习题课

计算机组织与结构习题课第一章计算机系统概述•要求：•计算机的分类方式（了解）•计算机的硬件与软件组成（了解）•计算机系统的层次结构（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。）及分类（弗林分类法）；•冯·诺依曼体系结构特点第三章存储系统3.1存储器概述要求：存储器的概念存储器分类（了解）存储系统的分级结构存储器主要技术指标（存储容量、存取速度、存储周期和存储器带宽）•存储容量：存储单元：存放一个机器字的所有存储元集合。•存储周期：连续启动两次读操作所需间隔的最小时间。第三章存储系统•例1：某计算机字长16位，它的存储容量64KB，若按字编址，那么它的寻址范围是（）•例2：某SRAM芯片，其存储容量为64K*16位，该芯片的地址线和数据线数目为（）•例3：某机器字长16位，存储单元个数为32K个，该存储器只有一个存储器工作，它的容量为（）第三章存储系统•例一、32k•例二、16，16•例三、1*16*32k=64kB第三章存储系统•3.2随机读写存储器要求：存储器与cpu连接：地址线、数据线、控制线位扩展法、字扩展法、字位扩展法第三章存储系统例：设有一个具有24位地址和8位字长的存储器，问：（1）该存储器能存储多少字节的信息？（2）如果存储器由4M*1位的RAM芯片组成，需要多少片？（3）需要多少位作芯片选择？第三章存储系统•例解：•（1）224*8=16MB•（2）16MB/4M=32片•（3）位扩展：每8片一组（位并联）•字扩展：共4组（地址串联）•每片需要22(4M=222)根地址线（A0~A21），高两位A22，A23作为片选信号。第三章存储系统第三章存储系统•3.4高速存储器•要求：•多体并行存储器（了解）•多模块交叉存储器（高位交叉、低位交叉）•相联存储器的基本原理及其组成(了解)；第三章存储系统3.5cache存储器要求：cache的基本工作原理及其功能命中率的概念第三章存储系统•程序运行的局部性原理：对大量典型程序运行情况的分析结果表明，在一个较短时间间隔内，访存地址（指令或数据）往往集中在逻辑地址空间很小的范围内，称为程序访问的局部性。程序地址的分布本来就是连续的，再加上循环程序段和子程序段要重复执行多次，因此，对程序地址的访问就自然地具有相对集中的倾向。数据分布的这种集中倾向不如指令明显，但对数组的存储和访问以及工作单元的选择都可以使存储器地址相对集中。这种对局部范围的存储器地址频繁访问，而对此范围以外的地址则访问甚少的现象就称为程序访问的局部性。时间局部性：如果一个存储单元被访问，那么这个存储单元很快会再次被访问。空间局部性：如果一个存储单元被访问，那么这个存储单元机器邻近的存储单元很快会再次被访问。3.5cache存储器要求cache与主存的三种地址映射方式及其映射规则：直接映像、全相联映像、组相联映像。直接映像：主存中一块只能映象到Cache的一个特定的块中。全相联映象：主存中任一块,可以存放到Cache的任意一块中。组相联映象：主存与缓存块的大小相同,以组号进行对应，主存中某一块,可以存放到同组号缓冲存储器的任意一块中。cache最常用的三种替换算法Cache的写操作策略第三章存储系统第三章存储系统3.6虚拟存储器要求：虚拟存储器的概念及基本原理；段式虚拟存储器原理、特点页式虚拟存储器原理、特点段页式虚拟存储器原理、特点采用虚拟存储器的主要目的。3.7存储保护•要求：•存储保护的概念（目的）•存储保护的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。通常采用的方法是：存储区域保护和访问方式保护。例P12815、16第三章存储系统第四章指令系统4.1指令系统的发展与性能要求要求：对指令系统的性能的四方面要求（P130了解）第四章指令系统4.2指令格式•由操作码和地址码组成的，能由计算机硬件执行其规定操作的一条命令，称之为指令。指令和数据在计算机中都是以二进制代码形式表示的，不同的操作码代表不同的指令。通常在一台计算机中有几十条乃至几百条指令。计算机中所有指令的集合称之为指令集或指令系统。指令的基本格式：4.2指令格式要求：地址码格式：零地址、单地址、二地址、三地址（了解）操作码格式：定长操作码、扩展操作码（了解）第四章指令系统•例指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。