的任务，可把总线分为：CPU内部总线、部件内总线、系统总线、外总线。 1.7 计算机的主要特点是什么？ 答：计算机的主要特点有：①能自动连续地工作；②运算速度快；③运算精度高；④具有很强的存储能力
哈工大计算机组成大作业 哈工大计算机组成原理自主实验 计算机组成原理自主实验报告 第四章‐实验1 一个2114 存储芯片的实现 要求：外特性与2114 芯片一致（P77，图4.12），可以设计成为64*64 个存储单元的堆。 A0-A9：地址线 I/O：数据输入输出线 CS：片选信号 R/W：读写信号 VHDL代码： library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity shiyan41 is PORT(clk, we, cs,reset: in STD_LOGIC; data: inout STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); adr: in STD_LOGIC_VECTOR(9 downto 0)); end shiyan41; architecture Behavioral of shiyan41 is typemem is array (63 downto 0) of STD_LOGIC_VECTOR(63 downto 0); signal data_in: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); signaldata_out: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0); signalsram : mem; signalcs_s : std_logic; signalwe_s : std_logic; signaladdr_in_row: std_logic_vector(5 downto 0);
第3章习题参考答案 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，并选用存条结构形式，问； (1) 若每个存条为16M ×64位，共需几个存条? (2) 每个存条共有多少DRAM 芯片? (3) 主存共需多少DRAM 芯片? CPU 如何选择各存条? 解： (1) 共需 条464 1664 226=??M 存条 (2) 每个存条共有 328 464 16=??M M 个芯片 (3) 主存共需多少 1288 464 648464226=??=??M M M 个RAM 芯片， 共有4个存条，故CPU 选择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根地址线用于存条部单元的选择。 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 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 16448 1632 64=?=??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、D 16~D 23和D 24~D 31，其余同名引脚互连)，需要低14位地址(A 0~A 13)作为模块各个芯片的部单元地址——分成行、列地址两次由A 0~A 6引脚输入；然后再由4组进行存储器容量扩展，用高两位地址A 14、A 15通过2：4译码器实现4组中选择一组。画出逻辑框图如下。 (2) 设刷新周期为2ms ，并设16K ?8位的DRAM 结构是128?128?8存储阵列，则对所有单元全部刷新一遍需要128次(每次刷新
计算机组成原理期末考试试题及答案 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
计算机组成原理试题 一、选择题（共20分，每题1分） 1．零地址运算指令在指令格式中不给出操作数地址，它的操作数来自______。 A．立即数和栈顶； B．暂存器； C．栈顶和次栈顶； D．累加器。 2．______可区分存储单元中存放的是指令还是数据。 A．存储器； B．运算器； C．控制器； D．用户。 3．所谓三总线结构的计算机是指______。 A．地址线、数据线和控制线三组传输线。 B．I/O总线、主存总统和DMA总线三组传输线； C．I/O总线、主存总线和系统总线三组传输线； D．设备总线、主存总线和控制总线三组传输线．。 4．某计算机字长是32位，它的存储容量是256KB，按字编址，它的寻址范围是______。 A．128K； B．64K； C．64KB； D．128KB。 5．主机与设备传送数据时，采用______，主机与设备是串行工作的。 A．程序查询方式； B．中断方式； C．DMA方式； D．通道。 6．在整数定点机中，下述第______种说法是正确的。
