【命題要點】計算機中數據的表示及運算：計算機中數據的表示、機器數運算。計算機組成：計算機部件（運算器、控制器、存儲器、I/O設備）、處理器的性能。存儲器：存儲介質（半導體存儲器、磁存儲器、光存儲器）、主存（類型、容量和性能）、 主存配置（交叉存取、多級主存）、輔存（容量和性能〕、存儲系統（虛擬存儲器、高速 緩沖存儲器）。輸入輸出結構和設備：I/O接口控制方式（中斷、DMA、通道），常用接口（SCSI、RS232、USB、IEEE1394、紅外線接口），輸入輸出設備類型和特征。指令系統：指令的分類、操作碼、尋址方式、CISC、RISC。提示：本章在最近幾次考試中一般占4題左右，重點考查指令流水線、高速緩沖存儲器Cache、CPU 的組成等內容。系統可靠性在最近4次考試中沒有出現。校驗碼是“數據通信基礎” 一章中的重點內容，本章只作簡單的介紹?！究键c1】計算機中數據的表示及運算一、機器數和碼制各種數據在計算機中的表示形式稱為機器數，其特點是采用二進制計數制，數的符號用0、1表示，小數點則隱含表示而不占位置。真值是機器數所代表的實際數值。機器數有無符號數和帶符號數兩種。無符號數表示正數，沒有符號位。對無符號數，若約定小數點的位置在機器數的最低位之后，則是純整數；若約定小數點位置在最高位之前，則是純小數。 帶符號數的最高位是符號位，其余位表示數值，同樣，若約定小數點的位置在機器數的最低位之后，則是純整數；若約定小數點位置在最高數值位之前（符號位之后），則是純小數。為方便運算，帶符號的機器數可采用原碼、反碼和補碼等不同的編碼方法，這些編碼方法稱為碼制。1.原碼表示法數值X的原碼記為[X]原 ，最高位為符號位,表示該數的符號，“0”表示正數，“1”表示負數，而數值部分仍保留著其真值的特征。2.反碼表示法反碼的符號的表示法與原碼相同。正數的反碼與正數的原碼形式相同；負數的反碼符號位仍為1，數值部分通過將負數原碼的數值部分各位取反（0變1，1變0）得到。3.補碼表示法正數的補碼與原碼相同。負數的補碼是反碼末位+1 (丟棄最高位向上的進位），它是最適合進行數字加減運算的數字編碼。二、定點數與浮點數1.定點數定點數是小數點的位置固定不變的數。通常采用兩種簡單的約定：將小數點的位置固定在數據的最高位之前，或者固定在最低位之后。前者為定點小數，后者為定點整數。當數據小于定點數能表示的最小值時，計算機將它們作0處理,稱為“下溢”；太于定點數能表示的最大值時，稱為 “上溢”，統稱為“溢出”。2.浮點數一個機器浮點數由階碼和尾數及其符號位組成，如圖1-1所示。 其中：尾數決定精度，階碼決定表示范圍，最適合表示浮點數階碼的數字編碼是移碼。為了在尾數中表示最多的有效數據位，以及數據表示的唯一性，將尾數的絕對值限制在區間[0.5,1]，當尾數（M)用補碼表示時，有兩種形式:M≥0,尾數規格化的形式：M=0.1X…X 。M<0，尾數規格化的形式：M=1.0X…X。例如，數110.011(B)=+0.110011╳2+11 (規格化尾數)=011001IX 2011 (機器數格式)表示為：0110110011三、機器數的運算1.機器數的加減運算在計算機中，通常只設置加法器，減法運算要轉換為加法運算來實現。機器數的加、減法運算一般用補碼來實現，其運算方法如下： [X±Y]補→[X] 補+[±Y] 補2.機器數的乘除運算在計算機中實現乘除運算，主要有3種方法：(1)純軟件方案，乘除運算通過程序來完成。該方法速度很慢。(2)通過增加少量的實現左右移位的邏輯電路來實現。(3)通過專用的硬件陣列乘法器（或除法器）來實現。3．浮點運算(1)浮點加減運算完成浮點數加減法有5個基本步驟：對階、尾數加減、規格化、舍入和檢查溢出。(2)浮點乘除運算浮點數相乘：其積的階碼等于兩乘數的階碼之和，尾數等于兩乘數的尾數之積，數符由兩乘數的數符按邏輯異或求出。浮點數相除：其商的階碼等于被除數的階碼減去除數的階碼，尾數等于被除數的厚數除以除數的尾數,數符由兩除數的數符按邏輯異或求出。四、校驗碼通常使用校驗碼的方法來檢測傳送的數據是否出錯?；舅枷胧前褦祿赡艹霈F的編碼分為兩類:合法編碼和錯誤編碼。合法編碼用于傳送數據，錯誤編碼是不允許在數據中出現的編碼。校驗碼中有一個重要概念是碼距。所謂碼距，是指一個編碼系統中任意兩個合法編碼之間至少有多少個二進制位不同。1.奇偶校驗碼奇偶檢驗通過在編碼中增加一位來使編碼中1的個數為奇數（奇校驗）或者為偶數（偶校驗）,從而使碼距變為2。對于奇（偶）校驗碼，能檢查出代碼信息中奇（偶）數位出錯的情況，而錯在哪些位卻不能檢查出來。也就是說它只能發現錯誤，但不能校正錯誤。奇偶校驗能夠發現大約50%的突發錯誤。若有奇數個比特位改變了，奇偶校驗就能夠檢測出該錯誤;若有偶數個比特位改變了，奇偶校驗就不能夠檢測出該錯誤。對于計算機網絡來說，50%的準確率是不夠的。2.海明碼海明碼是利用奇偶性來檢錯和校驗的方法。其構成方法是：在數據位之間插入k個校驗位,通過擴大碼距來實現檢錯和糾錯。3.循環冗余校驗碼循環冗余校驗碼化見(CRC)由兩部分組成，左邊為信息碼（數據），右邊為校驗碼。若CRC碼的字長為n,信息碼占k位，則校驗碼就占n-k位。校驗碼是由信息碼產生的，校驗位越長，校驗能力就越強。