計算機組成原理期末復習資料

1、計算機組成原理?期末復習資料(一)復習資料及試題匯編 (00.1-01.7)一、數(shù)據(jù)表示、運算和運算器部件1. 將十進制數(shù) +107/128 和-52 化成二進制數(shù)， 再寫出各自的原碼、反碼、 補碼表示(符號位 和數(shù)值位共 8 位)。解： +107/128 = +6BH/80H = +1101011B/10000000B =+0.1101011-52 =-34H= - 110100原碼0110101110110100反碼0110101111001011補碼01101011110011002. 判斷下面的二元碼的編碼系統(tǒng)是有權(quán)還是無權(quán)碼，寫出判斷的推導過程。十進制數(shù) 二元碼的編碼000001 0

2、1112 01103 01014 01005 10116 10107 10018 10009 1111解：設(shè)4位二元嗎每位分別為 ABCD且假定其為有權(quán)碼。那么從4的編碼0100可求得B的位權(quán)為4;從8的編碼1000可求得A的位權(quán)為8;從7的編碼1001可求得D的位權(quán)為-1 ;從6的編碼1010可求得C的位權(quán)為-2 ； 再用ABCD勺位權(quán)分別為84-2-1來驗證112359的編碼值，結(jié)果均正確。所以，該編 碼系統(tǒng)為有權(quán)碼。3. 說明海明碼糾錯的實現(xiàn)原理。為能發(fā)現(xiàn)并改正一位、也能發(fā)現(xiàn)二位錯，校驗位和數(shù)據(jù)位在位數(shù)上應滿足什么關(guān)系？解：(1) 海明碼是對多個數(shù)據(jù)位使用多個校驗位的一種檢錯糾錯編碼方案

3、，。它是對每個校驗位采用偶校驗規(guī)那么計算校驗位的值，通過把每個數(shù)據(jù)位分配到幾個不同的校驗位的計算 中去。假設(shè)任何一個數(shù)據(jù)位出錯，必將引起相關(guān)的幾個校驗位的值發(fā)生變化，這樣也就 可以通過檢查這些校驗位取值的不同情況，不僅可以發(fā)現(xiàn)是否出錯，還可以發(fā)現(xiàn)是哪 一位出錯，從而提供了糾錯檢錯的可能。(2) 設(shè)數(shù)據(jù)位為k，校驗位為r，那么應滿足的關(guān)系是 2r-1 >=k+r。4. 什么叫二 -十進制編碼？什么叫有權(quán)碼和無權(quán)碼？夠舉出有權(quán)、無權(quán)碼的例子。解：(1) 二 - 十進制編碼通常是指用 4 位二進制碼表示一位十進制數(shù)的編碼方案。(2) 有權(quán)碼是指 4位二進制碼中，每一位都有確定的位權(quán)， 4位的位

4、權(quán)之和代表該十進制 的數(shù)值。例如 8421 碼從高到低 4 位二進制碼的位權(quán)分別為 8、4、2、1;無權(quán)碼那么相反，4位二進制碼中，每一位都沒有確定的位權(quán)，只能用4位的總的狀態(tài)組合關(guān)系來表示該十進制數(shù)值。例如循環(huán)碼就找不出4個二進制位中的每一位的位權(quán)。5. ：X補=010111101,Y補=011010101,計算X+Y補，X-Y補。并判斷溢出。 解：-Y補=/y補+1= 100101010+1=10010101100 10111101( +189)+)00 11010101(+213)0110010010( +402) X+Y #=X補+Y補=01 10010010,結(jié)果出現(xiàn)上溢。00 10

5、111101(+189)+) 11 00101011(-213 )1111101000 (-24 ) X-Y補=X補-Y補=11 11101000,計算結(jié)果無溢出。6.：X=0.1101,Y=-0.1011，利用原碼一位乘法實現(xiàn) X*Yo解:高位局部積低位局部積/乘數(shù)00 0000 1011+)00 110100 1101t 00 0110)00 1101110101 0011t 00 10011110+)00 0000001001t 00 01001111+)00 110101 0001t 00 10001111結(jié)果符號位為負， X*Y=100011117. P91例題328. 設(shè)A= -

6、0.101101*2- ,B= 0.101001*2-,先將A B表示為規(guī)格化的浮點數(shù)。要求階碼用4位(含階符號)移碼表示，尾數(shù)用 8位(含浮點數(shù)的符號)原碼表示，再寫出 A+B 的計算步驟和每一步的運算結(jié)果。解：-0.101101*2-3 的浮點數(shù)的格式為：1 0101 1011010 或 0 101 1 1011010 0.101001*2 -的浮點數(shù)的格式為：0 0110 1010010 或 0 110 0 1010010計算A+B (雙符號位補碼相加)(1) 求階差：| E|=|0101-0110|=0001(2) 對階： A 變?yōu)?1 0110 01011010(3 )尾數(shù)相加：11

