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2003年秋计算机组成技术试卷.doc
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简介：本文档为《2003年秋计算机组成技术试卷doc》，可适用于人文社科领域，主题内容包含试题：　计算机组成技术　　　　　　　班号：　　　　　　　　姓名：哈工大年秋季学期班号姓名计算机组成技术试题题号一二三四五六七八九十总分分数一、单项选符等。
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有时候为了测试网络情况，需要返回每个阶段的耗时时间，比如DNS解析耗时，建立连接所消耗的时间，从建立连接到准备传输所使用的时间，从建立连接到传输开始所使用的时间，整个过程耗时，下载的数据量，下载速度，上传数据量，上传速度等等
有时候为了测试网络情况，需要返回每个阶段的耗时时间，比如DNS解析耗时，建立连接所消耗的时间，从建立连接到准备传输所使用的时间，从建立连接到传输开始所使用的时间，整个过程耗时，下载的数据量，下载速度，上传数据量，上传速度等等。下面的脚本获取以上信息：
CURL的资料参见： http://curl.haxx.se/libcurl/c/curl_easy_getinfo.html
代码如下:###################################### author: www.ttlsa.com &&###### QQ群:
&&&&###### E-mail:
&######################################use Data::Duse WWW::Curl::E
if(!@ARGV){&print "Usaging: $0 url\n";&print "For example: $0 www.ttlsa.com\n";&}
my $curl = new WWW::Curl::Eopen my $response_body,"&/dev/null";$curl-&setopt(CURLOPT_HEADER,1);$curl-&setopt(CURLOPT_URL, $ARGV[0]);$curl-&setopt(CURLOPT_WRITEDATA,\$response_body);$curl-&my $err = $curl-&if(!$err){&my $st = &getT&my $http_code = $curl-&getinfo(CURLINFO_RESPONSE_CODE);&my $http_dns_time = $curl-&getinfo(CURLINFO_NAMELOOKUP_TIME);&my $http_conn_time = $curl-&getinfo(CURLINFO_CONNECT_TIME);&#my $http_APP_time = $curl-&getinfo(CURLINFO_APPCONNECT_TIME);&my $http_PRE_TRAN_time = $curl-&getinfo(CURLINFO_PRETRANSFER_TIME);&my $http_START_TRAN_time = $curl-&getinfo(CURLINFO_STARTTRANSFER_TIME);&my $http_TOTAL_time = $curl-&getinfo(CURLINFO_TOTAL_TIME);&my $http_SIZE_DOWN = $curl-&getinfo(CURLINFO_SIZE_DOWNLOAD);&my $http_SPEED_DOWN = $curl-&getinfo(CURLINFO_SPEED_DOWNLOAD);
&printf "local_time: %s, http_code: %d, dns_time: %.3fms, conn_time: %.3fms, pre_tran_time: %.3fms, start_tran_time: %.3fms, total_time: %.3fms, size_download: %dB, speed_download: %dB/s",($st,$http_code,$http_dns_time,$http_conn_time,$http_PRE_TRAN_time,$http_START_TRAN_time,$http_TOTAL_time,$http_SIZE_DOWN,$http_SPEED_DOWN);&
&format STDOUT_TOP=&站点各类响应时间明细-@||&$%&=========================&+---------------------+------+-------------+--------------+--------------------------+------------------------+-------------+-----------+------------+&| 本地时间 | 状态 | DNS解析时间 | 建立连接时间 | 从建立连接到准备传输时间 |从建立连接到开始传输时间| 整个过程时间| 下载数据量|平均下载速度|&+---------------------+------+-------------+--------------+--------------------------+------------------------+-------------+-----------+------------+&.
