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计算机组成原理习题第三章存储系统第三章习题一、填空题：1. 广泛使用的A.______和B.______都是半导体随机读写存储器。
前者速度比后者C.______，集成度不如后者高。
2. CPU能直接访问A.______和B.______,但不能直接访问磁盘和光盘。
3. 广泛使用的 ______和 ______都是半导体随机读写存储器,前者比后者速度快, ___ ___不如后者高。
它们断电后都不能保存信息。
4. 由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在A.______和B.______两方面进行扩充才能满足实际需求。
5. Cache是一种A______存储器，是为了解决CPU和主存之间B______不匹配而采用的一项重要的硬件技术。
6. 虚拟存贮器通常由主存和A______两级存贮系统组成。
为了在一台特定的机器上执行程序，必须把B______映射到这台机器主存贮器的C______空间上，这个过程称为地址映射。
7. 半导体SRAM靠A______存贮信息，半导体DRAM则是靠B______存贮信息。
8. 主存储器的性能指标主要是存储容量，A.______和B.______。
9. 由于存储器芯片的容量有限，所以往往需要在A.______和B.______两方面进行扩充才能满足实际需求。
10. 存储器和CPU连接时，要完成A.______的连接；B.______的连接和C.______的连接，方能正常工作。
11. 广泛使用的A.______和B.______都是半导体随机读写存储器，它们共同的特点是C.______。
12. 对存储器的要求是A.______，B.______，C.______，为了解决这三个方面的矛盾。
计算机采用多级存储器体系结构。
13. 虚拟存贮器通常由主存和A______两级存贮系统组成。
为了在一台特定的机器上执行程序，必须把B______映射到这台机器主存贮器的C______空间上，这个过程称为地址映射。
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）。
1.l 解释下列名词摩尔定律：对集成电路上可容纳的晶体管数目、性能和价格等发展趋势的预测，其主要内容是：成集电路上可容纳的晶体管数量每18个月翻一番，性能将提高一倍，而其价格将降低一半。
主存: 计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取。
控制器：计算机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。
时钟周期：时钟周期是时钟频率的倒数，也称为节拍周期或T周期，是处理操作最基本的时间单位。
多核处理器：多核处理器是指在一枚处理器中集成两个或多个完整的计算引擎(内核)。
字长：运算器一次运算处理的二进制位数。
存储容量: 存储器中可存二进制信息的总量。
CPI：指执行每条指令所需要的平均时钟周期数。
MIPS：用每秒钟执行完成的指令数量作为衡量计算机性能的一个指标，该指标以每秒钟完成的百万指令数作为单位。
CPU时间：计算某个任务时CPU实际消耗的时间，也即CPU真正花费在某程序上的时间。
计算机系统的层次结构：计算机系统的层次结构由多级构成，一般分成5级，由低到高分别是：微程序设计级，机器语言级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级。
基准测试程序：把应用程序中使用频度最高的那那些核心程序作为评价计算机性能的标准程序。
软/硬件功能的等价性：从逻辑功能的角度来看，硬件和软件在完成某项功能上是相同的，称为软/硬件功能是等价的，如浮点运算既可以由软件实现，也可以由专门的硬件实现。
固件：是一种软件的固化，其目的是为了加快软件的执行速度。
可靠性：可靠性是指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。
产品可靠性定义的要素是三个“规定”：“规定条件”、“规定时间”和“规定功能”。
MTTF：平均无故障时间，指系统自使用以来到第一次出故障的时间间隔的期望值。
MTTR：系统的平均修复时间。
MTBF：平均故障间隔时间，指相邻两次故障之间的平均工作时间。
可用性：指系统在任意时刻可使用的概率，可根据MTTF、MTTR和MTBF等指标计算处系统的可用性。
第三章习题答案1．名词解释随机存储器：随机存取存储器简称RAM，也叫做读/写存储器，它能够通过指令随机地、个别地对其中各个单元进行读/写操作。
随机存储器中任何一个存储单元都能由CPU或Ｉ/O设备随机存取，且存取时间与存取单元的物理位置无关。
按照存放信息原理的不同，随机存储器又可分为静态和动态两种。