在求CRC編碼時，采用的是模2運算?！驹囶}1-1】 2013年5月真題5-6地址編號從80000H到BFFFFH且按字節編址的內存容量為（5）KB，若用16K X4bit的存儲器芯片構成該內存，共需多少(6)片。(5)A.128 B.256 C.512 D.1024(6)A.8 B.16 C.32 D.64解 析：地址編號從80000H到BFFFFH且按字節編址的內存容量是3FFFFH,即為262144B=256KB。若用16X4bit的存儲器芯片構成該內存，共需多少256/8=32片?！敬鸢福?5) B (6) C】【試題1-2】 2013年11月真題3若計算機存儲數據采用的是雙符號位(00表示正號、11表示負號），兩個符號相同的數相加時，如果運算結果的兩個符號位經 (3) 運算得1，則可斷定這兩個數相加的結果產生了溢出。A.邏輯與 B.邏輯或C.邏輯同或 D.邏輯異或解析：計算機運算溢出檢測機制，采用雙符號位，00表示正號，11表示負號如果進位將會導致符號位不一致，從而檢測出溢出。結果的符號位為01時，稱為上溢；為10時，稱為下溢。如果運算結果的兩個符號位經邏輯異或運算得1，則可斷定這兩個數相加的結果產生了溢出。【答案：（3）D】【試題1-3】 2012年11月真題3以下關于數的定點表示或浮點表示的敘述中，不正確的是（3）。A.定點表示法表示的數（稱為定點數）常分為定點整數和定點小數兩種.B.定點表示法中,小數點需要占用一個存儲位 .C.浮點表示法用階碼和尾數來表示數，稱為浮點數 .D.在總位數相同的情況下，浮點表示法可以表示更大的數解 析：實際處理的數既有整數部分又有小數部分，根據小數點位置是否固定，分為兩種表示格式：定點格式和浮點格式。計算機中的小數點是虛的，所以不占用存儲空間?！敬鸢福?3)B】【試題1-4】 2010年5月真題5若某整數的16位補碼為FFFFH(H表示十六進制),則該數的十進制值為(5)。A.0 B.-1 C 216-1 D. -216-1解析：負數的補碼：符號位為1，其余位為該數絕對值的原碼按位取反，然后整個數加1。-1的原碼1000000000000001，-1的反碼為1111111111111110，因此-1的補碼為 1111111111111111=FFFF?！敬鸢福?5)B】【試題1-5】 2010年11月真題2若計算機采用8位整數補碼表示數據，則 (2) 運算將產生溢出。A.-127+1 B.-127-1 C.127+1 D.127-1解析：8位整數補碼的表示范圍為-128～+127。[-128]補=10000000，［127］補=01111111。對于選項C中, 很明顯127+1=128超過了8位整數的表示范圍。我們也可以通過計算來證明： 兩個正數相加的結果是-128，產生錯誤的原因就是溢出?！敬鸢福海?）C】【考點1.2】計算機組成和中央處理器一、計算機組成計算機主要由中央處理器、存儲器和輸入/輸出設備組成，如圖1-2所示。 圖1-2計算機組成二、中央處理器中央處理器，即CPU，是運算器和控制器的合稱。1.CPU的功能（1）程序控制：通過執行指令來控制程序的執行順序。（2）操作控制：一條指令功能的實現需要若干操作信號來完成，CPU產生每條指令的操作信號并將其送往不同的部件，控制相應部件的操作。（3）時序控制：CPU通過時序電路產生的時鐘信號進定時，以控制各種操作按指定時序進行。（4）數據處理：完成對數據的加工處理。2.CPU的組成微處理器是計算機的核心部件，包括運算器、控制器、寄存器組3大部分，一般被集成在一個大規模集成芯片上，具有計算、控制、數據傳送、指令譯碼及執行等重要功能，它直接決定了計算機的主要性能。各主要功能部件介紹如下。（1）運算器運算器主要完成算術運算、邏輯運算和移位操作，主要部件有算術邏輯單元ALU、累加器ACC、標志寄存器、寄存器組、多路轉換器和數據總線等。（2）控制器控制器實現指令的讀入、寄存、譯碼和在執行過程有序地發出控制信號。控制器主要由指令寄存器IR、程序計數器PC、指令譯碼器、狀態/條件寄存器、時序產生器、微操作信號發生器組成。程序計數器：當程序順序執行時，每取出一條指令，程序計數器的內容自動增加一個值， 指向下一條要取的指令。指令寄存器：用于寄存當前正在執行的指令。指令譯碼器：用于對當前指令進行譯碼。狀態/條件寄存器：用于保存指令執行完成后產生的條件碼。另外還保存中斷和系統工作狀態等信息。時序產生器：用于產生節拍電位和時序脈沖。微操作信號發生器：根據指令提供操作信號，時序產生器提供時序信號。（3）寄存器寄存器用于暫存尋址和計算過程的信息。CPU中的寄存器通常分為存放數據的寄存器、存放地址的寄存器、存放控制信息的寄存器、存放狀態信息的寄存器和其他寄存器等類型。累加器：是一個數據寄存器，在運算過程中暫時存放被操作數和中間運算結果。通用寄存器組：是CPU中的一組工作寄存器。運算時，用于暫存操作數或地址。標志寄存器：也稱狀態寄存器，它用于記錄運算中產生的標志信息。指令寄存器：用于存放正在執行的指令。地址寄存器：包括程序設計器、堆棧指示器、變址寄存器、段地址寄存器等。其他寄存器： 如用于程序調試的“調試寄存器”、用于存儲管理的“描述符寄存器”等。