&format STDOUT=&|@&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&| @&&&&| @&&&&&&&&&&&| @&&&&&&&&&&&&| @&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&| @&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&| @&&&&&&&&&&&| @&&&&&&&&&| @&&&&&&&&&&|&$st,$http_code,$http_dns_time."ms",$http_conn_time."ms",$http_PRE_TRAN_time."ms",$http_START_TRAN_time."ms",$http_TOTAL_time."ms",$http_SIZE_DOWN."B",$http_SPEED_DOWN."B/s"&+---------------------+------+-------------+--------------+--------------------------+------------------------+--------------+----------+------------+&.}else{&print "Error: $err\n";}
sub getTime(){&my @time=(localtime)[5,4,3,2,1,0];&$time[0]+=1900;&$time[1]+=1;&return sprintf("%04u-%02u-%02u %02u:%02u:%02u",@time);}shell命令下也有相同的命令如下所示：
代码如下: # curl -o /dev/null -s -w %{http_code}:%{http_connect}:%{time_namelookup}:%{time_connect}:%{time_pretransfer}:%{time_starttransfer}:%{time_total}:%{size_download}:%{speed_download} www.ttlsa.com
不解释了，具体参见 man curl使用 cURL 获取站点的各类响应时间 – dns解析时间,响应时间,传输时间
代码如下: curl -o /dev/null -s -w %{http_code}:%{http_connect}:%{content_type}:%{time_namelookup}:%{time_redirect}:%{time_pretransfer}:%{time_connect}:%{time_starttransfer}:%{time_total}:%{speed_download} digdeeply.org
这是一个本人博客站点执行 curl 命令的情况。输出通常是 HTML 代码，通过 -o 参数发送到 /dev/null。-s 参数去掉所有状态信息。-w 参数让 curl 输出的计时器的状态信息。 一次http请求中的各个时间段-dns解析,等待服务器响应,获取内容等 下边对-w参数做个详细的解释，由我(DigDeeply)翻译。有不对的地方请大家指出。(英文原文：http://curl.haxx.se/docs/manpage.html) 以下是可用的变量名： 　-w, --write-out 　以下变量会按CURL认为合适的格式输出，输出变量需要按照%{variable_name}的格式，如果需要输出%，double一下即可，即%%，同时，\n是换行，\r是回车，\t是TAB。 url_effective The URL that was fetched last. This is most meaningful if you've told curl to follow location: headers. filename_effective The ultimate filename that curl writes out to. This is only meaningful if curl is told to write to a file with the --remote-name or --output option. It's most useful in combination with the --remote-header-name option. (Added in 7.25.1) http_code http状态码，如200成功,301转向,404未找到,500服务器错误等。(The numerical response code that was found in the last retrieved HTTP(S) or FTP(s) transfer. In 7.18.2 the alias response_code was added to show the same info.) http_connect The numerical code that was found in the last response (from a proxy) to a curl CONNECT request. (Added in 7.12.4) time_total 总时间，按秒计。精确到小数点后三位。 （The total time, in seconds, that the full operation lasted. The time will be displayed with millisecond resolution.） time_namelookup DNS解析时间,从请求开始到DNS解析完毕所用时间。(The time, in seconds, it took from the start until the name resolving was completed.) time_connect 连接时间,从开始到建立TCP连接完成所用时间,包括前边DNS解析时间，如果需要单纯的得到连接时间，用这个time_connect时间减去前边time_namelookup时间。以下同理，不再赘述。(The time, in seconds, it took from the start until the TCP connect to the remote host (or proxy) was completed.) time_appconnect 连接建立完成时间，如SSL/SSH等建立连接或者完成三次握手时间。(The time, in seconds, it took from the start until the SSL/SSH/etc connect/handshake to the remote host was completed. (Added in 7.19.0)) time_pretransfer 从开始到准备传输的时间。(The time, in seconds, it took from the start until the file transfer was just about to begin. This includes all pre-transfer commands and negotiations that are specific to the particular protocol(s) involved.) time_redirect 重定向时间，包括到最后一次传输前的几次重定向的DNS解析，连接，预传输，传输时间。(The time, in seconds, it took for all redirection steps include name lookup, connect, pretransfer and transfer before the final transaction was started. time_redirect shows the complete execution time for multiple redirections. (Added in 7.12.3)) time_starttransfer 开始传输时间。在发出请求之后，Web 服务器返回数据的第一个字节所用的时间(The time, in seconds, it took from the start until the first byte was just about to be transferred. This includes time_pretransfer and also the time the server needed to calculate the result.) size_download 下载大小。(The total amount of bytes that were downloaded.) size_upload 上传大小。(The total amount of bytes that were uploaded.) size_header 下载的header的大小(The total amount of bytes of the downloaded headers.) size_request 请求的大小。(The total amount of bytes that were sent in the HTTP request.) speed_download 下载速度，单位-字节每秒。(The average download speed that curl measured for the complete download. Bytes per second.) speed_upload 上传速度,单位-字节每秒。(The average upload speed that curl measured for the complete upload. Bytes per second.) content_type 就是content-Type，不用多说了，这是一个访问我博客首页返回的结果示例(text/ charset=UTF-8)；(The Content-Type of the requested document, if there was any.) num_connects Number of new connects made in the recent transfer. (Added in 7.12.3) num_redirects Number of redirects that were followed in the request. (Added in 7.12.3) redirect_url When a HTTP request was made without -L to follow redirects, this variable will show the actual URL a redirect would take you to. (Added in 7.18.2) ftp_entry_path The initial path libcurl ended up in when logging on to the remote FTP server. (Added in 7.15.4) ssl_verify_result ssl认证结果，返回0表示认证成功。( The result of the SSL peer certificate verification that was requested. 0 means the verification was successful. (Added in 7.19.0)) 若多次使用-w参数，按最后一个的格式输出。If this option is used several times, the last one will be used.
