計算機組成原理演算法

1. 計算機組成原理，補碼一位乘Booth演算法。

詳細解答如下：

2. 計算機組成原理中，純小數的模為什麼是2啊

因為存在一個符號位。

模：是計量器具的容量，或稱模數。

在計算機中，機器數表示數據的字長即位數是固定的。其模數的大小： 1)對於n位整數（含一位符號位），則它的模數為2的 n次方 , 2)對於純小數（含符號位），則它的模數總是2。

二進制計數中模數為2的n次方，n為二進制位數，對於純小數，它們的模永遠都是2，因為一旦小數位全為1後就會進位位整數位，所以小數位的周期都是2，即模數(容量)為2。

模2運算是一種二進制演算法，CRC校驗技術中的核心部分。與四則運算相同，模2運算也包括模2加法、模2減法、模2乘法、模2除法四種二進制運算。與四則運算不同的是模2運算不考慮進位和借位，模2算術是編碼理論中多項式運算的基礎。模2算術在其他數字領域中的應用也是很廣泛的。

(2)計算機組成原理演算法擴展閱讀 ：

模2除法具有下列三個性質：

1、當最後余數的位數小於除數位數時，除法停止。

2、當被除數的位數小於除數位數時，則商數為0，被除數就是余數。

3、只要被除數或部分余數的位數與除數一樣多，且最高位為1，不管其他位是什麼數，皆可商1。

模2算術是編碼理論中多項式運算的基礎。模2算術在其他數字領域中的應用也是很廣泛的。

參考資料來源:網路-模2運算

參考資料來源：網路-計算機組成原理

3. 計算機組成原理-03-計算機的組成（一）

匯流排（Bus）是計算機各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是cpu、內存、輸入、輸出設備傳遞信息的公用通道，主機的各個部件通過匯流排相連接，外部設備通過相應的介面電路再與匯流排相連接，從而形成了計算機硬體系統。

假設沒有匯流排這種設計，計算機設備都是分散連接的，如下圖：

此時如果新增了一個輸入設備2，此時需要分別連接存儲器、控制器、運算器，設備一多線路就會十分復雜。

有了匯流排之後，設備直接連接匯流排，使得計算機內部結構變得十分清晰，設備的添加和卸載也變得容易。

系統中多個設備或模塊可能同時申請對匯流排的使用權，為避免產生匯流排沖突，需由匯流排仲裁機構合理地控制和管理系統中需要佔用匯流排的申請者，在多個申請者同時提出匯流排請求時，以一定的優先演算法仲裁哪個應獲得對匯流排的使用權。

匯流排授權信號BG串列地從一個I/O介面傳送到下一個I/O介面。假如BG到達的介面無匯流排請求，則繼續往下查詢；假如BG到達的介面有匯流排請求，BG信號便不再往下查詢，該I/O介面獲得了匯流排控制權。離中央仲裁器最近的設備具有最高優先順序，通過介面的優先順序排隊電路來實現。

好處:只用很少幾根線就能按一定優先次序實現匯流排仲裁，很容易擴充設備。

壞處:對詢問鏈的電路故障很敏感，如果第i個設備的介面中有關鏈的電路有故障，那麼第i個以後的設備都不能進行工作。查詢鏈的優先順序是固定的，如果優先順序高的設備出現頻繁的請求時，優先順序較低的設備可能長期不能使用匯流排。

匯流排上的任一設備要求使用匯流排時，通過BR線發出匯流排請求。中央仲裁器接到請求信號以後，在BS線為「0」的情況下讓計數器開始計數，計數值通過一組地址線發向各設備。每個設備介面都有一個設備地址判別電路，當地址線上的計數值與請求匯流排的設備地址相一致時，該設備 置「1」BS線，獲得了匯流排使用權，此時中止計數查詢。

每次計數可以從「0」開始，也可以從中止點開始。如果從「0」開始，各設備的優先次序與鏈式查詢法相同，優先順序的順序是固定的。如果從中止點開始，則每個設備使用匯流排的優先順序相等。

計數器的初值也可用程序來設置，這可以方便地改變優先次序，但這種靈活性是以增加線數為代價的。

每一個共享匯流排的設備均有一對匯流排請求線BRi和匯流排授權線BGi。當設備要求使用匯流排時，便發出該設備的請求信號。中央仲裁器中的排隊電路決定首先響應哪個設備的請求，給設備以授權信號BGi。

獨立請求方式的優點：響應時間快，確定優先響應的設備所花費的時間少，用不著一個設備接一個設備地查詢。其次，對優先次序的控制相當靈活，可以預先固定也可以通過程序來改變優先次序；還可以用屏蔽(禁止)某個請求的辦法，不響應來自無效設備的請求。

缺點：設備連線多，匯流排控制復雜。

滑鼠、鍵盤、掃描儀、顯示器等。

CPU和IO設備的速度是不一致的

提供低速設備通知CPU的一種非同步的方式，CPU可以高速運轉同時兼顧低速設備的響應。

當外圍IO設備准備就緒時，向CPU發送中斷信號，CPU內部有專門的電路響應中斷信號，CPU收到中斷信號後就會中斷當前工作轉為處理外圍設備的工作。待工作完成後，CPU載入之前的工作，繼續處理。

