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题目只按照章节分类,章节内的题目并不是按课本顺序进行排列的

这些题并不是完整的计算机组成原理全部内容,仅仅是重点,建议只在期末复习用

1. 计算机的诞生和发展

Q: 计算机由哪五部分组成

A:

  1. 计算机由运算器控制器存储器输入设备输出设备五部分组成。

  2. 采用存储程序的方式,程序和数据放在同一个存储器中,并以二进制码表示

  3. 指令由操作码和地址码组成

  4. 指令在存储器中按执行顺序存放,由**指令计数器(即程序计数器PC)**指明要执行的指令所在的单元地址,一般按顺序递增,但可按运算结果或外界条件而改变。

Q: 运算器和控制器又称

A: 中央处理器(简称CPU)

Q: 选择题

计算机问世至今,新型机器不断推陈出新,不管怎样更新,依然保有“存储程序”的概念,最早提出这种概念的是__B___。
A.巴贝奇
B.冯. 诺依曼
C.阿塔纳索夫
D.贝尔

Q: 选择题

冯·诺依曼计算机的最主要特点是__A__
A.存储程序方式并采用二进制数据编码
B.采用LSI和VLSI电路
C.有功能强大的操作系统
D.采用Cache、主存、辅存三级存储结构

Q: 选择题

计算机硬件能直接识别的语言是__C__
A.自然语言
B.高级语言
C.机器语言
D.汇编语言

Q: 选择题

下列有关运算器的描述中,___D___是正确的。
A. 只做算术运算,不做逻辑运算
B. 只做加法
C. 能暂时存放运算结果
D. 既做算术运算,又做逻辑运算

Q: 选择题

迄今为止,计算机中的所有信息仍然以二进制形式表示的原因是__C__
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

Q: 选择题

通常划分计算机发展时代是以__A__为标准的。
A.所用电子器件
B.运算速度
C.计算机结构
D.所用语言

Q: 选择题

目前的计算机,从原理上讲__C___。
A.指令以二进制形式存放,数据以十进制形式存放
B.指令以十进制形式存放,数据以二进制形式存放
C.指令和数据都以二进制形式存放
D.指令和数据都以十进制形式存放

Q:摩尔定律

A: 存半导体芯片集成度大体上每18个月翻一番

2. 组合逻辑电路

如果逻辑电路的输出状态仅和当时的输入状态有关,而与过去的输入状态无关,称这种逻辑电路为组合逻辑电路

常见的组合逻辑电路有三态门异或门加法器算术逻辑单元译码器数据选择器等。

Q: D触发器的特征方程

A: Qn+1=DCLKQ^{n+1} = D \cdot CLK \uparrow

P.S.

Q: 异或公式

A: Y=AB=AB+AB Y = A \oplus B = \overline AB + A\overline B

Q: 全加器的真值表

AiA_i BiB_i CiC_i SoS_o CoC_o
0 0 0 0 0
0 0 1 1 0
0 1 0 1 0
0 1 1 0 1
1 0 0 1 0
1 0 1 0 1
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1

Q: 全加器的逻辑表达式

A: So=AiBiCiS_o = A_i \oplus B_i \oplus C_i

Q: 根据图2.12的四位超前进位加法器,假设,异或门的平均延迟时间为20ns,其它门的平均延迟时间为10ns

  1. ** 从X、Y输入到F输出需要多少时间?**

    • A1: 经过三级与门和或门和最后一级异或门,3×10+20=50ns3 \times 10 + 20 = 50ns
  2. 如果加法器扩大到8位,直接产生超前进位信号,将产生什么问题?

