计算机组成原理课程考核说明.doc

计算机组成原理课程考核说明第一部分 考核说明 一、考核对象：电大计算机科学与技术专业本科生。 二、命题依据：电大计算机科学与技术专业(本科)“计算机组成原理”课的教学大纲的要求。 三、考核要求：本课程面向电大计算机科学与技术专业本科生，具体考核要求分为3个层次：了解，理解和应用。 四、考核方式： 采用形成性考核和期末终结性考核相结合的方式，即期末考试与平时成绩相结合的考核方式，最终总成绩达到或超过60分为通过。平时成绩(作业、教学实验)占20；期末考试占80，分别以百分制计分。期末考试为闭卷笔试考试，时间120分钟。第二部分 考核内容与要求以电大计算机科学与技术专业(本科)“计算机组成原理”课的教学大纲的要求为准。教材每一章节均有教学要求与导学部分，每章后又有作业与思考题。考核内容与要求均以教材中的具体规定为难，在下面给出的试题类型与参考答案将能比较充分地体现出来。第三部分 试题类型及解答 一、数据表示、运算和运算器部件 1将十进制数+107128和-52化成二进制数，再写出各自的原码、反码、补码表示(符号位和数值位共8位)。(10分) 答案： +107128=01101011 -52；-110100 原码表示 01101011 10l10100 反码表示 01101011 11001011 补码表示 01101011 11001100 考核的知识点： (1)十进制的小数、整数转换为二进制数。 (2)二进制的小数、整数的原码、反码、补码表示。 技巧性问题：转换十107/28时，采用的不是先变其为小数之后再转换，而是先转换107，再确定小数点位置，因为12827，小数点左移7位即可。 2按你的理解，画出一个相对完整的定点运算器的示意组成框图，包括人出数据和基本的控制信号。(10分) 答案：ALU多路选通门多路选通门状态输出 最低位进位输入乘商寄存器通用寄存器组组数据输入多路选通门多路选通门 控制信号：选择ALU操作功能，选择参加运算的数据，结果处理万案考核的知识点： (1)定点运算器的功能与组成。 (2)运算器的控制与使用。 3设A-01011012-3， B010100l2-2， 首先将A、B表示为规格化的浮点数，要求阶码用4位(台阶码符号)移码表示，尾数用8位(含浮点数的符号)原码表示；再写出A十B的计算步骤和每一步的运算结果。(10分) 答案： -010l10123的浮点数的格式： 1010l 1011010 010100122的浮点数的格式： 0 0110 1010010 计算A十B： (1)求阶差：|E|01010110l|=000l(2)对阶： A变为1 0110 010l1010(3)尾数相加11 1010011 0+ 00 1010010 双符号位补码相加 00 0100101 (4)规格化： 左规， 尾数为0 1001010， 阶码为0101 (5)无舍入操作，亦不溢出 故最的终浮点数格式的结果： 0 0101 1001010, 即+010010112-3。 考核的知识点： (1)浮点数的格式与表示。 (2)浮点数的加、减运算。 二、指令、指令系统和控制器部件 1举例说明计算机中常用的四种寻址方式(寄存器寻址，寄存器间接寻址，变址寻址，堆栈寻址)，从形式地址到得到操作数的寻址处理过程。(8分) 答案： (1)寄存器寻址，形式地址为寄存器名(或编号)，寄存器中的内容为操作数； (2)寄存器间接寻址，形式地址为寄存器名(或编号)，寄存器中的内容为操作数的地址，再读一次内存得到操作数； (3)变址寻址，形式地址为变址寄存器名(或编号)和变址偏移值，把变址寄存器中的内容与变址偏移值相加得到操作数的地址，再读一次内存得到操作数； (4)堆栈寻址，通常形式地址为将写入堆栈的、或接收堆栈读出内容的寄存器名(或编号)，指令中不直接给出内存地址，而是选用默认的堆栈指针寄存器中的内容为内存地址，读写堆栈总伴有修改堆栈指针的操作。 考核的知识点： (1)指令格式与指令中的操作数地址表示。 (2)形式地址与实际地址的概念。 (3)寻址的处理过程。 2原理性地说明ADD别，R1指令、条件相对转移指令的指令格式和执行步骤。