计算机组成原理复习（第二版）唐朔飞编著（转载请注明出处---https://www.cnblogs.com/qingl）

计算机组成原理（第2版）唐朔飞编著（转载请注明出处---https://www.cnblogs.com/qingl）

第一章

 

1.2. 如何理解计算机的层次结构？

答：

虚拟机器M4（高级语言机器）：用编译程序翻译成汇编语言程序。

虚拟机器M3（汇编语言机器）：用汇编程序翻译成机器语言程序。

虚拟机器M2（操做系统机器）：用机器语言解释操做系统。

传统机器M1（机器语言机器）：用微程序解释机器指令。

微程序机器M0（微指令系统）：由硬件直接执行微指令。

 

1.5. 冯•诺依曼计算机的特色是什么？

答：

l   计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；

l   指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可按地址访问；

l   指令和数据均用二进制表示；

l   指令由操做码、地址码两大部分组成，操做码用来表示操做的性质，地址码用来表示操做数在存储器中的位置；

l   指令在存储器中顺序存放，一般自动顺序取出执行；

l   机器以运算器为中心（原始冯•诺依曼机）。

 

1.6. 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的做用及计算机硬件的主要技术指标。

答：

计算机硬件组成框图以下：

 

 

     各部件的做用以下：

     控制器：控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。

     运算器：完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂时存在运算器内。

     存储器：存放数据和程序。

     输入设备：将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式。

     输出设备：将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式。

     计算机硬件的主要技术指标有：

     机器字长：指CPU一次能处理数据的位数。

　  存储容量：指能存储信息的最大容量，一般以字节数来衡量。通常包含主存容量和辅存容量。

　  运算速度：现广泛采用单位时间内执行指令的平均条数来衡量。

 

 

1.8. 解释下列英文缩写的中文含义：

CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS

答：

CPU：Central Processing Unit，中央处理机（器），是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。

 

PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数造成下一条指令地址。

 

IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。

 

CU：Control Unit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操做命令序列。

 

ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。

 

ACC：Accumulator，累加器，是运算器中既能存放运算前的操做数，又能存放运算结果的寄存器。

 

MQ：Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。

 

X：在此表示操做数寄存器，即运算器中工做寄存器之一，用来存放操做数；

 

MAR：Memory Address Register，存储器地址寄存器，在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。

 

MDR：Memory Data Register，存储器数据缓冲寄存器，在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。

 

I/O：Input/Output Equipment，输入/输出设备，为输入设备和输出设备的总称，用于计算机内部和外界信息的转换与传送。

 

MIPS：Million Instruction Per Second，每秒执行百万条指令数，为计算机运算速度指标的一种计量单位。

 

CPI：Cycle Per Instruction，执行一条指令所需的时钟周期数。

 

FLOPS：Floating Point Operation Per Second，浮点运算次数每秒。

 

1.10. 指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？

答：

计算机区分指令和数据有如下2种方法：

l   经过不一样的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。

l   经过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操做数。

 

 

第三章

 

3.1. 什么是总线？总线传输有何特色？为了减轻总线负载，总线上的部件应具有什么特色？

答：

总线是链接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

特色是：在某一时刻，只容许有一个部件向总线发送信息，而多个部件能够同时从总线上接收相同的信息。

为了减轻总线负载，总线上的部件应经过三态驱动缓冲电路与总线连通。

 

3.4. 为何要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特色？哪一种方式响应时间最快？哪一种方式对电路故障最敏感？

答：

总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；

常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求方式；

链式查询：连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；

计数器定时查询：优先级设置较灵活，对故障不敏感，但增长了控制线数，控制也较复杂；

独立请求方式：响应速度快，优先次序控制灵活，但控制线数量多，总线控制复杂。

 

3.6. 试比较同步通讯和异步通讯。

答：

同步通讯：由统一时钟控制数据传送，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工做速度差别较大时，总线工做效率明显降低。通常用于总线长度较短，各部件存取时间比较一致的场合。

异步通讯：不禁统一时钟控制数据传送，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，适合在系统中各部件工做速度差别较大时采用。

 

3.8. 为何说半同步通讯同时保留了同步通讯和异步通讯的特色？

答：

半同步通讯既能像同步通讯那样由统一时钟控制，又能像异步通讯那样容许传输时间不一致，于是工做效率也介于二者之间。

 

3.9. 分离式通信有何特色，主要用于什么系统？

答：

特色：

（1）各模块欲占用总线使用权都必须提出申请；

（2）在获得总线使用权后，主模块在先定的时间内向对方传送信息，采用同步方式传送，再也不等待对方的回答信号；

（3）各模块在准备数据的过程当中都不占用总线，使总线可接受其它模块的请求；

（4）总线被占用时都在作有效工做，不存在空闲等待时间，充分利用了总线的占用，从而实现了总线在多个主、从模块间进行信息交叉重叠并行传送。

分离式通信主要用于大型计算机系统。

 