三、流水線技術1.流水線技術原理流水線技術把CPU的一個操作進一步分解成多個可以單獨處理的子操作（如取指令、指令譯碼、取操作數、執行），使每個子操作在一個專門的硬件站上執行，這樣一個操作需要順序地經過流水線中多個站的處理才能完成。在執行的過程中，前后連續的幾個操作可以依次流入流水線在和個站間重疊執行。其工作原理如圖1-3所示 圖1-3流水線技術2.流水線處理機的主要指標設某流水線技術分為n個基本操作，操作時間分別是 (1)操作周期：取決于基本操作時間最長的一個。即操作周期為 (2)吞吐率：流水線的吞吐率為 (3)流水線的建立時間：第一條指令完成的時間 (4)執行饑條指令時間： 或 【試題1-6】 2013年11月真題2指令寄存器的位數取決于(3)。A.存儲器的容量 B.指令字長C.數據總線的寬度 D.地址總線的寬度解析：指令寄存器(IR,Instruction Register) 存放當前從主存儲器讀出的正在執行的一條指令。當執行一條指令時，先把它從內存取到數據寄存器(DR,Data Register)中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數字組成。因此,指令寄存器的位數取決于指令字長。【答案：⑵ B】【試題1-7】 2012年11月真題1在CPU中，(1)不僅要保證指令的正確執行，還要能夠處理異常事件。A.運算器 B.控制器 C.寄存器租 D.內部總線解析：運算器主要完成算術運算、邏輯運算和移位操作；控制器用于實現指令的讀入、寄存、譯碼和 在執行過程中有序地發出控制信號；寄存器用于暫存尋址和計算過程中的信息?！敬鸢福海?）B】【試題1-8】 2012年11月真題4 X、Y為邏輯變量，與邏輯表達式 等價的（4）。 解析：若X為真，則 的值為真，若X為假，則 的值取決于Y的邏輯值；符合題意的只有X+Y?！敬鸢福孩?D】【試題1-9】 2011年5月真題1在CPU中用于跟蹤指令地址的寄存器是 (1）。A.地址寄存器（MAR） B.數據寄存器（MDR）C.程序計數器（PC） D.指令寄存器（IR）解析：程序計數器是用于存放下一條指令所在單元的地址的地方。【答案:⑴ C】【試題1-10】 2010年11月真題3編寫匯編語言程序時，下列寄存器中，程序員可訪問的是（3）。 、A.程序計數器（PC） B.指令寄存器（IR）C.存儲器數據寄存器（MDR） D.存儲器地址寄存器（MAR）解析：為了保證程序能夠連續地執行下去，CPU必須具有某些手段來確定一條指令的地址。程序計數器PC的作用就是控制下一指令的位置，包括控制跳轉。 【答案：(3) A 】【試題1-11】 2011年11月真題1若某條無條件轉移匯編指令采用直接尋址，則該指令的功能是將指令中的地址碼送入（1）。A.PC（程序計數器） B.AR（地址寄存器） ：C.AC(累加器） D.ALU（算邏運算單元）解析：程序計數器是甩于存放下一條指令所在單元的地址的地方。單片機及匯編語言中常稱作PC（program counter）。為了保證程序(在操作系統中理解為進程)能夠連續地執行下去，CPU必須具有某些手段來確定下一條指令的地址。而程序計數器正是起到這種作用，所以通常又稱為指令計數器。在程序開始執行前，必須將它的起始地址，即程序的一條指令所在的內存單元地址送入PC，因此PC的內容即是從內存提取的第一條指令的地址。當執行指令時，CPU將自動修改PC的內容，即每執行一條指令PC增加一個量，這個量等于指令所含的字節數，以便使其保持的總是將要執行的下一條指令的地址。由于大多數指令都是按順序來執行的，所以修改的過程通常只是簡單的對PC加1。當程序轉移時，轉移指令執行的最終結果就是要改變PC的值，此PC值就是轉去的地址，以此實現轉移。有些機器中也稱PC為指令指針IP(Instruction Pointer) 【答案：⑴ A】【考點1.3】存儲系統―、存儲器的層次結構大多數計算機都采用3層存儲器層次結構，如圖1-4所示。但一些簡單的計算機沒有高速緩存。 圖1-4存儲器的層次結構二、主存儲器主存儲器簡稱內存或主存，用來存放當前正在使用或隨時要使用的數據和程序，CPU可直接訪問。1.主存的種類主存一般由RAM和ROM這兩種工作方式的存儲器組成，其絕大部分存儲空間由RAM構成。（1）RAM隨機存儲器：也叫讀寫存儲器，內容可改變，在加電時可隨時向存儲器中寫或讀信息，一旦停電則信息全部丟失。它可分兩類: 靜態化RAM（SRAM）:利用觸發器的兩個穩態來表示所存儲的“0”和“1”，不需要周期性地刷新。 動態RAM（DRAM）:用半導體器件中分布電容上有無電荷來表示“1”和“0”。因為保存在分布電容上的電荷會隨著電容器的漏電而逐漸消失，所以需要周期性地給電容充電， 稱為刷新。（2）ROM只讀存儲器：所存儲的信息由生產廠家在生產時一次性寫入，使用時只能讀出而不 能寫入，斷電后信息不會丟失。2.主存的組成主存儲器一般由地址寄存器、數據寄存器、存儲體、控制線路和地址譯碼電路等部分組成， 如圖1-5所示。 圖1-5主存儲器結構框圖（1）地址寄存器（RAM）：用來存放要訪問的存儲單元的地址碼，其位數決定了其可尋址的存儲單元的個數M，即M=2N（2）數據寄存器（MDR）：用來存放要寫入存儲體中的數據或從存儲體中讀取的數據。