微機(jī)原理復(fù)習(xí)

微機(jī)原理復(fù)習(xí)第一章計(jì)算機(jī)由硬件和軟件兩大部分組成馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器和輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成指令和數(shù)據(jù)以同等的地位存放于存儲(chǔ)器內(nèi)，并可以按地址尋訪指令和數(shù)據(jù)均可以用二進(jìn)制代碼表示指令由操作碼和地址碼組成指令在存儲(chǔ)器內(nèi)按順序存放機(jī)器以運(yùn)算器為中心3.現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)已轉(zhuǎn)化為以存儲(chǔ)器為中心4.計(jì)算機(jī)各個(gè)部分的功能：運(yùn)算器用來完成算數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算的中間結(jié)果暫存在運(yùn)算器內(nèi)存儲(chǔ)器用來存放數(shù)據(jù)和程序控制器用來控制、指揮程序和數(shù)據(jù)的輸入、運(yùn)行以及處理運(yùn)算結(jié)果輸入設(shè)備用來將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換為機(jī)器能識(shí)別的信息形式，常見的有鍵盤和鼠標(biāo)等輸出設(shè)備可將機(jī)器運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為人們熟悉的信息形式，如打印輸出，顯示器輸出等5.機(jī)器字長是指CPU一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與CPU的位數(shù)有關(guān)第二章微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展很大程度上取決于微處理器的發(fā)展，而微處理器的發(fā)展又取決于芯片集成度和處理器主頻的提高CAD：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAM：計(jì)算機(jī)輔助制造CIMS：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)人工智能是專門研究如何使用計(jì)算機(jī)來模擬人的智能的技術(shù)第三章計(jì)算機(jī)五大部件之間的連接方式有兩種：分散連接：各部件之間使用單獨(dú)的連線總線連接：將各部件連接到一組公共信息傳輸線上按系統(tǒng)總線傳輸信息的不同分為三種：數(shù)據(jù)總線（DB）：用來傳輸各功能部件之間的數(shù)據(jù)信息，雙向傳輸，與機(jī)器字長、存儲(chǔ)字長有關(guān)地址總線（AB）：指出數(shù)據(jù)總線上的源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)在主存單元的地址或I/O設(shè)備的地址，單向傳輸，地址線的位數(shù)與存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)有關(guān)控制總線（CB）：發(fā)送控制命令或狀態(tài)信息，對(duì)于單一控制線來說是單向的，對(duì)于控制線總體來說是雙向的總線結(jié)構(gòu)：(1)單總線結(jié)構(gòu)：CPU，主存，I/O設(shè)備掛到一組總線上精選文庫雙總線結(jié)構(gòu)：存儲(chǔ)總線連接CPU，主存；輸入輸出總線建立CPU和I/O設(shè)備連接三總線：主存總線用于CPU與主存之間的傳輸，I/O總線供CPU與各類I/O設(shè)備之間傳遞信息，DMA總線用于高速I/O設(shè)備（磁盤，磁帶等）與主存之間交換信息總線控制包括判優(yōu)控制（或稱仲裁邏輯）和通信控制常見的控制優(yōu)先權(quán)的仲裁方式有以下三種：鏈?zhǔn)讲樵儯弘x總線近的有優(yōu)先級(jí)，易擴(kuò)充而且敏感計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢：不如鏈?zhǔn)讲樵兠舾校黾恿丝刂凭€，方式復(fù)雜獨(dú)立請(qǐng)求方式：響應(yīng)速度快，優(yōu)先次序控制靈活，控制線數(shù)量多，總線控制更復(fù)雜完成一次總線操作的時(shí)間稱為總線周期，可分為以下四個(gè)階段：(1)申請(qǐng)分配階段(2)尋址階段(3)傳數(shù)階段(4)結(jié)束階段總線通信的四種方式：同步通信：通信雙方統(tǒng)一時(shí)標(biāo)控制數(shù)據(jù)傳送稱為同步通信異步通信：采用問答式，沒有公共的時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)半同步：同步異步相結(jié)合分離式：充分挖掘系統(tǒng)總線每個(gè)瞬間的潛力題3.4為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？答：總線上的設(shè)備有主設(shè)備和從設(shè)備，當(dāng)總線有多個(gè)主設(shè)備時(shí)，需要總線判優(yōu)控制解決多個(gè)主設(shè)備同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問題；常見的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵?