山东大学 计算机组成原理三套题汇总.docx

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山东大学计算机组成原理三套题汇总

计算机组成原理

一、名词解释

1．总线：

就是多个信息源分时传送数据到多个目的地的传送通路

2．指令系统：

一台计算机所能执行的全部指令的总和

3．微指令：

在一个单位时间中，能实现一定操作功能的微命令的集合。

4．溢出：

在定点小数机器中,数的表示范围为|ｘ|<1.在运算过程中如出现大于1的现象

1．寻址方式：

表示指令中操作数所在的方法称为寻址方式

2．指令周期：

是完成一条指令所用的时间

3．虚拟存储器：

是由操作系统提供的一个假想的特大存储器。

4．多级中断：

是指计算机系统中有相当多的中断源，根据各中断事件的轻重缓急程度不同而分成若干级别，每一中断级分配给一个优先权。

1．基本字长：

是指参与运算的数的基本位数,它是由加法器、寄存器、数据总线的位数决定的

2．数据通路：

数字系统中,各个子系统通过数据总线连接形成的数据传送路径

3．程序中断：

在计算机执行当前程序时，系统中出现了某些紧急需处理的异常事件或特殊请求，CPU应暂时中止现行程序的执行，转去处理这些事件或特殊请求，待处理完毕后CPU自动恢复原来被子中止的程序继续运行。