當主存與IO設備交換信息時，不需要中斷CPU，可以提高CPU的效率。一般計算機的硬碟與顯卡都有DMA設備。

利用了局部性原理，在CPU和主存之間增加了一層速度快（容量小）的Cache，目的是為了解決主存速度不足的問題。

將程序經常訪問的內存置換到高速緩存即可。

利用了局部性原理，在主存之外增加輔助存儲器，目的是解決主存容量不足的問題。

將程序當前使用的數據載入到主存，不使用的數據載入到輔存。

RAM(隨機存取存儲器:Random Access Memory)

RAM通過電容存儲數據，必須隔一段時間刷新一次

如果掉電，那麼一段時間後將丟失所有數據

32位系統主存大小為：2^32 =4×2^30 =4𝐺𝐵

64位系統主存大小為：2^64 = 234 × 2^30 = 2^34𝐺𝐵

表面是可磁化的硬磁特性材料

移動磁頭徑向運動讀取磁軌信息

先來先服務演算法 ：按順序訪問進程的磁軌讀寫需求

最短尋道時間優先：與磁頭當前位置有關，優先訪問離磁頭最近的磁軌

掃描演算法(電梯演算法) ：每次只往一個方向移動，到達一個方向需要服務的盡頭再反方向移動

循環掃描演算法：每次只往一個方向移動，到盡頭後回到初始位繼續掃描

在存儲器的層次結構中，高速緩存在CPU和主存之間，主要是為了解決CPU和主存速度不匹配的問題。

在往下看之前，先了解下下面的概念：

高速緩存的結構和主存類似，但是主存的容量是遠大於緩存的容量。

緩存中存儲的數據是主存中的一份復制，當CPU需要的數據在緩存中，直接從緩存里拿，當CPU需要的數據不在緩存中，則需要從主存里拿。

所以就有了兩個量化指標：

命中率 ：命中緩存的次數佔CPU訪問次數的比例

訪問效率 ：訪問緩存時間和訪問緩存-主存平均時間之比

當CPU所需要的數據不在高速緩存中時，就需要從主存載入數據到高速緩存。一般有四種替換策略。

隨機選取高速緩存中的一個位置再替換

把高速緩存看做是一個先進先出的隊列，優先替換最先進入隊列的字塊

優先淘汰最不經常使用的字塊，需要額外的空間記錄字塊的使用頻率

優先淘汰一段時間內沒有使用的字塊

有多種實現方法，一般使用雙向鏈表，把當前訪問節點置於鏈表前面(保證鏈表頭部節點是最近使用的)

4. 計算機專業都學些什麼

大致上分為兩個方向，一個軟體，一個硬體。但是並不是有完整的分界線。就像一個人，思想是軟體，軀體是硬體。很多搞硬體的也會去做程序設計，很多搞軟體的，也要讓軟體在某些設備上，比如機器人上跑起來。

硬體方面上：一般是電子硬體技術相關。經常需要設計一些硬體甚至是控制系統，當然也會設計到編程。

軟體方向上：可以講，氛圍很廣。從語言到技術，從前端到後台，甚至是整個操作系統都會設計。

有些東西是 很模糊的，比如說計算理論也是計算機科學裡面很古老的一門學科，但是這門學科算什麼呢？更多時候是在數學的角度上考慮計算機的計算能力以及可行行等問題上。

所以不如提一下計算機包含哪些課程。

一門語言，關於計算機編程相關的，比如c語言。

數據結構和演算法，這是計算機上編程的設計方法和藝術體現的地方。

計算機體系結構，這門課一般設計到計算機硬體是怎樣構成，整個體系結構如何設計。

計算機操作系統，這個是設計一個操作系統一般需要考慮哪些問題。

計算機網路，設計到計算機如何通信。

資料庫， 如何結構化存儲數據，設計資料庫的原則。

軟體工程，這個如何用工程學的觀點，設計，管理軟體。

信號處理，信號這東西，可以是一段音頻，可以是一符圖像，也可以是感測器採集來的信息，但是信號如何處理，變換，一個信號系統是什麼樣子。這門課應用廣泛，很很多學科的基礎。

計算機專業所學課程有高等數學、線性代數、概率與數理統計、普通物理、離散數學、計算機科學導論、C語言及程序設計、匯編語言、計算機組成原理、演算法與數據結構、操作系統原理、軟體工程、計算機網路與通信、計算機專業英語、編譯原理、資料庫系統原理等。

計算機專業所學課程都有什麼
主要都會學的有高等數學、線性代數、概率與數理統計、普通物理、離散數學、計算機科學導論、C語言及程序設計、匯編語言、計算機組成原理、演算法與數據結構、操作系統原理、軟體工程、計算機網路與通信、計算機專業英語、編譯原理、資料庫系統原理、面向對象編程技術（如：VB，c#，c++等）、JAVA、計算機維修技術、計算機系統維護技術、多媒體技術及其應用、演算法分析與設計、網路操作系統。

