计算机组成原理期末考试简答题重点.docx
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计算机组成原理期末考试简答题重点
一、简答题
1、试述浮点数规格化的目的和方法。
答：
浮点的规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效数位。
当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后的第一位不相等，则被定义为已规格化的数，否则便是非规格化数。
通过规格化，可以保证运算数据的精度。
方法：
进行向左规格化，尾数左移一位，阶码减1，直到规格化完毕。
2、简述循环冗余码（CRC）的纠错原理。
答：
CRC码是一种纠错能力较强的校验码。
在进行校验时，先将被检数据码的多项式用生成多项式G（X）来除，若余数为0，说明数据正确；若余数不为0，则说明被检数据有错。
只要正确选择多项式G（X），余数与CRC码出错位位置的对应关系是一定的，由此可以用余数作为判断出错位置的依据而纠正出错的数据位。
3、DRAM存储器为什么要刷新？
有几种刷新方式?
DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息。
由于存储的信息电荷终究是有泄漏的，电荷数又不能像SRAM存储元那样由电源经负载管来补充，时间一长，信息就会丢失。
为此必须设法由外界按一定规律给栅极充电，按需要补给栅极电容的信息电荷，此过程叫“刷新”。
①集中式---正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。
②分散式---将一个存储系统周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。
③异步式---前两种方式的结合，每隔一段时间刷新一次，保证在刷新周期内对整个存储器刷新一遍。
4、CPU中有哪些主要寄存器？
简述这些寄存器的功能。
（1）指令寄存器（IR）：
用来保存当前正在执行的一条指令。
（2）程序计数器（PC）：
用来确定下一条指令的地址。
（3）地址寄存器（AR）：
用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。
（4）缓冲寄存器（DR）：
<1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。
<2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。
<3>在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。
（5）通用寄存器（AC）：
当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。
（6）状态条件寄存器：
保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。
除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。
5、中断处理过程包括哪些操作步骤？
关闭中断标识,重要数据入栈,处理中断服务功能,数据出栈,恢复中断标识,开中断.
6、DMA方式和程序中断方式比较有什么不同？
DMA：
采用内在和外设直接数据交换的方式，只有当有一段数据传送时才会请求CPU中断，减少了CPU的负担。
程序中断：
只适用于简单的少量外设的计算机系统，会耗费大量的CPU时间，当有大量中断时容易导致数据的丢失。
7、按照冯．诺依曼原理，现代计算机应具备哪些功能？
答：
按照冯．诺依曼原理，现代计算机应具备以下5个功能：
⑴输入输出功能：
能把原始数据和解题步骤及中间结果接收下来（输入），把计算结果与计算过程中出现的情况告诉（输出）给用户。
⑵记忆功能：
应能“记住”原始数据、解题步骤及中间结果。
⑶计算功能：
应能进行一些最基本的运算。
这些基本运算能组成人们所需要的复杂运算。
⑷判断功能：
计算机在进行一步操作后，应能从预先无法确定的几种方案中选择一种操作方案。
⑸自我控制功能：
计算机应能保证程序执行的正确性和各部件间的协调性。
8、用二进制数表示一个四位十进制的整数最少需要几位（不含符号位）。
解：
2X＝104，N＝4×1/㏒2＝14位。
9、某机器字长16位，浮点表示时，其中含1位阶符、5位阶码、1位尾符、9位尾数，请写出它能表示的最大浮点数和最小浮点数。
解：
最大浮点数＝2+21×（1－2-9）
最小浮点数＝－2+31×（1－2-9）。
10、字符“F”的ASCII码为46H，请写出它的奇校验码和偶校验码（假定校验位加在最高位）。
解：
字符“F”的ASCII码为46H，奇校验码为10110110（B6H），偶校验码为00110110（36H）。
11、试比较定点带符号数在计算机内的四种表示方法。
答：