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常用在线小工具计算机组成原理_唐朔飞第二版课后主要习题、补充题答案 .doc 第 1 章 计算机系统概论1. 什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？解：P3计算机系统：由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。计算机硬件：指计算机中的电子线路和物理装置。计算机软件：计算机运行所需的程序及相关资料。硬件和软件在计算机系统中相互依存，缺一不可，因此同样重要。4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构？答：计算机体系结构：是机器语言程序设计者和汇编语言程序设计者所见到的计算机系统的概念性结构和功能特性（包括指令系统、寄存器种类、数的表示、寻址方式等） 。 （注意：不同计算机层次结构中的程序员看到的计算机属性是不同的。 ）计算机组成：是怎样指实现计算机体系结构所体现的属性。如：乘法指令使用的乘法器如何实现，指令译码如何实现，是用组合逻辑，还是用微程序，如何取指令等，这都属于计算机组成的问题。5. 冯o诺依曼计算机的特点是什么？解：冯o诺依曼计算机的特点是：P8? 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；? 指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；? 指令和数据均用二进制表示；? 指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；? 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；? 机器以运算器为中心（原始冯o诺依曼机） 。7. 解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。解：P9-10主机：是计算机硬件的主体部分，由 CPU 和主存储器 MM 合成为主机。CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的 CPU 内除含有运算器和控制器外还集成了 CACHE） 。主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述） 。机器字长：指 CPU 一次能处理的二进制数据的位数，通常与 CPU 的寄存器位数有关。 指令字长：一条指令的二进制代码位数。8. 解释下列英文缩写的中文含义：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答应分英文全称、中文名、功能三部分。CPU：Central Processing Unit，中央处理机（器） ，是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址。IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。CU：Control Unit，控制单元（部件） ，为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。ACC：Accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。MQ：Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。X：此字母没有专指的缩写含义，可以用作任一部件名，在此表示操作数寄存器，即运算器中工作寄存器之一，用来存放操作数；MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。MDR：Memory Data Register，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。I/O：Input/Output equipment，输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界信息的转换与传送。MIPS：Million Instruction Per Second，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位。9. 画出主机框图，分别以存数指令“STA M”和加法指令“ADD M”（M 均为主存地址）为例，在图中按序标出完成该指令（包括取指令阶段）的信息流程（如→①） 。假设主存容量为256M*32 位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，指出图中各寄存器的位数。解：主机框图如 P13 图 1.11 所示。（1）STA M 指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，ACC→MDR，MAR→MM，WR（2）ADD M 指令：PC→MAR，MAR→MM，MM→MDR，MDR→IR，OP(IR) →CU，Ad(IR) →MAR，RD，MM→MDR，MDR→X，ADD，ALU→ACC，ACC→MDR，WR假设主存容量 256M*32 位，在指令字长、存储字长、机器字长相等的条件下，ACC、X、IR、MDR 寄存器均为 32 位，PC 和 MAR 寄存器均为 28 位。11. 指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？解：计算机区分指令和数据有以下 2 种方法：? 硬件设计为：在取指令阶段（或取指微程序） ，存储单元地址由 PC（程序计数器）送出，取出的数据送往 IR（指令寄存器） ，这个数据就成了指令。? 