(新)計(jì)算機(jī)組成原理第一章(DOC)

1、(新)計(jì)算機(jī)組成原理第一章(DOC)(新)計(jì)算機(jī)組成原理第一章(DOC)24/24(新)計(jì)算機(jī)組成原理第一章(DOC)所謂的光芒歲月，其實(shí)不是此后，閃耀的日子，而是無人問津時(shí)，你對夢想的偏執(zhí)。計(jì)算機(jī)組成原理第一章三、計(jì)算機(jī)的發(fā)展1、19461958年電子管時(shí)代2、19581964年晶體管時(shí)代3、19651972年集成電路時(shí)代4、19711986年微型機(jī)時(shí)代5、1986年此后巨大規(guī)模集成電路時(shí)代構(gòu)造：運(yùn)算器控制器儲蓄器輸入設(shè)施輸出設(shè)施輸入設(shè)施:將用戶輸入的原始數(shù)據(jù)和程序變?yōu)橛?jì)算機(jī)能識其余二進(jìn)制存入到內(nèi)存中。輸出設(shè)施：將內(nèi)存的數(shù)據(jù)和程序的辦理結(jié)果轉(zhuǎn)變成人們能接受的形式輸出。主頻/時(shí)鐘周期：f=1/

2、TCPU履行時(shí)間：表示CPU履行一段程序所占用的CPU時(shí)間CPU履行時(shí)間=CPU時(shí)鐘周期數(shù)CPU時(shí)鐘周期CPI：每條指令周期數(shù)，即履行一條指令所需要的平均時(shí)鐘周期數(shù)。CPI=履行某段程序所需要的CPU時(shí)鐘周期數(shù)程序所包括的指令條數(shù)MIPS：每秒百萬指令數(shù)，即單位時(shí)間內(nèi)履行的指令數(shù)MISP=指令數(shù)（程序履行時(shí)間106)MFLOPS:每秒百萬次浮點(diǎn)操作次數(shù)1、微機(jī)A，B采用不同樣頻次的CPU芯片，片內(nèi)邏輯電路圓滿同樣，若A機(jī)的CPU主頻為8MHZ，B機(jī)的為12MHZ（1）A機(jī)的CPU時(shí)鐘周期數(shù)為多少？（2）若A機(jī)的平均指令履行速度為0.4MIPS,那么A機(jī)的平均指令周期為多少?（3）B機(jī)的CPU時(shí)

3、鐘周期數(shù)為多少？解：（1）A機(jī)的CPU周期=18MHZ=0.125s2）A機(jī)的平均指令周期=10.4MIPS=2.5s3）B機(jī)的CPU周期=112MHZ=1/12s1、用于科學(xué)計(jì)算的計(jì)算機(jī)中，標(biāo)志系統(tǒng)性能的主要參數(shù)是(D)。A、主頻B、主存容量C、MIPSD、MFLOPS2、對計(jì)算機(jī)的軟件資源和硬件資源進(jìn)行管理是由(C)達(dá)成的。A、用戶程序B、語言辦理程序C、操作系統(tǒng)D、數(shù)據(jù)庫管理程序3、平時(shí)區(qū)分計(jì)算機(jī)發(fā)展時(shí)代的標(biāo)準(zhǔn)是（A）。A、電子器件B、運(yùn)算速度C、計(jì)算機(jī)構(gòu)造D、所用語言4、計(jì)算機(jī)的硬件能直接識其余語言是（C)。同是寒窗苦讀，怎愿頂禮膜拜！1所謂的光芒歲月，其實(shí)不是此后，閃耀的日子，而是無

