计算机组织与系统结构
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第 1 章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=倍,所以M1比M2快倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5×(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高,也即,“执行时间×价格”的值越小,则性价比越高。
因为10×5000 > 5×8000,所以,M2的性价比高。
应选择M2。
计算机组成与体系结构目录计算机组成与体系结构 (1)1计算机系统组成 (2)1.1计算机硬件的组成 (2)1.2计算机系统结构的分类 (4)1.3复杂指令集系统与精简指令集系统 (4)1.4总线 (6)2存储器系统 (6)2.1主存储器 (6)2.2辅助存储器 (8)2.3C ACHE 存储器 (10)3流水线 (11)3.1流水线周期 (11)3.2计算流水线执行时间 (11)3.3流水线的吞吐率 (11)3.4流水线的加速比 (12)1 计算机系统组成1.1 计算机硬件的组成在嵌入式系统的存储部件中,存取速度最快的是(1)。
2016年(1)A.内存B.寄存器组C.FlashD.Cache【答案】B【解析】本题考查嵌入式系统存储结构的基础知识嵌入式系统的存储结构采用分级的方法来设计,从而使得整个存储系统分为四级,即寄存器组、高速缓冲(Cache)、内存(包括flash)和外存,它们在存取速度上依次递减,而在存储容量上逐级递增。
计算机采用分级存储体系的主要目的是为了(9)。
2014年(9)A.解决主存容量不足的问题B.提高存储器读写可靠性C.提高外设访问效率D.解决存储的容量、价格和速度之间的矛盾【答案】D 【解析】本题考查计算机系统基础知识。
存储体系结构包括不同层次上的存储器,通过适当的硬件、软件有机地组合在一起形成计算机的存储体系结构。
例如,由髙速缓存(Cache)、主存储器(MM)和辅助存储器构成的3层存储器层次结构存如下图所示。
接近CPU的存储器容量更小、速度更快、成本更高,辅存容量大、速度慢,价格低。
采用分级存储体系的目的是解决存储的容量、价格和速度之间的矛盾。
计算机执行程序时,在一个指令周期的过程中,为了能够从内存中读指令操作码,首先是将(9)的内容送到地址总线上。
2010年(9)A.程序计数器PCB.指令寄存器IRC.状态寄存器SRD.通用寄存器GR【答案】A 【解析】计算机执行程序时,在一个指令周期的过程中,为了能够从内存中读指令操作码,首先是将程序计数器(PC)的内容送到地址总线上。
举例说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现之间的相互关系
计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是计算机科学中非常重要的三个概念,它们之间有着密切的相互关系。
下面通过一个简单的例子来说明它们之间的相互关系:假设你要设计一个基于冯·诺依曼体系结构的计算机系统,它包括CPU、内存、输入输出设备等组件。
首先,你需要考虑系统的计算机系统结构,即如何组织这些组件以实现特定的功能。
在这个例子中,你需要决定CPU 和内存之间的数据传输方式,以及如何实现输入输出设备的控制和数据传输。
这个过程涉及到计算机系统结构的设计和实现。
接下来,你需要考虑计算机组成,即如何实现每个组件。
在这个例子中,你需要选择合适的CPU 和内存芯片,并设计它们之间的数据传输方式。
这个过程涉及到计算机组成的设计和实现。
最后,你需要考虑计算机实现,即如何将计算机系统结构和计算机组成实现为实际的硬件系统。
这个过程涉及到电路设计、PCB 设计、软件编程等多个方面。
综上所述,计算机系统结构、计算机组成和计算机实现是相互关联的,它们之间的关系是相互依存的。
在设计和实现计算机系统时,需要综合考虑这三个方面,以确保系统具
有良好的性能、可靠性和可扩展性。
第 4 章 习 题 答 案3. 已知某机主存空间大小为64KB ,按字节编址。
要求: (1)若用1K×4位的SRAM 芯片构成该主存储器,需要多少个芯片? (2)主存地址共多少位?几位用于选片?几位用于片内选址? (3)画出该存储器的逻辑框图。
