數制及其轉換：n進制數轉10進制
按權展開 譬如把一個16進制數1230H轉換成一個十進制數( ???) 這里H代表1230這個數是16進制
我們現在要把它轉換成10進制。就是0*16^0+3*16^1+2*16^2+1*16^3=4656。
例題：
內存單元按字節編址，地址0000A000H～0000BFFFH共有( )個存儲單元
解答：
0000BFFFH - 0000A000H +1
=00001FFFH +1 = 00002000H
換成10進制為： 2* 16^3 = 2* (2^4)^3 即： 2^13
即 8K
說明：
2的10次方（2^10） 為 1K
2^10=1024 , 這些常見數字，要敏感
解答：
0000BFFFH - 0000A000H +1
=00001FFFH +1 = 00002000H
換成10進制為： 2* 16^3 = 2* (2^4)^3 即： 2^13
即 8K
說明：
2的10次方（2^10） 為 1K
2^10=1024 , 這些常見數字，要敏感
10進制數轉n進制數 （輾轉相除法 除到余數為0為止）譬如10進制的103轉8進制，（你們自己去除吧，我討厭算術，一般采用
拼湊法） 8^3=64*8 8^2=64 8^1=8 8^0=1 103=64+8*4+7=1*8^2+4*8^1+7*8^0=147(大概就是這樣拼湊,計算過程也很討厭，稍微比除來除去好了一點點。）
所以 二進制，8進制，16進制等等常用轉換
所以 二進制，8進制，16進制等等常用轉換
以上都是整數的進制轉換，下面來說小數的
n進制數轉10進制的還是按權展開：譬如10.11(2)=1*2^1+0*2^0+1^2^(-1)+1*2^(-2)=2+0.5+0.25=2.75 （數學計算真討厭）
10進制帶小數的轉n進制：12.5=1100.1 太難拼湊了
綜上所述 按權展開和拼湊 大概可以解決。只要數字正常一點。。。。
原碼：正數的原碼，符號位為0 其余不變 譬如1011 原碼 0 1011
負數的原碼 ，符號位為1 其余不變 譬如-1011 原碼 1 1011
反碼：正數的反碼，同原碼 譬如1011 反碼 0 1011
負數的反碼， 符號位不變，其余位按位取反 譬如-1011 反碼 1 0100
補碼：正數的補碼，同原碼
負數的補碼，反碼加1 譬如-1011 補碼 1 0101
移碼：與補碼符號位相反 譬如
X=+1011 [X]補=01011 [X]移=11011
X=－1011 [X]補=10101 [X]移=00101
（這里說這些針對是計算機里數，計算機內部數一般是用二進制表示，，，，所以均二進制表示。）
10進制帶小數的轉n進制：12.5=1100.1 太難拼湊了
綜上所述 按權展開和拼湊 大概可以解決。只要數字正常一點。。。。
原碼：正數的原碼，符號位為0 其余不變 譬如1011 原碼 0 1011
負數的原碼 ，符號位為1 其余不變 譬如-1011 原碼 1 1011
反碼：正數的反碼，同原碼 譬如1011 反碼 0 1011
負數的反碼， 符號位不變，其余位按位取反 譬如-1011 反碼 1 0100
補碼：正數的補碼，同原碼
負數的補碼，反碼加1 譬如-1011 補碼 1 0101
移碼：與補碼符號位相反 譬如
X=+1011 [X]補=01011 [X]移=11011
X=－1011 [X]補=10101 [X]移=00101
（這里說這些針對是計算機里數，計算機內部數一般是用二進制表示，，，，所以均二進制表示。）
怎么判斷一個二進制數是正數還是負數呢？
/*我剛剛在思考這個愚蠢的問題還思考了3分鍾，太蠢了沒辦法，最后百度。。。。因為以為不能判斷出最高位的1到底是符號位還是代表一個數,后來百度說看范圍*/
| 如果“2x”的補碼是“90H”，那么x的真值是（3）。 |
| -56 |
浮點。數：計算機里浮點數表示有點像小學的科學計數法（所以小學數學多么重要啊-_-）就是形如 a*2^x這樣
在計算機中表示一個浮點數，其結構如下：
尾數部分（定點小數） 階碼部分（定點整數）
這里 a就是尾數，階碼就是x。【是不是很惡心，說次或者指數不好么，還有尾數，今天還知道一個更惡心的詞 叫原語 來自操作系統，翻譯成原語也真是,,,,不知道的還以為是咒語密法呢 繼續】
尾數寬度控制浮點數精度 階碼寬度控制浮點數大小范圍。
浮點數計算：
對階 小階向大階看齊（讓兩個數階碼一樣把比較小的階碼變成和比較大的一樣），然后小階的尾數右移階碼差的位數（為什么叫右移呢，，，我也很煩，明明就是小數點左移）。
尾數加減
格式化 ：暫時我也不明白，什么算格式化
例題：
試題1
若某計算機采用8位整數補碼表示數據，則運算__(1)_c_將產生溢出。
（1） A．-127+1 B．-127-1 C．127+1 D．127-1
8位整數補碼：符號位占一位 剩下7位 最大127
試題2
原碼表示法和補碼表示法是計算機中用於表示數據的兩種編碼方法，在計算機系統中常采用補
碼來表示和運算數據，原因是采用補碼可以_B_(2)__。
（2）A．保證運算過程與手工運算方法保持一致
B．簡化計算機運算部件的設計
C．提高數據的運算速度
D．提高數據的運算精度
補碼的0只有一種表示，
試題3
計算機中的浮點數由三部分組成：符號位S，指數部分E（稱為階碼）和尾數部分M。在總長度
固定的情況下，增加E的位數、減少M的位數可以_A_(3)__。
（3）A．擴大可表示的數的范圍同時降低精度
B．擴大可表示的數的范圍同時提高精度
C．減小可表示的數的范圍同時降低精度
D．減小可表示的數的范圍同時提高精度
階碼 數范圍 尾數精度
計算機中常采用原碼、反碼、補碼和移碼表示數據，其中，±0 編碼相同的是_C_(4)__。
（4）A．原碼和補碼 B．反碼和補碼
C．補碼和移碼 D．原碼和移碼
試題5
計算機在進行浮點數的相加（減）運算之前先進行對階操作，若x的階碼大於y的階碼，則應將
__(5)_D_。
（5）A．x的階碼縮小至與y的階碼相同，且使x的尾數部分進行算術左移
B．x的階碼縮小至與y的階碼相同，且使x的尾數部分進行算術右移
C．y的階碼擴大至與x的階碼相同，且使y的尾數部分進行算術左移
D．y的階碼擴大至與x的階碼相同，且使y的尾數部分進行算術右移
2計算機體系結構分類：
Flynn按照指令流，數據流，多倍性分類分類：
單指令單數據流SISD(single instruction single data) 一個處理器一個控制部分一個模塊 單處理機系統
MISD：多指令單數據流 不存在 目前。
SIMD：
MIMD：
當個看上去很專業的程序員太辛苦了。。。。溜了溜了，資料一份附上。很簡單很簡單，，，，個錘子。。。。。!-_-!
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
考點脈絡
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
數據的表示
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
計算機硬件系統是軟件運行的基礎，掌握一些基本硬件的工作原理是軟件技術提高的前提，所
以硬件基礎知識是軟件設計師考試中的一個必考模塊。在此科目中，涉及到的知識點非常多，但真
正常考的卻不多，本章將對考點脈絡進行梳理，對重要知識點進行精講，並輔以習題，以便考生加
深印象。
根據考試大綱，本章要求考生掌握以下幾個方面的知識點。
（1）數據的表示：數制及其轉換、原碼、反碼、補碼、移碼、浮點數、溢出、算術運算、邏輯
運算、校驗碼。
（2）計算機系統的組成、體系結構分類及特性：CPU、存儲器的組成、性能和基本工作原理、
常用I/O設備、通信設備的性能及基本工作原理、I/O接口的功能、類型和特性、CISC/RISC、流水
線操作、多處理機、並行處理。
（3）存儲系統：虛擬存儲器基本工作原理、多級存儲體系、RAID類型和特性。
（4）可靠性與系統性能評測基礎知識：診斷與容錯、系統可靠性分析評價、校驗方法、計算機
系統性能評測方法。
從歷年的考試情況來看，本章的考點主要集中以下方面。
在數據的表示中，主要考浮點數運算、溢出、算術、邏輯運算。
在計算機系統的組成與體系結構中，主要考查CPU的構成，常見寄存器的作用、計算機體系結
構分類、指令系統基礎、CISC與RISC、流水線操作的相關內容。
在存儲系統中，主要考查Cache存儲器。
在可靠性與系統性能評測基礎知識中，主要考查系統可靠性分析和校驗方法。
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在數據的表示這個考點中，主要涉及到數制轉換、數據編碼、浮點數計算三個方面的內容，其
中難度最高的是浮點數計算。
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考點精講
1. 數制轉換
（1）R進制數轉換成十進制數
R進制數轉換成十進制數通常使用按權展開法。具體操作方式為：將R進制數的每一位數值用R k
形式表示，即冪的底數是R，指數為k，k與該位和小數點之間的距離有關。當該位位於小數點左邊，
k值是該位和小數點之間數碼的個數，而當該位位於小數點右邊，k值是負值，其絕對值是該位和小
數點之間數碼的個數加1。
例如二進制數l0101.01的值可計算如下：
l0101.01=1×2 4 +1×2 2 +1×2 0 +1×
按照上面的表示法，即可計算出R進制數十進制的值。
（2）十進制數轉換為R進制數
最常用的是“除以R取余法”。例如將十進制數85轉換為二進制數：
2 |85余1
2 | 420
2 |21 1
2 |100
2 | 5 1
2 | 2 0
1 1
將所得的余數從低位到高位排列（1010101） 2 就是85的二進制數。
（3）二進制數與八進制數、十六進制數之間的轉換
二進制轉八進制：將每3個二進制數轉換為八進制數；
二進制轉十六進制數：將每4個二進制數轉換為八進制數；
八進制轉二進制：將每個八進制數轉換為3位二進制數；
十六進制轉二進制：將每個十六進制數轉換為4位二進制數。
上面的轉換都是以小數點作為計算數碼個數的起點。八進制數和十六進制數轉換可先轉換為二
進制數，然后再轉換為目標進制。
2. 原碼、反碼、補碼、移碼
在計算機中，數據編碼方式可以有多種，最為常見的有原碼、反碼、補碼、移碼。一個正數的
原碼、補碼、反碼是相同的，負數則不同。
（1）原碼
將最高位用做符號位（0表示正數，1表示負數），其余各位代表數值本身的絕對值的表示形
式。這種方式是最容易理解的。
例如，+1 的原碼是0000 0001，–1 的原碼是1000 0001。
但是直接使用原碼在計算時卻會有麻煩，比如(1) 10 +(–1) 10 = 0，如果直接使用原碼則：
(0000 0001) 2 ＋(1000 0001) 2 =(1000 0010) 2
這樣計算的結果是–2，也就是說，使用原碼直接參與計算可能會出現錯誤的結果。所以，原碼
的符號位不能直接參與計算，必須和其它位分開，這樣會增加硬件的開銷和復雜性。
（2）反碼
正數的反碼與原碼相同。負數的反碼符號位為1，其余各位為該數絕對值的原碼按位取反。這個
取反的過程使得這種編碼稱為“反碼”。
例如，–1的反碼：1111 1110 。
同樣對上面的加法，使用反碼的結果是：
(0000 0001) 2 + (1111 1110) 2 = (1111 1111) 2
這樣的結果是負0，而在人們普遍的觀念中，0是不分正負的。反碼的符號位可以直接參與計
算，而且減法也可以轉換為加法計算。
（3）補碼
正數的補碼與原碼相同。負數的補碼是該數的反碼加1，這個加1就是“補”。
例如，–1的補碼：1111 1110+1 = 1111 1111。
再次做加法是這樣的：
(0000 0001) 2 + (1111 1111) 2 = (0000 0000) 2
直接使用補碼進行計算的結果是正確的。
對一個補碼表示的數，要計算其原碼，只要對它再次求補，可得該數的原碼。
由於補碼能使符號位與有效值部分一起參加運算，從而簡化運算規則，同時它也使減法運算轉
換為加法運算，進一步簡化計算機中運算器的電路，這使得在大部分計算機系統中，數據都使用補
碼表示。
（3）移碼
移碼是對補碼的符號位取反得到的一種編碼。移碼只用於表示浮點數的階碼，所以只用於整
數。
例如，-1的移碼為：0111 1111。
3. 浮點數計算
在數學中，要表示一個很大的數時，我們常常使用一種稱為科學計數法的方式：
N = M*R e
其中M稱為尾數，e是指數，R為基數。
浮點數就是使用這種方法來表示大范圍的數，其中指數一般是2，8，16。而且對於特定機器而
言，指數是固定不變的，所以在浮點數中指數並不出現。從這個表達式可以看出：浮點數表示的精
讀取決於尾數的寬度，范圍取決於基數的大小和指數的寬度。
浮點數的運算主要有三個步驟：對階、尾數計數、結果格式化。
（1）對階
首先計算兩個數的指數差，把指數小的向指數大的對齊，並將尾數右移指數差的位數，這樣兩
個浮點數就完成了對階的操作。可以看出，對階的過程可能使得指數小的浮點數失去一些有效位。
如果兩個浮點數階數相差很大，大於指數小的浮點數的尾數寬度，那么對階后那個浮點數的尾數就
變成了0，即當做機器零處理了。
（2）尾數計算
對階完成后，兩個浮點數尾數就如同定點數，計算過程同定點數計算。
（3）結果格式化
尾數計算后，可能會產生溢出，此時將尾數右移，同時指數加1，如果指數加1后發生了溢出，
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一點一練
則表示兩個浮點數的運算發生了溢出。
如果尾數計算沒有溢出，則尾數不斷左移，同時指數減1，直到尾數為格式化數。如果這個過程
中，指數小於機器能表達的最小數，則將結果置“機器零”，這種情況稱為下溢。
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試題1
若某計算機采用8位整數補碼表示數據，則運算__(1)__將產生溢出。
（1） A．-127+1 B．-127-1 C．127+1 D．127-1
試題2
原碼表示法和補碼表示法是計算機中用於表示數據的兩種編碼方法，在計算機系統中常采用補
碼來表示和運算數據，原因是采用補碼可以__(2)__。
（2）A．保證運算過程與手工運算方法保持一致
B．簡化計算機運算部件的設計
C．提高數據的運算速度
D．提高數據的運算精度
試題3
計算機中的浮點數由三部分組成：符號位S，指數部分E（稱為階碼）和尾數部分M。在總長度
固定的情況下，增加E的位數、減少M的位數可以__(3)__。
（3）A．擴大可表示的數的范圍同時降低精度
B．擴大可表示的數的范圍同時提高精度
C．減小可表示的數的范圍同時降低精度
D．減小可表示的數的范圍同時提高精度
試題4
計算機中常采用原碼、反碼、補碼和移碼表示數據，其中，±0 編碼相同的是__(4)__。
（4）A．原碼和補碼 B．反碼和補碼
C．補碼和移碼 D．原碼和移碼
試題5
計算機在進行浮點數的相加（減）運算之前先進行對階操作，若x的階碼大於y的階碼，則應將
__(5)__。
（5）A．x的階碼縮小至與y的階碼相同，且使x的尾數部分進行算術左移
B．x的階碼縮小至與y的階碼相同，且使x的尾數部分進行算術右移
C．y的階碼擴大至與x的階碼相同，且使y的尾數部分進行算術左移
D．y的階碼擴大至與x的階碼相同，且使y的尾數部分進行算術右移
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
解析與答案
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試題1分析
采用8位整數補碼表示數據，數據的表示范圍是-128至127，因此在各選擇中運算會發生溢出的
是C。
試題1答案
（1）C
試題2分析
在計算機中，各類運算都等可以采用補碼進行，特別是對於有符號數的運算。在計算機中設計
補碼的目的一是為了使符號位能與有效值部分一起參加運算，從而簡化運算規則，使運算部件的設
計更簡單；二是為了使減法運算轉換為加法運算，進一步簡化計算機中運算器的線路設計。因此在
計算機系統中常采用補碼來表示和運算數據，原因是采用補碼可以簡化計算機運算部件的設計。
試題2答案
（2）B
試題3分析
浮點數的表示形式如下：
N=M×r E
其中r是浮點數階碼的底，與尾數的基數相同，通常r=2。E和M都是帶符號的定點數，E叫做階
碼，M叫做尾數。浮點數的一般格式如圖所示，浮點數的底是隱含的，在整個機器數中不出現。階
碼的符號位為Es，階碼的大小反映了在數N中小數點的實際位置；尾數的符號位為M s ，它也是整個
浮點數的符號位，表示了該浮點數的正、負。
圖1-1浮點數的一般格式
浮點數的大小由階碼部分決定，而其精度由尾數部分決定，因此增加E的位數、減少M的位數可
以擴大可表示的數的范圍同時降低精度。
試題3答案
A
試題4分析
本題考查計算機系統數據編碼基礎知識。
設機器字長為n（即采用n個二進制位表示數據），最高位是符號位，0表示正號，1表示負號。
原碼表示方式下，除符號位外，n-1位表示數值的絕對值。因此，n為8時，[+0] 原 =0
0000000，[-0] 原 =1 0000000。
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
計算機系統的組成與體系結構
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考點精講
正數的反碼與原碼相同，負數的反碼則是其絕對值按位求反。n為8時，數值0的反碼表示有兩種
形式：[+0] 反 =0 0000000，[-0] 反 =11111111。
正數的補碼與其原碼和反碼相同，負數的補碼則等於其反碼的末尾加1。在補碼表示中，0有唯
一的編碼：[+0] 補 =0 0000000，[-0] 補 =00000000。
移碼表示法是在數X上增加一個偏移量來定義的，常用於表示浮點數中的階碼。機器字長為n
時，在偏移量為2 n-1 的情況下，只要將補碼的符號位取反便可獲得相應的移碼表示。
試題4答案
（4）C
試題5分析
本題考查浮點數運算的基本過程。該過程分為如下3步：
第一步：對階，規則是向大階看齊。具體方法是：階碼小的那個尾數右移，移位的次數等於參
加運算的兩個數的階碼之差。
第二步：尾數相加。實際上進行的是定點數加法。
第三步：結果的后處理。包括如下3個方面：
（1）如果運算結果的尾數部分溢出，則需要向右規格化一位。具體方法是：尾數部分右移一
位，階碼加1。
（2）如果運算結果的最高位為0，則需要向左規格化，並且要重復進行，直到尾數的最高位不
為0。尾數部分每左移一位，階碼必須減1。
（3）進行舍入處理。
所以本題的正確答案為D。
試題5答案
（5）D