3.10. 什么是总线标准？为何要设置总线标准？你知道目前流行的总线标准有哪些？什么叫plug and play？哪些总线有这一特色？

答：

总线标准：系统与各模块，模块与模块之间的一个互联的标准界面。

主要为了解决不一样厂家各种模块化产品的兼容问题；

目前流行的总线标准有：ISA、EISA、PCI等；

plug and play：即插即用，USB、PCI等具备此功能。

 

3.13. 什么是总线的数据传输速率，它与哪些因素有关？

答：

即总线带宽，指单位时间内总线上传输数据的位数，一般用每秒传输信息的字节数来衡量。

它与总线宽度和总线频率有关，总线宽度越宽，频率越快，数据传输率越高。

 

 

第四章

 

4.3. 存储器的层次结构主要体如今什么地方？为何要分这些层次？计算机如何管理这些层次？

答：

存储器的层次结构主要体如今 缓存-主存 和 主存-辅存 这两个存储层次上。

缓存-主存 层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题。

主存-辅存 层次主要解决存储系统的容量问题。

综合上述两个存储层次的做用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位价低的优化效果。

主存与缓存之间的信息调度功能所有由硬件和操做系统自动完成。而主存与辅存层次的调度目前普遍采用虚拟存储技术实现。

 

4.4. 说明存取周期和存取时间的区别。

答：

存取周期：存储器进行连续两次独立的存储器操做所需的最小间隔时间。

存取时间：启动一次存储器操做到完成该操做所需的所有时间。

一般存储周期大于存取时间。

 

4.9. 什么叫刷新？为何要刷新？说明刷新有几种方法。

答：

刷新：对动态RAM按期进行的信息所有重写过程；

刷新缘由：某些存储单元长期得不到访问，其存储单元内的原信息会慢慢消失；

经常使用的刷新方法有三种：集中刷新、分散刷新、异步刷新。

集中刷新：在规定的一个刷新周期内，对所有存储单元集中一段时间逐行进行刷新，存在CPU访存“死区”。

分散刷新：对每行存储单元的刷新分散到每一个存取周期内完成。

异步刷新：是前两种方式的结合，它既可缩短“死时间”，又充分利用最大刷新间隔为2 ms的特色。

 

4.25. 什么是“程序访问的局部性”？存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理？

答：

CPU从主存取指令或取数据，在必定时间内，只是对主存局部地址区域的访问。

存储系统中 缓存-主存 层次和 主存-辅存 层次均采用了程序访问的局部性原理。

 

4.33．简要说明提升访存速度可采起的措施。

答：

（1）采用高速元件。例如采用高性能存储芯片。

（2）采用层次结构。

（3）调整主存结构。如采用单体多字系统或采用多体并行系统。

 

 

第五章

 

5.1.  I/O设备有哪些编址方式？各有何特色？

答：

统一编址：占用了存储空间，减小了主存容量，但无须专用的I/O指令

不统一编址：又叫独立编址，不占用存储空间，故不影响主存容量，但需设I/O专用指令。

 

5.10. 什么是I/O接口，与端口有何区别？为何要设置I/O接口？I/O接口如何分类？

答：

I/O接口一般是指主机与I/O设备之间设置的一个硬件电路及其相应的软件控制，而端口是指接口电路中的一些寄存器。

设置I/O接口的理由：

1）经过接口可实现I/O设备的选择

2）。。。。可实现数据缓冲

3）。。。。可实现数据串 - 并格式的转换

4）。。。。可传送命令

5）经过接口可监视设备的工做状态

按数据传送方式分类：并行接口和串行接口。

按功能选择的灵活性分类：可编程接口和不可编程接口。

按通用性分类：通用接口和专用接口。

按数据传送的控制方式分类：程序型接口和DMA型接口。

 

5.11简述I/O接口的功能和基本组成

答：

功能：

1）  选址功能

2）  传送命令的功能

3）  传送数据的功能

4）  反映I/O设备工做状态的功能

I/O接口的基本组成包括命令寄存器、命令译码器、数据缓冲寄存器、状态标志触发器和屏蔽触发器等。

 

5.14. 在什么条件下，I/O设备能够向CPU提出中断请求？

答：

若I/O设备未被屏蔽（MASK=0），且当I/O设备工做已完成时（D=1），则中断查询信号将INTR置“1”，表示I/O设备向CPU发出中断请求，该信号可送至排队器进行优先级判断。

 

5.16. 在什么条件和什么时间，CPU能够响应I/O的中断请求？

答：

当容许中断触发器EINT=1，且至少有一个中断请求被查到，则在一条指令执行完时，响应中断。

 

