电大计算机组成原理期末考试答案复习资料小抄.docx
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电大计算机组成原理期末考试答案复习资料小抄
《计算机组成原理》期末复习资料一
复习资料及试题汇编
一数据表示运算和运算器部件
1将十进制数107128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
解1071286BH80H1101011B10000000B01101011
–52-34H–110100
原码0110101110110100
反码0110101111001011
补码0110101111001100
2判断下面的二元码的编码系统是有权还是无权码写出判断的推导过程
十进制数二元码的编码
00000
10111
20110
30101
40100
51011
61010
71001
81000
91111
解设4位二元吗每位分别为ABCD且假定其为有权码则
从4的编码0100可求得B的位权为4从8的编码1000可求得A的位权为8
从7的编码1001可求得D的位权为-1从6的编码1010可求得C的位权为-2
再用ABCD的位权分别为84-2-1来验证112359的编码值结果均正确所以该编码系统为有权码
3说明海明码纠错的实现原理为能发现并改正一位也能发现二位错校验位和数据位在位数上应满足什么关系
解1海明码是对多个数据位使用多个校验位的一种检错纠错编码方案它是对每个校验位采用偶校验规则计算校验位的值通过把每个数据位分配到几个不同的校验位的计算中去若任何一个数据位出错必将引起相关的几个校验位的值发生变化这样也就可以通过检查这些校验位取值的不同情况不仅可以发现是否出错还可以发现是哪一位出错从而提供了纠错检错的可能
2设数据位为k校验位为r则应满足的关系是2r-1kr
4什么叫二-十进制编码什么叫有权码和无权码够举出有权无权码的例子
解1二-十进制编码通常是指用4位二进制码表示一位十进制数的编码方案
2有权码是指4位二进制码中每一位都有确定的位权4位的位权之和代表该十进制的数值例如8421码从高到低4位二进制码的位权分别为8421无权码则相反4位二进制码中每一位都没有确定的位权只能用4位的总的状态组合关系来表示该十进制数值例如循环码就找不出4个二进制位中的每一位的位权
5已知[X]补010111101[Y]补011010101计算[XY]补[X-Y]补并判断溢出
解[-Y]补[y]补11001010101100101011
0010111101189
0011010101213
10010010402∴[XY]补[X]补[Y]补0110010010结果出现上溢
0010111101189
1100101011-213
11101000-24∴[X-Y]补[X]补-[-Y]补1111101000计算结果无溢出
6已知X01101Y-01011利用原码一位乘法实现XY
解高位部分积低位部分积乘数
0000001011
001101
001101
→0001101101
001101
010011
→0010011110
000000
001001
→0001001111
001101
010001
→0010001111
结果符号位为负∴XY10001111
7P91例题
8设A–01011012-3B01010012-2先将AB表示为规格化的浮点数要求阶码用4位含阶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AB的计算步骤和每一步的运算结果
解-01011012-3的浮点数的格式为101011011010或010111011010
01010012-2的浮点数的格式为001101010010或011001010010
计算AB双符号位补码相加
1求阶差△E0101-01100001
2对阶A变为1011001011010
3尾数相加1110100110补码
001010010
000100101
4规格化左规尾数为01001010阶码为0101
5无舍入操作也没有溢出
计算结果为001011001010即10010102-3
