2016年考研核心考點(diǎn)-計(jì)算機(jī)組成原理

夢享考研系列

2016年考研核心考點(diǎn)命題思路解密

計(jì)算機(jī)組成原理

夢享團(tuán)隊(duì)組編

2016年考研核心考點(diǎn)命題思路解密計(jì)算機(jī)組成原理夢享團(tuán)隊(duì)主編

內(nèi)容簡介

《2016年考研核心考點(diǎn)命題思路解密一計(jì)算機(jī)組成原理》嚴(yán)格按照最新計(jì)算機(jī)考研408統(tǒng)考大綱的

計(jì)算機(jī)組成原理部分編寫，涵蓋大綱指定的所有考試內(nèi)容。本書對統(tǒng)考大綱所涉及的知識點(diǎn)進(jìn)行深入剖析

和總結(jié)，并精心策劃和部署每一個(gè)章節(jié)，對每一個(gè)章節(jié)的考點(diǎn)做了獨(dú)家策劃。

本書每一個(gè)考點(diǎn)中的命題，絕大部分來源于歷年名校計(jì)算機(jī)考研真題和統(tǒng)考真題，少部分來源名校期

末考試試題中的精華部分，是全國408統(tǒng)考大綱和高?？佳姓骖}的較好結(jié)合。為了提高考題的質(zhì)量和解析

的準(zhǔn)確度，參考資料采用以考研權(quán)威教材、習(xí)題、考研真題為主，多方借鑒眾多高校從事多年教育的教師

課堂資料。夢享團(tuán)隊(duì)對每一個(gè)命題的思路和解題方法進(jìn)行深入詳細(xì)地講解，并附上大量的圖來幫助考生理

解記憶，力求考生能夠通過掌握一個(gè)題目而達(dá)到舉一反三，有利于考生利用更少的時(shí)間掌握更多的知識。

本書可作為考生參加計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生入學(xué)考試的備考復(fù)習(xí)用書，也可作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)

算機(jī)組成原理的練習(xí)用書。

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一書中精選的少部分題目，供給考生免費(fèi)使用，任何考研機(jī)構(gòu)用于盈利均為盜版，必追究責(zé)任!

2016年考研核心考點(diǎn)命題思路解密計(jì)算機(jī)組成原理夢享團(tuán)隊(duì)主編

前S

夢享團(tuán)隊(duì)成立于2013年10月份，目前共有31人，隊(duì)員以中科院、清華大學(xué)和北京交

通大學(xué)3所高校的學(xué)生為主，其他名校學(xué)生為輔，都是上研不久的研究生，以及一些考研

論壇上參與答疑多年的版主等。在考研復(fù)習(xí)和輔導(dǎo)上，夢享團(tuán)隊(duì)隊(duì)員有著相對豐富的閱歷。

在考研的路上，夢享團(tuán)隊(duì)隊(duì)員也經(jīng)歷過和大家一樣的坎坷辛苦。我們深切地體會到，每一

個(gè)考研的同學(xué)十分不容易。

計(jì)算機(jī)專業(yè)考研的命題，側(cè)重于考查同學(xué)們對基礎(chǔ)知識的掌握，考研書更應(yīng)該側(cè)重于

培養(yǎng)同學(xué)們的實(shí)戰(zhàn)能力。但目前的考研教材絕大多數(shù)傾向于知識點(diǎn)的講解，不注重培養(yǎng)考

生的實(shí)戰(zhàn)能力，導(dǎo)致很多考生知識很豐富，但是很難這些知識很好地運(yùn)用于解題。編寫偏

向于實(shí)戰(zhàn)的參考書不同于知識講解，需要編者花費(fèi)大量的時(shí)間來規(guī)劃和布置章節(jié)、考點(diǎn)和

解析考題。目前能找到的計(jì)算機(jī)考研命題解析類參考資料，要么題目特別少但講解特別詳

細(xì)啰嗦，要么題目太多的而對命題的講解十分粗略甚至只有一個(gè)最終答案。因而，夢享團(tuán)

隊(duì)決定寫一套注重實(shí)戰(zhàn)、解析詳細(xì)、直擊重點(diǎn)、嚴(yán)格參考大綱的參考書。

經(jīng)過兩年多的努力，“夢享考研系列”參考書終于一本一本地和大家見面了，到目前

為止，我們總共有5本圖書已經(jīng)出版。其中，《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》完成于2013年10月，《數(shù)

據(jù)結(jié)構(gòu)》完成于2014年3月，《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》完成于2014年9月，《計(jì)算機(jī)組成原