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在計算機系統的組成與體系結構中，計算機體系結構分類、計算機的硬件組成、指令系統基
礎、CISC與RISC、流水線操作等內容是最為重要的，下面將詳細介紹這幾個方面的知識。
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1. 計算機體系結構分類
計算機體系結構分類有多種方式，其中最為常見的是：Flynn分類法與馮氏分類法。而考試中主
要考查的是Flynn分類法。
Flynn分類法是根據指令流、數據流和多倍性三方面來進行分類的，如表1-1所示。
表1-1 Flynn分類法
2. 計算機的硬件組成
計算機硬件系統是依照馮·諾依曼所設計體系結構，即包括運算器、控制器、存儲器、輸入設備
和輸出設備五大部件組成，如圖1-2所示。
圖1-2 計算機硬件組成結構示意圖
其中運算器和控制器組成中央處理器（CPU）。運算器負責完成算術、邏輯運算功能，通常由
ALU（算術/邏輯單元）、寄存器、多路轉換器、數據總線組成；控制器則負責依次訪問程序指令，
進行指令譯碼，並協調其他設備，通常由程序計數器（PC）、指令寄存器、指令譯碼器、狀態/條件
寄存器、時序發生器、微操作信號發生器組成。
下面介紹幾個主要部件的功能：
程序計數器：用於存放下一條指令所在單元的地址的地方。由於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。當遇到轉移指令時，后繼指令的地址（即PC的內
容）必須從指令寄存器中的地址字段取得。在這種情況下，下一條從內存取出的指令將由轉移指令
來規定，而不像通常一樣按順序來取得。因此程序計數器的結構是具有寄存信息和計數兩種功能的
結構。
指令寄存器：用來保存當前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
寄存器中，然后再傳送至指令寄存器。指令划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（下一詞條將詳細介紹其工作過程）。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。
指令譯碼器：譯碼是編碼的逆過程，在編碼時，每一種二進制代碼，都賦予了特定的含義，即
都表示了一個確定的信號或者對象。把代碼狀態的特定含義“翻譯”出來的過程叫做譯碼，實現譯
碼操作的電路稱為譯碼器。或者說，譯碼器是可以將輸入二進制代碼的狀態翻譯成輸出信號，以表
示其原來含義的電路。
3. 指令系統基礎
在計算機中，CPU都會定義出自己特定的指令系統，不過都遵循着統一的標准格式。指令的基
本格式是由操作碼和地址碼兩個部分組成的。操作碼指出該指令要完成什么操作，地址碼則是提供
原始的數據。指令系統中定義操作碼的方式可以分為規整型（定長編碼）和非規整型（變長編碼）
兩種，如表1-2所示。
表1-2 指令系統操作碼定義分類方法比較表
而在指令系統中用來確定如何提供操作數或提供操作數地址的方式稱為尋址方式和編址方式。
操作數可以存放在CPU中的寄存器（用寄存器名操作）、主存儲器（指出存儲單元地址）、堆棧
（先進后出的存儲機制，用棧頂指針SP來標出其當前位置）、外存儲器或外圍設備中。不過在運算
時，數據均在主存儲器中，操作數可以采用以下幾種尋址方式：
（1）立即尋址方式
指令的地址字段指出的不是操作數的地址，而是操作數本身。這種方式的特點是指令執行時間
很短，不需要訪問內存取數。題目中所說的“操作數包含在指令中的尋址方式”就是立即尋址。
例如，單地址的移位指令格式為
這里D不是地址，而是一個操作數。F為標志位，當F=1時，操作數進行右移；當F=0時，操作
數進行左移。
（2）直接尋址方式
直接尋址特點是：在指令格式的地址字段中直接指出操作數在內存的地址D。
采用直接尋址方式時，指令字中的形式地址D就是操作數的有效地址E，即E=D。因此通常把形
式地址D又稱為直接地址。此時，由尋址模式給予指示。如果用S表示操作數，那么直接尋址的邏輯
表達式為 S=(E)=(D)
（3）間接尋址方式
間接尋址的情況下，指令地址字段中的形式地址D不是操作數的真正地址，而是操作數地址的指
示器，D單元的內容才是操作數的有效地址。
如果把直接尋址和間接尋址結合起來，指令有如下形式：
尋址特征位I=0，表示直接尋址，這時有效地址E=D；I=1，表示間接尋址，這時有效地址E=
(D)。
間接尋址方式是早期計算機中經常采用的方式，但由於兩次訪問內存，影響指令執行速度，現
在已不大使用。
（4）寄存器尋址方式和寄存器間接尋址方式
當操作數不放在內存中，而是放在CPU的通用寄存器中時，可采用寄存器尋址方式。此時指令
中給出的操作數地址不是內存的地址單元號，而是通用寄存器的編號。這也就是題目中所說的“操
作數在寄存器中的尋址方式”。
寄存器間接尋址方式與寄存器尋址方式的區別在於：指令格式中的寄存器內容不是操作數，而
是操作數的地址，該地址指明的操作數在內存中。這也就是題目中所說的“操作數的地址在寄存器
中的尋址方式”。
（5）相對尋址方式
相對尋址是把程序計數器PC的內容加上指令格式中的形式地址D而形成操作數的有效地址。程
序計數器的內容就是當前指令的地址。“相對”尋址，就是相對於當前的指令地址而言的。
采用相對尋址方式的好處是程序員無須用指令的絕對地址編程，所編程序可以放在內存任何地
方。
此時形式地址D通常稱為偏移量，其值可正可負，相對於當前指令地址進行浮動。
4. CISC與RISC
為了提高操作系統的效率，人們最初選擇了向指令系統中添加更多、更復雜的指令，而隨着不
斷地升級和向后兼容的需要，指令集也越來越大。這種類型的計算機，我們稱之為復雜指令計算機
CISC。而后來研究發現，計算機指令系統如果使用少量結構簡單的指令會提高計算機的性能，這就
是精簡指令集計算機RISC。計算機執行程序所需的時間P由三方面因素決定：編譯后產生的機器指令
數I、執行每條指令所需的平均周期數CPI，以及每個機器周期的時間T。它們的關系是P=I×CPI×T。
RISC正是通過簡化指令的途徑使計算機結構更合理，減少指令執行周期數，提高運算速度。雖然
RISC編譯后產生的機器指令數（I）增多了，但指令所需的周期數（CPI）和每個周期的時間（T）都
可以減少。它與CISC可謂各有特色，如表1-3所示。
表1-3 指令系統操作碼定義分類方法比較表
典型的RISC處理器包括：DEC的Alpha 21164、IBM的Power PC620、HP的PA-8000、SGI
MIPS分部的TS、Sun的Ultra SPARC。目前RISC處理器技術的發展方向是采用並行處理技術（包括
超級流水線、超級標量、超長指令字）大幅度提高運算速度。
5. 流水線
流水線是指在程序執行時多條指令重疊進行操作的一種准並行處理實現技術。各種部件同時處
理是針對不同指令而言的，它們可同時為多條指令的不同部分進行工作，以提高各部件的利用率和
指令的平均執行速度。
指令流水線是將指令執行分成幾個子過程，每一個子過程對應一個工位，我們稱為流水級或流
水節拍，這個工位在計算機里就是可以重疊工作的功能部件，稱為流水部件。
如圖1-3所示，IF，ID，EX，WD分別是流水線的流水部件。
圖1-3幾個部件組成的流水線
流水線要求所有的流水級部件必須在相同的時間內完成各自的子過程。在流水線中，指令流動
一步便是一個機器周期，機器周期的長度必須由最慢的流水級部件處理子過程所需的時間來決定。
那么我們為什么要提出流水線這個概念，以及流水線是如何提高系統吞吐量的呢？下面我們來
看幾個圖，概念自然就清楚了。
圖1-4是一個非流水線結構系統執行指令時空圖。
圖1-4非流水線結構系統執行指令時空圖
我們從圖1-4中可以看到，任意一個系統時間都有大量的設備處於空閑狀態，如第一個時間段有
ID，EX，WB空閑，則第二個時間段有IF，EX，WB空閑。
我們再來看采用了流水線結構的時空圖1-5。
圖1-5流水線結構指令時空圖
顯然，采用流水線可以大大提升系統資源的利用率，以及整個系統的吞吐量。
在考試中，流水線方面的考題主要考查兩個知識點：計算流水線執行時間和分析影響流水線的
因素。
（1）計算流水線執行時間
假定有某種類型的任務，共可分成N個子任務，執行每個子任務需要時間t，則完成該任務所需
的時間即為Nt。若以傳統的方式，則完成k個任務所需的時間是kNt；而使用流水線技術執行，花費
的時間是Nt+(k-1)t。也就是說，除了第一個任務需要完整的時間外，其他都通過並行，節省下了大
量的時間，只需一個子任務的單位時間就夠了。
另外要注意的是，如果每個子任務所需的時間不同，則其速度取決於其執行順序中最慢的那個
（也就是流水線周期值等於最慢的那個指令周期），要根據實際情況進行調整。
例如：若指令流水線把一條指令分為取指、分析和執行三部分，且三部分的時間分別是取指
2ns，分析2ns，執行1ns。那么，最長的是2ns，因此100條指令全部執行完畢需要的時間就是：
(2ns+2ns+1ns) +(100-1)×2ns=203ns。
另外，還應該掌握幾個關鍵的術語：流水線的吞吐率（等於任務數/完成時間），加速比（不采
用流水線的執行時間/采用流水線的執行時間）。
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一點一練
（2）影響流水性的主要因素
如圖1-5所示，流水線的關鍵在於“重疊執行”，因此如果這個條件不能夠滿足，流水線就會被
破壞。這種破壞主要來自兩種情況：
轉移指令：因為前面的轉移指令還沒有完成，流水線無法確定下一條指令的地址，因此也就無
法向流水線中添加這條指令。從這里的分析可以看出，無條件跳轉指令是不會影響流水線的。
共享資源訪問的沖突：也就是后一條指令需要使用的數據，與前一條指令發生的沖突，或者相
鄰的指令使用了相同的寄存器，這也會使得流水線失敗。
響應中斷：當有中斷請求時，流水線也會停止。對於這種情況有兩種響應方式，一種是立即停
止——精確斷點法，能夠立即響應中斷；另一種是流水線中的指令繼續執行，不再新增指令到流水
線——不精確斷點法。
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試題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)__。
（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）
試題2
CPU中譯碼器的主要作用是進行__(2)__。
（2）A．地址譯碼 B．指令譯碼 C．數據譯碼 D．選擇多路數據至ALU
試題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)__。
（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）
試題4
在CPU中用於跟蹤指令地址的寄存器是__(4)__。
（4）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）
試題5
若CPU要執行的指令為：MOV R1，#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)__。
（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
試題6
在CPU的寄存器中，__(6)__對用戶是完全透明的。
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解析與答案
（6）A．程序計數器 B．指令寄存器 C．狀態寄存器 D．通用寄存器
試題7
指令系統中采用不同尋址方式的目的是__(7)__。
（7）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．擴大尋址空間並提高編程靈活性
試題8
總線復用方式可以__(8)__。
（8）A．提高總線的傳輸帶寬 B．增加總線的功能
C．減少總線中信號線的數量 D．提高CPU利用率
試題9
一條指令的執行過程可以分解為取指、分析和執行三步，在取指時間t取指=3△t、分析時間t分
析=2△t、執行時間t執行=4△t的情況下，若按串行方式執行，則10條指令全部執行完需要
__(9)__△t；若按流水線的方式執行，則10條指令全部執行完需要__(10)__△t。
（9）A．40 B．70 C．90 D．100
（10）A．20 B．30 C．40 D．45
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試題1分析
本題主要考查寄存器的相關內容。
程序計數器是用於存放下一條指令所在單元的地址的地方。在程序執行前，必須將程序的起始
地址，即程序的一條指令所在的內存單元地址送入程序計數器，當執行指令時，CPU將自動修改程
序計數器的內容，即每執行一條指令程序計數器增加一個量，使其指向下一個待指向的指令。程序
的轉移等操作也是通過該寄存器來實現的。
地址寄存器一般用來保存當前CPU所訪問的內存單元的地址，以方便對內存的讀寫操作。
累加器是專門存放算術或邏輯運算的一個操作數和運算結果的寄存器。
ALU是CPU的執行單元，主要負責運算工作。
試題1答案
（1）A
試題2分析
在計算機中，通常都是二進制代碼，如果我們要將一個信息放到計算機中去表述，就都需要將
其編碼為二進制代碼，在編碼時，每一種二進制代碼，都賦予了特定的含義，即都表示了一個確定
的信號或者對象。而譯碼就是編碼的逆過程。
CPU中的譯碼器的主要作用是對指令進行譯碼。
試題2答案
（2）B
試題3分析
程序計數器是用於存放下一條指令所在單元的地址的地方。在程序執行前，必須將程序的起始
地址，即程序的一條指令所在的內存單元地址送入程序計數器，當執行指令時，CPU將自動修改程
序計數器的內容，即每執行一條指令程序計數器增加一個量，使其指向下一個待指向的指令。程序
的轉移等操作也是通過該寄存器來實現的。
指令寄存器一般用來保存當前正在執行的一條指令。
存儲器數據寄存器主要是用來保存操作數和運算結果等信息的，其目的是為了節省讀取操作數
所需占用總線和訪問存儲器的時間。
存儲器地址寄存器一般用來保存當前CPU所訪問的內存單元的地址，以方便對內存的讀寫操
作。
作為程序員，應該要能控制其所編寫程序的執行過程，這就需要利用程序計數器來實現，因此
程序員能訪問的是程序計數器。
試題3答案
（3）A
試題4分析
請參看試題3分析。
試題4答案
（4）C
試題5分析
本題主要考查各種尋址方式。
立即尋址的特點是：指令的地址字段指出的不是操作數的地址，而是操作數本身；
直接尋址特點是：在指令格式的地址字段中直接指出操作數在內存的地址；
寄存器尋址的特點是：指令中給出的操作數地址不是內存的地址單元號，而是通用寄存器的編
號（當操作數不放在內存中，而是放在CPU的通用寄存器中時，可采用寄存器尋址方式）；
寄存器間接尋址方式與寄存器尋址方式的區別在於：指令格式中操作數地址所指向的寄存器中
存放的內容不是操作數，而是操作數的地址，通過該地址可在內存中找到操作數；
相對尋址的特點是：把程序計數器PC的內容加上指令格式中的形式地址來形成操作數的有效地
址。
在本題中，指令中的兩個操作數，分別使用的是寄存器尋址和立即尋址，因為在這個指令中，
其第一個操作數字段是一個寄存器編號，而第二個操作數字段就是操作數本身。
試題5答案
（5）B
試題6分析
指令寄存器用來存放當前正在執行的指令，對用戶是完全透明的。
狀態寄存器用來存放計算結果的標志信息，如進位標志、溢出標志等。
通用寄存器可用於傳送和暫存數據，也可參與算術邏輯運算，並保存運算結果。
試題6答案
（6）B
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考點精講
試題7分析
尋址是指尋找操作數的地址或下一條將要執行的指令地址。數據和指令一般都需要存放在一些
存儲器的存儲單元中，存儲器對這些存儲單元進行編號，這些編號就是數據和指令的地址，如果在
應用中需要用到這些數據或指令時，就通過它們的地址到存儲器中去尋找，這就是尋址。
假如某主機的主存容量可達1MB，而指令中的地址碼字段最長僅16位，只能直接訪問主存的一
小部分，而無法訪問到整個主存空間，而采用不同的尋址方式可以實現對整個主存空間的訪問。就
是在字長很長的大型機中（地址碼字段足夠長），即使指令中能夠拿出足夠的位數來作為訪問整個
主存空間的地址，但為了靈活、方便地編制程序，也需要對地址進行必要的變換。
綜上所述，可知本題答案選D。
試題7答案
（7）D
試題8分析
總線復用，顧名思義就是一條總線實現多種功能。常見的總線復用方式有總線分時復用，它是
指在不同時段利用總線上同一個信號線傳送不同信號，例如，地址總線和數據總線共用一組信號
線。采用這種方式的目的是減少總線數量，提高總線的利用率。
試題8答案
（8）C
試題9分析
串行執行時，每條指令都需三步才能執行完，沒有重疊。總的執行時間為：（3+2+4）
△t×10=90△t。
按流水線方式執行，系統在同一時刻可以進行第k條指令的取指，第k+1條指令的分析，第k+2
條指令的執行，所以效率大大提高了。我們平時用的流水線計算公式是：第一條指令順序執行時間+
(指令條數?1)?周期，而周期與三個步驟時間最長的保持一致，因此本題的計算結果為：9+（10-
1）*4=45。
試題9答案
（9）C （10）D
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在整個計算機系統中，存儲系統的地位非常重要，在本書中，有多個章節涉及存儲相關內容。
本章主要描述存儲系統中與硬件相關的部分，而在操作系統章節將描述存儲調度相關內容。
1．Cache
由於在CPU與存儲系統間存在着數據傳送帶寬的限制，因此在其中設置了Cache（高速緩沖存
儲器，通常速度比內存快），以提高整體效率。但由於其成本更高，因此Cache的容量要比內存小
得多。Cache是一種相聯存儲器（即按內容進行存儲的存儲器）。
（1）Cache原理、命中率、失效率
使用Cache改善系統性能的主要依據是程序的局部性原理。通俗地說，就是一段時間內，執行
的語句常集中於某個局部。而Cache正式將訪問集中的內容放在速度更快的Cache上，以提高性能。
引入Cache后，CPU在需要數據時，先找Cache，如果沒有再找內存。
如果Cache的訪問命中率為h（通常1-h就是Cache的失效率），而Cache的訪問周期時間是
t1，主存儲器的訪問周期時間是t2，則整個系統的平均訪存時間就應該是：
從公式可以看出，系統的平均訪存時間與命中率有着很密切的關系。靈活地應用這個公式，可
以計算出所有情況下的平均訪存時間。