9浮点数阶码选用移码表示有何优点浮点数表示中的隐藏位技术的作用是什么在什么时刻完成对隐藏位的处理当尾数选用补码表示时如何表示十进制数-05才能满足规格化表示的要求
解1移码表示有利于表示和处理浮点数的机器零或简化机器中的判0线路
2隐藏位是指可以把规格化浮点数的尾数最高位的值原码时为1补码时为与符号位相反省去以提高一位二进制尾数的表示精度这一处理应出现在保存俘点数到存储器之前隐藏或从存储器读俘点数到运算器中恢复的时刻来进行
3-05应表示为-12-1
10说明定点运算器的功能组成以及乘商寄存器的主要功能
解1功能是完成算术运算和逻辑运算的数据加工部件
2组成1算术逻辑运算部件ALU2一组通用寄存器3乘商寄存器专用的串行寄存器4实现各部件之间的相互连接和数据传送的多路选择器以及接受外部数据输入和送出运算结果的逻辑电路
3乘商寄存器的主要功能是实现硬件的乘除法指令和自身的左右移位
11举例说明ALU通常提供的至少5种运算能力运算器使用多累加器的好处是什么乘商寄存器的基本功能是什么
解1ALU提供加减与或异或等算术运算和逻辑运算
2使用多累加器有利于减少运算器执行运算过程中访问内存存储器的次数即可把一些中间结果暂存在累加器中有利于提高计算机系统的运行效率
3乘商寄存器的最基本功能是支持硬件乘法和除法指令的快速运算在乘法指令运算时开始存乘数最后则是乘积的低位部分在除法指令运算时开始存被除数的地位部分最后则是商其支持左右移位用户在程序中不能访问它
12画出一个相对完整的定点数运算器组成框图包括输入输出数据和基本控制信号略
二指令指令系统和控制器部件
1在设计指令系统时通常应从哪4个方面考虑P137
2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
解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用默认堆栈指针SP修改SP操作
3原理性地说明ADDR0R1SUBR3R2条件相对转移子程序调用指令的指令格式和执行步骤
解1ADDR0R1指令中给出操作码和R0R1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IRPC内容1增量3R0R1送ALUALU执行加运算运算结果存回R0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
2条件相对转移指令指令中给出操作码和相对转移后的地址指令的执行步骤
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IRPC内容1增量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ALUALU执行加操作结果送入PC否则顺序执行下条指令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
4原理性说明条件转移指令和无条件转移指令的相同点和不同点子程序调用与转移指令的区别是什么
解1相同点是都必须在指令中给出转移地址不同点是条件转移指令还必须在指令中给出判断是否执行转移所依据的条件
2区别在于子程序调用指令转移后还有个对应的返回的操作二一般转移指令不涉及转移后是否和如何再次返回
5简要说明组合控制器应由哪几个功能部件组成
解组合逻辑控制器由以下几个部件组成
1由组合逻辑电路组成的时序控制信号产生部件直接形成并提供控制计算机各部件协同运行所需要的时序控制信号取代微程序的控存
2由节拍发生器提供执行指令的步骤时序标记信号和时序信号取代下地址形成部件
3由操作码译码器输出用于标识不同的指令并与节拍发生器和其它控制条件信号共同形成全部时序控制信号
6在微程序控制器中通常有哪5种得到下一条微指令地址的方式p163
7说明组合逻辑控制器与微程序控制器在组成和原理上异同处及优缺点
解1相同之处1基本功能相同即提供计算机各个部件协同运行所需的控制信号2基本组成也相同即PCIR及几个步骤完成每一条指令的具体功能
2不同之处1处理指令执行步骤方法不同组合逻辑控制器是利用节拍发生器的节拍信号区分指令执行步骤而微程序控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤2提供控制信号的方案不同组合逻辑控制器采用组合逻辑电路直接产生控制信号微程序控制器是通过微地址译码器找到控存单元取出的微指令才是控制信号