5. 計算機組成原理中，對演算法進行分析時，主要是分析演算法的什麼

時間復雜度，也就是演算法處理一個問題需要多長時間。空間復雜度也要分析，不過時間復雜度更重要。

6. 計算機組成原理 找人幫忙做做

一、選擇題：

1. 馮.諾依曼機工作方式的基本特點是__B。
A．多指令流單數據流 B.按地址訪問並順序執行指令
C．堆棧操作 D.存儲器按內容選擇地址
2. 下列數中最大的數為___C。
A．（10010101）2=95(16) B.（227）8=151 C.（96）16 =160
3. 若浮點數尾數用補碼表示，則判斷運算結果是否為規格化表示的方法是___忘了。
A．階符與數符相同為規格化表示 B.階符與數符相異為規格化表示
C．數符與尾數小數點後第一位數字相異為規格化表示
D．數符與尾數小數點後第一位數字相同為規格化表示
4. 雙埠存儲器在___B情況下會發生讀/寫沖突。
A．左埠與右埠的地址碼不同 B.左埠與右埠的地址碼相同
C．左埠與右埠的數據碼相同 D.左埠與右埠的數據碼不同
5. 計算機的外圍設備是指___D。
A．輸入／輸出設備 B．外存儲器
C．.遠程通信設備 D.除了CPU和內存以外的其它設備
6. 用n+1位字長（其中1位符號位）表示定點整數時，所能表示的數值范圍是___B。
A. 0≤|N|≤2n+1-1 B . 0≤|N|≤2n-1 C. 0≤|N|≤2n-1-1
7. 按其數據流的傳遞過程和控制節拍來看，陣列乘法器可認為是___不知道。
A. 全串列運算的乘法器 B. 全並行運算的乘法器
C. 串—並行運算的乘法器 D. 並—串列運算的乘法器
8. 定點8位字長的字，採用2的補碼形式表示時，一個字所表示的整數范圍是___A。
A.–128—+127 B.-127—+127 C.-129—+128 D.-128—+128

二、填空題：

1. 並行處理技術已成為計算計技術發展的主流。它可貫穿於信息加工的各個步驟和階段。概括起來，主要有三種形式___時間___並行；_____空間_____並行；_______時間+空間_____並行。
2. 運算器的兩個主要功能是：_______算術運算_____，___邏輯運算_________。
3. 八位二進制補碼所能表示的十進制整數范圍是______-128______至______127______，前者的二進制補碼表示為_______10000000_______，後者的二進制補碼表示為_________01111111_____。
4. 多個用戶共享主存時，系統應提供____存儲保護__________。通常採用的方法是_____存儲區域_______保護和______訪問方式______保護，並用硬體來實現。
5. CPU能直接訪問_____緩存_____ 和____內存______ ，但不能直接訪問磁碟和光碟。
6. 在計算機系統中，CPU對外圍設備的管理有程序查詢方式、程序中斷方式外，還有__直接內存訪問（即DMA方式）_____方式，___通道_____方式，和___外圍處理_______方式。問題補充：三、判斷題
1. 數組是一種復雜的數據結構，數組元素之間的關系既不是線性的也不是樹形的(叉 )
2. 鏈式存儲在插入和刪除時需要保持物理存儲空間的順序分配，不需要保持數據元素之間的邏輯順序( 讀不懂題意，網上查是勾)
3. 在用循環單鏈表表示的鏈式隊列中，可以不設隊頭指針，僅在鏈尾設置隊尾指針(√ )
4. 通常遞歸的演算法簡單、易懂、容易編寫，而且執行的效率也高(叉 )
5. 一個廣義表的表尾總是一個廣義表( √ )
6. 當從一個小根堆（最小堆）中刪除一個元素時，需要把堆尾元素填補到堆頂位置，然後再按條件把它逐層向下調整，直到調整到合適位置為止( 叉 )
7. 對於一棵具有n個結點，其高度為h的二叉樹，進行任一種次序遍歷的時間復雜度為O(h)( √ )
8. 存儲圖的鄰接矩陣中，鄰接矩陣的大小不但與圖的頂點個數有關，而且與圖的邊數也有關(叉 )
9. 直接選擇排序是一種穩定的排序方法( 叉 )
10. 閉散列法通常比開散列法時間效率更高( 叉，網上查的 )
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准備來復習下去年學的計組的，判斷題怎麼明顯是數據結構的啊，選擇3、7忘了，還有幾題是網上查的，其他的應該是沒有問題，格式有點亂，湊合著看吧

7. 計算機組成原理-----替換演算法

fifo先進先出演算法 有abc 三個存儲空間 每個空間能存放一個元素按照隊列方式
進出，以此是 a b c 命中率=abc中訪問到的次數/元素個數
------------------2 1 0 此時存儲空間已滿 要調用新的元素就要出隊列
------------------4 2 1 下一個元素2在b內 訪問成功一次
------------------。。。。 以此類推
--------------最後3 1 2 最後一個元素又從存儲單元里訪問到一次 所以2/11