4、人問津時(shí)，你對夢想的偏執(zhí)。A、自然語言B、高級語言C、機(jī)器語言D、匯編語言5、圓滿的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括（D)。A、運(yùn)算器儲蓄器控制器B、外面設(shè)施和主機(jī)C、主機(jī)和應(yīng)用程序D、配套的硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)證明:2.1數(shù)據(jù)與文字的表示方法數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式1.定點(diǎn)數(shù)：(小數(shù)點(diǎn)的地址固定)純小數(shù)：x0.x1x2x3xn純整數(shù)：x0 x1x2xn.正：x0=0,0 x2n-1掌握:字長為n的定點(diǎn)數(shù)的表示范圍負(fù)：x0=1,-(2n-1)x02.浮點(diǎn)數(shù)：N=2e（M）記階表示法EsE1EmMsM1Mn浮點(diǎn)數(shù)舉例:設(shè)字長為8位，前3位為階碼，后5位為尾碼11.01=0.11012+10=11010002-10101

5、001101-0.01101=-0.11012-01=-11012-10110111101將3.25變換為二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)格式01001101定點(diǎn)數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)范圍比較定點(diǎn)：n8時(shí)，定點(diǎn)數(shù)所能表示的范圍0.00000010.1111111浮點(diǎn)：1、階碼3位，尾數(shù)5位2-110.00012110.11111/1287.52、階碼4位，尾數(shù)4位：21110.00121110.1111/10241123、階碼5位,尾數(shù)3位211110.01211110.111/262144536870912由此可知在浮點(diǎn)數(shù)中：階碼決定浮點(diǎn)數(shù)的范圍；尾數(shù)決定浮點(diǎn)數(shù)的精度。三、浮點(diǎn)數(shù)的規(guī)格化依據(jù)范圍和精度要求合理分派階碼和尾數(shù)

6、，為了使尾數(shù)的有效數(shù)字不會扔掉，要求尾數(shù)的最高位為非0數(shù)碼。正數(shù)：0.1負(fù)數(shù)：1.0保證符號位與最高數(shù)值位相異(補(bǔ)碼)例題1：寫出x0.0001101B浮點(diǎn)數(shù)規(guī)格化形式，要求：階碼用為4位補(bǔ)碼表示，尾數(shù)用8位原碼表示。解：x0.11012-3=0.11010002-011階碼：1101尾碼：01101000110101101000例題2：寫出x101.1101B的規(guī)格化表示形式,要求：階碼用4位補(bǔ)碼表示，尾數(shù)用8位原碼表示。解：x1.101110123階碼：0011尾數(shù)：11011101同是寒窗苦讀，怎愿頂禮膜拜！2所謂的光芒歲月，其實(shí)不是此后，閃耀的日子，而是無人問津時(shí)，你對夢想的偏執(zhí)。00

7、1111011101例題1：若浮點(diǎn)數(shù)x的754標(biāo)準(zhǔn)儲蓄格式為(41360000)H，求其浮點(diǎn)數(shù)的十進(jìn)制數(shù)值。解：01000001001101100000000000000000e=階碼-127=1000001001111111=00000011=31.M=1.01101100000000000000000=1.011011X=(-1)s1.M2e=+(1.011011)23=1011.011=11.375例題：將數(shù)（20.59375）變換成754標(biāo)準(zhǔn)的32位浮點(diǎn)數(shù)的2二進(jìn)制儲蓄格式。解:20.59375=10100.10011=1.01001001124e=4S=0E=4+127=131=10

8、000011M=01001001132位格式位:01000001101001001100000000000000=(41A4C000H)一、定點(diǎn)加減運(yùn)算1、補(bǔ)碼加法x補(bǔ)y補(bǔ)x+y補(bǔ)(1)x0,y0,則x+y0 x補(bǔ)y補(bǔ)x+y=x+y補(bǔ)(mod2)2)x0,y0或x+y0，2+(x+y)2，進(jìn)位2扔掉，又因?yàn)閤+y0，因此x補(bǔ)y補(bǔ)x+y=x+y補(bǔ)(mod2)若x+y0，2+(x+y)2，又因?yàn)閤+y0，因此x補(bǔ)y補(bǔ)2+（x+y）=x+y補(bǔ)(mod2)（3）x0,則x+y0或x+y0(證明略)4）x0,y0,則x+yNm，設(shè)tc為命中時(shí)cache的接見時(shí)間，tm為未命中時(shí)主存的接見時(shí)間，則cach

