紫金学院计算机组成原理复习

题型⼀、选择题（2分*10题=20分）⼆、名词解释（1分*5题=5分）三、填空题（1分*15空=15分）四、简答题（5分*2=10分）五、进制间的计算、原码、补码、移位和数据校验码（10分）六、定点补码⼀位乘法运算（10分）七、指令执⾏流程（10分）⼋、芯片的连接逻辑图和地址分配（10分）九、多重中断的处理过程和中断屏蔽字（10分）第⼀章1.冯·诺依曼计算机五⼤功能部件、⼯作⽅式特点、基本结构特点(1)计算机由五大部件组成1.输入设备2.控制器3.运算器4.存储器5输出设备(2)采用二进制形式表示数据和指令原因：具有两个稳定状态的电子器件容易实现基数小运算规则简单1和0与真和假相对应易于实现逻辑运算抗干扰能力强、可靠性高(3)采用存储程序方式五大部件：输入设备:主要功能：将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入到计算机内。键盘、鼠标、扫描仪、语音输入设备、手写笔、触摸屏、数码摄像设备等。输出设备主要功能：将计算机处理的结果以人们所能接受的信息形式或其它系统所要求的信息形式输出。最常见的显示器、打印机、绘图仪、音箱等。计算机的输入、输出设备简称为I/O设备。I/O设备是计算机与外界联系的桥梁，是计算机中不可缺少的一个重要组成部分。存储器主要功能：用于存放程序和数据。存储器是计算机存储信息的核心。存储器可分为：主存储器和辅助存储器主存储器（主存、内存）CPU能够直接访问。主存分为若干个存储单元。每个单元都有唯一的地址编码。通常是按字节或字节的整数倍编码。存储器总是按地址进行访问的。辅助存储器也称外存储器，简称外存、辅存。CPU不能直接访问，辅存中的信息必须调入主存后，才能为CPU所使用。辅存速度较慢，但容量大，用于存放CPU暂时不用的程序和数据。软盘、硬盘、光盘、磁带机等。运算器用于对数据的加工处理，完成算术逻辑运算。运算器的组成:核心是算术逻辑部件(ArithmeticandLogicalUnit)，简称为ALU。还有若干寄存器，用于存放操作数、中间结果或最终结果。计算机的层次结构模型高级语言层汇编语言层操作系统层机器语言层硬件逻辑层第⼆章(1)1.数制转换（⼆进制，⼋进制、⼗进制和⼗六进制转换）在数字后面加上不同的字母来表示不同的进位制。B（Binary)表示二进制，O（Octal）表示八进制，D（Decimal）或不加表示十进制，H（Hexadecimal）表示十六进制。例如：(101011)B=(53)O=(43)D=(2B)H二进制→十进制(八/十六进制转十进制同理)方法：二进制数从低位到高位（即从右往左）计算，第0位的权值是2的0次方，第1位的权值是2的1次方，第2位的权值是2的2次方，依次递增下去，把最后的结果相加的值就是十进制的值了。例：将二进制的(101011)B转换为十进制的步骤如下：1.第0位1x2^0=1；2.第1位1x2^1=2；3.第2位0x2^2=0；4.第3位1x2^3=8；5.第4位0x2^4=0；6.第5位1x2^5=32；7.读数，把结果值相加，1+2+0+8+0+32=43，即(101011)B=(43)D。十进制→二进制(十进制转八/十六进制同理)方法：除2取余法，即每次将整数部分除以2，余数为该位权上的数，而商继续除以2，余数又为上一个位权上的数，这个步骤一直持续下去，直到商为0为止，最后读数时候，从最后一个余数读起，一直到最前面的一个余数。例：将十进制的(43)D转换为二进制的步骤如下：1.将商43除以2，商21余数为1；2.将商21除以2，商10余数为1；3.将商10除以2，商5余数为0；4.将商5除以2，商2余数为1；5.将商2除以2，商1余数为0；6.将商1除以2，商0余数为1；7.读数，因为最后一位是经过多次除以2才得到的，因此它是最高位，读数字从最后的余数向前读，101011，即(43)D=(101011)B。