fifo+lru：同上加上最近雖少使用。列出上面的表格按隊列進入 把最長時間沒使用到的替換掉 一共訪問到2這個元素3次 所以就是3/11

8. 計算機組成原理

計算機組成原理

三、名詞解釋
1.計算機系統：由硬體和軟體兩大部分組成，有多種層次結構。
2.主機：CPU、存儲器和輸入輸出介面合起來構成計算機的主機。
3.主存：用於存放正在訪問的信息
4.輔存：用於存放暫時不用的信息。
5.高速緩存：用於存放正在訪問信息的付本。
6.中央處理器：是計算機的核心部件，由運算器和控制器構成。
7.硬體：是指計算機實體部分，它由看得見摸得著的各種電子元器件，各類光、電、機設備的實物組成。
軟體：指看不見摸不著，由人們事先編制的具有各類特殊功能的程序組成。
8.系統軟體：又稱系統程序，主要用來管理整個計算機系統，監視服務，使系統資源得到合理調度，高效運行。
應用軟體：又稱應用程序，它是用戶根據任務需要所編制的各種程序。
9.源程序：通常由用戶用各種編程語言編寫的程序。
目的程序：由計算機將其翻譯機器能識別的機器語言程序。
10.匯流排：是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質。
11.系統匯流排：是指CPU、主存、I/O設備（通過I/O介面）各大部件之間的信息傳輸線。
通信匯流排：是指用於計算機系統之間或者計算機系統與其他系統（如控制儀表、移動通信）之間的通信的線路。
按傳送方式分並行和串列。串列通信是指數據在單條1位寬的傳輸線上，一位一位的按順序分時傳送。並行通信是指數據在多條並行1位寬的傳輸線上，同時由源傳送到目的地。
12.帶寬：單位時間內可以傳送的最大的信息量。
13.機器字長：是指CPU一次並行處理數據的位數，通常與CPU的寄存器位數有關。
14.主存容量：是指主存中存放二進制代碼的總位數。
15.機器數：符號位數字化，0代表正數，1代表負數。
16.定點數：小數點固定在某一位位置的數。
17.浮點數：小數點的位置可以浮動的數。
18.補碼：帶符號數據表示方法之一，正數的反碼和原碼相同，負數的反碼是將二進制按位取反後在最低位再加1.
19.溢出：在計算機中，超出機器字長，發生錯誤的結果。
20.非編碼鍵盤：採用軟體判斷鍵是否按下及設鍵、譯鍵、計算鍵值的方法的鍵盤。
21.A/D轉換器：它能將模擬量轉換成數字量，是計算機的輸入設備。
22.I/O介面：指主機與I/O設備之間設置的一個硬體電路及器相應的軟體控制。
23.埠：指介面電路中的一些寄存器，用來存放數據信息、控制信息和狀態信息。
24.中斷：計算機在執行程序的過程中，當出現異常情況或特殊請求時，計算機停止現行程序的運行轉向對這些異常情況或特殊請求處理，處理結束後再返回到現行程序的間斷處，繼續執行源程序。
25.中斷源：凡能向CPU提出中斷請求的各種因素統稱為中斷源。
26.中斷嵌套：計算機在處理中斷的過程中，有可能出現新的中斷請求，此時CPU暫停現行中斷服務程序，轉向新的中斷請求，這種現象稱為中斷嵌套。
27.優先順序：為使系統能及時響應並處理發生的所有中斷，系統根據引起中斷事件的重要性和緊迫程度，硬體將中斷源分為若干個級別。
28.DMA方式：用硬體在主存與外設之間直接進行數據傳送，不須CPU，用軟體控制。
29.指令系統：將全部機器指令的集合稱為機器的指令系統。
30.定址方式：是指確定本條指令的數據地址以及下一條將要執行的指令地址的方法，它與硬體結構緊密相關，而且直接影響指令格式和指令功能。
31.指令周期：完成一條指令的時間，由若干機器周期組成。
機器周期：完成摸個獨立操作，由若干時鍾周期組成。
時鍾周期：最基本時間單位，由主頻決定。
32.微操作：在微程序控制器中，執行部件接受微指令後所進行的最基本的操作。
33.微指令：控制器存儲的控制代碼，分為操作控制部分和順序控制部分，由微命令組成。
34.微程序：存儲在控制存儲器中的完成指令功能的程序，由微指令組成。
35.控制存儲器：CPU內用於存放實現指令系統全部指令的微程序的只讀存儲器。
二、計算
3.14. 設匯流排的時鍾頻率為8MHZ，一個匯流排周期等於一個時鍾周期。如果一個匯流排周期中並行傳送16位數據，試問匯流排的帶寬是多少？
解：由於：f=8MHz,T=1/f=1/8M秒，因為一個匯流排周期等於一個時鍾周期
所以：匯流排帶寬=16/（1/8M） = 128Mbps=16MBps
3.15. 在一個32位的匯流排系統中，匯流排的時鍾頻率為66MHZ，假設匯流排最短傳輸周期為4個時鍾周期，試計算匯流排的最大數據傳輸率。若想提高數據傳輸率，可採取什麼措施？
解：匯流排傳輸周期=4*1/66M秒
匯流排的最大數據傳輸率=32/(4/66M)=528Mbps=66MBps
若想提高數據傳輸率，可以提高匯流排時鍾頻率、增大匯流排寬度或者減少匯流排傳輸周期包含的時鍾周期個數。
3.16. 在非同步串列傳送系統中，字元格式為：1個起始位、8個數據位、1個校驗位、2個終止位。若要求每秒傳送120個字元，試求傳送的波特率和比特率。
解：一幀包含：1+8+1+2=12位
故波特率為：（1+8+1+2）*120=1440bps
比特率為：8*120=960bps
4.5. 什麼是存儲器的帶寬？若存儲器的數據匯流排寬度為32位，存取周期為200ns，則存儲器的帶寬是多少？