（3）存儲體：存放程序和數據的存儲空間。（4）譯碼電路：根據地址譯碼器中的地址碼在存儲體中找到相應的存儲單元。 （5）控制線路：根據讀寫命令控制主存儲器各部分的相應操作。3.性能指標（1）存儲容量：每個內存儲單元都有一個地址，對內存的讀、寫操作都要給出地址來選擇具體單元。在微機系統中內存是以字節作為一個單元的，在不同字長的系統中，一次可以對2個、4 個或8個單元訪問。存儲容量的表示：用字數或字節數（B）來表示，如64KB、512KB、10MB。外存中為了表示更大的存儲容量，釆用MB、GB、TB等單位。其中1KB=210B，1MB=220B，,1GB=230B，1TB=240B。B表示字節，一個字節定義為8個二進制位，所以計算機中一個字的字長通常為8的倍數。（2）存取時間：從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經歷的時間。（3）存儲周期：連續啟動兩次獨立的存儲器操作（如連續兩次讀操作）所需間隔的最小時間。 通常，存儲周期略大于存儲時間，其時間單位為ns。（4）存儲器帶寬：每秒鐘能訪問的bit數，記作Bm。設每個存取周期存取數據位為Wb，則Bm=Wb/Tm4.存儲器的構成由于存儲器芯片的容量是有限的，在字數或字長方面與實際存儲器的要求都有很大差距，可 以通過字向和位向兩方面進行擴充。假設一個存儲器的容量為M*N位，若使用m*n位的芯片(m≤M,n≤N)，此時共需要 (M/m）*(N/n)個存儲器芯片。三、相聯存儲器相聯存儲器(CAM)是一種按內容尋址的存儲器。其工作原理就是把數據或數據的某一部分作為關鍵字，將該關鍵字與存儲器中的每一單元進行比較,找出存儲器中所有與關鍵字相同的數據。四、Cache1.Cache的基本原理Cache即高速緩沖存儲器，為了解決CPU和主存之間速度匹配問題而設置。它是介于CPU和主存之間的小容量存儲器，存取速度比主存快。其改善系統性能的依據是程序的局部性原理。提示：CPU運行程序的過程是周而復始地取出指令，解釋指令和執行指今的過程。在一段相對較短的時間內，CPU執行程序所使用的內存單元是相對集中或小批簇集于相鄰的存儲單元中。例如執行循環程序，會重復地使用到某一存儲空間的指令，這就是CPU運行程序的局部性原理。CPU每次訪問存儲器時，都先訪問高速緩存，若訪問的內容在高速緩存中，訪問到此為止； 若不然，再訪問主存儲器，并把有關內容及相關數據塊取入高速緩存。這樣，如果大部分針對高速緩存的訪問都能成功，則在主存儲器容量保持不變的情況下,訪存速度可接近高速緩存的存取速度， 這無疑可提高微機的運行速度。2.Cache的組成Cache主要由兩部分組成：控制部分和存儲器部分。Cache存儲器部分用來存放主存的部分拷貝?？刂撇糠值墓δ苁牵号袛郈PU要訪問的信息是否在Cache存儲器中，若在即為命中，若不在則 沒有命中。3.性能分析(1)命中率：在Cache中訪問到信息的概率，一般用模擬實驗的方法得到。選擇一組有代表性的程序，在程序執行過程中分別統計對Cache的訪問次數N1和對主存的訪問次數N2，則Cache的命中率為H=N1/（N1+N2）(2)平均實際存取時間：可以用Cache和主存的訪問周期T1、T2和命中率H來表示，即T=H·T1+(1-H)·T2。當命中率H→1時，T→T1，即平均實際存取時間T接近于速度比較快的Cache的訪問周期T1。(3)訪問效率：e=T1/T。4.地址映像當CPU訪問內存時，用的是訪問主存的地址，由該地址變為訪問Cache的地址稱為“地址變換”。 變換過程采用硬件實現，以達到快速訪問的目的。地址映像方式有：全相聯方式、直接方式和組相 聯方式。(1)全相聯映像方式：為便于主存和Cache之間的數據傳送，應使主存和Cache每個數據塊的大小相同。我們把Cache的數據塊稱為行，把主存的數據塊稱為塊。全相聯映像方式的映像原則是主存中任何一塊均可裝入到Cache中的任一行中。為能實現訪存地址的變換，主存的塊地址存于Cache行的標記部分中，這就使得地址變換結構可由相聯存儲器擔任。(2)直接映像方式：主存按Cache的大小分成區，主存每一個分區內的塊數與Cache的總塊數正好相等，把主存各個區中相對塊號相同的那些塊映像到Cache中同一塊號的那個確定塊中。(3)組相聯映像方式：規則是把Cache分成u“組，每組v行，主存塊存放到Cache的組是固定的， 而存放到該組的行是任意的，即組間是直接映像，組內是全相聯映像。^五、磁盤存儲器磁盤存儲器是外存中最常用的存儲介質，存取速度較快且具有較大的存儲容量，分為軟盤和 硬盤存儲器。1.磁盤性能和容量計算(1)存儲密度：單位長度或單位面積的磁表面能存儲的二進制信息量。 道密度：沿磁盤半徑方向單位長度上的磁道數，單位為道/英寸。 位密度：磁道單位長度上能記錄的二進制代碼位數，單位為位/英寸。 面密度：位密度和道密度的乘積，單位為位/平方英寸。(2)存儲容量：有非格式化容量和格式化容量之分。 