二进制→八进制(二进制转十六进制同理四合一)方法：取三合一法，即从二进制的小数点为分界点，向左（向右）每三位取成一位，接着将这三位二进制按权相加，然后，按顺序进行排列，小数点的位置不变，得到的数字就是我们所求的八进制数。如果向左（向右）取三位后，取到最高（最低）位时候，如果无法凑足三位，可以在小数点最左边（最右边），即整数的最高位（最低位）添0，凑足三位。例：将二进制的(11010111.0100111)B转换为八进制的步骤如下：1.小数点前111=7；2.010=2；3.11补全为011，011=3；4.小数点后010=2；5.011=3；6.1补全为100，100=4；7.读数，读数从高位到低位，即(11010111.0100111)B=(327.234)O。八进制→二进制(十六进制转二进制同理一分四)方法：取一分三法，即将一位八进制数分解成三位二进制数，用三位二进制按权相加去凑这位八进制数，小数点位置照旧。例：将八进制的(327)O转换为二进制的步骤如下：1.3=011；2.2=010；3.7=111；4.读数，读数从高位到低位，011010111，即(327)O=(11010111)B。八进制→十六进制方法：将八进制转换为二进制，然后再将二进制转换为十六进制，小数点位置不变。十六进制→八进制方法：将十六进制转换为二进制，然后再将二进制转换为八进制，小数点位置不变。2.原码、补码、反码、移码（会各个码值之间的相互转化）（1）求法及相互转换原码：正数是其二进制本身；负数是符号位为1,数值部分取绝对值的二进制。反码：正数的反码和原码相同；负数是符号位为1,其它位是原码取反。补码：正数的补码和原码，反码相同；负数是符号位为1，其它位是原码取反，未位加1。（或者说负数的补码是其绝对值反码未位加1）移码：将符号位取反的补码（不区分正负）（2）“0”的表示0原码是00000000-0原码是100000000反码是00000000-0反码是111111110补码是00000000补码没有正0与负0之分。（3）最小负数的表示（4）给定机器数，转换为真值3.定点数据表示任何一个数均可表示为：(N)R＝M×R^eM：尾数。代表数N的有效数字。计算机中一般表示为纯小数。R：尾数基值。计算机中常用的R可取2、8、16等。e：阶码。代表数N的小数点的实际位置。一般表示为纯整数。根据小数点的位置是否固定，计算机中的数据格式又分为两种：定点表示和浮点表示。4.数据校验码（掌握奇偶校验码和海明校验法）。奇偶校验码在n位的有效信息位AnAn-1…A1上，加1位校验位P，构成n+1位的奇偶校验码AnAn-1…A1P或PAnAn-1…A1。若P使n+1位的校验码中“1”的个数为偶数(奇数)，则称为偶校验(奇校验)。海明校验码的编码步骤(1)n位有效信息选择k个校验位，构成n+k位的海明校验码。若校验码位号从左向右（或从右向左）按从1到n+k排列，则校验位的位号分别为2i(i＝0，1，2…k-1)，校验位记作P2i，有效信息位按原顺序安排在其余位置上。(2)k个校验位构成k组奇偶校验，每个有效信息位都被两个或两个以上的校验位校验，规则：被校验的有效信息位的位号等于校验它的校验位位号之和。(3)统计参与各组奇偶校验的位号，按奇偶校验原理，由已知的有效信息位求出各校验位，进而形成海明校验码。例：字符‘K’的ASCII码为1001011，试为其编制一个检1纠1错的海明校验码（假设采用偶校验）。解：A7A6A5A4A3A2A1＝1001011P1even＝A7⊕A6⊕A4⊕A3⊕A1＝1⊕0⊕1⊕0⊕1＝1P2even＝A7⊕A5⊕A4⊕A2⊕A1＝1⊕0⊕1⊕1⊕1＝0P4even＝A6⊕A5⊕A4＝0⊕0⊕1＝1P8even＝A3⊕A2⊕A1＝0⊕1⊕1＝0因此得到ASCII码字符‘K’的海明校验码为：101100100115.补码加减运算算法及溢出判别⽅法（变形补码的表示及溢出的定义）补码加减运算的基本规则①参加运算的各个操作数均以补码表示，运算结果仍以补码表示。②符号位与数值位一起参加运算。