理》完成于2015年3月。最后一本書，《408統(tǒng)考核心題型》，完成于2015年5月。

為了提高圖書的權(quán)威性，本套圖書嚴(yán)格按照408統(tǒng)考大綱編寫，涵蓋了統(tǒng)考大綱所有

指定的內(nèi)容，并融合了統(tǒng)考真題和歷年名?？佳姓骖}的精華，是全國408統(tǒng)考大綱、統(tǒng)考

真題和高?？佳姓骖}的較好結(jié)合。為了提高考題的質(zhì)量和解析的準(zhǔn)確度，參考資料采用以

考研權(quán)威教材、習(xí)題、考研真題為主，多方借鑒眾多高校從事多年教育的教師課堂資料。

本書具有以下特色：

1.組織嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)構(gòu)清晰

夢享考研系列圖書通過對統(tǒng)考大綱和歷年高校考研真題的深入剖析和總結(jié)，精心規(guī)劃

和部署了各個(gè)章節(jié)，對每一個(gè)章節(jié)的考點(diǎn)作了獨(dú)家策劃，使得本套圖書組織嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)構(gòu)清

晰，便于考生對各章考點(diǎn)逐個(gè)擊破。

2.突出重點(diǎn)，注重實(shí)戰(zhàn)

對于每一個(gè)計(jì)算機(jī)專業(yè)的考研同學(xué)而言，復(fù)習(xí)任務(wù)是相當(dāng)繁重的。除了四門統(tǒng)考專業(yè)

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課之外，還有數(shù)學(xué)、英語和政治。所以，突出重點(diǎn)，讓同學(xué)們把極其有限的時(shí)間都花在刀

刃上，是我們的首要工作，而提高同學(xué)們的實(shí)戰(zhàn)能力，是我們系列圖書的最終目的。

為了直擊命題、突出重點(diǎn)、給同學(xué)們節(jié)約時(shí)間、培養(yǎng)同學(xué)們的實(shí)戰(zhàn)能力，在考題的挑

選上，我們通過對統(tǒng)考和自主命題的高校常出現(xiàn)的考題類型和知識點(diǎn)進(jìn)行深入的總結(jié)，拋

開在統(tǒng)考或者自主命題的高校的考研真題上極少出現(xiàn)的極難、極易、極偏知識點(diǎn)，精心挑

選了和考研難度相近的考題供大家練習(xí)。

此外，我們還根據(jù)考點(diǎn)的重要程度來完成考點(diǎn)內(nèi)容分布，在較重要的考點(diǎn)部署較多的

內(nèi)容，在較重要的內(nèi)容部署較多的命題，在較為不重要的知識點(diǎn)抓住重點(diǎn)布置核心題型。

目的也在于突出考試難度、突出考試重點(diǎn)，方便大家進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，提高學(xué)習(xí)效率，讓考

生在更短的時(shí)間內(nèi)掌握更多的知識點(diǎn)。

3.解析詳細(xì)，深入剖析

“夢享考研”系列圖書一共5本，每一本都很厚，可能會嚇怕很多同學(xué)。是不是題目太多

了？不是的，其實(shí)考題并不多，我們并不提倡題海戰(zhàn)術(shù)，也不提倡對于同一個(gè)知識點(diǎn)反復(fù)

命題和贅述，我們提倡“少而精”。針對每一個(gè)考點(diǎn)可能出現(xiàn)的命題類型，我們精心挑選了極

具代表性的命題供大家實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，并對這些習(xí)題進(jìn)行詳細(xì)、深入的剖析，揭露問題的本質(zhì)

和解題的精髓，有助于大家掌握解題方法和技巧，提高大家的實(shí)戰(zhàn)能力，在較短的時(shí)間掌

握更多的知識。

《2016年計(jì)算機(jī)考研核心考點(diǎn)命題思路解密》系列圖書是夢享團(tuán)隊(duì)2年多的汗水結(jié)晶，

融入了夢享團(tuán)隊(duì)的集體智慧。另外，真誠感謝我們團(tuán)隊(duì)新成員張麗方、胡明明、劉春、白

洋等10幾位同學(xué)提供的建議和幫助！

在接下來的更長時(shí)間里，夢享團(tuán)隊(duì)將用最誠摯的心和最大的努力，寫出更優(yōu)秀、更有

助于大家利用更短的時(shí)間考得更高分?jǐn)?shù)的考研書。我們每年都會合理調(diào)整這套圖書，使得

這套圖書更加受到大家青睞。

夢享團(tuán)隊(duì)會牢牢記住這樣一句話——“助你們實(shí)現(xiàn)研究生夢想，是我們的夢想！“跟這

套圖書一樣，我們愿伴隨著2016年考研的同學(xué)一起度過艱辛的追夢季節(jié)，伴隨著大家一起

度過每一個(gè)難忘的日日夜夜！也祝福2016年考研的你們，獲得圓滿的成功！

安楠

2016年4月于北京

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目錄

第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述...................................................7

考點(diǎn)1計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程......................................................7

考點(diǎn)2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)..................................................8

