计算机组成原理常考大题合集

计算机组成原理常考大题合集

• 1.在“Cache-主存-辅存”三级存储体系中，“Cache-主存”结构与“主存-辅存”结构的引入为了解决什么问题/li>
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• 2.在CPU中，那些寄存器属于控制用指令部件，它们各起什么作用/li>
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• 3.比较说明中断方式与DMA方式的异同
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• 4.什么是指令周期、机器周期和时钟周期者有什么关系/li>
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• 5.在浮点数中，阶码的正负和尾数的正负各代表什么含义于实际数值的正负与大小有何影响/li>
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• 6.静态存储器依靠什么存储信息态存储器又依赖什么原理存储信息较他们的优缺点。
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• 7.将二进制数101101.101转换成八进制数和十六进制数。
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• 8.已知[x]原=10110101，求真值x及其补码和反码。
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• 9.设某机主频为8MHZ，每个机器周期平均含两个时钟周期，每条指令平均有2.5个机器周期，问该机的平均指令执行速度为多少MIPS机器主频不变，但每个机器的周期平均含4个时钟周期，每条指令平均含五个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS/li>
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• 10.设有一个具有20位地址和32位地址字长的存储器，问：
• • 1.该存储器能存储多少字节的信息/li>
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  • 2.如果存储器由512k*8位的SRAM芯片组成，需要多少片
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  • 3.需要多少位地址作为芯片选择
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• 11.指令格式如下所示，其中OP为操作码字段，试分析指令格式特点。
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• 12.冯.诺依曼原理的基本思想
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• 13.说明机器指令和微指令的关系
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• 14.外部设备的编址方式，并简述特点
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• 15.CPU响应中断应具有哪些条件/li>
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• 16.简述提高并行性的技术途径
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• 17.什么是自同步能力有自同步能力的磁记录方式有哪些/li>
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• 18.RISC的三个要素
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• 19.设浮点数X=0.1101*1001，y=-10.10101*1011，求x+y=/li>
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• 20.某计算机指令字长16位，地址码是三位，指令有 无地址、一地址、和二地址3种格式，设有N条二地址指令，无地址指令M条，试问一地址指令最多有多少条
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• 21.什么叫指令么叫指令系统
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• 22.一次程序中断大致可分为哪几个阶段
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• 23.说明计算机系统的结构层次
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• 24.说明Cache的地址映射作用和方法
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• 25.什么是指令流水线技术要有哪些先关影响流水线效率/li>
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• 26.一个较完整的指令系统应包括哪几类指令/li>
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• 27.说明基本CPU模型中，指令寄存器、程序计数器、地址寄存器、状态条件寄存器的功能
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• 28.取指令事件指令和取数据事件
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• 29.什么是“相联存储器”联存储器由哪几部分组成
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• 30.什么是存储保护常采用什么方法/li>
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• 31.什么是计算机体系结构中的并行性哪些提高并行性的基础技术方法
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• 32.Cahche与主存之间的地址映像方法有几种有何特点/li>
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• 33.DRAM存储器为什么要刷新哪几种常见的刷新方式
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• 34.CPU有哪些主要寄存器述这些寄存器的功能。（答案较详细）
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• 35.RISC机器具有什么优点，试简单论述。
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• 36.计算机存储系统分为哪几个层次个层次主要采用什么存储介质存储容量和存取速度的相对值如何/li>
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• 37.每道有16个扇区，每个扇区存储512个字节，假设磁盘旋转速度为每分钟3600转，求数据传输率
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• 38.某计算机的Cache-主存层次采用组相联映射方式，页面大小为128B，Cache容量为64页，按4页分组，主存容量为4096页，问：
• • 1.主存地址共需多少位/li>
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  • 2.主存地址字段中主存字块标记，组地址标记和页内地址各需要多少位/li>
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• 39.设某机有四个中断源A、B、C、D，其硬件排队优先次序为ABCD，现在要求将中断处理次序改为DACB。
• • 1.写出每个中断源对应的屏蔽字
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  • 2.按下图时间轴给出的四个中断源的请求时刻，画出CPU执行程序的轨迹。设每个中断源的中断程序时间均为20s
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• 40.设机器数字长为8位（含一位符号位），若A= +15， B=+24，求【A+B】补和[A-B]补并还原成真值
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• 41.奔腾处理器基本总线周期利用两个时钟周期可以传送8个字节数据，如果其总线时钟频率在100Mhz，则总线带宽是多少
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• 42.有一个1024K*32位的存储模块，他有多少字节容量果用128K*8的SRAM芯片组成，需要多少芯片，每个芯片的地址引脚有多少条/li>
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• 43.CPU执行一段程序时，Cache完成存取的次数为5000次，主存完成存取的次数为200次。已知Cache存取周期为40ms，主存存取周期为160ns。求：Cache命中率和平均访问时间Ta
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• 44.已知时钟频率5Mhz的8086微处理器能够用4个时钟周期传送16位数据，请计算其处理器总线宽度
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• 45.已知X=0.10011，Y=0.11001,用补码减法计算X-Y=要求写出计算过程，并指出计算结果是否溢出。
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• 46.有一 主存—Cache 结构的存储器，其主存容量1MB，Cache容量64KB，每块8KB，采用直接地址映射方式。
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• 47.若机器字长36位，采用三地址格式访存指令，共完成54种操作，操作数可在1K地质范围内寻找，画出该机器的指令格式并加以说明
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• 48. 某机采用微程序控制器，其微程序控制器有18种微操作指令（采用直接控制法，即水平型微指令），有8个转移控制状态（采用译码形式），微指令格式中的下址字段7位。该机器指令系统采用4位定长操作码，平均每条指令由7条微指令组成
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• 49.
• 填空题
• 书上重点习题（第二版）
• • 1.高级语言、汇编语言还有机器语言的差别和联系
  • 2.如何理解计算机组成和计算机体系结构
  • 3.冯·诺依曼计算机的特点是什么
  • 4.解释下列英文缩写的中文含义
  • 5.假设总线的时钟频率为100Mhz，总线的传输周期为4个时钟周期，总线的宽度为32位，试求总线的数据传输率。
  • 6.在异步串行传输系统中，假设每秒传输120个数据帧，器字符格式规定包含1个起始位，7个数据位，1个奇校验位，一个终止位，试计算波特率
  • 7.
  • 8.

