作业帮计算机组成原理习题求解（cathe）
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：综合作业 时间：2024/05/09 18:41:52
计算机组成原理习题求解（cathe）
设某计算机采用直接映射方式,cathe容量是256KB,每块32KB,主存容量为4MB,访存时按字节寻址.求该主存地址需要多少位?cathe地址需要多少位?主存地址中个字段（标记位,块号和块内地址）各需要多少位?
设某计算机采用直接映射方式,cathe容量是256KB,每块32KB,主存容量为4MB,访存时按字节寻址.求该主存地址需要多少位?cathe地址需要多少位?主存地址中个字段（标记位,块号和块内地址）各需要多少位?
《计算机组成原理》课程简介
华南理工大学 黄钦胜 编
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门主干课程.从课程的地位来说,它的先导课程是数字逻辑、数字电路,后续课程是操作系统、系统结构等.可见,本课程起着承上启下和继往开来的作用.
一. 本课程的学习目的
1.通过本课程的学习,掌握单台计算机硬件系统各部件的组成及工作原理.
2.掌握由各部件组成整机的工作原理,从而较好地建立起计算机的整机概念.所谓整机概念,简单地说,就是在脑子里有一台运转起来的计算机.它包括运转起来的计算机各部件组成整机的方法及执行指令过程各部件之间的信息流动（空间概念）和各部件在时间上的密切配合及协调工作（时间概念）.
3.掌握计算机系统硬件分析,设计和调试的技能.
二. 本课程的主要学习内容
1.中央处理器CPU的组成原理
主要的内容是数据与文字在计算机中的表示、运算方法和运算器、控制器、指令系统和总线系统.
2.存储器系统的组成及输入输出系统
主要的内容是高速缓冲存储器Cache、主存储器、外存储器和由他们组成的多级存储系统,常用的输入/输出设备和输入/输出系统.
三.本课程的主要特点：
要求有较扎实的基础,知识面广；
在课程间承上启下,课程内各部分密切相关；
3.概念多、抽象、难度大.
根据以上的特点,要求在学习《计算机组成原理》课前先修《数字逻辑和数字系统》和《数字电路》等课程.
四．本课程的学习方法
学习本课程必须弄清硬件系统各部件的组成及工作原理,要在理解的基础上记住有关的原理、概念和术语.
解决好各章的顺序渐进学习和各部分紧密相关的问题,解决的方法主要是通过听课和不断的学习、复习,有意识有目的地围绕“整机概念”这一最大的难点主动地学习.
理论联系实际,实践出真知.
认真听课,依时按质完成一定量的习题,解决似懂非懂的问题.
不要把《计算机组成原理》作为纯粹的硬件课程来学习,可能的话,分析某计算机系统的监控程序或PC的基本输入输出系统(BIOS).
五. 主要的参考文献
1.黄钦胜 朱娟,计算机组成原理,电子工业出版社,2003年.
2.黄钦胜等,计算机组成原理习题与题解,电子工业出版社,2004年.
第1章 计算机系统概论
内容提要：
计算机系统是一个由软件和硬件组成的、用以实现数据处理的、非常复杂的自动化设备.本章讲述：计算机的分类和应用,计算机硬件、软件的概念和组成,计算机系统主要性能指标及按功能划分的多级层次结构.
1.1 计算机的发展、分类和应用
1.1.1 计算机的发展
1．电子计算机,人类计算工具的伟大发明
2. 电子数字计算机的飞速发展
50多年来计算机发展经历的五个阶段.
小结：前四代分代的主要标志是按所使用的主要逻辑元件分.
1.1.2 计算机的分类
1.电子模拟计算机(Analogical Computer)
2.电子数字计算机(Digital Computer)
用断续(离散)的物理状态(如电压高低等)代表运算的数字、符号的计算装置.
特点:不连续量,不连续地跳动计算.
1．1．3 计算机的应用
凡能归结为算术运算的计算或能严格规格化的数都可由计算机来求解.
计算机的硬件
1．2．1 冯·诺依曼计算机的设计思想
采用二进制数表示指令、数据及其它非数据信息
2. 存储程序控制
存储程序——将解题程序(连同必须的原始数据)预先存入存储器；
程序控制——控制器依据存储的程序,控制全机自动、协调的完成解题任务.
