計算機組成原理簡答題及答案

1說明計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。計算機系統(tǒng)可分為：微程序機器級，一般機器級（或稱機器語言級），操作系統(tǒng)級，匯編語言級，高級語言級。3請說明SRAM的組成結(jié)構(gòu)，與SRAM相比，DRAM在電路組成上有什么不同之處？SRAM存儲器由存儲體、讀寫電路、地址譯碼電路、控制電路組成，DRAM還需要有動態(tài)刷新電路。4請說明程序查詢方式與中斷方式各自的特點。程序查詢方式，數(shù)據(jù)在CPU和外圍設(shè)備之間的傳送完全靠計算機程序控制，優(yōu)點是硬件結(jié)構(gòu)比較簡單，缺點是CPU效率低，中斷方式是外圍設(shè)備用來“主動”通知CPU，準備輸入輸出的一種方法，它節(jié)省了CPU時間，但硬件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一些。5指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，計算機如何從時間和空間上區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)。時間上講，取指令事件發(fā)生在“取指周期”，取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在“執(zhí)行周期”。從空間上講，從內(nèi)存讀出的指令流流向控制器（指令寄存器）。從內(nèi)存讀出的數(shù)據(jù)流流向運算器（通用寄存器）。6什么是指令周期？什么是機器周期？什么是時鐘周期？三者之間的關(guān)系如何？指令周期是完成一條指令所需的時間。包括取指令、分析指令和執(zhí)行指令所需的全部時間。機器周期也稱為CPU周期，是指被確定為指令執(zhí)行過程中的歸一化基準時間，通常等于取指時間（或訪存時間）。時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍脈沖或T周期，是處理操作的最基本單位。一個指令周期由若干個機器周期組成，每個機器周期又由若干個時鐘周期組成。7簡要描述外設(shè)進行DMA操作的過程及DMA方式的主要優(yōu)點。(1)外設(shè)發(fā)出DMA請求；（2）CPU響應(yīng)請求，DMA控制器從CPU接管總線的控制；（3）由DMA控制器執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送操作；（4）向CPU報告DMA操作結(jié)束。主要優(yōu)點是數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)速度快8在寄存器—寄存器型，寄存器—存儲器型和存儲器—存儲器型三類指令中，哪類指令的執(zhí)行時間最長？哪類指令的執(zhí)行時間最短？為什么？寄存器-寄存器型執(zhí)行速度最快,存儲器-存儲器型執(zhí)行速度最慢。因為前者操作數(shù)在寄存器中，后者操作數(shù)在存儲器中，而訪問一次存儲器所需的時間一般比訪問一次寄存器所需時間長。9說明計數(shù)器定時查詢工作原理。計數(shù)器定時查詢方式工作原理：總線上的任一設(shè)備要求使用總線時，通過BR線發(fā)出總線請求?？偩€控制器接到請求信號以后，在BS線為“0”的情況下讓計數(shù)器開始計數(shù)，計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路，當?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設(shè)備相一致時，該設(shè)備置“1”BS線，獲得總線使用權(quán)，此時中止計數(shù)查詢。10什么是刷新存儲器？其存儲容量與什么因素有關(guān)？為了不斷提供刷新圖像的信號，必須把一幀圖像信息存儲在刷新存儲器，也叫視頻存儲器。其存儲容量由圖像灰度級決定。分辨率越高，灰度級越多，刷新存儲器容量越大11外圍設(shè)備的I/O控制方式分哪幾類？各具什么特點？外圍設(shè)備的I/O控制方式分類及特點：程序查詢方式：CPU的操作和外圍設(shè)備的操作能夠同步，而且硬件結(jié)構(gòu)比較簡單程序中斷方式：一般適用于隨機出現(xiàn)的服務(wù)，且一旦提出要求應(yīng)立即進行，節(jié)省了CPU的時間，但硬件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一些。直接內(nèi)存訪問（DMA）方式：數(shù)據(jù)傳輸速度很高，傳輸速率僅受內(nèi)存訪問時間的限制。