计算机组成原理形成性考核作业答案.doc

计算机组成原理形成性考核作业一一、选择题：1机器数_中，零的表示形式是唯一的。BA原码 B补码 C移码 D反码2某计算机字长16位，采用补码定点小数表示，符号位为1位，数值位为15位，则可表示的最大正小数为_，最小负小数为_。CA B C D 3加法器采用并行进位的目的是_。AA提高加法器的速度 B快速传递进位信号C优化加法器结构 D增强加法器功能4组成一个运算器需要多个部件，但下面所列_不是组成运算器的部件。BA状态寄存器 B数据总线CALU D地址寄存器二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。1ASCII编码是一种汉字字符编码；2一般采用补码运算的二进制减法器，来实现定点二进制数加减法的运算；3在浮点数表示法中，阶码的位数越多，能表达的数值精度越高；4只有定点数运算才可能溢出，浮点数运算不会产生溢出。三、简答题：1 简述奇偶校验码和海明校验码的实现原理。答：奇偶校验码的实现原理是在有效的数据位之外再增加一个校验位，根据数据位中取值为“1”的个数，来判断校验位的值取1或0，使新得到的码字中取值为1 的总位数为奇数，则称为奇校验，总数为偶数，则称为偶校验。奇偶校验码可以检测出一位错误，但不能确定出错的位置。海明码是对多个数据位使用多个校验位的一种检错纠错编码方案。对每个校验位采用偶校验技术计算校验位的值，通过把每个数据位分配到几个不同的校验位的计算中去，若任何一个数据位出错，必将引起相关的几个校验位的值发生变化。通过检查这些检验位取值的不同情况，不仅可以判断是否出错，还能发现是哪一位出错并能恢复该出错位的正确值。2 简述教材中给出的MIPS计算机的运算器部件的功能和组成。答：MIPS计算机的运算器部件的内部组成主要包括两个重要部分，一个是由128个寄存器组成的寄存器堆，暂存将参加运算的数据和中间结果，另一个是执行数据运算的ALU，完成对数据的算术和逻辑运算。还有一些数据连接电路，用于内部数据传送和外部数据输入。3 浮点运算器由哪几部分组成？答：浮点运算器内部有处理浮点数指数部分的部件和处理尾数部分的部件，有加速移位操作的移位器线路，它们通过指数总线和小数总数与8个80位字长的寄存器堆栈相连接。除此之外，还有3个寄存器，即特征字寄存器，控制字寄存器和状态字寄存器。4假定 X = 0.0110011*211， Y = 0.1101101*2-10 （此处的数均为二进制），在不使用隐藏位的情况下，回答下列问题：（1）浮点数阶码用4位移码、尾数用8位原码表示（含符号位），写出该浮点数能表示的绝对值最大、最小的（正数和负数）数值；（2）写出X、Y的浮点数表示。解：（1）绝对值最大的正数：0.1111111*27绝对值最小的正数：0.1000000*2-7绝对值最大的负数：-0.1111111*27绝对值最小的负数：-0.1000000*2-7（2）X浮：0 1010 1100110 Y浮：0 0110 1101101四、计算题：1将十六进制数据14.4CH表示成二进制数，然后表示成八进制数和十进制数。（14.4C）16=(10100.010011)2=(24.23)8=(20.296875)102对下列十进制数表示成8位（含一位符号位）二进制数原码和补码编码。（1）17；（2）-17 17原=17补=00010001-17原=10010001-17补=111011113已知下列各x原，分别求它们的x反和x补。（1）x原0.10100；（2）x原1.00111；（3）x原010100；（4）x原110100（1）x反=010100x补=010100（2）x反=111000x补=111001（3）x反=010100x补=010100（4）x反=101011x补=1011004写出X10111101，Y00101011的双符号位原码、反码、补码表示，并用双符号补码计算两个数的差。