计算机组成原理.docx

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计算机组成原理

第一章

1.计算机系统是由硬件系统和软件系统组成的。

2.计算机硬件系统是由中央处理器（运算器和控制器）、存储器和输入输出设备组成

第三章

1．浮点数加减法的的运算步骤:

“对阶”操作；尾数的加减运算；规格化操作；舍入；检查阶码是否溢出。

2.浮点数乘除法的运算步骤：

求乘积的阶码；尾数相乘；规格化处理；舍入；判溢出。

第四章

1.主存储器的作用：

主存储器处于全机中心地位，用于存储当前运行的所有程序和相关数据

2.存储器的主要指标：

衡量主存芯片的主要指标：

容量、速度（可存取时间、周期来衡量）、价格

3.存取时间与存取周期：

周期包含时间，都可做速度指标

4.存储器（RAM、ROM）芯片的种类，各自的特点

易失性存储器：

（1）静态存储器（SRAM）：

双稳态存储元电路结构、速度快、成本高

（2）动态存储器（DRAM）：

电路耦合、速度慢、成本低、不稳定、使用时必须定时刷新电路

非易失性存储器：

只读存储器（掩模ROM）：

适用于大批量用，其存储内容是不会改变的

可编程的只读存储器（PROM）：

适合小批量用，一次性写入的存储器，

可擦可编程的只读存储器（EPROM）：

紫外线擦除，编程次数不受限制

可电擦可编程的只读存储器（E2PROM）:

电擦除、逐字擦除、

快擦除读写存储器（FlashROM）:

电擦除、逐页擦除

5.易失性与非易失性存储器：

易失性存储器掉电后信息丢失，非易失性存储器掉电后信息仍保存，除RAM外都是非易失性存储器

6.存储器芯片中单地址译码与双地址译码的特点：

（1）单地址译码：

译码输出线2的20次方条

（2）双地址译码结构：

将地址分为高（低）、低（高）两组分别译码。

两者比较：

双地址译码结构可大大减少译码输出线数，降低生产难度

7.主存储器容量与芯片数的计算：

芯片数量=总容量/单位容量；芯片容量=字数×字存

8.字扩展与位扩展的概念：

位扩展：

指的是用多个存储器器件对字长进行扩展。

字扩展：

指的是增加存储器中字的数量

9.几种片选信号的产生方法：

高端地址的译码、逻辑电路产生的

10.如何计算存储器的带宽：

带宽（总线上单位时间（s）的数据传输量）=单位时间（s）的传输率×数据数

第五章

1.指令的格式:

2.如果采用偶校验，下述两个数据的校验位的值是什么？

（1）0101010

（2）0011011（奇校验码是有奇数个一的正确，偶校验码是有偶数个一的正确）解：

（1）1；

（2）0

3.运算器的核心部件是算术逻辑单元ALU.

1.一条指令实际上包括两种信息即操作码和地址码。

操作码用来表示该指令所要完成的操作，其长度取决于指令系统中的指令条数；地址码用来描述该指令的操作对象，或者直接给出操作数或者指出操作数的存储地址或寄存器地址。

根据地址码部分所给出地址的个数，指令格式可分为：

零地址指令，一地址指令，二地址指令，三地址指令和多地址指令。

零地址指令中只有操作码，而没有操作数或没有操作数地址。

这种指令有两种可能

（1）无需任何操作数

（2）所有的操作数是默认的。

一地址指令是指令中只给出一个地址，该地址既是操作数的地址，又是操作结果的存储地址。

2.指令系统的寻址方式，其中哪些属于存储器寻址：

指令系统的寻址方式包括直接寻址，寄存器寻址，基址寻址，变址寻址，间接寻址，相对寻址，立即数和堆栈寻址。

其中，直接寻址，基址寻址，变址寻址，间接寻址，相对寻址，堆栈寻址属于存储器寻址。

3.某指令系统指令长16位，每个操作数的地址码长6位，指令分为无操作数、单操作数和双操作数三类。

若双操作数指令有K条，无操作数指令有L条，问单操作数指令最多可能有多少条？

解：

[（2的四次方—K）2的六次方—X]*2的六次方=L，解出X=（2的四次方—1024）*2的六次方—L/2的六次方

4.某计算机有10条指令，其使用频率分别为0.35、0.20、0.11、0.09、0.08、0.07、0.04、0.03、0.02、0.01，试用霍夫曼编码规则对操作码进行编码，并计算平均代码长度。