解：存儲器的帶寬指單位時間內從存儲器進出信息的最大數量。
存儲器帶寬 = 1/200ns ×32位 = 160M位/秒 = 20MB/秒（註：1ns=10-9s）
4.7. 一個容量為16K×32位的存儲器，其地址線和數據線的總和是多少？當選用下列不同規格的存儲晶元時，各需要多少片？
1K×4位，2K×8位，4K×4位，16K×1位，4K×8位，8K×8位
解：地址線和數據線的總和 = 14 + 32 = 46根；
選擇不同的晶元時，各需要的片數為：
1K×4：（16K×32） / （1K×4） = 16×8 = 128片
2K×8：（16K×32） / （2K×8） = 8×4 = 32片
4K×4：（16K×32） / （4K×4） = 4×8 = 32片
16K×1：（16K×32）/ （16K×1） = 1×32 = 32片
4K×8：（16K×32）/ （4K×8） = 4×4 = 16片
8K×8：（16K×32） / （8K×8） = 2×4 = 8片
6.4. 設機器數字長為8位（含1位符號位在內），寫出對應下列各真值的原碼、補碼和反碼。 -13/64，-87
解：真值與不同機器碼對應關系如下：
真值 -13/64 -87
原碼 1.001 1010 1，101 0111
補碼 1.1100110 1，0101001
反碼 1.1100101 1，0101000
6.5. 已知[x]補，求[x]原和x。
[x1]補=1.1100; [x2]補=1.1001; [x4]補=1.0000;
[x5]補=1,0101; [x6]補=1,1100; [x8]補=1,0000;
解：[x]補與[x]原、x的對應關系如下：
真值 -1/4 -7/16 -1 -11 -4 -16
[x]補 1.1100 1.1001 1.0000 1,0101 1,1100 1,0000
[x]原 1.0100 1.0111 無 1,1011 1,0100 無
x -0.0100 -0.0111 -1.0000 -1011 -0100 -10000
6.9. 當十六進制數9B和FF分別表示為原碼、補碼、反碼、移碼和無符號數時，所對應的十進制數各為多少（設機器數採用一位符號位）？
解：真值和機器數的對應關系如下：
原碼 補碼 移碼 無符號數
9BH -27 -101 +27 155
原碼 補碼 移碼 無符號數
FFH -128 -1 +128 256
6.12. 設浮點數格式為：階碼5位（含1位階符），尾數11位（含1位數符）。寫出-27/1024、-86.5所對應的機器數。要求如下：
（1）階碼和尾數均為原碼。
（2）階碼和尾數均為補碼。
（3）階碼為移碼，尾數為補碼。
解：據題意畫出該浮點數的格式：
階符1位 階碼4位 數符1位 尾數10位
將十進制數轉換為二進制: x1= -27/1024= -0.0000011011B = 2-5*(-0.11011B）
x3=-86.5=-1010110.1B=27*(-0.10101101B)
則以上各數的浮點規格化數為：
（1）[x1]原=1，0101；1.110 110 000 0
[x3]原=0，0111；1.101 011 010 0
（2）[x1]補=1，1011；1.001 010 000 0
[x3]補=0，0111；1.010 100 110 0
（3）[x1]移補=0，1011；1.001 010 000 0
[x3]移補=1，0111；1.010 100 110 0
6.19. 設機器數字長為8位（含1位符號位），用補碼運算規則計算下列各題。
（2）A=19/32，B=-17/128，求A-B。
（4）A=-87，B=53，求A-B。
解：（2）A=19/32= 0.100 1100B, B= -17/128= -0.001 0001B
[A]補=00.100 1100, [B]補=11.110 1111 , [-B]補=00.001 0001
[A-B]補=[A]補+[-B]補
=00.1001100 + 00.0010001
=00.1011101 ——無溢出
A-B= 0.101 1101B = 93/128B
（4）A= -87= -101 0111B, B=53=110 101B
[A]補=11, 010 1001, [B]補=00, 011 0101, [-B]補=11, 100 1011
[A-B]補=[A]補+[-B]補
= 11,0101001 + 11,1001011
= 10,1110100 —— 溢出
6.21. 用原碼加減交替法和補碼加減交替法計算x÷y。
（2）x=-0.10101， y=0.11011；
（4）x=13/32， y= -27/32。
（2）[x]原=1.10101 x*=0.10101 [X*]補=1.01011 XfYf=1
0.10101
+1.00101
1.11010 0
1.10100
+0.11011
0.01111 0
0.11110
+1.00101
0.00011 011
0.00110
+1.00101
1.01011 0110
0.10110
+0.11011
1.10001 01100
1.00010
+0.11011
1.11101 011000
[y]原=0.11011 y*=0.11011 [Y*]補=0.11011 [-y*]補=1.00101

