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、试述浮点数规格化得目得与方法。

答:

浮点得规格化就是为了使浮点数尾数得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得第一位不相等,则被定义为已规格化得数,否则便就是非规格化数。

通过规格化,可以保证运算数据得精度。

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)得纠错原理.

答:

CRC码就是一种纠错能力较强得校验码.在进行校验时,先将被检数据码得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码出错位位置得对应关系就是一定得,由此可以用余数作为判断出错位置得依据而纠正出错得数据位。

3、DRAM存储器为什么要刷新?

有几种刷新方式?

ﻫDRAM存储元就是通过栅极电容存储电荷来暂存信息.由于存储得信息电荷终究就是有泄漏得,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得信息电荷,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/写操作与刷新操作。

③异步式-——前两种方式得结合,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?

简述这些寄存器得功能。

(1)指令寄存器(IR):

用来保存当前正在执行得一条指令.

(2)程序计数器(PC):

用来确定下一条指令得地址。

ﻫ(3)地址寄存器(AR):

用来保存当前CPU所访问得内存单元得地址。

(4)缓冲寄存器(DR):

<1>作为CPU与内存、外部设备之间信息传送得中转站。

                       

<2>补偿CPU与内存、外围设备之间在操作速度上得差别.                   

<3〉在单累加器结构得运算器中,缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器.ﻫ(5) 通用寄存器(AC):

当运算器得算术逻辑单元(ALU)执行全部算术与逻辑运算时,为ALU提供一个工作区。

ﻫ(6)状态条件寄存器:

保存由算术指令与逻辑指令运行或测试得结果建立得各种条件码内容.除此之外,还保存中断与系统工作状态等信息,以便使CPU与系统能及时了解机器运行状态与程序运行状态.

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方式与程序中断方式比较有什么不同?

DMA:

采用内在与外设直接数据交换得方式,只有当有一段数据传送时才会请求CPU中断, 减少了CPU得负担。

程序中断:

只适用于简单得少量外设得计算机系统,会耗费大量得CPU时间,当有大量中断时容易导致数据得丢失。

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:

能把原始数据与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得情况告诉(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得运算。

这些基本运算能组成人们所需要得复杂运算。

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得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得正确性与各部件间得协调性。

8、用二进制数表示一个四位十进制得整数最少需要几位(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,请写出它能表示得最大浮点数与最小浮点数。

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"得ASCII码为46H,请写出它得奇校验码与偶校验码(假定校验位加在最高位).

解:

字符“F”得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得四种表示方法。

答:

带符号数在计算机内部得表示方法有原码、反码、补码与移码。

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。

补码得特点就是加、减法运算规则简单,正负数得处理方法一致。

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得大小顺序,便于进行比较操作,常用于浮点数中得阶码,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得信息位?

就是否具有纠错功能?

答:

⑴不能。

⑵没有。

13、简述CPU得主要功能.

CPU:

包括运算器与控制器。

基本功能为:

指令控制、操作控制、时间控制、数据加工.

14、一个较完善得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、指令与数据均存放在内存中,计算机如何从时间与空间上区分它们就是指令还就是数据。

1.指令与数据分开存放

2.设置程序计数器PC,存放当前指令所在得存储单元.

16、外围设备得I/O控制方式分哪几类?

各具什么特点?

(1)程序查询方式:

CPU得操作与外围设备得操作能够同步,而且硬件结构比较简单ﻫ(2)程序中断方式:

一般适用于随机出现得服务,且一旦提出要求应立即进行,节省了CPU得时间,但硬件结构相对复杂一些。

ﻫ(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得限制。

需更多硬件,适用于内存与高速外设之间大批交换数据得场合。

(4)通道方式:

可以实现对外设得统一管理与外设与内存之间得数据传送,大大提高了CPU得工作效率。

ﻫ(5)外围处理机方式:

通道方式得进一步发展,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、时钟周期之间得关系。

时钟周期就是最基本得时间单位一般就是10ns

机器周期就是读一条指令最少得时间一般就是12倍得时钟周期

指令周期就是读出指令并且执行指令得时间一般就是几个机器周期

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结束了一条指令得执行过程;

※新请求得中断优先级较高;

19、比较水平微指令与垂直微指令得优缺点.

(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得时间短,垂直型微指令执行时间长。

 (3)由水平型微指令解释指令得微程序,有微指令字较长而微程序短得特点。

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·诺依曼型计算机得基本特点就是什么?