带符号数在计算机内部的表示方法有原码、反码、补码和移码。
原码表示方法简单易懂，实现乘、除运算简单，但用它实现加、减运算比较复杂。
补码的特点是加、减法运算规则简单，正负数的处理方法一致。
反码通常只用来计算补码，由于用反码运算不方便，在计算机中没得到实际应用。
移码由于保持了数据原有的大小顺序，便于进行比较操作，常用于浮点数中的阶码，使用比较方便。
12、在检错码中，奇偶校验法能否定位发生错误的信息位？
是否具有纠错功能？
答：
⑴不能。
⑵没有。
13、简述CPU的主要功能。
CPU：
包括运算器和控制器。
基本功能为：
指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。
14、一个较完善的指令系统应包括哪几类？
数据传送指令、
算术运算指令、逻辑运算指令、
程序控制指令、
输入输出指令、
字符串指令、特权指令等。
15、指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据。
1.指令和数据分开存放
2.设置程序计数器PC，存放当前指令所在的存储单元。
16、外围设备的I/O控制方式分哪几类？
各具什么特点？
（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。
17、请说明指令周期、机器周期、时钟周期之间的关系。
时钟周期是最基本的时间单位一般是10ns
机器周期是读一条指令最少的时间一般是12倍的时钟周期
指令周期是读出指令并且执行指令的时间一般是几个机器周期
18、CPU响应中断应具备哪些条件？
※允许中断触发器为“1”状态；
※CPU结束了一条指令的执行过程；
※新请求的中断优先级较高；
19、比较水平微指令与垂直微指令的优缺点。
（1）水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令则较差。
（2）水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。
（3）由水平型微指令解释指令的微程序，有微指令字较长而微程序短的特点。
垂直型微指令则相反。
（4）水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说，比较容易掌握。
二．简答题
1、冯·诺依曼型计算机的基本特点是什么？
答：
冯•诺依曼原理的基本思想是：
•采用二进制形式表示数据和指令。
指令由操作码和地址码组成。
•将程序和数据存放在存储器中，使计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。
这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念。
•指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。
•计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了5部分的基本功能。
冯•诺依曼型计算机的基本特点也可以用“存储程序”和“程序控制”来高度概括。
2、计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么？
答：
计算机的硬件系统由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、输入输出设备及总线系统组成。
而总线分为数据总线、地址总线、控制总线，其结构有单总线结构、双总线结构及多总线结构。
存储器（Memory）是用来存放数据和程序的部件；运算器是对信息进行运算处理的部件；控制器是整个计算机的控制核心。
它的主要功能是读取指令、翻译指令代码、并向计算机各部分发出控制信号，以便执行指令；输入设备能将数据和程序变换成计算机内部所能识别和接受的信息方式，并顺序地把它们送入存储器中；输出设备将计算机处理的结果以人们能接受的或其它机器能接受的形式送出。
3、什么是总线？
以总线组成计算机有哪几种组成结构？
答：
总线（Bus）就是计算机中用于传送信息的公用通道，是为多个部件服务的一组信息传送连接线。
按照总线的连接方式，计算机组成结构可以分为单总线结构、双总线结构和多总线结构等（详细内容见第7章）。
4、什么是硬件、软件和固件？
什么是软件和硬件的逻辑等价？
在什么意义上软件和硬件是不等价的？
答：
计算机硬件（Hardware）是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械等物理部件组成。
计算机软件（Software）是指能使计算机工作的程序和程序运行时所需要的数据，以及与这些程序和数据有关的文字说明和图表资料，其中文字说明和图表资料又称为文档。
固件（Firmware）是一种介于传统的软件和硬件之间的实体，功能上类似软件，但形态上又是硬件。
微程序是计算机硬件和软件相结合的重要形式。
软件和硬件的逻辑等价含义：