计算机系统的组成
(1) 硬件：计算机系统使用的电子线路和物理装置.
(2) 软件：计算机系统中使用的各种程序及全部文档的总称.
1.2.2 硬件各部件的组成及主要功能
1.存储器(Memory)：存储程序和数据信息的部件.
（1）功能：存储信息.
（2）组成：
① 存储体MB——存储元件的有序集合,存储二进制代码；
② 地址寄存器AR——寄存访问内存储器的地址码；
③ 数据寄存器DR——暂存要写入MB或从MB读出的代码；
④ 读写控制电路——控制存储器进行读或写的操作.
（3）几个术语：
① 单元地址：存储单元的地址编号；
② 存储单元：存放一个字(或字节)的编址单元；
③ 存储容量：存储单元的总数.
例如64KB 即64×1024×8位；
常用容量单位：1KB = 210 B = 1024B 1MB = 210KB
1GB = 210MB 1TB = 210GB
2.运算器(ALU)：实现算术运算和逻辑运算功能的部件.
（1）功能: 运算——完成数字信息的加工、寄存、移位等.
（2）组成:
① 加法器(或还有乘、除法器)；
② 寄存器组；输入输出门.
3.控制器(Control Unit)：向计算机各部件发出控制信息的部件.
（1）功能：控制指令的读出、解释和执行、中断事件的处理等 .
（2）组成：
① 指令部件：
程序计数器PC——提供要执行的指令地址；
指令寄存器IR——寄存现行指令；
指令译码器ID——解释现行指令,产生相应的控制电位.
② 时序部件：产生计算机运行所需的时序信号.
③ 微操作信号发生器：产生执行指令的微操作控制信号.
（3）有关术语和概念：
① 中央处理器（CPU）——包括运算器（ALU）和控制器（CU）；
② 主机——指CPU和内存储器；
③ 计算机中的信息流：
指令流——在取指令周期,从内存à控制器(IR)的信息流；
数据流——在执行周期,内存ßà运算器的信息流.
4.输入/输出(I/O)设备
5.适配器（I/O接口）： I/O设备与主机之间互相连接(缓冲)的部件.
此外,硬设备还有控制台(Console)、电源(Power Supply)等.
1．3 计算机系统的软件（图1.5）
1．3．1 软件的组成与分类
1.系统程序：使用和管理计算机系统的程 序.
2.应用程序：用户开发并使用的各种程序.
1．3．2 软件的发展
计算机语言发展的方向：
标准化、积木化、产品化,最终是向自然语言发展,并能自动生成程序.
1．4 计算机的工作过程及主要技术指标
1. 计算机的工作过程是周而复始地取出指令、解释指令和执行指令的过程.
2. 计算机的主要技术指标
1) 字长：计算机内参加运算的数所包含的二进制位数.寄存器的位数与之相对应.
字长标志着机器表示数的精度.字长越长,精度越高.
字长通常是8的整倍数,使能存放整数个字符的编码.例如8、16、32、64位等.
2) 存储容量：
决定计算机可以处理的数据量和程序的大小；
存储容量越大,存储的信息越多,解题的功能越强.
3) 运算速度：计算机每秒钟执行指令的条数.
运算速度单位：MIPS (百万条指令每秒)；
衡量：平均运算速度(吉布森（Gibson）法,混合计算法)；
求法：先求平均运算时间T：
图
1.7
计算机系统的层次结构示意图
高级语言级
汇编语言级
操作系统级
一般机器级
微程序设计级
3
级
2
级
1
级
4
级
5
级
编译程序
汇编程序
操作系统
微程序
微程序直接由硬件执行
式中： n ——指令的种类；
f i ——第i种指令出现的频度(%)；
t i ——第i种指令的指令周期(秒).
则平均运算速度： V＝1/T；
1．5 计算机系统的层次结构
1．5．1 多级组成的计算机系统
1．微程序设计级：微指令直接由硬件执行.
2．一般机器级(机器语言级)：由微程序
解释机器指令系统,属硬件级.
3．操作系统级：由操作系统程序实现.
4．汇编语言级：由汇编程序支持执行.