非格式化容量：磁記錄表面可以利用的磁化單元總數，計算公式為 非格式化容量=最大位密度*最內圈周長*總磁道數 格式化后容量：按照某種特定的記錄格式所能存儲信息的總量，也就是用戶可以真正使用的容量，計算公式為: 格式化容量=每面磁道數*每道扇區數*每個扇區字節數*盤面數(3)平均存取時間：從發出讀寫命令后，磁頭從某一起始位置移動至新的記錄位置，到開始從盤片表面讀出或寫入信息所需要的時間。計算公式為: 平均存取時間=控制延遲+找道時間+旋轉延遲+傳輸延遲(4)數據傳輸率：在單位時間內向主機傳送數據的字節數。計算公式為 平均數據傳輸率=內圈周長*位密度*盤片轉速。 2.光盤存儲器光盤存儲器的特點是存儲量大、價位低、可靠性高、壽命長。特別適用于圖像處理、大型數 據庫系統、多媒體教學等領域。光盤有音頻光盤、視頻光盤和計算機用數字光盤之分。按其功能不同，可分為CD-ROM(只讀型光盤)、WORM（可寫一次型光盤）和可重寫型光盤。3.USB移動硬盤和USB閃存盤USB移動硬盤容量大，支持熱插拔，即插即用。USB閃存盤又稱為U盤，是使用閃存作為存儲介質的一種半導體存儲設備，釆用USB接口標準。根據不同的使用要求，U盤還有基本型、加密型、啟動型等類型?！驹囶}1-12】 2013年5月真題1常用的虛擬存儲器由（1）兩級存儲器組成。A.主存-輔存 B.主存-網盤 C.Cache-主存　　　　　D. Cache-硬盤解析：主存-輔存　內存在計算機中的作用很大，電腦中所有運行的程序都需要經過內存來執行，如果執行的程序很大或福多，就會導致內存消耗殆盡。為了解決這個問題，Windows中運用了虛擬內存技術，即拿出一部分硬盤空間來處理。【答案：（1）A】【試題1-13】 2013年11月真題1在程序執行過程中，Cache與主存的地址映像由（1）。A.硬件自動完成 B.程序員調度C.操作系統管理 D.程序員與操作系統協同完成解析：程序執行過程中，Cache和主存都被分成若干個大小相等的塊，每塊由若于個字節組成，主存和Cache的數據交換是以塊為單位，需要考慮二者地址的邏輯關系。地址映像：把主存地址空間映像到Cache地址空間，即按某種規則把主存的塊復制到中。映像可分為全相聯映像、直接映像和組相聯映像等。Cache的地址變換和數據塊的替換算法都采用硬件。【答案：⑴A】【試題1-14】 2013年11月真題4若某計算機字長為32位，內存容量為2GB，按字編址，則可尋址范圍為 （4）。A.1024M　　　　B.１GB　　　 C.512MB　　　　D.２GB解析：計算機字長為32位，內存容量為2GB，按字節編址，它的尋址范圍是2G。按字編址，它的尋址范圍是2G*8/32=0.5G=512MB?！敬鸢?（4）C】【試題1-15】 2012年5月真題1位于CPU與主存之間的高速緩沖存儲器Cache用于存放部分主存數據的拷貝，主存地址與Cache地址之間的轉換工作由（1）完成。 ^A.硬件 B.軟件 C.用戶 D.程序員解析：基本概念題，Cache與內存之間的地址轉換由硬件完成。【答案：（1）A】【試題1-16】 2012年5月真題2內存單元按字節編址，地址0000A000H?0000BFFFH共有（2）個存儲單元。A.8192K B.1024K C.13K D.8K解析：BFFFH-A00H+1= 2000H=213=23 * 210=8K。【答案：（2）D】【試題1-17】 2012年5月真題3相聯存儲器按（3）訪問。A.地址 B.先入后出的方式 C.內容 D.先入先出的方式解析：相聯存儲器是一種按內容尋址的存儲器。其工作原理就是把數據或數據的某一部分作為關鍵字， 將該關鍵字與存儲器中的每一單元進行比較，找出存儲器中所有與關鍵字相同的數據。【答案：⑶C】【試題1-18】 2012年11月真題2計算機中主存儲器主要由存儲體、控制線路、地址寄存器、數據寄存器和（2）組成。A.地址譯碼電路 B.地址和數據總線C.微操作形成部件 D.指令譯碼器解析：主存儲器一般由地址寄存器、數據寄存器、存儲體、控制線路和地址譯碼電路等部分組成?！敬鸢福孩艫】【試題1-19】 2011年11月真題3在程序的執行過程中，Cache與主存的地址映像由（3）。A.專門的硬件自動完成 B.程序員進行調度C.操作系統進行管理 D.程序員和操作系統共同協調完成解析：程序執行過程中，Cache和主存都被分成若干個大小相等的塊，每塊由若千個字節組成，主存和的數據交換是以塊為單位，需要考慮二者地址的邏輯關系。地址映像：把主存地址空間映像到Cache地址空間，即按某種規則把主存的塊復制到Cache中。映像可分為全相聯映像、直接映像和組相聯映像等。Cache的地址變換和數據塊的替換算法都采用硬件 實現?！敬鸢福海?）A】【試題1-20】 2011年11月真題2若某計算機系統的I/O接口與主存采用統一編址，則輸入輸出操作是通過（2）指令來完成的。A.控制 B.中斷C.輸入輸出 D.訪存解析：CPU對I/O端口的編址方式主要有兩種：一是獨立編址方式，二是統一編址方式。獨立編址方式是指系統使用一個不同于主存地址空間之外的單獨的一個地址空間為外圍設備及接口中的所有I/O端口分配I/O地址。在這種方式下，CPU指令系統中有專門的用于與設備進行數據傳輸的輸入輸出指令，對設備的訪問必須使用這些專用指令進行。