参考答案: (1)64KB / 1K×4位 = 64×2 = 128片。
(2)因为是按字节编址,所以主存地址共16位,6位选片,10位片内选址。
(3)显然,位方向上扩展了2倍,字方向扩展了64倍。
下图中片选信号CS 为高电平有效。
A 15A 10A 9A 0D 0D 7……WE…4. 用64K×1位的DRAM 芯片构成256K×8位的存储器。
要求:(1) 计算所需芯片数,并画出该存储器的逻辑框图。
(2) 若采用异步刷新方式,每单元刷新间隔不超过2ms ,则产生刷新信号的间隔是多少时间?若采用集中刷新方式,则存储器刷新一遍最少用多少读写周期? 参考答案:(1)256KB / 64K×1位 = 4×8 = 32片。
存储器逻辑框图见下页(图中片选信号CS 为高电平有效)。
(2)因为每个单元的刷新间隔为2ms ,所以,采用异步刷新时,在2ms 内每行必须被刷新一次,且仅被刷新一次。
因为DRAM 芯片存储阵列为64K=256×256,所以一共有256行。
因此,存储器控制器必须每隔2ms/256=7.8µs 产生一次刷新信号。
采用集中刷新方式时,整个存储器刷新一遍需要256个存储(读写)周期,在这个过程中,存储器不能进行读写操作。
A 17A 16A 15A 0D 0D 7………5. 用8K×8位的EPROM 芯片组成32K×16位的只读存储器,试问:(1)数据寄存器最少应有多少位? (2) 地址寄存器最少应有多少位? (3) 共需多少个EPROM 芯片? (4) 画出该只读存储器的逻辑框图。
计算机组成与系统结构课程试题及答案整理一、选择题1、运算器的核心部件是(D)A.数据总线B.数据选择器C.累加寄存器D.算术逻辑运算部件2、下列(C)不是输入设备A.画笔及图形板B.键盘C.打印机D.鼠标器3、在下列四句话中,最能准确反映计算机主要功能的是(C)A.计算机可以存储大量信息B.计算机能代替人的脑力劳动C.计算机是一种信息处理机D.计算机可实现高速运算4、计算机的算术逻辑单元和控制单元称为(D)A. ALUB. CADC.UPD. CPU5、某机字长8位,采用补码形式(其中1位为符号位),则机器数所能表示的范围是(C)A.-127 ~ 127B.-128 ~ +128C.-128 ~ +127D.-128 ~ +1286、DMA访问主存时,向CPU发出请求,获得总线使用权时再进行访存,这种情况称作(C)A.停止CPU访问主存B. DMA与CPU交替访问C.周期挪用D.DMA7、程序计数器的功能是(A)A.存放下一条机器指令的地址B.存放微指令地址C.计算程序长度D.存放指令8、就微命令的编码方式而言,若微操作命令的个数已确定,则(B)A.编码表示法与直接表示法的微指令字长大小关系不确定B.编码表示法比直接表示法的微指令字长短C.编码表示法与直接表示法的微指令字长是相等的D.直接表示法比编码表示法的微指令字长短9、(B )寻址便于处理数组问题。
A.间接寻址B.变址寻址C.相对寻址D.立即寻址10、硬布线控制器是采用[(A)方法进行设计的。
A.组合逻辑B.微程序C.组合逻辑和微程序结合D.都不对二、简答题11、堆栈有哪两种基本操作?它们的含义是什么?参考答案:堆栈的两种基本操作是入栈和出栈。
入栈操作过程:先移动栈顶指针:(SP)-1→SP;后压入数据:数据→(SP)出栈操作过程:先弹出数据:((SP))→寄存器;后动栈顶指针:(SP)+l→SP12、Cache的替换策略是什么?参考答案:随机法是用一个随机数产生器产生一个随机的替换块号;先进先出法是替换最早调入的存储单元;近期最少使用法替换近期最少使用的存储。
1.1 概述数字计算机的发展经过了哪几个代?各代的基本特征是什么?略。
1.2 你学习计算机知识后,准备做哪方面的应用?略。
1.3 试举一个你所熟悉的计算机应用例子。
略。
1.4 计算机通常有哪些分类方法?你比较了解的有哪些类型的计算机?略。
1.5 计算机硬件系统的主要指标有哪些?答:机器字长、存储容量、运算速度、可配置外设等。
答:计算机硬件系统的主要指标有:机器字长、存储容量、运算速度等。
1.6 什么是机器字长?它对计算机性能有哪些影响?答:指CPU一次能处理的数据位数。
它影响着计算机的运算速度,硬件成本、指令系统功能,数据处理精度等。
1.7 什么是存储容量?什么是主存?什么是辅存?答:存储容量指的是存储器可以存放数据的数量(如字节数)。
它包括主存容量和辅存容量。
主存指的是CPU能够通过地址线直接访问的存储器。