X原0010111101X反0010111101X补0010111101Y原1100101011Y反1111010100Y补1111010101-Y补0000101011X-Y补0011101000计算机组成原理形成性考核作业二一、选择题：1计算机硬件能直接识别和运行的只能是_程序。AA机器语言 B汇编语言 C高级语言 DVHDL2指令中用到的数据可以来自_（可多选）。ACEA通用寄存器 B微程序存储器 C输入输出接口 D指令寄存器E. 内存单元 F. 磁盘3汇编语言要经过_的翻译才能在计算机中执行。CA编译程序 B数据库管理程序 C汇编程序 D文字处理程序4在设计指令操作码时要做到_（可多选）。ADA能区别一套指令系统中的所有指令B能表明操作数的地址C长度随意确定D长度适当规范统一5控制器的功能是_。AA向计算机各部件提供控制信号 B执行语言翻译 C支持汇编程序 D完成数据运算6从资源利用率和性能价格比考虑，指令流水线方案_A_，多指令周期方案_B_，单指令周期方案_C_。A最好 B次之 C最不可取 D都差不多二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。1变址寻址需要在指令中提供一个寄存器编号和一个数值。2计算机的指令越多，功能越强越好。3程序计数器PC主要用于解决指令的执行次序。4微程序控制器的运行速度一般要比硬连线控制器更快。三、简答题：1 一条指令通常由哪两个部分组成？指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自应用在什么场合？各自的优缺点是什么？答：一条指令通常由操作码和操作数两部分组成，指令的操作码一般有两种组织方式：定长的操作码和变长的操作码，定长的操作码是比较常规正统的用法，变长的操作码主要是应用于表示操作数地址的位数严重不足的场合。前者对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度很有利，后者在同等长度的指令要求下，能表示出更多的指令条数，满足给出相应的操作数地址的要求。2 如何在指令中表示操作数的地址？通常使用哪些基本寻址方式？ 用形式地址在指令中表示操作地址，通常使用的基本寻址方式有：立即数寻址，直接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，变址寻址，相对寻址，基地址寻址，间接寻址，堆栈寻址。3 为读写输入/输出设备，通常有哪几种常用的寻址方式用以指定被读写设备？一种是存储器映射方式，即把端口地址与存储器地址统一编址的方式；另一种是/映射方式，即把/端口地址与存储器地址分别进行独立编址方式。4 简述计算机中控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和硬连线的控制器在组成和运行原理方面有何相同和不同之处？答：控制器的基本功能是依据当前正在执行的指令和它所处的执行步骤，形成并提供出在这一时刻整机各部件要用到的控制信号。控制器的基本组成包括：1、程序计数器（PC）：用于提供指令在内存中的地址；2、指令寄存器（IR）：用于接收并保存从内存储器读出来的指令内容的部件；3、指令执行的步骤标记线路：用于标记出每条指令的各个执行步骤的相对次序关系，保证每一条指令按设定的步骤序列依次执行；4、全部控制信号的产生部件：依据指令操作码、指令的执行步骤，条件信号，来形成或提供出在当前执行步骤计算机各个部件要用到的控制信号。微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。共同点：基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。5 控制器的设计和该计算机的指令系统是什么关系？控制器的主要功能就是执行指令，设计控制器的第一步骤是要划分每一条指令的执行步骤，设计每一条指令的每一个执行步骤的具体操作功能，因此必须首先设计好指令系统，才能进行控制器的设计。6指令采用顺序方式、流水线方式执行的主要差别是什么？各有什么优点和缺点？