（1）任何一个由软件所完成的操作也可以直接由硬件来实现
（2）任何一条由硬件所执行的指令也能用软件来完成
在物理意义上软件和硬件是不等价的。
5、计算机系统按程序设计语言划分为哪几个层次？
答：
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，每一级上都能创造程序设计，且得到下级的支持。
6、解释如下概念：
ALU，CPU，主机和字长。
答：
算术逻辑运算部件（ALU：
ArithmeticLogicUnit），是运算器的核心组成，功能是完成算数和逻辑运算。
“中央处理单元”（CPU：
CentralProcessingUnit）包括运算器和控制器，是计算机的信息处理的中心部件。
存储器、运算器和控制器在信息处理操作中起主要作用，是计算机硬件的主体部分，通常被称为“主机”。
字长决定了计算机的运算精度、指令字长度、存储单元长度等，可以是8/16/32/64/128位（bit）等。
7、常用的计算机性能指标有哪些？
答：
评价计算机性能是一个复杂的问题，早期只限于字长、运算速度和存储容量3大指标。
目前要考虑的因素有如下几个方面。
（1）主频
主频很大程度上决定了计算机的运行速度，它的单位是兆赫兹（MHz）。
（2）字长
字长决定了计算机的运算精度、指令字长度、存储单元长度等，可以是8/16/32/64/128位（bit）。
（3）运算速度
衡量计算机运算速度的早期方法是每秒执行加法指令的次数，现在通常用等效速度。
（4）存储容量
以字为单位的计算机常以字数乘字长来表明存储容量。
（5）可靠性
系统是否运行稳定非常重要，常用平均无故障时间（MTBF）衡量。
（6）可维护性
系统可维护性是指系统出了故障能否尽快恢复，可用平均修复时间（MTRF）表示，它是指从故障发生到机器修复平均所需要的时间。
（7）可用性
是指计算机的使用效率。
（8）兼容性
兼容是广泛的概念，是指设备或程序可以用于多种系统的性能。
兼容使得机器的资源得以继承和发展，有利于计算机的推广和普及。
8、多媒体的含义是什么？
答：
多媒体技术是指能够同时获取、处理、编辑、存储和展示两个以上不同信息类型媒体的技术。
计算机信息的形式可以是文字、声音、图形和图象等。
9、简单描述计算机的层次结构，说明各层次的主要特点。
答：
现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体，可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。
第0级为硬件组成的实体。
第1级是微程序级。
这级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的。
第2级是传统机器级。
这级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。
第3级操作系统级。
从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸。
第4级是汇编语言级。
这级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。
第5级是高级语言级。
这级的机器语言就是各种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译工作。
第6级是应用语言级。
这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的，因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。
10、计算机系统的主要技术指标有哪些？
计算机系统的主要技术指标有：
机器字长、数据通路宽度、主存储器容量和运算速度等。
机器字长是指参与运算的数的基本位数，它是由加法器、寄存器的位数决定的。
数据通路宽度是指数据总线一次所能并行传送信息的位数。
主存储器容量是指主存储器所能存储的全部信息。
运算速度与机器的主频、执行什么样的操作、主存储器本身的速度等许多因素有关。
11、试计算采用32×32点阵字形的一个汉字字形占多少字节？
存储6763个16×16点阵以及24×24点阵字形的汉字库各需要多少存储容量？
答：
128B216416B486936B
12、海明校验码的编码规则有哪些？
答：
若海明码的最高位号为m，最低位号为1，即ＨmＨm-1…Ｈ2Ｈ1，则海明码的编码规则是：
（1）校验位与数据位之和为m，每个校验位Pi在海明码中被分在位号2i-1的位置上，其余各位为数据位，并按从低向高逐位依次排列的关系分配各数据位。
（2）海明码的每一位位码Hi（包括数据位和校验位）由多个校验位校验，其关系是被校验的每一位位号要等于校验它的各校验位的位号之和。
13、简述CRC码的纠错原理。
答：
CRC码是一种纠错能力较强的编码。
在进行校验时，将CRC码多项式与生成多项式G（X）相除，若余数为0，则表明数据正确；当余数不为0时，说明数据有错。