如内存等。
辅存指的是CPU不能直接访问,必须通过I/O接口和地址变换等方法才能访问的存储器,如硬盘,u盘等。
1.8 根据下列题目的描述,找出最匹配的词或短语,每个词或短语只能使用一次。
(1)为个人使用而设计的计算机,通常有图形显示器、键盘和鼠标。
(2)计算机中的核心部件,它执行程序中的指令。
它具有加法、测试和控制其他部件的功能。
(3)计算机的一个组成部分,运行态的程序和相关数据置于其中。
(4)处理器中根据程序的指令指示运算器、存储器和I/O设备做什么的部件。
(5)嵌入在其他设备中的计算机,运行设计好的应用程序实现相应功能。
(6)在一个芯片中集成几十万到上百万个晶体管的工艺。
(7)管理计算机中的资源以便程序在其中运行的程序。
(8)将高级语言翻译成机器语言的程序。
(9)将指令从助记符号的形式翻译成二进制码的程序。
(10)计算机硬件与其底层软件的特定连接纽带。
供选择的词或短语:1、汇编器2、嵌入式系统3、中央处理器(CPU)4、编译器5、操作系统6、控制器7、机器指令8、台式机或个人计算机9、主存储器10、VLSI答:(1)8,(2)3,(3)9,(4)6,(5)2,(6)10,(7)5,(8)4,(9)1,(10)7计算机系统有哪些部分组成?硬件由哪些构成?答:计算机系统硬件系统和软件系统组成。
计算机硬件系统和软件系统
1.计算机系统组织结构图
存储器
外部设备 输入设备:键盘、鼠标、摄像头、麦克风、扫描仪等
输出设备:显示器、打印机、耳机、音响、绘图仪等 运算器
中央处理器(CPU )
控制器 主机 内存储器 计
算
机
系
统
硬盘
外存储器:光盘、U 盘(USB )、内存卡等 存储器 各种板卡:主板、显卡、声卡、网卡等 随机存储器(RAM ) 只读存储器(ROM ) 硬件 软件操作系统:DOS 、Windows 、Unix 、Linux 、Ios 等
驱动程序:显卡驱动、声卡驱动、网卡驱动等 编程语言:C 语言、C#语言、Pascal 语言、数据库语言等 系统软件 应用软件:office 、WPS 、flash 、Photoshop 、图书馆管理系统等 、
2.计算机工作原理示意图
冯·诺依曼工作原理:数据通过输入设备,进入计算机的存储器,然后送到运算器,
运算完毕把结果送到存储器存储,最后经过输出设备呈现出来,整个过程由控制器进行控
制。
3.计算机的发展
①诞生:世界上第一台电子计算机ENIAC 于1946年诞生在美国宾夕法尼亚大学,主要
用于军事。
②计算机的发展:计算机从诞生至今其主要元器件先后经历了四代。
第一代是电子管计算机,主要元器件:电子管。
第二代是晶体管计算机,主要元器件:晶体管。
第三代是小规模集成电路计算机,主要元器件:小规模集成电路。
第四代是大规模集成电路及超大规模集成电路计算机,主要元器件:大规模集成电路
及超大规模集成电路。
结果 数据
内存储器
控制器 运算器
输入设备 输出设备 主 机。
计算机组成与系统结构计算机组成与系统结构是计算机科学中的重要领域,涉及到计算机硬件和软件的设计、构建和运行。
本文将探讨计算机组成与系统结构的基本概念、主要组成部分以及它们之间的关系和相互作用。
一、概述计算机组成与系统结构是指计算机硬件和软件的组成和结构。
计算机组成涉及到计算机的物理部件,包括中央处理器(CPU)、内存、存储器、输入输出设备和总线等。
系统结构则关注计算机的整体结构和工作原理。
二、计算机组成1.中央处理器(CPU):CPU是计算机的核心,负责执行指令和控制计算机的运行。
它由控制单元和算术逻辑单元组成。
2.存储器:存储器用于存储和读取数据和指令。
它分为主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)等。
3.输入输出设备:输入输出设备用于与计算机进行信息交互。
常见的输入设备有键盘、鼠标和扫描仪等,输出设备包括显示器、打印机和音响等。
4.总线:总线用于传输数据和指令,连接计算机内的各个组件。
三、系统结构1.冯·诺依曼体系结构:冯·诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的基础,它将指令和数据存储在同一个存储器中,并采用顺序执行的方式处理指令。
2.并行结构:并行结构允许多个处理器同时执行指令,以提高计算机的处理能力。
常见的并行结构包括对称多处理器(SMP)和向量处理器等。