統一編址方式是指I/O端口與主存單元使用同一個地址空間進行統一編址。在這種方式下，CPU指令系統中無須設置專門的與設備進行數據傳輸的輸入輸出指令，I/O端口被當成主存單元同樣對待，對主存單元進行訪問和操作的指令可以同樣用于對I/O端口的訪問和操作?！敬鸢福孩?D】【考點1.4】輸入輸出系統―、接口的功能及分類1.I/O接口接口又稱為界面，指兩個相對獨立子系統之間的相連部分。用于連接主機和I/O設備的這個轉換機構就是I/O接口電路。I/O接口的主要功能如下:地址譯碼功能。(1)在主機和I/O設備間交換數據、控制命令及狀態信息等。(2)支持主機采用程序查詢中斷、DMA等訪問方式。(3)提供主機和I/O設備所需的緩沖、暫存、驅動能力。(4)進行數據的類型、格式等方面的轉換。2.接口的分類（1）按數據的傳送格式分為并行接口和串行接口。（2）按主機訪問I/O設備的控制方式，可分為程序查詢接口、中斷接口、DMA接口以及通道控制器、I/O處理機等。（3）按時序控制方式可分為同步接口和異步接口。二、I/O端口的尋址1.獨立的I/O尋址方式I/O設備的端口地址空間與存儲器地址空間是完全分開、相互獨立的。使用分開的控制信號來區分是對存儲器尋址還是對I/O尋址。對I/O設備的管理是使用專門的輸入和輸出指令來實現數據的傳送。2.存儲器映像I/O尋址方式將外圍設備的一個端口作為存儲器的一個單元來對待每一個外設端口占用存儲器的一個地 址單元。存儲器與I/O設備之間唯一的區別是所占用的地址不同，一般指定I/O端口占用地址線最高 位為“1”的地址空間。對I/O設備的管理，是利用對存儲器的存儲單元進行操作的指令來實現數據 傳送的。確定是對存儲器還是對1/0端口進行訪問通過地址總線的最高位狀態（“1”或“0”） 以及讀、寫控制信號（RD和WR）來實現。三、接口的控制方式1.直接程序控制 ⑴程序查詢方式 在這種方式下，CPU通過執行程序查詢外設的狀態，判斷外設是否準備好進行數據傳送。 (2)立即程序傳送方式 在這種方式下，I/O接口總最準備好接收來自主機的數掉，或隨時進備向主機輸入數據，CPU無須查看接口的狀態，而直接執行輸入/輸出指令進行數據傳送。這種方式又稱為無條件傳送或同步傳送。2.中斷方式當出現來自系統外部、機器內部甚至處理機本身的任何例外時CPU暫停執行現行程序，轉去處理這些事件，等處理完成后再返回來繼續執行原先的程序。中斷處理過程為：（1）CPU收到中斷請求信號后，如果CPU的中斷允許觸發器為1，則在當前指令執行完成后，響應中斷。（2）CPU保護好被中斷的主程序的斷點及現場信息。（3）CPU根據中斷類型碼從中斷向量表中找到對應的中斷服務程序的入口地址，并進入中斷服務程序。 丨（4）中斷服務程序執行完畢后，CPU返回中斷點處繼續執行剛才被中斷的程序。3.直接存儲器存?。―MA）方式DMA方式不是用軟件而是采用一個專門的控制器來控制內存與外設之間的數據交流，無須CPU介入，可大大提高CPU的工作效率。工作過程大致如下:（1）向CPU申請（DMA）傳送。（2）獲CPU允許后，DMA控制器接管系統總線的控制權。（3）在DMA控制器的控制下，在存儲器和外部設備之間直接進行數據傳送，在傳送過程中不需要中央處理器參與。開始時需提供要傳送的數據的起始地址和數據長度。（4）傳送結束后，向CPU返回DMA操作完成信號。4.I/O通道通道又稱輸入/輸出處理器（IOP），目的使CPU擺脫繁重的輸入輸出負擔和共享輸入輸出接口，多用于大型計算機系統中。根據多臺外圍設備共享通道的不同情況，可將通道分為三種類型：字節多路通道、選擇通道和數組多路通道?！驹囶}1-21】 2013年5月真題2中斷向量可提供（2）。A. I/O設備的端口地址 B.所傳送數據的起始地址C．中斷服務程序的入口地址 D.主程序的斷點地址解析：早期的微機系統中將由硬件產生的中斷標識碼（中斷源的識別標志，可用來形成相應的中斷服務程序的入口地址或存放中斷服務程序的首地址）稱為中斷向量。中斷向量是中斷服務程序的入口地址。在 某些計算機中，中斷向量的位置存放一條跳轉到中斷服務程序入口地址的跳轉指令?！敬鸢福孩?C】【試題1-22】 2013年5月真題3為了便于實現多級中斷，使用（3）來保護斷點和現場最有效。A.ROM B.中斷向量表 C.通用寄存器 D.堆棧解析：堆棧是一種數據項按序排列的數據結構，只能在一端（稱為棧頂（top）)對數據項進行插入和刪除。為了便于實現多級中斷，使用堆棧來保護斷點和現場最有效。【答案：⑶ D】【試題1-23】 2013年5月真題4DMA工作方式下，在(4）之間建立直接的數據通信。A.CPU與外設 B. CPU與主存 C.主存與外設 D.外設與外設解析：DMA即直接內存訪問模式，簡單地說，總線控制權在CPU “手上”，外設無權直接訪問內存， 需要CPU參與，但DMA控制器從CPU那“偷出”幾個時鐘來控制總線，讓外設可以直接訪問內存，這樣外設的讀寫就不需要CPU參與，降低了CPU的占用率。【答案：⑷ C】【試題1-24】 2010年11月真題1在輸入輸出控制方法中，采用（1）可以使得設備與主存間的數據塊傳送無需CPU干預。A.程序控制輸入輸出 B.中斷C.DMA D.