1.在“Cache-主存-辅存”三级存储体系中，“Cache-主存”结构与“主存-辅存”结构的引入为了解决什么问题/h2>

答案

1.“Cache-主存”结构的引入是为了解决主存与cpu速度不匹配的问题。
2.“主存-辅存”结构的引入是为了解决主存储器容量不足的问题

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Cache存储器，电脑中为高速缓冲存储器，是位于CPU和主存储器DRAM（内存）之间，规模较小，但速度很高的存储器，通常由SRAM（Static Random Access Memory 静态存储器）组成。它是位于CPU与内存间的一种容量较小但速度很高的存储器。CPU的速度远高于内存，当CPU直接从内存中存取数据时要等待一定时间周期，而Cache则可以保存CPU刚用过或循环使用的一部分数据，如果CPU需要再次使用该部分数据时可从Cache中直接调用，这样就避免了重复存取数据，减少了CPU的等待时间，因而提高了系统的效率。Cache又分为L1Cache（一级缓存）和L2Cache（二级缓存），L1Cache主要是集成在CPU内部，而L2Cache集成在主板上或是CPU上
Cache是cpu的重要参数之一，影响cpu的性能。
主存储器（Main memory），简称主存。是计算机硬件的一个重要部件，其作用是存放指令和数据，并能由中央处理器（CPU）直接随机存取。现代计算机是为了提高性能，又能兼顾合理的造价，往往采用多级存储体系。即由存储容量小，存取速度高的高速缓冲存储器，存储容量和存取速度适中的主存储器是必不可少的。主存储器是按地址存放信息的，存取速度一般与地址无关。32位（比特）的地址最大能表达4GB的存储器地址。这对多数应用已经足够，但对于某些特大运算量的应用和特大型数据库已显得不够，从而对64位结构提出需求。
就是我们常提的内存，速度快，容量小价格高。
辅存狭义上是我们平时讲的硬盘。科学地说是外部存储器（需要通过I/O系统与之交换数据，又称为辅助存储器）。
辅存就是硬盘，容量大，便宜还耐造，是各位日语老师的家。