只要选择适当的生成多项式G（X），余数与CRC码出错位位置的对应关系是一定的，由此可以用余数作为依据判断出错位置从而纠正错码。
14、运算器由哪几部分组成？
答：
运算器的基本结构应包括以下几个部分：
（1）能实现算术和逻辑运算功能的部件ALU；
（2）存放待加工的信息或加工后的结果信息的通用寄存器组；
（3）按操作要求控制数据输入的部件：
多路开关或数据锁存器；
（4）按操作要求控制数据输出的部件：
输出移位和多路开关；
（5）计算器与其它部件进行信息传送的总线以及总线接收器与发送器；总线接收器与发送器通常是由三态门构成的。
15、主存储器有哪些性能指标？
它们的含义是什么？
答：
存储器的性能指标是对存储器进行设计、使用和提高时的主要依据，存储器性能指标也称为存储器参数。
（1）存储容量是指一个功能完备的存储器所能容纳的二进制信息总量，即可存储多少位二进制信息代码。
（2）存储器速度：
存储器取数时间和存储器存取周期
（3）数据传输率：
单位时间可写入存储器或从存储器取出信息的最大数量，称为数据传输率或称为存储器传输带宽bM
（4）可靠性存储器的可靠性是指在规定时间内存储器无故障的情况，一般用平均无故障时间MTBF来衡量。
（5）价格：
又称成本，它是衡量主存储器经济性能的重要指标。
16、主存的基本组成有哪些部分？
各部分主要的功能是什么？
答：
主存储器的基本组成：
（1）贮存信息的存储体。
一般是一个全体基本存储单元按照一定规则排列起来的存储阵列。
存储体是存储器的核心。
（2）信息的寻址机构，即读出和写入信息的地址选择机构。
这包括：
地址寄存器（MAR）和地址译码器。
地址译码器完成地址译码，地址寄存器具有地址缓冲功能。
（3）存储器数据寄存器MDR。
在数据传送中可以起数据缓冲作用。
（4）写入信息所需的能源，即写入线路、写驱动器等。
（5）读出所需的能源和读出放大器，即读出线路、读驱动器和读出放大器。
（6）存储器控制部件。
包括主存时序线路、时钟脉冲线路、读逻辑控制线路，写或重写逻辑控制线路以及动态存储器的定时刷新线路等，这些线路总称为存储器控制部件。
17、静态MOS存储元、动态MOS存储元各有什么特点？
答：
在MOS半导体存储器中，根据存储信息机构的原理不同，又分为静态MOS存储器（SRAM）和动态MOS存储器（DRAM），前者利用双稳态触发器来保存信息，只要不断电，信息不会丢失，后者利用MOS电容存储电荷来保存信息，使用时需不断给电容充电才能使信息保持。
18、什么是刷新？
为什么要刷新？
有哪几种常用的刷新方式？
答：
对动态存储器要每隔一定时间（通常是2ms）给全部基本存储元的存储电容补充一次电荷，称为RAM的刷新，2ms是刷新间隔时间。
由于存放信息的电荷会有泄漏，动态存储器的电荷不能象静态存储器电路那样，由电源经负载管源源不断地补充，时间一长，就会丢失信息，所以必须刷新。
常用的刷新方式有两种：
集中式刷新、分布式刷新。
19、简要说明提高存储器速度有哪些措施？
答：
高速缓冲存储器、多体交叉存储器。
20、Cache有哪些特点？
答：
Cache具有如下特点：
（1）位于CPU与主存之间，是存储器层次结构中级别最高的一级。
（2）容量比主存小，目前一般有数KB到数MB。
（3）速度一般比主存快5~10倍，通常由存储速度高的双极型三极管或SRAM组成。
（4）其容量是主存的部分副本。
（5）可用来存放指令，也可用来存放数据。
（6）快存的功能全部由硬件实现，并对程序员透明。
21、如何区别存储器和寄存器？
两者是一回事的说法对吗？
答：
存储器和寄存器不是一回事。
存储器在CPU的外边，专门用来存放程序和数据，访问存储器的速度较慢。
寄存器属于CPU的一部分，访问寄存器的速度很快。
22、存储器的主要功能是什么？
为什么要把存储系统分成若干个不同层次？
主要有哪些层次？
答：
存储器的主要功能是用来保存程序和数据。
存储系统是由几个容量、速度和价格各不相同的存储器用硬件、软件以及硬件与软件相结合的方法连接起来的系统。
把存储系统分成若干个不同层次的目的是为了解决存储容量、存取速度和价格之间的矛盾。
由高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器构成的三级存储系统可以分为两个层次，其中高速缓冲和主存间称为Cache－主存存储层次（Cache存储系统）；主存和辅存间称为主存－辅存存储层次（虚拟存储系统）。
23、说明存储周期和存取时间的区别。
答：
存取周期是指主存进行一次完整的读写操作所需的全部时间，即连续两次访问存储器操作之间所需要的最短时间。
存取时间是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
存取周期一定大于存取时间。
24、指令格式设计的准则有哪些？
答：
一台计算机选择怎样的指令格式，涉及多方面因素。
一般要求指令的字长要短一些，以得到时间和空间上的优势。
但指令也必须有足够的长度以利于增加信息量。
