计算机组成原理（第2版）：练习.ppt

计算机组成原理是计算机科学的基础，它探讨了计算机硬件系统的基本构造和工作原理。在这些练习题目中，涉及了多个核心概念： 1. **冯·诺依曼计算机结构**：冯·诺依曼计算机的设计中，指令和数据都以二进制形式存储在内存中。CPU通过不同的寻址方式和指令周期的特定阶段来区分它们。例如，问题09-11中提到，CPU区分指令和数据的依据不是操作码的译码结果或存储单元的位置，而是根据指令周期的不同阶段。 2. **浮点数运算**：浮点数的加减运算涉及对阶、尾数运算、规格化、舍入和溢出检查等步骤。在问题09-13中，浮点数的阶码和尾数用补码表示，并给出了具体的数值计算。计算结果显示发生了溢出，表明结果超出了表示范围。 3. **Cache和主存映射**：Cache是高速缓冲存储器，用于提高数据访问速度。问题14中，根据2路组相联映射方式和主存按字节编址，计算了主存129号单元所在的Cache组号。 4. **存储器组织**：问题15讨论了如何用不同规格的ROM和RAM芯片构建存储器。这里需要计算所需的芯片数量，考虑到ROM区和RAM区的大小以及芯片的容量。 5. **指令寻址**：在问题16中，转移指令的相对寻址被用来计算转移后的目标地址。根据位移量和PC的自动增量，可以确定转移后的地址。 6. **指令流水线**：指令流水线提高了CPU执行速度，但其时钟周期受到最慢段的时间限制。问题18中，CPU时钟周期至少应为各段中最慢的时间90ns。 7. **控制器类型**：微程序控制器和硬布线控制器各有优缺点。问题19指出，硬布线控制器具有更快的执行速度，但修改和扩展指令功能更困难。 8. **总线带宽**：总线带宽是数据传输速率的度量。问题20中，通过计算总线周期内的数据传输量来确定总线带宽。 9. **Cache性能**：问题21讨论了Cache的命中率，这是衡量Cache效率的重要指标。这里的命中率为95%，即950次访问中成功找到数据900次。 10. **中断和I/O管理**：问题22和43涉及到中断和DMA（直接存储器访问）在数据传输中的应用。中断服务程序的执行时间和CPU开销会影响CPU的利用率，而DMA允许数据直接在设备和内存之间传输，减轻了CPU负担。 这些题目覆盖了计算机组成原理中的关键概念，如存储系统、指令执行、I/O交互以及性能评估。通过解决这些问题，可以深入理解计算机硬件的工作机制。