A．原码和反码不能表示-1，补码可以表示-1； B．三种机器数均可表示-1； C．三种机器数均可表示-1，且三种机器数的表示范围相 同； D．三种机器数均不可表示-1。 7．变址寻址方式中，操作数的有效地址是______。 A．基址寄存器内容加上形式地址（位移量）； B．程序计数器内容加上形式地址； C．变址寄存器内容加上形式地址； D．以上都不对。 8．向量中断是______。 A．外设提出中断； B．由硬件形成中断服务程序入口地址； C．由硬件形成向量地址，再由向量地址找到中断服务程序入口地址 D．以上都不对。 9．一个节拍信号的宽度是指______。 A．指令周期； B．机器周期； C．时钟周期； D．存储周期。 10．将微程序存储在EPROM中的控制器是______控制器。 A．静态微程序； B．毫微程序； C．动态微程序； D．微程序。 11．隐指令是指______。 A．操作数隐含在操作码中的指令； B．在一个机器周期里完成全部操作的指令； C．指令系统中已有的指令；
计算机组成原理A形成性考核作业二(参考答案) 一、选择题： 1．计算机硬件能直接识别和运行的只能是_______程序。 A．机器语言B．汇编语言C．高级语言D．VHDL 答：A 2．指令中用到的数据可以来自_______（可多选）。 A．通用寄存器B．微程序存储器C．输入输出接口D．指令寄存器 E. 内存单元 F. 磁盘 答：A、C、E 3．汇编语言要经过_______的翻译才能在计算机中执行。 A．编译程序B．数据库管理程序C．汇编程序D．文字处理程序 答：C 4．在设计指令操作码时要做到_______（可多选）。 A．能区别一套指令系统中的所有指令 B．能表明操作数的地址 C．长度随意确定 D．长度适当规范统一 答：A、B、D 5．控制器的功能是_______。 A．向计算机各部件提供控制信号B．执行语言翻译 C．支持汇编程序D．完成数据运算 答：A 6．从资源利用率和性能价格比考虑，指令流水线方案_______，多指令周期方案_______，单指令周期方案_______。 A．最好B．次之C．最不可取D．都差不多 答：A、B、C 二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。 1．变址寻址需要在指令中提供一个寄存器编号和一个数值。√ 2．计算机的指令越多，功能越强越好。× 3．程序计数器PC主要用于解决指令的执行次序。√ 4．微程序控制器的运行速度一般要比硬连线控制器更快。× 三、简答题： 1．一条指令通常由哪两个部分组成？指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自应用在什么场合？各自的优缺点是什么？ 答：一条指令通常由操作码和操作数两个部分组成。 指令的操作码一般有定长的操作码、变长的操作码两种组织方式。 定长操作码的组织方式应用在当前多数的计算机中；变长的操作码组织方式一般用在小型及以上的计算机当中。 定长操作码的组织方式对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度有利。 变长的操作码组织方式可以在比较短的指令字中，既能表示出比较多的指令条数，又能尽量满足给出相应的操作数地址的要求。 2．如何在指令中表示操作数的地址？通常使用哪些基本寻址方式？ 答：是通过寻址方式来表示操作数的地址。 通常使用的基本寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、间接寻址、堆栈寻址等。
- 1 - 西南大学培训与继续教育学院课程考试试题卷 学期：2020年秋季 课程名称【编号】： 计算机组成原理 【0013】 A 卷 考试类别:大作业 满分：100 分 一、大作业题目 1. 已知：x= 0.1011，y = - 0.0101，求 ：[ 21x]补，[ 41 x]补，[ - x ]补，[21y]补，[4 1 y]补，[ - y ]补 1. 解： [ x ]补du = 0.1011 ， [ y ]补 = 1.1011 [1/2 x ]补 = 0.01011 ， [1/2y]补 = 1.11011 [1/4 x ]补 = 0.001011 ，[ 1/4 y ]补 = 1.111011 [ - x ]补 = 1.0101 ， [ - y ]补 =0.0101 2.指令有哪些寻址方式？设指令格式如下所示，其中OP 为操作码，试分析指令格式特点。 