7、 10100110(補碼)+ 00 101001000 0100101(4) 規(guī)格化：左規(guī)，尾數(shù)為 0 1001010,階碼為0101(5) 無舍入操作，也沒有溢出。計算結(jié)果為：0 0101 1001010，即 +1001010*2-39. 浮點數(shù)階碼選用移碼表示有何優(yōu)點？浮點數(shù)表示中的隱藏位技術(shù)的作用是什么？在什么時刻完成對隱藏位的處理？當尾數(shù)選用補碼表示時，如何表示十進制數(shù)-0.5 ,才能滿足規(guī)格化表示的要求。解：1移碼表示有利于表示和處理浮點數(shù)的機器零或簡化機器中的判0 線路。2隱藏位是指可以把規(guī)格化浮點數(shù)的尾數(shù)最高位的值原碼時為1，補碼時為與符號位相反省去，以提高一位二進制尾數(shù)的表示精

8、度。這一處理應出現(xiàn)在保存俘點數(shù)到存 儲器之前隱藏 ，或從存儲器讀俘點數(shù)到運算器中恢復的時刻來進行。3 -0.5 應表示為 -1*2 -110. 說明定點運算器的功能組成以及乘商存放器的主要功能。解：1功能是完成算術(shù)運算和邏輯運算的數(shù)據(jù)加工部件。2組成： 1算術(shù)邏輯運算部件 ALU； 2一組通用存放器； 3乘商存放器專用的串行 存放器；4實現(xiàn)各部件之間的相互連接和數(shù)據(jù)傳送的多路選擇器，以及接受外部數(shù)據(jù)輸入和送出運算結(jié)果的邏輯電路。3乘商存放器的主要功能是實現(xiàn)硬件的乘除法指令和自身的左右移位。11舉例說明ALU通常提供的至少5種運算能力？運算器使用多累加器的好處是什么？乘商寄 存器的根本功能是什么

9、？解：1ALU 提供加、減、與、或、異或等算術(shù)運算和邏輯運算。2使用多累加器有利于減少運算器執(zhí)行運算過程中訪問內(nèi)存存儲器的次數(shù)，即可把一些 中間結(jié)果暫存在累加器中，有利于提高計算機系統(tǒng)的運行效率。3乘商存放器的最根本功能是支持硬件乘法和除法指令的快速運算。 在乘法指令運算時， 開始存乘數(shù)，最后那么是乘積的低位局部。在除法指令運算時，開始存被除數(shù)的地位局部， 最后那么是商。其支持左右移位，用戶在程序中不能訪問它。12. 畫出一個相對完整的定點數(shù)運算器組成框圖，包括輸入輸出數(shù)據(jù)和根本控制信號。略二、指令、指令系統(tǒng)和控制器部件1. 在設(shè)計指令系統(tǒng)時，通常應從哪 4個方面考慮？ *P1372. 舉例說

10、明計算機中常用的四種尋址方式 存放器尋址， 存放器間接尋址， 變址尋址， 堆棧 尋址，從形式地址到得到操作數(shù)的尋址處理過程。解：1存放器尋址，形式地址為存放器名或編號 ，存放器中的內(nèi)容為操作數(shù)；2存放器間接尋址，形式地址為存放器名或編號 ，存放器中的內(nèi)容為操作數(shù)的地址， 再讀一次內(nèi)存得到操作數(shù)。3變址尋址，形式地址為變址存放器名或編號和變址偏移值，把變址存放器中內(nèi)容 與變址偏移值相加得到操作數(shù)的地址，再讀一次內(nèi)存得到操作數(shù)。4堆棧尋址， 通常形式地址為將寫入堆棧的、 或接收堆棧讀出內(nèi)容的存放器名 或編號，指令中不直接給出內(nèi)存地址，用默認堆棧指針SP,修改SP操作。3. 原理性地說明： ADDR