需更多硬件，適用于內(nèi)存和高速外設(shè)之間大批交換數(shù)據(jù)的場合。通道方式：可以實現(xiàn)對外設(shè)的統(tǒng)一管理和外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送，大大提高了CPU的工作效率。外圍處理機方式：通道方式的進一步發(fā)展，基本上獨立于主機工作，結(jié)果更接近一般處理機。13簡述CPU的主要功能。CPU主要有以下四方面的功能：指令控制：程序的順序控制，稱為指令控制。操作控制：CPU管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指令的操作信號，把各種操作信號送往相應(yīng)部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作。時間控制：對各種操作實施時間上的控制，稱為時間控制。數(shù)據(jù)加工：對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算處理，完成數(shù)據(jù)的加工處理。14集中式仲裁有幾種方式？特點--三種方式：鏈式查詢方式，(距離仲裁器最近的設(shè)備優(yōu)先級最高。)計數(shù)器定時查詢方式，（優(yōu)先級均等而且可以用程序改變。）獨立請求方式（響應(yīng)時間快）何謂分布式仲裁方式？分布式仲裁是以優(yōu)先級仲裁策略為基礎(chǔ)的仲裁方式。它不需要中央仲裁器，每個潛在的主方功能模塊都有自己的仲裁號和仲裁器。當它們有總線請求時，把它們唯一的仲裁號發(fā)送到共享的仲裁總線上，每個仲裁器將仲裁總線上得到的號與自己的號進行比較。如果仲裁總線上的號大，則它的總線請求不予響應(yīng)，并撤銷它的仲裁號。最后，獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上15什么是存儲保護？通常采用什么方法？當多個用戶共享主存時，為使系統(tǒng)能正常工作，應(yīng)防止由于一個用戶程序出錯而破壞其它用戶的程序和系統(tǒng)軟件，還要防止一個用戶程序不合法的訪問不是分給它的主存區(qū)域。為此，系統(tǒng)提供存儲保護。通常采用的方法是：存儲區(qū)域保護和訪問方式保護.16什么是RISC？RISC指令系統(tǒng)的特點是什么？RISC是精簡指令系統(tǒng)計算機，它有以下特點：選取使用頻率最高的一些簡單指令，以及很有用但不復(fù)雜的指令。指令長度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少。只有取數(shù)/存數(shù)指令訪問存儲器，其余指令的操作都在寄存器之間進行。大部分指令在一個機器周期內(nèi)完成。CPU中通用寄存器數(shù)量相當多。以硬布線控制為主，不用或少用微指令碼控制。一般用高級語言編程，特別重視編譯優(yōu)化工作，以減少程序執(zhí)行時間.17什么是閃速存儲器？它有哪些特點？閃速存儲器是高密度、非易失性的讀/寫半導(dǎo)體存儲器。從原理上看，它屬于ROM型存儲器，但是它又可隨機改寫信息；從功能上看，它又相當于RAM，所以傳統(tǒng)ROM與RAM的定義和劃分已失去意義。因而它是一種全新的存儲器技術(shù)。閃速存儲器的特點：（1）固有的非易失性，（2）廉價的高密度，（3）可直接執(zhí)行，（4）固態(tài)性能.18說明總線結(jié)構(gòu)對計算機系統(tǒng)性能的影響。（1）最大存儲容量單總線系統(tǒng)中，最大內(nèi)存容量必須小于由計算機字長所決定的可能的地址總線。雙總線系統(tǒng)中，存儲容量不會受到外圍設(shè)備數(shù)量的影響（2）指令系統(tǒng)雙總線系統(tǒng)，必須有專門的I/O指令系統(tǒng)單總線系統(tǒng)，訪問內(nèi)存和I/O使用相同指令（3）吞吐量總線數(shù)量越多，吞吐能力越大19什么是CISC？CISC指令系統(tǒng)的特點是什么？CISC是復(fù)雜指令系統(tǒng)計算機的英文縮寫。其特點是：1指令系統(tǒng)復(fù)雜龐大，指令數(shù)目一般多達2、3百條。2尋址方式多3指令格式多4指令字長不固定5可訪存指令不加限制6各種指令使用頻率相差很大7各種指令執(zhí)行時間相差很大8大多數(shù)采用微程序控制器19指令和數(shù)據(jù)均存放在內(nèi)存中，CPU如何從時間和空間上區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？從時間上講,取指令事件發(fā)生在“取指周期”，取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在“執(zhí)行周期”。