考點(diǎn)3計(jì)算機(jī)性能指標(biāo).....................................................11

第二章數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算............................................15

考點(diǎn)1數(shù)制與編碼.........................................................15

考點(diǎn)2定點(diǎn)數(shù)表示和運(yùn)算...................................................22

考點(diǎn)3浮點(diǎn)數(shù)的表示和運(yùn)算.................................................28

考點(diǎn)4算數(shù)邏輯單元ALU.......................................................................................................34

第三章存儲系統(tǒng)..........................................................37

考點(diǎn)1存儲器的分類.......................................................37

考點(diǎn)2存儲器的層次化結(jié)構(gòu).................................................40

考點(diǎn)3半導(dǎo)體隨機(jī)存取存儲器...............................................43

考點(diǎn)4主存儲器與CPU的連接...............................................47

考點(diǎn)5雙口RAM和多模塊存儲器............................................53

考點(diǎn)6高速緩沖存儲器（Cache）.........................................................................................57

考點(diǎn)7虛擬存儲器.........................................................62

第四章指令系統(tǒng)........................................................67

考點(diǎn)1指令格式...........................................................67

考點(diǎn)2指令的尋址方式.....................................................72

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考點(diǎn)3CISC和RISC的基本概念................................................79

第五章中央處理器（CPU）..............................82

考點(diǎn)1CPU的功能和基本結(jié)構(gòu)...............................................82

考點(diǎn)2指令執(zhí)行過程.......................................................84

考點(diǎn)3數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)...........................................86

考點(diǎn)4控制器的功能和工作原理.............................................92

考點(diǎn)5指令流水線.........................................................98

第六章總線.............................................................103

考點(diǎn)1總線概述..........................................................103

考點(diǎn)2總線仲裁..........................................................109

考點(diǎn)3總線操作和定時(shí)....................................................114

考點(diǎn)4總線標(biāo)準(zhǔn)..........................................................116

第七章輸入輸出（I/O）系統(tǒng)......................................118

考點(diǎn)1I/O系統(tǒng)基本概念..................................................118

考點(diǎn)2外部設(shè)備..........................................................118

考點(diǎn)3I/。接口（I/O控制器）.............................................122

考點(diǎn)4I/O方式...........................................................124

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第一章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

考點(diǎn)1計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程

溫馨提示：計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，在歷年的考研中出現(xiàn)較少，請■同學(xué)們注意計(jì)算機(jī)發(fā)展

的幾個(gè)歷程，稍作了解即可。

選擇題部分

1.（原書第5慰）計(jì)算機(jī)問世至今，新型機(jī)器不斷推陳出新，不管怎樣更新，依然保

有“存儲程序''的概念，最早提出這種概念的是（）。

A.巴貝奇B.馮?諾依曼

C.帕斯卡D.貝爾

【解析】本題考查“馮?諾依曼''計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想。

馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想可以簡要地概括為以下三點(diǎn)：

（1）.計(jì)算機(jī)應(yīng)包括運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入和輸出設(shè)備五大基本部件。

（2）.計(jì)算機(jī)內(nèi)部應(yīng)采用二進(jìn)制來表示指令和數(shù)據(jù)。每條指令由操作碼和地址碼兩部分

組成。其中操作碼表示運(yùn)算性質(zhì)，地址碼指出操作數(shù)在存儲器中的地址。

（3）.采用存儲程序方式。將編寫好的程序送入內(nèi)存儲器中，然后啟動計(jì)算機(jī)工作，計(jì)

算機(jī)無需操作人員干預(yù)，能自動逐條取出指令并執(zhí)行指令。

從以上3條可以看出，以前所有的討論都是針對馮?諾依曼設(shè)計(jì)思想論述的，不過沒有

明確指出其人罷了。馮.諾依曼設(shè)計(jì)思想最重要之處在于明確地提出了“程序存儲”的概念，

他的全部設(shè)計(jì)思想實(shí)際上是對“程序存儲”概念的具體化。

參考答案：B

2.（原書案8瓶）1949年研制成功的世界上第一臺存儲程序式的計(jì)算機(jī)稱為（）。

A.EDVACB.EDSAC

C.ENIACD.UNIVAC-I

【解析】本題考查第一臺存儲程序的計(jì)算機(jī)名稱。

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EDVAC是世界上第一臺具有存儲功能的計(jì)算機(jī)，于1950年在馮?諾依曼領(lǐng)導(dǎo)下研制成