例如：設某流水線計算機主存的讀/寫時間為100ns，有一個指令和數據合一的Cache，已知該
Cache的讀/寫時間為l0ns，取指令的命中率為98%，取數的命中率為95%。在執行某類程序時，約
有1/5指令需要存/取一個操作數。假設指令流水線在任何時候都不阻塞，則設置Cache后，每條指
令的平均訪存時間約為多少？其實這是應用該公式的簡單數學題：
(2%×100ns + 98%×10ns)+ 1/5×(5%×100ns + 95%×10ns)=14.7ns
（2）Cache存儲器的映射機制
圖1-6 Cache映射規則圖解
CPU發生訪存請求時，會先讓Cache判斷是否包括，如果命中（即包括請求的內容）就直接使
用。這個判斷的過程就是Cache地址映射，這個速度應該盡可能快，常見的映射方法有直接映射、
全相聯映射和組相聯映射三種，其原理如圖1-6所示。
直接映射：是一種多對一的映射關系，但一個主存塊只能夠復制到Cache的一個特定位置上
去。Cache的行號i和主存的塊號j有函數關系：i=j%m（其中m為Cache總行數）。例如：某Cache
容量為16KB（可用14位表示），每行的大小為16B（可用4位表示），則說明其可分為1024行（可
用10位表示）。則主存地址的最低四位為Cache的行內地址，中間10位為Cache行號。如果內存地
址為1234E8F8H的話，那么最后四位就是1000（對應16進制數的最后一位），而中間10位，則應從
E8F（111010001111）中獲取，得到1010001111。
相聯映射：將主存中一個塊的地址與塊的內容一起存於Cache的行中。速度更快，但控制復
雜。
組相聯映射：是前兩種方式的折中方案。它將Cache中的塊再分成組。然后通過直接映射方式
決定組號，再通過相聯映射的方式決定Cache中的塊號。
要注意的是，在Cache映射中，主存和Cache存儲器將均分成容量相同的塊。
例如：容量為64塊的Cache采用組相聯方式映像，字塊大小為128個字，每4塊為一組。若主存
容量為4096塊，且以字編址，那么主存地址應該為多少位？主存區號為多少位？這樣的題目，首先
根據主存與Cache塊的容量需一致，因此內存也是128個字，因此共有128×4096個字，即
2 19 (2 7 +2 12 )個字，因此主存地址需要19位；而內存所需要分為4096/64塊，即2 6 ，因此主存區號需
要6位。
（3）Cache淘汰算法
當Cache數據已滿，並且出現未命中情況時，就是淘汰一些老的數據，更新一些新的數據。而
選擇淘汰什么數據的方法就是淘汰算法，常見的方法有三種：隨機淘汰、先進先出（FIFO）淘汰
（淘汰最早調入Cache的數據）、最近最少使用（LRU）淘汰法。其中平均命中率最高的是LRU算
法。
（4）Cache存儲器的寫操作
在使用Cache時，需要保證其數據與主存一致，因此在寫Cache時就需要考慮與主存間的同步問
題，通常使用以下三種方法：寫直達（寫Cache時，同時寫主存）、寫回（寫Cache時不馬上寫主
存，而是等其淘汰時回寫）、標記法。
2. 主存（內存）
（1）主存儲器的種類
RAM：隨機存儲器，可讀寫，斷電后數據無法保存，只能暫存數據。
SRAM：靜態隨機存儲器，在不斷電時信息能夠一直保持。
DRAM：動態隨機存儲器，需要定時刷新以維持信息不丟失。
ROM：只讀存儲器，出廠前用掩膜技術寫入，常用於存放BIOS和微程序控制。
PROM：可編程ROM，只能夠一次寫入，需用特殊電子設備進行寫入。
EPROM：可擦除的PROM，用紫外線照射15～20分鍾可擦去所有信息，可寫入多次。
E 2 PROM：電可擦除ERPOM，可以寫入，但速度慢。
閃速存儲器：現在U盤使用的種類，可以快速寫入。
記憶時，抓住幾個關鍵英文字母。A，即Access，說明讀寫都行；O，即Only，說明只讀；P，
即Programmable，說明可通過特殊電子設備寫入；E，即Erasable，說明可擦寫；E平方說明是兩
個E，第二個E是電子。
（2）主存儲器的組成
實際的存儲器總是由一片或多片存儲器配以控制電路構成的（如圖1-7所示）。其容量為
W×B，W是存儲單元（word，即字）的數量，B表示每個word由多少bit（位）組成。如果某一芯
片規格為w×b，則組成W×B的存儲器需要用（W/w）×（B/b）個芯片。
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
一點一練
圖1-7主存儲器組成示意圖
（3）主存儲器的地址編碼
主存儲器（內存）采用的是隨機存取方式，需對每個數據塊進行編碼，而在主存儲器中數據塊
是以word來標識的，即每個字一個地址，通常采用的是16進制表示。例如，按字節編址，地址從
A4000H到CBFFFH，則表示有(CBFFF-A4000)+1個字節，28000H個，也就是163840個字節，等於
160KB。
要注意的是，編址的基礎可以是字節，也可以是字（字是由1個或多個字節組成的），要算地址
位數，首先應計算要編址的字或字節數，然后求2的對數即可得到。
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試題1
位於CPU與主存之間的高速緩沖存儲器Cache用於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。
（1）A．硬件 B．軟件 C．用戶 D．程序員
試題2
在程序的執行過程中，Cache與主存的地址映像由__(2)__。
（2）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
試題3
相聯存儲器按__(3)__訪問。
（3）A．地址 B．先入后出的方式
C．內容 D．先入先出的方式
試題4
內存單元按字節編址，地址0000A000H～0000BFFFH共有__(4)__個存儲單元。
（4）A．8192K B．1024K C．13K D．8K
試題5
若內存容量為4GB，字長為32，則__(5)__。
（5）A．地址總線和數據總線的寬度都為32
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解析與答案
B．地址總線的寬度為30，數據總線的寬度為32
C．地址總線的寬度為30，數據總線的寬度為8
D．地址總線的寬度為32，數據總線的寬度為8
試題6
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__(6)__指令來完成的。
（6）A．控制 B．中斷 C．輸入輸出 D．訪存
試題7
設用2K×4位的存儲器芯片組成16K×8位的存儲器（地址單元為0000H～3FFFH，每個芯片的地
址空間連續），則地址單元0B1FH所在芯片的最小地址編號為__(7)__。
（7）A．0000H B．0800 H C．2000 H D．2800 H
試題8
正常情況下，操作系統對保存有大量有用數據的硬盤進行__(8)__操作時，不會清除有用數據。
（8）A．磁盤分區和格式化 B．磁盤格式化和碎片整理
C．磁盤清理和碎片整理 D．磁盤分區和磁盤清理
試題9
__(9)__不屬於按尋址方式划分的一類存儲器。
（9）A．隨機存儲器 B．順序存儲器
C．相聯存儲器 D．直接存儲器
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試題1分析
從Cache-主存層次實現的目標看，一方面既要使CPU的訪存速度接近於訪Cache的速度，另一
方面為用戶程序提供的運行空間應保持為主存容量大小的存儲空間。在采用Cache-主存層次的系統
中，Cache對用戶程序而言是透明的，也就是說，用戶程序可以不需要知道Cache的存在。因此，
CPU每次訪存時，依然和未使用Cache的情況一樣，給出的是一個主存地址。但在Cache-主存結構
中，CPU首先訪問的是Cache，並不是主存。為此，需要一種機制將主存地址轉換成對應的Cache
地址，這個處理過程對速度要求非常高，因此它是完全由硬件來完成的。
試題1答案
（1）A
試題2分析
Cache與主存的地址映像需要專門的硬件自動完成，使用硬件來處理具有更高的轉換速率。
試題2答案
（2）A
試題3分析
相聯存儲器一種按內容進行存儲和訪問的存儲器。
試題3答案
（3）C
試題4分析
本題考查計算機中的存儲部件組成。
內存按字節編址，地址從0000A000H到0000BFFFH時，存儲單元數為0000BFFFH
-0000A000H +1H=00002000H，轉換為二進制后為0010 0000 0000 0000即2 13 ，即8K個存儲單
元。
試題4答案
（4）D
試題5分析
字長是指在同一時間中CPU處理二進制數的位數叫字長。
數據總線是用於在計算機中傳送數據的總線，它可以把CPU的數據傳送到存儲器或輸入輸出接
口等其它部件，也可以將其它部件的數據傳送到CPU。數據總線的位數是微型計算機的一個重要指
標，通常與字長一致，所以字長32也就意味着數據總線的寬度為32。
地址總線是傳送地址信息的總線，根據地址總線的多少可以確定內存容量的大小，如32位的地
址總線可以允許2的32次方的內存容量。
試題5答案
（5）A
試題6分析
I/O接口與主存采用統一編址，即將I/O設備的接口與主存單元一樣看待，每個端口占用一個存
儲單元的地址，其實就是將主存的一部分划出來作為I/O地址空間。
訪存指令是指訪問內存的指令，顯然，這里需要訪問內存，才能找到相應的輸入輸出設備，一
次需要使用訪存指令。
而控制類指令通常是指程序控制類指令，用於控制程序流程改變的指令，包括條件轉移指令、
無條件轉移指令、循環控制指令、程序調用和返回指令、中斷指令等。
試題6答案
（6）D
試題7分析
芯片的大小為2k×4位，而存儲器的大小為16k×8位，不難得出要獲得這樣一個大小的存儲器，
需要16片2k×4位的芯片。
如果按字節編址，對應一個大小為16k×8位的存儲器，需要14位地址，其中高4位為片選地址，
低10位為片內地址，而題目給出的地址0B1FH轉換為二進制為00 1011 0001 1111，其高4位為
0010，即片選地址為2。因此，地址0B1FH對應第2片芯片，該芯片的起始地址（最小地址）為00
1000 0000 0000，即0800H。
試題7答案
（7）B
試題8分析
這題主要考查我們對磁盤分區、格式化、碎片整理、磁盤清理等概念的理解。
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
考點精講
磁盤分區是指將一塊容量相對較大的磁盤划分為多塊容量相對較小的磁盤，磁盤分區並不刪除
磁盤上的數據，但一般情況下，磁盤分區后要經過格式化后才能正式使用。
磁盤格式化在往磁盤的所有數據區上寫零的操作過程，它是一種純物理操作，同時對硬盤介質
做一致性檢測，並且標記出不可讀和壞的扇區。那么格式化后，磁盤原有的數據被清除。
磁盤清理也可以刪除計算機上的文件，但它主要用於刪除計算機上那些不需要的文件。
碎片整理是指通過系統軟件或一些專業的磁盤碎片整理軟件對計算機磁盤在長期使用過程中產
生的碎片和凌亂文件重新整理，以釋放出更多可用的存儲空間。
綜上所述，不會清除計算機中有用數據的是C。
試題8答案
（8）C
試題9分析
本題考查存儲器類型的划分。
按尋址方式划分，存儲器可分為：順序存儲（如：磁帶機），直接存儲器（如：磁盤、硬盤、
光盤），隨機存儲器（如：內存、U盤）。
試題9答案
（9）C
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可靠性計算在軟件設計師考試中出現頻度較高，出題方式也較為單一，主要是計算，是一個很
好得分的知識點，另外一個知識點是校驗碼，出現頻度較低，需要了解概念及計算過程，本節將詳
細介紹這部分內容。
1. 可靠性計算
可靠性計算主要涉及三種系統，即串聯系統、並聯系統和冗余系統，其中串聯系統和並聯系統
的可靠性計算都非常簡單，只要了解其概念，公式很容易記住。冗余系統要復雜一些，有些學員常
常搞不清楚。
（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，
這種系統稱為串聯系統，如圖1-8所示。
圖1-8串聯系統
設系統各個子系統的可靠性分別用 表示，則系統的可靠性
。
如果系統的各個子系統的失效率分別用 來表示，則系統的失效率
。
（2）並聯系統
假如一個系統由n個子系統組成，只要有一個子系統能夠正常工作，系統就能正常工作，如圖1-
9所示。
圖1-9並聯系統
設系統各個子系統的可靠性分別用 表示，則系統的可靠性
。
假如所有子系統的失效率均為 ，則系統的失效率為 ：
在並聯系統中只有一個子系統是真正需要的，其余n-1個子系統都被稱為冗余子系統。該系統隨
着冗余子系統數量的增加，其平均無故障時間也會增加。
（3）模冗余系統
m模冗余系統由m個（m=2n+1為奇數）相同的子系統和一個表決器組成，經過表決器表決
后，m個子系統中占多數相同結果的輸出可作為系統的輸出，如圖1-10所示。
圖1-10模冗余系統
在m個子系統中，只有n+1個或n+1個以上的子系統能正常工作，系統就能正常工作並輸出正確
結果。假設表決器是完全可靠的，每個子系統的可靠性為R 0 ，則m模冗余系統的可靠性為：
2．校驗碼
為了實現數據的自動檢錯與糾錯，引入了校驗碼。而最簡單的就是奇偶校驗碼，它分為奇校驗
和偶校驗兩種，均是添加1位校驗位，根據信息碼中1的個數來決定校驗位的取值，使得填入校驗位
后，使得1的個數為奇數（奇校驗）或偶數（偶校驗）。這方面知識更深入的考察點主要包括以下幾
個方面：
（1）海明碼距
海明的冗余數據位檢測和糾正代碼差錯的理論和方法指出：可以在數據代碼上添加若干冗余位
組成碼字。而將一個碼字變成另一個碼字時必須改變的最小位數就是碼字之間海明距離，簡稱碼
距。從這里將得出：沒有加冗余校驗碼的任何編碼，它們的碼距就是1，即只要改一位，就可以變成
另一個碼字了；而奇偶校驗碼則添加了1位校驗碼，使得要變成另一個碼字最少要修改兩位，這就使
其碼距變成2了；根據定義得知，碼距是不同碼字的海明距離的最小值。判斷碼距時，可以列出一些
碼進行判斷，找出最小的位數即可。
另外，還需要記住以下幾個關鍵的關系：
可查出多少位錯誤：根據海明的研究發現，可以發現“≤碼距-1”位的錯誤。
可以糾正多少位錯誤：根據海明的研究發現，可以糾正“<碼距/2”位的錯誤，因此如果要能夠
糾正n位錯誤，則所需最小的碼距應該是“2n+1”。
（2）海明校驗碼
要計算海明校驗碼，首先要知道海明校驗碼是放置在2的冪次位上的，即“1、2、4、8、16、
32……”，而對於信息位為m的原始數據，需加入k位的校驗碼，它滿足m+k+1<2 k 。計算時總令人
感到頭痛。而有一種簡單的方法，則是從第1位開始寫，遇到校驗位留下空格。例如：原始信息為
101101100，並采用偶校驗則：
圖1-11填入原始信息
然后根據以下公式填充校驗位“1、2、4、8”：
然后將結果填入，得到：
圖1-12完成計算
而如果給出一個加入了校驗碼的信息，並說明有一位錯誤，要找出，則可以采用基本相同的方
法，假如給出的是：
圖1-13有一位錯誤
可根據以下公式計算：
然后從高位往下寫，得到1101，即十進制的11，因此出錯的位數為第11位。而剩下的問題就是
這個公式如何來的？首先計算校驗碼時，1、2、4、8位都是空的，因此在公式的左邊；當進行校驗
時，1、2、4、8位都已經有值，因此要參與計算。而這些值是根據右表得到的，也就是生成B1、
B2、B4、B8四個公式，而公式中要參與計算的位，是在表格中出現“1”的那個位。要說明的是，
右邊的表格，就是對數據位的二進制描述。
由於海明碼距在計算和糾錯過程中，計算都過於復雜，無法很容易地使用硬件實現，因此在實
際的應用中並不是應用得很廣泛。
（3）CRC校驗碼
由於CRC的實現原理十分易於用硬件實現，因此被廣泛地應用於計算機網絡上的差錯控制。而
CRC的考察點主要有兩個：計算CRC校驗碼；驗算一個加了CRC校驗的碼是否有錯誤。
計算CRC校驗碼
要計算CRC校驗碼，需根據CRC生成多項式進行。例如：原始報文為“11001010101”，其生
成多項式為：“x 4 +x 3 +x+1”。在計算時，是在原始報文的后面若干個0（等於校驗碼的位數，而生
成多項式的最高冪次就是校驗位的位數，即使用該生成多項式產生的校驗碼為4位）作為被除數，除
以生成多項式所對應的二進制數（根據其冪次的值決定，得到11011，因為生成多項式中除了沒有x 2
之外，其他位都有）。然后使用模2除，得到的商就是校驗碼。
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一點一練
圖1-14計算CRC校驗碼
然后將0011添加到原始報文的后面就是結果：110010101010011。
檢查信息碼是否有CRC錯誤
要想檢查信息碼是否出現了CRC錯誤的計算很簡單，只需用待檢查的信息碼做被除數，除以生
成多項式，如果能夠整除就說明沒有錯誤，否則就是出錯了。另外要注意的是，當CRC檢查出現錯
誤時，它是不會進行糾錯的，通常是讓信息的發送方重發一遍。
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試題1
某計算機系統的部件構成如圖1-15所示，假定每個部件的千小時可靠度都為R，則該系統的千小
時可靠度為__(1)__。
圖1-15可靠性計算示意圖
（1）A．R+2R/4 B．R+R 2 /4 C．R（1-（1-R） 2 ） D．R（1-（1-R） 2 ） 2
試題3
下面關於校驗方法的敘述，__(3)__是正確的。
（3）A．采用奇偶校驗可檢測數據傳輸過程中出現一位數據錯誤的位置並加以糾正
B．采用海明校驗可檢測數據傳輸過程中出現一位數據錯誤的位置並加以糾正
C．采用海明校驗，校驗碼的長度和位置可隨機設定
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解析與答案
D．采用CRC校驗，需要將校驗碼分散開並插入數據的指定位置中
試題4
某數據處理軟件包括兩個完全相同的數據處理部件和一個數據存儲部件，且采用圖1-16給出的
容錯方案。當數據處理部件的可靠性為0.6時，為使整個軟件系統的可靠性不小於0.66，則數據存儲
部件的可靠性至少應為__(4)__。
圖1-16 先並聯后串聯系統
（4）A．0.6 B．0.66 C．0.79 D．1.0
試題5
若計算機采用CRC進行差錯校驗，生成多項式為G(X)= X 4 +X+1，信息字為10110，則CRC校驗
碼是__(5)__。
（5）A．0000 B．0100 C．0010 D．1111
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試題1分析
本題考查系統可靠性。