、?jì)數(shù)器查詢、獨(dú)立請(qǐng)求；鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感；計(jì)數(shù)器查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制過程較復(fù)雜；獨(dú)立請(qǐng)求方式判優(yōu)速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。題3.14設(shè)總線的時(shí)鐘頻率為8MHz，一個(gè)總線周期等于一個(gè)時(shí)鐘周期。如果一個(gè)總線周期中并行傳送16位數(shù)據(jù)，試問總線的帶寬是多少？答：總線寬度 =16位/8=2B總線帶寬 =8MHz×2B=16MB/s第四章存儲(chǔ)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在緩存-主存和主存-輔存這兩個(gè)存儲(chǔ)層次上存儲(chǔ)容量是指主存能存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù)：存儲(chǔ)容量=存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)*存儲(chǔ)字長它的容量也可以用字節(jié)總數(shù)來表示：存儲(chǔ)容量=存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)*存儲(chǔ)字長/8— 2精選文庫存儲(chǔ)速度：是由存儲(chǔ)時(shí)間和存儲(chǔ)周期來表示的存儲(chǔ)器帶寬：表示單位時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)器存取的信息量靜態(tài)SRAM：電源掉電后，原存信息丟失，故它屬易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)DRAM基本單元電路有三管式和單管式兩種，他們共同的特點(diǎn)是靠電容來存儲(chǔ)電荷的原理來寄存信息Cache——主存地址映射：直接映射：i=jmodC或i=jmod2*c全相聯(lián)映射組相聯(lián)映射：i=jmodQ題4.6某機(jī)字長為32位，其存儲(chǔ)容量是64KB，按字編址它的尋址范圍是多少？若主存以字節(jié)編址，試畫出主存字地址和字節(jié)地址的分配情況。答：存儲(chǔ)容量是64KB時(shí)，按字節(jié)編址的尋址范圍就是64KB則：按字尋址范圍=64K×8/32=16K字題4.8試比較靜態(tài) RAM和動(dòng)態(tài)RAM。答：特性SRAMDRAM存儲(chǔ)觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新不需要需要地址復(fù)用無有運(yùn)行速度快慢集成度低高功耗高低適用場(chǎng)合Cache大容量主存題4.9什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。答：刷新——對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過程；刷新原因——因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種——集中式、分散式、異步式；集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新；分散式：在每個(gè)讀/寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，無CPU訪存死時(shí)間；異步式：是集中式和分散式的折衷。第五章中斷服務(wù)的流程：保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)——中斷服務(wù)（設(shè)備服務(wù)）——恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)——中斷返回2.程序中斷克服了程序查詢方式中 CPU的“踏步”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了 CUP與I/O的— 3精選文庫并行工作，提高了 CPU的資源利用率題5.1I/O有哪些編址方式？各有何特點(diǎn)？答：常用的I/O編址方式有兩種：I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址和I/O獨(dú)立編址；特點(diǎn)：統(tǒng)一編址方式I/O設(shè)備和主存占用同一個(gè)地址空間，不需要安排專門的I/O指令。I/O獨(dú)立編址方式時(shí)機(jī)器I/O地址與主存地址是兩個(gè)獨(dú)立的空間，CPU需要通過專門的I/O指令來訪問I/O地址空間。題5.3I/O設(shè)備與主機(jī)交換信息時(shí)，共有哪幾種控制方式？簡述它們的特點(diǎn)。