答:

冯•诺依曼原理得基本思想就是:

•采用二进制形式表示数据与指令.指令由操作码与地址码组成。

•将程序与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。

这就就是“存储程序”与“程序控制”(简称存储程序控制)得概念。

•指令得执行就是顺序得,即一般按照指令在存储器中存放得顺序执行,程序分支由转移指令实现。

•计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备与输出设备五大基本部件组成,并规定了5部分得基本功能。

冯•诺依曼型计算机得基本特点也可以用“存储程序”与“程序控制”来高度概括。

2、计算机硬件有哪些部件,各部件得作用就是什么?

答:

计算机得硬件系统由有形得电子器件等构成得,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)就是用来存放数据与程序得部件;运算器就是对信息进行运算处理得部件;控制器就是整个计算机得控制核心.它得主要功能就是读取指令、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;输入设备能将数据与程序变换成计算机内部所能识别与接受得信息方式,并顺序地把它们送入存储器中;输出设备将计算机处理得结果以人们能接受得或其它机器能接受得形式送出.

3、什么就是总线?

以总线组成计算机有哪几种组成结构?

答:

总线(Bus)就就是计算机中用于传送信息得公用通道,就是为多个部件服务得一组信息传送连接线。

按照总线得连接方式,计算机组成结构可以分为单总线结构、双总线结构与多总线结构等(详细内容见第7章).

4、什么就是硬件、软件与固件?

什么就是软件与硬件得逻辑等价?

在什么意义上软件与硬件就是不等价得?

答:

计算机硬件(Hardware)就是指构成计算机得所有实体部件得集合,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)就是指能使计算机工作得程序与程序运行时所需要得数据,以及与这些程序与数据有关得文字说明与图表资料,其中文字说明与图表资料又称为文档。

固件(Firmware)就是一种介于传统得软件与硬件之间得实体,功能上类似软件,但形态上又就是硬件。

微程序就是计算机硬件与软件相结合得重要形式。

软件与硬件得逻辑等价含义:

(1)任何一个由软件所完成得操作也可以直接由硬件来实现

(2)任何一条由硬件所执行得指令也能用软件来完成

在物理意义上软件与硬件就是不等价得。

5、计算机系统按程序设计语言划分为哪几个层次?

答:

计算机系统就是一个由硬件、软件组成得多级层次结构,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,且得到下级得支持.

6、解释如下概念:

ALU,CPU,主机与字长。

答:

算术逻辑运算部件(ALU:

ArithmeticLogicUnit),就是运算器得核心组成,功能就是完成算数与逻辑运算。

“中央处理单元”(CPU:

CentralProcessingUnit)包括运算器与控制器,就是计算机得信息处理得中心部件。

存储器、运算器与控制器在信息处理操作中起主要作用,就是计算机硬件得主体部分,通常被称为“主机”。

字长决定了计算机得运算精度、指令字长度、存储单元长度等,可以就是8/16/32/64/128位(bit)等。

7、常用得计算机性能指标有哪些?

答:

评价计算机性能就是一个复杂得问题,早期只限于字长、运算速度与存储容量3大指标.目前要考虑得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得运行速度,它得单位就是兆赫兹(MHz)。

(2) 字长

字长决定了计算机得运算精度、指令字长度、存储单元长度等,可以就是8/16/32/64/128位(bit).

(3)运算速度

衡量计算机运算速度得早期方法就是每秒执行加法指令得次数,现在通常用等效速度.

(4)存储容量

以字为单位得计算机常以字数乘字长来表明存储容量。

(5)可靠性

系统就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

系统可维护性就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,它就是指从故障发生到机器修复平均所需要得时间。

(7)可用性

就是指计算机得使用效率.

(8) 兼容性

兼容就是广泛得概念,就是指设备或程序可以用于多种系统得性能.兼容使得机器得资源得以继承与发展,有利于计算机得推广与普及。

8、多媒体得含义就是什么?

答:

多媒体技术就是指能够同时获取、处理、编辑、存储与展示两个以上不同信息类型媒体得技术。

计算机信息得形式可以就是文字、声音、图形与图象等.

9、简单描述计算机得层次结构,说明各层次得主要特点.

答:

现代计算机系统就是一个硬件与软件组成得综合体,可以把它瞧成就是按功能划分得多级层次结构.

第0级为硬件组成得实体。

第1级就是微程序级.这级得机器语言就是微指令集,程序员用微指令编写得微程序一般就是直接由硬件执行得。

第2级就是传统机器级.这级得机器语言就是该机得指令集,程序员用机器指令编写得程序可以由微程序进行解释。

第3级操作系统级。

从操作系统得基本功能来瞧,一方面它要直接管理传统机器中得软硬件资源,另一方面它又就是传统机器得延伸。

第4级就是汇编语言级。

这级得机器语言就是汇编语言,完成汇编语言翻译得程序叫做汇编程序。

第5级就是高级语言级.这级得机器语言就就是各种高级语言,通常用编译程序来完成高级语言翻译工作。

  第6级就是应用语言级.这一级就是为了使计算机满足某种用途而专门设计得,因此这一级语言就就是各种面向问题得应用语言。

10、计算机系统得主要技术指标有哪些?

