计算机组成原理是计算机科学的基础,它涉及计算机系统的基本构造和工作原理。期中考试的答案宣贯涵盖了以下几个核心知识点:
1. **冯·诺依曼体系结构**:这是现代计算机的基础,由五大部分组成:控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备。它的主要思想是“存储程序和程序控制”,即将程序和数据存储在同一内存中,通过控制器按照预设的指令顺序执行。
2. **存储容量**:存储容量表示存储器能够存储的二进制位数量,通常用KB、MB、GB等单位来衡量。**单元地址**是存储器中每个存储单元的唯一标识,用于定位数据。**数据字**和**指令字**则分别指的是存储在内存中的数据和指令,它们可能是单个操作数或指令的一部分。
3. **原码和补码乘法**:原码阵列乘法器和补码阵列乘法器是实现二进制乘法的方法。例如,对于浮点数的乘法,需要考虑正负号,原码表示会包含一个符号位,而补码表示用于处理负数。
4. **浮点数表示**:浮点数由阶码(指数)和尾数( mantissa)组成。题目中给出的浮点格式包括10位阶码(移码表示)、22位尾数(补码表示)。最大和最小数的表示取决于阶码的范围和尾数的符号。规格化数是浮点数的一种特殊形式,其尾数不包含前导零,这限制了可表示的数值范围。
5. **内存组织**:构建内存系统时,通常使用DRAM芯片。对于64位机器,如果地址线为26位,使用256K×16位的DRAM芯片,可以计算出所需的模块板数量、每个模块板上的芯片数量以及总芯片数。模块板的选择通过地址线的高位进行译码实现。
6. **缓存效率与访问时间**:缓存(Cache)和主存(Memory)的性能可以通过命中率(hit rate)和平均访问时间(Average Access Time, AAT)来评估。这里的命中率为2420/(2420+80),AAT计算涉及缓存和主存的存储周期。
7. **寻址方式**:根据操作数的位置,寻址方式包括直接寻址(操作数在寄存器中)、间接寻址(操作数地址在寄存器中)、立即寻址(操作数在指令中)、直接寻址(操作数地址在主存中),以及相对、基址和变址寻址(涉及寄存器、位移量和地址的组合)。
8. **指令长度**:指令长度为20位的计算机,意味着指令集架构可能是精简指令集(RISC)或复杂指令集(CISC)中的某种,指令长度固定,有助于简化硬件设计和提高执行效率。
以上内容是计算机组成原理中的一些关键概念和计算方法,涵盖了从基本结构到高级特性的理解,是学习和掌握计算机系统运作的基础。