[x/y]原=1.11000
（4）做法相同，打表格太累，僅給出結果。[x/y]原=1.01111
三、應用
4.14. 某8位微型機地址碼為18位，若使用4K×4位的RAM晶元組成模塊板結構的存儲器，試問：
（1）該機所允許的最大主存空間是多少？
（2）若每個模塊板為32K×8位，共需幾個模塊板？
（3）每個模塊板內共有幾片RAM晶元？
（4）共有多少片RAM？
（5）CPU如何選擇各模塊板？
解：（1）該機所允許的最大主存空間是：218 × 8位 = 256K×8位 = 256KB
（2）模塊板總數 = 256K×8 / 32K×8 = 8塊
（3）板內片數 = 32K×8位 / 4K×4位 = 8×2 = 16片
（4）總片數 = 16片×8 = 128片
（5）CPU通過最高3位地址解碼輸出選擇模板，次高3位地址解碼輸出選擇晶元。地址格式分配如下：
4.29. 假設CPU執行某段程序時共訪問Cache命中4800次，訪問主存200次，已知Cache的存取周期為30ns，主存的存取周期為150ns，求Cache的命中率以及Cache-主存系統的平均訪問時間和效率，試問該系統的性能提高了多少倍？
解：Cache被訪問命中率為：4800/(4800+200)=24/25=96%
則Cache-主存系統的平均訪問時間為：ta=0.96*30ns+(1-0.96)*150ns=34.8ns
Cache-主存系統的訪問效率為：e=tc/ta*100%=30/34.8*100%=86.2%
性能為原來的150ns/34.8ns=4.31倍，即提高了3.31倍。
例7.2設相對定址的轉移指令佔3個位元組，第一位元組為操作碼，第二，三位元組為相對位移量（補碼表示）。而且數據在存儲器中採用以低位元組地址為字地址的存放方式。每當CPU從存儲器取出一個位元組時，即自動完成（PC）+1 PC。
（1） 若PC當前值為240（十進制），要求轉移到290（十進制），則轉移指令的第二、三位元組的機器代碼是什麼？
（2） 若PC當前值為240（十進制），要求轉移到200（十進制），則轉移指令的第二、三位元組的機器代碼是什麼？
解:（1）PC當前值為240，該指令取出後PC值為243，要求轉移到290，即相對位移量為290-243=47，轉換成補碼為2FH。由於數據在存儲器中採用以低位元組地址為字地址的存放方式，故該轉移指令的第二位元組為2FH，第三位元組為00H。
（2）PC當前值為240，該指令取出後PC值為243，要求轉移到200，即相對位移量為200-243=-43，轉換成補碼為D5H。由於數據在存儲器中採用以低位元組地址為字地址的存放方式，故該轉移指令的第二位元組為D5H，第三位元組為FFH。
例7.3一條雙字長直接定址的子程序調用指令，其第一個字為操作碼喝定址特徵，第二個字為地址碼5000H。假設PC當前值為2000H，SP的內容為0100H，棧頂內容為2746H，存儲器按位元組編址，而且進棧操作時執行（SP）-△-P，後存入數據。試回答下列幾種情況下，PC、SP及棧頂內容各為多少？
（1） CALL指令被讀取前。
（2） CALL指令被執行後。
（3） 子程序返回後。
解CALL指令被讀取前，PC=2000H，SP=0100H，棧頂內容為2746H。
（1） CALL指令被執行後，猶豫存儲器按位元組編制，CALL指令供佔4個位元組，故程序斷電2004H進棧，此時SP=（SP）-2=00FEH，棧頂內容為2004H，PC被更新為子程序入口地址5000H。
（2） 子程序返回後，程序斷點出棧，PC=2004H，SP被修改為0100H，棧頂內容為2746H。
7.6某指令系統字長為16位，地址碼取4位，試提出一種方案，使該地址系統有8條三地址指令、16條二地址指令、100條一地址指令。
解：
OP A2 A1 A0 三地址指令8條
0000
•
•
•
0111

