计算机组成原理课程考核说明

计算机组成原理课程考核说明第一部分考核说明一、考核对象：电大计算机科学与技术专业本科生。二、命题依据：电大计算机科学与技术专业(本科)“计算机组成原理”课的教学大纲的要求。三、考核要求：本课程面向电大计算机科学与技术专业本科生，具体考核要求分为3个层次：了解，理解和应用。四、考核方式：采用形成性考核和期末终结性考核相结合的方式，即期末考试与平时成绩相结合的考核方式，最终总成绩达到或超过60分为通过。平时成绩(作业、教学实验)占20％；期末考试占80％，分别以百分制计分。期末考试为闭卷笔试考试，时间120分钟。第二部分考核内容与要求以电大计算机科学与技术专业(本科)“计算机组成原理”课的教学大纲的要求为准。教材每一章节均有教学要求与导学部分，每章后又有作业与思考题。考核内容与要求均以教材中的具体规定为难，在下面给出的试题类型与参考答案将能比较充分地体现出来。第三部分试题类型及解答一、数据表示、运算和运算器部件1．将十进制数+107／128和-52化成二进制数，再写出各自的原码、反码、补码表示(符号位和数值位共8位)。(10分)答案：+107／128=0．1101011-52；-110100原码表示0110101110l10100反码表示0110101111001011补码表示0110101111001100考核的知识点：(1)十进制的小数、整数转换为二进制数。(2)二进制的小数、整数的原码、反码、补码表示。技巧性问题：转换十107/28时，采用的不是先变其为小数之后再转换，而是先转换107，再确定小数点位置，因为128＝27，小数点左移7位即可。2．按你的理解，画出一个相对完整的定点运算器的示意组成框图，包括人出数据和基本的控制信号。(10分)答案：状态输出最低位进位输入数据输入ALU多路选通门多路选通门多路选通门多路选通门通用寄存器组组乘商寄存器控制信号：选择ALU操作功能，选择参加运算的数据，结果处理万案考核的知识点：(1)定点运算器的功能与组成。(2)运算器的控制与使用。3．设A＝-0．101101×2-3，B＝0．10100l×2-2，首先将A、B表示为规格化的浮点数，要求阶码用4位(台阶码符号)移码表示，尾数用8位(含浮点数的符号)原码表示；再写出A十B的计算步骤和每一步的运算结果。(10分)答案：-0．10l101×2—3的浮点数的格式：1010l10110100．101001×2—2的浮点数的格式：001101010010计算A十B：(1)求阶差：|△E|＝|0101—0110l|=000l(2)对阶：A变为10110010l1010(3)尾数相加1110100110+001010010双符号位补码相加000100101(4)规格化：左规，尾数为01001010，阶码为0101(5)无舍入操作，亦不溢出故最的终浮点数格式的结果：001011001010,即+0．1001011×2-3。考核的知识点：(1)浮点数的格式与表示。(2)浮点数的加、减运算。二、指令、指令系统和控制器部件1．举例说明计算机中常用的四种寻址方式(寄存器寻址，寄存器间接寻址，变址寻址，堆栈寻址)，从形式地址到得到操作数的寻址处理过程。(8分)答案：(1)寄存器寻址，形式地址为寄存器名(或编号)，寄存器中的内容为操作数；(2)寄存器间接寻址，形式地址为寄存器名(或编号)，寄存器中的内容为操作数的地址，再读一次内存得到操作数；(3)变址寻址，形式地址为变址寄存器名(或编号)和变址偏移值，把变址寄存器中的内容与变址偏移值相加得到操作数的地址，再读一次内存得到操作数；(4)堆栈寻址，通常形式地址为将写入堆栈的、或接收堆栈读出内容的寄存器名(或编号)，指令中不直接给出内存地址，而是选用默认的堆栈指针寄存器中的内容为内存地址，读写堆栈总伴有修改堆栈指针的操作。考核的知识点：(1)指令格式与指令中的操作数地址表示。(2)形式地址与实际地址的概念。(3)寻址的处理过程。2．原理性地说明ADD别，R1指令、条件相对转移指令的指令格式和执行步骤。(10分)答案：ADDR0，Rl，指令中给出操作码和RO、Rl的编号．