    • A2: 电位信号的公式将更长,需要更多的门,电路级数增加,信号延迟时间更长

P.S. 异或门的平均延迟时间为20ns,其它门的平均延迟时间为10ns

Q:使用JK触发器构成4位二进制同步计数器

Q: J-K触发器的特征方程

Qn+1=JQn+KQn Q^{n+1} = J{\overline Q}^n + \overline K Q^n

4. 主存贮器

为了弥补主存读写速度慢所造成的不利影响,一般在CPU与主存之间设置高速缓冲存贮器(cache)。

Q:选择题

主存储器是计算机系统的记忆设备,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

选择题

存储器的随机访问方式是指__D__。
A. 可随意访问存储器
B. 按随机文件访问存储器
C. 可对存储器进行读出与写入
D. 可按地址访问存储器任一编址单元,其访问时间相同且与地址无关

选择题

在计算机中能直接与CPU交换数据的是__D__ 。
A. RAM、ROM和外部I/O设备
B. 主存储器和辅助存储器
C. 随机存储器和外存储器
D. cache和主存储器

选择题

存储周期是指__C__
A.存储器的读出时间
B.存储器的写入时间
C.存储器进行连续两次存储操作所需间隔的最小时间
D.存储器的读出和写入时间的平均值
E. 存储器进行连续读和写操作所允许的最短时间间隔

选择题

某计算机内存按字节编址,内存地址区域从44000H到6BFFFH,
共有___B___K字节。
A. 128
B. 160
C. 180
D. 220

6BFFFH44000H+1=28000H{6BFFF}_H - {44000}_H + 1 = {28000}_H

2×216+8×212=160×2102 \times 2 ^ {16} + 8 \times 2^{12} = 160\times2^{10} 即160K

选择题

如果主存容量为16M字节,按字节编址,表示该主存地址至少应需要_____C____位。
A.16
B.20
C.24
D.32

1M=1024kb 1kb=1024b 所以,16M=16×1024×1024b=2的24次方 因此需要24位

选择题

在存储器芯片内部,地址译码采用双译码方式是为了__D__ 。
A. 扩大寻址范围
B. 减少存储单元数目
C. 增加存储单元数目
D. 减少存储单元的选通线数目

选择题

DRAM地址分两次输入(行选通RAS、列选通CAS)的目的
是___B___
A.提高速度
B.减少芯片引脚的数目
C.实时刷新
D.满足逻辑电平的需要

选择题

半导体存储器速度最快的是__C__
A.EPROM
B.DRAM
C.SRAM
D.FLASH MEMORY

选择题

若动态RAM每毫秒必须刷新100次,一个存储周期需要200ns,则刷新占存储器总操作时间的百分比是__D__
A.0.5%
B.1.5%
C.1%
D.2%

A:动态RAM是读出式刷新,一个存储周期即为一次刷新时间。每毫秒必须刷新100次,即刷新间隔时间为1000ns/1000=10µs1000ns / 1000 = 10µs 则刷新占存储器总操作时间的=200ns/10µs=2%百分比 = 200ns / 10µs = 2\%

选择题

在构成大容量主存时,一般选择__B__。
A. SRAM
B. DRAM
C. ROM
D. E2PROM

A:静态RAM的特点是存取速度快,但单位价格(每字节存储空间的价格)较高;动态RAM则是存取速度稍慢,但单位价格较低,所以考虑到价格因素,在构成大容量的存储器时一般选择动态存储器。

选择题

动态RAM比起静态RAM的主要优点是___C___
A.速度快
B.数据不易丢失
C.存储密度高
D.控制简单

A:静态存储位元电路能够长久保持信息,不需要刷新,但是静态存储位元电路具有功耗大、集成度低的缺点。 动态存储位元电路克服了静态存储位元电路的缺点,功耗较低,因此集成度可做得较大。但是动态存储的电荷不能长期保存,经过一段时间就必须刷新。

选择题

静态半导体存储器SRAM ___D___。
A. 在工作过程中,存储内容保持不变
B. 在断电后信息仍能维持不变
C. 不需要动态刷新
D. 芯片内部有自动刷新逻辑

说明:SRAM不需要动态刷新,而DRAM需要动态刷新。

选择题

某SRAM芯片,双列直插式封装,其存储容量为512×8位,则该芯片引脚的数目至少应为__D__。
A. 19
B. 20
C. 21
D. 22

解:该芯片8位数据,所以数据线为8根,寻址空间512=29512=2^9,所以地址线为9根,加上电源端和接地线2根,读、写控制线2根,片选线1根,总共引出线数目=8+9+2+2+1=22根。因是双列直插式封装,本题答案为D。

选择题

在1K×8位的存储器芯片中,若采用双译码方式,则两个译码器输出的信号线共有__B__条。
A.1024
B.64
C.32
D.10

A:1K=210=25×25=32×321K=2^{10} = 2^5 \times 2^5 = 32 \times 32,采用双译码方式时构成一个32×3232 \times 32的方阵,译码器的线=32+32=64输出信号线数 = 32 + 32 = 64.

