并行存储器
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【计算机组成原理】基础知识汇总(必背)整理了⼀下超星上的题⽬以及教材《计算机组成原理第3版》——唐朔飞的课后题。
第 1 章计算机系统概论超星题⽬说明计算机系统的层次结构。
说明冯诺依曼体系结构的特点。
计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输⼊设备和输出设备5⼤部件组成。
指令和数据以同等地位存储在存储器中,并可按地址寻访。
指令和数据均⽤⼆进制代码表⽰。
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的条件改变执⾏顺序。
早期的冯·诺依曼机以运算器为中⼼,输⼊/输出设备通过运算器与存储器传送数据。
知识点:冯·诺依曼机的基本⼯作⽅式是:控制流驱动⽅式冯·诺依曼机⼯作⽅式的基本特点:按地址访问并顺序执⾏指令什么是机器字长、指令字长、存储字长?机器字长是指CPU⼀次能处理数据的位数,通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长是⼀个指令字中包含⼆进制代码的总位数。
指令字长取决于从操作码的长度、操作码地址的长度和操作码地址的个数。
存储字长是⼀个存储单元存储⼆进制代码的位数。
存储字是存放在⼀个存储单元中的⼆进制代码组合存储单元是存放⼀个存储字的所有存储元集合。
其他存放欲执⾏指令的寄存器是:IR⼀个8位的计算机系统以16位来标⽰地址,则该计算机系统中有(65536)个地址空间。
指令流通常是(主存流向控制器)CPU内通⽤寄存器的位数取决于(机器字长)。
课后题什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?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。
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。
串行存储器工作原理一、什么是串行存储器串行存储器(Serial Memory)是一种特殊的存储器,它使用串行的方式来存储和访问数据。
与传统的并行存储器相比,串行存储器具有更高的存储密度和更低的功耗。
二、串行存储器的结构串行存储器主要由以下几个部分组成:1. 输入寄存器(Input Register)输入寄存器用于接收输入数据,并将其转换成串行信号。
它通常由一个移位寄存器构成,能够将并行数据按顺序转换成串行信号。
2. 存储单元(Memory Cell)存储单元是串行存储器的核心部分,它用于存储数据。
每个存储单元都有一个唯一的地址,通过地址线可以选择访问特定的存储单元。
3. 控制电路(Control Circuit)控制电路用于控制串行存储器的各种操作,如读取、写入、擦除等。
它通常由逻辑门电路和时钟信号组成,能够根据特定的时序控制存储器的工作。
三、串行存储器的工作原理串行存储器的工作原理可以分为写入和读取两个过程。
1. 写入写入操作是将数据从输入寄存器写入到存储单元的过程。
1.将待写入的数据加载到输入寄存器中。
2.控制电路通过时钟信号将输入寄存器的数据传输到存储单元。
3.存储单元将数据按位存储,通常采用非易失性存储器(如闪存)来实现数据的长期保存。
2. 读取读取操作是将存储单元中的数据读取到输出寄存器的过程。
1.控制电路通过地址线选择要读取的存储单元。
2.存储单元将选中的数据按位传输到输出寄存器。
3.输出寄存器接收到数据后,可以进行进一步的处理和传输。
四、串行存储器的优势和应用串行存储器相对于并行存储器具有以下几个优势:1.存储密度高:串行存储器可以将数据按位存储,因此能够实现更高的存储密度。
2.功耗低:串行存储器只需要在数据传输时才消耗能量,而在空闲时几乎不消耗能量,因此功耗更低。
3.成本低:由于串行存储器的结构相对简单,制造成本更低。