指令执行步骤：(1)程序计数器(PC)的内容送地址寄存器；(2)读内存，读出内容送指令寄存器(1R)；PC内容十1(增量)；(3)R0、Rl送ALU，ALU执行加运算，运算结果存回础寄存器；保存运算结果的特征状态。(4)检查有无中断请求，有，则响应中断，无则转入下一条指令的执行过程。条件相对转移指令，指令中给出操作码和相对转移偏移值，条件转移要依据的转移判断条件；指令的执行步骤：其中(1)、(2)步的取指和最后一步的判中断同前一条指令的处理，(3)执行条件转移指令时，要判别指定的条件，若为真，才执行：尚未修改的PC内容送ALU，相对转移偏移值送ALI—1U，ALU执行加操作，结果送入PC；否则顺序地进入下一条指令的执行过程。考核的知识点：(1)典型指令的指令格式设计。(2)典型指令的执行步骤设计。3．说明计算机的组合逻辑控制器和微程序控制器在组成和运行原理两个方面的异同之处，比较它们的优缺点。(12分)答案：组合逻辑的控制器和微程序的控制器是计算机中两种不同类型的控制器，其共同点是：基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号，组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR，都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能；不同点主要表现在：处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样，组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着大规模现场可编程集成电路的出现，该缺点已得到很大缓解：微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤．应提供的控制信号是从控制存储器中读出来的；并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的，其缺点是运行速度要促一些，优点是设计与实现简单些，易于用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计。考核的知识点：(1)组合逻辑和微程序的两种控制器的功能与组成。(2)组合逻辑和微程序的两种控制器的运行原理。(3)组合逻辑和微程序两种控制器的应用场合与优缺点。三、多级结构的存储器系统1。说明多级结构的存储器系统是建立在什么原理之上的?解释什么是多级结构存储器系统中的一致性原则和包含性原则?(10分)答案：建立在程序运行的局部性原理之上的，即在一小段时间内，运行的程序只使用少量的指令和少量的数据，而这少量的指令和少量的数据往往又集中在存储器的一小片存储区域中，指令顺序执行比转移执行的比例要大，故可以按对所使用的指令和数据的急迫和频繁程度，将其存入容量、速度、价格不同的存储器中，从而取得更高的性能价比。一致性原则，指保存在不同级的存储器中同一个数据必须有相同的值；包含性原则，指保存在内层存储器(靠近CPU)中的数据一定也被保存在外层存储器中，即保存在内层存储器中的数据只是已保存在外层存储器中更多数据中的一小部分的复制品。考核的知识点：(1)多级结构的存储器系统的运行原理；(2)多级结构存储器系统运行的必备条件(基本原则)。2．用16K×8bit的静态存储器器件实现64K×16bit的主存储器系统，按字寻址，请设计并画出该主存储器的逻辑框图，说明地址总线和数据总线的位数，该存储器与16位字长的CPU的连接关系。(10分)答案：该存储器所用器件的容量为16K×8bit，为实现64K的总容量，要用4片存储器芯片实现字扩展，为实现16位的字长，每个字要用2片芯片实现位扩展，故该主存总计用S片存储器芯片实现。要寻址64K字，内存地址应为16位；CPU与内存字长为16位，故数据总线也应为16位。16881614片选信号读写控制信号送到每个内存片，省略未画。考核的知识点：(1)动态与静态存储器芯片的不同特性。