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一、简答题

1． 说明总线结构对计算机系统性能的影响。

【答案】总线结构对计算机系统的性能影响有以下四点：

（1）简化了硬件的设计。从硬件的角度看，面向总线是由总线接口代替了专门的

由总线规范给出了传输线或信号的规定，并对存储器、设备和

的规定，所以，面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定制作插件等，将它们连入总线即可工作，而不必考虑总线的详细操作。

（2）简化了系统结构。整个系统结构清晰，连线少，底板连线可以印刷化。

（3）系统扩充性好。一是规模扩充，二是功能扩充。规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件；功能扩充 仅仅需要按总线标准设计一些新插件，插件插入机器的位置往往没有严格的限制。这就使系统扩充既简单又快速可靠，而且也便于查错。

（4）系统更新性能好。存储器、接口等都是按总线规约挂到总线上的，故只要总线设计恰当，可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件，对系统进行更新，且这种更新只需更新需要更新 的插件，其他插件和底板连线一般不需更改。

2． 数字计算机有哪些主要应用？

【答案】数字计算机的主要应用有：科学计算、自动控制、测量和测试、信息处理、教育和卫生、家用电器、人工智能。

3． CTU 的性能指标有哪些? 其概念是什么？

【答案】把运算器和控制器合在一起称为中央处理机，简称CPU 。其性能指标主要有以下几个方面：

（1）主频：CPU 的时钟频率（CPU Clock Speed）；

（2）内存总线速度：指CPU 与二级（L2）高速缓存和内存之间的通信速度；

（3）扩展总线速度：指安装在微机系统上的局部总线如VESA 或PCI 总线接口卡的工作速度；

（4）工作电压：指CPU 正常工作所需的电压；

（5）地址总线宽度：决定了CPU 可以访问的物理地址空间，对于486以上的微机系统，地址线的宽度为32位，最多可以直接访问4096MB 的物理空间；

（6）数据总线宽度：决定了CPU 与二级高速缓存、内存以及输入/输出设备之间一次数据

第 2 页，共 30 页 接口，如何挂在总线上都作了具体插件、存储器插件以及

传输的信息量。

（7）主频/时钟周期：CPU 的工作节拍受主时钟控制，主时钟不断产生固定频率的时钟，主时钟的频率（f ）叫CPU 的主频，度量单位是MHz （兆赫兹）、GHz （吉赫兹）；

主频的倒数称为CPU 时钟周期（T ），T=l/f，度量单位是

CPU 执行时间=CPU时钟周期数×CPU 时钟周期；

4． 指令和数据均存放在内存中，计算机如何区分它们是指令还是数据？

【答案】（1）取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；

（1）执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它流向运算器。

5． 冯•诺依曼型计算机的主要设计思想是什么? 它包括哪些主要组成部分？

【答案】冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是存储程序并按地址顺序执行，它由运算器，控制器，存储器，适配器及I/O设备组成。

（8）CPU 执行时间：表示CPU 执行一般程序所占用的CPU 时间，可用下式计算：

二、分析题

6． 某机字长16位，使用四片74181组成算术/逻辑运算单元，设最低位序号标注为第0位。

（1）写出第5位的进位信号（：6的逻辑表达式；

（2）估算产生所需的最长时间；

（3）估算最长求和时间。

【答案】（1）组成最低四位的74181进位输出为

为向第0位进位

其中

.

所以

（2）设标准门延迟时间为T , “与或非”门延迟时间为1.5T ，产生

面输入端

制参数 的路径应当从74181最下 算起，经过1个反相器和4级“与或非”门，故最长延迟时间为（3）最长求和时间应从施加操作数到ALU 算起：第一片74181有3级“与或非”门（产生控

，第二、三片74181共2级反相器和2级“与或非”门（进位链）第四片74181

7． 如图表示使用页表的虚实地址转换条件，页表存放在相联存储器中，其容量为8个存储单元，求：

（1）当CPU 按虚拟地址1去访问主存时，主存的实地址是多少？

第 3 页，共 30 页 求和逻辑（1级与或非门和1级半加器，设其延迟时间为3T ），故总的加法时间

为

（2）当CPU 按虚拟地址2去访问主存时，主存的实地址是多少？

（3）当CPU 按虚拟地址3去访问主存时，主存的实地址是多少？

图

【答案】（1）用虚拟地址为1的页号15作为页表检索项，查得页号为15的页在主存中的起始地址为80000, 故将80000与虚拟地址中的页内地址0324相加，求得主存实地址为80324。

（2）同理，主存实地址

（3）虚拟地址3的页号为48, 查页表时，发现此页面在页表中不存在，此时操作系统暂停用户作业程序的执行，转去查页表程序。如该页面在主存中，则将该页号及该页在主存中的起始地址写入主存；如该页面不在主存中，则操作系统要将该页面从外存调入主存，然后将页号及其主存中的起始地址写入页表。

8． 某计算机系统的内存储器由cache 和主存构成，cache 的存取周期为45ns , 主存的存取周期为200ns 。已知在一段给定的时间内，CPU 共访问内存4500次，其中340次访问主存。问：

（1）cache 的命中率是多少？

（2）CPU 访问内存的平均时间是多少纳秒？

（3）cache-主存系统的效率是多少？

【答案】（1）cache 的命中率

（2）CPU 访存的平均时间

（3）cache-主存系统的效率

9． 假设一条指令的指令周期分为取指令、指令译码、执行指令三个子过程段，且这三个子过程延迟时间相等，即每个子过程延迟时间都为T 。假设某程序共同n=10000条指令，请写出如下两种情况下CPU 执行该程序所需的时间，画出时空图。

（1）指令顺序执行方式；

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