只读存储器：只读存储器是只能随机读出已经存储的信息，但不能写入新的信息的存储器。
位扩展：位扩展是指用多个存储器器件对字长进行扩充。
位数的扩展是利用芯片的并联方式来实现的，各存储芯片地址线、片选端和读写控制线并联，数据端单独引出。
全译码法：除了将低位地址总线直接连至各芯片的地址线外，余下的高位地址总线全部参加译码，译码输出作为各芯片的片选信号。
相联存储器地址映象：地址映像的功能是应用某种函数把CPU发送来的主存地址转换成Cache的地址。
地址映象方式通常采用直接映象、全相联映象、组相联映象三种方式。
Cache：高速缓冲存储器。
虚拟存储器：虚拟存储器（VirtualMemory）又称为虚拟存储系统，是以存储器访问的局部性为基础，建立在主存一辅存物理体系结构上的存储管理技术。
它是为了扩大存储容量，把辅存当作主存使用，在辅助软、硬件的控制下，将主存和辅存的地址空间统一编址，形成个庞大的存储空间。
程序运行时，用户可以访问辅存中的信息，可以使用与访问主存同样的寻址方式，所需要的程序和数据由辅助软件和硬件自动调入主存，这个扩大了的存储空间，就称为虚拟存储器。
存储器带宽：内存储器每秒钟访问二进制位的数目称为存储器带宽，用Bm表示。
它标明了一个存储器在单位时间内处理信息的能力。
存取时间存取时间又称存储器访问时间，是指启动一次存储器操作到完成该操作所需的时间。
逻辑地址：用户可以像使用内存一样利用虚拟存储器的辅存部分。
编程时，涉及辅存大小的空间范围的指令地址称为“虚地址（Virtual Address）”或“逻辑地址”。
物理地址：实际的主存储器单元地址则称为“实地址”或“物理地址（Physical Address）。
第1章计算机系统概论什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件硬件和软件哪个更重要解：计算机系统由硬件和软件两大部分组成。
硬件即指计算机的实体部分，它由看得见摸得着的各种电子元器件，各类光、电、机设备的实物组成，如主机、外设等。
软件是看不见摸不着的，由人们事先编制成具有各类特殊功能的信息组成，用来充分发挥硬件功能，提高机器工作效率，便于人们使用机器，指挥整个计算机硬件系统工作的程序、资料、数据集合。
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。
如何理解计算机系统的层次结构解：（1）第一级：实际机器M1 (机器语言机器)，机器语言程序直接在M1上执行；（2）第二级：虚拟机器M2（汇编语言机器），将汇编语言程序先翻译成机器语言程序，再在M1-上执行；（3）第三级：虚拟机器M3(高级语言机器)，将高级语言程序先翻译成汇编语言程序，再在M2、M1（或直接到M1）上执行；（4）第零级：微程序机器M0（微指令系统），由硬件直接执行微指令。
（5）实际上，实际机器M1和虚拟机器M2之间还有一级虚拟机，它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。
（6）虚拟机器M3还可以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。
说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及联系。
解：机器语言由0、1代码组成，是机器能识别的一种语言。
用机器语言编写程序时要求程序员对他们所使用的计算机硬件及其指令系统十分熟悉，编写程序难度很大，操作过程也极易出错。
汇编语言是符号式的程序设计语言，汇编语言是面向机器的语言，它由一些特殊的符号表示指令。
用汇编语言编写的汇编语言程序必须先被翻译成机器语言程序，才能被机器接受并自动运行。
汇编语言的每一条语句都与机器语言的某一条语句（0、1代码）一一对应。
高级语言是面向用户的语言，与具体的计算机指令系统无关、对问题的描述更接近于人们习惯，且易于掌握和书写。
它具有较强的通用性，程序员完全不必了解、掌握实际机器M1的机型、内部的具体组成及其指令系统，只要掌握这类高级语言的语法和语义，便可直接用这种高级语言来编程，给程序员带来了极大的方便。
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：P3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：计算机运行所需的法度及相关资料。
硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不成，因此同样重要。
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、输出设备五年夜部件组成；●指令和数据以同同等位置寄存于存储器内，并可以按地址拜访；●指令和数据均用二进制暗示；●指令由操纵码、地址码两年夜部分组成，操纵码用来暗示操纵的性质，地址码用来暗示操纵数在存储器中的位置；●指令在存储器中顺序寄存，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）。