串行存储器广泛应用于各种领域:•移动设备:由于移动设备对功耗和存储密度要求较高,串行存储器被广泛应用于手机、平板电脑等设备中。
一、填空题1 字符信息是符号数据,属于处理(非数值 )领域的问题,国际上采用的字符系统是七单位的(ASCLL )码。
2 按IEEE754标准,一个32位浮点数由符号位S(1位)、阶码E(8位)、尾数M(23位)三个域组成。
其中阶码E的值等于指数的真值( e )加上一个固定的偏移值( 127 )。
3 双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构,其中前者采用( 空间 )并行技术,后者采用(时间 )并行技术。
4 虚拟存储器分为页式、(段 )式、( 段页 )式三种。
5 安腾指令格式采用5个字段:除了操作码(OP)字段和推断字段外,还有3个7位的( 地址码 )字段,它们用于指定( 寄存器 )2个源操作数和1个目标操作数的地址。
6 CPU从内存取出一条指令并执行该指令的时间称为(指令周期 ),它常用若干个( CPU周期 )来表示。
7 安腾CPU中的主要寄存器除了128个通用寄存器、128个浮点寄存器、128个应用寄存器、1个指令指针寄存器(即程序计数器)外,还有64个(推断寄存器 )和8个( 分支寄存器)。
8 衡量总线性能的重要指标是(总线带宽 ),它定义为总线本身所能达到的最高传输速率,单位是(MB/s )。
9 DMA控制器按其结构,分为(选择型 )DMA控制器和( 多路型 )DMA控制器。
前者适用于高速设备,后者适用于慢速设备。
10 64位处理机的两种典型体系结构是(英特尔64体系结构)和(安腾体系结构 )。
前者保持了与IA-32的完全兼容,后者则是一种全新的体系结构。
1 在计算机术语中,将ALU控制器和( 内 )存储器合在一起称为(主机 )。
2 数的真值变成机器码可采用原码表示法,反码表示法,( 补码 )表示法,( 移码 )表示法。
3 广泛使用的( SRAM )和( DRAM )都是半导体随机读写存储器。
前者的速度比后者快,但集成度不如后者高。
4 反映主存速度指标的三个术语是存取时间、(存储器带宽 )和( 存储周期 )。
《计算机组成原理》主干课程考试考前辅导一、题型和分值选择题5*3=15填空题5*3=15计算题3*10=30问答题3*9=27综合分析题1*13=13二、考点和典型例题(蓝色为小题考点,绿色为大题考点)第1讲:计算机系统概论•计算机的分类•计算机的性能指标•计算机的硬件p6-11冯•诺依曼型计算机主要由哪几个功能部件组成?简述它们的主要功能。
答:冯•诺依曼型计算机的硬件主要有:1)运算器,主要功能是进行加、减、乘、除等算术运算,除此之外,还可以进行逻辑运算,因此通常称为ALU (算术逻辑运算部件);2)存储器,其功能是存储程序和数据信息;3)控制器,向计算机各部件发出控制信息的部件,其功能:控制指令的读出、解释和执行、中断事件的处理等;4)输入/输出(I/O)设备,其功能是输入程序和有关的数据,输出计算机的有关信息及运算结果等;5)适配器:其作用相当于一个转换器,它可以保证外围设备用计算机系统特性所要求的形式发送或接收信息。
•计算机系统的层次结构p13-14计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构,由下至上各层级分别是:微程序设计级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级。
•软件与硬件的逻辑等价性p14随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势,计算机系统的软、硬件界限已经变得模糊了。
任何操作可以由软件来实现,也可以由硬件来实现;任何指令的执行可以由硬件完成,也可以由软件来完成。
这就叫“软件与硬件的逻辑等价性”。
例如原来通过编制程序实现的整数乘除法指令,现在改为直接由硬件完成。