4．灰度级：

指所显示像素点的亮暗差别，在彩色显示器中表现为颜色的不同。

二、填空题

1．按冯·诺依曼设计原则，其硬件是由（运算器）、（控制器）、（存储器）、（输入设备）和（输出设备）组成。

2．计算机系统是由（硬件系统）和（软件系统）两大部分构成。

3．计算机最主要的三大性能指标是（基本字长）、（存储容量）、和（运算速度）。

4．一个完善的指令系统应满足（完备性）、（有效性）、（规整性）、和（兼容性）的要求。

5．堆栈的硬件是由（堆栈区）和（堆栈指针）构成，存取是按（后进先出）原则。

6．通常控制器的设计可分为（组合逻辑型）和（存储逻辑型），前者采用的核心器件是（门电路），后者采用的核心器件是（微程序控制器）。

7．主机与外设的连接方式有（辐射型连接）,（总线型连接）和（辐射,总线型连接）。

8．目前在微型机中主机与外设广泛采用的信息交换方式是（程序查询）和（程序中断。

二、填空题

1．计算机指令的基本格式应包括（操作码）和（地址码）两部分。

在间接寻址方式中，地址码部分表示的是（地址内容+偏移量）；在相对寻址方式中，地址码部分表示的是（寄存器内容+位移量）。

2．按功能分类，存储器可以分为（高速缓冲存储器）、（外存储器）、（主存储器）等。

3．源数据为10010111，若采用奇校验，则其校验位是

（1）。

4．CPU响应某中断请求的条件是一条指令结束时且（没有更紧迫的任务时）、（有中断请求）和（CPU允许中断）。

5．微指令的格式有（垂直）型微指令、（水平）型微指令和混合型微指令。

6．输入输出设备的编址方式有（统一编址）和（单独编址）。

二、填空题

1．计算机指令的基本格式应包括（操作码）和（地址码）两部分。

根据操作数所在位置，指出其寻址方式：

操作数在指令中为（立即）寻址方式，操作数的存储单元地址在指令中，为（间接）寻址方式。

2．存储器地址译码电路的译码方式有（单译码方式）和（双译码方式）两种方式。

3．（361）10=（1011010010）2=（2D2）16。

4．CPU响应可屏蔽中断应满足的三个条件是（有中断请求）、CPU允许接受中断请求和（一条指令执行完毕）。

中断周期结束后进入（中断响应）周期。

5．微指令的类型通常有（垂直）型微指令、（水平）型微指令和混合型微指令。

6．通常控制器的设计可分为（组合逻辑型）和（存储逻辑型），前者采用的核心器件是（门电路），后者采用的核心器件是（控制存储器）

7．主机与外设的连接方式有（辐射型连接）、（总线型连接）和（辐射、总线型连接）。

8．目前在微型机中主机与外设广泛采用的信息交换方式是（程序查询）和（程序中断）。

三、简答题

1．简述中断的处理过程。

它与程序查询方式有何不同点？

中断处理过程可粗略的分为以下四个过程：

①保护当前正在运行程序的现场；②分析是何种中断，以便转去执行相应的中断处理程序；③执行相应的中断处理程序；④恢复被中断程序的现场。

程序查询方式控制简单，但外设和主机不能同时工作，各外设之间也不能同时工作系统效率很低。

因此，仅适用于CPU的速度不是很高，而且外设的种类和数目不多，数据传送率较低的情况。

而中断的处理方式不仅适用于外设的数据交换，也适用于对外界的随机事件的处理。

2．按通道的工作方式，通道分哪几类？

简述其特点。

答案要点：

按通道的工作方式，通道可分为字节多路通道、选择通道和数组多路通道三种类型。

特点：

字节多路通道：

1）有多个子通道，设备间可（分时）并行操作。

2）数据以字节为单位交叉传送。

3）适合于连接大量的低速设备。

选择通道：

1）被选中的外设采用独占方式使用通道。

2）数据以成组（数据块）方式进行传输。

3）适合于连接高速外设。

数组多路通道：

是将前二者的优点结合在一起的一种通道结构。

数组多路通道含有多个子通道，可同时执行多个通道程序，数据以成组方式进行传送。

既具有多路并行操作能力，又有很高的数据传输率，可用来连接多台中高速的外设。

3．画图说明存储系统的层次结构，并说明各种存储器的特点。

答案：

存储系统的层次结构如图所示：

存储器的特点：

1）高速缓存：

存放当前要执行的程序和数据。

速度快，可与CPU速度匹配；存储容量较小。

成本高。

2）主存储器：

存放正在执行的程序和数据，CPU可直接访问，容量较大，速度较高，每位价格介于高速缓存和辅存之间。

3）辅助存储器：

存放当前暂不参与运行的程序和数据文件，CPU不能直接访问；容量极大而速度较低，单位成本低。

三、简答题

1．试分析比较DMA方式和中断传送方式的异同点，说明DMA方式为什麽不能替代中断方式。

1．答案要点：

相同点：

1）两种方式均为目前在微型机中主机与外设广泛采用的信息交换方式。

2）两种方式下主机和外设之间均可实现一定程度的并行工作。

不同点：

1）中断传送方式是通过中断服务处理程序来完成信息交换；而DMA方式则是用硬件代替软件来实现数据的传输。

2）中断传送方式不仅适合于一般的信息交换，还适合对随机事件的处理。

3）DMA方式适合于高速外设和主机之间的信息交换，对高速外设采用程序中断方式传送数据往往回丢失数据。

DMA方式不能替代中断方式的原因：

1）DMA方式只能用于高速外设与内存直接交换信息，却不能像中断方式那样处理随机的异常现象。

2）在DMA方式的数据传输过程中，需用到中断方式。

2．何为三级存储体系结构？

分析采用这种结构的原因和优点？

答案要点：

把各种不同存储容量，不同存取速度的存储器，按一定的体系结构组织起来，使所存放的程序和数据按层次分布在各存储器中，形成一个统一整体的存储系统。

由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分成两个层次，其中高速缓存和主存间称为Cache--主存存储层次，主存和辅存间称为主--辅存存储层次。

这就是三级存储体系结构。

采用Cache--主存存储层次的原因和优点：

在速度方面，计算机的主存和CPU一直保持了大约一个数量级的差距。

显然这个差距限制了CPU速度潜力的发挥。

为了弥合这个差距，设置Cache是解决存取速度的重要方法。

在CPU和主存之间设置Cache，构成Cache-主存层次，则从CPU的角度看，Cache-主存层次的速度接近于Cache，容量与每位价格则接近于主存。

因此，解决了速度与成本之间的矛盾。

采用主--辅存存储层次的原因和优点：

由于成本和工艺的原因，主存的存储容量受到了限制，另一方面，系统程序、应用程序及各种信息量要求主存容量越来越大。

采用“主存-辅存”存储层次，程序员可用机器指令的地址对整个程序统一编址，而不必担心程序能否在主存中放得下。

虚拟空间可以比实际空间大得多。

从整体看，主辅存层次的速度接近于主存的速度，容量则接近于辅存的容量，而每位平均价格也接近于廉价的辅存平均价格，从而解决了大容量和低成本间的矛盾。

3．简要说明动态RAM的各种刷新方式及其特点。

答案：

动态RAM的刷新方式有集中式刷新、分散式刷新、异步式刷新和透明式刷新等四种方式。

集中式刷新的特点：

其优点是系统的存取周期不受刷新工作的影响，读写操作和刷新工作在最大刷

新周期中分开进行。

因此，系统的存取速度比较高。

其缺点是进行刷新时必须停止读、写操作。

这对主机而言是个“死区”

