计算机组成原理复习题

填空题1.计算机系统的层次结构由低级到高级为（微程序设计级）、（一般机器级）、操作系统级、汇编语言级、高级语言级。2.计算机系统中，传输信息基本有四种方式：（并行传送）、（串行传送）串并行传送、分时传送。3.Cache的替换算法有（先进先出算法）和（最近最少使用算法）4.按CPU能否禁止中断的进入分类，中断分为（可屏蔽中断）和（不可屏蔽中断）。5.CPU的操作控制器有（存储程序型）和（逻辑控制型）、组合型等几种。6.一个具有k级过程的流水线处理n个任务需要的时钟周期数为（k+n-1）。7.总线可分为（地址总线）（数据总线）和控制总线三类。8.输入输入设备的编址方式有（存储器映像编址）和（I/O独立编址）。9.CISC指（复杂指令集计算机），RISC指（精简指令集计算机）。10.从机器指令的结构分，机器指令由（操作码）和（地址码）组成21.存储器的访问有存储器的读和存储器两种操作。22.标准的ASCII码用7位二进制表示，共有128个编码。23.在cache的直接映像方式中主存的地址分为区号、块号和块内地址三部分。24.在cache的全相联映像方式中主存的地址分为主存块号和块内地址两部分。25.虚拟存储器主要解决主存储器的容量问题。26.一条指令的格式通常由操作码确定，指令译码器对操作码译码后才能知道指令的功能，同时也明确了指令中个字段的划分。27.为了执行指令，控制器必须按照一定的时序生成控制信号，生成控制信号的方法主要有硬件连线逻辑方式和微程序方式。28.条件转移指令可以将比较操作设计成条件转移指令的一部分，优点是不需要寄存器放置条件码，提高执行速度。29.微程序控制的基本思想是把指令执行所需要的所有控制信号存放在一个存储器中，需要时从这个存储器中读取。30.为了支持高速I/O，计算机出现了直接存储器访问的数据传输方式，简称DMA方式。21.运算器的功能是进行算数和逻辑运算。22.为了寻找主存储器某个字节的位置，通常给每个字节编号，这个编号成为存储器的地址。23.汉字的机内码采用连续的两个字节表示，最高位为1，用于汉字信息的存储等。24.存储器按照访问方式可分为：随机访问存储器和顺序访问存储器。25.控制器根据指令的要求控制和协调其它工作部件。26.浮点数表示数据时，如果数据的绝对值很小而不能表示时称为数据的下溢。27.半导体随机访问存储器芯片主要有静态存储器芯片SRAM和动态存储器芯片DRAM。28.一个指令所包含的数据位数称为指令长度，指令长度应和计算机的字长-*匹配，简化读29.在cache的组相联的映像方式中cache地址分为组号、块号和块内地址三部分。30.零地址指令只有操作数没有地址码，一种情况是不需要操作数，另一种情况是操作数的位置是默认的。21．运算器的功能是进行算数和逻辑运算。22．为了寻找主存储器某个字节的位置，通常给每个字节编号，这个编号成为存储器的地址。23.标准的ASCII码用7位二进制表示，共有128个编码。24.虚拟存储器主要解决主存储器的容量问题。25．指令的地址码中可以包括存储器地址、寄存器地址和寻址方式三种信息。26．零地址指令只有操作数没有地址码，一种情况是不需要操作数，另一种情况是操作数的位置是默认（隐含）的。27.为了执行指令，控制器必须按照一定的时序生成控制信号，生成控制信号的方法主要有硬件连线逻辑方式和微程序。28．总线从数据的传输方向上可分为单工、半双工和全双工总线。29．中断的响应和处理由硬件和软件共同完成。30．为了支持高速I/O，计算机出现了直接存储器访问的数据传输方式，简称DMA。计算题31.设x=0.1010，y=-0.0011用8位补码运算完成x+y。解：[x]补=0.1010000（0.5分）[y]补=1.1101000（0.5分）[x]补+[y]补=0.1010000+1.1101000=0.0111000=[x+y]补（1分）[x]补+[-y]补=0.1010000+0.0011000=0.110100（1分）所以x+y=0.0111（1分）,x-y=0.1101(1分)32.将十进制数354转换成二进制数、八进制数、十六进制数和BCD数。解：（1）（354）10=（162.A）16（1分）（2）（354）10=（101100010.1010）2（1分）（3）（354）10=（542.5）8（1分）（4）（354）10=（001101010100.011000100101）BCD（2分）31.设x=-65,y=-97,采用双符号位8位补码完成x+y；并说明结果情况。解：[x]补=10111111(0.5分)[y]补=10011111(0.5分）双符号位为：[x]补=110111111（0.5分）[y]补=110011111（0.5分）[x]补+[y]补=110111111+110011111=101011110（1分）因为结果双符号位为10，表示溢出。（2分）32.假设浮点数的尾数为5位补码表示（包含符号位），阶码用4位补码表示。用浮点数加法流程计算0.5和-0.4375的和。解：0.5=0.1000*20000（1分）-0.4375=-0.1110*2-1=1.0010*21111（1分）对阶1.0010*21111=1.1001*20000（1分）位数相加1.1.1001*20+0.1000*20=0.0001*20（1分）规格化0.0001*20=0.1000*2-3（1分）舍入数据尾数适合5位数据，不需要舍入。31.将十进制数231转换成二进制数、八进制数、十六进制数和BCD数。解：（1）（231）10=（E7）16（1分）（2）（231）10=（11100111）2（1分）（3）（231）10=（347）8（1分）（4）（231）10=（001000110001）BCD（2分）32.设x=0.1100，y=-0.0010，用8位补码运算完成x+y。