7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单位、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。
解：P910主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。
CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。
主存：计算机中寄存正在运行的法度和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
存储单位：可寄存一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。
存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不克不及单独存取。
存储字：一个存储单位所存二进制代码的逻辑单位。
存储字长：一个存储单位所存二进制代码的位数。
存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分隔描述）。
机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长：一条指令的二进制代码位数。
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：P3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。
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）。
6. 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机系统的主要技术指标。
答：计算机硬件组成框图如下：控制器运算器CPU主机存储器输入设备接口输出设备接口外设各部件的作用如下：控制器：整机的指挥中心，它使计算机的各个部件自动协调工作。
运算器：对数据信息进行处理的部件，用来进行算术运算和逻辑运算。
存储器：存放程序和数据，是计算机实现“存储程序控制”的基础。
输入设备：将人们熟悉的信息形式转换成计算机可以接受并识别的信息形式的设备。
输出设备：将计算机处理的结果（二进制信息）转换成人类或其它设备可以接收和识别的信息形式的设备。
计算机系统的主要技术指标有：机器字长：指CPU一次能处理的数据的位数。
通常与CPU的寄存器的位数有关，字长越长，数的表示范围越大，精度也越高。
机器字长也会影响计算机的运算速度。
数据通路宽度：数据总线一次能并行传送的数据位数。
存储容量：指能存储信息的最大容量，通常以字节来衡量。
一般包含主存容量和辅存容量。
运算速度：通常用MIPS（每秒百万条指令）、MFLOPS（每秒百万次浮点运算）或CPI（执行一条指令所需的时钟周期数）来衡量。
《微型计算机及其接口技术》是计算机应用专业（专科）非常重要的一门专业课，也是难度较大的一门课。
考生不但要熟悉计算机硬件的功能特点，还要熟练的编制、调试软件，对考生的综合能力要求比较高。
本课程的先修课程为：1.模拟电路与数字电路2.计算机组成原理3.汇编语言程序设计《微型计算机及其接口技术》复习大纲是我根据教科书内容反复整理与总结的，剔除了教材上的冗余，精简了基本理论。
若考生在读懂、读通教科书的基础上，能全部掌握此大纲的内容（一定要全部掌握，本大纲已经很精简了），那么通过考试会很有把握的。
另外，希望考生准备一本南京大学出版的《微型计算机及其接口技术应试指导》在手边，以便查阅。
《微型计算机及其接口技术》复习大纲第1章微型计算机概论微处理器——由运算器、控制器、寄存器阵列组成微型计算机——以微处理器为基础，配以内存以及输入输出接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机微型计算机系统——由微型计算机配以相应的外围设备及其它软件而构成的系统单片机——又称为“微控制器”和“嵌入式计算机”，是单片微型计算机单板机——属于计算机系统总线——是CPU、内存、I/O接口之间相互交换信息的公共通路，由数据总线（双向）、地址总线和控制总线组成微机系统中的三种总线：1.片总线，元件级总线2.内总线（I-BUS），系统总线3.外总线（E-BUS），通信总线第2章80X86处理器8086CPU两个独立的功能部件：1.执行部件（EU），由通用计算器、运算器和EU控制系统等组成，EU从BIU的指令队列获得指令并执行2.总线接口部件（BIU），由段寄存器、指令指针、地址形成逻辑、总线控制逻辑和指令队列等组成，负责从内存中取指令和取操作数8086CPU的两种工作方式：1.