11、0,R1SUB R3,R2 、條件相對轉(zhuǎn)移 子程序調(diào)用 指令的指令格式和執(zhí)行步驟。解：ADD RO, R1:指令中給出操作碼和 R0 R1的編號；指令執(zhí)行步驟：1程序計數(shù)器PC的內(nèi)容送地址存放器；2 讀內(nèi)存，讀出內(nèi)容送指令存放器 IR； PC內(nèi)容+1 增量；3RO R1送ALU, ALU執(zhí)行加運算，運算結(jié)果存回 R0存放器； 保存運算結(jié)果的特征狀態(tài)； 4檢查有無中斷請求,有,那么響應中斷,無那么轉(zhuǎn)入下一 條指令的執(zhí)行過程。(2) 條件相對轉(zhuǎn)移指令：指令中給出操作碼和相對轉(zhuǎn)移后的地址。指令的執(zhí)行步驟：1)程序計數(shù)器(PC的內(nèi)容送地址存放器；2 )讀內(nèi)存，讀出內(nèi)容送指令存放器 (IR ); PC內(nèi)

12、容+1 (增量);3)執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令時，要判別指定的條件，假設(shè)為真，才執(zhí)行： 尚未修改的PC內(nèi)容送ALU,相對轉(zhuǎn)移偏移值送 ALU ALU執(zhí)行加操作，結(jié)果送入 PC; 否那么順序執(zhí)行下條指令。 4)檢查有無中斷請求，有，那么響應中斷，無那么轉(zhuǎn)入下一條 指令的執(zhí)行過程。4. 原理性說明條件轉(zhuǎn)移指令和無條件轉(zhuǎn)移指令的相同點和不同點。子程序調(diào)用與轉(zhuǎn)移指令的區(qū)別是什么？解：( 1)相同點是：都必須在指令中給出轉(zhuǎn)移地址；不同點是：條件轉(zhuǎn)移指令還必須在 指令中給出判斷是否執(zhí)行轉(zhuǎn)移所依據(jù)的條件。( 2)區(qū)別在于：子程序調(diào)用指令轉(zhuǎn)移后還有個對應的返回的操作；二一般轉(zhuǎn)移指令不 涉及轉(zhuǎn)移后是否和如何再次返回。5

13、. 簡要說明組合控制器應由哪幾個功能部件組成。解：組合邏輯控制器由以下幾個部件組成：(1) 由組合邏輯電路組成的時序控制信號產(chǎn)生部件直接形成并提供控制計算機各部件協(xié)同 運行所需要的時序控制信號。 (取代微程序的控存)(2) 由節(jié)拍發(fā)生器提供執(zhí)行指令的步驟(時序)標記信號和時序信號(取代下地址形成部件)(3) 由操作碼譯碼器輸出用于標識不同的指令，并與節(jié)拍發(fā)生器和其它控制條件信號共同 形成全部時序控制信號。6. 在微程序控制器中，通常有哪 5 種得到下一條微指令地址的方式？( p163)7. 說明組合邏輯控制器與微程序控制器在組成和原理上異同處及優(yōu)缺點。解：(1) 相同之處： 1)根本功能相同，

14、即提供計算機各個部件協(xié)同運行所需的控制信號；2)根本組成也相同，即 PC、IR 及幾個步驟完成每一條指令的具體功能。(2) 不同之處： 1)處理指令執(zhí)行步驟方法不同：組合邏輯控制器是利用節(jié)拍發(fā)生器的節(jié)拍 信號區(qū)分指令執(zhí)行步驟；而微程序控制器是通過微指令地址的銜接區(qū)分指令執(zhí)行步驟； 2)提供控制信號的方案不同：組合邏輯控制器采用組合邏輯電路直接產(chǎn)生控制信號； 微程序控制器是通過微地址譯碼器找到控存單元，取出的微指令才是控制信號。8. 簡要說明組合邏輯控制器中的節(jié)拍發(fā)生器的作用是什么？簡述其運行原理。(略)三、多級結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)1. 說明多級結(jié)構(gòu)存儲器是建立在什么原理之上的？什么是多級結(jié)構(gòu)存儲器

15、相同中的一致性 原那么和和包含性原那么？解：(1) 多級結(jié)構(gòu)的存儲器是建立在局部性原理之上的， 即即在一小段時間內(nèi)運行的程序只使 用少量的指令和數(shù)據(jù)，而該指令和數(shù)據(jù)又往往集中在存儲器的一小片存儲區(qū)中，且順 序執(zhí)行較轉(zhuǎn)移執(zhí)行比例大。因此可按所使用指令和數(shù)據(jù)的急迫和頻繁程度將其存入容 量、速度和價格不同的存儲器中，從而取得更高的性能價格比。(2) 一致性原那么是指保存在不同級的存儲器中的同一數(shù)據(jù)必須有相同的值。 包含性原那么是 指保存在內(nèi)層的存儲器中的數(shù)據(jù)一定也保存在外層存儲器中。2. 說明采用多級結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)的目的？使用多體結(jié)構(gòu)的主存儲器的目的？解：(1)采用三級結(jié)構(gòu)的目的是：Cache-主