解：[x]补=0.1100000（0.5分）[y]补=1.1110000（0.5分）[x]补+[y]补=0.1100000+1.1110000=0.1010000=[x+y]补（1分）[x]补+[-y]补=0.1010000+0.0011000=0.1110000（1分）所以x+y=0.1010（1分）,x-y=0.111(1分)简答题1.CPU结构如图B9.1所示，其中有一个累加寄存器AC，一个状态条件寄存器，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。（1）标明图中四个寄存器的名称。（2）简述指令从主存取到控制器的数据通路。（3）简述数据在运算器和主存之间进行存/取访问的数据通路。答：(1)a为数据缓冲寄存器DR，b为指令寄存器IR，c为主存地址寄存器，d为程序计数器PC。(2)主存M→缓冲寄存器DR→指令寄存器IR→操作控制器。(3)存储器读：M→DR→ALU→AC存储器写：AC→DR→M2.微指令的基本格式是什么？其基本格式中每一部分有何作用？微指令周期与CPU周期有何关系？机器指令与微指令有何关系？答：（1）微指令的基本结构由“操作控制部分”和“顺序控制部分”组成。操作控制部分发出管理和指挥全机工作的控制信号，其每一位或多个的不同组合表示一个微命令；顺序控制部分决定产生下一条微指令的地址。（2）微指令周期时间与CPU周期时间相等。也即执行一条微指令的时间等于一个机器周期时间。（3）一条机器指令对应一个微程序，一个微程序由若干条微指令组成，因此一条机器指令的功能是由若干条微指令实现的，或者说一条机器指令对应多条微指令。33.简单介绍计算机硬件系统的组成及各部件功能。答：计算机硬件系统由：运算器、控制器、存储器、I/O设备组成。（1分）运算器：完成算数和逻辑运算。（1分）控制器：根据指令的要求控制和协调其他部件工作。（1分）存储器：存储程序和数据。（1分）输入设备：将外部信息以一定格式输入到计算机系统。（0.5分）输出设备：将计算机系统的信息提供给外部设备。（0.5分）34.简述微程序控制的基本思想。答：把指令执行的所有控制信号放在一个存储器中，需要时从这个存储器读取（1分）。一条指令的功能通常用许多条微指令实现这个微指令序列称为微程序。（2分）计算机运行时，一条一条读出这些微指令，从而产生各种操作的控制信号。（2分）35.提高存储器速度可采用哪些措施，请说出至少五种措施。答：措施有：①采用高速器件（1分）②采用cache（高速缓冲存储器）（1分）③采用多体交叉存储器（1分）④采用双端口存储器（1分）⑤加长存储器的字长。（1分）36.请说明指令周期、机器周期、时钟周期之间的关系。答：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。（2分）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）。（2分）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。（1分）37.什么是RISC？RISC指令系统的特点是什么（至少写出4个）？答：RISC是精简指令系统计算机（1分）。它有以下特点：选取使用频率最高的一些简单指令；指令长度固定；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；大部分指令在一个机器周期内完成；CPU中通用寄存器数量多；以硬布线控制为主，不用或少用微指令码控制；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；指令以流水方式执行（以上8种情况写对一种给0.5分）38.一个计算机系统中的总线，大致分为哪几类？答：一个计算机系统中的总线分为三类：同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称内部总线。（2分）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。（2分）多台处理机之间互相连接的总线，称为多机系统总线。（1分）33.说明计数器定时查询工作原理。答：总线上的任一设备要求使用总线时，通过BR线发出总线请求。（1分）总线控制器接到请求信号以后，在BS线为“0”的情况下让计数器开始计数，计数值通过一组地址线发向各设备。（2分）每个设备接口都有一个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备相一致时，该设备置“1”BS线，获得总线使用权，此时中止计数查询。（2分）34.简要描述外设进行DMA操作的过程及DMA方式的主要优点。答：(1)外设发出DMA请求；（1分）（2）CPU响应请求，DMA控制器从CPU接管总线的控制；（1分）（3）由DMA控制器执行数据传送操作；（1分）（4）向CPU报告DMA操作结束。（1分）主要优点是数据数据速度快（1分）35.简述通道的基本功能答：（1）接受CPU的输入输出操作命令，并按命令控制外围设备。（1分）（2）从内存中读取通道程序执行，控制外设各种操作。（1分）（3）控制数据在内存和外设间进行传输。（1分）（4）读取外设的状态信息，并提供给CPU或保存在内存中。（1分）（5）向CPU发出中断请求。（1分）36.外围设备的I/O控制方式分哪几类？答：程序查询方式（1分）中断方式（1分）直接内存访问（DMA）方式（1分）通道方式（1分）外围处理机方式（1分）37.解释指令、微指令及其关系。答：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。（2分）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。（2分）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。（1分）38.集中式仲裁有几种方式？答：链式查询方式（2分）计数器定时查询方式（2分）独立请求方式（1分）33.外围设备的I/O控制方式分哪几类？答：程序查询方式；中断方式；直接内存访问（DMA）方式；通道方式；外围处理机方式（每个1分）34．页式虚拟存储器中，页面不能太大，也不能太小，为什么？通常页面大小为多大？答：