第2讲:数据与文字的表示方法•数据格式p16-19 (不要求IEEE754标准的浮点数格式)•数的机器码表示p19-22•不同机器码之间的转换•用8位(含符号位)机器码表示整数,能表示的最大正整数和最小负整数分别原、反-127~+127 ;补、移-128~+127 •浮点数规格化p17•若浮点数据格式中阶码的基数已确定,且尾数采用规格化表示法,则浮点数表示数的范围取决于浮点数阶码的位数,而精度则取决于尾数的位数。
第八章习题参考答案一、填空题1、MCS-51外扩ROM、RAM或I/O时,它的地址总线是 P0、P2 口。
2、12根地址线可寻址 4 KB存储单元。
3、微机与外设间传送数据有程序传送、中断传送和 DMA传送三种传送方式。
4、 74LS138是具有3个输入的译码器芯片,其输出作为片选信号时,最多可以选中 8 块芯片。
5、74LS273通常用来作简单输出接口扩展;而74LS244则常用来作简单输入接口扩展。
6、并行扩展存储器,产生片选信号的方式有线选法和译码法两种。
7、在存储器扩展中,无论是线选法还是译码法,最终都是为了扩展芯片的片选端提供信号。
8、起止范围为0000H-3FFFH的存储器的容量是 16 KB。
9、11根地址线可选 2KB 个存储单元,16KB存储单元需要 14 根地址线。
110、32KB RAM存储器的首地址若为2000H,则末地址为9FFF H。
11、假定一个存储器有4096个存储单元,其首地址为0,则末地址为 0FFFH 。
12、除地线公用外,6根地址线可选 64 个地址,11根地址线可选 2048 个地址。
13、单片机扩展的内容有程序存储器扩展、数据存储器扩展及 I/O口的扩展等。
二、选择题1、当8031外扩程序存储器8KB时,需使用EPROM2716( C )A、 2片B、 3片C、 4片 D、 5片2、某种存储器芯片是8KB*4/片,那么它的地址线根数是( C )A、 11根B、 12根C、 13根 D、 14根3、 74LS138芯片是( B )A、驱动器B、译码器C、锁存器 D、编码器4、 MCS-51外扩ROM、RAM和I/O口时,它的数据总线是( A )A、 P0B、 P1C、P2D、 P35、6264芯片是( B )A、 E2PROMB、 RAMC、Flash ROMD、 EPROM6、一个EPROM的地址有A0----A11引脚,它的容量为( B )。
A、2KBB、4KBC、11KB D、12KB7、单片机要扩展一片EPROM2764需占用( C )条P2口线。
计算机科学系《计算机系统结构》期末考试试卷(A 卷)一 单选题:(10分,每题1分)1、 ."启动I/O"指令是主要的输入输出指令,是属于( B )A.目态指令B.管态指令C.目态、管态都能用的指令D.编译程序只能用的指令2、 输入输出系统硬件的功能对(B )是透明的A.操作系统程序员B.应用程序员C.系统结构设计人员D.机器语言程序设计员3、 全相联地址映象是指(A )A.任何虚页都可装入主存中任何实页的位置B.一个虚页只装进固定的主存实页位置C.组之间固定,组内任何虚页可装入任何实页位置D.组间可任意装入,组内是固定装入4、 ( C ) 属于MIMD 系统结构A.各处理单元同时受一个控制单元的管理B.各处理单元同时受同个控制单元送来的指令C.松耦合多处理机和多计算机系统D.阵列处理机5、 多处理机上两个程序段之间若有先写后读的数据相关,则(B )A.可以并行执行B.不可能并行C.任何情况均可交换串行D.必须并行执行6、 计算机使用的语言是(B )A.专属软件范畴,与计算机体系结构无关B.分属于计算机系统各个层次C.属于用以建立一个用户的应用环境D.属于符号化的机器指令7、 指令执行结果出现异常引起的中断是(C )A.输入/输出中断B.机器校验中断C.程序性中断D.外部中断8、 块冲突概率最高的Cache 地址映象方式是(A )A .直接B .组相联C .段相联D .全相联9、 组相联映象、LRU 替换的Cache 存储器,不影响Cache 命中率的是(B ) A .增大块的大小 B .增大主存容量 C .增大组的大小 D .增加Cache 中的块数10、 流水处理机对全局性相关的处理不.包括(C ) A.猜测法 B.提前形成条件码 C.加快短循环程序的执行 D.设置相关专用通路1、 数据通路宽度就是 数据总线上一次并行传送的信息位数 。