5．高级语言级：由高级语言编译程序支持执行.
1．5．2 软件与硬件的逻辑等价性：
1．机器功能的软硬件划分：取决于价格,速度,可靠性,存储容量,变更周期等；
2．软件和硬件在逻辑功能上是等效的：合理分配软硬件之功能是计算机总体结构的重要内容；
华南理工大学 黄钦胜 编
《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业的一门主干课程.从课程的地位来说,它的先导课程是数字逻辑、数字电路,后续课程是操作系统、系统结构等.可见,本课程起着承上启下和继往开来的作用.
一. 本课程的学习目的
1.通过本课程的学习,掌握单台计算机硬件系统各部件的组成及工作原理.
2.掌握由各部件组成整机的工作原理,从而较好地建立起计算机的整机概念.所谓整机概念,简单地说,就是在脑子里有一台运转起来的计算机.它包括运转起来的计算机各部件组成整机的方法及执行指令过程各部件之间的信息流动（空间概念）和各部件在时间上的密切配合及协调工作（时间概念）.
3.掌握计算机系统硬件分析,设计和调试的技能.
二. 本课程的主要学习内容
1.中央处理器CPU的组成原理
主要的内容是数据与文字在计算机中的表示、运算方法和运算器、控制器、指令系统和总线系统.
2.存储器系统的组成及输入输出系统
主要的内容是高速缓冲存储器Cache、主存储器、外存储器和由他们组成的多级存储系统,常用的输入/输出设备和输入/输出系统.
三.本课程的主要特点：
要求有较扎实的基础,知识面广；
在课程间承上启下,课程内各部分密切相关；
3.概念多、抽象、难度大.
根据以上的特点,要求在学习《计算机组成原理》课前先修《数字逻辑和数字系统》和《数字电路》等课程.
四．本课程的学习方法
学习本课程必须弄清硬件系统各部件的组成及工作原理,要在理解的基础上记住有关的原理、概念和术语.
解决好各章的顺序渐进学习和各部分紧密相关的问题,解决的方法主要是通过听课和不断的学习、复习,有意识有目的地围绕“整机概念”这一最大的难点主动地学习.
理论联系实际,实践出真知.
认真听课,依时按质完成一定量的习题,解决似懂非懂的问题.
不要把《计算机组成原理》作为纯粹的硬件课程来学习,可能的话,分析某计算机系统的监控程序或PC的基本输入输出系统(BIOS).
五. 主要的参考文献
1.黄钦胜 朱娟,计算机组成原理,电子工业出版社,2003年.
2.黄钦胜等,计算机组成原理习题与题解,电子工业出版社,2004年.
第1章 计算机系统概论
内容提要：
计算机系统是一个由软件和硬件组成的、用以实现数据处理的、非常复杂的自动化设备.本章讲述：计算机的分类和应用,计算机硬件、软件的概念和组成,计算机系统主要性能指标及按功能划分的多级层次结构.
1.1 计算机的发展、分类和应用
1.1.1 计算机的发展
1．电子计算机,人类计算工具的伟大发明
2. 电子数字计算机的飞速发展
50多年来计算机发展经历的五个阶段.
小结：前四代分代的主要标志是按所使用的主要逻辑元件分.
1.1.2 计算机的分类
1.电子模拟计算机(Analogical Computer)
2.电子数字计算机(Digital Computer)
用断续(离散)的物理状态(如电压高低等)代表运算的数字、符号的计算装置.
特点:不连续量,不连续地跳动计算.
1．1．3 计算机的应用
凡能归结为算术运算的计算或能严格规格化的数都可由计算机来求解.
计算机的硬件
1．2．1 冯·诺依曼计算机的设计思想
采用二进制数表示指令、数据及其它非数据信息
2. 存储程序控制
存储程序——将解题程序(连同必须的原始数据)预先存入存储器；
程序控制——控制器依据存储的程序,控制全机自动、协调的完成解题任务.
计算机系统的组成
(1) 硬件：计算机系统使用的电子线路和物理装置.
(2) 软件：计算机系统中使用的各种程序及全部文档的总称.
1.2.2 硬件各部件的组成及主要功能
1.存储器(Memory)：存储程序和数据信息的部件.