從空間上講，從內(nèi)存讀出指令流流向控制器（指令寄存器）。從內(nèi)存讀出數(shù)據(jù)流流向運算器（通用寄存器）20主存儲器的性能指標有哪些？含義是什么？存儲器的性能指標主要是存儲容量.存儲時間、存儲周期和存儲器帶寬。在一個存儲器中可以容納的存儲單元總數(shù)通常稱為該存儲器的存儲容量。存取時間又稱存儲訪問時間，是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時間。存儲周期是指連續(xù)兩次獨立的存儲器操作（如連續(xù)兩次讀操作）所需間隔的最小時間。存儲器帶寬是指存儲器在單位時間中的數(shù)據(jù)傳輸速率21在計算機中，CPU管理外圍設(shè)備有幾種方式？CPU管理外圍設(shè)備有五種方式：（1）程序查詢方式（2）程序中斷方式（3）直接內(nèi)存訪問（DMA）方式（4）通道方式（5）外圍處理機方式-22簡要說明通用I/O標準接口SCSI的性能特點。1）SCSI接口總線有8條數(shù)據(jù)線、1條奇偶校驗線、9條控制線組成。使用50芯電纜，規(guī)定了兩種電氣條件：單端驅(qū)動和差分驅(qū)動。（2）總線時鐘頻率高。（3）SCSI接口總線以菊花鏈形式最多可接8臺設(shè)備。（4）每個SCSI設(shè)備有自己唯一的設(shè)備號ID=0—7。ID=7的設(shè)備有最高優(yōu)先權(quán)，ID=0的設(shè)備優(yōu)先權(quán)最低。采用分布式總線仲裁策略。（5）SCSI設(shè)備是指連接在SCSI總線上的智能設(shè)備，即除主適配器HBA外，其他SCSI設(shè)備實際是外設(shè)的適配器或控制器。（6）SCSI設(shè)備是智能設(shè)備，對SCSI總線以至主機屏蔽了實際外設(shè)的固有物理屬性，設(shè)備間可用一套標準命令進行數(shù)據(jù)傳送。(7)SCSI設(shè)備間是一種對等關(guān)系，而不是主從關(guān)系。23舉出CPU中6個主要寄存器的名稱及功能。CPU有以下寄存器：-1-指令寄存器（IR）：用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。-2-程序計數(shù)器（PC）：用來確定下一條指令的地址。-3-地址寄存器（AR）：用來保存當前CPU所訪問的內(nèi)存單元的地址。-4-緩沖寄存器（DR）：<1>作為CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站。<2>補償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的差別。<3>在單累加器結(jié)構(gòu)的運算器中，緩沖寄存器還可兼作為操作數(shù)寄存器。-5-通用寄存器（AC）：當運算器的算術(shù)邏輯單元（ALU）執(zhí)行全部算術(shù)和邏輯運算時，為ALU提供一個工作區(qū)。-6-狀態(tài)條件寄存器：保存由算術(shù)指令和邏輯指令運行或測試的結(jié)果建立的各種條件碼內(nèi)容。除此之外，還保存中斷和系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息，以便使CPU和系統(tǒng)能及時了解機器運行狀態(tài)和程序運行狀態(tài)。24.何謂“總線仲裁”？一般采用何種策略進行仲裁，簡要說明它們的應(yīng)用環(huán)境。連接到總線上的功能模塊有主動和被動兩種形態(tài)。主方可以啟動一個總線周期，而從方只能響應(yīng)主方的請求。每次總線操作，只能有一個主方占用總線控制權(quán)，但同一時間里可以有一個或多個從方。除CPU模塊外，I/O功能模塊也可以提出總線請求。為了解決多個主設(shè)備同時競爭總線控制權(quán)，必須具有總線仲裁部件，以某種方式選擇其中一個主設(shè)備作為總線的下一次主方。一般來說，采用優(yōu)先級或公平策略進行仲裁。在多處理器系統(tǒng)中對CPU模塊的總線請求采用公平原則處理，而對I/O模塊的總線請求采用優(yōu)先級策略。25何謂CRT的顯示分辨率、灰度級？分辨率是指顯示器所能表示的像素個數(shù)。像素越密，分辨率越高，圖像越清晰。分辨率取決于顯像管熒光粉的粒度、熒光屏的尺寸和CRT電子束的聚焦能力。同時刷新存儲器要有與顯示像素數(shù)相對應(yīng)的存儲空間，用來存儲每個像素的信息。灰度級是指黑白顯示器中所顯示的像素點的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現(xiàn)為顏色的不同?；叶燃壴蕉?，圖像層次越清楚逼真。1一個較完善的指令系統(tǒng)應(yīng)包括哪幾類？