功。該計(jì)算機(jī)采用“存儲程序和程序控制”原理，學(xué)今的計(jì)算機(jī)仍然遵從這個(gè)原理。

參考答案：A

3.（原書第9題）至今為止，計(jì)算機(jī)中所有信息仍以二進(jìn)制方式表示，其原因是

（

A.節(jié)約元件

B.運(yùn)算速度快

C.物理器件性能決定

D.信息處理方便

【解析】本題考查計(jì)算機(jī)以2進(jìn)制存儲程序和數(shù)據(jù)的原因。

至今為止，計(jì)算機(jī)中所有信息仍以二進(jìn)制方式表示是由物理器件性能決定的。

參考答案：C

考點(diǎn)2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

溫馨提示：本考點(diǎn)考查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層■次結(jié)構(gòu)，把握計(jì)算機(jī)硬件的基本組成，計(jì)算機(jī)

軟件的分類和計(jì)算機(jī)的工作過程三個(gè)部分，都是基本的概?念，請同學(xué)們熟記。

選擇題部分

1.（原書第2題）完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括（）。

A.運(yùn)算器、存儲器、控制器B.外部設(shè)備和主機(jī)

C.主機(jī)和實(shí)用程序D.配套的硬件設(shè)備和軟件設(shè)備

【解析】本題考查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成。

通常人們所說的一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)是指

用電子器件和機(jī)電裝置組成的物理實(shí)體，它包括組成微機(jī)的各部件和各種外部設(shè)備；軟件

系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需要的全部程序、數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔的總稱。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)共

同決定了計(jì)算機(jī)的工作能力。通俗地說，硬件是計(jì)算機(jī)的軀體，軟件是計(jì)算機(jī)的頭腦和靈

魂，兩者缺一不可。

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參考答案：D

2.（原書第4題）馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想是（）。

A.存儲數(shù)據(jù)并按地址順序執(zhí)行

B.存儲程序并按地址逆序執(zhí)行

C.存儲程序并按地址順序執(zhí)行

D.存儲程序并亂序執(zhí)行

【解析】本題考查馮?諾依曼計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想。

馮諾依曼計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想是存儲程序并按地址順序執(zhí)行。指令由操作碼和地址碼兩部

分組成，操作碼規(guī)定了操作的類型，地址碼規(guī)定了操作的數(shù)據(jù)所存放的地址（可以是操作

對象和操作結(jié)果的地址）。

【經(jīng)典總結(jié)】

一般情況下，指令是順序執(zhí)行的，下一條指令的地址由程序計(jì)數(shù)器PC給出。當(dāng)遇到轉(zhuǎn)

移指令或子程序調(diào)用等程序轉(zhuǎn)移時(shí)，下一條要執(zhí)行的指令的地址應(yīng)該由當(dāng)前指令指明。

參考答案：C

3.（原書第7題）描述匯編語言特性的概念中，有錯誤的句子是（）。

A.對程序員的訓(xùn)練要求來說，需要硬件知識

B.匯編語言對機(jī)器的依賴性高

C.用匯編語言編制程序的難度比高級語言小

D.匯編語言編寫的程序執(zhí)行速度比高級語言快

【解析】本題考查匯編語言的特點(diǎn)。

學(xué)過匯編的同學(xué)都知道，匯編語言對編程的人來說，需要硬件知識。匯編語言對機(jī)器

的依賴性很高。高級語言編寫的程序（源程序）處于最高層，必須翻譯成匯編語言，再由

匯編程序匯編成機(jī)器語言（目標(biāo)程序）之后才能被執(zhí)行。所以，匯編語言的執(zhí)行速度通常

比高級語聲快。

參考答案：C

4.（原書第13題）下列關(guān)于馮?諾依曼型計(jì)算機(jī)的描述，不正確的是（）。

A.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、存儲器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成

B.指令和數(shù)據(jù)在存儲器中都是二進(jìn)制碼存儲

C.指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨(dú)立分設(shè)在不同的存儲器

D.存儲程序并按地址順序執(zhí)行是CPU自動工作的關(guān)鍵

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【解析】馮.諾依曼機(jī)的指令和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制形式存放在存儲器中，顯然C答案錯誤。

參考答案：C

綜合應(yīng)用題部分

1.（原書第2通）說明現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。

【解析】本題考查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如表1.1所示。

表1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

5級高級語言級編譯程序

4級匯編語言級匯編程序

3級操作系統(tǒng)級操作系統(tǒng)

2級一般機(jī)器級微程序

1級微程序設(shè)計(jì)級直接由硬件執(zhí)行

2.（原書第5M）簡單描述計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)中，各層次的主要特點(diǎn)。

【解析】現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)硬件與軟件組成的綜合體，可以把它看成是按功能劃