硬件设计为：在执行指令的取操作数阶段（或相应微程序） ，存储单元地址由地址码部分送出，取出的数据送往运算器的操作数寄存器，这个数据就成了数。补充单选题：1、甲计算机和乙计算机的指令系统相同。我们可以肯定地说，这两种计算机的（ & &）相同。A． 组成 & & & & & & & & & &B. &系统结构C. &组成和系统结构 & & & & & D. &组成和系统结构可能都不答案：B2．已知某计算机 MAR 有 32 位，MDR 有 32 位。问这个计算机主存容量最大可以有多少字节？答案：主存容量=2 32*（32/8）=2 30*22*4=16（GB）第 2 章 计算机的发展及应用1. 通常计算机的更新换代以什么为依据？答：P22主要以组成计算机基本电路的元器件为依据，如电子管、晶体管、集成电路等。2. 举例说明专用计算机和通用计算机的区别。答：按照计算机的效率、速度、价格和运行的经济性和实用性可以将计算机划分为通用计算机和专用计算机。通用计算机适应性强，但牺牲了效率、速度和经济性，而专用计算机是最有效、最经济和最快的计算机，但适应性很差。例如个人电脑和计算器。3. 什么是摩尔定律？该定律是否永远生效？为什么？答：P23，否，P36第 3 章 系统总线1. 什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线负载，总线上的部件应具备什么特点？答：P41.总线是多个部件共享的传输部件。总线传输的特点是：某一时刻只能有一路信息在总线上传输，即分时使用。为了减轻总线负载，总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通。4. 为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？答：总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求；特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。5. 解释下列概念：总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备（或主模块） 、总线的从设备（或从模块） 、总线的传输周期和总线的通信控制。答：P46。总线宽度：通常指数据总线的根数；总线带宽：总线的数据传输率，指单位时间内总线上传输数据的位数；总线复用：指同一条信号线可以分时传输不同的信号。总线的主设备（主模块）：指一次总线传输期间，拥有总线控制权的设备（模块） ；总线的从设备（从模块）：指一次总线传输期间，配合主设备完成数据传输的设备（模块） ，它只能被动接受主设备发来的命令；总线的传输周期：指总线完成一次完整而可靠的传输所需时间；总线的通信控制：指总线传送过程中双方的时间配合方式。6. 试比较同步通信和异步通信。答：同步通信：指由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。适合于速度差别不大的场合。异步通信：指没有统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。8. 为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点？答：半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间。10. 为什么要设置总线标准？你知道目前流行的总线标准有哪些？什么叫 plug and play？哪些总线有这一特点？答：总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题；目前流行的总线标准有：ISA、EISA、PCI 等；plug and play：即插即用，EISA、PCI 等具有此功能。11. 画一个具有双向传输功能的总线逻辑图。答：在总线的两端分别配置三态门，就可以使总线具有双向传输功能。a 0a 1a n b nb 1b 0a 至 b b 至 a12. 设数据总线上接有 A、B、C、D 四个寄存器，要求选用合适的 74 系列芯片，完成下列逻辑设计：（1） 设计一个电路，在同一时间实现 D→A、D→B 和 D→C 寄存器间的传送；（2） 设计一个电路，实现下列操作：T0 时刻完成 D→总线；T1 时刻完成总线→A；T2 时刻完成 A→总线；T3 时刻完成总线→B。解：（1）由 T 打开三态门将 D 寄存器中的内容送至总线 bus，由 cp 脉冲同时将总线上的数据打入到 A、B、C 寄存器中。 T 和 cp 的时间关系如图（1）所示。A B Cc p 脉冲总线 b u s三态门DTTc p图（1）（2）三态门 1 受 T0＋T1 控制，以确保 T0 时刻 D→总线，以及 T1 时刻总线→接收门1→A。三态门 2 受 T2＋T3 控制，以确保 T2 时刻 A→总线，以及 T3 时刻总线→接收门2→B。T0、T1、T2、T3 波形图如图（2）所示。图(2)3.14 设总线的时钟频率为 8MHz，一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个时钟周期中并行传送 16 位数据，试问总线的带宽是多少？解：∵一个总线周期等于一个时钟周期；∴一个总线频率= 一个时钟频率=8MHz总线的带宽=8*（16/8）=16Mbps讲解：总线的时钟频率：是总线工作计时的基本时钟频率。总线的时钟频率是总线的时钟周期的倒数。总线周期：完成一次总线传输数据所耗费的时间。又叫总线传输周期。总线传输频率：是单位时间内完成多少次总线数据传输总线传输频率是总线周期的倒数。要注意，总线时钟周期与总线周期的区别；总线时钟频率与总线传输频率的区别。3.15 在一个 32 位的总线系统中，总线的时钟频率为 66MHz，假设总线的最短传输周期为 4 个时钟周期，试计算总线的最大数据传输率。