计算机组成与系统章节内容归纳及例题精选.doc

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第1章计算机系统概论(4学时)

本章的内容重点旨在搞清楚计算机的系统层次结构，包括计算机硬件的基本组成(五大部件的构成)、计算机软件的分类，以及计算机的基本工作过程。还需要了解计算机性能评价指标和相关参数。

例题1.1什么是计算机系统？说明计算机系统的层次结构。

【解】计算机系统包括硬件和软件。从计算机系统的层次结构来看，它通常可有五个以上的层次，在每一个层次上上都能进行程序设计。由下至上可排序为：第一级微程序机器级，微指令由硬件直接执行；第二级传统机器级，用微程序解释机器指令；第三级操作系统级，一般用机器语言程序解释执行操作系统调度控制命令；第四级汇编语言机器级，这一级由汇编程序支持和执行；第五级高级语言机器级，采用高级语言编程，由各种高级语言编译程序支持和执行。上述五级中的第一级和第二级是物理机器级，由硬件直接支持执行；第三级及以上级皆由相应的程序支持执行，所以属于虚拟机。还可以有第六级、第七级等由特定的应用程序支持的更高级虚拟机。

例题1.2什么是主机？什么是CPU？什么是存储器？简述它们的功能。

【解】主机包括运算器、控制器和存储器。其功能是在控制器的指挥下，逐条地从存储器中取出指令、分析指令，发出各种不同的命令，在运算器中完成各种算术逻辑运算，并将结果存储与存储器中。

CPU包括运算器和控制器，又称为中央处理机，它具有运算器和控制器的功能。

存储器用来存放程序和数据。

例题1.3计算机的硬件指标有哪些？

【解】计算机的硬件指标主要有：

机器字长：CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的内部寄存器位数有关；

存储容量：包括主存容量和辅存容量，是存放二进制信息量的总和，可用位(bit)或字节(Byte)来衡量；

运算速度：可用MIPS(MillionInstructionPerSecond,每秒执行的百万条指令数)、CPI(CyclePerInstruction,每执行一条指令所需的时钟周期数)或FLOPS(FloatingPointOperationPerSecond,每秒浮点运算次数)来衡量运算速度。

例题1.4什么是机器字长？指令字长、存储字长？

【解】机器字长指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的内部寄存器位数有关。指令字长是指机器指令中二进制代码的总位数。存储字长是指存储单元中存放二进制信息的总位数。三者可以相等也可以不等，视不同机器而定。

第3章系统总线(6学时)

总线就是一组进行互连和传输信息(指令、数据和地址)的信号线，通过本章的学习，要重点掌握：

总线的基本概念，总线的分类，以及总线的组成和性能指标(例如，各类总线的宽度会影响哪些部件的性能等)。

总线操作规程、总线通信控制方式(同步通信方式和异步通信方式)及总线仲裁方法(包括集中仲裁方式和分布仲裁方式)。

对总线的标准(正式标准和工业标准)有所了解，总线标准主要规定总线的机械结构规范、功能结构规范和电气规范。

例题3.1为了减轻总线负载且避免多个部件同时使用总线，总线上的部件应具备什么特点？

【解】以CPU片内总线为例，在每个需要将信息送至总线的寄存器输出端接三态门，由三态门的控制端控制什么时刻由哪个寄存器输出。当输出端无效时，寄存器和总线之间呈高阻状态。如下图所示：

例题3.2什么是总线的负载能力？

【解】总线的负载能力即驱动能力，通常是当指总线街上负载(功能设备，如CPU、存储器、设备接口等)后，总线输入输出的逻辑电平是否能保持在正常的额定范围内。例如，PC总线中的输出信号在输出低电平时，要吸收电流，这时的负载能力即指当它吸收的电流超过规定值时，仍能保持额定的逻辑低电平。总线输出高电平时，要输出电流，这使得负载能力即指当它向负载输出的电流超过规定值时，仍能保持额定的逻辑高电平。

例题3.3某总线在一个总线周期中可并行传送8个字节数据。假设一个总线周期等于一个时钟周期，总线的时钟周期频率为66MHz，求总线的带宽。并分析哪些因素影响总线的带宽。

【解】总线带宽是指单位时间内总线上可传输数据的位数，通常用每秒钟传送信息的字节数来衡量，单位可用字节/秒(Bps)表示。

设总线的时钟频率为f，则总线的时钟周期T=1/f，根据在一个总线周期（即一个时钟周期）内并行传输8B，得总线带宽为：

8B/T=8B×f=8B×66×106Hz=528MBps(1M=220)

影响总线带宽的因素有：总线传输频率、总线宽度、传输距离以及数据传输形式(并行、串行)等

例题3.4设一个32位微处理器配有16位的外部数据总线，时钟频率为50MHz，若总线传输的最短周期为4个时钟周期，试问处理器的最大数据传输率是多少？若想提高一倍数据传输率，可采用什么措施？

【解】根据题目给定的数据，该总线的最