分的多級層次結(jié)構(gòu)。

第0級為硬件組成的實(shí)體。

第I級是微程序級。這級的機(jī)器語言是微指令集，程序員用微指令編寫的微程序一般

是直接由硬件執(zhí)行的。

第2級是傳統(tǒng)機(jī)器級。這級的機(jī)器語言是該機(jī)的指令集，程序員用機(jī)器指令編寫的程

序可以由微程序進(jìn)行解釋。

第3級是操作系統(tǒng)級。從操作系統(tǒng)的基本功能來看，一方面它要直接管理傳統(tǒng)機(jī)器中

的軟硬件資源，另一方面它又是傳統(tǒng)機(jī)器的延伸。

第4級是匯編語言級。這級的機(jī)器語言是匯編語言，完成匯編語言翻譯的程序叫做匯

編程序。

第5級是高級語言級。這級的機(jī)器語言就是各種高級語言，通常用編譯程序來完成高

級語言翻譯工作。

第6級是應(yīng)用語言級。這一級是為了使計(jì)算機(jī)滿足某種用途而專門設(shè)計(jì)的，因此這一

級語言就是各種面向問題的應(yīng)用語言。

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3.(原書第8題)圖1.1是計(jì)算機(jī)硬件組成框圖，說明圖中各部件的功能。

圖1」計(jì)算機(jī)硬件組成框圖

【解析】本題考查計(jì)算機(jī)各部件的作用。計(jì)算機(jī)各部件的作用分別如下：

(1).控制器：整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心，它使計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件自動協(xié)調(diào)工作。

(2).運(yùn)算器：對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理的部件，用來進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。

(3).存儲器：存放程序和數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)“存儲程序控制''的基礎(chǔ)。

(4).輸入設(shè)備：將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受并識別的信息形式的設(shè)

備。

(5).輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果(二進(jìn)制信息)轉(zhuǎn)換成人類或其它設(shè)備可以接收

和識別的信息形式的設(shè)備。

考點(diǎn)3計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)

溫馨提示：計(jì)算機(jī)的性矩指標(biāo)，包括吞吐量、響應(yīng)時(shí)間、CPU時(shí)鐘周期、主頻、CPL

CPU執(zhí)行時(shí)間、MIPS和MFLOPS。本考點(diǎn)涉及到簡單的計(jì)算，同學(xué)們掌握計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)

的計(jì)算方法。

選擇題部分

1.(原書第3題)若一臺計(jì)算機(jī)的字長為2個(gè)字節(jié)，則表明該機(jī)器()o

A.能處理的數(shù)值最大為2位十進(jìn)制數(shù)

B.能處理的數(shù)值最多由2位二進(jìn)制數(shù)組成

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C.在CPU中能夠作為一個(gè)整體加以處理的二進(jìn)制代碼為16位

D.在CPU中運(yùn)算的結(jié)果最大為2"

【解析】本題考查機(jī)器字長。

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部，通常選用多少個(gè)二進(jìn)制位來表示一個(gè)數(shù)據(jù)或一條指令是一個(gè)關(guān)鍵

技術(shù)指標(biāo)，例如16、32或者64位，這個(gè)位數(shù)被稱為計(jì)算機(jī)的字長。例如在32位字長的計(jì)

算機(jī)系統(tǒng)中，一個(gè)整數(shù)、一條指令通常都用32位二進(jìn)制數(shù)表示，叫做I個(gè)字。該類計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)中，運(yùn)算器、存儲器、數(shù)據(jù)和地址總線等通常都被設(shè)計(jì)成32位。

字長表示在CPU中能夠作為一個(gè)整體處理的二進(jìn)制位數(shù)，對計(jì)算機(jī)的處理能力和運(yùn)行

性能有明顯影響。字長較長有利于提高計(jì)算機(jī)的性能，但需要使用更多的硬件，計(jì)算機(jī)系

統(tǒng)的價(jià)格也會高一些。

參考答案：C

2.（原書第4題）【2010年408統(tǒng)考】下列選項(xiàng)中，能縮短程序執(zhí)行時(shí)間的措施是

I.提高CPU時(shí)鐘頻率II.優(yōu)化數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)HI.對程序進(jìn)行編譯優(yōu)化

A.僅I和IIB.僅I和HI

C.僅II和IIID.I、n和in

【解析】本題考查縮短程序執(zhí)行時(shí)間的方法。

提高CPU時(shí)鐘頻率會使機(jī)器執(zhí)行指令的運(yùn)行速度更快，對程序進(jìn)行編譯優(yōu)化可以有效地

減少指令條數(shù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)可以改進(jìn)某些指令的運(yùn)行效率，3者都有利于縮短程序的

執(zhí)行時(shí)間。

參考答案：D

3.（原書第6題）【2013年408統(tǒng)考】某計(jì)算機(jī)主頻為1.2GHz,其指令分為4類，它

們在基準(zhǔn)程序中所占比例及CPI如表1.2所示。

表1.24類指令在基準(zhǔn)程序中所占比例和CPI

指令系統(tǒng)所占比例CPI

A50%2

B20%3

C10%4

D20%5

該機(jī)的MIPS數(shù)是（）。

A.100B.200

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C.400D.600

【解析】本題考查CPI的計(jì)算。

由題意，該計(jì)算機(jī)執(zhí)行一條指令的平均時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)CPI計(jì)算如下:

CPI=2X50%+3X20%+4x10%+5X20%=3

該機(jī)器的主頻為1.2GHz,即每一秒有1.2G個(gè)時(shí)鐘周期，因?yàn)槠骄繄?zhí)行一條指令需要3

個(gè)時(shí)鐘周期，所以平均每秒能執(zhí)行4百萬條指令，即4MlpS。

參考答案：C

綜合應(yīng)用題部分

1.(原書第1瓶)用一臺40MHz處理機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)測試程序，它含的混合指令數(shù)和相應(yīng)

的所需時(shí)鐘周期數(shù)如表1.3所示。

表1.3機(jī)器所含混合指令數(shù)及其所需相應(yīng)的時(shí)鐘周期數(shù)

指令類型指令數(shù)時(shí)鐘周期數(shù)

整數(shù)運(yùn)算450001

數(shù)據(jù)傳送320002

浮點(diǎn)150002

控制傳送80002

求有效CPI(每條指令的平均時(shí)鐘周期)、MIPS速率和程序的執(zhí)行時(shí)間。

【解析】指令的平均時(shí)鐘周期為

Y^CPIiXli45000X1+32000X2+15000x2+8000x2

CPI------------------------------------------------------------------------------=155

%*45000+32000+15000+8000

時(shí)鐘頻率40MHz

MIPS==25.8

CPIx1061.55xIO6

執(zhí)行時(shí)間Texcnte=(45000+32000+15000+8000)/(25.8x106)=0.0038s

2.(原書第5題)某CPU的主頻為8MHz,若已知每個(gè)機(jī)器周期平均包含4個(gè)時(shí)鐘周

期，該機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為0.8MIPS。

(1).試求該機(jī)的平均指令周期及每個(gè)指令周期含幾個(gè)機(jī)器周期？

(2).若改用時(shí)鐘周期為0.4us的CPU芯片，則計(jì)算機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為多少M(fèi)IPS?

(3).若要得到平均每秒40萬次的指令執(zhí)行速度，則應(yīng)采用主頻為多少的CPU芯片？

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【解析】

(1).由主頻為8MHz,得時(shí)鐘周期為l/8=0.125us,機(jī)器周期為0.125x4=0.5us。根據(jù)

平均指令執(zhí)行速度為0.8MIPS,得平均指令周期為1/0.8=1.25us,每個(gè)指令周期含1.25/

0.5=2.5個(gè)機(jī)器周期。

(2).若改用時(shí)鐘周期為0.4us的CPU芯片，即主頻為1/0.4=2.5MHz,則平均指令執(zhí)

行速度為：(0.8MlPSx2.5MHz)/8MHz=0.25MIPS,

若要得到平均每秒40萬次的指令執(zhí)行速度，即0.4MIPS,則CPU芯片的主頻應(yīng)為(8

MHzxO.4MIPS)/0.8MIPS=4MHz。

本章到此就結(jié)束了，請問您有什么疑問嗎？任何問題，歡迎您與我們作者進(jìn)行交流！

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第二章數(shù)據(jù)的表示和運(yùn)算

考點(diǎn)1數(shù)制與編碼

溫馨提示：數(shù)制和編碼部分，主要包括進(jìn)位計(jì)數(shù)制及其相互轉(zhuǎn)換、真值和機(jī)器數(shù)、

BCD碼、字符和字符串以及校驗(yàn)碼。其中，進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換、真值和機(jī)器數(shù)，都是自主命

題高校?？嫉膬?nèi)容。校驗(yàn)碼部分，請同學(xué)們注怠奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余碼和海明碼，并學(xué)

會利用這三種校驗(yàn)碼解題。

選擇題部分

I.（原書第2題）在下列機(jī)器數(shù)（）中，零的表示形式是唯一的。

A.原碼B.補(bǔ)碼

C.反碼D.原碼和反碼

【解析】本題考查0在機(jī)器中的表示形式。

對于真值0,原碼和反碼各有兩種不同的表示形式，而補(bǔ)碼只有唯一的一種表示形式。

在補(bǔ)碼表示中，真值0的表示形式是唯一的：

[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000

在反碼表示中，真值0也有兩種不同的表示形式：

[+0]5=00000[-0]g=lllll

在原碼表示中，真值0有兩種不同的表示形式：

[+0]原=00000[-0]原=10000

故而，本題選擇B答案。

參考答案：B

2.（原書第6題）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用補(bǔ)碼運(yùn)算的目的是為了（）。