若想提高数据传输率，可采取什么措施？解：最高的总线传输频率=66/4总线的最大数据传输率=（66/4）*（32/8）=66Mbps若想提高数据传输率，可提高时钟频率，和增大总线宽度，和降低总线的最短传输周期。3 章补充题：补 1、什么叫总线？为什么系统总线又叫板级总线？P43答：总线：分时共享，界面标准，带控制电路的传输介质。系统总线：CPU、内存、IO 外设接口之间的总线。系统总线通常做在主板和插卡板上，所以又叫板级总线。补 2、什么叫片内总线？举例说明。P43答：片内总线：芯片内部各元件连挂的总线。例：1. CPU 芯片内部，各数据寄存器、运算器之间的连接总线。2. 内存芯片内部各存储单元所连接总线。补 3、总线特性包括哪 4 项？解释个项特性。P45-46答：⒈ 机械特性：插头插座的几何尺寸、形状、引脚个数及排列顺序、接头处的可靠结束。⒉ 电气特性：总线每根线信号传输方向、有效电平。⒊ 功能特性：总线每根线信号的意义（功能） 。⒋ 时间特性：总线各线有效信号之间的时序关系。补 4、总线性能指标包括哪 7 个方面？解释各性能指标。 P46答：⒈ 总线宽度：数据总线的根数；⒉ 总线带宽：单位时间内数据总线上传输的数据位数。是数据传输速度的描述。=（每秒传递数据的次数）*（1 次传多少个字节）= 总线的工作频率 *（总线宽度/8）⒊ 时钟同步或异步：同步总线：数据传输方式由时钟信号的顺序控制（与时序同步） 。异步总线：数据传输方式由应答信号控制（与时序不同步） 。⒋ 总线复用：一条信号线上分时传输两中信号（充分利用硬件，节省硬件） 。⒌ 信号线数：地址、数据、控制三总线的根数总和。⒍ 总线控制方式：多个部件争用总线，决定哪个部件取得总线使用权的控制方式⒎ 负载能力、电源电压、总线宽度能否扩展等补 5、什么是总线标准？为什么要设置总线标准？P45-47答：总线标准是对：总线的机械、电气、功能、时间特性及宽度、带宽、同步/异步、复用、线数、控制方式、负载能力、电源电压性能指标的规定。设置总线标准：⒈ 解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题；⒉ 接口的任一方，只需按总线标准要求完成自身的设计，无需了解对方的连接要求，这样为计算机接口的软硬件设计提供了方便。补 6、什么是总线周期？它分为哪 4 个阶段？P59答：总线周期：连接在总线上的两个部件完成一次完整可靠的信息传输的时间；总线周期分 4 个阶段：⒈ 总线申请授权阶段；⒉ 寻址阶段：主模块发从模块地址及有关命令，启动从模块；⒊ 传数阶段；⒋ 结束阶段：主模块有关信息撤除，让出总线使用权。补 7、异步串行传输方式要求字符格式为：1 位起始位，8 位数据位，1 位数据的奇校验位，1 位终止位。画出传输数据 59H 的波形图（要求图中转送数据方向由右向左） 。P63 例 3-3解：异步串行传输方式规定：起始位：0，终止位：1，传输顺序：低位到高位。奇校验位应使数据位和校验位的 1 的个数为奇数个，所以为：1 。起始位 D0=1 D1=0 D2=0 D3=1 D4=1 D5=0 D6=1 D7=0奇校验位终止位第 4 章1.解释概念：主存：与 CPU 通过地址总线直接联系的，存放当前执行的指令和处理的数据的存储器。辅存：与主存直接联系的，断电也能保存指令和数据的存储器。如：硬盘，U 盘。Cache：高速缓冲存储器，位置在 CPU 和主存之间，起提高存储系统访问速度的存储器RAM：可读写存储器SRAM：静态可读写存储器DRAM : 动态可读写存储器ROM: 只读存储器PROM:一次编程只读存储器EPROM:紫外线搽除可编程只读存储器EEPROM:电搽除可编程只读存储器CDROM:只读关盘Flash Memory:闪速存储器，工作环境下电搽除可编程只读存储器3. 存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？答：存储器的层次结构主要体现在 Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。Cache-主存层次在存储系统中主要对 CPU 访存起加速作用，即从整体运行的效果分析，CPU访存速度加快，接近于 Cache 的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。主存与 CACHE 之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存储器，程序员可使用这个比主存实际空间（物理地址空间）大得多的虚拟地址空间（逻辑地址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的。4. 说明存取周期和存取时间的区别。解：存取周期和存取时间的主要区别是：存取时间仅为完成一次操作的时间，而存取周期不仅包含操作时间，还包含操作后线路的恢复时间。即：存取周期 = 存取时间 + 恢复时间5. 什么是存储器的带宽？若存储器的数据总线宽度为 32 位，存取周期为 200ns，则存储器的带宽是多少？解：存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。存储器带宽 = 1/200ns ×32 位 = 160M 位/秒 = 20MB/秒 = 5M 字/秒注意：字长 32 位，不是 16 位。 （注：1ns=10 -9s）6. 某机字长为 32 位，其存储容量是 64KB，按字编址它的寻址范围是多少？若主存以字节编址，试画出主存字地址和字节地址的分配情况。解：存储容量是 64KB 时，按字节编址的寻址范围就是 64K，如按字编址，其寻址范围为：64K / （32/8）= 16K主存字地址和字节地址的分配情况：（略） 。7. 