计算机组成原理题(附答案)

1计算机组成原理题解指南第一部分：简答题第一章计算机系统概论1．说明计算机系统的层次结构。计算机系统可分为：微程序机器级，一般机器级（或称机器语言级），操作系统级，汇编语言级，高级语言级。第四章主存储器1．主存储器的性能指标有哪些？含义是什么？存储器的性能指标主要是存储容量.存储时间、存储周期和存储器带宽。在一个存储器中可以容纳的存储单元总数通常称为该存储器的存储容量。存取时间又称存储访问时间，是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。存储周期是指连续两次独立的存储器操作（如连续两次读操作）所需间隔的最小时间。存储器带宽是指存储器在单位时间中的数据传输速率。2．DRAM存储器为什么要刷新？DRAM存储器采用何种方式刷新？有哪几种常用的刷新方式？DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息。由于存储的信息电荷终究是有泄漏的，电荷数又不能像SRAM存储元那样由电源经负载管来补充，时间一长，信息就会丢失。为此必须设法由外界按一定规律给栅极充电，按需要补给栅极电容的信息电荷，此过程叫“刷新”。DRAM采用读出方式进行刷新。因为读出过程中恢复了存储单元的MOS栅极电容电荷，并保持原单元的内容，所以读出过程就是再生过程。常用的刷新方式由三种：集中式、分散式、异步式。3．什么是闪速存储器？它有哪些特点？闪速存储器是高密度、非易失性的读/写半导体存储器。从原理上看，它属于ROM型存储器，但是它又可随机改写信息；从功能上看，它又相当于RAM，所以传统ROM与RAM的定义和划分已失去意义。因而它是一种全新的存储器技术。闪速存储器的特点：（1）固有的非易失性，（2）廉价的高密度，（3）可直接执行，（4）固态性能。4．请说明SRAM的组成结构，与SRAM相比，DRAM在电路组成上有什么不同之处？SRAM存储器由存储体、读写电路、地址译码电路、控制电路组成，DRAM还需要有动态刷新电路。第五章指令系统1．在寄存器—寄存器型，寄存器—存储器型和存储器—存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长？哪类指令的执行时间最短？为什么？寄存器-寄存器型执行速度最快,存储器-存储器型执行速度最慢。因为前者操作数在寄存器中，后者操作数在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。2．一个较完整的指令系统应包括哪几类指令？包括：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、堆栈指令、字符串指令、特权指令等。3．什么叫指令？什么叫指令系统？指令就是要计算机执行某种操作的命令一台计算机中所有机器指令的集合，称为这台计算机的指令系统。第六章中央处理部件CPU1．指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据。时间上讲，取指令事件发生在“取指周期”，取数据事件发生在“执行周期”。从空间上讲，从内存读出的指令流流向控制器（指令寄存器）。从内存读出的数据流流向运算器（通用寄存器）。2．简述CPU的主要功能。CPU主要有以下四方面的功能：(1)指令控制程序的顺序控制，称为指令控制。(2)操作控制CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，把各种操作信号送往相应部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。(3)时间控制对各种操作实施时间上的控制，称为时间控制。(4)数据加工对数据进行算术运算和逻辑运算处理，完成数据的加工处理。23．举出CPU中6个主要寄存器的名称及功能。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）：用来确定下一条指令的地址。(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)缓冲寄存器（DR）：1作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。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，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。(5)通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。(6)状态条件寄存器：保存由算术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。4．比较水平微指令与垂直微指令的优缺点。(1)水平型微指令并行操作能力强、效率高、灵活性强，垂直型微指令则较差。(2)水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。(3)由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字比较长，但微程序短的特点，而垂直型微指令正好相反。(4)水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说比较容易掌握5．什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者之间的关系如何？指令周期是完成一条指令所需的时间。包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本单位。一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。6．什么是RISC？RISC指令系统的特点是什么？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中通用寄存器数量相当多。(6)以硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制。(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。7．什么是CISC？CISC指令系统的特点是什么？CISC是复杂指令系统计算机的英文缩写。其特点是：(1)指令系统复杂庞大，指令数目一般多达2、3百条。