OP A1 A0 二地址指令16條
10000000
•
•
•
10001111

OP A0 一地址指令100條
110000000000
110001100011
7.7設指令字長為16位，採用擴展操作碼技術，每個操作碼的地址為6位。如果定義了13條二地址指令，試問還可安排多少條一地址指令。
解：（24-3）*26=3*64=192條
7.8某機指令字長16位，每個操作數的地址碼為6位，設操作碼長度固定，指令分為零地址，一地址和二地址三種格式，若零地址指令有M種，以抵制指令有N種，則二地址指令最多有幾種？若操作碼位數可變，則二地址指令最多允許有幾種？
解：1）若採用定長操作碼時，二地址指令格式如下：
OP（4位） A1（6位） A2（6位）
設二地址指令有K種，則：K=24-M-N
當M=1（最小值），N=1（最小值）時，二地址指令最多有：Kmax=16-1-1=14種
2）若採用變長操作碼時，二地址指令格式仍如1）所示，但操作碼長度可隨地址碼的個數而變。此時，K= 24 -（N/26 + M/212 ）；
當（N/26 + M/212 ）1時（N/26 + M/212 向上取整），K最大，則二地址指令最多有：
Kmax=16-1=15種（只留一種編碼作擴展標志用。）
9.5設機器A的CPU主頻為8MHz，機器周期為4個時鍾周期，且該機的平均指令執行速度是0.4MIPS，試求該機的平均指令周期和機器周期，每個指令周期中含幾個機器周期？如果機器B的CPU主頻為12MHz，且機器周期也含有4個時鍾周期，試問B機的平均指令執行速度為多少MIPS?
A.CLK=8MHz T=1/8MHz=0.125us
機器周期=4*T=0.5us
因為執行速度為0.4MIPS 所以平均指令周期=1/0.4MIPS=2.5us
2.5us/0.5us=5個 所以每個指令含有5條機器指令
B.T=1/f=1/12MHz=1/12us 機器指令=4*T=1/3us 指令周期=5*1/3=5/3us
平均指令執行速度 1/(5/3)=0.6MIPS
9.6設某計算機的CPU主頻為8MHz，每個機器周期平均含2個時鍾周期，每條指令平均有4個機器周期，試問該計算機的平均指令執行速度為多少MIPS?若CPU主頻不變，但每個機器周期平均含4個時鍾周期，每條指令平均有4個機器周期，試問B機的平均指令執行速度為多少MIPS?
1.CLK=8MHz 平均指令執行速度1/(1/8M*2*4)=1MIPS
2.指令周期=4*4*1/8=2us 執行速度=1/(1/8M*4*4)=0.5MIPS
9.7某CPU的主頻為10MHz，若已知每個機器周期平均含有4個時鍾周期，該機的平均指令執行速度為1MIPS，試求該機的平均指令執行速度為多少MIPS?若CUP主頻不變，但每個機器周期平均含有4個時鍾周期，每條指令平均有4個機器周期，則該機的平均指令執行速度又是多少MIPS？由此可得出什麼結論
1.平均指令周期=1/1MIPS=1us T=1/f=0.1us T機=4*T=0.4us
因為1us/0.4us=2.5 所以每個指令包含2.5個機器周期
2.T=0.4us 速度=1/(0.4*2.5*4)=0.25MIPS
3.因為速度=0.8MIPS 所以T指=1/0.8us
因為T指=4*2.5*T 所以T=1/8us 所以 f=1/T=8MHz
四、簡答
1.馮諾依曼機主機主要特點。
○1計算機由運算器、存儲器、控制器、輸入設備和輸出設備五大部件組成。
○2.指令和數據一同等地位存放於存儲器內，並可按地址尋訪。
○3.指令和數據均用二進製表示。
○4.指令由操作嗎和地址碼組成，操作碼用來表示操作的性質，地址碼用來表示操作數在存儲器中的位置。
○5.採用存儲控制原理，指令在存儲器內按順序存放。通常指令是順序執行的，在特定條件下，可根據運算結果或根據設定的條件改變執行順序。
○6.機器以運算器為中心，輸入輸出設備與存儲器間的數據傳說通過運算器完成。
2.計算機硬體主要技術指標，軟體定義與分類。
計算機硬體主要技術指標：機器字長、存儲容量、運算速度、主頻等。
軟體定義：看不見摸不著，由人們事先編制的具有各類特殊功能的程序組成。
分類：系統軟體和應用軟體。
3.計算機組成部分與個部分作用。
運算器：用來完成算術運算和邏輯運算，並將運算的中間結果暫存在運算器內。
存儲器：用來存放數據和程序。
控制器：用來控制、指揮程序和數據的輸入、運行以及處理器運算結果。
輸入設備：用來將人們熟悉的信息形式轉換為機器能識別的信息形式，常見的有鍵盤、滑鼠等。
輸出設備：可將機器運算結果轉換為人們熟悉的信息形式，如列印機輸出，顯示器輸出等。
4.匯流排定義與分類方法，系統匯流排定義與分類方法。
匯流排
定義：匯流排是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質。
分類：片內匯流排 系統匯流排 通信匯流排
系統匯流排
定義：系統匯流排是指CPU、主存、I/O設備（通過I/O介面）各大部件之間的信息傳輸線。
分類： 數據匯流排 地址匯流排 控制匯流排
5.什麼是匯流排標准，目前流行的匯流排標准有哪些。
所謂匯流排標准可視為系統與各模塊，模塊與模塊之間的一個互連的標准界面。