總線控制解析：DMA(Direct MemoryAccess)技術通過硬件控制將數據塊在內存和輸入輸出設備間直接待送，不需要CPU的任何干涉，只需CPU在過程開始啟動與過程結束時的處理，實際操作由DMA硬件直接執行完成，CPU在傳送過程中可做別的事情?！敬鸢福?1)C】 【考點1.5】 總線系統一、總線的定義與分類總線是連接多個設備的信息傳送通道，是一組信號線，一般可分為芯片內總線、元件級總線、 內總線、外總線。 ^(1)內總線內總線又稱系統總線，是計算機各組成部分（CPU、內存和外設接口）間的連接。系統總線信號按功能可分為三類：地址總線、數據總線、控制總線。常見的內總線標準有：1)ISA總線(Industry Standard Architecture)：數據線16，地址線24。2)EISA總線(Enhanced Industry Standard Architecture)：是ISA總線的擴展，現用在服務器上，數據線32位，與ISA總線兼容。3)PCI總線(Peripheral Computer INterconnect)：目前微型機上廣泛釆用的內總線。PCI總線的工作與處理機的工作是并行的。PCI總線上的設備是可即插即用的。(2）外總線外總線又稱通信總線，是計算機對外的接口，可直接與相應的外設連接或與其他計算機相連接。常見的外總線標準有:串行總線接口(RS-232):是國際通用的一種串行通信接口標準。1)SCSI總線(Small Computer System Interface):是一條并行外部總線，廣泛用于連接軟硬 磁盤、光盤、掃描儀等。2)通用串行總線USB(Universal Serial Bus)：USB接口提供電源，最大數據傳輸率為12Mbit/s， 支持可即插即用功能。3)IEEE1394(Firewire):由6條信號線組成，可連接設備數多，傳輸速度快，支持即插用。二、總線的指標(1)總線寬度：一次可以傳輸數據的位數，S100為8位，ISA為16位，EISA為32位，PCI-2可達64位?？偩€寬度不會超過微處理器外部數據總線的寬度。(2)總數工作頻率：總線信號中有一個CLK時鐘信號,CLK越高每秒鐘傳輸的數據量越大。ISA、EISA為8MHZ，PCI為33.3MHZ， PCI-2為66.6MHZ。(3)單個數據傳輸周期：不同的傳輸方式，每個數據傳輸所用CLK周期數不同。ISA要2個周 期，PCI用1個周期。這決定總線最高數據傳輸率。三、SCSI接口SCSI是小型計算機系統接口，常用標準如表1-2所示。 【試題1-25】 2011年5月真題3在計算機系統中采用總線結構，便于實現系統的積木化構造，同時可以(3)。A.提高數據傳輸速度 B.提高數據傳輸量C.減少信息傳輸線的數量 D.減少指令系統的復雜性解析：計算機系統中采用總線結構可以減少信息傳輸線的數量?！敬鸢福?3)C】【考點1.6】 指令系統―、指令指令是指揮計算機完成各種操作的基本命令。^(1)指令格式：計算機的指令由操作碼字段和操作數字段兩部分組成。(2)指令長度：有固定長度的和可變長度的兩種。有些RISC的指令是固定長度的，但目前多數計算機系統的指令是可變長度的。指令長度通常取8的倍數。(3)指令種類：數據傳送指令、算術運算指令、位運算指令、程序流程控制指令、串操作指令、處理器控制指令。二、尋址方式(1)立即尋址:操作數作為指令的一部分而直接寫在指令中，這種操作數稱為立即數。(2)寄存器尋址:指令所要的操作騖已存儲在某寄存器中，或把目標操作數存入寄存器。(3)直接尋址：指令所要的操作數存放在內存中，在指令中直接給出該操作數的有效地址。(4)寄存器間接尋址:操作數在存儲器中，操作數的有效地址用SI、DI、BX和BP等4個寄存器之一來指定。(5)寄存器相對尋址:操作數在存儲器中廣其有效地址是一個基址寄存器（BX、BP）或變址寄存器（SI、DI）的內容和指令中的8位/16位偏移量之和。(6)基址加變址尋址方式:操作數在存儲器中，其有效地址是一個基址寄存器(BX、BP)和 一個變址寄存器（SI、DI）的內容之和。(7)相對基址加變址尋址：操作數在存儲器中，其有效地址是一個基址寄存器(BX、BP)的 值、一個變址寄存器（SI、DI）的值和指令中的8位/16位偏移量之和。三、復雜指令集計算機在計算機發展的早期，計算機技術水平較低，硬件較為簡單，由硬件實現的指令系統的功能也就簡單，一般只有定點的加減及邏輯運算、數據傳送和程序轉移等數十條最基本的指令。隨著計算機邏輯元件的迅猛發展，特別是超大規模集成電路的發展，機器的造價、體積、功耗及可靠性等方面都有了長足的發展；同時，隨著計算機應用領域日益廣泛，對指令系統功能的要求越來越高，使指令系統逐漸發展到幾百種，尋址方式也更加靈活多樣，具備這種指令系統的計箅機稱為復雜指令集計算機（Complex Instruction Set Computer,CISC）。使指令系統變得越來越復雜的出發點有：(1)使目標程序得到優化；(2)給高級語言提供更好的支持；(3)提供對操作系統的支持。CISC的結構復雜，這不僅增加了計算機的研制周期和成本，而且難以保證其正確性，有時還會降低系統的性能。