6月計(jì)算機(jī)組成原理練習(xí)題庫(kù)含參考答案一、選擇題1.完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)包括（）。A.運(yùn)算器、存儲(chǔ)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)備和軟件系統(tǒng)答案：D解析：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件是計(jì)算機(jī)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件是使計(jì)算機(jī)能夠有效工作的各種程序和數(shù)據(jù)。選項(xiàng)A只提到了計(jì)算機(jī)硬件中的運(yùn)算器、存儲(chǔ)器和控制器，不完整；選項(xiàng)B外部設(shè)備和主機(jī)屬于硬件部分；選項(xiàng)C實(shí)用程序只是軟件的一部分。2.下列數(shù)中最小的數(shù)為（）。A.(101001)?B.(52)?C.(2B)??D.(44)??答案：A解析：將各選項(xiàng)的數(shù)都轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。選項(xiàng)A：\((101001)_2=1\times2^5+0\times2^4+1\times2^3+0\times2^2+0\times2^1+1\times2^0=32+8+1=41\)選項(xiàng)B：\((52)_8=5\times8^1+2\times8^0=40+2=42\)選項(xiàng)C：\((2B)_{16}=2\times16^1+11\times16^0=32+11=43\)選項(xiàng)D：\((44)_{10}=44\)比較可得\(41\)最小，即選項(xiàng)A最小。3.某機(jī)字長(zhǎng)32位，其中1位符號(hào)位，31位表示尾數(shù)。若用定點(diǎn)小數(shù)表示，則最大正小數(shù)為（）。A.\(+(12^{32})\)B.\(+(12^{31})\)C.\(2^{32}\)D.\(2^{31}\)答案：B解析：對(duì)于定點(diǎn)小數(shù)，符號(hào)位為0表示正數(shù)。尾數(shù)用31位表示，最大的尾數(shù)情況是31位全為1，其值為\(12^{31}\)，所以最大正小數(shù)為\(+(12^{31})\)。4.某計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)16位，其存儲(chǔ)容量為2MB，若按字編址，它的尋址范圍是（）。A.0～1MB.0～512KBC.0～2MD.0～256KB答案：A解析：首先將存儲(chǔ)容量\(2MB\)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)，\(2MB=2\times2^{20}B\)。因?yàn)樽珠L(zhǎng)為16位，即2字節(jié)，所以按字編址的存儲(chǔ)單元數(shù)為\(\frac{2\times2^{20}B}{2B}=2^{20}\)個(gè)，尋址范圍是\(0\)到\(2^{20}1\)，也就是\(0\)到\(1M\)。5.指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的目的主要是（）。A.實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序和程序控制B.縮短指令長(zhǎng)度，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性C.可以直接訪問(wèn)外存D.提供擴(kuò)展操作碼的可能并降低指令譯碼難度答案：B解析：不同的尋址方式可以使指令更靈活地訪問(wèn)操作數(shù)，能縮短指令長(zhǎng)度，擴(kuò)大尋址空間，方便程序員編程。選項(xiàng)A實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)程序和程序控制是計(jì)算機(jī)的基本工作原理；選項(xiàng)C指令一般不能直接訪問(wèn)外存；選項(xiàng)D擴(kuò)展操作碼和降低指令譯碼難度不是采用不同尋址方式的主要目的。二、填空題1.計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器、______、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。