2.在CPU中，那些寄存器属于控制用指令部件，它们各起什么作用/h2>

答案

1.程序计数器PC，提供取止地址，从而控制程序执行顺序。
2.指令寄存器IP，存放现行指令，作为产生各种微操作命令的基本逻辑依据。
3.状态寄存器SR，记录程序运行结果的某些特征标志，或用来设置程序运行方式与优先级，参与形成某些微操作指令。

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1.在程序开始执行前，将程序指令序列的起始地址，即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC，CPU按照 PC的指示从内存读取第一条指令（取指）。当执行指令时，CPU自动地修改PC的内容，即每执行一条指令PC增加一个量，这个量等于指令所含的字节数（指令字节数），使 PC总是指向下一条将要取指的指令地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的，所以修改PC 的过程通常只是简单的对PC 加“指令字节数”。
当程序转移时，转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值，此PC值就是转去的目 标地址。处理器总是按照PC 指向取指、译码、执行，以此实现了程序转移。
2.指令寄存器（IR，Instruction Register），用于暂存当前正在执行的指令。指令寄存器的时钟信号是clk，在clk的上升沿触发。指令寄存器将数据总线送来的指令存入16位的寄存器中，但并不是每次数据总线上的数据都需要寄存，因为数据总线上有时传输指令，有时传输数据。由CPU状态控制器的 Ir_ena信号控制数据是否需要寄存。复位时，指令寄存器被清零
3.状态寄存器又名条件码寄存器，它是计算机系统的核心部件——运算器的一部分，状态寄存器用来存放两类信息：一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息（条件码），如有无进位（CF位）、有无溢出（OV位）、结果正负（SF位）、结果是否为零（ZF位）、奇偶标志位（P位）等；另一类是存放控制信息（PSW:程序状态字寄存器），如允许中断(IF位)、跟踪标志（TF位）等。有些机器中将PSW称为标志寄存器FR（Flag Register）。

3.比较说明中断方式与DMA方式的异同

答案

1.相同点：二者都由随机请求引起
2.不同点：中断方式通过执行处理程序进行处理，DMA方式依赖硬件实现数据直传，中断方式可处理复杂事件，控制中低速I/O操作，DMA方式始于简单的，高速的数据批量传送。

扩展

中断方式：
1.定义
CPU暂时中止现行程序的执行,转去执行为某个随机事态服务的中断处理程序.处理完毕后自动恢复原程序的执行.
2.实质
程序切换
实现方法:
保存断点,保护现场;
恢复现场,返回断点.
时间:
一条指令结束时切换.
保证程序的完整性.
3.特点
具有随机性。
4.处理过程
1）唤醒被阻塞的驱动程序；
2）保护被中断过程的CPU环境；
3）分析中断原因，转入相应的设备中断处理程序。
4）进行中断处理；
5）恢复被中断进程的现场。

DMA方式
DMA方式，Direct Memory Access，也称为成组数据传送方式，有时也称为直接内存操作。DMA方式在数据传送过程中，没有保存现场、恢复现场之类的工作。
由于CPU根本不参加传送操作，因此就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。内存地址修改、传送字 个数的计数等等，也不是由软件实现，而是用硬件线路直接实现的。所以DMA方式能满足高速I/O设备的要求，也有利于CPU效率的发挥。

4.什么是指令周期、机器周期和时钟周期者有什么关系/h2>

答案

1.指令周期通常是指计算机执行一条指令所用的时间，机器周期是所有指令执行过程中的一个基准时间，通常以存取周期作为机器时间，时钟周期是机器主频的倒数，也称为节拍，它是控制计算机操作的最小单位时间。
2.一个指令周期包含若干个机器周期，一个机器周期包含若干个时钟周期，每个指令周期的机器周期数可以不等，每个机器周期内的时钟周期数也可以不等。