計算機系統是一個復雜的系統，而且影響其可靠性的因素也非常繁復，很難直接對其進行可靠
性分析。若采用串聯方式，則系統可靠性為每個部件的乘積R=R 1 ×R 2 ×R 3 ×…×R n ；若采用並聯方
式，則系統的可靠性為R=1-（1-R 1 ）×（1-R 2 ）×（1-R 3 ）×…×（1-R n ）。
在本題中，既有並聯又有串聯，計算時首先我們要分別計算圖中兩個並聯后的可靠度，它們分
別為1-（1-R） 2 ，然后是三者串聯，根據串聯的計算公式，可得系統的可靠度為R×1-（1-R） 2 ×1-
（1-R） 2 = R（1-（1-R） 2 ） 2 。因此本題答案選D。
試題1答案
（1）D
試題2
冗余技術通常分為4類，其中__(2)__按照工作方法可以分為靜態、動態和混合冗余。
（2）A．時間冗余 B．信息冗余 C．結構冗余 D．冗余附加技術
試題2分析
冗余技術一般包括時間冗余、信息冗余、結構冗余和冗余附加技術，其中結構冗余按照工作方
法可以分為靜態、動態和混合冗余。
試題2答案
（2）C
試題3分析
本題考查基本校驗碼，題目中提到的3種校驗方式都是需要考生掌握的。
其先進度排名為：奇偶校驗<CRC校驗<海明校驗。
奇偶校驗碼是在源信息碼的基礎上添加一個校驗位，使整個信息位呈奇性或偶性。這種校驗碼
只能根據收到的信息奇偶性判斷信息在傳輸中是否產生了1位錯誤，同時不能判斷具體是哪一位出了
錯。
CRC校驗即循環冗余碼校驗（Cyclical Redundancy Check），它是利用除法及余數的原理來
做錯誤偵測（Error Detecting）的。實際應用時，發送裝置計算出CRC值並隨數據一同發送給接收
裝置，接收裝置對收到的數據重新計算CRC並與收到的CRC相比較，若兩個CRC值不同，則說明數
據通信出現錯誤。
海明校驗是由Richard Hamming於1950年提出、目前還被廣泛采用的一種很有效的校驗方法，
它只要增加少數幾個校驗位，就可以發現“≤碼距-1”位的錯誤，可以糾正“<碼距/2”位的錯誤。
因此如果要能夠糾正n位錯誤，則所需最小的碼距應該是“2n+1”；如果要糾正1位錯誤，則最小碼
距為3。
有了以上的知識基礎，問題就非常容易解決了，接下來逐個分析備選答案中存在的概念錯誤。
A．“采用奇偶校驗可檢測數據傳輸過程中出現一位數據錯誤的位置並加以糾正”，奇偶校驗碼
只能檢測一位的錯誤，不能確定錯誤的位置，更無法對錯誤進行糾正，描述錯誤。
B．“采用海明校驗可檢測數據傳輸過程中出現一位數據錯誤的位置並加以糾正”，海明碼能發
現錯誤位置並予以改正，描述正確。
C．“采用海明校驗，校驗碼的長度和位置可隨機設定”，海明碼的編碼過程有嚴格要求，對於
信息位與校驗位的放置也是有約定的，不能隨機設定，描述錯誤。
D．“采用CRC校驗，需要將校驗碼分散開並插入數據的指定位置中”，CRC碼的校驗位都是置
於編碼的最后部分（最右端），描述錯誤。
故正確答案為：B。
試題3答案
（3）B
試題4分析
本題考查系統可靠性，是常考的知識點。
計算機系統是一個復雜的系統，而且影響其可靠性的因素也非常繁復，很難直接對其進行可靠
性分析。若采用串聯方式，則系統可靠性為每個部件的乘積R=R 1 ×R 2 ×R 3 ×…×R n ；若采用並聯方
式，則系統的可靠性為R=1-(1-R 1 )×(1-R 2 )×(1-R 3 )×…×(1-R n )。本道題當中的數據處理部件是並聯
的，每個處理部件的可靠性為0.6，把這兩個數據處理部件作為整體M看，則它的可靠性為：1- (1-
0.6)×(1-0.6) = 0.84。由於M和數據存儲部件是串聯的，而M的可靠性為0.84，要求整個軟件系統的
可靠性不小於0.66，來求數據存儲部件的可靠性H。利用串聯公式，0.84×H≥0.66，解這個方程得到
H為：0.7857，約等於0.79，所以選擇C答案。
試題4答案
（4）C
試題5分析
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考前沖刺
本題考查數據校驗知識。
CRC即循環冗余校驗碼，是數據通信領域中最常用的一種差錯校驗碼，其特征是信息字段和校
驗字段的長度可以任意選定。
在CRC校驗方法中，進行多項式除法（模2除法）運算后的余數為校驗字段。
信息字為10110，對應的多項式M(x)=X 4 +X 2 +X，生成多項式為G(X)=X 4 +X+1，對應的代碼為
10011。
校驗碼計算過程為：先將信息碼左移4位（生成碼長-1），得到101100000，然后反復進行異或
運算（即除數和被除數最高位對齊，按位異或），如下所示：
10110⊕10011=00101，00101左移兩位得到10100再與10011異或；
10100⊕10011=00111，00111左移兩位得到11100再與10011異或；
11100⊕10011=01111，其結果為CRC校驗碼，即余數1111。
試題5答案
（5）D
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試題1
利用高速通信網絡將多台高性能工作站或微型機互連構成機群系統，其系統結構形式屬於
__(1)__計算機。
（1）A．單指令流單數據流（SISD）B．多指令流單數據流（MISD）
C．單指令流多數據流（SIMD）D．多指令流多數據流（MIMD）
試題2
陣列處理機屬於__(2)__計算機。
（2）A．SISD B．SIMD C．MISD D．MIMD
試題3
每一條指令都可以分解為取指、分析和執行三步。已知取指時間t 取指 =5 t，分析時間t 分析 =2
t，執行時間t 執行 =5 t。如果按順序方式從頭到尾執行完500條指令需
__(3)__ t。如果按照[執行]k、[分析]k+1、[取指]k+2重疊的流水線方式執行指令，從頭到尾執
行完500條指令需__(4)__ t。
（3）A．5590 B．5595 C．6000 D．6007
（4）A．2492 B．2500 C．2510 D．2515
試題4
若內存按字節編址，用存儲容量為32K×8比特的存儲器芯片構成地址編號為A0000H～DFFFFH
的內存空間，則至少需要__(5)__片。
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習題解析
（5）A．4 B．6 C．8 D．10
試題5
__(6)__不屬於計算機控制器中的部件。
（6）A．指令寄存器 IR B．程序計數器 PC
C．算術邏輯單元 ALU D．程序狀態字寄存器 PSW
試題6
下面的描述中，__(7)__不是 RISC 設計應遵循的設計原則。
（7）A．指令條數應少一些
B．尋址方式盡可能少
C．采用變長指令，功能復雜的指令長度長而簡單指令長度短
D．設計盡可能多的通用寄存器
試題7
系統響應時間和作業吞吐量是衡量計算機系統性能的重要指標。對於一個持續處理業務的系統
而言，其__(8)__。
（8）A．響應時間越短，作業吞吐量越小 B．響應時間越短，作業吞吐量越大
C．響應時間越長，作業吞吐量越大 D．響應時間不會影響作業吞吐量
試題8
在指令系統的各種尋址方式中，獲取操作數最快的方式是__(9)__。若操作數的地址包含在指令
中，則屬於__(10)__方式。
（9）A．直接尋址 B．立即尋址 C．寄存器尋址 D．間接尋址
（10）A．直接尋址 B．立即尋址 C．寄存器尋址 D．間接尋址
試題9
在計算機系統中采用總線結構，便於實現系統的積木化構造，同時可以__(11)__。
（11）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
試題10
利用海明碼（Hamming Code）糾正單位錯，如果有 9 位信息位，則需要加入__(12)__位冗余
位。
（12）A．4 B．5 C．7 D．8
試題11
以下關於CISC（Complex Instruction Set Computer，復雜指令集計算機）和
RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）的敘述中，錯誤的是__(13)__。
（13）A．在CISC中，其復雜指令都采用硬布線邏輯來執行
B．采用CISC技術的CPU，其芯片設計復雜度更高
C．在RISC中，更適合采用硬布線邏輯執行指令
D．采用RISC技術，指令系統中的指令種類和尋址方式更少
試題12
循環冗余校驗碼（CRC）利用生成多項式進行編碼。設數據位為k位，校驗位為r位，則CRC碼
的格式為__(14)__。
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習題解析
（14）A．k個數據位之后跟r個校驗位
B．r個校驗位之后跟k個數據位
C．r個校驗位隨機加入k個數據位中
D．r個校驗位等間隔地加入k個數據位中
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試題1分析
本題考查計算機組成與體系結構的Flynn分類法，是常考的知識點。關於Flynn分類法請參看表
1-1。
題中是利用高速通信網絡將多台高性能工作站或微型機互連構成機群系統，事實上是采用了多
處理機。
試題1答案
（1）D
試題2分析
本題考查計算機組成與體系結構的Flynn分類法，是常考的知識點。關於Flynn分類法請參看表
1-1。
根據陣列機的定義，它將大量重復設置的處理單元互連構成陣列，在單一控制部件的控制下，
向各處理單元分配各自的數據，以達到並行執行同一條指令的目的。因此，陣列處理機是單指令流
多數據流（SIMD）計算機。
試題2答案
（2）B
試題3分析
按順序方式執行指令，每條指令從取指到執行共耗時12 t，所以500條指令共耗時：
12×500=6000 t。
采用流水線方式時，系統在同一時刻可以進行第k條指令的取指，第k+1條指令的分析，第k+2
條指令的執行，所以效率大大提高了。采用流水線的執行示意圖如圖1-17所示。
平時大家看到的都是這樣的示意圖，但是平時我們看到的圖都是籠統的。這里把所有周期都定
為統一長度，這樣流水線的總時間為：(n+2)×周期。如此題中為：(500+2)×5=2510。
但我們平時用的流水線計算公式是：第一條指令順序執行時間+(指令條數-1)?周期這個公式是
怎么來的呢？
請大家看圖1-18。
圖1-17流水線執行示意圖一
圖1-18流水線執行示意圖二
對於此題而言，關鍵在於指令的分析時間，周期是5 ，而實際完成分析只需要2 時間，所以
正常運行時空圖應如圖1-18所示，其中黑色塊是分析的真實發生時間。所以采用流水線的耗時為：
5+2+5×(500-1)+5=2507。
題目是按圖1-17來計算的，計算結果為2510。
試題3答案
（3）C（4）C
試題4分析
此題的解題思路是先計算出地址編號為A0000H～DFFFFH的內存空間大小，然后用空間大小除
以芯片容量，得到芯片數量。在這個操作過程中，運算單位及數制的一致性特別需要注意，在進行
運算之前，一定得把單位轉化成相同的。下面是具體運算過程。
DFFFFH-A0000H+1=40000H，轉化為十進制為2 18 。由於內存是按字節編址，所以空間大小
應為2 8 KB，即256KB，32K×8比特的芯片即32K×1字節的芯片，所以256KB/32KB=8。所以正確答
案為C。
試題4答案
（5）C
試題5分析
控制器是分析和執行指令的部件，也是統一指揮和控制計算機各個部件按時序協調操作的部
件。控制器的組成包含如下部分：①程序計數器PC；②指令寄存器IR；
③指令譯碼器；④時序部件；⑤程序狀態字寄存器PSW；⑥中斷機構。故C答案的算術邏輯單元
ALU不屬於控制器，是運算器。
試題5答案
（6）C
試題6分析
RISC（精簡指令系統計算機）的設計原則有：
（1）只使用頻度高的及最有用的指令，一般為幾十條指令；
（2）指令格式簡單化、規格化；
（3）每條指令在一個機器周期內完成；
（4）只有存數和取數指令訪問存儲器；
（5）以最簡單、有效的方式支持高級語言。
很顯然，C答案錯誤。
試題6答案
（7）C
試題7分析
系統響應時間是指用戶發出完整請求到系統完成任務給出響應的時間間隔。作業吞吐量是指單
位時間內系統完成的任務量。若一個給定系統持續地收到用戶提交的任務請求，則系統的響應時間
將對作業吞吐量造成一定影響。若每個任務的響應時間越短，則系統的空閑資源越多，整個系統在
單位時間內完成的任務量將越大；反之，若響應時間越長，則系統的空閑資源越少，整個系統在單
位時間內完成的任務量將越小。
試題7答案
（8）B
試題8分析
此題考查的是考生對操作數幾種基本尋址方式的理解。關於基本尋址方式的描述，請參看“1.3
計算機系統的組成與體系結構”的“指令系統基礎”內容。
試題8答案
（9）B（10）A
試題9分析
總線是在計算機中連接兩個或多個功能部件的一組共享的信息傳輸線，它的主要特征就是多個
部件共享傳輸介質。它是構成計算機系統的骨架，是各個功能部件之間進行信息傳輸的公共通道，
借助總線的連接，計算機各個部件之間可以傳送地址、數據和各種控制信息。在計算機系統中采用
總線結構，便於實現系統的積木化構造，同時可以有效減少信息傳輸線的數量。
試題9答案
（11）C
試題10分析
按照海明的理論，糾錯碼的編碼就是把所有合法的碼字盡量安排在n維超立方體的頂點上，使得
任一對碼字之間的距離盡可能大。如果任意兩個碼字之間的海明距離是d，則所有少於等於d-1位的
錯誤都可以檢查出來，所有少於d/2位的錯誤都可以糾正。一個自然的推論是，對某種長度的錯誤
串，要糾正錯誤就要用比僅僅檢測它多一倍的冗余位。如果對於m位的數據，增加k位冗余位，
n=m+k位的糾錯碼，則有： m+k+1<2 k 對於給定的數據位m，上式給出了k的下界，即要糾正單個
錯誤，k必須取最小值。在本題中，m=9，9+k+1<2 k ，可取k=4，得到9+4+1=14<2 4 =16。
試題10答案
（12）A
試題11分析
上一節 本書簡介 下一節
第 2 章：操作系統基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
考點脈絡
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本題考查指令系統和計算機體系結構基礎知識。
CISC（Complex Instruction Set Computer,復雜指令集計算機）的基本思想是：進一步增強
原有指令的功能，用更為復雜的新指令取代原先由軟件子程序完成的功能，實現軟件功能的硬件
化，導致機器的指令系統越來越龐大而復雜。CISC計算機一般所含的指令數目至少300條以上，有
的甚至超過500條。
RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）的基本思想是：通過減少指
令總數和簡化指令功能，降低硬件設計的復雜度，使指令能單周期執行，並通過優化編譯提高指令
的執行速度，采用硬布線控制邏輯優化編譯程序。在20世紀70年代末開始興起，導致機器的指令系
統進一步精煉而簡單。
試題11答案
（13）A
試題12分析
本題考查循環冗余校驗碼。
循環冗余校驗碼的編碼組成結構為：數據位+校驗位。所以本題應選A。此外，可以做一些知識
擴展，即海明碼的數據與校驗位的組成方式為：2 n 位置放校驗位，其它位置放數據位。
試題12答案
（14）A
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軟件設計師需要有扎實的理論知識，而操作系統作為計算機科學最為基本的理論基礎和分支領
域之一，是軟件設計師必須重點掌握的知識。本章將介紹操作系統相關的考點，並輔以練習題，以
便考生切實掌握相關內容。
根據考試大綱，本章要求考生掌握以下幾個方面的知識點。
（1）操作系統的內核。
（2）操作系統的五大管理功能：進程管理、存儲管理、設備管理、文件管理、作業管理。
（3）網絡操作系統和嵌入式操作系統基礎知識。
（4）操作系統的配置。
從歷年的考試情況來看，本章主要考查進程狀態轉換圖、信號量與PV操作、死鎖問題、銀行家
算法、段頁式存儲、頁面置換算法、磁盤調度、樹形文件系統。
在計算機中表示一個浮點數，其結構如下：
尾數部分（定點小數） 階碼部分（定點整數）
這里 a就是尾數，階碼就是x。【是不是很惡心，說次或者指數不好么，還有尾數，今天還知道一個更惡心的詞 叫原語 來自操作系統，翻譯成原語也真是,,,,不知道的還以為是咒語密法呢 繼續】
尾數寬度控制浮點數精度 階碼寬度控制浮點數大小范圍。
浮點數計算：
對階 小階向大階看齊（讓兩個數階碼一樣把比較小的階碼變成和比較大的一樣），然后小階的尾數右移階碼差的位數（為什么叫右移呢，，，我也很煩，明明就是小數點左移）。
尾數加減
格式化 ：暫時我也不明白，什么算格式化
例題：
試題1
若某計算機采用8位整數補碼表示數據，則運算__(1)_c_將產生溢出。
（1） A．-127+1 B．-127-1 C．127+1 D．127-1
8位整數補碼：符號位占一位 剩下7位 最大127
試題2
原碼表示法和補碼表示法是計算機中用於表示數據的兩種編碼方法，在計算機系統中常采用補
碼來表示和運算數據，原因是采用補碼可以_B_(2)__。
（2）A．保證運算過程與手工運算方法保持一致
B．簡化計算機運算部件的設計
C．提高數據的運算速度
D．提高數據的運算精度
補碼的0只有一種表示，
試題3
計算機中的浮點數由三部分組成：符號位S，指數部分E（稱為階碼）和尾數部分M。在總長度
固定的情況下，增加E的位數、減少M的位數可以_A_(3)__。
（3）A．擴大可表示的數的范圍同時降低精度
B．擴大可表示的數的范圍同時提高精度
C．減小可表示的數的范圍同時降低精度
D．減小可表示的數的范圍同時提高精度
階碼 數范圍 尾數精度
計算機中常采用原碼、反碼、補碼和移碼表示數據，其中，±0 編碼相同的是_C_(4)__。
（4）A．原碼和補碼 B．反碼和補碼
C．補碼和移碼 D．原碼和移碼
試題5
計算機在進行浮點數的相加（減）運算之前先進行對階操作，若x的階碼大於y的階碼，則應將
__(5)_D_。
（5）A．x的階碼縮小至與y的階碼相同，且使x的尾數部分進行算術左移
B．x的階碼縮小至與y的階碼相同，且使x的尾數部分進行算術右移
C．y的階碼擴大至與x的階碼相同，且使y的尾數部分進行算術左移
D．y的階碼擴大至與x的階碼相同，且使y的尾數部分進行算術右移
2計算機體系結構分類：
Flynn按照指令流，數據流，多倍性分類分類：
單指令單數據流SISD(single instruction single data) 一個處理器一個控制部分一個模塊 單處理機系統
MISD：多指令單數據流 不存在 目前。
SIMD：
MIMD：
當個看上去很專業的程序員太辛苦了。。。。溜了溜了，資料一份附上。很簡單很簡單，，，，個錘子。。。。。!-_-!