18 12 11 10 9 5 4 0 OP ---------- 源寄存器 目标寄存器 3.动态存储器为什么要刷新？刷新有哪些方法？完成由2K ×4位芯片构成4K ×8位存储器连接图。 动态MOS 存储单元存储信息的原理，是利用MOS 管栅极电容具有暂时存储信息的作用。但由于漏 电流的存在，栅极电容上存储的电荷不可能长久保持不变，因此为了及时补充漏掉的电荷，避免存储信息丢失，需要定时地给栅极电容补充电荷，通常把这种操作称作刷新或再生。 常用的刷新方式有三种，一种是集中式，另一种是分散式，第三种是异步式。 集中式刷新：在整个刷新间隔内，前一段时间重复进行读/写周期或维持周期，等到需要进行刷新操作时，便暂停读/写或维持周期，而逐行刷新整个存储器，它适用于高速存储器。 分散式刷新：把一个存储系统周期t c 分为两半，周期前半段时间t m 用来读/写操作或维持信息，周期后半段时间t r 作为刷新操作时间。这样，每经过128个系统周期时间，整个存储器便全部刷新一遍。 异步式刷新：前两种方式的结合 芯片数=总容量/容量=4k*8÷2k*4=4片。将每四块分为一组，形成32位的数据宽度，根据该储存容量大小一共需要16位地址线（可以根版据储存容量除以数据宽度来确定）。 将32K*8芯片组成128K*16的只读度器，所以首先位扩展将数据线8扩展到16，即D0~D15，然问后字 扩展32K 是15条地址线，128是17条地址线，所以要答用2/4译码器将地址线15扩展到17，需要用到的芯片是(128/32)*(16/8)=8，连接如图所示！红色为A0~A14的地址总线。 4. 今有4级流水线分别完成取值、指令译码并取数、运算、送结果四步操作，今假设完成各步操作的时间依次为100ns,100ns,80ns,50ns 。请问：（1）流水线的操作周期应设计为多少？（2）若相邻两条加减法指令发生数据相关（ADD ：R1，R2，R3 ；R2+R3->R1与SUB ：R4,R1,R5；R1-R5->R4），而且在硬件上不采取措施，那么第二条指令要推迟多少时间进行。（3）如果在硬件设计上加以改进，至少需推迟多少时间？ 5.什么是中断？什么是多重中断？假定硬件原来的响应顺序为0→1→2，试设置中断屏蔽字，将中断优先级改为1→2→0。（注：中断允许用“0”表示，中断禁示“1”表示）。 二、大作业要求 大作业共需要完成三道题： 第1-2题选作一题，满分35分；
《计算机组成原理》作业(三) 学完6-7章后可以完成作业(二)。作业总分100分,将作为平时成绩记入课程总成绩。 一、简答题(每题6分,共30分) 1、什么就是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载,总线上的部件应具备什么 特点？ 答:总线就是连接各个部件的信息传输线,就是各个部件共享的传输介质。总线 上信息传输的特点:某一时刻只允许有一个部件向总线发送信息, 但多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。 以CPU片内总线为例,在每个需要将信息送至总线的寄存器输出端接三态门,由三态 门控制端控制什么时刻由哪个寄存器输出。当控制端无效时,寄存器与总线之间呈 高阻状态。 2、为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种 方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？ 答:总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题; 常见的集中式总线控制有三种:链式查询、计数器定时查询、独立请求; 特点:链式查询方式连线简单,易于扩充,对电路故障最敏感;计数器定时查询方式 优先级设置较灵活,对故障不敏感,连线及控制过程较复杂;独立请求方式速度最快,但硬件器件用量大,连线多,成本较高。 3、简要说明程序中断接口中IM、IR、EI、RD、BS五个触发器的作用。 五个触发器的作用: 中断屏蔽触发器(IM):CPU就是否受理中断或批准中断的标志。Im标志为“0” 时,CPU 可受理外界中断请求。 中断请求触发器(IR):暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号,IR标志为“1” 时, 表示设备发出了中断请求。 允许中断触发器(EI):用程序指令来置位,控制就是否允许某设备发出中断请求。IE 为“1”时,某设备可以向CPU发出请求。 准备就绪的标志(RD):一旦设备做好一次数据的接收或发送,便发出一个设备动作完 毕信号,使RS标志为“1”。 工作触发器(BS):设备“忙”的标志。BS=1,表示启动设备工作