选择题

某机器的主存储器容量共32KB,由16片16K×1位(内部采用128×128存储器阵列)的DRAM芯片字位扩展构成,刷新周期为2ms。若采用集中式刷新方式,那么对所有存储单元刷新一遍需要__A__存储周期。
A.128
B.256
C.1024
D.16384

说明:动态存储器DRAM的刷新原则是:各DRAM芯片同时刷新,片内逐行刷新。因此只要知道DRAM芯片有多少行,就知道刷新一遍需要多少个存储周期。

选择题

多体交叉存储器主要解决的问题是__B__
A.扩充主存储器的容量
B.提高主存储器数据传输率
C.减少主存储器芯片数量
D.简化线路结构

选择题

动态存储器芯片采用行、列地址分时复用、分别译码的好处是___A,D__。
A.简化译码电路
B. 减少存储单元数目
C. 增加存储单元数目
D.减少芯片引脚的数目

Q: 半导体存储芯片的译码驱动方式

A: 双译码方式和单译码方式相比,有效地减少了译码器输出线的数目。

Q:设A为锁存器,B为D触发器,输入信号和触发信号关系如下图所示,画出输出端波形(高A、B原状态均为0)

A:

锁存器:开始0,使能置1触发后输出=输入,使能置0出发后保持不变 D触发器: 只在上升沿进行改变

Q: 某计算机内存按字节编址,内存地址区域从14000H到1FFFFH,若采用16k×4Bit16k \times 4Bit的SRAM芯片,构成该内存区域共需______片。

A: =(1FFFF)H(14000)H+1=(C000)H内存空间 = {(1FFFF)}_H–{(14000)}_H+1={(C000)}_H =(1100,0000,0000,0000)B={(1100,0000,0000,0000)}_B =(1100,00)B×k=(11)B×16k=3×16kByte={{(1100,00)}_B} \times k = {(11)}_B \times 16k = 3 \times 16k Byte =3×16k×8Bit=3×2×16k×4Bit=6×16k×4Bit=3 \times 16k \times 8Bit = 3 \times 2 \times 16k \times 4Bit = 6 \times 16k \times 4Bit

共需要6片16k×4Bit16k \times 4Bit的SRAM芯片

Q: 有一个512k×16512k \times 16的存储器,由64k×164k \times 1的2164RAM芯片构成(芯片内是4个128×128128 \times 128结构)

  1. 总共需要多少个RAM芯片?
    • n=(512k/64k)(16/1)=128 n = (512k / 64k) * (16 / 1) = 128
  2. 采用分散刷新方式,如单元刷新间隔不超过2ms,则刷新信号的周期是多少?
    • T=2000μs/128=15.625μsT = 2000μs / 128 = 15.625μs
  3. 如采用集中刷新方式,设读/写周期T=0.1μs,存储器刷新一遍最少用多少时间?
    • t=1280.1μs=12.8μs t = 128 * 0.1μs = 12.8μs

Q:假定位线分布电容CDC_D=1.35pF;存储电容CSC_S=17.5pF;CSC_S充有电荷,位线通过分布电容CDC_D预充电至高电平(高电平=VDDV_{DD}=5V)。当字线出现高电平后,T导通,电容CSC_SCDC_D串联,忽略MOS管T的导通电阻。问:当电路稳定后,位线电位下降多少伏?