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
考點脈絡
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
數據的表示
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
計算機硬件系統是軟件運行的基礎，掌握一些基本硬件的工作原理是軟件技術提高的前提，所
以硬件基礎知識是軟件設計師考試中的一個必考模塊。在此科目中，涉及到的知識點非常多，但真
正常考的卻不多，本章將對考點脈絡進行梳理，對重要知識點進行精講，並輔以習題，以便考生加
深印象。
根據考試大綱，本章要求考生掌握以下幾個方面的知識點。
（1）數據的表示：數制及其轉換、原碼、反碼、補碼、移碼、浮點數、溢出、算術運算、邏輯
運算、校驗碼。
（2）計算機系統的組成、體系結構分類及特性：CPU、存儲器的組成、性能和基本工作原理、
常用I/O設備、通信設備的性能及基本工作原理、I/O接口的功能、類型和特性、CISC/RISC、流水
線操作、多處理機、並行處理。
（3）存儲系統：虛擬存儲器基本工作原理、多級存儲體系、RAID類型和特性。
（4）可靠性與系統性能評測基礎知識：診斷與容錯、系統可靠性分析評價、校驗方法、計算機
系統性能評測方法。
從歷年的考試情況來看，本章的考點主要集中以下方面。
在數據的表示中，主要考浮點數運算、溢出、算術、邏輯運算。
在計算機系統的組成與體系結構中，主要考查CPU的構成，常見寄存器的作用、計算機體系結
構分類、指令系統基礎、CISC與RISC、流水線操作的相關內容。
在存儲系統中，主要考查Cache存儲器。
在可靠性與系統性能評測基礎知識中，主要考查系統可靠性分析和校驗方法。
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在數據的表示這個考點中，主要涉及到數制轉換、數據編碼、浮點數計算三個方面的內容，其
中難度最高的是浮點數計算。
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考點精講
1. 數制轉換
（1）R進制數轉換成十進制數
R進制數轉換成十進制數通常使用按權展開法。具體操作方式為：將R進制數的每一位數值用R k
形式表示，即冪的底數是R，指數為k，k與該位和小數點之間的距離有關。當該位位於小數點左邊，
k值是該位和小數點之間數碼的個數，而當該位位於小數點右邊，k值是負值，其絕對值是該位和小
數點之間數碼的個數加1。
例如二進制數l0101.01的值可計算如下：
l0101.01=1×2 4 +1×2 2 +1×2 0 +1×
按照上面的表示法，即可計算出R進制數十進制的值。
（2）十進制數轉換為R進制數
最常用的是“除以R取余法”。例如將十進制數85轉換為二進制數：
2 |85余1
2 | 420
2 |21 1
2 |100
2 | 5 1
2 | 2 0
1 1
將所得的余數從低位到高位排列（1010101） 2 就是85的二進制數。
（3）二進制數與八進制數、十六進制數之間的轉換
二進制轉八進制：將每3個二進制數轉換為八進制數；
二進制轉十六進制數：將每4個二進制數轉換為八進制數；
八進制轉二進制：將每個八進制數轉換為3位二進制數；
十六進制轉二進制：將每個十六進制數轉換為4位二進制數。
上面的轉換都是以小數點作為計算數碼個數的起點。八進制數和十六進制數轉換可先轉換為二
進制數，然后再轉換為目標進制。
2. 原碼、反碼、補碼、移碼
在計算機中，數據編碼方式可以有多種，最為常見的有原碼、反碼、補碼、移碼。一個正數的
原碼、補碼、反碼是相同的，負數則不同。
（1）原碼
將最高位用做符號位（0表示正數，1表示負數），其余各位代表數值本身的絕對值的表示形
式。這種方式是最容易理解的。
例如，+1 的原碼是0000 0001，–1 的原碼是1000 0001。
但是直接使用原碼在計算時卻會有麻煩，比如(1) 10 +(–1) 10 = 0，如果直接使用原碼則：
(0000 0001) 2 ＋(1000 0001) 2 =(1000 0010) 2
這樣計算的結果是–2，也就是說，使用原碼直接參與計算可能會出現錯誤的結果。所以，原碼
的符號位不能直接參與計算，必須和其它位分開，這樣會增加硬件的開銷和復雜性。
（2）反碼
正數的反碼與原碼相同。負數的反碼符號位為1，其余各位為該數絕對值的原碼按位取反。這個
取反的過程使得這種編碼稱為“反碼”。
例如，–1的反碼：1111 1110 。
同樣對上面的加法，使用反碼的結果是：
(0000 0001) 2 + (1111 1110) 2 = (1111 1111) 2
這樣的結果是負0，而在人們普遍的觀念中，0是不分正負的。反碼的符號位可以直接參與計
算，而且減法也可以轉換為加法計算。
（3）補碼
正數的補碼與原碼相同。負數的補碼是該數的反碼加1，這個加1就是“補”。
例如，–1的補碼：1111 1110+1 = 1111 1111。
再次做加法是這樣的：
(0000 0001) 2 + (1111 1111) 2 = (0000 0000) 2
直接使用補碼進行計算的結果是正確的。
對一個補碼表示的數，要計算其原碼，只要對它再次求補，可得該數的原碼。
由於補碼能使符號位與有效值部分一起參加運算，從而簡化運算規則，同時它也使減法運算轉
換為加法運算，進一步簡化計算機中運算器的電路，這使得在大部分計算機系統中，數據都使用補
碼表示。
（3）移碼
移碼是對補碼的符號位取反得到的一種編碼。移碼只用於表示浮點數的階碼，所以只用於整
數。
例如，-1的移碼為：0111 1111。
3. 浮點數計算
在數學中，要表示一個很大的數時，我們常常使用一種稱為科學計數法的方式：
N = M*R e
其中M稱為尾數，e是指數，R為基數。
浮點數就是使用這種方法來表示大范圍的數，其中指數一般是2，8，16。而且對於特定機器而
言，指數是固定不變的，所以在浮點數中指數並不出現。從這個表達式可以看出：浮點數表示的精
讀取決於尾數的寬度，范圍取決於基數的大小和指數的寬度。
浮點數的運算主要有三個步驟：對階、尾數計數、結果格式化。
（1）對階
首先計算兩個數的指數差，把指數小的向指數大的對齊，並將尾數右移指數差的位數，這樣兩
個浮點數就完成了對階的操作。可以看出，對階的過程可能使得指數小的浮點數失去一些有效位。
如果兩個浮點數階數相差很大，大於指數小的浮點數的尾數寬度，那么對階后那個浮點數的尾數就
變成了0，即當做機器零處理了。
（2）尾數計算
對階完成后，兩個浮點數尾數就如同定點數，計算過程同定點數計算。
（3）結果格式化
尾數計算后，可能會產生溢出，此時將尾數右移，同時指數加1，如果指數加1后發生了溢出，
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一點一練
則表示兩個浮點數的運算發生了溢出。
如果尾數計算沒有溢出，則尾數不斷左移，同時指數減1，直到尾數為格式化數。如果這個過程
中，指數小於機器能表達的最小數，則將結果置“機器零”，這種情況稱為下溢。
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試題1
若某計算機采用8位整數補碼表示數據，則運算__(1)__將產生溢出。
（1） A．-127+1 B．-127-1 C．127+1 D．127-1
試題2
原碼表示法和補碼表示法是計算機中用於表示數據的兩種編碼方法，在計算機系統中常采用補
碼來表示和運算數據，原因是采用補碼可以__(2)__。
（2）A．保證運算過程與手工運算方法保持一致
B．簡化計算機運算部件的設計
C．提高數據的運算速度
D．提高數據的運算精度
試題3
計算機中的浮點數由三部分組成：符號位S，指數部分E（稱為階碼）和尾數部分M。在總長度
固定的情況下，增加E的位數、減少M的位數可以__(3)__。
（3）A．擴大可表示的數的范圍同時降低精度
B．擴大可表示的數的范圍同時提高精度
C．減小可表示的數的范圍同時降低精度
D．減小可表示的數的范圍同時提高精度
試題4
計算機中常采用原碼、反碼、補碼和移碼表示數據，其中，±0 編碼相同的是__(4)__。
（4）A．原碼和補碼 B．反碼和補碼
C．補碼和移碼 D．原碼和移碼
試題5
計算機在進行浮點數的相加（減）運算之前先進行對階操作，若x的階碼大於y的階碼，則應將
__(5)__。
（5）A．x的階碼縮小至與y的階碼相同，且使x的尾數部分進行算術左移
B．x的階碼縮小至與y的階碼相同，且使x的尾數部分進行算術右移
C．y的階碼擴大至與x的階碼相同，且使y的尾數部分進行算術左移
D．y的階碼擴大至與x的階碼相同，且使y的尾數部分進行算術右移
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解析與答案
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試題1分析
采用8位整數補碼表示數據，數據的表示范圍是-128至127，因此在各選擇中運算會發生溢出的
是C。
試題1答案
（1）C
試題2分析
在計算機中，各類運算都等可以采用補碼進行，特別是對於有符號數的運算。在計算機中設計
補碼的目的一是為了使符號位能與有效值部分一起參加運算，從而簡化運算規則，使運算部件的設
計更簡單；二是為了使減法運算轉換為加法運算，進一步簡化計算機中運算器的線路設計。因此在
計算機系統中常采用補碼來表示和運算數據，原因是采用補碼可以簡化計算機運算部件的設計。
試題2答案
（2）B
試題3分析
浮點數的表示形式如下：
N=M×r E
其中r是浮點數階碼的底，與尾數的基數相同，通常r=2。E和M都是帶符號的定點數，E叫做階
碼，M叫做尾數。浮點數的一般格式如圖所示，浮點數的底是隱含的，在整個機器數中不出現。階
碼的符號位為Es，階碼的大小反映了在數N中小數點的實際位置；尾數的符號位為M s ，它也是整個
浮點數的符號位，表示了該浮點數的正、負。
圖1-1浮點數的一般格式
浮點數的大小由階碼部分決定，而其精度由尾數部分決定，因此增加E的位數、減少M的位數可
以擴大可表示的數的范圍同時降低精度。
試題3答案
A
試題4分析
本題考查計算機系統數據編碼基礎知識。
設機器字長為n（即采用n個二進制位表示數據），最高位是符號位，0表示正號，1表示負號。
原碼表示方式下，除符號位外，n-1位表示數值的絕對值。因此，n為8時，[+0] 原 =0
0000000，[-0] 原 =1 0000000。
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計算機系統的組成與體系結構
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考點精講
正數的反碼與原碼相同，負數的反碼則是其絕對值按位求反。n為8時，數值0的反碼表示有兩種
形式：[+0] 反 =0 0000000，[-0] 反 =11111111。
正數的補碼與其原碼和反碼相同，負數的補碼則等於其反碼的末尾加1。在補碼表示中，0有唯
一的編碼：[+0] 補 =0 0000000，[-0] 補 =00000000。
移碼表示法是在數X上增加一個偏移量來定義的，常用於表示浮點數中的階碼。機器字長為n
時，在偏移量為2 n-1 的情況下，只要將補碼的符號位取反便可獲得相應的移碼表示。
試題4答案
（4）C
試題5分析
本題考查浮點數運算的基本過程。該過程分為如下3步：
第一步：對階，規則是向大階看齊。具體方法是：階碼小的那個尾數右移，移位的次數等於參
加運算的兩個數的階碼之差。
第二步：尾數相加。實際上進行的是定點數加法。
第三步：結果的后處理。包括如下3個方面：
（1）如果運算結果的尾數部分溢出，則需要向右規格化一位。具體方法是：尾數部分右移一
位，階碼加1。
（2）如果運算結果的最高位為0，則需要向左規格化，並且要重復進行，直到尾數的最高位不
為0。尾數部分每左移一位，階碼必須減1。
（3）進行舍入處理。
所以本題的正確答案為D。
試題5答案
（5）D
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在計算機系統的組成與體系結構中，計算機體系結構分類、計算機的硬件組成、指令系統基
礎、CISC與RISC、流水線操作等內容是最為重要的，下面將詳細介紹這幾個方面的知識。
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1. 計算機體系結構分類
計算機體系結構分類有多種方式，其中最為常見的是：Flynn分類法與馮氏分類法。而考試中主
要考查的是Flynn分類法。
Flynn分類法是根據指令流、數據流和多倍性三方面來進行分類的，如表1-1所示。
表1-1 Flynn分類法
2. 計算機的硬件組成
計算機硬件系統是依照馮·諾依曼所設計體系結構，即包括運算器、控制器、存儲器、輸入設備
和輸出設備五大部件組成，如圖1-2所示。
圖1-2 計算機硬件組成結構示意圖
其中運算器和控制器組成中央處理器（CPU）。運算器負責完成算術、邏輯運算功能，通常由
ALU（算術/邏輯單元）、寄存器、多路轉換器、數據總線組成；控制器則負責依次訪問程序指令，
進行指令譯碼，並協調其他設備，通常由程序計數器（PC）、指令寄存器、指令譯碼器、狀態/條件
寄存器、時序發生器、微操作信號發生器組成。
下面介紹幾個主要部件的功能：
程序計數器：用於存放下一條指令所在單元的地址的地方。由於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。當遇到轉移指令時，后繼指令的地址（即PC的內
容）必須從指令寄存器中的地址字段取得。在這種情況下，下一條從內存取出的指令將由轉移指令
來規定，而不像通常一樣按順序來取得。因此程序計數器的結構是具有寄存信息和計數兩種功能的
結構。
指令寄存器：用來保存當前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
寄存器中，然后再傳送至指令寄存器。指令划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（下一詞條將詳細介紹其工作過程）。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。
指令譯碼器：譯碼是編碼的逆過程，在編碼時，每一種二進制代碼，都賦予了特定的含義，即
都表示了一個確定的信號或者對象。把代碼狀態的特定含義“翻譯”出來的過程叫做譯碼，實現譯
碼操作的電路稱為譯碼器。或者說，譯碼器是可以將輸入二進制代碼的狀態翻譯成輸出信號，以表
示其原來含義的電路。
3. 指令系統基礎
在計算機中，CPU都會定義出自己特定的指令系統，不過都遵循着統一的標准格式。指令的基
本格式是由操作碼和地址碼兩個部分組成的。操作碼指出該指令要完成什么操作，地址碼則是提供
原始的數據。指令系統中定義操作碼的方式可以分為規整型（定長編碼）和非規整型（變長編碼）
兩種，如表1-2所示。
表1-2 指令系統操作碼定義分類方法比較表
而在指令系統中用來確定如何提供操作數或提供操作數地址的方式稱為尋址方式和編址方式。
操作數可以存放在CPU中的寄存器（用寄存器名操作）、主存儲器（指出存儲單元地址）、堆棧
（先進后出的存儲機制，用棧頂指針SP來標出其當前位置）、外存儲器或外圍設備中。不過在運算
時，數據均在主存儲器中，操作數可以采用以下幾種尋址方式：
（1）立即尋址方式
指令的地址字段指出的不是操作數的地址，而是操作數本身。這種方式的特點是指令執行時間
很短，不需要訪問內存取數。題目中所說的“操作數包含在指令中的尋址方式”就是立即尋址。
例如，單地址的移位指令格式為
這里D不是地址，而是一個操作數。F為標志位，當F=1時，操作數進行右移；當F=0時，操作
數進行左移。
（2）直接尋址方式
直接尋址特點是：在指令格式的地址字段中直接指出操作數在內存的地址D。
采用直接尋址方式時，指令字中的形式地址D就是操作數的有效地址E，即E=D。因此通常把形
式地址D又稱為直接地址。此時，由尋址模式給予指示。如果用S表示操作數，那么直接尋址的邏輯
表達式為 S=(E)=(D)
（3）間接尋址方式
間接尋址的情況下，指令地址字段中的形式地址D不是操作數的真正地址，而是操作數地址的指
示器，D單元的內容才是操作數的有效地址。
如果把直接尋址和間接尋址結合起來，指令有如下形式：
尋址特征位I=0，表示直接尋址，這時有效地址E=D；I=1，表示間接尋址，這時有效地址E=
(D)。
間接尋址方式是早期計算機中經常采用的方式，但由於兩次訪問內存，影響指令執行速度，現