解：指令格式及寻址方式特点如下：①单字长二地址指令；②操作码OP可指定26=64条指令；③RR型指令，两个操作数均在寄存器中，源和目标都是通用寄存器（可分别指定16个寄存器之一）；④这种指令格式常用于算术逻辑类指令。第四章指令系统例：指令格式结构如下所示，试分析指令格式及寻址方式特点。第四章指令系统解：指令格式及寻址方式特点如下：①单字长二地址指令；②操作码OP可指定24=16条指令；③有8个通用寄存器，支持8种寻址方式；④可以是RR型指令、SS型指令、RS型指令第四章指令系统4.3指令和数据的寻址方式要求：指令的两种寻址方式：顺序、跳跃（了解）操作数的十种寻址方式；•P15515.根据操作数所在位置，指出其寻址方式（填空）：（1）操作数在寄存器中，为（A）寻址方式。（2）操作数地址在寄存器，为（B）寻址方式。（3）操作数在指令中，为（C）寻址方式。（4）操作数地址（主存）在指令中，为（D）寻址方式（5）操作数的地址，为某一寄存器内容与位移量之和可以是（E，F，G）寻址方式。第四章指令系统解：A：寄存器直接；B：寄存器间接；C：立即；D：直接；E：相对；F：基址G：变址4.4堆栈寻址方式•要求：•寄存器堆栈特点（了解）•存储器堆栈特点及堆栈工作过程（进栈、出栈）第四章指令系统第四章指令系统4.5典型指令要求：典型指令的八个分类P148（了解）从计算机指令系统的角度看当前的计算机指令系统结构分为两大类：复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）各自的特点。第五章中央处理器5.1CPU的功能和组成要求：CPU的四个基本功能P156组成CPU的两大部分及各自的功能CPU中的主要寄存器(程序计数器、指令寄存器、地址寄存器…)；例：在CPU中，指令寄存器的作用是（），程序计数器的作用是（），程序状态寄存器的作用是（），地址寄存器的作用是（）第五章中央处理器5.2指令周期指令周期的概念指令周期与机器周期、时钟周期的关系；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。5.3指令的执行过程与控制（参P161至P168）第五章中央处理器5.4微程序控制器要求：微命令、微操作的概念与定义微指令、微程序的概念：完成各条指令的一系列微指令的集合称之为微程序。微程序程序存放在控制存储器中，微指令分两个字段，它们是操作控制字段和下地址字段。微指令的基本格式有水平型微指令和垂直型微指令两种。微程序控制器的三个组成部分及各部分功能，微程序控制器组成原理框图(P178)微程序控制的计算机的工作过程微指令格式（了解）机器指令与微指令的关系（P182）第六章总线系统6.1总线的概念和结构形态要求：总线的概念P213总线的分类及特性常用的三种总线结构；第六章总线系统6.2总线接口要求：接口的基本概念及主要功能第六章总线系统6.3总线的仲裁、定时和数据传送模式要求：为什么需要总线仲裁部件，仲裁方式的两种分类；（了解）第七章外围设备•外围设备：输入/输出设备、外存储器、脱机输入/输出设备•其他内容（了解）第八章输入输出系统8.1CPU对外围设备的管理方式要求：I/O系统的概念输入输出设备的编址方式输入输出设备的控制方式及各自的特点；（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。第八章输入输出系统•8.2程序中断方式•要求：•中断的基本概念•CPU响应中断的条件•中断屏蔽(了解)•中断嵌套（了解）•8.2程序中断方式•要求：•中断处理过程（了解）•单级中断与多级中断的工作方式（了解）；第八章输入输出系统第八章输入输出系统8.3DMA方式要求：DMA与CPU分时使用内存的三种方式（了解）•外设进行DMA操作的过程及DMA方式的主要优点：采用DMA方式传送一组数据分三个阶段：预处理、数据传送、后处理。过程如下：(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操作结束主要优点是数据传送速度快第八章输入输出系统8.4通道方式要求：通道的功能(了解)通道的三种类型；