A: 电容CSC_SCDC_D串联后,两电容存储的电荷相等,即 QCS=QCDQ_{C_S} = Q_{C_D}

位线电位=CSCS+CD×5V=17.517.5+1.35×5V=4.64V= \frac{C_S}{C_S+C_D} \times 5V = \frac{17.5}{17.5+1.35} \times 5V = 4.64V 位线电位下降的电压=5V4.64V=0.36V=5V-4.64V=0.36V

选择题

ROM与RAM的主要区别是___B___
A.断电后,ROM内的信息会丢失,RAM则可长期保存信息
不丢失
B.断电后,RAM内的信息会丢失,ROM则可长期保存信息
不丢失
C.ROM是辅助存储器,RAM是主存储器
D.ROM是主存储器,RAM是辅存储器

Q: 某数据的7位编码为0110101,若在其中最高位之前加一位偶校验位,则编码为__B__.

A.10110101 B.00110101 C.01101011 D.01101010

[解析] 偶校验的编码方法是在信息数据中添加1个二进制位,使得整个信息数据的二进制位中,1的个数为偶数。本题的0110101中已经有4个1,所以应添加的二进制位为0。故编码为00110101,应该选择B。

Q: 计算机系统需要一个16M字×8位的存储器,现有存储芯片为1M×81M字 \times 8位

  1. 计算需要多少个存储器芯片?

    • n=ML×NK=161×88=16n = \frac{M}{L} \times \frac{N}{K} = \frac{16}{1} \times \frac{8}{8} = 16片
  2. 存储器芯片和主存储器的地址长度各需要多少位?

    • 存储器芯片的地址长度为20位。主存储器的地址长度为24位
  3. 画出用存储器芯片构成主存储器的逻辑示意图

Q:用16进制表示的地址1234567,其体内地址和体号是多少?

(1234567)16{(1234567)}_{16} =(1,0010,0011,0100,0101,0110,0111)2={(1,0010,0011,0100,0101,0110,0111)}_2 =(100,1000,1101,0001,0101,1001,11)2={(100,1000,1101,0001,0101,1001,11)}_2 =(4BD1593)16={(4BD1593)}_{16} 最后一位为体号:33 前n-1位位体内地址:4BD1594BD159

选择题

某存储器容量为32K×16位,则__C___。
A. 地址线为16根,数据线为32根
B. 地址线为32根,数据线为16根
C. 地址线为15根,数据线为16根
D. 地址线为15根,数据线为32根

A: 解:该芯片16位,所以数据线为16根,寻址空间32K=215,所以地址线为15根。本题答案为C。

Q: 动态存储器的容量为64Mbit,访问周期是60ns,要求在2ms内必须刷新一遍。计算存储器在不间断工作的情况下,刷新所占的时间比是多少?

A: 64M=64×22064M = 64 \times 2^{20} =8×210×8×210= 8 \times 2^{10} \times 8 \times 2^{10} =8×1024×8×1024= 8 \times 1024 \times 8 \times 1024 =8192×8192= 8192 \times 8192

所以存储器共有8192行、 8192列

动态存储器按行刷新,8192行要在2ms内全部刷新一遍,因此,只要每2ms/8192=244ns2ms/8192=244ns刷新一行即可。

因为刷新一行用时60ns,刷新所占的时间比是60ns/244ns=24.6%60ns/244ns=24.6\%

Q: 用16M字×8位的存储芯片构成一个64M字×16位的主存储器。要求既能够扩大存储器的容量,又能够缩短存储器的访问周期。

  1. 计算需要多少个存储器芯片

    • 共需存储芯片 n=ML×NK=6416×168=8n = \frac{M}{L} \times \frac{N}{K} = \frac{64}{16} \times \frac{16}{8} = 8片
  2. 存储器芯片和主存储器的地址长度各需要多少位?

    • 存储器芯片的地址长度为24位
    • 主存储器的地址长度为26位
  3. 画出用存储器芯片构成主存储器的逻辑示意图。

Q: DRAM的刷新速度是()?

