計算機原理平時作業(yè)

平時作業(yè)請簡要概述馮。諾伊曼計算機的主要設(shè)計思想、主要組成部分及各部分的功能。馮諾依曼型計算機的主要設(shè)計思想是：數(shù)字計算機的數(shù)制采用二進制；計算機應該按照程序順序執(zhí)行。運算器,存儲器,控制器,輸入/出設(shè)備請給出下列數(shù)的原碼，補碼，反碼和移碼。27/64-27/64將27/64分解成16/64+8/64+2/64+1/64

,就是2的-2次方，2的-3次方，2的負-5次方，2的-6次方。小數(shù)點之前用1表示該數(shù)為負數(shù)。則原碼是：0.01101.

正數(shù)補碼就是原碼：0.011011.

移碼：1.011011.

負數(shù)同理，不同的就是求補碼。

將-27/64分解成-（16/64+8/64+2/64+1/64),就是2的-2次方，2的-3次方，2的負-5次方，2的-6次方。小數(shù)點之前用1表示該數(shù)為負數(shù)。則原碼是：1.011011.

負數(shù)補碼就是除首位外取反，在末尾加1：1.100101.

移碼：0.100101.

已知x和y,用變形補碼計算x+y,同時指出結(jié)果是否溢出。x=11001，y=01011;x=11001,y=-01011;x=-11001,y=-01011;

a.0011001+0001011=0100100正溢出

b.0011001+1101011=0000100沒有溢出

c.1111001+1101011=1100100沒有溢出請概要描述進行浮點算術(shù)運算的幾個主要步驟。1、浮點加減法的運算步驟

①對階操作：小階向大階看齊

②進行尾數(shù)加減運算

③規(guī)格化處理

④舍入操作

⑤判結(jié)果的正確性2、浮點乘除法的運算步驟

①階碼運算：階碼求和（乘法）或階碼求差（除法）

②浮點數(shù)的尾數(shù)處理：浮點數(shù)中尾數(shù)乘除法運算結(jié)果要進行舍入處理請概要描述計算機多級存儲體系結(jié)構(gòu)的工作原理。在多級存儲體系中，如何進行字容量擴充？如何進行位寬擴充？計算機系統(tǒng)中通常采用三級層次結(jié)構(gòu)來構(gòu)成存儲系統(tǒng)，主要是由高速緩沖存儲器cache，主存儲器，和輔助存儲器組成。主存儲器用來存放需CPU運行的程序和數(shù)據(jù)?？捎蒀PU直接編程訪問，采取隨機存取方式。Cache位于CPU與主存之間(有些Cache集在CPU芯片之中)，高速緩沖存儲器（Cache）設(shè)置在CPU和主存之間，可以放在CPU內(nèi)部或外部。用來存放當前運行的程序和數(shù)據(jù)，它的內(nèi)容是主存某些局部區(qū)域(頁)的復制品。其作用也是解決主存與CPU的速度匹配問題，輔助存儲器用來存放暫不運行但需聯(lián)機存放的程序和數(shù)據(jù)。從CPU看來，這個整體的速度接近于Cache和寄存器的操作速度、容量是輔存（或海量存儲器）的容量，每位價格接近于輔存的位價格。從而較好地解決了存儲器中速度、容量、價格三者之間的矛盾，滿足了計算機系統(tǒng)的應用需要?？梢钥s小主存和cpu之間的速度差距，從整體上提高存儲器系統(tǒng)的存取速度。

進行字容量擴充擴展每個存儲單元的位數(shù)，進行位寬擴充擴展存儲單元的個數(shù)。一個Cache存儲器的的主要技術(shù)指標包括cache/主存平均訪問時間和cache的命中率，請簡要描述這兩個指標的推導過程。Cache的命中率基于程序訪問的局部性原理，增加Cache使得要訪問的數(shù)據(jù)絕大多數(shù)都可以在Cache中找到，這樣才能在性能上使主存的平均讀出時間盡可能接近Cache的讀出時間。Cache的工作效率通常用“命中率”來表示。命中率指的是CPU要訪問的信息在Cache中的概率，Cache的命中率越高，CPU訪問主存的速度就越接近訪問Cache的速度。通常Cache的容量越大，存儲的塊也越多，CPU的命中率就越高。但是，當Cache的容量達到一定值時，命中率并不會隨著容量的增大而增加，而且Cache容量的增大將導致成本的增加，所以，Cache的容量一般是命中率與成本價格的折中。在一個程序執(zhí)行期間，設(shè)Nc表示Cache完成存取的總次數(shù)，Nm表示主存完成存取的總次數(shù)，h定義為命中率，則有若tc表示命中時的Cache訪問時間，tm表示未命中時的主存訪問時間，1-h表示未命中率，則Cache－主存系統(tǒng)的平均訪問時間ta為：設(shè)e表示訪問效率，則有為提高訪問效率e，命中率h越接近1越好。命中率h與程序的行為、Cache的容量、組織方式、塊的大小有關(guān)。請列出至少五種操作數(shù)尋址方式。1：隱含尋址2：立即尋址3：直接尋址4：間接尋址5：寄存器尋址

6：寄存器間接尋址

7：相對尋址8:基址尋址9:變址尋址請簡要描述流水線的基本工作原理。對于一個五級流水線系統(tǒng)，在理想情況下，與非流水線設(shè)計相比，系統(tǒng)性能最多能提高多少倍？為什么？對于一個五級流水線，如果流水線各階段操作平衡，那么在流水線上指令執(zhí)行時間為(在理想情況下)：

指令執(zhí)行時間(流水線)=指令執(zhí)行時間(非流水線)/流水線步驟數(shù)

即在理想的情況下，流水線所帶來的加速比與流水線的執(zhí)行步驟的數(shù)目相同。系統(tǒng)性能可以從加速比來分析，一個有五個執(zhí)行步驟的流水線能獲得加速比也是五。

然而，在實際處理過程中，各個步驟間并不是完全的平衡的。另外，流水線中還包括一些常規(guī)的額外開銷。所以，在流水線機器中每一條指令的執(zhí)行時間會超過這個最小的可能值，因此流水線能夠獲得加速比也就小于流水線的步驟數(shù)。

。請簡要描述總線系統(tǒng)中，集中式仲裁方式的幾種工作模式。集中式總線