1.刷新存储器的重要性能指标是它的带宽。若显示工作方式采用分辨率为1024*768，颜色深度24位，帧频（刷新速度）为72Hz,求： 1）刷新存储器的容量是多少 2）刷新存储器的带宽是多少 1）刷新存储器的容量= 1024*768 * 24bit= 2）帧频（刷新速度）为72Hz指的是：每秒钟读72次， 所以，刷新存储器的带宽=1024*768 * 24bit *72 次/秒=162MB/s 2.试推导磁盘存储器读写一块信息所需要的总时间 读写一块总时间TB=平均找道时间Ts+平均等待时间Tw +读写传输时间Tt 读写一块总时间TB=平均找道时间+平均等待时间+读写传输时间=Ts+Tw+Tt 1）Tw 设磁盘每秒r转，每条磁道N个字，则数据传输率=rN个字/秒 转一周的时间=1/r,所以 Tw =1/2*(1/r)=1/(2r) 2）Tt 又设每块的字数是n,一旦读写头定位在该块，则Tt≈n/(rN)秒 所以TB=Ts+ 1/(2r)+ n/(rN) 秒 3.采用串行接口进行7位ASCII码传送，带有一位奇偶校验位、一位起始位和一位停止位，当波特9600波特时，字符传送率是 9600波特=9600bit/秒 =9600 bit*(1字符/10bit)/秒 =960字符/秒 4．某总线在一个总线周期中并行传送8个字节的信息，设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为70MHz,求总线带宽 Dr=8字节/T秒=8*70*10^6≈420MB/秒 5.某机器CPU中有16个寄存器，运行某中断处理程序时，仅用到其中的2个寄存器，请问响应中断而进入该中断处理程序时是否将通用寄存器内容保存到主存中去需保存几个寄存器 要将通用寄存器内容保存到主存中去。 只要保存中断处理程序用到的那2个寄存器的内容。 1.已知cache的存储周期是40ns,主存存储周期200ns, cache/主存系统平均50ns,求cache的命中率访问n个字，设命中率为H cache/主存系统的平均访问时间 =命中cache的时间+不命中cache的主存访问时间 =H*Tc+(1-H)*Tm =H*40+(1-H)*200 =50
第1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。 3. 说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。 答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语
言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。高级语言编写的程序（源程序）处于最高层，必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言（目标程序）之后才能被执行。 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。 5. 冯?诺依曼计算机的特点是什么？ 解：冯?诺依曼计算机的特点是：P8 ●计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大 部件组成； ●指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访 问； ●指令和数据均用二进制表示； ●指令由操作码、地址码两大部分组成，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； ●指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行； ●机器以运算器为中心（原始冯?诺依曼机）。
计算机组成原理期中测试题参考答案 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
五邑大学期中试卷参考答案 学期： 2014 至 2015 学年度 第 1 学期 课程： 计算机组成原理 课程代号： 0800200 使用班级：130801~120802、130803 一、 单项选择题 1. 计算机各组成部件的相互连接方式，从早期以运算器为中心，发展到现在的以 D 为中心。 A ．控制器 B ．运算器 C ．存储器 D ．CPU 2. 下列不同进位计数制的数中，最大的数是 B 。 A ．2 B ．8 C ．10 D ．16 3. 电子计算机技术在半个世纪中虽有很大的进步，但至今其运行仍遵循着一位科学家提出的基本 原理。他就是 D 。 A ．牛顿 B ．爱因斯坦 C ．爱迪生 D ．冯·诺依曼 4. 