（1）功能：存储信息.
（2）组成：
① 存储体MB——存储元件的有序集合,存储二进制代码；
② 地址寄存器AR——寄存访问内存储器的地址码；
③ 数据寄存器DR——暂存要写入MB或从MB读出的代码；
④ 读写控制电路——控制存储器进行读或写的操作.
（3）几个术语：
① 单元地址：存储单元的地址编号；
② 存储单元：存放一个字(或字节)的编址单元；
③ 存储容量：存储单元的总数.
例如64KB 即64×1024×8位；
常用容量单位：1KB = 210 B = 1024B 1MB = 210KB
1GB = 210MB 1TB = 210GB
2.运算器(ALU)：实现算术运算和逻辑运算功能的部件.
（1）功能: 运算——完成数字信息的加工、寄存、移位等.
（2）组成:
① 加法器(或还有乘、除法器)；
② 寄存器组；输入输出门.
3.控制器(Control Unit)：向计算机各部件发出控制信息的部件.
（1）功能：控制指令的读出、解释和执行、中断事件的处理等 .
（2）组成：
① 指令部件：
程序计数器PC——提供要执行的指令地址；
指令寄存器IR——寄存现行指令；
指令译码器ID——解释现行指令,产生相应的控制电位.
② 时序部件：产生计算机运行所需的时序信号.
③ 微操作信号发生器：产生执行指令的微操作控制信号.
（3）有关术语和概念：
① 中央处理器（CPU）——包括运算器（ALU）和控制器（CU）；
② 主机——指CPU和内存储器；
③ 计算机中的信息流：
指令流——在取指令周期,从内存à控制器(IR)的信息流；
数据流——在执行周期,内存ßà运算器的信息流.
4.输入/输出(I/O)设备
5.适配器（I/O接口）： I/O设备与主机之间互相连接(缓冲)的部件.
此外,硬设备还有控制台(Console)、电源(Power Supply)等.
1．3 计算机系统的软件（图1.5）
1．3．1 软件的组成与分类
1.系统程序：使用和管理计算机系统的程 序.
2.应用程序：用户开发并使用的各种程序.
1．3．2 软件的发展
计算机语言发展的方向：
标准化、积木化、产品化,最终是向自然语言发展,并能自动生成程序.
1．4 计算机的工作过程及主要技术指标
1. 计算机的工作过程是周而复始地取出指令、解释指令和执行指令的过程.
2. 计算机的主要技术指标
1) 字长：计算机内参加运算的数所包含的二进制位数.寄存器的位数与之相对应.
字长标志着机器表示数的精度.字长越长,精度越高.
字长通常是8的整倍数,使能存放整数个字符的编码.例如8、16、32、64位等.
2) 存储容量：
决定计算机可以处理的数据量和程序的大小；
存储容量越大,存储的信息越多,解题的功能越强.
3) 运算速度：计算机每秒钟执行指令的条数.
运算速度单位：MIPS (百万条指令每秒)；
衡量：平均运算速度(吉布森（Gibson）法,混合计算法)；
求法：先求平均运算时间T：
图
1.7
计算机系统的层次结构示意图
高级语言级
汇编语言级
操作系统级
一般机器级
微程序设计级
3
级
2
级
1
级
4
级
5
级
编译程序
汇编程序
操作系统
微程序
微程序直接由硬件执行
式中： n ——指令的种类；
f i ——第i种指令出现的频度(%)；
t i ——第i种指令的指令周期(秒).
则平均运算速度： V＝1/T；
1．5 计算机系统的层次结构
1．5．1 多级组成的计算机系统
1．微程序设计级：微指令直接由硬件执行.
2．一般机器级(机器语言级)：由微程序
解释机器指令系统,属硬件级.
3．操作系统级：由操作系统程序实现.
4．汇编语言级：由汇编程序支持执行.
5．高级语言级：由高级语言编译程序支持执行.
1．5．2 软件与硬件的逻辑等价性：
1．机器功能的软硬件划分：取决于价格,速度,可靠性,存储容量,变更周期等；
2．软件和硬件在逻辑功能上是等效的：合理分配软硬件之功能是计算机总体结构的重要内容；