一个容量为 16K×32 位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选用下列不同规格的存储芯片时，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：地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46 根；选择不同的芯片时，各需要的片数为：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8. 试比较静态 RAM 和动态 RAM。答：本质区别：静态 RAM 的存储元由 MOS 管构成触发器，能稳定地保存 bit 信息。动态 RAM 的存储元由电容构成，由于漏电，不能长时间保存 bit 信息。引起下面的区别：9. 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。解：刷新：对 DRAM 定期进行的全部重写过程；刷新原因：因电容泄漏而引起的 DRAM 所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三种：集中式、分散式、异步式。集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在 CPU 访存死时间。分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无 CPU 访存死时间。异步式：是集中式和分散式的折衷。10. 半导体存储器芯片的译码驱动方式有几种？解：半导体存储器芯片的译码驱动方式有两种：线选法和重合法。线选法：地址译码信号只选中同一个字的所有位，结构简单，费器材；重合法：地址分行、列两部分译码，行、列译码线的交叉点即为所选单元。这种方法通过行、列译码信号的重合来选址，也称矩阵译码。可大大节省器材用量，是最常用的译码驱动方式。11. 一个 8K×8 位的动态 RAM 芯片，其内部结构排列成 256×256 形式，存取周期为 0.1μs。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少？解：采用分散刷新方式刷新间隔为:2ms，其中刷新死时间为：256×0.1μs=25.6μs采用分散刷新方式刷新间隔为：256×（0.1μs+×0.1μs）=51.2μs采用异步刷新方式刷新间隔为:2ms12. 画出用 1024×4 位的存储芯片组成一个容量为 64K×8 位的存储器逻辑框图。要求将 64K 分成 4 个页面，每个页面分 16 组，指出共需多少片存储芯片。解：设采用 SRAM 芯片，则：总片数 = （64K×8 位） / （1024×4 位）= 64×2 = 128 片题意分析：本题设计的存储器结构上分为总体、页面、组三级，因此画图时也应分三级画。首先应确定各级的容量：页面容量 = 总容量 / 页面数 = 64K×8 / 4 &= 16K×8 位，4 片 16K×8 字串联成64K×8 位组容量 = 页面容量 / 组数 & = 16K×8 位 / 16 = 1K×8 位，16 片 1K×8 位字串联成16K×8 位组内片数 = 组容量 / 片容量 = 1K×8 位 / 1K×4 位 = 2 片，两片 1K×4 位芯片位并联成 1K×8 位存储器逻辑框图：（略） 。13. 设有一个 64K×8 位的 RAM 芯片，试问该芯片共有多少个基本单元电路（简称存储基元）？欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片，要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小，试确定这种芯片的地址线和数据线，并说明有几种解答。解：存储基元总数 = 64K×8 位 = 512K 位 = 2 19位；思路：如要满足地址线和数据线总和最小，应尽量把存储元安排在字向，因为地址位数和字数成 2 的幂的关系，可较好地压缩线数。解：设地址线根数为 a，数据线根数为 b，则片容量为：2 a×b = 219；b = 2 19-a；若 a = 19，b = 1，总和 = 19+1 = 20；a = 18，b = 2，总和 = 18+2 = 20；a = 17，b = 4，总和 = 17+4 = 21；a = 16，b = 8，总和 = 16+8 = 24；…… & & ……由上可看出：片字数越少，片字长越长，引脚数越多。片字数减 1、片位数均按 2 的幂变化。结论：如果满足地址线和数据线的总和为最小，这种芯片的引脚分配方案有两种：地址线 = 19 根，数据线 = 1 根；或地址线 = 18 根，数据线 = 2 根。14. 某 8 位微型机地址码为 18 位，若使用 4K×4 位的 RAM 芯片组成模块板结构的存储器，试问：（1）该机所允许的最大主存空间是多少？（2）若每个模块板为 32K×8 位，共需几个模块板？（3）每个模块板内共有几片 RAM 芯片？（4）共有多少片 RAM？（5）CPU 如何选择各模块板？解：（1）该机所允许的最大主存空间是：2 18 × 8 位 = 256K×8 位 = 256KB（2）模块板总数 = 256K×8 / 32K×8 = 8 块（3）板内片数 = 32K×8 位 / 4K×4 位 = 8×2 = 16 片（4）总片数 = 16 片×8 = 128 片（5）CPU 通过最高 3 位地址译码输出选择模板，次高 3 位地址译码输出选择芯片。地址格式分配如下：模板号 （ 3 位 ） & & & & & & & &芯片号 &（ 3 位 ） & & & & & & & & 片内地址 （ 1 2 位 ）15. 设 CPU 共有 16 根地址线，8 根数据线，并用 （低电平有效）作访存控制信号，MREQ作读写命令信号（高电平为读，低电平为写） 。现有下列存储芯片：ROM（2K×8 位，W/R4K×4 位，8K×8 位） ，RAM（1K×4 位，2K×8 位，4K×8 位） ，及 74138 译码器和其他门电路（门电路自定） 。