 5.35. 试从5个方面比较程序中断方式和DMA方式的区别。

答：

1）  数据传送：程序中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送。

2）  CPU响应时间：程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，而DMA方式可在指令周期内的任一存取周期结束时响应。

3）  程序中断方式有处理异常事件的能力，DMA方式则没有。

4）  程序中断方式须要中断现行程序，故须要保护现场；DMA方式不中断现行程序，无须保护现场。

5）  DMA的优先级比程序中断方式的优先级高。

 

 

第六章

 

6.5. 已知[x]_补，求[x]_原和x。

     [x1]_补 = 1.1100;  [x2]_补 = 1.1001;  [x3]_补 = 0.1110;   [x4]_补 = 1.0000;

     [x5]_补 = 1,0101;  [x6]_补 = 1,1100;  [x7]_补 = 0,0111;   [x8]_补 = 1,0000;

解：

[x]_补与[x]_原、x的对应关系以下：

[x]补	1.1100	1.1001	0.1110	1.0000	1,0101	1,1100	0,0111	1,0000
[x]原	1.0100	1.0111	0.1110	无	1,1011	1,0100	0,0111	无
x	-0.0100	-0.0111	0.1110	-1	-1011	-100	0,0111	-10000

 

6.10. 在整数定点机中，设机器数采用1位符号位，写出±0的原码、补码、反码和移码，得出什么结论？

解：

0的机器数形式以下：（假定机器数共8位，含1位符号位在内）

真值	原码	补码	反码	移码
+0	0 000 0000	0 000 0000	0 000 0000	1 000 0000
-0	1 000 0000	0 000 0000	1 111 1111	1 000 0000

结论：0的原码和反码分别有+0和-0两种形式，补码和移码只有一种形式，且补码和移码数值位相同，符号位相反。

 

6.15. 什么是机器零？若要求全0表示机器零，浮点数的阶码和尾数应采起什么机器数形式？    

答：

机器零指机器数所表示的零的形式。

它与真值零的区别是：机器零在数轴上表示为“0”点及其附近的一段区域，即在计算机中小到机器数的精度达不到的数均视为“机器零”，而真零对应数轴上的一点（0点）。若要求用“全0”表示浮点机器零，则浮点数的阶码应用移码、尾数用补码表示。

 

 

第七章

 

7.21比较RISC和CISC

答：

与CISC机相比，RISC机的主要优势以下：

1）  充分利用VLSI芯片的面积

2）  提升计算机运算速度

3）  便于设计，可下降成本，提升可靠性

4）  有效支持高级语言程序

5）  简化了指令系统，指令数量少，但较难以兼容老机器

 

 

第八章

 

8.9 当遇到什么状况时流水线将受阻？举例说明。

答：

流水线受阻通常有三种状况：结构相关、数据相关和控制相关。

1）  结构相关是 多条指令进入流水线后， 硬件资源知足不了指令重叠执行的要求时产生的。

2）  数据相关是 指令在流水线中重叠执行时，当后继指令须要用到前面指令的执行结果时发生的。

3）  控制相关是 当流水线遇到分支指令和其余改变PC值得指令时引发的。

 

 

第九章

 

9.3. 什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？

答：

指令周期：CPU取出并执行一条指令所需的所有时间；

机器周期：以访问一次存储器的时间定为基准时间，这个基准时间就是机器周期。

时钟周期：也称为振荡周期，定义为时钟脉冲的倒数。

指令周期一般用若干个机器周期表示，而机器周期又包含若干个时钟周期。

 

9.9. 试比较同步控制、异步控制和联合控制的区别。

答：

同步控制：任何一条指令或指令中任何一个微操做的执行都是事先肯定的，而且都受统一基准时标的时序信号控制。

异步控制：不存在基准时标信号，没有固定的周期节拍和严格的时钟同步。

联合控制：同步控制和异步控制相结合就是联合控制方式。这种方式对各类不一样指令的微操做实行大部分统1、小部分区别对待的方法。

 

 

第十章

 

10.10. 微指令的操做控制有几种编码方式？各有何特色？哪种控制速度最快？

答：

1）直接编码方式：含义清晰、速度快，但控存容量极大。

2）字段直接编码方式：缩短了微指令的长度，但执行速度稍慢。

3）字段间接编码方式：进一步缩短了微指令字长，但削弱了并行控制能力。

4）混合编码：直接编码和字段编码的混合。

5）其余。。

 

10.17. 解释机器指令、微指令、微程序、毫微指令和毫微程序以及它们之间的对应关系。

答：

机器指令：由“0”，“1”代码组成，能被机器直接运行。

微指令：用来解释机器指令。

微程序：微指令的有序集合。一条机器指令的功能由一段微程序来实现。

毫微指令：用来解释微指令的。

毫微程序：用来解释微程序的。毫微程序由毫微指令组成。