A.與手工運(yùn)算方式保持一致B.提高運(yùn)算速度

C.簡化運(yùn)算器的設(shè)計(jì)D.提高運(yùn)算的精度

【解析】本題考查計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用補(bǔ)碼運(yùn)算的目的。

計(jì)算機(jī)中的CPU僅有加法電路，沒有減法電路。采用補(bǔ)碼運(yùn)算的目的之一，是將減法

變成加法。同時(shí)，補(bǔ)碼運(yùn)算將符號位視為數(shù)共同參與運(yùn)算，其結(jié)果仍然不會出錯。所以，

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計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用補(bǔ)碼來運(yùn)算。

參考答案：C

3.（原書第10題）關(guān)于數(shù)據(jù)表示和編碼，下列說法正確的是（）o

A.奇偶校驗(yàn)碼是一種功能很強(qiáng)的檢錯糾錯碼

B.在計(jì)算機(jī)中用無符號數(shù)來表示內(nèi)存地址

C.原碼、補(bǔ)碼和移碼的符號編碼規(guī)則相同

D.用拼音從鍵盤上敲入漢字時(shí)，使用的拼音碼是漢字的字模碼

【解析】我們一般認(rèn)為，奇偶校驗(yàn)碼能檢錯，但是不能糾錯。比如，產(chǎn)生了奇數(shù)位錯

誤時(shí)，奇偶校驗(yàn)碼能檢測出來，但是發(fā)生了偶數(shù)位錯誤的時(shí)候，奇偶校驗(yàn)碼就檢測不出來

了。

例如，數(shù)據(jù)1010110采用偶校驗(yàn)，因?yàn)閿?shù)據(jù)中1的個(gè)數(shù)為4個(gè)，所以校驗(yàn)位為0,數(shù)據(jù)

位和校驗(yàn)位是10101100。若傳輸?shù)倪^程中，出現(xiàn)了兩位錯誤，即101D1100變成10011100,

則偶校驗(yàn)無法發(fā)現(xiàn)錯誤。

所以，A答案錯誤。

原碼、補(bǔ)碼和移碼的符號編碼規(guī)則顯然不同，所以C答案錯誤。用拼音從鍵盤上敲入

漢字時(shí)，使用的編碼是ASCII碼。所以，D答案錯誤:_________________________________

參考答案：B

4.（原書第17瓶）假定下列字符碼中有奇偶校驗(yàn)位，但沒有數(shù)據(jù)錯誤，采用偶校驗(yàn)的

字符碼是（）。

A.11001011B.11010110

C.11000001D.11001001

【解析】本題考查奇偶校驗(yàn)。

奇偶校驗(yàn)我們在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一書中的第二章也講過，其實(shí)道理很簡單，但是該怎么理

解才容易記住呢？

【經(jīng)典總結(jié)】

奇校驗(yàn)就是看數(shù)值位中1的個(gè)數(shù)是不是奇數(shù)，若是奇數(shù)則校驗(yàn)位為0,若是偶數(shù)則校驗(yàn)

位為1,保證最后的數(shù)值位+校驗(yàn)位得到的二進(jìn)制數(shù)中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。

同理，偶校臉就是看數(shù)值位中1的個(gè)數(shù)是不是偶數(shù)，若是偶數(shù)則校臉位為0,若是奇數(shù)

則校驗(yàn)位為1,保證最后的數(shù)值位+校驗(yàn)位得到的二進(jìn)制數(shù)中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。

下面我們來看該題的4個(gè)選項(xiàng)在偶校驗(yàn)情況下正確的字符編碼：

對于A答案，二進(jìn)制數(shù)11001011中1的個(gè)數(shù)為5個(gè)，顯然1的個(gè)數(shù)5是奇數(shù)。若是

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偶校驗(yàn)，則該數(shù)字有數(shù)據(jù)錯誤。

對于B答案，二進(jìn)制11010110中1的個(gè)數(shù)為5個(gè)，顯然1的個(gè)數(shù)5也是奇數(shù)。若是偶

校驗(yàn)，則該數(shù)字一定有數(shù)據(jù)錯誤。

對于C答案，二進(jìn)制11000001中1的個(gè)數(shù)為3個(gè)，顯然1的個(gè)數(shù)3也是奇數(shù)。若是偶

校驗(yàn)，則該數(shù)字一定有數(shù)據(jù)錯誤。

對于D答案，二進(jìn)制11001001中1的個(gè)數(shù)為4個(gè)，顯然1的個(gè)數(shù)5是偶數(shù)。若數(shù)據(jù)