在已不大使用。
（4）寄存器尋址方式和寄存器間接尋址方式
當操作數不放在內存中，而是放在CPU的通用寄存器中時，可采用寄存器尋址方式。此時指令
中給出的操作數地址不是內存的地址單元號，而是通用寄存器的編號。這也就是題目中所說的“操
作數在寄存器中的尋址方式”。
寄存器間接尋址方式與寄存器尋址方式的區別在於：指令格式中的寄存器內容不是操作數，而
是操作數的地址，該地址指明的操作數在內存中。這也就是題目中所說的“操作數的地址在寄存器
中的尋址方式”。
（5）相對尋址方式
相對尋址是把程序計數器PC的內容加上指令格式中的形式地址D而形成操作數的有效地址。程
序計數器的內容就是當前指令的地址。“相對”尋址，就是相對於當前的指令地址而言的。
采用相對尋址方式的好處是程序員無須用指令的絕對地址編程，所編程序可以放在內存任何地
方。
此時形式地址D通常稱為偏移量，其值可正可負，相對於當前指令地址進行浮動。
4. CISC與RISC
為了提高操作系統的效率，人們最初選擇了向指令系統中添加更多、更復雜的指令，而隨着不
斷地升級和向后兼容的需要，指令集也越來越大。這種類型的計算機，我們稱之為復雜指令計算機
CISC。而后來研究發現，計算機指令系統如果使用少量結構簡單的指令會提高計算機的性能，這就
是精簡指令集計算機RISC。計算機執行程序所需的時間P由三方面因素決定：編譯后產生的機器指令
數I、執行每條指令所需的平均周期數CPI，以及每個機器周期的時間T。它們的關系是P=I×CPI×T。
RISC正是通過簡化指令的途徑使計算機結構更合理，減少指令執行周期數，提高運算速度。雖然
RISC編譯后產生的機器指令數（I）增多了，但指令所需的周期數（CPI）和每個周期的時間（T）都
可以減少。它與CISC可謂各有特色，如表1-3所示。
表1-3 指令系統操作碼定義分類方法比較表
典型的RISC處理器包括：DEC的Alpha 21164、IBM的Power PC620、HP的PA-8000、SGI
MIPS分部的TS、Sun的Ultra SPARC。目前RISC處理器技術的發展方向是采用並行處理技術（包括
超級流水線、超級標量、超長指令字）大幅度提高運算速度。
5. 流水線
流水線是指在程序執行時多條指令重疊進行操作的一種准並行處理實現技術。各種部件同時處
理是針對不同指令而言的，它們可同時為多條指令的不同部分進行工作，以提高各部件的利用率和
指令的平均執行速度。
指令流水線是將指令執行分成幾個子過程，每一個子過程對應一個工位，我們稱為流水級或流
水節拍，這個工位在計算機里就是可以重疊工作的功能部件，稱為流水部件。
如圖1-3所示，IF，ID，EX，WD分別是流水線的流水部件。
圖1-3幾個部件組成的流水線
流水線要求所有的流水級部件必須在相同的時間內完成各自的子過程。在流水線中，指令流動
一步便是一個機器周期，機器周期的長度必須由最慢的流水級部件處理子過程所需的時間來決定。
那么我們為什么要提出流水線這個概念，以及流水線是如何提高系統吞吐量的呢？下面我們來
看幾個圖，概念自然就清楚了。
圖1-4是一個非流水線結構系統執行指令時空圖。
圖1-4非流水線結構系統執行指令時空圖
我們從圖1-4中可以看到，任意一個系統時間都有大量的設備處於空閑狀態，如第一個時間段有
ID，EX，WB空閑，則第二個時間段有IF，EX，WB空閑。
我們再來看采用了流水線結構的時空圖1-5。
圖1-5流水線結構指令時空圖
顯然，采用流水線可以大大提升系統資源的利用率，以及整個系統的吞吐量。
在考試中，流水線方面的考題主要考查兩個知識點：計算流水線執行時間和分析影響流水線的
因素。
（1）計算流水線執行時間
假定有某種類型的任務，共可分成N個子任務，執行每個子任務需要時間t，則完成該任務所需
的時間即為Nt。若以傳統的方式，則完成k個任務所需的時間是kNt；而使用流水線技術執行，花費
的時間是Nt+(k-1)t。也就是說，除了第一個任務需要完整的時間外，其他都通過並行，節省下了大
量的時間，只需一個子任務的單位時間就夠了。
另外要注意的是，如果每個子任務所需的時間不同，則其速度取決於其執行順序中最慢的那個
（也就是流水線周期值等於最慢的那個指令周期），要根據實際情況進行調整。
例如：若指令流水線把一條指令分為取指、分析和執行三部分，且三部分的時間分別是取指
2ns，分析2ns，執行1ns。那么，最長的是2ns，因此100條指令全部執行完畢需要的時間就是：
(2ns+2ns+1ns) +(100-1)×2ns=203ns。
另外，還應該掌握幾個關鍵的術語：流水線的吞吐率（等於任務數/完成時間），加速比（不采
用流水線的執行時間/采用流水線的執行時間）。
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
一點一練
（2）影響流水性的主要因素
如圖1-5所示，流水線的關鍵在於“重疊執行”，因此如果這個條件不能夠滿足，流水線就會被
破壞。這種破壞主要來自兩種情況：
轉移指令：因為前面的轉移指令還沒有完成，流水線無法確定下一條指令的地址，因此也就無
法向流水線中添加這條指令。從這里的分析可以看出，無條件跳轉指令是不會影響流水線的。
共享資源訪問的沖突：也就是后一條指令需要使用的數據，與前一條指令發生的沖突，或者相
鄰的指令使用了相同的寄存器，這也會使得流水線失敗。
響應中斷：當有中斷請求時，流水線也會停止。對於這種情況有兩種響應方式，一種是立即停
止——精確斷點法，能夠立即響應中斷；另一種是流水線中的指令繼續執行，不再新增指令到流水
線——不精確斷點法。
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試題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)__。
（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）
試題2
CPU中譯碼器的主要作用是進行__(2)__。
（2）A．地址譯碼 B．指令譯碼 C．數據譯碼 D．選擇多路數據至ALU
試題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)__。
（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）
試題4
在CPU中用於跟蹤指令地址的寄存器是__(4)__。
（4）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）
試題5
若CPU要執行的指令為：MOV R1，#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)__。
（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
試題6
在CPU的寄存器中，__(6)__對用戶是完全透明的。
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解析與答案
（6）A．程序計數器 B．指令寄存器 C．狀態寄存器 D．通用寄存器
試題7
指令系統中采用不同尋址方式的目的是__(7)__。
（7）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．擴大尋址空間並提高編程靈活性
試題8
總線復用方式可以__(8)__。
（8）A．提高總線的傳輸帶寬 B．增加總線的功能
C．減少總線中信號線的數量 D．提高CPU利用率
試題9
一條指令的執行過程可以分解為取指、分析和執行三步，在取指時間t取指=3△t、分析時間t分
析=2△t、執行時間t執行=4△t的情況下，若按串行方式執行，則10條指令全部執行完需要
__(9)__△t；若按流水線的方式執行，則10條指令全部執行完需要__(10)__△t。
（9）A．40 B．70 C．90 D．100
（10）A．20 B．30 C．40 D．45
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試題1分析
本題主要考查寄存器的相關內容。
程序計數器是用於存放下一條指令所在單元的地址的地方。在程序執行前，必須將程序的起始
地址，即程序的一條指令所在的內存單元地址送入程序計數器，當執行指令時，CPU將自動修改程
序計數器的內容，即每執行一條指令程序計數器增加一個量，使其指向下一個待指向的指令。程序
的轉移等操作也是通過該寄存器來實現的。
地址寄存器一般用來保存當前CPU所訪問的內存單元的地址，以方便對內存的讀寫操作。
累加器是專門存放算術或邏輯運算的一個操作數和運算結果的寄存器。
ALU是CPU的執行單元，主要負責運算工作。
試題1答案
（1）A
試題2分析
在計算機中，通常都是二進制代碼，如果我們要將一個信息放到計算機中去表述，就都需要將
其編碼為二進制代碼，在編碼時，每一種二進制代碼，都賦予了特定的含義，即都表示了一個確定
的信號或者對象。而譯碼就是編碼的逆過程。
CPU中的譯碼器的主要作用是對指令進行譯碼。
試題2答案
（2）B
試題3分析
程序計數器是用於存放下一條指令所在單元的地址的地方。在程序執行前，必須將程序的起始
地址，即程序的一條指令所在的內存單元地址送入程序計數器，當執行指令時，CPU將自動修改程
序計數器的內容，即每執行一條指令程序計數器增加一個量，使其指向下一個待指向的指令。程序
的轉移等操作也是通過該寄存器來實現的。
指令寄存器一般用來保存當前正在執行的一條指令。
存儲器數據寄存器主要是用來保存操作數和運算結果等信息的，其目的是為了節省讀取操作數
所需占用總線和訪問存儲器的時間。
存儲器地址寄存器一般用來保存當前CPU所訪問的內存單元的地址，以方便對內存的讀寫操
作。
作為程序員，應該要能控制其所編寫程序的執行過程，這就需要利用程序計數器來實現，因此
程序員能訪問的是程序計數器。
試題3答案
（3）A
試題4分析
請參看試題3分析。
試題4答案
（4）C
試題5分析
本題主要考查各種尋址方式。
立即尋址的特點是：指令的地址字段指出的不是操作數的地址，而是操作數本身；
直接尋址特點是：在指令格式的地址字段中直接指出操作數在內存的地址；
寄存器尋址的特點是：指令中給出的操作數地址不是內存的地址單元號，而是通用寄存器的編
號（當操作數不放在內存中，而是放在CPU的通用寄存器中時，可采用寄存器尋址方式）；
寄存器間接尋址方式與寄存器尋址方式的區別在於：指令格式中操作數地址所指向的寄存器中
存放的內容不是操作數，而是操作數的地址，通過該地址可在內存中找到操作數；
相對尋址的特點是：把程序計數器PC的內容加上指令格式中的形式地址來形成操作數的有效地
址。
在本題中，指令中的兩個操作數，分別使用的是寄存器尋址和立即尋址，因為在這個指令中，
其第一個操作數字段是一個寄存器編號，而第二個操作數字段就是操作數本身。
試題5答案
（5）B
試題6分析
指令寄存器用來存放當前正在執行的指令，對用戶是完全透明的。
狀態寄存器用來存放計算結果的標志信息，如進位標志、溢出標志等。
通用寄存器可用於傳送和暫存數據，也可參與算術邏輯運算，並保存運算結果。
試題6答案
（6）B
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考點精講
試題7分析
尋址是指尋找操作數的地址或下一條將要執行的指令地址。數據和指令一般都需要存放在一些
存儲器的存儲單元中，存儲器對這些存儲單元進行編號，這些編號就是數據和指令的地址，如果在
應用中需要用到這些數據或指令時，就通過它們的地址到存儲器中去尋找，這就是尋址。
假如某主機的主存容量可達1MB，而指令中的地址碼字段最長僅16位，只能直接訪問主存的一
小部分，而無法訪問到整個主存空間，而采用不同的尋址方式可以實現對整個主存空間的訪問。就
是在字長很長的大型機中（地址碼字段足夠長），即使指令中能夠拿出足夠的位數來作為訪問整個
主存空間的地址，但為了靈活、方便地編制程序，也需要對地址進行必要的變換。
綜上所述，可知本題答案選D。
試題7答案
（7）D
試題8分析
總線復用，顧名思義就是一條總線實現多種功能。常見的總線復用方式有總線分時復用，它是
指在不同時段利用總線上同一個信號線傳送不同信號，例如，地址總線和數據總線共用一組信號
線。采用這種方式的目的是減少總線數量，提高總線的利用率。
試題8答案
（8）C
試題9分析
串行執行時，每條指令都需三步才能執行完，沒有重疊。總的執行時間為：（3+2+4）
△t×10=90△t。
按流水線方式執行，系統在同一時刻可以進行第k條指令的取指，第k+1條指令的分析，第k+2
條指令的執行，所以效率大大提高了。我們平時用的流水線計算公式是：第一條指令順序執行時間+
(指令條數?1)?周期，而周期與三個步驟時間最長的保持一致，因此本題的計算結果為：9+（10-
1）*4=45。
試題9答案
（9）C （10）D
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在整個計算機系統中，存儲系統的地位非常重要，在本書中，有多個章節涉及存儲相關內容。
本章主要描述存儲系統中與硬件相關的部分，而在操作系統章節將描述存儲調度相關內容。
1．Cache
由於在CPU與存儲系統間存在着數據傳送帶寬的限制，因此在其中設置了Cache（高速緩沖存
儲器，通常速度比內存快），以提高整體效率。但由於其成本更高，因此Cache的容量要比內存小
得多。Cache是一種相聯存儲器（即按內容進行存儲的存儲器）。
（1）Cache原理、命中率、失效率
使用Cache改善系統性能的主要依據是程序的局部性原理。通俗地說，就是一段時間內，執行
的語句常集中於某個局部。而Cache正式將訪問集中的內容放在速度更快的Cache上，以提高性能。
引入Cache后，CPU在需要數據時，先找Cache，如果沒有再找內存。
如果Cache的訪問命中率為h（通常1-h就是Cache的失效率），而Cache的訪問周期時間是
t1，主存儲器的訪問周期時間是t2，則整個系統的平均訪存時間就應該是：
從公式可以看出，系統的平均訪存時間與命中率有着很密切的關系。靈活地應用這個公式，可
以計算出所有情況下的平均訪存時間。
例如：設某流水線計算機主存的讀/寫時間為100ns，有一個指令和數據合一的Cache，已知該
Cache的讀/寫時間為l0ns，取指令的命中率為98%，取數的命中率為95%。在執行某類程序時，約
有1/5指令需要存/取一個操作數。假設指令流水線在任何時候都不阻塞，則設置Cache后，每條指
令的平均訪存時間約為多少？其實這是應用該公式的簡單數學題：
(2%×100ns + 98%×10ns)+ 1/5×(5%×100ns + 95%×10ns)=14.7ns
（2）Cache存儲器的映射機制
圖1-6 Cache映射規則圖解
CPU發生訪存請求時，會先讓Cache判斷是否包括，如果命中（即包括請求的內容）就直接使
用。這個判斷的過程就是Cache地址映射，這個速度應該盡可能快，常見的映射方法有直接映射、
全相聯映射和組相聯映射三種，其原理如圖1-6所示。
直接映射：是一種多對一的映射關系，但一個主存塊只能夠復制到Cache的一個特定位置上
去。Cache的行號i和主存的塊號j有函數關系：i=j%m（其中m為Cache總行數）。例如：某Cache
容量為16KB（可用14位表示），每行的大小為16B（可用4位表示），則說明其可分為1024行（可
用10位表示）。則主存地址的最低四位為Cache的行內地址，中間10位為Cache行號。如果內存地
址為1234E8F8H的話，那么最后四位就是1000（對應16進制數的最后一位），而中間10位，則應從
E8F（111010001111）中獲取，得到1010001111。
相聯映射：將主存中一個塊的地址與塊的內容一起存於Cache的行中。速度更快，但控制復
雜。
組相聯映射：是前兩種方式的折中方案。它將Cache中的塊再分成組。然后通過直接映射方式
決定組號，再通過相聯映射的方式決定Cache中的塊號。
要注意的是，在Cache映射中，主存和Cache存儲器將均分成容量相同的塊。
例如：容量為64塊的Cache采用組相聯方式映像，字塊大小為128個字，每4塊為一組。若主存
容量為4096塊，且以字編址，那么主存地址應該為多少位？主存區號為多少位？這樣的題目，首先
根據主存與Cache塊的容量需一致，因此內存也是128個字，因此共有128×4096個字，即
2 19 (2 7 +2 12 )個字，因此主存地址需要19位；而內存所需要分為4096/64塊，即2 6 ，因此主存區號需
要6位。
（3）Cache淘汰算法