答案：控制器解析：這是計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的經(jīng)典五大部分組成，運(yùn)算器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的運(yùn)算，控制器負(fù)責(zé)指揮計(jì)算機(jī)各部件協(xié)調(diào)工作。2.已知\([X]_{補(bǔ)}=1.1011\)，則\([X]_{原}=\)______。答案：1.0101解析：補(bǔ)碼的符號(hào)位為1，說(shuō)明是負(fù)數(shù)。對(duì)于負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求原碼，符號(hào)位不變，數(shù)值位取反加1。補(bǔ)碼\(1.1011\)，數(shù)值位取反得\(1.0100\)，再加1得\(1.0101\)。3.主存儲(chǔ)器和CPU之間增加高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）的目的是______。答案：解決CPU和主存之間速度不匹配的問(wèn)題解析：CPU的速度遠(yuǎn)高于主存的速度，Cache的速度介于CPU和主存之間，通過(guò)Cache可以在一定程度上緩解CPU和主存之間的速度差異，提高計(jì)算機(jī)的整體性能。4.指令格式中，地址碼字段的位數(shù)決定了______。答案：尋址范圍解析：地址碼字段的位數(shù)越多，能夠表示的地址數(shù)量就越多，從而尋址范圍也就越大。5.微程序控制器主要由控制存儲(chǔ)器、______和微地址形成部件等組成。答案：微指令寄存器解析：微程序控制器中，控制存儲(chǔ)器存放微程序，微指令寄存器存放從控制存儲(chǔ)器中取出的微指令，微地址形成部件用于產(chǎn)生下一條微指令的地址。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)中采用二進(jìn)制的主要原因。答案：易于物理實(shí)現(xiàn)：二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)狀態(tài)，在電子元件中很容易實(shí)現(xiàn)，例如晶體管的導(dǎo)通和截止、電容的充電和放電等都可以分別表示0和1。運(yùn)算規(guī)則簡(jiǎn)單：二進(jìn)制的算術(shù)運(yùn)算規(guī)則相對(duì)簡(jiǎn)單，如加法和乘法運(yùn)算只有幾種情況，便于硬件電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。適合邏輯運(yùn)算：計(jì)算機(jī)中的邏輯判斷可以用二進(jìn)制的0和1表示，邏輯運(yùn)算規(guī)則與二進(jìn)制的運(yùn)算規(guī)則相契合，便于實(shí)現(xiàn)各種邏輯電路?？垢蓴_能力強(qiáng)：由于只有兩個(gè)狀態(tài)，在傳輸和處理過(guò)程中，信息的識(shí)別和判斷比較容易，受外界干擾的影響較小，可靠性高。2.什么是指令周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期？它們之間有什么關(guān)系？答案：指令周期：是指CPU從取出一條指令并執(zhí)行該指令所需的全部時(shí)間。它包含了取指令、分析指令和執(zhí)行指令等階段。機(jī)器周期：也稱為CPU周期，是指完成一個(gè)基本操作所需要的時(shí)間。通常一個(gè)指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期組成。時(shí)鐘周期：是計(jì)算機(jī)中最基本的時(shí)間單位，它是CPU時(shí)鐘信號(hào)的周期，由計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生。它們之間的關(guān)系是：指令周期包含若干個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期又包含若干個(gè)時(shí)鐘周期。即指令周期＞機(jī)器周期＞時(shí)鐘周期。3.簡(jiǎn)述Cache的工作原理。答案：Cache的工作原理基于程序訪問(wèn)的局部性原理，包括時(shí)間局部性和空間局部性。