答：（1）程序直接控制方式：也稱查詢方式，采用該方式，數(shù)據(jù)在 CPU和外設(shè)間的傳送完全靠計(jì)算機(jī)程序控制，CPU的操作和外圍設(shè)備操作同步，硬件結(jié)構(gòu)簡單，但由于外部設(shè)備動(dòng)作慢，浪費(fèi)CPU時(shí)間多，系統(tǒng)效率低（2）程序中斷方式：外設(shè)備準(zhǔn)備就緒后中斷方式豬肚通知 CPU，在CPU相應(yīng)I/O設(shè)備的中斷請(qǐng)求后，在暫停現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)為 I/O設(shè)備服務(wù)可明顯提高CPU的利用率，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和I/O設(shè)備的并行工作，但硬件結(jié)構(gòu)負(fù)載，服務(wù)開銷時(shí)間大（3）DMA方式與中斷方式一樣，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和I/O設(shè)備的并行工作，由于DMA方式直接依靠硬件實(shí)現(xiàn)貯存與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送，傳送期間不需要CPU程序干預(yù)，CPU可繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，因此CPU利用率和系統(tǒng)效率比中斷方式更高，但DMA方式的硬件結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。題5.11簡述I/O接口的功能和基本組成答：接口的功能有：1）選址功能2）傳送命令的功能3）傳送數(shù)據(jù)的功能4）反映設(shè)備狀態(tài)的功能接口的組成有：設(shè)備選擇電路、命令寄存器和命令譯碼器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器、設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記和控制邏輯電路第七章題7.1什么叫機(jī)器指令，什么叫指令系統(tǒng)？答：機(jī)器指令：是計(jì)算機(jī)能夠直接識(shí)別并執(zhí)行指令的指令指令系統(tǒng)：是全部機(jī)器指令的集合，一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有指令的集合叫指令系統(tǒng)題7.2什么叫尋址方式？— 4精選文庫答：尋址方式是確定本條指令的數(shù)據(jù)地址以及確定下一條要執(zhí)行的指令地址的方法。題7.3什么是指令字長、機(jī)器字長和存儲(chǔ)字長答：機(jī)器字長：：CPU一次能處理數(shù)據(jù)的最大位數(shù)，通常與CPU寄存器位數(shù)有關(guān)指令字長：一個(gè)指令字中包含二進(jìn)制代碼的位數(shù)存儲(chǔ)字長：一個(gè)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)一串二進(jìn)制代碼的位數(shù)注：1.指令由操作碼和地址碼組成，操作碼用來指明該指令要完成的操作，地址碼用來指出該指令的源操作數(shù)地址2.指令字長取決于操作碼長度，操作數(shù)地址的長度和操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)題7.9試比較間接尋址和寄存器間接尋址答：假設(shè)存儲(chǔ)字長=機(jī)器字長，兩者的尋址范圍相同（不考慮二次間址）間接尋址 EA=（A），寄存器間接尋址 EA=（Ri）寄存器間接尋址能有效縮短指令字長寄存器間接尋址能減少一次訪存操作題7.10試比較基址尋址和變址尋址答：相同：都可有效地?cái)U(kuò)大指令尋址范圍；有效地址計(jì)算類似EA=A+（BR）和EA=A+（IX）。不同：（1）基址尋址時(shí)，BR不變，A可變，變址尋址時(shí)，A不變，IX可變。（2）基址寄存器內(nèi)容通常由系統(tǒng)程序設(shè)定，變址寄存器內(nèi)容通常由用戶設(shè)定。（3）基址尋址適用于程序的動(dòng)態(tài)重定位，變址尋址適用于數(shù)組或字符串處理。題7.20什么是RISC？簡述它的主要特點(diǎn)。答：精簡指令集計(jì)算機(jī)（1）選取使用頻度較高的一些簡單指令以及一些很有用但又不復(fù)雜的指令，讓復(fù)雜指令的功能由頻度高的簡單指令的組合來實(shí)現(xiàn)。（2）指令長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少。（3）只有取數(shù)/存數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器，其余指令的操作都在寄存器內(nèi)完成（4）CPU中有多個(gè)通用寄存器。（5）采用流水線技術(shù)，大部分指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。采用超標(biāo)量和超流水線技術(shù)，可使每條指令的平均執(zhí)行時(shí)間小于一個(gè)時(shí)鐘周期。（6）控制器采用組合邏輯控制，不用微程序控制。（7）采用優(yōu)化的編譯程序?！?5精選文庫題7.21比較RISC和CISC答：（1）指令系統(tǒng)：RISC設(shè)計(jì)者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效的特色。對(duì)不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在RISC機(jī)器上實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)，效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)和彌補(bǔ)。而CISC計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。