A: 2ms

Q: 存储器的连线图

6. 中央处理器

Q: 今有三位计数器,其8个译码输出不允许有毛刺,应该如何设计编码?写出最低位的D型触发器的输入逻辑表达式。

A:

  1. 逻辑抽象、列状态转换表:

  2. 根据状态转换表,得状态方程:

Q: 掌握微指令编码

选择题

计算机的控制器是由多种部件组成的,其中不包括_C___。
A.指令寄存器IR
B.程序计数器PC
C.算术逻辑单元ALU
D.程序状态字寄存器PSW

Q: 试写出下述三条指令的微程序编码:

  1. JMP(无条件转移到(rs1)+disp)

    1. 取指微指令(必不可少,而且必须是第一条微指令
      • ① PC→AB ADS M/IO W/R有效(存储器数据→DB)
      • ② DB→IR
    2. 计算有效地址((rs1)+disp)后,转移到新地址(做(rs1) + disp-> PC)
      • ① rs1→GR
      • ② (rs1) → ALU
      • ③ disp → ALU
      • ④ ALU做"+"法
      • ⑤ ALU → PC

Q: CPU(CPU(运算控制器)逻辑框图)

我也不知道这个有什么用

7. 主存贮器

设cache的存取时间为tct_c,命中率为tht_h,主存的存取时间为tMt_M ta=h×tc+(1h)×tm平均存取时间t_a = h \times t_c + (1 - h) \times t_m cachee=tc/tacache - 主存的效率e = t_c/t_a

cache的命中率h=NcNc+Nmh = \frac{N_c}{N_c+N_m}(NcN_c:cache完成存取的总次数;NmN_m:主存完成存取的总次数)

存储周期指连续启动两次独立的存储器操作

Q:cache的存取周期是40ns,主存的存取周期是200ns,cache 主存系统平均访问时间为50ns,求cache的命中率?

A: 根据题意: tc=40nst_c=40ns; tM=200nst_M=200ns; ta=50nst_a=50ns

ta=h×tc+(1h)×tMt_a = h \times t_c + (1 - h) \times t_M

h=(tMta)/(tMtc)\Rightarrow h = (t_M - t_a) / (t_M - t_c)

h=(20050)/(20040)=150/160=93.75% \Rightarrow h = (200 - 50) / (200-40)=150/160=93.75\%

Q:某计算机系统的内存存储系统是由cache和主存构成,cache的存取周期是45ns,主存的存取周期是200ns,已知在一段给定的时间内,CPU共访问存储系统2000次,其中访问主存100次,问:

  1. cache的命中率是多少?

    • 访问主存的次数Nm=100N_m = 100
    • 访问cache的次数Nc=2000100=1900N_c = 2000 - 100 = 1900
    • 命中率h=NcNc+Nm=19002000=95%h = \frac{N_c}{N_c + N_m}= \frac{1900}{2000} = 95\%
  2. CPU访问该内存存储系统的平均时间?

    • ta=h×tc+(1h)×tm=0.95×45+0.05×200=60nst_a = h \times t_c + (1 - h) \times t_m = 0.95 \times 45 + 0.05 \times 200 = 60ns
  3. cache-主存的效率是多少?

    • e=tc/ta=45/60=83.3%e = t_c / t_a = 45 / 60 = 83.3\%

Q: 设设某计算机采用直接映像cache,已知容量是4096B。

  1. 若CPU依次从主存单元0,1,,990, 1, \ldots ,994096,4097,,41954096, 4097, \ldots ,4195交替取指令,循环执行10次,问命中率为多少?

    • (1) 命中率 = 0
  2. (2) 如cache存取时间为10ns,主存存取时间为100ns,cache命中率为95%,求平均存取时间。

    • ta=h×tc+(1h)×tm=0.95×10+0.05×100=14.5nst_a = h \times t_c + (1 - h) \times t_m = 0.95 \times 10 + 0.05 \times 100 = 14.5ns

Q:主存储器容量为4MB,虚存容量为1GB。

  1. 虚拟地址和物理地址各为多少位?

    • 虚存容量为1GB,1GB=230B1GB=2^{30}B,所以虚拟地址为30位
    • 主存储器容量为4MB,4MB=22×220B4MB = 2^2 \times 2^20B,所以物理地址为22位
  2. 根据寻址方式计算出来的有效地址是虚拟地址还是物理地址?

    • 虚拟地址
  3. 如果页面大小为4kB,页表长度是多少?

    • =1G/4k=230/212=218页表长度 = 1G / 4k = 2^{30} / 2^{12} = 2^{18}