再者，指令字长一般应是机器字符长度的整数倍以便存储系统的管理。
另外，指令格式的设计还与如何选定指令中操作数地址的位数有关。
25、指令是灵活多变的，体现在哪些方面？
答：
指令是灵活多变的，主要体现在以下几个方面：
指令格式多样；寻址方式丰富；指令类型多种；操作码位数可随地址码个数变化而变化（扩展操作码方式）；指令长度可变等。
26、试比较基址寻址和变址寻址的异同点。
答：
基址寻址方式和变址寻址方式，在形式上是类似的。
但用户可使用变址寻址方式编写程序，而基址寻址方式中对于基址寄存器，用户程序无权操作和修改，由系统软件管理控制程序使用特权指令来管理的。
再者基址寻址方式主要用以解决程序在存储器中的定位和扩大寻址空间等问题。
27、堆栈是什么？
它有什么特点？
功能有哪些？
答：
（1）堆栈的概念
∙是若干个存储单元（或寄存器）的有序集合，它顺序地存放一组元素。
∙数据的存取都只能在栈顶单元内进行，即数据的进栈与出栈都只能经过栈顶单元这个“出入口”。
∙堆栈中的数据采用“先进后出”或“后进先出”的存取工作方式。
（2）堆栈结构在计算机中的作用
∙具有堆栈结构的机器使用零地址指令，这不仅合指令长度短，指令结构简单，机器硬件简化。
∙实现程序调用，子程序嵌套调用和递归调用。
∙对于“中断”技术，堆栈更是不可缺少的，保存“断点”和“现场”。
（3）堆栈的操作
设数据进栈方向为从高地址向低地址发展，当向堆栈压入数据时，SP的内容先自动递减而指向一个新的空栈顶单元，再把数据写入此栈顶单元；当数据弹出堆栈时，立即读出SP所指向的栈顶单元内容，再把SP内容自动递增而指向新的栈顶位置。
即
PUSHX；（SP）-1→SP
（X）→（SP）
POPX；（（SP））→X
（SP）+1→SP
28、指令长度和机器字长有什么关系？
半字长指令、单字长指令、双字长指令分别表示什么？
答：
指令长度与机器字长没有固定关系，指令长度可以等于机器字长，也可以大于或小于机器字长。
通常，把指令长度等于机器字长的指令称为单字长指令；指令长度等于半个机器字长的指令称为半字长指令；指令长度等于两个机器字长的指令称为双字长指令。
29、计算机进行程序控制工作的基本原理是怎样的？
答：
程序控制原理：
（1）编程；
（2）送MM（通过输入设备）；
（3）机器工作时，是按一定的序列逐条取出指令，分析指令，执行指令，并自动转到下一条指令执行，直到程序规定的任务完成；
（4）程序控制由控制器承担，程序存储由存储器完成。
30、控制器的基本功能是什么？
基本组成部件包括哪些？
答：
控制器的基本功能就是负责指令的读出，进行识别和解释，并指挥协调各功能部件执行指令。
控制器的基本结构包括：
指令部件、时序部件、微操作控制线路、中断控制逻辑。
31、微程序控制的基本思想是什么？
答：
微程序控制技术在现今计算机设计中得到广泛的采用，其实质是用程序设计的思想方法来组织操作控制逻辑。
32、说明机器指令和微指令的关系。
答：
抽象级别不同。
机器指令是由一组二进制代码组成的。
微指令是具有微地址的控制字。
一系列微指令的有序集合构成微程序。
在微程序控制逻辑法中，机器指令由微程序实现。
格式不同。
机器指令包括操作码和操作数地址码字段，微指令根据编译法的不同有多种情况，一般包括微操作信息和下地址字段。
33、控制器有哪几种控制方式？
各自有什么特点？
答：
控制器的控制方式可以分为3种：
同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。
同步控制控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制，在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。
这种控制方式设计简单，容易实现；但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间，造成较大数量的时间浪费，从而影响了指令的执行速度。
异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少时间，就占用多少时间。
异步控制方式没有时间上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比较复杂。
联合控制方式是同步控制和异步控制相结合
34、指令和数据都存放在主存，如何识别从主存储器中取出的是指令还是数据？
答：
指令和数据都存放在主存，它们都以二进制代码形式出现，区分的方法为：
（1）取指令或数据时所处的机器周期不同：
取指周期取出的是指令；分析、取数或执行周期取出的是数据。
（2）取指令或数据时地址的来源不同：
指令地址来源于程序计算器；数据地址来源于地址形成部件。
35、什么是微指令和微操作？
微程序和机器指令有何关系？
微程序和程序之间有何关系？
答：
微指令是控制计算机各部件完成某个基本微操
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