9、e/主存系統(tǒng)的平均接見時(shí)間tatchtm（1h）設(shè)e為接奏效率4、舉例-1CPU履行一段程序時(shí),cache達(dá)成存取的次數(shù)是1900次,主存達(dá)成存取的次數(shù)為100次,已知cache存取周期為50ns,主存存取周期為250ns,求cache/主存系統(tǒng)的效率和平均接見時(shí)間。4、舉例-2設(shè)有三個(gè)辦理機(jī)，A,B,C，它們各有一個(gè)高速緩沖儲蓄器CA,CB,CC，和主存MA,MB,MC。假定三個(gè)辦理機(jī)，指令系統(tǒng)同樣，指令履行時(shí)間和儲蓄器的平均存取時(shí)間成正比，如履行程序時(shí)，取指令和數(shù)據(jù)在緩存中的概率p0.6，問：1）三個(gè)辦理機(jī)的速度由快到慢的序次？2）若p0.75呢？若p0.95呢？3）p=?時(shí)，A和B的速度

10、湊近，p？時(shí)，B和C的速度湊近。CACBCcMAMBMC同是寒窗苦讀，怎愿頂禮膜拜！19所謂的光芒歲月，其實(shí)不是此后，閃耀的日子，而是無人問津時(shí)，你對夢想的偏執(zhí)。儲蓄容量8KB8KB8KB2MB2MB2MB儲蓄周期60ns80ns100ns1s0.9S0.8s解：1、p0.6時(shí)TA=0.660+0.41000=436nsTB=0.680+0.4900=408nsTC=0.6100+0.4800=380nsTATBTC,因此速度為CBA2、p0.75時(shí)TA=0.7560+0.251000=295nsTB=0.75800.25900285nsTC=0.75100+0.25800=275nsTATB

11、TC,速度CBAp0.95時(shí)，TA=107ns,TB121ns，TC=135ns，速度為ABC。3、P60+(1-P)1000=P80+(1-P)900P=100/120=83%P80+(1-P)900=P100+(1-P)800P=83%例：假定主存容量為512K16位，cache容量為409616位，塊長為4個(gè)16位的字，訪存地址為字地址。1）全相聯(lián)照射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式2）直接照射方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式3）兩路組相聯(lián)方式下，設(shè)計(jì)主存的地址格式同是寒窗苦讀，怎愿頂禮膜拜！20所謂的光芒歲月，其實(shí)不是此后，閃耀的日子，而是無人問津時(shí)，你對夢想的偏執(zhí)。1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的存貯器系統(tǒng)是

12、指_D_。A、RAM存貯器B、ROM存貯器C、主存貯器D、主存貯器和外存貯器2、儲蓄單元是指_B_。A、寄存一個(gè)二進(jìn)制信息位的存貯單元B、寄存一個(gè)機(jī)器字的全部存貯單元的會合C、寄存一個(gè)字節(jié)的全部存貯單元的會合D、寄存兩個(gè)字節(jié)的全部存貯單元的會合；3、容量為64塊的Cache采用組相聯(lián)照射方式，字塊大小為128個(gè)字，每4塊為一組，若主存4096塊，且字編址，那么主存地址和主存標(biāo)志的位數(shù)分別為D。A、16，6B、17，6C、18，8D、19，84、某計(jì)算機(jī)字長32位，其儲蓄容量為4MB，若按半字編址，它的尋址范圍是_C_。A.0-4MBB.0-2MBC.0-2MD.0-1M5、主存貯器和CPU之間

13、增加cache的目的是_A_。A.解決CPU和主存之間的速度般配問題擴(kuò)大主存貯器容量擴(kuò)大CPU中通用寄存器的數(shù)量既擴(kuò)大主存貯器容量，又?jǐn)U大CPU中通用寄存器的數(shù)量6、雙端口儲蓄器在_B_情況下會發(fā)生讀/寫矛盾。左端口與右端口的地址碼不同樣左端口與右端口的地址碼同樣左端口與右端口的數(shù)據(jù)碼不同樣左端口與右端口的數(shù)據(jù)碼同樣7、外儲蓄器與內(nèi)儲蓄器比較，外儲蓄器_B_。A.速度快，容量大，成本高B.速度慢，容量大，成本低C.速度快，容量小，成本高D.速度慢，容量大，成本高8、一個(gè)256KB的儲蓄器，其地址線和數(shù)據(jù)線總和為_C_A.16B.18C.26D.209、某一SRAM芯片，其容量為5128位，除電