16、存層次結(jié)構(gòu)用于解決 CPU與主存間速度不匹配問 題，使系統(tǒng)具有主存容量和接近于 Cache 速度；虛擬存儲器 -主存層次結(jié)構(gòu)用于解決主 存容量小、運行本錢高的問題，使系統(tǒng)具有輔存容量和接近主存速度，且造價和運行 本錢低。(2) 使用多體結(jié)構(gòu)的目的是：實現(xiàn)主存儲器的并行讀寫，即在一個存取周期或略多的時間 內(nèi)并行讀取多個字，以提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。3. DRAM和SRAM器件的特性有那些主要區(qū)別？各自主要應用在什么地方？(略P266)4. 說明主存儲器、高速緩存、虛存各自的組成及優(yōu)缺點。解：(1)組成：主存儲器通常由動態(tài)存儲器DRAM芯片組成；高速緩存是由靜態(tài)存儲器 SRAM組成；而虛存是由快速磁盤

17、設(shè)備中的一片存儲區(qū)組成。(2)比較： 1)在存取時間上高速緩存最快，虛存最慢，主存在其間；2)在處處容量上高速緩存最小，虛存最大，而主存在其間；3)在存儲本錢上高速緩存最高，虛存最低，而主存在其間。5. 說明高速緩存的組成、 工作原理、 映像方式、優(yōu)缺點。 衡量高速緩存的最重要的指標是什么？解：(1) 高速緩存是由容量小、速度塊的靜態(tài)存儲器器件組成。其工作原理如下：1)CPU將主存信息讀入 CPU的同時也寫入 Cache的數(shù)據(jù)字段，并將該數(shù)據(jù)所對應的主 存地址寫入標志字段。2)CPU下次訪問主存時，先將該地址與標志字段的內(nèi)容相比較， 假設(shè)地址值相同，那么數(shù)據(jù)內(nèi)容即為要讀的數(shù)據(jù)，可直接訪問Cac

18、he,且有效位字段置 1(命中)；否那么，再訪問主存，有效位字段置0。 3)利用算法將非命中的數(shù)據(jù)逐步替換掉。4)根據(jù)局限性原理，CPU訪問的絕大局部信息可直接從Cache中得到。(2) 映像方式有： 1 )全相聯(lián)映像,即將主存的一個字塊可以映像到整個 Cache 的任何一個字塊。靈活性大,但線路過于復雜,本錢太高；2)直接映像,即將主存的一個字塊只能映像到Cache確實定一個字塊。線路簡單，本錢低，但靈活性差，影響命中率；3)多組相聯(lián)映像即將 Cache 分為假設(shè)干組,每個組含假設(shè)干個多體。是前兩著方式的折中方 案,命中率較高,線路也不太復雜。( 3)衡量高速緩存的最重要的指標是它的命中率。

19、6. 說明一次性寫光盤的組成與工作原理。解：(1) 由光盤機和盤片組成。 其中光盤機由激光器、 光束別離器、 光聚焦鏡、 主軸驅(qū)動機構(gòu)、 讀寫頭及尋道定位機構(gòu)組成,盤片由基板、鋁質(zhì)反射層和薄金屬膜組成。(2) 工作原理：激光器產(chǎn)生一定強度的激光束,經(jīng)光束別離器將激光束別離為寫光束和 讀光束兩局部。寫入時,寫光束通過跟蹤反射鏡和聚焦鏡實現(xiàn)尋道定位,將很細的光 束照射到指定光盤位置,在金屬膜上融化出一個小坑,表示已完成1 信號的寫入；讀出時,讀光束也照射到該光盤位置,將是否有無小坑通過反射光的強弱并光電轉(zhuǎn)換器 復原為 1 、 0 信號。7. 使用磁盤陣列的目的是什么？ RADI0, 各有什么樣的容

20、錯能力？解：(1) 使用磁盤陣列的目的是通過多個統(tǒng)一管理和調(diào)度的物理盤,得到比單個磁盤高大的存儲容量、更快的讀寫速度、更高的容錯能力和更好的性能價格比。(2)RAID0 無容錯能力； RADI1 是鏡像工作方式, 每個數(shù)據(jù)都寫到兩個磁盤中, 容錯能力強； RADI4和RADI5都是拿出N個磁盤總?cè)萘康?/N保存奇偶校驗信息，有容錯能力，磁 盤存儲容量的有使用效率也較高。8. 用16K*8的SRAM實現(xiàn)64k*16的主存系統(tǒng)，按字尋址，設(shè)計該主存的邏輯圖， 并說明總 線解：1邏輯圖 用4片16k*8的SRAM可實現(xiàn)字擴展，2片實現(xiàn)位擴展，故共需要8片SRAM要尋址64K 字，內(nèi)存地址應為16位。