一个含符号16位的补码机器数的表示范围是（ B ）。 A ．-215-1 ~ +215-1 B ．-215 ~ +215 -1 C ．-216-1 ~ +216-1 D ．-216 ~ +216-1 5. 采用单符号法判定补码加减运算溢出的法则是 C A ．进位是1溢出 B ．进位是0无溢出 C ．符号位与次高位进位状态相同无溢出 D ．符号位与次高位进位状态相异无溢出 6. ___D_____。 A ．未出现错误 B ．最低位出错 C ．出现奇数位错 D ．未出现错误或出现偶数位错 7. 寻址512K ×8 存储器所需最少的地址线（ C ） A ．9 B ．11 C ．19 D ．21 8. 静态RAM 的特点是____C____。 A ．工作时存储内容不变 B ．断电后存储内容不变 C ．不需刷新 D ．不需电源提供电流 9. 主存到cache 的映射不需要替换策略的是（ A ）。
计算机组成原理大作业 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
计算机组成原理 大作业 院（系）：物联网工程学院 专业: 计算机科学与技术 班级： 学号: 姓名： 摘要 1.计算机硬件系统：到目前为止，计算机仍沿用由冯.诺依曼首先提出的基于总线的计算机硬件系统。其基本设计思想为： a.以二进制形式表示指令和数据。 b.程序和数据事先存放在存储器中，计算机在工作时能够高速地从存储器中取出指令加以执行。 c.由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五大部件组成计算机硬件系统。 2.计算机软件系统：所谓软件，就是为了管理、维护计算机以及为完成用户的某种特定任务而编写的各种程序的总和。计算机的工作就是运行程序，通过逐条的从存储器中取
出程序中的指令并执行指令所规定的操作而实现某种特定的功能。微型计算机的软件包括系统软件和用户（应用）软件。 关键词：计算机系统硬件存储器控制器运算器软件 目录 摘要 (2) 第一章总体设计 (4) 问题描述 (4) 实验环境 (4) 软件介绍 (4) 模块介绍 (4) 实验目的 (5) 实验内容 (5) 第二章原理图 (6) 第三章管脚分配 (7) 第四章微程序设计 (8) 1. alu_74181 (8)
2. romc (9) 第一章总体设计 问题描述 从两个reg_74244中分别取出两数经过总线，各自分别到达两个寄存器reg_74373，再由两个寄存器到达运算器alu_74181，在运算器里经过运算得出结果，结果再由总线传输进入另外的一个寄存器reg_74373，输出。 实验环境 软件介绍 ISE的全称为Integrated Software Environment，即“集成软件环境”，是Xilinx公司的硬件设计工具。它可以完成FPGA开发的全部流程，包括设计输入、仿真、综合、布局布线、生成BIT文件、配置以及在线调试等，功能非常强大。ISE除了功能完整，使用方便外，它的设计性能也非常好，拿ISE 9.x来说，其设计性能比其他解决方案平均快30%，它集成的时序收敛流程整合了增强性物理综合优化，提供最佳的时钟布局、更好的封装和时序收敛映射，从而获得更高的设计性能。 模块介绍 微程序控制器 微程序控制器是一种控制器，同组合逻辑控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器，并已被
计算机组成原理A形考作业3参考解答 一、选择题 1.下列部件(设备)中，存取速度最快的是____B____。 A.光盘存储器 B.CPU的寄存器 C.软盘存储器 D.硬盘存储器 2.某SRAM芯片，其容量为1K×8位，加上电源端和接地端，该芯片引出线的最少数目应为___D___。 A.23 B.25 C.50 D.20 3.在主存和CPU之间增加Cache的目的是___C___。 A.扩大主存的容量 B.增加CPU中通用寄存器的数量 C.解决CPU和主存之间的速度匹配 D.代替CPU中的寄存器工作 4.在独立编址方式下，存储单元和I/O设备是靠___A___来区分的。 A.不同的地址和指令代码 B.不同的数据和指令代码 C.不同的数据和地址 D.不同的地址 5.随着CPU速度的不断提升，程序查询方式很少被采用的原因是__C____。 A.硬件结构复杂 B.硬件结构简单 C.CPU与外设串行工作 D.CPU与外设并行工作 6.在采用DMA方式的I/O系统中，其基本思想是在___B___之间建立直接的数据通路。 A.CPU与外设 B.主存与外设 C.CPU与主存 D.外设与外设 二、判断题判断下列说法是否正确，并说明理由。 1.CPU访问存储器的时间是由存储器的容量决定的，存储器容量越大，访问存储器所需的时间越长。 