正確，則二鳥是偶校驗(yàn)。

參考答案：D

5.（原書第23題）一個(gè)16x16點(diǎn)陣的漢字，需要（）字節(jié)的存儲空間。

A.24B.64C.256D.32

【解析】字模碼是用點(diǎn)陣表示的漢字字形代碼，它是漢字的輸出形式。字模點(diǎn)陣只能用來

構(gòu)成漢字庫，用于漢字的顯示輸出或打印輸出。例如，"英”字的點(diǎn)陣表示如下圖2.1所示。

圖2.1漢字“英”的點(diǎn)陣表示

【經(jīng)典錯誤】

漢字的輸入編碼（常見的輸入編碼有數(shù)字編碼、拼音碼和自行編碼，不需要詳細(xì)掌握）、

漢字內(nèi)碼、字模碼是計(jì)算機(jī)中用于輸入、內(nèi)部處理、輸出三種不同用途的編碼，不要混為

一談。

參考答案：D

綜合應(yīng)用題部分

1.（原書第2題）一種（7,4）海明碼的定義為：由4個(gè)信息位~'"2，七"4按以下

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模2加法運(yùn)算方式構(gòu)成3個(gè)校驗(yàn)位G'C2，J:

G=X)+x2+x3(mod2)

x

c2=々+匕+4(mod2)

c3=X)+x2+x4(mod2)

將這些信息位和校驗(yàn)位構(gòu)成碼字w,即

卬=卜,》2，尤3，％4,9，02，。3｝=｛卬I，卬2,卬3,卬4,卬5,卬6,卬，｝

(1).計(jì)算相應(yīng)的(7,4)海明碼的全部碼字。

(2).用組合邏輯設(shè)計(jì)一個(gè)海明碼的編碼器和譯碼器。

【解析】

(1).根據(jù)(7,4)海明碼的定義，可知4位信息位共有16種二進(jìn)制編碼。我們來求每

一個(gè)二進(jìn)制編碼對應(yīng)的校驗(yàn)位。例如，編碼X4~xi為0000時(shí)，校驗(yàn)位

q=+久2+%3=°+°+°(mod2)=0

=%2+%3+%4=°+°+°(mod2)=0

C3=+%2+%4=°+°+°(mod2)=0

再比如，取X4~X］依次為0011時(shí)，校驗(yàn)位

R=%+&+%3=1+1+0(mod2)=0

=%2+%3+%4=1+°+°(jnod2)=1

C3=+%2+%4=1+1+°(mod2)=0

同理，我們可求得X「X4對應(yīng)的16個(gè)2進(jìn)制編碼所產(chǎn)生的校驗(yàn)位，如表2.1所示。

表2.1x「X4對應(yīng)的16個(gè)2進(jìn)制編碼所產(chǎn)生的校驗(yàn)位

X2C|cX|X2CC

X1X3x42C3X3X4C|23

00000001000101

00010111001110

00101101010011

00111011011000

01001111100010

01011001101001

01100011110100

01110101111111

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(2).根據(jù)題目告知的海明碼的用數(shù)值位計(jì)算校驗(yàn)位的方程:

q=與+切+x3

。2=%2+%3+X4

。3=+%2+x4

可知該(7,4)海明碼的編碼器如圖2.2所示。

圖2.2(7,4)海明碼編碼器

(7,4)海明碼解碼時(shí)，必須能用校驗(yàn)位來表示數(shù)值位，利用題目告知的數(shù)值位表示校驗(yàn)位

的三個(gè)方程，求解用校驗(yàn)位表示數(shù)值位的方程，最后得到圖2.3所示的解碼電路。

圖2.3(7,4)海明碼譯碼器

2.(原書第6慈)寫出X=10111101,丫=-00101011的雙符號位原碼、反碼、補(bǔ)碼

表示，并用雙符號補(bǔ)碼計(jì)算兩個(gè)數(shù)的和與差。

本部分資料內(nèi)容均從原書?2016年考研核心考點(diǎn)命題思路解密一計(jì)算機(jī)組成原理》19

一書中精選的少部分題目，供給考生免費(fèi)使用，任何考研機(jī)構(gòu)用于盈利均為盜版，必追究責(zé)任!

2016年考研核心考點(diǎn)命題思路解密計(jì)算機(jī)組成原理夢享團(tuán)隊(duì)主編

【解析】X和Y的原碼、反碼、補(bǔ)碼的雙符號位表示如表2.2所示。

表2.2X和Y的原碼、反碼、補(bǔ)碼的雙符號位表示

原碼反碼補(bǔ)碼

X=1011H01001011110100101111010010111101

￥=-00101011110010101111110101001111010101

X-Y001110100000111010000011101000

下面，我們利用雙符號位的補(bǔ)碼計(jì)算X與Y的和，即X+Y。

0010111101

+1111010101

0010010010

接下來,計(jì)算［X-Yb卜，因?yàn)椋踃-YN=［XW［Y］補(bǔ)=［X］/［-Y］撲,而［-Y］補(bǔ)=0000101011,故而計(jì)

算過程如下：

0010111101

+0000101011

0011101000

可知［X-Y］樸=0011101000o

3.(原書第7題)設(shè)生成多項(xiàng)式為X3+X?+1,

(1).求數(shù)據(jù)信息1011的CRC編碼、循環(huán)余數(shù)和出錯模式；