试从上述规格中选用合适芯片，画出 CPU 和存储芯片的连接图。要求：（1）最小 4K 地址为系统程序区， 地址范围为用户程序区；（2）指出选用的存储芯片类型及数量；（3）详细画出片选逻辑。解：（1）地址空间分配图：系统程序区（ROM 共 4KB）：0000H-0FFFH用户程序区（RAM 共 12KB）：1000H-FFFFH（2）选片：ROM：选择 4K×4 位芯片 2 片，位并联RAM：选择 4K×8 位芯片 3 片，字串联(RAM1 地址范围为:1000H-1FFFH,RAM2 地址范围为 2000H-2FFFH, RAM3 地址范围为:3000H-3FFFH)（3）各芯片二进制地址分配如下：A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0ROM1,20 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0RAM10 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0RAM20 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0RAM30 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1CPU 和存储器连接逻辑图及片选逻辑如下图(3)所示：C P UR O M 1 R A M 1 R A M 2 R A M 37 4 1 3 8R O M 2D 0D 3D 4D 7R / WA 1 1A 00Y27A 1 5A 1 4A 1 3A 1 2MREQ2GBABCG/ECSCSCSE. . . . . .. . .. . .. . . . . . . . . . . . . . .. . ..........图（3）16. CPU 假设同上题，现有 8 片 8K×8 位的 RAM 芯片与 CPU 相连，试回答：（1）用 74138 译码器画出 CPU 与存储芯片的连接图；（2）写出每片 RAM 的地址范围；（3）如果运行时发现不论往哪片 RAM 写入数据后，以 A000H 为起始地址的存储芯片都有与其相同的数据，分析故障原因。（4）根据（1）的连接图，若出现地址线 A13 与 CPU 断线，并搭接到高电平上，将出现什么后果？解：（1）CPU 与存储器芯片连接逻辑图：C P UR A M 07 4 1 3 8R A M 1D 0D 7A 1 2A 00Y27YA 1 5A 1 4A 1 3MREQ2GBABC CSCSCS. . .. . .. . .. . . . . . . . .. . .......R A M 7. . ....W/REWEWE+ 5 V（2）地址空间分配图：RAM0:0000H-1FFFH & & & &RAM1:2000H-3FFFHRAM2:4000H-5FFFHRAM3:6000H-7FFFHRAM4:8000H-9FFFHRAM5:A000H-BFFFHRAM6:C000H-DFFFHRAM7:E000H-FFFFH（3）如果运行时发现不论往哪片 RAM 写入数据后，以 A000H 为起始地址的存储芯片(RAM5)都有与其相同的数据，则根本的故障原因为：该存储芯片的片选输入端很可能总是处于低电平。假设芯片与译码器本身都是好的，可能的情况有：1）该片的-CS 端与-WE 端错连或短路；2）该片的-CS 端与 CPU 的-MREQ 端错连或短路；3）该片的-CS 端与地线错连或短路。（4）如果地址线 A13 与 CPU 断线，并搭接到高电平上，将会出现 A13 恒为“1”的情况。此时存储器只能寻址 A13=1 的地址空间(奇数片)，A13=0 的另一半地址空间（偶数片）将永远访问不到。若对 A13=0 的地址空间（偶数片）进行访问，只能错误地访问到 A13=1 的对应空间(奇数片)中去。17. 写出 、 对应的汉明码。解：有效信息均为 n=4 位，假设有效信息用 b4b3b2b1 表示校验位位数 k=3 位， （2 k&=n+k+1）设校验位分别为 c1、c2、c3，则汉明码共 4+3=7 位，即：c1c2b4c3b3b2b1校验位在汉明码中分别处于第 1、2、4 位c1=b4⊕b3⊕b1c2=b4⊕b2⊕b1c3=b3⊕b2⊕b1当有效信息为 1100 时，c3c2c1=011,汉明码为 1110100。当有效信息为 1101 时，c3c2c1=100,汉明码为 0011101。当有效信息为 1110 时，c3c2c1=101,汉明码为 1011110。当有效信息为 1111 时，c3c2c1=010,汉明码为 . 已知收到的汉明码（按配偶原则配置）为 00、1100001，检查上述代码是否出错？第几位出错？解：假设接收到的汉明码为：c1’c2’b4’c3’b3’b2’b1’纠错过程如下：P1=c1’⊕b4’⊕b3’⊕b1’P2=c2’⊕b4’⊕b2’⊕b1’P3=c3’⊕b3’⊕b2’⊕b1’如果收到的汉明码为 1100100，则 p3p2p1=011，说明代码有错，第 3 位（b4’ ）出错，有效信息为：1100如果收到的汉明码为 1100111，则 p3p2p1=111，说明代码有错，第 7 位（b1’ ）出错，有效信息为：0110如果收到的汉明码为 1100000，则 p3p2p1=110，说明代码有错，第 6 位（b2’ ）出错，有效信息为：0010如果收到的汉明码为 1100001，则 p3p2p1=001，说明代码有错，第 1 位（c1’ ）出错，有效信息为：000122. 某机字长 16 位，常规的存储空间为 64K 字，若想不改用其他高速的存储芯片，而使访存速度提高到 8 倍，可采取什么措施？画图说明。解：若想不改用高速存储芯片，而使访存速度提高到 8 倍，可采取八体交叉存取技术，8 体交叉访问时序如下图：单体访存周期启动存储体 0启动存储体 1启动存储体 2启动存储体 3启动存储体 4启动存储体 5启动存储体 6启动存储体 718. 