當Cache數據已滿，並且出現未命中情況時，就是淘汰一些老的數據，更新一些新的數據。而
選擇淘汰什么數據的方法就是淘汰算法，常見的方法有三種：隨機淘汰、先進先出（FIFO）淘汰
（淘汰最早調入Cache的數據）、最近最少使用（LRU）淘汰法。其中平均命中率最高的是LRU算
法。
（4）Cache存儲器的寫操作
在使用Cache時，需要保證其數據與主存一致，因此在寫Cache時就需要考慮與主存間的同步問
題，通常使用以下三種方法：寫直達（寫Cache時，同時寫主存）、寫回（寫Cache時不馬上寫主
存，而是等其淘汰時回寫）、標記法。
2. 主存（內存）
（1）主存儲器的種類
RAM：隨機存儲器，可讀寫，斷電后數據無法保存，只能暫存數據。
SRAM：靜態隨機存儲器，在不斷電時信息能夠一直保持。
DRAM：動態隨機存儲器，需要定時刷新以維持信息不丟失。
ROM：只讀存儲器，出廠前用掩膜技術寫入，常用於存放BIOS和微程序控制。
PROM：可編程ROM，只能夠一次寫入，需用特殊電子設備進行寫入。
EPROM：可擦除的PROM，用紫外線照射15～20分鍾可擦去所有信息，可寫入多次。
E 2 PROM：電可擦除ERPOM，可以寫入，但速度慢。
閃速存儲器：現在U盤使用的種類，可以快速寫入。
記憶時，抓住幾個關鍵英文字母。A，即Access，說明讀寫都行；O，即Only，說明只讀；P，
即Programmable，說明可通過特殊電子設備寫入；E，即Erasable，說明可擦寫；E平方說明是兩
個E，第二個E是電子。
（2）主存儲器的組成
實際的存儲器總是由一片或多片存儲器配以控制電路構成的（如圖1-7所示）。其容量為
W×B，W是存儲單元（word，即字）的數量，B表示每個word由多少bit（位）組成。如果某一芯
片規格為w×b，則組成W×B的存儲器需要用（W/w）×（B/b）個芯片。
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一點一練
圖1-7主存儲器組成示意圖
（3）主存儲器的地址編碼
主存儲器（內存）采用的是隨機存取方式，需對每個數據塊進行編碼，而在主存儲器中數據塊
是以word來標識的，即每個字一個地址，通常采用的是16進制表示。例如，按字節編址，地址從
A4000H到CBFFFH，則表示有(CBFFF-A4000)+1個字節，28000H個，也就是163840個字節，等於
160KB。
要注意的是，編址的基礎可以是字節，也可以是字（字是由1個或多個字節組成的），要算地址
位數，首先應計算要編址的字或字節數，然后求2的對數即可得到。
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試題1
位於CPU與主存之間的高速緩沖存儲器Cache用於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。
（1）A．硬件 B．軟件 C．用戶 D．程序員
試題2
在程序的執行過程中，Cache與主存的地址映像由__(2)__。
（2）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
試題3
相聯存儲器按__(3)__訪問。
（3）A．地址 B．先入后出的方式
C．內容 D．先入先出的方式
試題4
內存單元按字節編址，地址0000A000H～0000BFFFH共有__(4)__個存儲單元。
（4）A．8192K B．1024K C．13K D．8K
試題5
若內存容量為4GB，字長為32，則__(5)__。
（5）A．地址總線和數據總線的寬度都為32
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解析與答案
B．地址總線的寬度為30，數據總線的寬度為32
C．地址總線的寬度為30，數據總線的寬度為8
D．地址總線的寬度為32，數據總線的寬度為8
試題6
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__(6)__指令來完成的。
（6）A．控制 B．中斷 C．輸入輸出 D．訪存
試題7
設用2K×4位的存儲器芯片組成16K×8位的存儲器（地址單元為0000H～3FFFH，每個芯片的地
址空間連續），則地址單元0B1FH所在芯片的最小地址編號為__(7)__。
（7）A．0000H B．0800 H C．2000 H D．2800 H
試題8
正常情況下，操作系統對保存有大量有用數據的硬盤進行__(8)__操作時，不會清除有用數據。
（8）A．磁盤分區和格式化 B．磁盤格式化和碎片整理
C．磁盤清理和碎片整理 D．磁盤分區和磁盤清理
試題9
__(9)__不屬於按尋址方式划分的一類存儲器。
（9）A．隨機存儲器 B．順序存儲器
C．相聯存儲器 D．直接存儲器
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試題1分析
從Cache-主存層次實現的目標看，一方面既要使CPU的訪存速度接近於訪Cache的速度，另一
方面為用戶程序提供的運行空間應保持為主存容量大小的存儲空間。在采用Cache-主存層次的系統
中，Cache對用戶程序而言是透明的，也就是說，用戶程序可以不需要知道Cache的存在。因此，
CPU每次訪存時，依然和未使用Cache的情況一樣，給出的是一個主存地址。但在Cache-主存結構
中，CPU首先訪問的是Cache，並不是主存。為此，需要一種機制將主存地址轉換成對應的Cache
地址，這個處理過程對速度要求非常高，因此它是完全由硬件來完成的。
試題1答案
（1）A
試題2分析
Cache與主存的地址映像需要專門的硬件自動完成，使用硬件來處理具有更高的轉換速率。
試題2答案
（2）A
試題3分析
相聯存儲器一種按內容進行存儲和訪問的存儲器。
試題3答案
（3）C
試題4分析
本題考查計算機中的存儲部件組成。
內存按字節編址，地址從0000A000H到0000BFFFH時，存儲單元數為0000BFFFH
-0000A000H +1H=00002000H，轉換為二進制后為0010 0000 0000 0000即2 13 ，即8K個存儲單
元。
試題4答案
（4）D
試題5分析
字長是指在同一時間中CPU處理二進制數的位數叫字長。
數據總線是用於在計算機中傳送數據的總線，它可以把CPU的數據傳送到存儲器或輸入輸出接
口等其它部件，也可以將其它部件的數據傳送到CPU。數據總線的位數是微型計算機的一個重要指
標，通常與字長一致，所以字長32也就意味着數據總線的寬度為32。
地址總線是傳送地址信息的總線，根據地址總線的多少可以確定內存容量的大小，如32位的地
址總線可以允許2的32次方的內存容量。
試題5答案
（5）A
試題6分析
I/O接口與主存采用統一編址，即將I/O設備的接口與主存單元一樣看待，每個端口占用一個存
儲單元的地址，其實就是將主存的一部分划出來作為I/O地址空間。
訪存指令是指訪問內存的指令，顯然，這里需要訪問內存，才能找到相應的輸入輸出設備，一
次需要使用訪存指令。
而控制類指令通常是指程序控制類指令，用於控制程序流程改變的指令，包括條件轉移指令、
無條件轉移指令、循環控制指令、程序調用和返回指令、中斷指令等。
試題6答案
（6）D
試題7分析
芯片的大小為2k×4位，而存儲器的大小為16k×8位，不難得出要獲得這樣一個大小的存儲器，
需要16片2k×4位的芯片。
如果按字節編址，對應一個大小為16k×8位的存儲器，需要14位地址，其中高4位為片選地址，
低10位為片內地址，而題目給出的地址0B1FH轉換為二進制為00 1011 0001 1111，其高4位為
0010，即片選地址為2。因此，地址0B1FH對應第2片芯片，該芯片的起始地址（最小地址）為00
1000 0000 0000，即0800H。
試題7答案
（7）B
試題8分析
這題主要考查我們對磁盤分區、格式化、碎片整理、磁盤清理等概念的理解。
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考點精講
磁盤分區是指將一塊容量相對較大的磁盤划分為多塊容量相對較小的磁盤，磁盤分區並不刪除
磁盤上的數據，但一般情況下，磁盤分區后要經過格式化后才能正式使用。
磁盤格式化在往磁盤的所有數據區上寫零的操作過程，它是一種純物理操作，同時對硬盤介質
做一致性檢測，並且標記出不可讀和壞的扇區。那么格式化后，磁盤原有的數據被清除。
磁盤清理也可以刪除計算機上的文件，但它主要用於刪除計算機上那些不需要的文件。
碎片整理是指通過系統軟件或一些專業的磁盤碎片整理軟件對計算機磁盤在長期使用過程中產
生的碎片和凌亂文件重新整理，以釋放出更多可用的存儲空間。
綜上所述，不會清除計算機中有用數據的是C。
試題8答案
（8）C
試題9分析
本題考查存儲器類型的划分。
按尋址方式划分，存儲器可分為：順序存儲（如：磁帶機），直接存儲器（如：磁盤、硬盤、
光盤），隨機存儲器（如：內存、U盤）。
試題9答案
（9）C
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可靠性計算在軟件設計師考試中出現頻度較高，出題方式也較為單一，主要是計算，是一個很
好得分的知識點，另外一個知識點是校驗碼，出現頻度較低，需要了解概念及計算過程，本節將詳
細介紹這部分內容。
1. 可靠性計算
可靠性計算主要涉及三種系統，即串聯系統、並聯系統和冗余系統，其中串聯系統和並聯系統
的可靠性計算都非常簡單，只要了解其概念，公式很容易記住。冗余系統要復雜一些，有些學員常
常搞不清楚。
（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，
這種系統稱為串聯系統，如圖1-8所示。
圖1-8串聯系統
設系統各個子系統的可靠性分別用 表示，則系統的可靠性
。
如果系統的各個子系統的失效率分別用 來表示，則系統的失效率
。
（2）並聯系統
假如一個系統由n個子系統組成，只要有一個子系統能夠正常工作，系統就能正常工作，如圖1-
9所示。
圖1-9並聯系統
設系統各個子系統的可靠性分別用 表示，則系統的可靠性
。
假如所有子系統的失效率均為 ，則系統的失效率為 ：
在並聯系統中只有一個子系統是真正需要的，其余n-1個子系統都被稱為冗余子系統。該系統隨
着冗余子系統數量的增加，其平均無故障時間也會增加。
（3）模冗余系統
m模冗余系統由m個（m=2n+1為奇數）相同的子系統和一個表決器組成，經過表決器表決
后，m個子系統中占多數相同結果的輸出可作為系統的輸出，如圖1-10所示。
圖1-10模冗余系統
在m個子系統中，只有n+1個或n+1個以上的子系統能正常工作，系統就能正常工作並輸出正確
結果。假設表決器是完全可靠的，每個子系統的可靠性為R 0 ，則m模冗余系統的可靠性為：
2．校驗碼
為了實現數據的自動檢錯與糾錯，引入了校驗碼。而最簡單的就是奇偶校驗碼，它分為奇校驗
和偶校驗兩種，均是添加1位校驗位，根據信息碼中1的個數來決定校驗位的取值，使得填入校驗位
后，使得1的個數為奇數（奇校驗）或偶數（偶校驗）。這方面知識更深入的考察點主要包括以下幾
個方面：
（1）海明碼距
海明的冗余數據位檢測和糾正代碼差錯的理論和方法指出：可以在數據代碼上添加若干冗余位
組成碼字。而將一個碼字變成另一個碼字時必須改變的最小位數就是碼字之間海明距離，簡稱碼
距。從這里將得出：沒有加冗余校驗碼的任何編碼，它們的碼距就是1，即只要改一位，就可以變成
另一個碼字了；而奇偶校驗碼則添加了1位校驗碼，使得要變成另一個碼字最少要修改兩位，這就使
其碼距變成2了；根據定義得知，碼距是不同碼字的海明距離的最小值。判斷碼距時，可以列出一些
碼進行判斷，找出最小的位數即可。
另外，還需要記住以下幾個關鍵的關系：
可查出多少位錯誤：根據海明的研究發現，可以發現“≤碼距-1”位的錯誤。
可以糾正多少位錯誤：根據海明的研究發現，可以糾正“<碼距/2”位的錯誤，因此如果要能夠
糾正n位錯誤，則所需最小的碼距應該是“2n+1”。
（2）海明校驗碼
要計算海明校驗碼，首先要知道海明校驗碼是放置在2的冪次位上的，即“1、2、4、8、16、
32……”，而對於信息位為m的原始數據，需加入k位的校驗碼，它滿足m+k+1<2 k 。計算時總令人
感到頭痛。而有一種簡單的方法，則是從第1位開始寫，遇到校驗位留下空格。例如：原始信息為
101101100，並采用偶校驗則：
圖1-11填入原始信息
然后根據以下公式填充校驗位“1、2、4、8”：
然后將結果填入，得到：
圖1-12完成計算
而如果給出一個加入了校驗碼的信息，並說明有一位錯誤，要找出，則可以采用基本相同的方
法，假如給出的是：
圖1-13有一位錯誤
可根據以下公式計算：
然后從高位往下寫，得到1101，即十進制的11，因此出錯的位數為第11位。而剩下的問題就是
這個公式如何來的？首先計算校驗碼時，1、2、4、8位都是空的，因此在公式的左邊；當進行校驗
時，1、2、4、8位都已經有值，因此要參與計算。而這些值是根據右表得到的，也就是生成B1、
B2、B4、B8四個公式，而公式中要參與計算的位，是在表格中出現“1”的那個位。要說明的是，
右邊的表格，就是對數據位的二進制描述。
由於海明碼距在計算和糾錯過程中，計算都過於復雜，無法很容易地使用硬件實現，因此在實
際的應用中並不是應用得很廣泛。
（3）CRC校驗碼
由於CRC的實現原理十分易於用硬件實現，因此被廣泛地應用於計算機網絡上的差錯控制。而
CRC的考察點主要有兩個：計算CRC校驗碼；驗算一個加了CRC校驗的碼是否有錯誤。
計算CRC校驗碼
要計算CRC校驗碼，需根據CRC生成多項式進行。例如：原始報文為“11001010101”，其生
成多項式為：“x 4 +x 3 +x+1”。在計算時，是在原始報文的后面若干個0（等於校驗碼的位數，而生
成多項式的最高冪次就是校驗位的位數，即使用該生成多項式產生的校驗碼為4位）作為被除數，除
以生成多項式所對應的二進制數（根據其冪次的值決定，得到11011，因為生成多項式中除了沒有x 2
之外，其他位都有）。然后使用模2除，得到的商就是校驗碼。
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第 1 章：計算機硬件基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
一點一練
圖1-14計算CRC校驗碼
然后將0011添加到原始報文的后面就是結果：110010101010011。
檢查信息碼是否有CRC錯誤
要想檢查信息碼是否出現了CRC錯誤的計算很簡單，只需用待檢查的信息碼做被除數，除以生
成多項式，如果能夠整除就說明沒有錯誤，否則就是出錯了。另外要注意的是，當CRC檢查出現錯
誤時，它是不會進行糾錯的，通常是讓信息的發送方重發一遍。
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試題1
某計算機系統的部件構成如圖1-15所示，假定每個部件的千小時可靠度都為R，則該系統的千小
時可靠度為__(1)__。
圖1-15可靠性計算示意圖
（1）A．R+2R/4 B．R+R 2 /4 C．R（1-（1-R） 2 ） D．R（1-（1-R） 2 ） 2
試題3
下面關於校驗方法的敘述，__(3)__是正確的。
（3）A．采用奇偶校驗可檢測數據傳輸過程中出現一位數據錯誤的位置並加以糾正
B．采用海明校驗可檢測數據傳輸過程中出現一位數據錯誤的位置並加以糾正
C．采用海明校驗，校驗碼的長度和位置可隨機設定
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解析與答案
D．采用CRC校驗，需要將校驗碼分散開並插入數據的指定位置中
試題4
某數據處理軟件包括兩個完全相同的數據處理部件和一個數據存儲部件，且采用圖1-16給出的
容錯方案。當數據處理部件的可靠性為0.6時，為使整個軟件系統的可靠性不小於0.66，則數據存儲
部件的可靠性至少應為__(4)__。
圖1-16 先並聯后串聯系統
（4）A．0.6 B．0.66 C．0.79 D．1.0
試題5
若計算機采用CRC進行差錯校驗，生成多項式為G(X)= X 4 +X+1，信息字為10110，則CRC校驗
碼是__(5)__。
（5）A．0000 B．0100 C．0010 D．1111
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試題1分析
本題考查系統可靠性。
計算機系統是一個復雜的系統，而且影響其可靠性的因素也非常繁復，很難直接對其進行可靠
性分析。若采用串聯方式，則系統可靠性為每個部件的乘積R=R 1 ×R 2 ×R 3 ×…×R n ；若采用並聯方