分散式刷新的特点：

刷新工作安排在系统的存储周期内进行，对主机而言不再有“死区”。

但该方式加长了系统的存取周期，降低了整机运算速度。

因此，分散方式刷新不适用于高速存储器。

异步式刷新的特点：

结合了上述两种方式的优点，充分利用了最大刷新间隔。

对分散式刷新而言，它减少了刷新次数；对集中方式来说，主机的“死区”又缩短很多。

因此，这种方式使用得比较多。

透明式刷新的特点：

该方式不占用CPU时间，对CPU而言是透明的操作；但控制线路复杂。

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三、简答题

1．简述其中两种补码加减运算判别溢出方法的工作原理。

答案：

以下三种方法答对其中任意两种方法即可。

方法1：

两个符号相同的补码数相加，如果和的符号与加数符号相反，或者符号相反的两个补码数相减，差的符号与减数符号相同，表明运算结果溢出。

方法2：

两个补码数实现加减运算时，若最高数值位向符号位的进位值与符号位产生的进位输出值不相同，则表明运算结果产生了溢出。

方法3：

采用双符号位方案。

当两位符号位的值不相同时，则表明运算结果产生了溢出。

2．字节多路通道和数组多路通道有何相同点？

有何不同点？

答案：

相同点：

设备间可并行操作

不同点：

字节多路通道数组多路通道

1）连接低速设备连接中高速设备

2）以字节为单位传送以数据块为单位传送

3）设备间并行操作一设备传数，其它设备只作辅助操作

3．CPU中设有哪些寄存器？

各寄存器的位数由何因素确定？

答案要点：

CPU中设有的寄存器包括运算器中的通用寄存器，程序计数器PC，指令寄存器IR，存储器地址寄存器MAR，存储器数据寄存器MBR和状态标志寄存器等。

PC和MAR的位数取决于要访问的地址空间的大小。

IR的位数取决于指令字长。

通用寄存器及存储器数据寄存器MBR的位数取决于操作数（或操作数地址）的基本字长。

四、计算题

已知x=-0.10101,y=+0.11011，符号用双符号位表示。

求1．[X]原=？

[Y]原=？

2．[X]补=？

[Y]补=？

3．[X+Y]补=？

[X-Y]补=？

并分别讨论其溢出情况。

1）写出补码一位乘的运算步骤。

2）与原码乘法运算有何不同？

3）写出补码乘法运算器的基本部件。

参考答案：

已知x=-0.10101,y=+0.11011，符号用双符号位表示。

答案：

1．[X]原=11.10101[Y]原=00.11011

2．[X]补=11.01011[Y]补=00.11011

3．[X+Y]补=[X]补+[Y]补=11.01011+00.11011=00.00110结果的两个符号位相同，无溢出。

[X-Y]补=[X]补+[-Y]补=11.01011+11.00101=10.10000结果的两个符号位不相同为10，产生下溢。

2）与原码乘法运算有何不同？

答案：

①补码乘法：

运算结果的符号位无需单独处理；而原码乘法：

结果的符号位需单独处理。

②原码乘法：

位于乘数寄存器末位的乘数作为判断位；而补码乘法则是以乘数寄存器最末两位作判断位。

③若乘数的有效尾数n位。

原码乘法须做n次加法，n次移位；而补码乘法则需n+1次加法，n次移位。

3）写出补码乘法运算器的基本部件。

答案要点：

所用的基本部件：

①存放部分积累加和的寄存器；

②存放乘数（具备移位功能）和被乘数的寄存器；

③加法器；

④移位器；

⑤计数器。

四、计算题

已知x=0.1011,y=-0.1101，符号用双符号位表示。

求1．[X+Y]补=？

[X-Y]补=？

并分别讨论其溢出情况。

答案：

1．[X+Y]补=[X]补+[Y]补=00.1011+11.0011=11.1110，结果的两个符号位相同，无溢出。

[X-Y]补=[X]补+[-Y]补=00.1011+00.1101=01.1000，结果的两个符号位不相同，为01，产生上溢。

四、计算题

1．已知x=0.10101,y=–0.11011

用定点补码一位乘法计算[x*y]补，要求写出计算步骤。

答：

[x×y]补=1.0111001001，详细运算步骤略。

2．已知x=2–011ⅹ0.101100,y=2–010ⅹ（–0.100100）

用浮点规格化补码加法求[x+y]补（阶码、尾数均用补码表示），要求写出计算步骤。

答：