什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？解：程序运行的局部性原理指：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大 (大约 5:1 )。存储系统中 Cache—主存层次采用了程序访问的局部性原理。25. Cache 做在 CPU 芯片内有什么好处？将指令 Cache 和数据 Cache 分开又有什么好处？答：Cache 做在 CPU 芯片内主要有下面几个好处：1）可提高外部总线的利用率。因为 Cache 在 CPU 芯片内，CPU 访问 Cache 时不必占用外部总线。2）Cache 不占用外部总线就意味着外部总线可更多地支持 I/O 设备与主存的信息传输，增强了系统的整体效率。3）可提高存取速度。因为 Cache 与 CPU 之间的数据通路大大缩短,故存取速度得以提高。将指令 Cache 和数据 Cache 分开有如下好处：1）可支持超前控制和流水线控制，有利于这类控制方式下指令预取操作的完成。2）指令 Cache 可用 ROM 实现，以提高指令存取的可靠性。3）数据 Cache 对不同数据类型的支持更为灵活，既可支持整数（例 32 位） ，也可支持浮点数据（如 64 位） 。补充：Cache 结构改进的第三个措施是分级实现，如二级缓存结构，即在片内 Cache（L1）和主存之间再设一个片外 Cache（L2） ，片外缓存既可以弥补片内缓存容量不够大的缺点，又可在主存与片内缓存间起到平滑速度差的作用，加速片内缓存的调入调出速度。29. 执行没程序，访 Cache 4800 次，访主存 200 次。已知 Cache 存取周期 30ns,主存存取周期 150ns。求 Cache 命中率 H，Cache 主存系统平均访问时间 Ta, 访问效率 e，试问系统的性能提高了多少（访存储系统 1 次，节省多少 ns）？解：Cache 命中率 H=（访 Cache 次数）/（访 Cache 次数+访主存次数）=4800 / ( 4800 + 200 ) =24/25平均访问时间 Ta=（访 Cache 次数*Cache 存取周期 + 访主存次数*主存存取周期）/（访Cache 次数 + 访主存次数）=（*150）/（4800 + 200）=174000 /
/ 5 &ns访问效率 e =（Cache 存取周期）/ （平均访问时间 Ta）= 30 / （174/5）= 150/174 = 75/87访存储系统 1 次，节省时间=主存存取周期 -平均访问时间 Ta= 150 – 174/5 = 576/5 ns30. 一个组相连映射的 CACHE 由 64 块组成，每组内包含 4 块。主存包含 4096 块，每块由 128字组成，访存地址为字地址。试问主存和高速存储器的地址各为几位？画出主存地址格式。解：cache 组数：64/4=16 ，Cache 容量为：64*128=2 13字，cache 地址 13 位主存共分
区，每区 16 块主存容量为： 19字，主存地址 19 位，地址格式如下：主存字块标记（8 位） 组地址（4 位） 字块内地址（7 位）补 1、存储器的 3 个指标是什么？答：速度、容量、位价。补 2、存储器的缓存—主存层次，主要解决什么问题？存储器的主存—辅存层次，主要解决什么问题？答：缓存—主存层次：解决 CPU-主存速度不匹配问题。主存—辅存层次：解决存储系统容量问题。补 3、什么是逻辑（虚拟）地址？什么是物理（实际）地址？ P72答：逻辑（虚拟）地址：程序员编程所牵涉到的地址。物理（实际）地址：主存中能被访问的是在地址。补 4、虚实地址转换由什么完成，对什么程序员是透明的？答：虚实地址转换由硬件和操作系统完成。对应用程序员是透明的。4.5 题 & 前面有答案。补 5、半导体存储芯片，有哪几类引出脚？答：地址脚、数据脚、读写控制脚、片选脚、电源脚和地线补 6、半导体存储芯片内部，采用双译码器比采用单译码器的主要好处是什么？答：外部地址线很多时，内部双译码器输出端的和，要比内部单译码器的输出端少很多，便于制造。补 7、不坐在作业本上，自觉看懂 p76 图 4.9,、图 4.10，p77 图 4.11、p78 图 4.13、p79 图4.14 的工作原理。4.8 题 & 前面有答案。4.9 题 & 前面有答案。补 8：一个容量为 16K×32 位的存储器，其地址线和数据线的总和是多少？当选 2K×8 位的存储芯片时，需要多少片芯片？解：16K=2 4*210=214 地址线有 14 根地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46 根；用 8 位的芯片进行位扩展，扩展为 32 位，需要 32/8=4 片。形成一个 2K×32 位的芯片组。用 2K 的芯片组进行单元扩展，扩展为 16K，需要 16K/2K=8 组。形成一个 16K×32 位的存储器。需要的片数= 8*4 =32 片补 9：填下表，对海明校验和奇偶校验的比较校验位位数 校验位放置位置 自动纠错和发现错能力海明校验奇偶校验填表：校验位位数 校验位放置位置 自动纠错和发现错能力海明校验 多位 与数据位穿插放置 能自动纠 1 位错发现多位错奇偶校验 1 位 一般放在数据位端头 只能发现 1 位错，不能纠错补 10：选择题：使用海明校验的存储器，已知被访单元保存的数据有 1 位出错。当我们读这个单元时，会有结果（ &） 。A. 这个单元保存的数据会恢复成正确的B. 从这个单元读出数据有 1 位是错的。C. 这个单元保存的数据会恢复成正确的，读出数据也是正确的。D. 这个单元保存的数据仍有 1 位错，但读出的数据是正确的答案：D补 11、提高访存速度有哪三大措施？答：@n
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