2、 计算机仿真用 微程序 解释,计算机模拟用 机器语言 解释3、 阵列处理机按存贮器的组成方式可分为两种构形,分别为: 分布式存储器 和 集中共享式 。
《计算机组成原理》(白中英)复习第一章计算机系统概论电子数字计算机的分类(P1)通用计算机(超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机和单片机)和专用计算机。
计算机的性能指标(P5)数字计算机的五大部件及各自主要功能(P6)五大部件:存储器、运算器、控制器、输入设备、输出设备。
存储器主要功能:保存原始数据和解题步骤。
运算器主要功能:进行算术、逻辑运算。
控制器主要功能:从内存中取出解题步骤(程序)分析,执行操作。
输入设备主要功能:把人们所熟悉的某种信息形式变换为机器内部所能接收和识别的二进制信息形式。
输出设备主要功能:把计算机处理的结果变换为人或其他机器所能接收和识别的信息形式。
计算机软件(P11)系统程序——用来管理整个计算机系统应用程序——按任务需要编制成的各种程序第二章运算方法和运算器课件+作业第三章内部存储器存储器的分类(P65)按存储介质分类:易失性:半导体存储器非易失性:磁表面存储器、磁芯存储器、光盘存储器按存取方式分类:存取时间与物理地址无关(随机访问):随机存储器RAM——在程序的执行过程中可读可写只读存储器ROM——在程序的执行过程中只读存取时间与物理地址有关(串行访问):顺序存取存储器磁带直接存取存储器磁盘按在计算机中的作用分类:主存储器:随机存储器RAM——静态RAM、动态RAM只读存储器ROM——MROM、PROM、EPROM、EEPROMFlash Memory高速缓冲存储器(Cache)辅助存储器——磁盘、磁带、光盘存储器的分级(P66)存储器三个主要特性的关系:速度、容量、价格/位多级存储器体系结构:高速缓冲存储器(cache)、主存储器、外存储器。
主存储器的技术指标(P67)存储容量:存储单元个数M×每单元位数N存取时间:从启动读(写)操作到操作完成的时间存取周期:两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间,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,位/秒、字节/每秒,是衡量数据传输速率的重要技术指标。
计组考研知识点●第一章计算机系统概述●第二章数据的表示和运算●1、无符号整数的表示和运算●①全部二进制位都是数值位,没有符号位●② n 位无符号整数可表示的范围:0 ~ 2^{n-1},最小的数:全0,最大:全1●③加法运算:从最低位开始,按位相加并往更高位进1●④减法运算:被减数不变,减数全部位按位取反,末位加 1●2、带符号整数的表示和运算●(1)原码、反码、补码、移码间的转换●(2)各种码的基本特性●3、定点小数的定点整数●定点小数是纯小数。
定点整数是纯整数。
●4、定点数的移位运算●(1)算术移位:操作数是有符号数●左移相当于 × 2;右移相当于 ÷ 2。
但由于位数有限,因此有时无法用算数移位精确等效乘除法●(2)逻辑移位:操作数是无符号数●●(3)循环移位●●第三章存储系统●注●标签说明: @例题;@错题;@:总结;@:疑问;:重点程度;☑:已掌握;✔对、错;●颜色说明:红色:错题蓝色:例题●一、存储器概述●1、存储器的分类●(1)按在层次结构●主存储器(主存、内存):可被CPU直接读取●高速缓冲存储器(Cache):同样可被CPU直接读取●辅助存储器(辅存,外存):不能被CPU直接读取●(2)按照存储方式分类●随机存储器(RAM):如内存●只读存储器(ROM)●串行访问存储器●顺序访问存储器(SAM):如磁带●直接存取存储器(DAM):如磁盘、光盘●(3)断电后信息是否消失:●易失存储器:如内存、Cache●非易失存储器:如磁盘、光盘●(4)信息读出后,源信息是否被破坏●破坏性读出●非破坏性读出●(5)其他存储器●①相联存储器:●将存储单元中的某一部分内容作为检索项。