计算机系统得主要技术指标有:

机器字长、数据通路宽度、主存储器容量与运算速度等。

机器字长就是指参与运算得数得基本位数,它就是由加法器、寄存器得位数决定得。

数据通路宽度就是指数据总线一次所能并行传送信息得位数。

主存储器容量就是指主存储器所能存储得全部信息.

运算速度与机器得主频、执行什么样得操作、主存储器本身得速度等许多因素有关。

11、试计算采用32×32点阵字形得一个汉字字形占多少字节?

存储6763个16×16点阵以及24×24点阵字形得汉字库各需要多少存储容量?

答:

128Bﻩ216416Bﻩ486936B

12、海明校验码得编码规则有哪些?

答:

若海明码得最高位号为m,最低位号为1,即HmHm-1…H2H1,则海明码得编码规则就是:

(1)校验位与数据位之与为m,每个校验位Pi在海明码中被分在位号2i-1得位置上,其余各位为数据位,并按从低向高逐位依次排列得关系分配各数据位。

(2)海明码得每一位位码Hi(包括数据位与校验位)由多个校验位校验,其关系就是被校验得每一位位号要等于校验它得各校验位得位号之与.

13、简述CRC码得纠错原理。

答:

CRC码就是一种纠错能力较强得编码。

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。

只要选择适当得生成多项式G(X),余数与CRC码出错位位置得对应关系就是一定得,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:

运算器得基本结构应包括以下几个部分:

(1) 能实现算术与逻辑运算功能得部件ALU;

(2) 存放待加工得信息或加工后得结果信息得通用寄存器组;

(3) 按操作要求控制数据输入得部件:

多路开关或数据锁存器;

(4) 按操作要求控制数据输出得部件:

输出移位与多路开关;

(5)计算器与其它部件进行信息传送得总线以及总线接收器与发送器;总线接收器与发送器通常就是由三态门构成得。

15、主存储器有哪些性能指标?

它们得含义就是什么?

答:

存储器得性能指标就是对存储器进行设计、使用与提高时得主要依据,存储器性能指标也称为存储器参数。

(1)存储容量就是指一个功能完备得存储器所能容纳得二进制信息总量,即可存储多少位二进制信息代码.

(2)存储器速度:

存储器取数时间与存储器存取周期

(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得最大数量,称为数据传输率或称为存储器传输带宽bM

(4)可靠性存储器得可靠性就是指在规定时间内存储器无故障得情况,一般用平均无故障时间MTBF来衡量.

(5)价格:

又称成本,它就是衡量主存储器经济性能得重要指标。

16、主存得基本组成有哪些部分?

各部分主要得功能就是什么?

答:

主存储器得基本组成:

(1)贮存信息得存储体。

一般就是一个全体基本存储单元按照一定规则排列起来得存储阵列。

存储体就是存储器得核心.

(2)信息得寻址机构,即读出与写入信息得地址选择机构。

这包括:

地址寄存器(MAR)与地址译码器。

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)写入信息所需得能源,即写入线路、写驱动器等.

(5)读出所需得能源与读出放大器,即读出线路、读驱动器与读出放大器.

(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得定时刷新线路等,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,根据存储信息机构得原理不同,又分为静态MOS存储器(SRAM)与动态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、什么就是刷新?

为什么要刷新?

有哪几种常用得刷新方式?

答:

对动态存储器要每隔一定时间(通常就是2ms)给全部基本存储元得存储电容补充一次电荷,称为RAM得刷新,2ms就是刷新间隔时间。

由于存放信息得电荷会有泄漏,动态存储器得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.常用得刷新方式有两种:

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,就是存储器层次结构中级别最高得一级.

(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,通常由存储速度高得双极型三极管或SRAM组成。

(4) 其容量就是主存得部分副本。

(5)可用来存放指令,也可用来存放数据.

(6)快存得功能全部由硬件实现,并对程序员透明。

21、如何区别存储器与寄存器?

两者就是一回事得说法对吗?

答:

存储器与寄存器不就是一回事.存储器在CPU得外边,专门用来存放程序与数据,访问存储器得速度较慢.寄存器属于CPU得一部分,访问寄存器得速度很快。

22、存储器得主要功能就是什么?