(2)寻址方式多(3)指令格式多(4)指令字长不固定(5)可访存指令不加限制(6)各种指令使用频率相差很大(7)各种指令执行时间相差很大(8)大多数采用微程序控制器8．什么叫指令？什么叫微指令？二者有什么关系？指令，即指机器指令。每一条指令可以完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令叫做微命令，而一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。许多条微指令组成的序列构成了微程序，微程序则完成对指令的解释执行。第七章存储系统1．什么是存储保护？通常采用什么方法？当多个用户共享主存时，为使系统能正常工作，应防止由于一个用户程序出错而破坏其它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主存区域。为此，系统提供存储保护。通常采3用的方法是：存储区域保护和访问方式保护。第九章输入输出（I/O）设备1．何谓CRT的显示分辨率、灰度级？分辨率是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。分辨率取决于显像管荧光粉的粒度、荧光屏的尺寸和CRT电子束的聚焦能力。同时刷新存储器要有与显示像素数相对应的存储空间，用来存储每个像素的信息。灰度级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。2．什么是刷新存储器？其存储容量与什么因素有关？为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储在刷新存储器，也叫视频存储器。其存储容量由图像灰度级决定。分辨率越高，灰度级越多，刷新存储器容量越大。第十章输入输出（I/O）系统1．外围设备的I/O控制方式分哪几类？各具什么特点？外围设备的I/O控制方式分类及特点：(1)程序查询方式：CPU的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简单(2)程序中断方式：一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，节省了CPU的时间，但硬件结构相对复杂一些。(3)直接内存访问（DMA）方式：数据传输速度很高，传输速率仅受内存访问时间的限制。需更多硬件，适用于内存和高速外设之间大批交换数据的场合。(4)通道方式：可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，大大提高了CPU的工作效率。(5)外围处理机方式：通道方式的进一步发展，基本上独立于主机工作，结果更接近一般处理机。2．总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段？分五个阶段：请求总线、总线仲裁、寻址（目的地址）、信息传送、状态返回（或错误报告）。3．一个计算机系统中的总线，大致分为哪几类？一个计算机系统中的总线分为三类：(1)同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称为内部总线。(2)同一台计算机系统的各部件，如CPU、内存、通道和各类I/O接口间互相连接的总线，称为系统总线。(3)多台处理机之间互相连接的总线，称为多机系统总线。4．说明总线结构对计算机系统性能的影响。（1）最大存储容量单总线系统中，最大内存容量必须小于由计算机字长所决定的可能的地址总线。双总线系统中，存储容量不会受到外围设备数量的影响（2）指令系统双总线系统，必须有专门的I/O指令系统单总线系统，访问内存和I/O使用相同指令（3）吞吐量总线数量越多，吞吐能力越大5．中断处理过程包括哪些操作步骤？中断处理过程如下：(1)设备提出中断请求(2)当一条指令执行结束时CPU响应中断(3)CPU设置“中断屏蔽”标志，不再响应其它中断请求(4)保存程序断点（PC）(5)硬件识别中断源（转移到中断服务子程序入口地址）(6)用软件方法保存CPU现场(7)为设备服务4(8)恢复CPU现场(9)“中断屏蔽”标志复位，以便接收其它设备中断请求(10)返回主程序6．画出中断处理过程的流程图。解：图如下：7．中断接口中有哪些标志触发器？功能是什么？中断接口中有四个标志触发器：(1)准备就绪的标志（RD）：一旦设备做好一次数据的接受或发送，便发出一个设备动作完毕信号，使RD标志置“1”。在中断方式中，该标志用作为中断源触发器，简称中断触发器。(2)允许中断触发器（EI）：可以用程序指令来置位。EI为“1”时，某设备可以向CPU发出中断请求；EI为“0”时，不能向CPU发出中断请求，这意味着某中断源的中断请求被禁止。设置EI标志的目的，就是通过软件来控制是否允许某设备发出中断请求。(3)中断请求触发器（IR）：它暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号。当IR标志为“1”时，表示设备发出了中断请求。(4)中断屏蔽触发器（IM）：是CPU是否受理中断或批准中断的标志。IM标志为“0”时，CPU可以受理外5界的中断请求，反之，IM标志为“1”时，CPU不受理外界的中断。还有一个称为工作触发器：（BS）：设备“忙”的标志，表示设备正在工作。8．CPU响应中断应具备哪些条件？(1)在CPU内部设置的中断允许触发器必须是开放的。(2)外设有中断请求时，中断请求触发器必须处于“1”状态，保持中断请求信号。(3)外设（接口）中断允许触发器必须为“1”，这样才能把外设中断请求送至CPU。(4)当上述三个条件具备时，CPU在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断。9．请说明程序查询方式与中断方式各自的特点。程序查询方式，数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，优点是硬件结构比较简单，缺点是CPU效率低，中断方式是外围设备用来“主动”通知CPU，准备输入输出的一种方法，它节省了CPU时间，但硬件结构相对复杂一些。10．简要描述外设进行DMA操作的过程及DMA方式的主要优点。(1)外设发出DMA请求(2)CPU响应请求，DMA控制器从CPU接管总线的控制(3)由DMA控制器执行数据传送操作(4)向CPU报告DMA操作结束(5)主要优点是数据传送速度快第二部分：其他题型一、选择题：1、完整的计算机系统应包括。A、运算器、存储器、控制器B、外部设备和主机C、主机和实用程序D、配套的硬件设备和软件系统2、计算机系统中的存储器系统是指。A、RAM存储器B、ROM存储器C、主存储器D、主存储器和外存储器3、至今为止，计算机中的