是按照内容或地址寻址●2、存储器的性能指标●(1)存储容量 = 存储字数 ×存储字长存储字长 = 数据宽度●(2)单位成本 = 总容量 ×总价格●(3)存储速度●数据传输率(主存带宽):单位时间内从主存中进出信息的最大数量●数据传输率 = 存储字长 ÷存储周期●(4)存储周期:存储器进行连续读或写所允许的最小时间间隔●存储周期 T = 存取时间 r + 恢复时间●3、存储器的层次结构采用分层结构主要解决容量、速度、价格三者之间的矛盾●(1)多级存储器的层次结构●●(2)三级存储系统层次结构●上层中的内容只是下层中内容的副本●CPU - Cache层:以字或字节为单位进行数据交换●Cache - 主存层:解决了CPU与主存速度不匹配问题,以块为单位进行数据交换●数据调动由硬件自动完成;●对系统程序员和应用程序员都透明●主存 - 辅存层:实现了虚拟存储系统,解决了主存容量小的问题●数据调动由硬件和操作系统共同完成●对应用程序员透明●二、主存储器主存储器由 DRAM 实现,@ 在逻辑上主存由RAM+ROM组成且二者统一编址●1、半导体随机存储器●(1)随机存储器(RAM):属于易失性存储器,支持随机存取●静态随机存储器(SARM)●动态随机存储器(DRAM)●(2)只读存储器(ROM):很多ROM也支持随机存取的特性仅支持随机读,不支持随机写●2、静态随机存储器 SRAM用双稳态触发器存储信息,集成度低、容量小、存取速度快●3、动态随机存储器 DRAM用栅极电容来保存信息,集成度高、容量大、存取速度慢、功耗低、价格便宜●(1)DRAM 的刷新方式:由存储器独立完成,不需要CPU控制,即对CPU是透明的1. 一般以2ms为一个刷新周期2. 以行为单位,每次刷新一行存储单元3.刷新时有硬件支持,读出一行信息后重新写入,占用一个存储周期●①集中刷新:一个刷新周期内,利用一段固定的时间,对存储器的所有行进行再生●存在访存“死区”,CPU不能对主存进行访问●②分散刷新:一个存储器的系统工作周期分为两部分●前半部分用于正常读和写,后半部分用于刷新●没有访存死区,增加系统的存取周期(扩大一半)●③异步刷新:前两种方式的结合●每两次刷新操作之间的时间间隔 = 刷新周期 ÷行数●缩短死区,充分利用最大刷新周期●(2)DRAM 的地址复用技术●将行、列地址拆开分两次送,使地址线的数量减半●4、DRAM 和 SRAM 的对比●●5、存储器芯片的内部结构:@:常用于芯片引脚数目的计算存储器芯片由:存储体、地址译码器、I/O控制电路、片选控制信号、读写控制信号组成●①地址线个数:\log_2(寻址范围)●②数据线个数:数据位数●③片选线:1;若为DRAM且采用地址复用技术,则用行选通和列选通代替片选线,此时为2●④读写控制线:1 或 2●6、只读存储器 ROM只读存储器属于非易失性存储器;BISO芯片属于ROM,用于存储“自举装入程序”●(1)掩模式只读存储器MROM:由制造商写入,之后任何人不能修改●(2)一次可编程只读存储器PROM:由用户写入,一旦写入无法改变●(3)可擦除可编程只读存储器EPROM:不仅可以由用户写入,还可进行多次重写,但次数有限●(4)电可擦除电可改写只读存储器 EEPROM (Electrically),:可用电擦除的方式,擦除特定的字●(4)Flash Memory(闪速存储器、闪存):断电可长期保存信息,又可进行多次快速擦除与重写,闪存的写速度要比读速度慢,因为在写之前要先擦除●(5)固态硬盘 SSD:由控制单元和存储单元(Flash芯片)组成,可进行多次快速擦除与重写。
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 如何选择各内存条?(1). 共需模块板数为m :m=÷2^24=4(块)(2). 每个模块板内有DRAM 芯片数为32 (片)(3) 主存共需DRAM 芯片为:4*32=128 (片)每个模块板有32片DRAM 芯片,容量为16M ×64位,需24根地址线(A23~A0) 完成模块板内存储单元寻址。