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:

存储器得主要功能就是用来保存程序与数据.存储系统就是由几个容量、速度与价格各不相同得存储器用硬件、软件以及硬件与软件相结合得方法连接起来得系统.把存储系统分成若干个不同层次得目得就是为了解决存储容量、存取速度与价格之间得矛盾.由高速缓冲存储器、主存储器与辅助存储器构成得三级存储系统可以分为两个层次,其中高速缓冲与主存间称为Cache-主存存储层次(Cache存储系统);主存与辅存间称为主存—辅存存储层次(虚拟存储系统).

23、说明存储周期与存取时间得区别。

答:

存取周期就是指主存进行一次完整得读写操作所需得全部时间,即连续两次访问存储器操作之间所需要得最短时间。

存取时间就是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历得时间。

存取周期一定大于存取时间。

24、指令格式设计得准则有哪些?

答:

一台计算机选择怎样得指令格式,涉及多方面因素。

一般要求指令得字长要短一些,以得到时间与空间上得优势。

但指令也必须有足够得长度以利于增加信息量。

再者,指令字长一般应就是机器字符长度得整数倍以便存储系统得管理。

另外,指令格式得设计还与如何选定指令中操作数地址得位数有关.

25、指令就是灵活多变得,体现在哪些方面?

答:

指令就是灵活多变得,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、试比较基址寻址与变址寻址得异同点.

答:

基址寻址方式与变址寻址方式,在形式上就是类似得。

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,用户程序无权操作与修改,由系统软件管理控制程序使用特权指令来管理得。

再者基址寻址方式主要用以解决程序在存储器中得定位与扩大寻址空间等问题。

27、堆栈就是什么?

它有什么特点?

功能有哪些?

答:

(1)堆栈得概念

∙就是若干个存储单元(或寄存器)得有序集合,它顺序地存放一组元素.

∙数据得存取都只能在栈顶单元内进行,即数据得进栈与出栈都只能经过栈顶单元这个“出入口"。

∙堆栈中得数据采用“先进后出”或“后进先出”得存取工作方式。

(2)堆栈结构在计算机中得作用

∙具有堆栈结构得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,子程序嵌套调用与递归调用.

∙ 对于“中断”技术,堆栈更就是不可缺少得,保存“断点”与“现场”。

(3)堆栈得操作

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得内容先自动递减而指向一个新得空栈顶单元,再把数据写入此栈顶单元;当数据弹出堆栈时,立即读出SP所指向得栈顶单元内容,再把SP内容自动递增而指向新得栈顶位置.即

PUSH X;(SP)—1→SP

     (X)→(SP)

 POP X;((SP))→X

    (SP)+1→SP

28、指令长度与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得指令称为单字长指令;指令长度等于半个机器字长得指令称为半字长指令;指令长度等于两个机器字长得指令称为双字长指令。

29、计算机进行程序控制工作得基本原理就是怎样得?

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,就是按一定得序列逐条取出指令,分析指令,执行指令,并自动转到下一条指令执行,直到程序规定得任务完成;

(4)程序控制由控制器承担,程序存储由存储器完成.

30、控制器得基本功能就是什么?

基本组成部件包括哪些?

答:

控制器得基本功能就就是负责指令得读出,进行识别与解释,并指挥协调各功能部件执行指令。

控制器得基本结构包括:

指令部件、时序部件、微操作控制线路、中断控制逻辑。

31、微程序控制得基本思想就是什么?

答:

微程序控制技术在现今计算机设计中得到广泛得采用,其实质就是用程序设计得思想方法来组织操作控制逻辑。

32、说明机器指令与微指令得关系。

答:

抽象级别不同。

机器指令就是由一组二进制代码组成得。

微指令就是具有微地址得控制字.一系列微指令得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与操作数地址码字段,微指令根据编译法得不同有多种情况,一般包括微操作信息与下地址字段.

33、控制器有哪几种控制方式?

各自有什么特点?

答:

控制器得控制方式可以分为3种:

同步控制方式、异步控制方式与联合控制方式。

同步控制控制方式得各项操作都由统一得时序信号控制,在每个机器周期中产生统一数目得节拍电位与工作脉冲。

这种控制方式设计简单,容易实现;但就是对于许多简单指令来说会有较多得空闲时间,造成较大数量得时间浪费,从而影响了指令得执行速度。

异步控制方式得各项操作不采用统一得时序信号控制,而根据指令或部件得具体情况决定,需要多少时间,就占用多少时间。

异步控制方式没有时间上得浪费,因而提高了机器得效率,但就是控制比较复杂.

联合控制方式就是同步控制与异步控制相结合

34、指令与数据都存放在主存,如何识别从主存储器中取出得就是指令还就是数据?

答:

指令与数据都存放在主存,它们都以二进制代码形式出现,区分得方法为:

(1)取指令或数据时所处得机器周期不同:

取指

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