包括：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運算指令、邏輯運算指令、程序控制指令、輸入輸出指令、堆棧指令、字符串指令、特權(quán)指令等。2什么是閃速存儲器？它有哪些特點？閃速存儲器是高密度、非易失性的讀/寫半導(dǎo)體存儲器。從原理上看，它屬于ROM型存儲器，但是它又可隨機改寫信息；從功能上看，它又相當于RAM，所以傳統(tǒng)ROM與RAM的定義和劃分已失去意義。因而它是一種全新的存儲器技術(shù)。閃速存儲器的特點：（1）固有的非易失性（2）廉價的高密度（3）可直接執(zhí)行（4）固態(tài)性能3比較水平微指令與垂直微指令的優(yōu)缺點。（1）水平型微指令并行操作能力強、效率高、靈活性強，垂直型微指令則較差。（2）水平型微指令執(zhí)行一條指令的時間短，垂直型微指令執(zhí)行時間長。（3）由水平型微指令解釋指令的微程序，具有微指令字比較長，但微程序短的特點，而垂直型微指令正好相反。（4）水平型微指令用戶難以掌握，而垂直型微指令與指令比較相似，相對來說比較容易掌握4CPU響應(yīng)中斷應(yīng)具備哪些條件？在CPU內(nèi)部設(shè)置的中斷屏蔽觸發(fā)器必須是開放的。外設(shè)有中斷請求時，中斷請求觸發(fā)器必須處于“1”狀態(tài)，保持中斷請求信號。外設(shè)（接口）中斷允許觸發(fā)器必須為“1”，這樣才能把外設(shè)中斷請求送至CPU。當上述三個條件具備時，CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束的最后一個狀態(tài)周期響應(yīng)中斷。1.DRAM存儲器采用何種方式刷新？有哪幾種常用的刷新方式？DRAM采用讀出方式進行刷新。因為讀出過程中恢復(fù)了存儲單元的MOS柵極電容電荷，并保持原單元的內(nèi)容，所以讀出過程就是再生過程。常用的刷新方式由三種：集中式、分散式、異步式2.什么叫指令？什么叫指令系統(tǒng)？指令就是要計算機執(zhí)行某種操作的命令一臺計算機中所有機器指令的集合，稱為這臺計算機的指令系統(tǒng)。3.什么叫指令？什么叫微指令？二者有什么關(guān)系？指令，即指機器指令。每一條指令可以完成一個獨立的算術(shù)運算或邏輯運算操作?？刂撇考ㄟ^控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，通常把這種控制命令叫做微命令，而一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合，構(gòu)成一條微指令。許多條微指令組成的序列構(gòu)成了微程序，微程序則完成對指令的解釋執(zhí)行。4.總線的一次信息傳送過程大致分哪幾個階段？分五個階段：請求總線、總線仲裁、尋址（目的地址）、信息傳送、狀態(tài)返回（或錯誤報告）。5.比較選擇型DMA控制器與多路型DMA控制器？選擇型DMA控制器特別適合數(shù)據(jù)傳送率很高以至接近內(nèi)存存取速度的設(shè)備，而不適用慢速設(shè)備；而多路型DMA控制器卻適合于同時為多個慢速外設(shè)服務(wù)。選擇型DMA控制器在物理上可以連接多個設(shè)備，而邏輯上只允許接一個設(shè)備；而多路型不僅在物理上可連接多個外設(shè)，而且在邏輯上也允許這些外設(shè)同時工作。選擇型以數(shù)據(jù)塊方式傳送，多路型中各設(shè)備以字節(jié)交叉方式通過DMA控制器進行數(shù)據(jù)傳送。6一個計算機系統(tǒng)中的總線，大致分為哪幾類？同一部件如CPU內(nèi)部連接各寄存器及運算部件之間的總線，稱為內(nèi)部總線。同一臺計算機系統(tǒng)的各部件，如CPU、內(nèi)存、通道和各類I/O接口間互相連接的總線，稱為系統(tǒng)總線。7何謂通用串口I/O標準接口IEEE1394？簡述其性能特點？IEEE1394是串行I/O標準接口。與SCSI并行I/O接口相比，它具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)傳送的實時性，具有更小的體積和連接的方便性。IEEE1394的一個重大特點是，各被連接的設(shè)備的關(guān)系是平等的，不用PC介入也能自成系統(tǒng)。因此IEEE1394已成為因特爾、微軟等公司聯(lián)手制定的PC98系統(tǒng)設(shè)計指南的新標準。8簡要說明程序中斷接口中IM、IR、EI、RD、BS五個觸發(fā)器的作用。它們的作用是：中斷屏蔽觸發(fā)器（IM）：CPU是否受理中斷或批準中斷的標志。IM標志為“0”時，CPU可受理外界中斷請求。中斷請求觸發(fā)器（IR）：暫存中斷請求線上由設(shè)備發(fā)出的中斷請求信號。IR標志為“1”時表示設(shè)備發(fā)出了中斷請求。允許中斷觸發(fā)