错。CPU访问存储器的时间不取决于存储器容量，而取决于存储器存取周期和存储器带宽。 2.引入虚拟存储系统的目的，是为了加快外存的存取速度。 错。引入虚拟存储系统的目的，是为了解决主存容量小、运行成本高的问题。 3.按主机与接口间的数据传送方式，输入/输出接口可分为串行接口和并行接口。 错。应该是按主机与外设间的数据传送方式，输入/输出接口可分为串行接口和并行接口。 4.DMA控制器通过中断向CPU发DMA请求信号。 错。应该是当结束数据传送时，DMA控制器通过中断向CPU发出请求信号。 三、简答题 1.在三级存储体系中，主存、外存和高速缓存各有什么作用？各有什么特点？ 答：由主存、外存和高速缓存组成的三级存储体系是为了解决存储器的速度、容量的成本之间的矛盾。
一、填空题(每空1 分，共30 分) 1．计算机系统是由一个硬件和软件组成的多层次结构。 2. 随大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，现在已经可以将许多复杂、常用的程序制作成固件，从功能上说是软件，从形态上说是硬件。 3．在计算机系统中，数的真值变成机器代码时有原码表示法、 表示法、补码表示法和移码表示法。其中浮点数的阶码主要用采用移码表示，以利于比较两个指数的大小和对阶操作。 4．在计算机系统中，存储器通常采用由高速缓冲存储器、 主存储器、外存储器构成的多级存储器体系结构，CPU能直接访问高速缓冲存储器、 主存储器但不能直接访问外存储器。5．机器字长是指计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算 机的运算精度。 6．形成指令地址的方式，称为A.___指令寻址___方式，有B. __顺序____寻址和C. ___跳跃___寻址。 7．一个较完善的指令系统应当包括数据处理、数据存储、 数据传送、程序控制四大类指令。 8. 对存储器的要求是A. ___容量大___，B. _速度快_____，C. _成本低____。为了解决这三方面的矛盾,计算机采用多级存储体系结构。 9.一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，指令格式中通常由操作码字段和地址码字段字段组成。其中__操作码____字段表征指令的特性与功能。 二、单项选择题(在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内) 1.某计算机字长16位，它的存贮容量是64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是
（ B ）。 A. 64K B. 32K C. 64KB D. 32 KB 2.. 双端口存储器在__B____情况下会发生读/写冲突。 A. 左端口与右端口的地址码不同 B. 左端口与右端口的地址码相同 C. 左端口与右端口的数据码不同 D. 左端口与右端口的数据码相同 3. 寄存器间接寻址方式中，操作数处在__B____。 A. 通用寄存器 B. 主存单元 C. 程序计数器 D. 堆栈 4.程序控制类指令的功能是___D___。 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 改变程序执行顺序 5.指令系统采用不同寻址方式的目的是___B___。 A 实现存贮程序和程序控制； B 缩短指令长度，扩大寻址空间，提高编程灵活性；。 C 可直接访问外存； D 提供扩展操作码的可能并降低指令译码的难度； 6.如果浮点数尾数用补码表示，则判断下列哪一项的运算结果是规格化数__C____。 A 1.11000 B 0.01110 C 1.00010 D0.01010 7.在定点运算器中，无论采用双符号位还是单符号位，必须有_C_____，它一般用______来实现。 A.译码电路与非门 B.编码电路或非门 C.溢出判断电路异或门 D.移位电路与或非门 8.[X]补=1.X1X2X3X4，当满足__A____时，X > -1/2成立。 A.X1=1，X2~X4至少有一个为1 B.X1=1，X2~X4任意 C.X1=0，X2~X4至少有一个为1 D.X1=0，X2~X4任意 9．在定点计算机中，两个原码表示的数相乘，乘积符号的运算规则是( C ) A.用原码表示乘数与被乘数，直接相乘 B.符号位连同绝对值一起相乘 C. 同号相乘为正，异号相乘为负 D.取操作数绝对值相乘，乘积符号与乘数符号相同
计算机组成原理课程设 计 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
