计算机组成原理复习题

计算机组成原理复习题要点MCU+NPECS的硬件是电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备。其中运算器和存储器称为CPU(MPU/uP)，CPU和内存储器称为主机。冯诺依曼型计算机采用了存储程序方案，这是计算机自动化工作的关键。计算机的软件是计算机系统结构的重要组成部分。计算机软件一般分为系统软件和应用程序软件两大类。系统软件是指为了方便用户和发挥计算机的效率，向用户提供的一系列软件，它包括操作系统、语言类程序、各种服务性程序和数据库管理系统等，系统软件的作用是对计算机系统进行管理、调度、监控和维护。应用软件是为了解决科学计算或信息处理等而编制的程序，是计算机厂家或用户自己开发的程序。计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由硬联逻辑、微程序机器级、实际机器级、操作系统虚拟机、汇编语言虚拟机、应用语言虚拟机组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。1：计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。2：早期将运算器和控制器合在一起称为CPU（中央处理器）3：存储程序并按地址顺序执行，这是冯.诺依曼型计算机的工作原理，也是CPU自动工作的关键4：计算机系统是一个由硬件、软件组成的多层次结构，它通常由微程序级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成。5:CPU和内存称为主机。2*3=610*011=10+1001：负数的加法要利用补码化为加法来做，减法运算当然也要设法化为加法来做。2：数的真值变成机器码时有四种表示方法：原码表示法、反码表示法、补码表示法、移码表示法。3：移码主要用于表示浮点数的阶码E，以利于比较两个指数的大小和对阶操作。4：尾数运算结果的符号位与最高数值为同值，应执行左规格处理。存储器是计算机系统的记忆设备，用来存放程序和数据。出于对存储器大容量、低成本、高速度的要求，目前的计算机系统通常采用Cache-主存-辅存三级存储器体系结构。Cache-主存层次用于解决CPU与主存之间的速度匹配问题，从而提高数据的传输率。主存-辅存层次用于解决CPU与主存之间大容量与低成本之间的矛盾。三层存储器之间构成一个整体，从而满足不用应用的需要。1：根据存储器在系统中的作用，可分为内部存储器、外部存储器；又可分为主存储器、高速缓冲存储器、辅助存储器、控制存储器。半导体存储器是内部存储器，磁盘是外部存储器，又是辅助存储器。2：主存储器的性能指标主要是存储器容量、存取时间、存储周期和存储器带宽。3：当两个端口的地址不相同时，在两个端口进行读写操作，一定不会发生冲突；当两个端口同时存取存储器同一个存储单元时，便发生读写冲突。当两个端口均为开放状态（BUSY为高电平）且存取地址相同时，发生读写冲突。4：一个由若干个模块组成的主存储器是线性编址的。这些地址在各模块中如何安排，有两种方式：一种是顺序方式，一种是交叉方式。5：交叉方式的存储器可以实现多模块流水式并行存取，大大提高存储器的带宽。6：cache是一种高速缓冲存储器，是为了解决CPU和主存之间速度不匹配而采用的一项重要技术。并且发展成为多级cache体系，指令cache与数据cache分设体系。7：地址映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种。9：SRAM和DRAM都是半导体随机读写存储器，前者速度比后者快，但集成度不如后者高。二者的有点是：体积小，价格低廉，可靠性高，缺点是断电后不能保存信息。10：闪速存储器能提供高性能，低功耗，高可靠性以及瞬时启动能力是一种全新的存储体系结构，因此可作为固态盘。1：数据的寻址方式有：隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址，变址寻址、块寻址、段寻址等多种。常用的三种寻址方式是：相对寻址、基址寻址、变址寻址。2：按操作数的物理位置不同，有RR型和RS型。前者比后者执行的速度快。1：CPU对整个计算机系统的运行是极其重要的，它具有如下四个方面的基本功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。2：程序的顺序控制称为指令控制。由于程序是一个指令序列，这些指令的相互顺序不能任意颠倒，必须严格按程序规定的顺序进行，因此，保证机器按顺序执行程序是CPU的首要任务。3：CPU的基本组成部分变成了运算器、L1cache、控制器三大部分。4：CPU中至少有如下六种寄存器：指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、数据地址寄存器（AR）、数据缓冲寄存器（DR）、通用寄存器（R0~R3）、状态条件寄存器（PSW）。5：CPU每取出一条指令并执行这条指令，都要完成一系列的操作，这一系列的操作所需的时间通常叫做一个指令周期。指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。CISC中，由于各种指令的操作功能不同，各种指令的周期是不尽相同的。6：在任何情况下，已定的指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数都是固定不变的，称为同步控制方式。7：微程序控制器由：控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，它是一种只读存储器。8：微程序设计技术是利用软件方法设计操作控制器的一门技术，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中得到了广泛应用。9：硬连接控制器的基本思想是：某一微操作控制信号是指令操作码译码输出、时序信号和状态条件信号的逻辑函数，即用布尔代数写出逻辑表达式，然后用门电路、触发器等器件实现。10：一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令序列组成的。因此，一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现。一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行。