指令采用顺序执行是指：指令执行完一条,再执行第二条,也就是说处理机中只有一条指令执行，其优点是控制简单,节省设备，缺点是处理机执行指令的速度慢，功能部件的利用率很低。流水线执行是指流水线的每个阶段完成一条指令的一部分,不同阶段并行完成流水线中不同指令的不同部分，其优点是程序的执行时间，功能部件的利用率明显提高，缺点是需要增加一些硬件,控制过程要复杂一些。计算机组成原理形成性考核作业三一、选择题：1下列部件（设备）中，存取速度最快的是_B_。A光盘存储器 BCPU的寄存器 C软盘存储器 D硬盘存储器2某SRAM芯片，其容量为1K8位，加上电源端和接地端，该芯片引出线的最少数目应为_D_。A23B25 C50 D203在主存和CPU之间增加Cache的目的是_C_。A扩大主存的容量B增加CPU中通用寄存器的数量C解决CPU和主存之间的速度匹配D代替CPU中的寄存器工作4在独立编址方式下，存储单元和I/O设备是靠_A_来区分的。A不同的地址和指令代码 B不同的数据和指令代码C不同的数据和地址 D不同的地址5随着CPU速度的不断提升，程序查询方式很少被采用的原因是_C_。A硬件结构复杂 B硬件结构简单CCPU与外设串行工作 DCPU与外设并行工作6在采用DMA方式的I/O系统中，其基本思想是在_B_之间建立直接的数据通路。ACPU与外设 B主存与外设CCPU与主存 D外设与外设二、判断题：判断下列说法是否正确，并说明理由。1CPU访问存储器的时间是由存储器的容量决定的，存储器容量越大，访问存储器所需的时间越长。存储容量与读取时间无关2引入虚拟存储系统的目的，是为了加快外存的存取速度。虚拟存储是为了扩大存储器容量3按主机与接口间的数据传送方式，输入/输出接口可分为串行接口和并行接口。按外设与接口间的数据传送方式，输入/输出接口可分为串行接口和并行接口。4DMA控制器通过中断向CPU发DMA请求信号。外设向DMA控制器发送DMA请求,DMA控制器向CPU提出总线请求三、简答题：1在三级存储体系中，主存、外存和高速缓存各有什么作用？各有什么特点？答：在三级存储体系中，主存储器存放CPU当前需要执行的程序和需要处理的数据。主存储器一般由MOS型动态RAM构成。外存用来存放暂不使用的程序和数据，外存通常由磁盘、磁带等磁表面存储器和光盘存储器构成。容量大，但读写速度慢。用虚拟存储器更大的存储空间，解决主存容量小、存不下规模更大的程序与更多数据的难题。高速缓存用来存放CPU在最近一小段时间内要使用的程序和数据，用高速半导体存储器（通常是高速的SRAM芯片）构成，容量小，速度快，高速缓冲存储器可以缓解主存读写速度慢、不能满足CPU运行速度需要的矛盾。2什么是随机存取方式？哪些存储器采用随机存取方式？答：随机存取是指能按地址直接访问存储器中的任一单元,访问时间与地址无关。主存储器和高速缓冲存储器采用随机存取方式。3什么是虚拟存储器？它能解决什么问题？为什么？答：虚拟存储器是属于主存-外存层次，由存储器管理硬件和操作系统中的存储器管理软件支持，借助于硬磁盘等辅存，并以透明方式提供给用户的计算机系统。解决了主存容量小，存不下更大程序与更多数据的难题。因为在硬件和软件的支持下，可以将CPU暂时不要用到的程序和数据保存到虚存中，到要用到的时候再调入主存中。4什么是串行接口和并行接口？简述它们的数据传输方式和适用场合。答：在并行接口中，外设和接口间传送数据的宽度是一个字节（或字）的所有位，一次传输的信息量大。在串行接口中，外设和接口间的数据是一位一位串行传送的，一次传输的信息量小，但只需两根数据线。并行接口适合近距离设备与主机间的传输；串行接口比较适合在远程终端和计算机网络等设备离主机较远的场合下使用。5CPU在每次执行中断服务程序前后应做哪些工作？答：CPU在每次执行中断服务程序前需要：1、关中断；2、保存断点和被停下来的程序的其他现场信息；3、判别中断源，转中断服务程序的入口地址；4、执行开中断指令；5、若有更高级别中断请求来到，则可以进入新的中断的响应过程，否则执行中断服务程序。执行结束后：1、关中断；2、恢复现场信息，恢复断