解：

0.35*1+0.20*2+0.11*3+0.09*4+0.08*5+0.07*6+0.04*7+0.03*8+0.02*9+0.01*9=3.05位

5.RISC是精简指令系统计算机，CISC是复杂指令系统计算机。

CISC与性能相当的RISC相比需要更多芯片，而对电路的延迟时间来讲，芯片内部、芯片之间与插件版之间的电路，其延迟时间差别很大，这也会影响CISC的速度。

RISC的特点：

优先选取使用频率较高的简单指令以及有用而不复杂的指令；指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。

只有取数/存数指令访问存储器，数据在寄存器和存储器之间传送。

其余指令的操作都在寄存器之间进行；CPU中通用寄存器数量相当多。

算术逻辑运算指令的操作数都在通用寄存器中存取；大部分指令在一个或小于一个机器周期内完成；以硬布线控制逻辑为主，不用或少用微码控制；一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间。

第六章.

1.Cpu的组成：

运算器和控制器。

2.控制器（或cpu）的作用：

取指令，分析指令，执行指令，控制程序和数据的输入与结果输出，对异常情况和某些请求的输出与结果输出，对异常情况和某些请求的处理。

3.组成控制器的主要部件：

程序计数器（PC），指令寄存器，指令译码器或操作码译码器，脉冲源及启停线路，时许控制信号形成部件。

4.Pc的用途，其工作特点是什么：

用途：

在某些计算机中用来存放当前正在执行的指令地址，在另一些计算机中则用来存放即将要执行的下一条指令地址。

工作特点：

有两种途径来形成指令地址，其一是顺序执行的情况，通过程序计数器加1形成下一条指令地址，其二是遇到需要改变顺序执行程序的情况，一般有转移指令形成转移地址送往程序计数器，作为下一条指令的地址。

5.控制器处理指令的步骤：

加法指令：

1从存储器取指令，送入指令寄存器，并进行操作码译码2计算数据地址，将计算得到的有效抵制送地址寄存器AR3到存储器取数4进行加法运算，结果送寄存器，并根据运算结果置状态位N,Z,V,C

6.微指令的结构：

同时发出的控制信号所执行的一组位操作。

7.微程序控制器的工作原理、结构图、核心部件：

8.直接编译控制型微指令的分段编码规则：

在位指令的控制字段中，每一位代表一个微指令，在设计微指令时，是否发出某个微命令，只要将控制字段中相应位置成1或0，这样就可以打开或关闭某个控制门。

9.硬布线控制器的结构，核心部件：

结构：

核心部件：

微程序控制器与硬布线控制器的比较：

（1）实现。

微程序的控制功能是在控制存储器和微指令寄存器直接控制下实现的，而硬部件控制则由逻辑门组合实现。

（2）性能。

为程序控制速度比硬部件控制低。

10.水平性微指令与垂直型微指令、比较：

11.什么是流水线技术，与常规处理方式进行比较：

含义：

控制器适度恰当，让各个部门紧张工作，从而提高计算机运行速度的技术。

比较：

常规处理方式：

机器的各部分在某些周期内在进行操作，而在某些周期内是空闲的。

第七章

1.存储系统的层次结构：

cache—主存—辅存三级存储层次。

2.为什么分层：

为了解决速度容量与价格之间的平衡，为了提高CPU速度。

3.cache的地址映像法：

直接映象，全相联映像，组相联映像。

比较：

直接映象的优点是实现简单，缺点是不够灵活。

全相联映像是最灵活但成本最高的一种方式。

组相联映像是直接映象和全相联映像方式的一种折衷方案，其性能与复杂性介于直接映象和全相联映像两种方式之间。

4.cache的的读写操作方法：

命中（写主存，写cache），未命中（直接写主存）

5.cache的块替换算法：

先进先出（FIFO）算法（实现容易，开销小）；近期最少使用算法（平均命中率比FIFO高，但是硬件实现比较麻烦）；随机替换法（RAND）（性能比根据使用情况的替换算法差）