(10分) 答案： ADD R0，Rl，指令中给出操作码和RO、Rl的编号指令执行步骤： (1)程序计数器(PC)的内容送地址寄存器； (2)读内存，读出内容送指令寄存器(1R)；PC内容十1(增量)； (3)R0、Rl送ALU，ALU执行加运算，运算结果存回础寄存器； 保存运算结果的特征状态。 (4)检查有无中断请求，有，则响应中断，无则转入下一条指令的执行过程。 条件相对转移指令，指令中给出操作码和相对转移偏移值，条件转移要依据的转移判断条件； 指令的执行步骤：其中(1)、(2)步的取指和最后一步的判中断同前一条指令的处理， (3)执行条件转移指令时，要判别指定的条件，若为真，才执行：尚未修改的PC内容送ALU，相对转移偏移值送ALI1U，ALU执行加操作，结果送入PC；否则顺序地进入下一条指令的执行过程。 考核的知识点： (1)典型指令的指令格式设计。 (2)典型指令的执行步骤设计。 3说明计算机的组合逻辑控制器和微程序控制器在组成和运行原理两个方面的异同之处，比较它们的优缺点。(12分) 答案： 组合逻辑的控制器和微程序的控制器是计算机中两种不同类型的控制器，其共同点是：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，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，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着大规模现场可编程集成电路的出现，该缺点已得到很大缓解：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是从控制存储器中读出来的；并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的，其缺点是运行速度要促一些，优点是设计与实现简单些，易于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。 考核的知识点： (1)组合逻辑和微程序的两种控制器的功能与组成。 (2)组合逻辑和微程序的两种控制器的运行原理。 (3)组合逻辑和微程序两种控制器的应用场合与优缺点。 三、多级结构的存储器系统 1。说明多级结构的存储器系统是建立在什么原理之上的?解释什么是多级结构存储器系统中的一致性原则和包含性原则?(10分) 答案： 建立在程序运行的局部性原理之上的，即在一小段时间内，运行的程序只使用少量的指令和少量的数据，而这少量的指令和少量的数据往往又集中在存储器的一小片存储区域中，指令顺序执行比转移执行的比例要大，故可以按对所使用的指令和数据的急迫和频繁程度，将其存入容量、速度、价格不同的存储器中，从而取得更高的性能价比。 一致性原则，指保存在不同级的存储器中同一个数据必须有相同的值；包含性原则，指保存在内层存储器(靠近CPU)中的数据一定也被保存在外层存储器中，即保存在内层存储器中的数据只是已保存在外层存储器中更多数据中的一小部分的复制品。 考核的知识点： (1)多级结构的存储器系统的运行原理； (2)多级结构存储器系统运行的必备条件(基本原则)。 2用16K8bit的静态存储器器件实现64K16bit的主存储器系统，按字寻址，请设计并画出该主存储器的逻辑框图，说明地址总线和数据总线的位数，该存储器与16位字长的CPU的连接关系。(10分) 答案：该存储器所用器件的容量为16K8bit，为实现64K的总容量，要用4片存储器芯片实现字扩展，为实现16位的字长，每个字要用2片芯片实现位扩展，故该主存总计用S片存储器芯片实现。要寻址64K字，内存地址应为16位；CPU与内存字长为16位，故数据总线也应为16位。 16 8 8CPU 16地址寄存器 14译码器 片选信号 读写控制信号送到每个内存片，省略未画。 考核的知识点： (1)动态与静态存储器芯片的不同特性。 (2)内存系统与CPU之间的连接关系。 (3)静态存储器系统中的字、位扩展技术。 (4)高速缓冲存储器系统的实现和读写原理。 