8简要说明组合逻辑控制器中的节拍发生器的作用是什么简述其运行原理略
三多级结构的存储器系统
1说明多级结构存储器是建立在什么原理之上的什么是多级结构存储器相同中的一致性原则和和包含性原则
解1多级结构的存储器是建立在局部性原理之上的即即在一小段时间内运行的程序只使用少量的指令和数据而该指令和数据又往往集中在存储器的一小片存储区中且顺序执行较转移执行比例大因此可按所使用指令和数据的急迫和频繁程度将其存入容量速度和价格不同的存储器中从而取得更高的性能价格比
2一致性原则是指保存在不同级的存储器中的同一数据必须有相同的值包含性原则是指保存在内层的存储器中的数据一定也保存在外层存储器中
2说明采用多级结构的存储器系统的目的使用多体结构的主存储器的目的
解1采用三级结构的目的是Cache-主存层次结构用于解决CPU与主存间速度不匹配问题使系统具有主存容量和接近于Cache速度虚拟存储器-主存层次结构用于解决主存容量小运行成本高的问题使系统具有辅存容量和接近主存速度且造价和运行成本低
2使用多体结构的目的是实现主存储器的并行读写即在一个存取周期或略多的时间内并行读取多个字以提高数据的传输速度
3DRAM和SRAM器件的特性有那些主要区别各自主要应用在什么地方略P266
4说明主存储器高速缓存虚存各自的组成及优缺点
解1组成主存储器通常由动态存储器DRAM芯片组成高速缓存是由静态存储器SRAM组成而虚存是由快速磁盘设备中的一片存储区组成
2比较1在存取时间上高速缓存最快虚存最慢主存在其间2在处处容量上高速缓存最小虚存最大而主存在其间3在存储成本上高速缓存最高虚存最低而主存在其间
5说明高速缓存的组成工作原理映像方式优缺点衡量高速缓存的最重要的指标是什么
解1高速缓存是由容量小速度块的静态存储器器件组成其工作原理如下
1CPU将主存信息读入CPU的同时也写入Cache的数据字段并将该数据所对应的主存地址写入标志字段2CPU下次访问主存时先将该地址与标志字段的内容相比较若地址值相同则数据内容即为要读的数据可直接访问Cache且有效位字段置1命中否则再访问主存有效位字段置03利用算法将非命中的数据逐步替换掉4根据局限性原理CPU访问的绝大部分信息可直接从Cache中得到
2映像方式有1全相联映像即将主存的一个字块可以映像到整个Cache的任何一个字块灵活性大但线路过于复杂成本太高2直接映像即将主存的一个字块只能映像到Cache的确定一个字块线路简单成本低但灵活性差影响命中率3多组相联映像即将Cache分为若干组每个组含若干个多体是前两着方式的折中方案命中率较高线路也不太复杂
3衡量高速缓存的最重要的指标是它的命中率
6说明一次性写光盘的组成与工作原理
解1由光盘机和盘片组成其中光盘机由激光器光束分离器光聚焦镜主轴驱动机构读写头及寻道定位机构组成盘片由基板铝质反射层和薄金属膜组成
2工作原理激光器产生一定强度的激光束经光束分离器将激光束分离为写光束和读光束两部分写入时写光束通过跟踪反射镜和聚焦镜实现寻道定位将很细的光束照射到指定光盘位置在金属膜上融化出一个小坑表示已完成1信号的写入读出时读光束也照射到该光盘位置将是否有无小坑通过反射光的强弱并光电转换器还原为10信号
7使用磁盘阵列的目的是什么RADI0各有什么样的容错能力
解
1使用磁盘阵列的目的是通过多个统一管理和调度的物理盘得到比单个磁盘高大的存储容量更快的读写速度更高的容错能力和更好的性能价格比
2RAID0无容错能力RADI1是镜像工作方式每个数据都写到两个磁盘中容错能力强RADI4和RADI5都是拿出N个磁盘总容量的1N保存奇偶校验信息有容错能力磁盘存储容量的有使用效率也较高
8用16K8的SRAM实现64k16的主存系统按字寻址设计该主存的逻辑图并说明总线和数据总线的位数该存储器16位字长CPU的连接关系
解
1逻辑图
2用4片16k8的SRAM可实现字扩展2片实现位扩展故共需要8片SRAM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
四输入输出设备与输入输出系统