（2）从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关。与此相关，也有相对应的硬件设备。1：总线的特性：物理特性、功能特性、电气特性、时间特性。2：通过适配器可以实现高速CPU与低速外设之间的工作速度上的匹配和同步，并完成计算机和外设之间所有数据传送和控制。适配器通常称为接口。3：总线的第一次信息传送过程，可分为如下五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址，信息传送，状态返回。3：PCI总线（64位，带宽264MB/s）。衡量总线性能的重要指标是总线带宽，它定义为总线本身所能达到的最高传输速率。2Mb/s230KB/s1：外围设备这个术语涉及到相当广泛的计算机部件。事实上，除了CPU和主存外，计算机系统的每一部分都可作为一个外围设备来看待。当代流行的总线追求与结构、CPU、技术无关的开发标准。其总线内部结构包含：数据传送总线（由地址线，数据线，控制线组成）；仲裁总线；中断和同步总线；公用线（电源、地线、时钟、复位等信号线）2：外围设备由三个基本部分组成：存储介质，驱动装置，控制电路。SPPC:CPU+nMCUMT:MCU+NdspEcs:4：外围设备大体分为输入设备、输出设备、外存设备、数据通信设备、过程控制设备五大类。5：磁盘存储器的主要技术指标有：存储密度、存储容量、平均存取时间、数据传输速率。6：显示适配器作为CRT与CPU的接口，由刷新存储器、显示控制器、ROMBIOS三部分组成。1：在多级中断中也使用中断堆栈保存现场信息。2：CPU对外围设备的管理方式有：程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式。3：中断处理过程可以嵌套进行，优先级高的设备可以中断优先级低的中断服务程序。4：DMA技术的出现，使得外围设备可以通过DMA控制器直接访问内存。5：DMA方式采用以下三种方法：停止CPU访问、周期挪用、DMA与CPU交替访内。6:由于存储器的地址码是一串布尔量序列，因此常常把地址码称为向量地址。7：当CPU响应中断时，有硬件直接产生一个固定的地址，由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口，这种方法通常称为向量中断。1、比较通道、DMA、中断三种基本I/O方式的异同点。答:CPU管理外围设备主要有程序查询方式、查询中断方式、直接内存访问（DMA）访问方式和通道方式。上述三种I/O方式计算机信息交换的主要方式。（1）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。（2）DMA方式：数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的控制。需要更多硬件，适合内存和高速外设之间大批数据交换的场合。（3）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执行，节省了CPU的时间开销，但硬件结构稍微复杂一些。2、微程序控制器组成原理框图如下，简述各部件的功能及微程序控制器对指令的译码过程。答:（1）微程序控制器主要包括控制存储器、微指令寄存器、地址转移逻辑和位地址寄存器等4大部分。各部件的功能如下：控制存储器：用来存放实现全部指令系统的微程序，是一种只读存储器。微指令寄存器：用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。地址转移逻辑：用来自动完成修改位地址的任务。位地址寄存器：用来存放下一条要取出的微指令的微地址。（2）微程序对指令译码的过程如下：根据指令寄存器IR中OP部分，在地址转移逻辑的控制下找到该指令对应的微程序入口地址，将该地址送给微地址寄存器；根据微地址寄存器中的地址经过微地址译码后，在控制存储器的对应单元中取出相应的微指令送给微命令寄存器，微命令寄存器中控制字段产生相应的微命令信号；此时如果没有发生地址转移，微指令寄存器指向下一条微指令。如果有地址转移情况，地址转移逻辑通过判别测试字段P和执行部件的“状态条件”反馈信息，生成新的逻辑地址，并送给微地址寄存器，修改其当前的逻辑地址。3、现代计算机系统如何进行多级划分？这种分级观点对计算机设计会产生什么影响？答:现代计算机系统划分为五个层次：（1）第一级是微程序设计级，是一个实在的硬件级，由机器硬件直接执行微指令；（2）第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由程序解释机器指令系统；（3）第三级是操作系统级，它由操作系统实现；（4）第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性，提高程序的可读性；（5）第五级是高级语言级，它是面向用户的，方便用户编写应用程序。这种分级观点的好处是：对于掌握计算机是如何组成的提供了一种好的结构和体制，便于读者理解；同时用这种观点来设计计算机对保证产生一个良好的系统结构也是很有帮助的。5.冯诺依曼计算机的特点是什么？冯诺依曼计算机的特点是：计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；机器以运算器为中心（原始冯·诺依曼机）。7.解释下列概念：主机、CPU、主存、存储单元、存储元件、存储基元、存储元、存储字、存储字长、存储容量、机器字长、指令字长。主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了CACHE）。主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器，可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。存储单元：可存放一个机器字并具有特定存储地址的存储单位。存储元件：存储一位二进制信息的物理元件，是存储器中最小的存储单位，又叫存储基元或存储元，不能单独存取。存储字：一个存储单元所存二进制代码的逻辑单位。存储字长：一个存储单元所存二进制代码的位数。存储容量：存储器中可存二进制代码的总量；（通常主、辅存容量分开描述）。机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。指令字长：一条指令的二进制代码位数。6.比较同步通信和异步通信。答：同步通信：指由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当