四、输入输出设备与输入输出系统 1说明通用可编程输入/输出接口电路中通常应包括哪些组成部件，各自的主要功能是什么?通用可编程接口一词中的通用和可编程是何含义。(10分) 答案： 设备识别电路，用于CPU找到要用的设备；数据缓冲(输入/输出)寄存器，用于解决CPU与设备间交换数据时的缓冲问题;控制寄存器，用于存放CPU送到接口的控制命令等；状态寄存器，指出设备的运行状态，供CPU查询；中断逻辑电路，用于记忆中断请求，处理屏蔽中断，响应中断及处理等；其它可能有关的电路(如电平转换、串并行转换等)。 “ 通用可编程接口一词中的通用，是指该接口电路右多种功能和用法，可编程则指可以用计算机指令指定该接口的功能、运行方式、运行控制参数等。 考核的知识点： ； ：(1) 输入输出接口中的功能电路的组成。 (2) 通用、可编程接口电路中的有关概念。 (3)通用、可编程接口电路的初始化和使用问题。 2说明激光打印机原理性组成和完成打印操作的运行过程；(5分) 答案： 激光打印机原理性组成，记录鼓，带电器，印字机控制器，碳粉盒，打印纸及其走纸机构，转印装置，加热部分等。 打印操作的运行过程：带电器在记录鼓表面克一层电荷，印字机控制器把要打印的内容(如字符)的点阵信息以激光束的形式照射到已带电的记录鼓表面，以放掉无打印点要求的全部位置上的电荷，当记录鼓转动到碳粉盒处，有打印点要求的位置上的电荷会将碳粉吸引 上来，当带有碳粉字形的记录鼓转动到转印装置处时，打印纸正处在记录鼓和转印装置之间，转印装置上所加的更强的反向电荷将把记录鼓上所带有字形碳粉吸引到打印纸上,加热部分将把纸上的碳粉熔化并烘干，使已在打印纸上的字形牢固地保存下来，完成了打印过程。 考核的知识点： (1)激光打印机原理性组成。 (2)激光打印机完成打印操作的运行过程。(3)最常用的输人助出设备的组成及其运行原理。 3总线上的BURST传送方式(成组数据传送)与正常传送方式的区别是什么?简要说明一次中断的响应与处理过程。(5分) 答案： 总线上的BURST传送方式是通过一次地址时间跟多次数据时间，：高速完成一组(多个)数据传送;正常传送方式是通过一次地址时间跟一次数据时间来完成一个数据传送过程。 一次中断的响应与处理过程：当有中断请求时*若此时系统允许中断，CPU正在处理的程序的优先级比正在请求的中断优先级低，又到了一条指令执行结束时刻，则CPU将可以响应中断。 处理中断的过程：关中断；保存断点，保存现场；判中断源并转中断服务程序；开中断；执行中断服务程序；关中断；恢复现场，恢复断点；开中断；返回断点。 ” 考核的知识点： (1)总线的两种(正常与BURST)工作方式。 (2)响应中断的条件与时刻。 (3)一次中断的完整处理过程。 (4)常用的输入/输出方式。 (5)DMA接口的组成及DMA的工作过程。 计算机组成原理期末复习指导 计算机组成原理是中央电大计算机科学与技术专业(本科)核心必修课程，是进一步学习计算机系统结构和其他有关课程的基础。本课程重点是讲授简单、单台计算机的基本组成原理与内部运行机制。课程内容的工程性、技术性、实用性都比较强，因此，在传授计算机组成的原理性知识之外，还应有较多的设计与实验技能训练；设计与实验技能训练主要通过教学实验环节进行，因此，完成教学实验和平时的课外作业是可以进入考试的先决条件之一，这两项成绩占课程总成绩的20的比例；也是在听课和自学的基础上，加深对原理性知识理解的重要环节。 期末考试主要考核同学们对该课程中原理性和技术方面的知识掌握的程度。全教材共分5章，其中第1章内容不作为期末考试的要求，属于考试的部分只限于第2章到第5章的内容。参考教材以计算机组成原理，王诚等编著，清华大学出版社2000年2月版为标准。 还有两点要特别强调一下，复习时的注意力，千是不应该放在教材中某些实例、线路的具体内容方面；二是不应该太多地关注具体技术细节方面，而是要更多地掌握、理解与计算机组成有关的原理性知识，和带有一定主导意义的技术思路方面的内容。下面分章来介绍期末复习内容。第2章 数据表示、运算和运算器部件 一、掌握数制与进位记数法。 二、掌握数制转换(二、八、十六进制和十进制的转换)。 三、掌握捡错纠错码的概念，即，主要是海明码的编码基本概念(参考教材P59)。 