四、精簡指令集計算機RISC在指令系統中只有大約20%的最簡單的指令被經常使用，其使用頻度達80%。若只保留20%的最簡單的指令，使指令盡可能簡單，從而設計一種硬件結構十分簡單、執行速度很高的CPU,這就是精簡指令集計算機(RISC)。1. RISC設計思想任何一個程序在計算機上的執行時間P可以用下面的公式來計算: P=I*CPI*T其中I是程序經編譯后的機器指令數,CPI是執行每條指令所需的平均機器周期數，T為每個機器周期的時間。RISC設計思想就是通過增加I，但減少了CPI和T,從而提高計算機的運算速度。對于一個程序，從編譯器的角度來說，需要解決的問題的復雜性并沒有降低，而指令系統的復雜度降低了，實際上是把復雜性留給了編譯器。2.RISC特點RISC簡化了的控制器，同時提高了處理速度，具有如下特點：1)指令種類少，一般只有十幾到幾十條簡單的指令。2)指令長度固定，指令格式少，這可使指令譯碼更加簡單。3)尋址方式少，適合于組合邏輯控制器，便于提高速度。4)設置最少的訪內指令。訪問內存比較花時間，盡量少用。5)在CPU內部設置大量的寄存器，使大多數操作在速度很快的內部進行。6)非常適合流水線操作，由于指令簡單，并行執行就更易實現?！驹囶}1-26】 2012年5月真題4若CPU要執行的指令為“MOVR1，#45”（即將數值45傳送到寄存器R1中），則該指令中采用的尋址方式為（4）。A.直接尋址和立即尋址 B.寄存器尋址和立即尋址C.相對尋址和直接尋址 D.寄存器間接尋址和直接尋址解析：操作數作為指令的一部分而直接寫在指令中為立如尋址，把目標操作數存入寄存器的為寄存器尋址?！敬鸢福?4)B】【試題1-27】 2011年5月真題2指令系統中采用不同尋址方式的目的是（3）。A.提高從內存獲取數據的速度 B.提高從外存獲取數據的速度C.降低操作碼的譯碼難度 D.擴大尋址空間并提高編程靈活性：解析：指令系統中采用不同尋址方式的目的是縮短指令長度，擴大尋址空間，提高編程靈活性?！敬鸢福?2)D】【試題1-28】 2010年5月真題1計算機指令一般包括操作碼和地址碼兩部分，為分析執行一條指令，其（1） 。A.操作碼應存入指令寄存器（IR），地址碼應存入程序計數器(PC)B.操作碼應存入程序計數器(PC)，地址碼應存入指令寄存器（IR）C.操作碼和地址碼都應存入指令寄存器D.操作碼和地址碼都應存入程序計數器解析：指令寄存器（IR）用來保存當前芷在執行的一條指令。當執行一條指令時，先把它從內存取到數據寄存器(DR）中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數字組成。為了執行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，以便識別所要求的操作。指令譯碼器就是做這項工作的。指令寄存 器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經譯碼后，即可向操作控制器發出具體操作的特定信號?！敬鸢?(1)C】 【考點1.7】系統可靠性基礎―、基本概念系統的可靠性：從它開始運行(t=0)到某時刻t這段時間內能正常運行的概率，用R(t)表示。失效率：單位時間內失效的元件數與元件總數的比例，通常用λ表示。當為常數時，可靠性與失效率的關系為：R(t)=e-λt。平均無故障時間(MTBF)：兩次故障之間系統能正常工作的時間的平均值。它與失效率的關系為MTBF=1/λ平均失效前時間（MTTF）：從敵障發生到機器修復平均所需要的時間。而通常用平均修復時間（MTTR）來表示計算機的可維修性，即計算機的維修效率。可用性：計算機的使用效率，它以系統在執行任務的任意時刻能正常工作的概率A來表示，即A=MTBF/(MTBF+MTTR)。二、系統可靠性模型（1）串聯系統：假設一個系統由N個子系統組成，當且僅當所有的子系統都能正常工作時，系統才能正常工作，如圖1-6（a）所示。（2）并聯系統：假如一個系統由N個子系統組成，只要有一個子系統正常工作，系統就能正常工作，如圖1-6（b）所示。（3）N模冗余系統：由N個(N=2n+1)相同的邏輯線路和一個表決器組成，只要有n+1個或n+1個以上能正常工作，系統就能正常工作，輸出正確的結果,如圖1-6（c）所示。 各系統的可靠性和失效率的計算公式如表1-3所示。 注：是從N個元素中選i元素的組合數，值為： 當N=3時 【試題1-29】 2011年5月真題4某計算機系統由圖1-7所示的部件構成，假定每個部件的千小時可靠度為R，則該系統的千小時可靠度為 ⑷ 。 圖1-7A.R+2R/4 B.R+R2/4 C.R(1-(1-R) 2) D.R(1-(1-R)2)2解析：并行的可靠度=1-R(1-R) (1-R)總可靠度=（1-R(1-R) (1-R)）x R x（1-R(1-R) (1-R)）【答案：(4)D】【試題1-30】 2011年5月真題5軟件產品的可靠度并不取決于(5)。A.潛在錯誤的數量 B.潛在錯誤的位置C.軟件產品的使用方法 D.軟件產品的開發方式解析：軟件產品的可靠度取決于潛在錯誤的數量、潛在錯誤的位置以及軟件產品的使用方法，所以選D。 【答案：(5)D】