扩展

1.指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。一般由若干个机器周期组成，是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。
指令周期类型有非访内指令的指令周期、取数指令的指令周期、存数指令的指令周期、空操作指令和转移指令的指令周期。
2.机器周期也称为CPU周期。在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段（如取指、译码、执行等），每一阶段完成一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个时钟周期组成
3.时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。时钟周期是一个时间的量。时钟周期表示了SDRAM所能运行的最高频率。更小的时钟周期就意味着更高的工作频率。

5.在浮点数中，阶码的正负和尾数的正负各代表什么含义于实际数值的正负与大小有何影响/h2>

答案

1.阶码为正，表示将尾数扩大。
2.阶码为负，表示将尾数缩小。
3.尾数的正负表示浮点数的正负

扩展

阶码：对于任意一个二进制数N，可用N=S×2^P表示，其中S为尾数，P为阶码，2为阶码的底，P、S都用二进制数表示，S表示N的全部有效数字，P指明小数点的位置。当阶码为固定值时，数的这种表示法称为定点表示，这样的数称为“定点数”；当阶码为可变时，数的这种表示法称为浮点表示，这样的数称为“浮点数”
阶码：在机器中表示一个浮点数时需要给出指数，这个指数用整数形式表示，这个整数叫做阶码。
1、当阶码为固定值时，数的这种表示法称为定点表示，这样的数称为“定点数”；当阶码为可变时，数的这种表示法称为浮点表示，这样的数称为“浮点数”。
2、“移码”用来表示浮点型小数的阶码。对于正数，符号位为“1”，其余位不变，如+1110001的阶码为11110001；对于负数，符号位为“0”，其余位取反，最后加“1”，如–1110001的阶码为00001111。

6.静态存储器依靠什么存储信息态存储器又依赖什么原理存储信息较他们的优缺点。

答案

1.静态存储器以双稳态触发器为存储信息的物理单元，依靠内部交叉反馈保存信息，速度快，不需要动态刷新，但集成度稍低，功耗大。
2.动态存储依靠电容上暂存的电荷来存储信息，电容上有电荷为1，无电荷为0，速度稍慢，需要定时刷新。

扩展

静态存储器依靠双稳态触发器的两个稳定状态保存信息。每个双稳态电路存储一位二进制代码0或1，一块存储芯片上包含许多个这样的双稳态电路。双稳态电路是有源器件，需要电源才能工作，只要电源正常，就能长期稳定的保存信息，所以称为静态存储器。如果断电，信息将会丢失，属于挥发性存储器，或称易失性。
在指定功能或应用软件之间共享的存储器。如果一个或两个应用软件占用了所有存储器空间，此时将无法为其他应用软件分配存储器空间。 例如，日历、短信息和电话簿 （或通讯录） 可能会共享移动设备中的动态存储器。一般计算机系统使用的随机存取内存(RAM)可分动态随机存取内存(DRAM)与静态随机存取内存(SRAM)两种，差异在于DRAM需要由存储器控制电路按一定周期对存储器刷新，才能维系数据保存，SRAM的数据则不需要刷新过程，在上电期间，数据不会丢失。

7.将二进制数101101.101转换成八进制数和十六进制数。

答案

理解

1、原码符号位1不变，整数的每一位二进制数位求反，得到反码
2、反码符号位1不变，反码数值位最低位加1，得到补码

9.设某机主频为8MHZ，每个机器周期平均含两个时钟周期，每条指令平均有2.5个机器周期，问该机的平均指令执行速度为多少MIPS机器主频不变，但每个机器的周期平均含4个时钟周期，每条指令平均含五个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS/h2>

答案

2.如果存储器由512k*8位的SRAM芯片组成，需要多少片

答案

11.指令格式如下所示，其中OP为操作码字段，试分析指令格式特点。

23.说明计算机系统的结构层次

答案

计算机系统可分为：微程序设计级、一般机器级（机器语言级）、操作系统级、汇编语言级、高级语言级

扩展

27.说明基本CPU模型中，指令寄存器、程序计数器、地址寄存器、状态条件寄存器的功能

答案

指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令
程序计数器（pc）:用来确定下一条指令的地址
地址寄存器（ar）：用来保存当前cpu所访问的内存单元地址
状态条件寄存器：保存由算数指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态