四、掌握定点小数和整数的表示，以及原码、反码、补码表示。 五、掌握补码加减运算的方法。 六、掌握浮点数的表示，了解阶码的位数，尾数的位数对浮点数的表示有何影响。在浮点表示中；。机器零的编码是什么。 七、掌握原码一位乘法的算法以及具体运算。 八、掌握补码一位除法的实现算法(参考教材P9091)。 九、了解教学实验计算机运算器部分的结构框图，掌握实际机器运算器部分的各开关、显示灯的作用(参考教材P108、P110)。第3章 指令、指令系统和控制器部件 一、掌握指令的基本格式及各个部分的功能。 二、了解基本的寻址方式，掌握形式地址和有效地址的概念。 三、重点了解控制器的功能与组成(包括微程序的和组合理辑的控制器)，在此基础上，认真看懂几条基本指令的执行步骤，掌握正确写出给定指令(控制器有中断功能时)的执行步骤的方法(类似教材中160页和161页的书写方式)。切不可强行记忆类似教材175页及其之后几页给出的微指令的有关内容，也不必记忆教材中194页及其之后几页给出的指令执行流程的细节内容和197页、19S页上的设计有关逻辑表达式的具体问题，应把这里的具体内容提升到指令执行步骤的划分和连接关系方面来。 四、结合自行设计新指令的微程序一节内容(教材P186189)，总结出在设计新指令的过程中，如何考虑和原有指令的关系。第4章 多级结构的存储器系统 一、了解多级存储器系统的基本组成。 二、结合图42掌握主存和其他部件是如何连接的，连接所用的各总线的作用是什么。 三、掌握Cache的运行原理，并和主存的工作做比较。 四、掌握虚拟地址转换的基本内容。 五、了解使用磁盘阵列技术的好处是什么。 六、掌握教学实验机的存储器的组成，扩展ROM存储区和RAM存储区的方法(参考图412)。第5章 输入/输出设备与输入/输出系统 一、掌握CRT字符显示器的运行原理。 二、掌握计算机总线的基本概念，总线的构成。 三、了解教学实验机的总线系统概况。 四、掌握中断系统的有关概念，即什么是中断，中断的主要作用是什么，中断的处理过程等。五、掌握中断系统的有关概念，DMA的基本工作过程。试题类型 本次考试题型分为： 1填空题(20左右) 2选择题(30左右) 3简答题(40左右)总的特点是：题量中等、难度中等、综合性较强。所以复习时应加强总结归纳，切忌死记硬背。计算机组成原理模拟试题一 一、请正确回答下列问题 1将十进制数-0276和47化成二进制数，再写出各自的原码、补码、反码表示(符号位和数值位共8位)。 二进制数 原码 补码 反码 -0276： 47： 2判断下面的二元码的编码系统是有权码还是无权码，写出判断的推导过程。 十进制数 二元码的编码 0 0000 l 0111 2 0110 3 010l 4 0100 5 1011 6 1010 7 100l 8 1000 9 1111 推导过程： 判断是有权码还是无权码： 3用补码运算方法计算x十Y?并判断结果是否溢出(采用双符号位)。 (1) x010ll Y=01100 (2) x=01011 Y=01001 4回答如下问题： (1)浮点数阶码选用移码表示有何优点? (2)浮点数表示中的隐藏位技术作用是什么?在什么时刻完成对隐藏位的处理? (3)浮点数表示中，当尾数选用补码表示时，如何表示十进制的05，才满足规格化表示的要求。 二、简答题 1举例说明计算机中寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、堆栈寻址从形式地址到得到操作数的寻址处理过程。 2简要说明条件转移指令和无条件转移指令的相同点和不同点?子程序调用指令与转移指令的区别是什么? 3在微程序的控制器中，通常有哪5种得到下一条微指令地址的方式。 4简要说明组合逻辑控制器中的节拍发生器的作用是什么?简述它的运行原理。 三、请正确回答下列问题 1说明采用多级结构的存储器系统的目的?说明每一层存储器所用的存储介质的种类。 2使用多体结构的主存储器的目的是什么?什么是低位地址交叉，其优点何在? 3说明只写一次型光盘的组成?完成读写操作的基本原理? 