3.分布式系统:分布式系统由多台计算机组成,通过网络进行通信和协调工作。
分布式系统具有高可靠性和高扩展性的优势。
四、组成与结构的关系计算机组成和系统结构相互依存,组成决定了结构的实现方式,结构又反过来影响了组成的选择和配置。
组成和结构的协调与平衡对于实现高性能、高可靠性的计算机系统至关重要。
总之,计算机组成与系统结构是计算机科学中的核心概念。
了解计算机组成与系统结构的基本原理和关系,有助于理解计算机的工作原理,提高计算机的性能和可靠性。
只有在正确的组成和结构的指导下,计算机才能发挥出最大的潜力,为人类提供更加强大的计算和处理能力。
计算机组成与体系结构 pdf《计算机组成与体系结构》是一本经典的教材,主要介绍了计算机的基本组件、设计原理和工作原理等内容。
它是计算机科学与技术专业的重要课程之一,对于理解计算机底层原理和提高编程能力具有重要意义。
首先,我们来了解一下计算机组成与体系结构的概念。
计算机组成是指计算机硬件由哪些基本部件组成,如中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备等。
而计算机体系结构则是指计算机如何实现指令的执行和数据的处理,包括指令系统、数据通路和控制器等。
在计算机组成与体系结构中,最核心的部分是中央处理器(CPU)。
CPU主要由运算器和控制器组成,运算器负责执行算术和逻辑运算,而控制器则负责控制指令的执行顺序和数据在各个部件之间的传输。
计算机的存储器也是非常重要的组件,它分为主存储器和辅助存储器两部分。
主存储器用于存储正在执行的程序和数据,而辅助存储器则用于长期存储大量的程序和数据。
除了中央处理器和存储器,计算机还有输入输出设备。
输入设备用于将外部信息输入到计算机中,如键盘、鼠标等;输出设备则将计算机处理的结果输出给用户,如显示器、打印机等。
在计算机组成与体系结构中,还有一些其他重要的概念和技术,如指令的编码和解码、总线的组成和工作原理、中断和异常处理、多级存储器体系结构等。
这些概念和技术对于理解计算机的工作原理和设计原理都非常重要。
通过学习计算机组成与体系结构,我们可以了解到计算机是如何处理数据和执行指令的,从而更好地理解计算机的工作原理。
同时,对于编程人员来说,了解计算机底层原理可以帮助我们写出更高效、更可靠的程序。
总的来说,计算机组成与体系结构是计算机科学与技术领域的重要基础知识,它涵盖了计算机硬件的组成原理和工作原理等内容。
通过学习这门课程,我们可以深入了解计算机的底层原理,提高编程能力,并为进一步研究计算机科学打下坚实基础。
希望这篇文章能够对大家了解计算机组成与体系结构有所帮助,带领大家探索计算机科学的奥秘!。
第1章习题答案5.若有两个基准测试程序P1和P2在机器M1和M2上运行,假定M1和M2的价格分别是5000元和8000元,下表给出了P1和P2在M1和M2上所花的时间和指令条数。
请回答下列问题:(1)对于P1,哪台机器的速度快?快多少?对于P2呢?(2)在M1上执行P1和P2的速度分别是多少MIPS?在M2上的执行速度又各是多少?从执行速度来看,对于P2,哪台机器的速度快?快多少?(3)假定M1和M2的时钟频率各是800MHz和1.2GHz,则在M1和M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI各是多少?(4)如果某个用户需要大量使用程序P1,并且该用户主要关心系统的响应时间而不是吞吐率,那么,该用户需要大批购进机器时,应该选择M1还是M2?为什么?(提示:从性价比上考虑)(5)如果另一个用户也需要购进大批机器,但该用户使用P1和P2一样多,主要关心的也是响应时间,那么,应该选择M1还是M2?为什么?参考答案:(1)对于P1,M2比M1快一倍;对于P2,M1比M2快一倍。
(2)对于M1,P1的速度为:200M/10=20MIPS;P2为300k/0.003=100MIPS。
对于M2,P1的速度为:150M/5=30MIPS;P2为420k/0.006=70MIPS。
从执行速度来看,对于P2,因为100/70=1.43倍,所以M1比M2快0.43倍。
(3)在M1上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:10×800M/(200×106)=40。
在M2上执行P1时的平均时钟周期数CPI为:5×1.2G/(150×106)=40。