[X]补=1.101，00.101100[Y]补=1.110，11.011100浮点补码格式

1）判零，对阶，X尾右移阶码+1，[X]补=1.110，00.010110求和得11.110010

2）规格化[X+Y]尾左移2次阶码-2[X+Y]补=1.100，11.001000无溢出

五、设计题

采用32K×32的RAM芯片，构成128K×64的存储器。

1．画出存储器的逻辑框图。

2．图中标明信号线的种类、方向、条数。

答案：

五、设计题

采用4K×8的RAM芯片，构成32K×16的存储器。

3．画出存储器的逻辑框图，图中标明信号线的种类、方向、条数。

2．用十六进制写出该存储器占用的地址空间。

答案：

该存储器占用的地址空间：

0000H----7FFFH（按字编址）

五、设计题

试选用1M×4的RAM芯片，构成4M×8的存储器。

完成下列各题：

1．画出存储器连线框图，图中标明信号的种类、方向和信号线的条数。

2．用十六进制写出存储器占用的地址空间。

答案：

该存储器占用的地址空间：

000000H----3FFFFFH（按字编址）

六、综合应用题

在模型机的数据通路上，对于指令ADDX（R1），（R2）+，回答下列问题：

1．写出指令的执行流程。

2．写出目的周期的全部数据通路。

参考答案：

答案要点：

1、2）指令的执行流程及目的周期的数据通路：

↓

FT0：

M→MBR→IR

↓

FT1：

PC+1→PC

↓

ST0：

PC→MAR

↓

ST1：

M→MBR→C

↓

ST2：

PC+1→PC

↓

ST3：

C+R1→MAR

↓

ST4：

M→MBR→C

↓

DT0：

R2→MAR；R2→A选择器，S0-3，M，DM，CPMAR

↓

DT1：

M→MBR→D；R/W，SMBR，MBR→B选择器，S0-3，M，DM，CPD

↓

DT2：

R2+1→R2；R2→A选择器，S0-3，M，C0，DM，CPR2

↓

ET0：

C+D→MBR

↓

ET1：

MBR→M

↓

ET2：

PC→MAR

六、综合应用题

在模型机的数据通路上，对于指令SUBX（R1），-（R2），回答下列问题：

1．写出指令的执行流程。

2．写出目的周期的全部数据通路。

参考答案：

答案要点：

1、2）指令的执行流程及目的周期的数据通路：

↓

FT0：

M→MBR→IR

↓

FT1：

PC+1→PC

↓

ST0：

PC→MAR

↓

ST1：

M→MBR→C

↓

ST2：

PC+1→PC

↓

ST3：

C+R1→MAR

↓

ST4：

M→MBR→C

↓

DT0：

R2-1→R2；R2→A选择器，S0-3，M，C0，DM，CPR2

↓

DT1：

R2→MAR；R2→A选择器，S0-3，M，DM，CPMAR

↓

DT2：

M→MBR→D；R/W，SMBR，MBR→B选择器，S0-3，M，DM，CPD

↓

ET0：

D-C→MBR

↓

ET1：

MBR→M

↓

ET2：

PC→MAR

六、综合应用题

在模型机的数据通路上，对于指令ADD–（R1），@（R2）+，回答下列问题：

1．写出指令的执行流程。

2．写出取源操作数周期的全部数据通路。

3．与MOV–（R1），@（R2）+的执行流程比较有何相同点？

参考答案：

答案要点：

1、2）指令的执行流程及目的周期的数据通路：

↓

FT0：

M→MBR→IR

↓

FT1：

PC+1→PC

↓

ST0：

R1-1→R1；R1→A（或B）选择器，S0-3，M，C0，DM，CPR1

↓

ST1：

R1→MAR；R1→A（或B）选择器，S0-3，M，DM，CPMAR

↓

ST2：

M→MBR→C；R/W，SMBR，MBR→B选择器，S0-3，M，DM，CPC

↓

DT0：

R2→MAR↓

DT1：

M→MBR→D

↓

DT2：

R2+1→R2

↓

DT3：

D→MAR；

↓

DT4：

M→MBR→D；

↓

ET0：

C+D→MBR

↓

ET1：

MBR→M

↓

ET2：

PC→MAR

3）与MOV-（R1），@（R2）+的执行流程比较有何相同点：

答案要点：

取指流程和取源操作数流程跟MOV–（R1），@（R2）+完全相同。

此外，其目的周期与MOV–（R1），@（R2）+也大致相同，只是增加了一步取目的操作数流程。