時(shí)間局部性是指如果一個(gè)存儲(chǔ)單元被訪問(wèn)，那么在不久的將來(lái)它很可能再次被訪問(wèn)；空間局部性是指如果一個(gè)存儲(chǔ)單元被訪問(wèn)，那么它附近的存儲(chǔ)單元也很可能被訪問(wèn)。當(dāng)CPU需要訪問(wèn)主存中的數(shù)據(jù)時(shí)，首先會(huì)在Cache中查找。如果數(shù)據(jù)在Cache中（命中），則直接從Cache中讀取數(shù)據(jù)給CPU，大大提高了訪問(wèn)速度；如果數(shù)據(jù)不在Cache中（不命中），則從主存中讀取該數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)所在的主存塊調(diào)入Cache中。如果Cache已滿，還需要根據(jù)一定的替換算法（如LRU算法）替換出Cache中的一個(gè)塊。四、計(jì)算題1.已知\(X=+0.1011\)，\(Y=0.0101\)，用補(bǔ)碼一位乘法計(jì)算\(X\timesY\)。答案：首先求\(X\)和\(Y\)的補(bǔ)碼：\(X=+0.1011\)，\([X]_{補(bǔ)}=0.1011\)。\(Y=0.0101\)，\([Y]_{補(bǔ)}=1.1011\)。設(shè)部分積\(P_0=0.0000\)，乘數(shù)\(Y_nY_{n+1}=11\)（初始附加位\(Y_{n+1}=0\)）。第一步：\(Y_nY_{n+1}=10\)，\(P_1=P_0[X]_{補(bǔ)}=0.00000.1011=1.0101\)，然后右移一位得\(P_1=1.1010\)。第二步：\(Y_nY_{n+1}=11\)，\(P_2=P_1+0=1.1010\)，右移一位得\(P_2=1.1101\)。第三步：\(Y_nY_{n+1}=01\)，\(P_3=P_2+[X]_{補(bǔ)}=1.1101+0.1011=0.1000\)，右移一位得\(P_3=0.0100\)。第四步：\(Y_nY_{n+1}=10\)，\(P_4=P_3[X]_{補(bǔ)}=0.01000.1011=1.1001\)，右移一位得\(P_4=1.1100\)。所以\([X\timesY]_{補(bǔ)}=1.1100\)，\(X\timesY=0.0100\)。2.某計(jì)算機(jī)主存容量為64KB，按字節(jié)編址，塊大小為16B，Cache容量為1KB。采用直接映射方式，計(jì)算：（1）主存地址位數(shù)和各字段位數(shù)。（2）畫出主存地址格式。答案：（1）主存容量為\(64KB=2^{16}B\)，所以主存地址位數(shù)為16位。Cache容量為\(1KB=2^{10}B\)，塊大小為\(16B=2^{4}B\)，則Cache的塊數(shù)為\(\frac{2^{10}B}{2^{4}B}=2^{6}\)塊。主存按塊劃分，塊大小為\(16B\)，所以塊內(nèi)地址位數(shù)為4位；Cache有\(zhòng)(2^{6}\)塊，所以Cache塊號(hào)位數(shù)為6位；主存塊標(biāo)記位數(shù)為\(1664=6\)位。（2）主存地址格式如下：|主存塊標(biāo)記（6位）|Cache塊號(hào)（6位）|塊內(nèi)地址（4位）|五、設(shè)計(jì)題設(shè)計(jì)一個(gè)4位并行加法器，要求用全加器實(shí)現(xiàn)，并說(shuō)明其工作原理。答案：設(shè)計(jì)：使用4個(gè)1位全加器（FA）級(jí)聯(lián)來(lái)構(gòu)成4位并行加法器。設(shè)兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)\(A=A_3A_2A_1A_0\)和\(B=B_3B_2B_1B_0\)，低位進(jìn)位\(C_0\)。將\(A_i\)和\(B_i\)分別連接到第\(i\)個(gè)全加器的兩個(gè)輸入端，第\(i\)個(gè)全加器的進(jìn)位輸出\(C_{i+1}\)連接到第\(i+1\)個(gè)全加器的進(jìn)位輸入。第1個(gè)全加器的進(jìn)位輸入為\(C_0\)，4個(gè)全加器的和輸出分別為\(S_3S_2S_1S_0\)。工作原理：每個(gè)全加器的功能是將兩個(gè)本位輸入和一個(gè)低位進(jìn)位輸入進(jìn)行相加，產(chǎn)生本位和輸出以及向高位的進(jìn)位輸出。對(duì)于第\(i\)個(gè)全加器，其輸入為\(A_i\)、\(B_i\)和\(C_i\)，輸出本位和\(S_i\)和進(jìn)位\(C_{i+1}\)。其邏輯表達(dá)式為\(S_i=A_i\oplusB_i\oplusC_i\)，\(C_{i+1}=A_iB_i+(A_i\oplusB_