扩展

28.取指令事件指令和取数据事件

答案

时间上来讲，取指令事件发生在“取指周期”，取数据事件发生在“执行周期”。从空间上来讲，从内存读取的指令流流向控制器（指令寄存器）。从内存读取的数据流流向运算器（通用寄存器）

29.什么是“相联存储器”联存储器由哪几部分组成

答案

按内容访问的存储器称为相联存储器，相联存储器由存储体、检索寄存器、屏蔽寄存器、符合寄存器、比较线路、代码寄存器、控制线路等组成

30.什么是存储保护常采用什么方法/h2>

答案

当多个用户共享主存时，为使系统能够正常工作，应防止由于一个用户程序出错而破坏其他用户的程序和系统软件，还要防止一个用户程序不合法的访问不是分给它的贮存区域。为此，系统提供存储保护。通常的采用的办法是：存储区域保护和访问方式保护

31.什么是计算机体系结构中的并行性哪些提高并行性的基础技术方法

答案

并行性：在同一时刻或者是同一时间间隔内完成两种或者两种以上性质相同的或者不同的工作
提高并行性的三种技术途径：时间重叠、资源重复、资源共享

32.Cahche与主存之间的地址映像方法有几种有何特点/h2>

答案

映像方式有直接映像，全相联映像，组相联映像三种方式。直接映像是每个主存块只能放到唯一对应的Cache块中，实现简单但Cache的利用率低。全相联映像是每个主存块可以放到任何一个Cache块中，最灵活但实现成本代价最大；组相联映像时每个主存块唯一对应一个cache组中，但可以放到组内任何一个块中，是前两种方式的折中

33.DRAM存储器为什么要刷新哪几种常见的刷新方式

答案

DRAM存储器采用电容存放信息，由于电容漏电，保存信息经过一段时间会丢失，故用刷新保证信息不丢失。常用的刷新方法有集中式刷新和分布式刷新

34.CPU有哪些主要寄存器述这些寄存器的功能。（答案较详细）

答案

CPU有以下寄存器：
1.指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。
2.程序计数器（PC）：用来确认下一条指令的地址
3.地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址
4.缓存寄存器（DR）：
（1）作为CPU和内存、外部设备之间数据传输的中转站。
（2）补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。
（3）在单累加器结构的运算器中，缓存寄存器还可兼作为操作数寄存器
5.通用寄存器（AC）：当运算器的算数单元（ALU）执行全部算数和逻辑操作运算时，为ALU提供一个工作区。
6.状态条件寄存器（PSW）：保存由算数指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。

35.RISC机器具有什么优点，试简单论述。

答案

RISC是精简指令系统计算机，它有以下特点：
（1）选取使用频率最高的一些简单指令，以及一些很有用但不复杂的指令
（2）指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少
（3）只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进行。
（4）大部分指令在一个机器周期内完成。
（5）CPU中通用寄存器数量超级多
（6）以硬布线控制为主，不用或减少使用微指令码控制
（7）一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间

36.计算机存储系统分为哪几个层次个层次主要采用什么存储介质存储容量和存取速度的相对值如何/h2>

答案

分为高速Cache—主存—辅存三级层次结构，容量从小到大，速度从高到低。
存储介质：Cache SRAM
主存：DRAM
辅存：磁表面存储器

37.每道有16个扇区，每个扇区存储512个字节，假设磁盘旋转速度为每分钟3600转，求数据传输率

答案

磁盘的数据传输率是指单位时间内读出的信息数目。在本题中，磁盘分成16个扇区，亦即每个磁道分成16个扇区，每个扇区存放512个字节，则磁盘旋转一圈可读出512B×16=8KB。
磁盘每分钟转3600圈，每秒钟旋转3600÷60=60圈，因此磁盘每秒钟读出8KB×60=480KB/

来源：OldManWalk