(2)内存系统与CPU之间的连接关系。(3)静态存储器系统中的字、位扩展技术。‘(4)高速缓冲存储器系统的实现和读写原理。’四、输入输出设备与输入输出系统1．说明通用可编程输入/输出接口电路中通常应包括哪些组成部件，各自的主要功能是什么?通用可编程接口一词中的通用和可编程是何含义。(10分)答案：设备识别电路，用于CPU找到要用的设备；数据缓冲(输入/输出)寄存器，用于解决CPU与设备间交换数据时的缓冲问题;控制寄存器，用于存放CPU送到接口的控制命令等；状态寄存器，指出设备的运行状态，供CPU查询；中断逻辑电路，用于记忆中断请求，处理屏蔽中断，响应中断及处理等；其它可能有关的电路(如电平转换、串并行转换等)。“通用可编程接口一词中的通用，是指该接口电路右多种功能和用法，可编程则指可以用计算机指令指定该接口的功能、运行方式、运行控制参数等。考核的知识点：；’：：(1)输入／输出接口中的功能电路的组成。(2)通用、可编程接口电路中的有关概念。CPU地址寄存器译码器(3)通用、可编程接口电路的初始化和使用问题。2．说明激光打印机原理性组成和完成打印操作的运行过程；(5分)答案：激光打印机原理性组成，记录鼓，带电器，印字机控制器，碳粉盒，打印纸及其走纸机构，转印装置，加热部分等。打印操作的运行过程：带电器在记录鼓表面克一层电荷，印字机控制器把要打印的内容(如字符)的点阵信息以激光束的形式照射到已带电的记录鼓表面，以放掉无打印点要求的全部位置上的电荷，当记录鼓转动到碳粉盒处，有打印点要求的位置上的电荷会将碳粉吸引上来，当带有碳粉字形的记录鼓转动到转印装置处时，打印纸正处在记录鼓和转印装置之间，转印装置上所加的更强的反向电荷将把记录鼓上所带有字形碳粉吸引到打印纸上,加热部分将把纸上的碳粉熔化并烘干，使已在打印纸上的字形牢固地保存下来，完成了打印过程。考核的知识点：(1)激光打印机原理性组成。(2)激光打印机完成打印操作的运行过程。(3)最常用的输人助出设备的组成及其运行原理。．3．总线上的BURST传送方式(成组数据传送)与正常传送方式的区别是什么?简要说明一次中断的响应与处理过程。(5分)答案：总线上的BURST传送方式是通过一次地址时间跟多次数据时间，：高速完成一组(多个)数据传送;正常传送方式是通过一次地址时间跟一次数据时间来完成一个数据传送过程。一次中断的响应与处理过程：当有中断请求时*若此时系统允许中断，CPU正在处理的程序的优先级比正在请求的中断优先级低，又到了一条指令执行结束时刻，则CPU将可以响应中断。处理中断的过程：关中断；保存断点，保存现场；判中断源并转中断服务程序；开中断；执行中断服务程序；关中断；恢复现场，恢复断点；开中断；返回断点。”考核的知识点：(1)总线的两种(正常与BURST)工作方式。(2)响应中断的条件与时刻。(3)一次中断的完整处理过程。(4)常用的输入/输出方式。(5)DMA接口的组成及DMA的工作过程。计算机组成原理期末复习指导计算机组成原理是中央电大计算机科学与技术专业(本科)核心必修课程，是进一步学习计算机系统结构和其他有关课程的基础。本课程重点是讲授简单、单台计算机的基本组成原理与内部运行机制。课程内容的工程性、技术性、实用性都比较强，因此，在传授计算机组成的原理性知识之外，还应有较多的设计与实验技能训练；设计与实验技能训练主要通过教学实验环节进行，因此，完成教学实验和平时的课外作业是可以进入考试的先决条件之一，这两项成绩占课程总成绩的20％的比例；也是在听课和自学的基础上，加深对原理性知识理解的重要环节。期末考试主要考核同学们对该课程中原理性和技术方面的知识掌握的程度。全教材共分5章，其中第1章内容不作为期末考试的要求，属于考试的部分只限于第2章到第5章的内容。参考教材以《计算机组成原理》，王诚等编著，清华大学出版社2000年2月版为标准。还有两点要特别强调一下，复习时的注意力，千是不应该放在教材中某些实例、线路的具体内容方面；二是不应该太多地关注具体技术细节方面，而是要更多地掌握、理解与计算机组成有关的原理性知识，和带有一定主导意义的技术思路方面的内容。下面分章来介绍期末复习内容。第