最小方式，MN/MX接+5V（MX为低电平），用于构成小型单处理机系统支持系统工作的器件：（1）时钟发生器，8284A（2）总线锁存器，74LS373（3）总线收发器，74LS245控制信号由CPU提供2.最大方式，MN/MX接地（MX为低电平），用于构成多处理机和协处理机系统支持系统工作的器件：（1）时钟发生器，8284A（2）总线锁存器，74LS373（3）总线收发器，74LS245（4）总线控制芯片，8288控制信号由8288提供指令周期、总线周期、时钟周期的概念及其相互关系：1.执行一条指令所需要的时间称为指令周期2.一个CPU同外部设备和内存储器之间进行信息交换过程所需要的时间称为总线周期3.时钟脉冲的重复周期称为时钟周期4.一个指令周期由若干个总线周期组成，一个总线周期又由若干个时钟周期组成5. 8086CPU的总线周期至少由4个时钟周期组成6.总线周期完成一次数据传输包括：传送地址，传送数据等待周期——在等待周期期间，总线上的状态一直保持不变空闲周期——总线上无数据传输操作MMX——多媒体扩展SEC——单边接口，PENTIUM2的封装技术SSE——数据流单指令多数据扩展，PENTIUM3的指令集乱序执行——不完全按程序规定的指令顺序执行（PENTIUM PRO）推测执行——遇到转移指令时，不等结果出来便先推测可能往哪里转移以便提前执行（PENTIUM PRO）8086CPU逻辑地址与物理地址的关系：1. CPU与存储器交换信息，使用20位物理地址2.程序中所涉及的都是16位逻辑地址3.物理地址==段基值* 16 +偏移地址4. 20条地址线== 1M，（00000H ~ FFFFFH）；16条数据线== 64K，（0000H ~ FFFFH）5.段起始地址必须能被16整除8086的结构，各引脚功能，全部要掌握（教科书P14 ~ P18）复位（RESET）时CPU内寄存器状态：1. PSW（FR）、IP、DS、SS、ES清零2. CS置FFFFH3.指令队列变空8086CPU外部总线16位，8088CPU外部总线8位80286CPU：1. 16位CPU2.两种工作方式：（1）实地址方式，使用20条地址线，兼容8086全部功能（2）保护虚地址方式，使用24条地址线，有16M的寻址能力80386CPU：1. 32位CPU2.数据线32位3.地址线32位，直接寻址4GB4.内部寄存器32位5.三种存储器地址空间：逻辑地址，线性地址，物理地址6.三种工作方式：实方式，保护方式，虚拟8086方式80486CPU：1.采用RISC2.集成FPU和CACHE第3章存储器及其接口半导体存储器分类：1.随机存取存储器，RAM（1）静态RAM，SRAM （HM6116，2K * 8）（2）动态RAM，DRAM，需要刷新电路（2164，64K * 1）2.只读存储器，ROM（1） PROM，可编程ROM，一次性写入ROM（2） EPROM，可擦除可编程ROM （INTEL2732A，4K * 8）（3） EEPROM，电可擦除可编程ROM半导体存储器的性能指标：1.存储容量2.存取速度（用两个时间参数表示：存取时间，存取周期）3.可靠性4.性能/价格比内存条及其特点：内存条是一个以小型板卡形式出现的存储器产品，它的特点是：安装容易，便于用户进行更换，也便于扩充内存容量HM6116、2164、INTEL2732A的外特性INTEL2732A的6种工作方式：1.读2.输出禁止3.待用4.编程5.编程禁止6. INTEL标识符实现片选控制的三种方法：1.全译码2.部分译码（可能会产生地址重叠）3.线选法地址重叠——多个地址指向同一存储单元存储器芯片同CPU连接时应注意的问题：1. CPU总线的负载能力问题2. CPU的时序同存储器芯片的存取速度的配合问题16位微机系统中，内存储器芯片的奇偶分体：1. 1M字节分成两个512K字节（偶存储体，奇存储体）2.偶存储体同低8位数据总线（D7 ~ D0）相连接，奇存储体同高8位数据总线（D15 ~ D8）相连接3. CPU的地址总线A19 ~ A1同两个存储体中的地址线A18 ~ A0相连接，CPU地址总线的最低位A0和BHE（低电平）用来选择存储体4.要访问的16位字的低8位字节存放在偶存储体中，称为对准字，访存只需要一个总线周期；要访问的16位字的低8位字节存放在奇存储体中，称为未对准字，访存需要两个总线周期5. 8088CPU数据总线是8位，若进行字操作，则需要两个总线周期，第一个周期访问低位，第二个周期访问高位存储器的字位扩展，考试必考（教科书P71习题2、习题6）74LS138的综合应用必须熟练掌握，考试必考：（教科书P55 ~ P58；P71 ~ P72习题7、习题8；P231第五。
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：P3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）。