因此，處理特殊任務(wù)效率較高。（2）存儲(chǔ)器操作：RISC對(duì)存儲(chǔ)器操作有限制，使控制簡單化；而CISC機(jī)器的存儲(chǔ)器操作指令多，操作直接。（3）程序：RISC匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)；而CISC匯編語言程序編程相對(duì)簡單， 科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計(jì)相對(duì)容易，效率較高。（4）中斷：RISC機(jī)器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷；而CISC機(jī)器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷。（5）CPU：RISCCPU包含有較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISCCPU包含有豐富的電路單元，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。（6）設(shè)計(jì)周期：RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡單，布局緊湊，設(shè)計(jì)周期短，且易于采用最新技術(shù)；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長。（7）用戶使用：RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)特殊功能容易。（8）應(yīng)用范圍：由于RISC指令系統(tǒng)的確定與特定的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，故RISC機(jī)器更適合于專用機(jī)；而CISC機(jī)器則更適合于通用機(jī)。第八章CPU中的寄存器可見的：通用寄存器，數(shù)據(jù)寄存器，地址寄存器，條件寄存器CPU中的寄存器可見的：MAR（存儲(chǔ)器地址寄存器），MDR（存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器），PC（程序計(jì)數(shù)器），IR（指令寄存器）CPU實(shí)質(zhì)包括運(yùn)算器控制器兩大部分指令周期：CPU每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間，即CPU完成一條指令的時(shí)間一個(gè)完整的指令周期包括取指，間址，執(zhí)行和中斷四個(gè)子周期題8.1CPU有哪些功能？答：指令控制、操作控制、時(shí)間控制、數(shù)據(jù)加工、處理中斷相應(yīng)部件：寄存器、控制器、運(yùn)算器、中斷系統(tǒng)題8.2什么是指令周期？指令周期是否有一個(gè)固定值？為什么？答：指令周期是指一條指令從開始取指令直到指令執(zhí)行完這段時(shí)間。由于計(jì)算機(jī)中各種指令執(zhí)行所需的時(shí)間差異很大，不同指令的指令周期長度都是不一致的，也就是說指令周期對(duì)于不同的指令來說不是一個(gè)固定值?！?6精選文庫題8.3畫出指令周期的數(shù)據(jù)流，分別說明圖中各個(gè)子周期的作用。答：取值周期：在內(nèi)存中取出指令放到指令寄存器中間址周期：有間址操作時(shí)，計(jì)算操作數(shù)的地址執(zhí)行周期：指令的執(zhí)行中斷周期：斷點(diǎn)保護(hù)、關(guān)中斷、尋找中斷服務(wù)程序入口地址。題8.7什么叫系統(tǒng)的并行性？粗粒度并行和細(xì)粒度并行有何區(qū)別？答：系統(tǒng)并行性是在同一時(shí)刻或同一時(shí)間段內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的功能。粗粒度并行性一般用算法（軟件）實(shí)現(xiàn)，細(xì)粒度并行性一般用硬件實(shí)現(xiàn)。從計(jì)算機(jī)體系看，粗粒度并行是在多個(gè)處理機(jī)上分別運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，有多臺(tái)處理機(jī)合作完成一個(gè)程序。細(xì)粒度并行是在處理機(jī)的操作和指令級(jí)的并行性?！?7精選文庫第九章控制單元具有發(fā)出各種微操作命令（即控制信號(hào)）序列的功能MAR與地址總線相連，MDR與數(shù)據(jù)總線相連，PC存放現(xiàn)行指令的地址，IR存放現(xiàn)行指令不同的指令執(zhí)行周期的微操作是不同的：1）不訪問存儲(chǔ)器：非訪存指令：加法，存數(shù)，取數(shù)轉(zhuǎn)移類指令2）不訪問存儲(chǔ)器：訪存指令控制單元的輸入信號(hào)：時(shí)鐘，指令寄存器，標(biāo)志，來自總線的控制信號(hào)控制單元的輸出信號(hào)：CPU的控制信號(hào)，送至系統(tǒng)總線的信號(hào)多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)：反映了指令周期，機(jī)器周期，節(jié)拍（狀態(tài)）和時(shí)鐘周期的關(guān)系機(jī)器周期，節(jié)拍（狀態(tài)）組成了多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)?？刂茊卧芸刂埔粭l指令的實(shí)質(zhì)是：執(zhí)行一個(gè)確定的微操作序列的過