21、CPU與內(nèi)存字長為16位，故數(shù)據(jù)總線也應為 16位。四、輸入/輸出設(shè)備與輸入/輸出系統(tǒng)1. 比較針式、噴墨和激光打印機的優(yōu)缺點和主要應用場合。解：1針式打印機的印字機械裝置是多個用電磁鐵控制的打印針。打印速度慢，噪聲大，打印質(zhì)量一般。多用于質(zhì)量要求不高且希望價格較低的場合。2噴墨打印機是非擊打式打印機。打印速度較快，噪聲低，打印質(zhì)量較高。多用于彩色 打的場合。3激光打印機也是非擊打式打印機。打印速度更快，噪聲低，打印質(zhì)量更高。多用于要 求打印質(zhì)量較高的場合，高檔的激光打印機在電子照排印刷系統(tǒng)中得到了普遍的應用。2. 說明激光打印機的原理性組成及完成打印操作的運行過程。解：1組成：帶電器、記錄鼓

22、、印字機控制器、碳粉盒、打印紙及走紙機構(gòu)、激光掃描系統(tǒng)、轉(zhuǎn)印裝置以及加熱局部等。2運行過程：帶電器將記錄鼓外表渡有一層感光材料且充滿一層電荷。由印字控制器將要打印的內(nèi)容形成點陣信息脈沖控制激光器系統(tǒng)輸出激光束，對作圓周運動的記錄鼓進行橫向重復掃描。掃描時激光器對鼓外表進行有選擇地暴光照相。被暴光局部釋放電荷，而未暴光局部仍保存電荷并使鼓外表形成“潛像潛影。當記錄鼓轉(zhuǎn)到碳粉盒時，帶靜電電荷的潛像局部信息區(qū)域被吸附上碳粉顯影。因打印紙的反面施以反向靜電荷，那么鼓外表上的碳粉由轉(zhuǎn)印裝置被吸附在打印紙上轉(zhuǎn)印。碳粉經(jīng)加熱部分加熱后將融化烘干后凝沾在打印紙上定影。記錄鼓每旋轉(zhuǎn)一周打印一頁內(nèi)容。在打印下一之

23、頁前去除掉鼓外表的碳粉和剩余的電荷。3. 說明通用可編程輸入/輸出接口中應包括哪些組成部件及各自的功能，并解釋通用和可編 程的含義。解：1通用可編程接口的組成與功能：1設(shè)備識別電路，用于 CPU尋找要用的設(shè)備；2控制命令存放器，用于存放CPU的控制命令；3狀態(tài)存放器，用于指出接口設(shè)備的運行狀態(tài)；4數(shù)據(jù)緩沖存放器，用于解決CPU與設(shè)備間交換數(shù)據(jù)時的速度匹配；5中斷邏輯電路，用于記憶中斷請求、處理中斷屏蔽、響應中斷及中斷處理等。2通用是指該接口電路具有多功能和用法；可編程是指可利用指令對該接口的功能、運行方式及控制參數(shù)進行設(shè)置。4. 說明DMA接口的組成與功能以及與通用接口的比較。解：(1) DMA 的組成與功能： 1)主存地址計數(shù)器，用于存放主存地址；2)數(shù)據(jù)數(shù)量計數(shù)器，用于存放傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量； 3)控制狀態(tài)邏輯，用于修改主存地址計數(shù)器和數(shù)據(jù)數(shù)量 計數(shù)器、指定傳送功能及協(xié)調(diào)CPU和DMA言號的配合與同步；4)請求觸發(fā)器，用于接收和記憶設(shè)備送來的請求數(shù)據(jù)傳送的信號； 5)數(shù)據(jù)緩沖存放器，用于存放高速設(shè) 備與主存間的數(shù)據(jù)；6)中斷機構(gòu)，用于實現(xiàn)中斷處理。(2) 結(jié)構(gòu)相似的是中斷機構(gòu)、數(shù)據(jù)緩沖存放器和控制狀態(tài)邏輯；其余結(jié)構(gòu)不同。5. 比較程序直接控制、程序中斷傳送和直接存儲器訪問方式在完成輸入輸出操作時的優(yōu)缺點。解：(1) 程序查詢方式是指在用戶程序中直接使用I