③若求和，则将两补码数直接相加，得到两数之和的补码；若求差，则将减数变补(由[y]补求[－y]补)，然后与被减数相加，得到两数之差的补码。④补码总是对确定的模而言，若运算结果超过模(有从符号位上产生的进位)，则将模自动丢掉。变形补码的实质是双符号位补码。即[x]变形补＝x0x0.x1x2…xn，[y]变形补＝y0y0.y1y2…yn设[s]变形补＝[x]变形补+[y]变形补=sf1sf2.s1s2…sn溢出检测概念:在定点整数机器中,数的表示范围为|x|(2^n−1),若运算的过程中出现大于此字长绝对值的现象,则称之为”溢出”可能出现溢出的情况:两正数加，变负数，上溢(正溢)(大于机器所能表示的最大数)两负数加，变正数，下溢(负溢)(小于机器所能表示的最小数)检测方法双符号位法1.参与加减运算的数采用变形补码表示(正数的两个符号位是”00”,负数的两个符号位是”11”,尾数规则同补码)2.连同符号位参与运算3.根据两个符号位判断结果是否溢出(机器中用异或门判断)符号位SF1符号位SF2结果00正确（正数）01上溢10下溢11正确（负数）例1：已知X＝0.1011，Y＝－0.1101，求[X+Y]补解：[X]补＝0.1011，[Y]补＝1.0011[X]补0.1011+[Y]补1.0011[X]补+[Y]补1.1110因此，[X+Y]补＝1.1110例3：x=+0.1011，y=+0.0110，求x+y。解：∵[x]补=0.1011,[y]补=0.0110∴[x+y]补=[x]补+[y]补=0.1011+0.0110=1.0001∴x+y=-0.1111错正溢出例4：x=－1010，y=－1101，求x+y。解：∵[x]补=10110,[y]补=10011∴[x+y]补=[x]补+[y]补=10110+10011=101001∴x+y=+1001错负溢出6.定点乘法算法（要求会补码⼀位乘法的算法过程）补码一位乘法补码一位乘法的算法规则参加运算的数均以补码表示，结果仍以补码表示。增设yn+1，且初始化为0，部分积初始化为0。部分积与被乘数采用双符号位，且符号位参加运算。判别ynyn+1，并采取相应的操作。其中，右移指将部分积连同乘数（包括yn+1）一起算术右移。重复④，共做n+1次操作，最后一次不移位！第三章1.只读存储器的存储特点只读存储器(ROM,ReadOnlyMemory)存储器的内容只能随机地读出而不能随便写入和修改。ROM可作为主存的一部分，用于存放不变的程序和数据。ROM还可用作其它固定存储器，如存放微程序的控制存储器、存放字符点阵图案的字符发生器等。2.存储器存储数据的单位3.主存的基本组成及基本操作（要求掌握主存的组成部分、主存读/写的过程）1.几个概念存储元件（存储元、存储位）能够存储一位二进制信息的物理器件。存储元是存储器中最小的存储单位。作为存储元的条件：①有两个稳定状态，对应二进制的“0”、“1”。②在外界的激励下，可写入“0”、“1”。③能够识别器件当前的状态。即可读出所存的“0”、“1”。存储单元由一组存储元件组成，可以同时进行读写。存储体（存储阵列）把大量存储单元电路按一定形式排列起来，即构成存储体。存储体一般排列成阵列形式，所以又称存储阵列。存储单元的地址存储体中每个存储单元被赋予的一个唯一的编号，该编号就是存储单元的地址。当访问某存储单元时，必须首先给出该存储单元的地址。存储单元的编址①按字节编址：相邻的两个单元是两个字节。②按字编址：相邻的两个单元是两个字。#CPU通过地址总线把地址码送到主存地址寄存器MAR；CPU通过数据总线向主存数据寄存器MDR发送写入数据或从主存的MDR接收读出数据；CPU通过控制总线把地址码向主存发送读、写控制信号；#主存储器的组成：1.存储信息的存储体：一个由基本存储单元排列起来的存储阵列。2.寻址机构（地址寄存器MAR和地址译码器）：MAR起地址缓冲作用，地址译码器用于对MAR中给出的n位地址进行译码，生成存储体中某一个单元的选