(4)考虑运行P1时M1和M2的性价比,因为该用户主要关心系统的响应时间,所以性价比中的性能应考虑执行时间,其性能为执行时间的倒数。
故性价比R为:R=1/(执行时间×价格)R越大说明性价比越高,也即,“执行时间×价格”的值越小,则性价比越高。
计算机组成与体系结构赵姝版课后答案1.微程序控制器中,机器指令与微指令的关系是B A.每条机器指令由一条微指令米执行B.每一条机器指令由一段由微指令编程的微程序米解释执行C.一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行D.一条微指令由若干个机器指令组成2.控制器的同步控制方式是指C A只适用于CPU控制的方式B.只适用于外围设备控制的方式C.由统一时序信号控制的方式D.所有指令执行的时间都相同的方式3.关于硬布线控制与微程序控制的描述不正确的是B A.微程序控制电路规整,应用广泛B.硬布线控制设计复杂,易于修改C.指令系统复杂的计算机,一般采用微程序控制D.在超高速机器中,对影响速度的关键部分(如CPU)往往采用硬布线控制4.下列关于RISC的叙述中,错误的是A A.RISC普遍采用微程序控制器B.RISC大多数指令在-个时钟周期内完成C.RISC的内部通用寄存器数量相对CISC多D.RISC的指令数、寻址方式和指令格式种类相对CISC少5.下列不会引起指令流水阻塞的是A A.数据旁路B.数据相关C.条件转移D.资源冲突。
6.某CPU结构如下图所示,其中有一个累加寄存器AC、一个状态寄存器PSR和其他四个寄存器,各部分之间的连线表示数据通路,箭头表示信息传送方向。
(1)标明图中四个寄存器的名称:(2)简述指令从卞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逃行存/取访问的数据通路。
答:(1)a-数据寄存器DR,b-指令寄存器IR,c-地址寄存器AR,d-程序计数器PC(2)M→DR→IR→控制器(3)存:运算器·AC→DR→M:取:M→DR→运算器7.某机采用微程序控制方式,微指令字长为32位,微指令采用水平型格式(含微指令字段、判别测试字段、下址字段三部分),控制微程序转移条件4个(直接控制),共有56个微命令,构成五组互斥类,各包含6个、8个、14个、3个、25个微命令(1)设计出微指令的具体格式:(2)控制存储器的容量应为多少。
计算机体系结构与组织计算机体系结构与组织是计算机科学的重要分支之一,涉及到计算机硬件与软件之间的关系,以及计算机的组织和功能实现。
本文将简要介绍计算机体系结构与组织的基本概念、主要组成部分以及其在计算机系统设计和优化中的重要性。
一、概述计算机体系结构是指计算机硬件和软件之间的接口,是一种抽象的模型,用于定义计算机系统的功能和性能。
而计算机组织则是指计算机硬件的实现方式,包括处理器、存储器、输入输出设备等。
计算机体系结构与组织密切相关,二者相互影响,共同决定了计算机的性能和功能。
二、计算机体系结构计算机体系结构主要包括指令集架构和微体系结构。
指令集架构是指计算机的指令集合和指令的格式,是计算机硬件和软件之间的接口。
常见的指令集架构有复杂指令集计算机(CISC)和精简指令集计算机(RISC)。
微体系结构则是指计算机硬件的实现方式,包括处理器、寄存器、缓存、总线等。
三、计算机组织计算机组织是指计算机硬件的组成部分和它们之间的连接方式。
主要包括中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备、总线等。
中央处理器是计算机的核心部件,负责执行指令和进行数据处理。
存储器用于存储指令和数据,主要包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。
输入输出设备用于与外部世界进行信息交换,如键盘、鼠标、显示器等。
总线用于连接计算机内部的各个部件,传输数据和指令。
四、计算机系统设计和优化计算机体系结构与组织在计算机系统的设计和优化中起着重要作用。
合理的体系结构和组织设计可以提高计算机的性能和效率,满足不同应用需求。
在设计计算机体系结构时,应考虑指令集架构的选择、处理器的设计和优化、内存层次结构的设计、输入输出系统设计等。
通过对计算机体系结构与组织的研究和优化,可以提高计算机的运行速度、降低功耗、提高可靠性。
结论计算机体系结构与组织是计算机科学中非常重要的研究领域,研究计算机硬件和软件之间的关系,以及计算机的组织和功能实现。