式，則系統的可靠性為R=1-（1-R 1 ）×（1-R 2 ）×（1-R 3 ）×…×（1-R n ）。
在本題中，既有並聯又有串聯，計算時首先我們要分別計算圖中兩個並聯后的可靠度，它們分
別為1-（1-R） 2 ，然后是三者串聯，根據串聯的計算公式，可得系統的可靠度為R×1-（1-R） 2 ×1-
（1-R） 2 = R（1-（1-R） 2 ） 2 。因此本題答案選D。
試題1答案
（1）D
試題2
冗余技術通常分為4類，其中__(2)__按照工作方法可以分為靜態、動態和混合冗余。
（2）A．時間冗余 B．信息冗余 C．結構冗余 D．冗余附加技術
試題2分析
冗余技術一般包括時間冗余、信息冗余、結構冗余和冗余附加技術，其中結構冗余按照工作方
法可以分為靜態、動態和混合冗余。
試題2答案
（2）C
試題3分析
本題考查基本校驗碼，題目中提到的3種校驗方式都是需要考生掌握的。
其先進度排名為：奇偶校驗<CRC校驗<海明校驗。
奇偶校驗碼是在源信息碼的基礎上添加一個校驗位，使整個信息位呈奇性或偶性。這種校驗碼
只能根據收到的信息奇偶性判斷信息在傳輸中是否產生了1位錯誤，同時不能判斷具體是哪一位出了
錯。
CRC校驗即循環冗余碼校驗（Cyclical Redundancy Check），它是利用除法及余數的原理來
做錯誤偵測（Error Detecting）的。實際應用時，發送裝置計算出CRC值並隨數據一同發送給接收
裝置，接收裝置對收到的數據重新計算CRC並與收到的CRC相比較，若兩個CRC值不同，則說明數
據通信出現錯誤。
海明校驗是由Richard Hamming於1950年提出、目前還被廣泛采用的一種很有效的校驗方法，
它只要增加少數幾個校驗位，就可以發現“≤碼距-1”位的錯誤，可以糾正“<碼距/2”位的錯誤。
因此如果要能夠糾正n位錯誤，則所需最小的碼距應該是“2n+1”；如果要糾正1位錯誤，則最小碼
距為3。
有了以上的知識基礎，問題就非常容易解決了，接下來逐個分析備選答案中存在的概念錯誤。
A．“采用奇偶校驗可檢測數據傳輸過程中出現一位數據錯誤的位置並加以糾正”，奇偶校驗碼
只能檢測一位的錯誤，不能確定錯誤的位置，更無法對錯誤進行糾正，描述錯誤。
B．“采用海明校驗可檢測數據傳輸過程中出現一位數據錯誤的位置並加以糾正”，海明碼能發
現錯誤位置並予以改正，描述正確。
C．“采用海明校驗，校驗碼的長度和位置可隨機設定”，海明碼的編碼過程有嚴格要求，對於
信息位與校驗位的放置也是有約定的，不能隨機設定，描述錯誤。
D．“采用CRC校驗，需要將校驗碼分散開並插入數據的指定位置中”，CRC碼的校驗位都是置
於編碼的最后部分（最右端），描述錯誤。
故正確答案為：B。
試題3答案
（3）B
試題4分析
本題考查系統可靠性，是常考的知識點。
計算機系統是一個復雜的系統，而且影響其可靠性的因素也非常繁復，很難直接對其進行可靠
性分析。若采用串聯方式，則系統可靠性為每個部件的乘積R=R 1 ×R 2 ×R 3 ×…×R n ；若采用並聯方
式，則系統的可靠性為R=1-(1-R 1 )×(1-R 2 )×(1-R 3 )×…×(1-R n )。本道題當中的數據處理部件是並聯
的，每個處理部件的可靠性為0.6，把這兩個數據處理部件作為整體M看，則它的可靠性為：1- (1-
0.6)×(1-0.6) = 0.84。由於M和數據存儲部件是串聯的，而M的可靠性為0.84，要求整個軟件系統的
可靠性不小於0.66，來求數據存儲部件的可靠性H。利用串聯公式，0.84×H≥0.66，解這個方程得到
H為：0.7857，約等於0.79，所以選擇C答案。
試題4答案
（4）C
試題5分析
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考前沖刺
本題考查數據校驗知識。
CRC即循環冗余校驗碼，是數據通信領域中最常用的一種差錯校驗碼，其特征是信息字段和校
驗字段的長度可以任意選定。
在CRC校驗方法中，進行多項式除法（模2除法）運算后的余數為校驗字段。
信息字為10110，對應的多項式M(x)=X 4 +X 2 +X，生成多項式為G(X)=X 4 +X+1，對應的代碼為
10011。
校驗碼計算過程為：先將信息碼左移4位（生成碼長-1），得到101100000，然后反復進行異或
運算（即除數和被除數最高位對齊，按位異或），如下所示：
10110⊕10011=00101，00101左移兩位得到10100再與10011異或；
10100⊕10011=00111，00111左移兩位得到11100再與10011異或；
11100⊕10011=01111，其結果為CRC校驗碼，即余數1111。
試題5答案
（5）D
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試題1
利用高速通信網絡將多台高性能工作站或微型機互連構成機群系統，其系統結構形式屬於
__(1)__計算機。
（1）A．單指令流單數據流（SISD）B．多指令流單數據流（MISD）
C．單指令流多數據流（SIMD）D．多指令流多數據流（MIMD）
試題2
陣列處理機屬於__(2)__計算機。
（2）A．SISD B．SIMD C．MISD D．MIMD
試題3
每一條指令都可以分解為取指、分析和執行三步。已知取指時間t 取指 =5 t，分析時間t 分析 =2
t，執行時間t 執行 =5 t。如果按順序方式從頭到尾執行完500條指令需
__(3)__ t。如果按照[執行]k、[分析]k+1、[取指]k+2重疊的流水線方式執行指令，從頭到尾執
行完500條指令需__(4)__ t。
（3）A．5590 B．5595 C．6000 D．6007
（4）A．2492 B．2500 C．2510 D．2515
試題4
若內存按字節編址，用存儲容量為32K×8比特的存儲器芯片構成地址編號為A0000H～DFFFFH
的內存空間，則至少需要__(5)__片。
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習題解析
（5）A．4 B．6 C．8 D．10
試題5
__(6)__不屬於計算機控制器中的部件。
（6）A．指令寄存器 IR B．程序計數器 PC
C．算術邏輯單元 ALU D．程序狀態字寄存器 PSW
試題6
下面的描述中，__(7)__不是 RISC 設計應遵循的設計原則。
（7）A．指令條數應少一些
B．尋址方式盡可能少
C．采用變長指令，功能復雜的指令長度長而簡單指令長度短
D．設計盡可能多的通用寄存器
試題7
系統響應時間和作業吞吐量是衡量計算機系統性能的重要指標。對於一個持續處理業務的系統
而言，其__(8)__。
（8）A．響應時間越短，作業吞吐量越小 B．響應時間越短，作業吞吐量越大
C．響應時間越長，作業吞吐量越大 D．響應時間不會影響作業吞吐量
試題8
在指令系統的各種尋址方式中，獲取操作數最快的方式是__(9)__。若操作數的地址包含在指令
中，則屬於__(10)__方式。
（9）A．直接尋址 B．立即尋址 C．寄存器尋址 D．間接尋址
（10）A．直接尋址 B．立即尋址 C．寄存器尋址 D．間接尋址
試題9
在計算機系統中采用總線結構，便於實現系統的積木化構造，同時可以__(11)__。
（11）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
試題10
利用海明碼（Hamming Code）糾正單位錯，如果有 9 位信息位，則需要加入__(12)__位冗余
位。
（12）A．4 B．5 C．7 D．8
試題11
以下關於CISC（Complex Instruction Set Computer，復雜指令集計算機）和
RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）的敘述中，錯誤的是__(13)__。
（13）A．在CISC中，其復雜指令都采用硬布線邏輯來執行
B．采用CISC技術的CPU，其芯片設計復雜度更高
C．在RISC中，更適合采用硬布線邏輯執行指令
D．采用RISC技術，指令系統中的指令種類和尋址方式更少
試題12
循環冗余校驗碼（CRC）利用生成多項式進行編碼。設數據位為k位，校驗位為r位，則CRC碼
的格式為__(14)__。
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習題解析
（14）A．k個數據位之后跟r個校驗位
B．r個校驗位之后跟k個數據位
C．r個校驗位隨機加入k個數據位中
D．r個校驗位等間隔地加入k個數據位中
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試題1分析
本題考查計算機組成與體系結構的Flynn分類法，是常考的知識點。關於Flynn分類法請參看表
1-1。
題中是利用高速通信網絡將多台高性能工作站或微型機互連構成機群系統，事實上是采用了多
處理機。
試題1答案
（1）D
試題2分析
本題考查計算機組成與體系結構的Flynn分類法，是常考的知識點。關於Flynn分類法請參看表
1-1。
根據陣列機的定義，它將大量重復設置的處理單元互連構成陣列，在單一控制部件的控制下，
向各處理單元分配各自的數據，以達到並行執行同一條指令的目的。因此，陣列處理機是單指令流
多數據流（SIMD）計算機。
試題2答案
（2）B
試題3分析
按順序方式執行指令，每條指令從取指到執行共耗時12 t，所以500條指令共耗時：
12×500=6000 t。
采用流水線方式時，系統在同一時刻可以進行第k條指令的取指，第k+1條指令的分析，第k+2
條指令的執行，所以效率大大提高了。采用流水線的執行示意圖如圖1-17所示。
平時大家看到的都是這樣的示意圖，但是平時我們看到的圖都是籠統的。這里把所有周期都定
為統一長度，這樣流水線的總時間為：(n+2)×周期。如此題中為：(500+2)×5=2510。
但我們平時用的流水線計算公式是：第一條指令順序執行時間+(指令條數-1)?周期這個公式是
怎么來的呢？
請大家看圖1-18。
圖1-17流水線執行示意圖一
圖1-18流水線執行示意圖二
對於此題而言，關鍵在於指令的分析時間，周期是5 ，而實際完成分析只需要2 時間，所以
正常運行時空圖應如圖1-18所示，其中黑色塊是分析的真實發生時間。所以采用流水線的耗時為：
5+2+5×(500-1)+5=2507。
題目是按圖1-17來計算的，計算結果為2510。
試題3答案
（3）C（4）C
試題4分析
此題的解題思路是先計算出地址編號為A0000H～DFFFFH的內存空間大小，然后用空間大小除
以芯片容量，得到芯片數量。在這個操作過程中，運算單位及數制的一致性特別需要注意，在進行
運算之前，一定得把單位轉化成相同的。下面是具體運算過程。
DFFFFH-A0000H+1=40000H，轉化為十進制為2 18 。由於內存是按字節編址，所以空間大小
應為2 8 KB，即256KB，32K×8比特的芯片即32K×1字節的芯片，所以256KB/32KB=8。所以正確答
案為C。
試題4答案
（5）C
試題5分析
控制器是分析和執行指令的部件，也是統一指揮和控制計算機各個部件按時序協調操作的部
件。控制器的組成包含如下部分：①程序計數器PC；②指令寄存器IR；
③指令譯碼器；④時序部件；⑤程序狀態字寄存器PSW；⑥中斷機構。故C答案的算術邏輯單元
ALU不屬於控制器，是運算器。
試題5答案
（6）C
試題6分析
RISC（精簡指令系統計算機）的設計原則有：
（1）只使用頻度高的及最有用的指令，一般為幾十條指令；
（2）指令格式簡單化、規格化；
（3）每條指令在一個機器周期內完成；
（4）只有存數和取數指令訪問存儲器；
（5）以最簡單、有效的方式支持高級語言。
很顯然，C答案錯誤。
試題6答案
（7）C
試題7分析
系統響應時間是指用戶發出完整請求到系統完成任務給出響應的時間間隔。作業吞吐量是指單
位時間內系統完成的任務量。若一個給定系統持續地收到用戶提交的任務請求，則系統的響應時間
將對作業吞吐量造成一定影響。若每個任務的響應時間越短，則系統的空閑資源越多，整個系統在
單位時間內完成的任務量將越大；反之，若響應時間越長，則系統的空閑資源越少，整個系統在單
位時間內完成的任務量將越小。
試題7答案
（8）B
試題8分析
此題考查的是考生對操作數幾種基本尋址方式的理解。關於基本尋址方式的描述，請參看“1.3
計算機系統的組成與體系結構”的“指令系統基礎”內容。
試題8答案
（9）B（10）A
試題9分析
總線是在計算機中連接兩個或多個功能部件的一組共享的信息傳輸線，它的主要特征就是多個
部件共享傳輸介質。它是構成計算機系統的骨架，是各個功能部件之間進行信息傳輸的公共通道，
借助總線的連接，計算機各個部件之間可以傳送地址、數據和各種控制信息。在計算機系統中采用
總線結構，便於實現系統的積木化構造，同時可以有效減少信息傳輸線的數量。
試題9答案
（11）C
試題10分析
按照海明的理論，糾錯碼的編碼就是把所有合法的碼字盡量安排在n維超立方體的頂點上，使得
任一對碼字之間的距離盡可能大。如果任意兩個碼字之間的海明距離是d，則所有少於等於d-1位的
錯誤都可以檢查出來，所有少於d/2位的錯誤都可以糾正。一個自然的推論是，對某種長度的錯誤
串，要糾正錯誤就要用比僅僅檢測它多一倍的冗余位。如果對於m位的數據，增加k位冗余位，
n=m+k位的糾錯碼，則有： m+k+1<2 k 對於給定的數據位m，上式給出了k的下界，即要糾正單個
錯誤，k必須取最小值。在本題中，m=9，9+k+1<2 k ，可取k=4，得到9+4+1=14<2 4 =16。
試題10答案
（12）A
試題11分析
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第 2 章：操作系統基礎知識 作者：希賽教育軟考學院 來源：希賽網 2014年05月04日
考點脈絡
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本題考查指令系統和計算機體系結構基礎知識。
CISC（Complex Instruction Set Computer,復雜指令集計算機）的基本思想是：進一步增強
原有指令的功能，用更為復雜的新指令取代原先由軟件子程序完成的功能，實現軟件功能的硬件
化，導致機器的指令系統越來越龐大而復雜。CISC計算機一般所含的指令數目至少300條以上，有
的甚至超過500條。
RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）的基本思想是：通過減少指
令總數和簡化指令功能，降低硬件設計的復雜度，使指令能單周期執行，並通過優化編譯提高指令
的執行速度，采用硬布線控制邏輯優化編譯程序。在20世紀70年代末開始興起，導致機器的指令系
統進一步精煉而簡單。
試題11答案
（13）A
試題12分析
本題考查循環冗余校驗碼。
循環冗余校驗碼的編碼組成結構為：數據位+校驗位。所以本題應選A。此外，可以做一些知識
擴展，即海明碼的數據與校驗位的組成方式為：2 n 位置放校驗位，其它位置放數據位。
試題12答案
（14）A
版權方授權希賽網發布，侵權必究
軟件設計師需要有扎實的理論知識，而操作系統作為計算機科學最為基本的理論基礎和分支領
域之一，是軟件設計師必須重點掌握的知識。本章將介紹操作系統相關的考點，並輔以練習題，以
便考生切實掌握相關內容。
根據考試大綱，本章要求考生掌握以下幾個方面的知識點。
（1）操作系統的內核。
（2）操作系統的五大管理功能：進程管理、存儲管理、設備管理、文件管理、作業管理。
（3）網絡操作系統和嵌入式操作系統基礎知識。
（4）操作系統的配置。
從歷年的考試情況來看，本章主要考查進程狀態轉換圖、信號量與PV操作、死鎖問題、銀行家
算法、段頁式存儲、頁面置換算法、磁盤調度、樹形文件系統。
部分參考來自：
作者：阿紫是個惡毒的小姑娘
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/zuoside__lord/article/details/82839231
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作者：阿紫是個惡毒的小姑娘
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/zuoside__lord/article/details/82839231
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