1比较针式喷墨和激光打印机的优缺点和主要应用场合
解1针式打印机的印字机械装置是多个用电磁铁控制的打印针打印速度慢噪声大打印质量一般多用于质量要求不高且希望价格较低的场合
2喷墨打印机是非击打式打印机打印速度较快噪声低打印质量较高多用于彩色打的场合
3激光打印机也是非击打式打印机打印速度更快噪声低打印质量更高多用于要求打印质量较高的场合高档的激光打印机在电子照排印刷系统中得到了普遍的应用
2说明激光打印机的原理性组成及完成打印操作的运行过程
解1组成带电器记录鼓印字机控制器碳粉盒打印纸及走纸机构激光扫描系统转印装置以及加热部分等
2运行过程带电器将记录鼓表面渡有一层感光材料且充满一层电荷由印字控制器将要打印的内容形成点阵信息脉冲控制激光器系统输出激光束对作圆周运动的记录鼓进行横向重复扫描扫描时激光器对鼓表面进行有选择地暴光照相被暴光部分释放电荷而未暴光部分仍保留电荷并使鼓表面形成潜像潜影当记录鼓转到碳粉盒时带静电电荷的潜像部分信息区域被吸附上碳粉显影因打印纸的背面施以反向静电荷则鼓表面上的碳粉由转印装置被吸附在打印纸上转印碳粉经加热部分加热后将融化烘干后凝沾在打印纸上定影记录鼓每旋转一周打印一页内容在打印下一之页前清除掉鼓表面的碳粉和残余的电荷
3说明通用可编程输入输出接口中应包括哪些组成部件及各自的功能并解释通用和可编程的含义
解1通用可编程接口的组成与功能1设备识别电路用于CPU寻找要用的设备2控制命令寄存器用于存放CPU的控制命令3状态寄存器用于指出接口设备的运行状态4数据缓冲寄存器用于解决CPU与设备间交换数据时的速度匹配5中断逻辑电路用于记忆中断请求处理中断屏蔽响应中断及中断处理等
2通用是指该接口电路具有多功能和用法可编程是指可利用指令对该接口的功能运行方式及控制参数进行设置
4说明DMA接口的组成与功能以及与通用接口的比较
解1DMA的组成与功能1主存地址计数器用于存放主存地址2数据数量计数器用于存放传送数据的数量3控制状态逻辑用于修改主存地址计数器和数据数量计数器指定传送功能及协调CPU和DMA信号的配合与同步4请求触发器用于接收和记忆设备送来的请求数据传送的信号5数据缓冲寄存器用于存放高速设备与主存间的数据6中断机构用于实现中断处理
2结构相似的是中断机构数据缓冲寄存器和控制状态逻辑其余结构不同
5比较程序直接控制程序中断传送和直接存储器访问方式在完成输入输出操作时的优缺点
解1程序查询方式是指在用户程序中直接使用IO指令完成输入输出操作它由CPU通过查询设备的运行状态来控制传送过程优点是硬件简单缺点是CPU速度快外设慢其绝大多数时间都花费在查询等待上因此严重影响系统运行性能
2程序中断方式是指由被读写的设备主动向CPU报告是否已进入准备好状态这样CPU不必花费时间去循环测试从而提高了系统的总体运行性能即CPU可与外设输入输出并行工作
3直接存储器访问方式是指把数据的传送过程交由一块专用DMA接口来控制让DMA卡代替CPU在快速设备与主存之间直接传送数据每传送一个数据只需一个总线周期即可
6分别说明地址总线的位数数据总线的位数和时钟频率对计算机性能由什么影响控制总线的作用是什么说明总线周期总线等待状态的含义是什么
解1地址总线的位数决定了最大的主存寻址空间数据总线的位数与运行频率的乘积正比于该总线的最高数据传送能力控制总线的作用是指明总线的周期和一次输入输出操作完成的时刻
2总线周期是指通过总线完成一次数据传送的时间通常是由一次地址时间和一次数据时间组成若被读写的存储器或外设的运行速度慢在一次数据不能完成读写操作则需再增加一到多次数据时间该时间被称为总线的等待状态
7总线的BURST传送方式与正常传送方式的区别是什么简要说明一次中断的响应和处理过程
解1BURST传送方式是指通过一次地址时间和多次数据时间高速完成一组多个数据传送而正常传送方式是通过一次地址时间和一次数据时间完成一个数据传送
2一次中断响应当有中断请求时若系统允许中断CPU正在处理的程序优先级比正在请求中断的优先级低当一条指令执行结束后CPU可以响应中断
3中断处理过程关中断保护断点和现场判中断源并转中断服务开中断执行中断服务程序关中断回复现场和断点开中断返回断点
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