《计算机组成原理》大作业报告 题目名称：交通灯控制系统设计 学院（部）：计算机学院 专业：计算机科学与技术 学生姓名： 班级 学号 最终评定成绩： 湖南工业大计算机学院 目录 摘要 交通在人们的日常生活中占有重要的地位，随着人们社会活动的日益频繁，这点更是体现的淋漓尽致。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流
量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。近年来随着科技的飞速发展，的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。 本系统采用单片机AT89S52为中心器件来设计交通灯控制器，系统实用性强、操作简单、扩展性强。本设计就是采用单片机模拟十字路口交通灯的各种状态显示以及倒计时时间。 本设计系统由单片机I/O口扩展系统、交通灯状态显示系统、LED数码显示系统、复位电路等几大部分组成。系统除基本的交通灯功能外，还具有倒计时等功能，较好的模拟实现了十字路口可能出现的状况。 软件上采用C51编程，主要编写了主程序，LED数码管显示程序，中断程序延时程序等。经过整机调试，实现了对十字路口交通灯的模拟。 1. 引言 当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，19xx年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 19xx年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的 4 红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。19xx年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉
14春13秋 13春电子科大《计算机组成 14春13秋 13春电子科大《计算机组成原理》在线作业3 1 2 试卷总分：100 测试时间：-- 单选题、单选题（共 25 道试题，共 100 分。） 1. 以下描述中基本概念不正确的是（）。 A. PCI总线是层次总线 B. PCI总线采用异步时序协议和分布式仲裁策略 C. Futurebus+总线能支持64位地址 D. Futurebus+总线适合于高成本的较大规模计算机系统满分：4 分 2. 双端口 存储器所以能高速进行读写，是因为采用（）。 A. 高速芯片 B. 两套相互独立的 读写电路 C. 流水技术 D. 新型器件满分：4 分 3. 在集中式总线仲裁中,（）方式对电路故障最敏感。 A. 链式查询 B. 计数器定时查询 C. 独立请求满分：4 分 4. 存储单元是指（）。 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 满分：4 分 5. 从信息流的传送效率来看，（）工作效率最低。 A. 三总线系统 B. 单总线系统 C. 双总线系统 D. 多总线系统满分：4 分 6. 程序控制类指令的功能是（）。 A. 进行算术运算和逻辑运算 B. 进行主存和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满分：4 分 7. 带有处理器的设备一般称为（）设备。 A. 智能化 B. 交互式 C. 远程通信 D. 过程控制满分：4 分 8. 至今为止，计算机中的所有信息仍以二进制方式表示的理由是（）。 A. 节约元件 B. 运算速度快 C. 物理器件性能决定 D. 信息处理方便满分：4 分 9. 寄存器间接寻址方式中，操作数处在（）。 A. 通用寄存器 B. 程序计数器 C. 堆栈 D. 主存 单元满分：4 分 10. 对计算机的产生有重要影响的是（）。 A. 牛顿、维纳、图灵B. 莱布尼兹、布尔、图灵 C. 巴贝奇、维纳、麦克斯韦 D. 莱布尼兹、布尔、克雷 满分：4 分 11. 描述汇编语言特性的概念中，有错误的句子是（）。 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. 用汇编语言编制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快满分：4 分 12. 中断向量地址是（）。 A. 子程序入口地址 B. 中断服务例行程序入口地址 C. 中断服务例行程序入口地址的指示器 D. 中断返回地址满分：4 分 13. 在微型机系 统中,外围设备通过（）与主板的系统总线相连接。 A. 适配器 B. 设备控制器 C. 计数器 D. 寄存器满分：4 分 14. 某一SRAM芯片，其容量为512×8位，考