14、源端和接地端外該芯片引出線的最小數(shù)量應(yīng)為D。同是寒窗苦讀，怎愿頂禮膜拜！21所謂的光芒歲月，其實(shí)不是此后，閃耀的日子，而是無人問津時(shí)，你對夢想的偏執(zhí)。A.23B.25C.50D.1910、采用虛假儲蓄器的主要目的是B。提高主儲蓄器的存取速度擴(kuò)大儲蓄器空間，并能進(jìn)行自動(dòng)管理提高外儲蓄器的存取速度擴(kuò)大外儲蓄器的儲蓄空間11、在1K8的儲蓄器芯片中，采用雙譯碼方式，譯碼器的輸出信號線的條數(shù)是（B）。A、1024B、64C、32D、1012、RAM芯片字?jǐn)U展時(shí)能夠使（B）。A、儲蓄器寬度增加B、儲蓄器地址范圍增加C、儲蓄器速度增加D、降低儲蓄器的平均價(jià)錢13、地址總線A0（高位）-A15（低位），用4

15、K4的儲蓄芯片組成16KB的儲蓄器，則產(chǎn)生片選信號的譯碼器的輸入地址線應(yīng)當(dāng)是（A）。A、A2A3B、A0A1C、A12A13D、A14A151、層次化儲蓄系統(tǒng)波及到主存，輔存，cache和寄存器，按存取時(shí)間由短至長的序次是寄存器，cache，主存，輔存。2、Cache介于主存和CPU之間，其速度比主存快，容量比主存小得多。它的作用是填充CPU與主存在速度上的差別。3、常用的地址照射方式全相聯(lián)照射，直接相聯(lián)照射、組相聯(lián)照射。4、模4交叉儲蓄器是一種高速儲蓄器，它有4個(gè)儲蓄模塊，每個(gè)模塊有它自己的地址寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器。5、儲蓄器的性能指標(biāo)儲蓄容量存取時(shí)間儲蓄周期儲蓄器帶。6、寬泛使用的SRA

16、M和DRAM都是半導(dǎo)體隨機(jī)讀寫存儲器。前者速度比后者快，集成度不如后者高，它們共同的特點(diǎn)是斷電后不能夠保留信息。1、設(shè)主存容量16MB，cache容量8KB，每字塊8個(gè)字，每字32位，按字節(jié)編址設(shè)計(jì)一個(gè)4路組相聯(lián)照射的cache組織。1）畫出主存地址字段中各段的位數(shù)2）設(shè)Cache初態(tài)為空，CPU依次從主存0，1，299號字單元取出100個(gè)字（主存一次讀出一個(gè)字），并重復(fù)此序次次，問命中率是多少？（3）若Cache的速度是主存的5倍，試問有cache和無cache相比，速度提高多少倍？（4）系統(tǒng)的效率是多少？（2）從0號開始，第0號字未命中，但接見0號時(shí)將0號所在塊的8個(gè)字同時(shí)調(diào)入主存，即1,2,3,4,5,6,7命中，同理，第8號字未命中，但9,10,11,12,13,14,15命中因此100個(gè)字中間有13次未命中。同是寒窗苦讀，怎愿頂禮膜拜！22所謂的光芒歲月，其實(shí)不是此后，閃耀的日子，而是無人問津時(shí)，你對夢想的偏執(zhí)。2、設(shè)一個(gè)1MB容量的儲蓄器，字長為32位，問（1）按字節(jié)編址，地址寄存器，數(shù)據(jù)寄存器各幾位？編址范圍多大？（2）按半字編址，地址寄存器，數(shù)據(jù)寄存器各幾位？編址范圍多大？（3）按字編址，地址寄存器，數(shù)據(jù)寄存器各幾位？編址范圍多大？3