cache由硬件管理又叫cache控制器。

6.虚拟存储器的作用：

用于弥补主存容量不足。

虚拟存储器由（系统）软件（辅以硬件）管理，负责放在主存中。

在段页式存储器中逻辑地址向实地址的转换。

页表存放在主存中。

7.计算机系统层次结构：

（1）是微程序级

（2）传统机器级（3）操作系统级（4）汇编语言级（5）高级语言级6、应用语言级

第八章

1.已知磁盘磁道数，扇区数及扇区容量，计算磁盘容量：

磁盘总容量=盘面数×磁道数（柱面数）×扇区数×扇区容量磁道数=（外半径-内半径）×道密度

2.已知磁盘组的位密度、道密度和内外道的半径、盘片数，如何计算容量：

磁道容量=（外/内）位密度×（外/内）周长

3.在上面条件下，再加上已知转速，如何计算数据传输率：

传输率=记录密度×记录介质的运动速度

例题：

8.5设磁盘组有11个盘片，每个盘片有２个纪录面，存储区内直径2.36英寸，外直经5.00英寸，道密度为1250TPI，内层位密度54200bpi，转速为2400rpm。

问：

（１）共有多少个存储面可用？

　答：

20个面可用．

（２）共有多少个柱面？

　答：

道密度×（外直径-内直径）/2=1250TPI×（5.00-2.36）/2=1650

（３）每道存储多少字节？

盘组的总容量是多少？

每道存储字节=周长×位密度=3.14×2.36×52400=388304位=48538字节

总容量=1650×20×48538字节=1.6GB　　　

（４）数据传输率是多少？

　答：

数据传输率=线速度×位密度=（2400/60）×3.14×2.36×52400=15532198位/秒=1941524字节/秒　　　　　

（５）每扇区存储2K数据，在寻址中如何表示磁盘地址？

计算扇区个数：

磁道容量／每扇容量=48538/2048=24扇

磁盘地址：

磁头号+柱面号+扇区号，磁头20个，占用5位，柱面1650，占用11位，扇区号24，占用５位．　　　

4.组织磁记录格式（波形图），哪几种具备字同步能力

第九章

1.主要输入设备：

键盘、图形输入设备、图像输入设备、条形码、光学字符识

2.主要输出设备：

显示器、、打印设备、绘图机、语音输出

3.主要显示器：

阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子显示器

4.汉字的几种编码：

机内码、输入码、输出码

5.汉字编码规则：

整个字符集内每一个字符用4个8位或8个十六进制数表示（国际标准是16位，GBC是32位）

第十章

1.接口与端口的区别

2.接口的主要功能

（1）实现主机和外围设备之间的数据传送控制

（2）实现数据缓冲，以达到主机同外围设备之间的速度匹配（3）接受主机的命令，提供设备接口状态，并按照主机的命令控制设备

3.接口传送的三类信息：

接口传送的三类信息数据、状态。

4.控制数据传送的的几种方式（分程序控制和非程序控制），方式对比（从硬件和软件两方面）

（1）程序控制传送方式（软件传送方式）：

直接传送

查询传送

中断传送

（2）非程序控制传送方式（硬件传送方式）

DMA传送

I/O通道传送

I/O处理机传送，比较：

程序控制传送方式缺点是不保证数据传输的可靠性，优点是速度快，程序结构简单

5.中断的概念，中断的过程

“中断”是由I/O设备或其他非预期的急需处理的事件引起的，它使CPU暂时中断现在正在执行的程序，而转至另一服务程序去处理这些事件。

“中断的过程”：

（1）关中断

（2）保存断点和现场（3）判别中断源，转向中断服务程序（4）开中断（5）执行中断服务程序（6）退出中断

6.Dma的几种工作方式，特点比较

（1）CPU暂停方式：

传送效果好，减少DMA占用存储总线的时间，也即减少CPU暂停工作时间

（2）CPU周期窃取方式：

CPU暂停工作一个周期，然后继续执行程序（3）直接访问存储器工作方式：

标准的DMA工作方式，DMA的优先级高于CPU

7.总线分类（按信息、信息的传送方向）

一类是连接计算机内部各模块之间的总线，如连接CPU、存储器和I/O接口的总线，常用的有ISA总线、PCI总线和控制机的STD总线；另一类为系统之间或系统与外部设备之间连接的总线，常用的有RS232C、USB和IEEE1394等串行总线和ISA（IDE）和SCSI等并行总线