四、简答题 1说明采用DMA(直接内存访问)传送方式的目的?DMA接口中比一般输入/输出接口中要多出一些什么功能电路?2计算机的CPU通常直接提供并使用3种总线，分别说明地址总线的位数、数据总线的位数和时钟频率对计算机的性能有什么影响，控制总线的具体作用是什么?说明总线周期是什么含义，总线的等待状态是什么含义?计算机组成原理模拟试题一答案 一、1 二进制数 原码 补码 反码 -0276： -001000ll 10100011 11011101 11011100 47： 0101111 010llll 0101111 0101111 2 (1)推导过程： 设4位二元码每位分别为A B C D，且假定其为有权码，则 从数值4的编码0100可求得B的位权为4； 从数值8的编码1000可求得A的位权为8； 再从数值7的编码lOOl可求得D的位权为1； 从数值6的编码1010可求得C的位权为20 再用ABCD的位权分别为84-2-1来验证数值0、1、2、3、5、9的编码值，结果都正确。 (2)判断是有权码还是无权码： 结论：该编码系统是有权码。 3 (1) x01011 Y=01100 X补001011， Y补001100 001011 十 001100 010111 有溢出 (2) x一0。1011 Y01001 X补11010l Y补00100l l1010l 十 00100l 111110 不溢出 4 (1)浮点数的阶码用移码表示有利于表示和处理浮点数的机器零(或答有利于简化机器中的判0线路)。 (2)浮点数表示中的隐藏位，是指可以把规格化浮点数的尾数最高位的值(原码时为1，补码时与符号位相反)省去，以便提高一位二进制尾数的表示精度。这一处理应出现在保存浮点数到存储器之前(隐藏起来)，或从存储器读浮点数到运算器中(恢复回来)的时刻来进行。(3) 十进制的-05表示为-l* 2-1的形式。二、 1 (1)寄存器寻址，形式地址为寄存器名(或编号)，寄存器中的内容为操作数； (2)寄存器间接寻址，形式地址为寄存器名(或编号)，寄存器中的内容为操作数的地址，再读一次内存得到操作数； (3)变址寻址，形式地址为变址寄存器名(或编号)和变址偏移值，把变址寄存器中的内容与变址偏移值相加得到操作数的地址，再读一次内存得到操作数； (4)堆栈寻址，通常形式地址为将写入堆栈的、或接收堆栈读出内容的寄存器名(或编号)，指令中不直接给出内存地址，而是选用默认的堆栈指针寄存器中的内容为内存地址，读写堆栈总伴有修改堆栈指针的操作。 2 (1)二者相同点是都必须在指令中给出转移地址，不同点在于条件转移指令还必须在指令中给出判断是否执行转移所依据的条件。 (2)子程序调用指令与转移指令的区别，在于子程序调用指令转移走之后还有个对应的返回的操作，而一般的转移指令，并不涉及转移走后是否和如何再次转移回来。 3 (1)微程序顺序执行时，下地址为本条微指令地址加l。 (2)在微程序必定转向某一微地址时，可以在微指令字中的相关字段中给出该地址值。 (3)按微指令(上一条成本条)的某一执行结果的状态，选择顺序执行或转向某一地址。 (4)从微堆栈中取出从微子程序返回到微主程序断点的返回地址，用于微于程序返回处理。 (5)依条件判断转向多条微指令地址中的某一地址的控制。 4(1)其作用是提供执行每一条指令的步骤(时序)标记信号和时序脉冲信号。 (2)它是用时序逻辑方式运行的，依据当前的时序状态信息，指令的操作码信息，可能还看指令执行状态的有关信息等，确定出下一个时序状态的值。 三、 1 (1)采用多级结构的存储器系统的目的，是通过把读写速度高、但容量较小、存储的单位成本最高的高速缓冲存储器，与读写速度略慢、但容量可以更大、价格适中的主存储器，和读写速度最慢、但容量可以极大、存储价格最低的高速磁盘空间(虚拟存储器)，组织成统一管理与调度的一体化的存储器系统，以便达到高速度、大容量、低价格的目的，即得到具有更高的运行性能/价格比的存储器系统。 (2)高速缓冲存储器用静态存储器芯片实现，主存储器用动态存储器芯片实现，虚拟存储器使用的是高速磁盘上的一片存储空间。 2 (1)使用多体结构的主存储器，是为了使用可以独立读写的多个存储器，以提高对它们并行读写、快速得到多个数据的能力，