ISA匯流排、EISA匯流排、PCI匯流排、RS—232C匯流排、IEEE-488(並行通信匯流排又稱GP-IP匯流排)USB匯流排。
6.三級存儲器系統中各級存儲器特點與用途，分哪兩個層次。
○1主存 特點：隨機訪問、速度快。容量大。用途：存放CPU使用的程序和數據。
輔存 特點：容量大、速度慢、價格低、可離線保存信息。用途：存放大量後備數據
緩存 特點：速度快、容量小、價格高 用途：用於主存與輔存之間作為緩沖，正在使用的程序和數據的付本。
○2緩存-----主存層次和主存---輔村層次。
7.半導體存儲器RAM與ROM特點與用途。
RAM特點：可讀可寫掉電後信息丟失，存臨時信息。用途：主要做內存
ROM特點：只讀不寫掉電後信息不丟失，存長期信息。用途：主要做控制存儲器
8.動態RAM與靜態RAM特點與用途，DRAM刷新方式與主要優點。
靜態RAM特點：信息讀出後，仍保持其原有狀態，不需要再生。用途：用於Cache
動態RAM特點：靠電容存儲電荷的原理來寄存信息。用途：組成內存/主存。
DRAM刷新方式
集中刷新：集中刷新是在規定的一個刷新周期內對全部存儲單元集中一段時間逐行進行刷新，此刻必須停止讀寫操作。
分散刷新：分散刷新是指對每行存儲單元的刷新分散到每個存儲周期內完成。
非同步刷新：非同步刷新是前兩種方式的結合，它即可縮短「死時間」，又充分利用最大刷新間隔2ms的特點。
優點：單個MOS管組成，集成度高，速度較SRAM慢，價格低，
9.Cache工作原理特點，地址映射方式與替換演算法。
原理：利用程序訪問的局部性，近期用到信息存於cache。
地址映射方式：直接映射、全相聯映射、組相聯映射、
替換演算法：先進先出演算法（FIFO）、近期最少使用演算法（LRU）、隨機法。
10.主機與外設交換信息採用中斷與DMA方式特點與應用場合。
中斷方式：
特點：CPU與外設並行工作，效率高
應用場合：管理多種外設並行工作、進行實時處理、進行故障自動處理
DMA方式：
特點：
○1從數據傳送看，程序中斷方式靠程序傳送，DMA方式靠硬體傳送。
○2從CPU響應時間看，程序中斷方式是在一條指令執行結束時響應，而DMA方式可在指令周期內的任一存取周期結束時響應。
○3程序中斷方式有處理異常事件能力，DMA方式沒有這種能力，主要用於大批數據的傳送，如硬碟存取、圖像處理、高速數據採集系統等，可提高數據吞吐量。
○4程序中斷方式需要中斷現行程序，故需保護現場；DMA方式不中斷現行程序，無須保護現場。
○5DMA的優先順序比程序中斷的優先順序高。
應用場合：高速設備 如硬碟
11.I/O埠與介面的區別，I/O介面分類方法。
埠：介面內部寄存器有I/O地址號。一般分為數據口、命令口和狀態口。
介面：若干埠加上相應的控制電路組成。
介面分類：按數據傳送方式分串列介面和並行介面
按功能選擇的靈活性分為可編程介面和不可編程介面
按通用性分為通用介面和專用介面
按數據傳送的控制方式分為程序型介面和DMA介面。
12.中斷處理過程分成哪兩個階段各完成哪些任務
響應階段：關中斷、保護斷點地址、轉入中斷服務入口地址
處理階段：保護現場、執行用戶編寫的中斷服務程序、恢復現場。
13.與中斷方式比較MDA方式主要特點是什麼。
○1從數據傳送看，程序中斷方式靠程序傳送，DMA方式靠硬體傳送。
○2從CPU響應時間看，程序中斷方式是在一條指令執行結束時響應，而DMA方式可在指令周期內的任一存取周期結束時響應。
○3程序中斷方式有處理異常事件能力，DMA方式沒有這種能力，主要用於大批數據的傳送，如硬碟存取、圖像處理、高速數據採集系統等，可提高數據吞吐量。
○4程序中斷方式需要中斷現行程序，故需保護現場；DMA方式不中斷現行程序，無須保護現場。
○5DMA的優先順序比程序中斷的優先順序高。
14.什麼是定址方式，數據定址方式有哪幾種。
定址方式：是指確定本條指令的數據地址以及下一條將要執行的指令地址的方法，它與硬體結構緊密相關，而且直接影響指令格式和指令功能。
數據定址方式：立即定址、直接定址、隱含定址、間接定址、寄存器定址、寄存器間接定址、基址定址、變址定址、相對定址、堆棧定址。
15.RISC主要特點與CISC相比較RISC主要優點。
特點：
選用使用頻率較高的一些簡單指令以及一些很有用但又不復雜的指令，讓復雜指令的功能由頻度高的簡單指令的組合來實現；
指令長度固定指令格式種類少，定址方式種類少；
只有取數/存數指令訪問存儲器，其餘指令的操作都在寄存器內完成；
採用流水線技術，大部分指令在一個時鍾周期內完成；
控制器採用組合邏輯控制，不用微程序控制；
採用優化的編譯程序。
○1充分利用VLSI晶元的面積。
○2提高計算機運算速度。
○3便於設計可降低成本提高可靠性。
○4有效支持高級語言程序。
16.組合邏輯與微程序設計主要特點與應用。
組合邏輯：特點：速度快、復雜不靈活。應用：適用於RISC機。
微程序：特點：引入程序設計與存儲邏輯技術，硬體軟化，把一條機器指令用一段微程序來實現，存放控制存儲器CM中。應用：系列機。
17.什麼是指令周期、機器周期、時鍾周期 三者的關系如何。
指令周期：完成一條指令的時間，由若干機器周期組成。
機器周期：完成摸個獨立操作，由若干時鍾周期組成。
時鍾周期：最基本時間單位，由主頻決定。
關系：時鍾周期是最基本時間單位，由若干時鍾周期組成機器周期，由若干機器周期組成指令周期。