组成原理练习题(1)

1 什么是计算机系统什么是计算机系统 计算机硬件 软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体 哪些部分属于硬件系统哪些部分属于硬件系统 哪些部分属于软件系统哪些部分属于软件系统 应如何看待二者之间的关系应如何看待二者之间的关系 硬软件二者相互依存 分工互动 缺一不可 硬件是计算机系统中的保存于运行软件程序的 物质基础 软件则是只会硬件完成与其功能的智力部分 2 从传统的观点来看从传统的观点来看 基本计算机硬件系统由哪几个功能部件组成基本计算机硬件系统由哪几个功能部件组成 计算机硬件是由 I O 设备 运算器 控制器 存储器组成的 每个部件完成的主要功能是什么每个部件完成的主要功能是什么 运算器 数据处理 算术运算和逻辑运算 存储器 存储数据与程序 控制器 从存储器中取出只 并进行指令译码 输入设备 输入数据 并且把人读数据变为机读数据 输出设备 输出数据 并且把机读数据变为人读数据 它们之间是如何连接在一起的它们之间是如何连接在一起的 它们是通过总线连接在一起的 其中总线包括 数据总线 地址总线 控制总线 3 什么是计算机系统的层次结构什么是计算机系统的层次结构 一般可划分为哪几个层次一般可划分为哪几个层次 层次之间的关系体现在哪层次之间的关系体现在哪 些方面些方面 采用层次结构的观点来看待 分析计算机系统的组成由什么好处采用层次结构的观点来看待 分析计算机系统的组成由什么好处 P69 1 把下面给出的几个十进制的数化成二进制的数把下面给出的几个十进制的数化成二进制的数 无法精确驶无法精确驶 小数点后取小数点后取 3 位位 八进 八进 制的数和十六进制的数制的数和十六进制的数 7 3 4 23 64 27 5 125 9375 5 43 十进制数 二进制数 八进制数 十六进制数 7 3 4 111 11 7 6 7 C 23 64 0 010111 0 2 0 5C 27 5 11011 1 33 4 1B 8 125 9375 1111101 1111 175 74 7D F 5 43 101 011 5 3 5 68 2 把下面给出的几种不同进制的数化成十进制的数把下面给出的几种不同进制的数化成十进制的数 1010 0101 2 101101111 101 2 23 47 8 1A3C D 16 1010 0101 2 10 3125 10 101101111 101 2 357 625 10 23 47 8 19 39 64 10 1A3C D 16 6716 13 16 10 P91 1 简单说明简单说明 ALU 的设计过程和原理性电路组成的设计过程和原理性电路组成 3 简述运算器部件在计算机整机系统中的功能和地位简述运算器部件在计算机整机系统中的功能和地位 7 在运算器部件中在运算器部件中 为什么要设置多个累加器为什么要设置多个累加器 累加器的数目多少对计算机的性能有什么累加器的数目多少对计算机的性能有什么 影响吗影响吗 为什么必须设置状态位寄存器为什么必须设置状态位寄存器 P110 1 一条指令通常由哪两部分内容组成一条指令通常由哪两部分内容组成 指令的操作码一般有哪几种组织方式指令的操作码一般有哪几种组织方式 各自各自 应用在什么场合应用在什么场合 各自的优缺点是什么各自的优缺点是什么 一条指令要由操作码和操作数地址两部分组成 操作码用于指明本条指令的操作功能 指令的操作数地址 用于给出被操作的信息的地址 包括参加运算的一或多个操作数所在的地 址 运算结果的保存地址 程序的转移地址 被调用的子程序的入口地址等 操作码的组织有如下三种处理情况 1 定长的操作码的组织方案 一般在指令字的最高位部分分配固定的若干位用于 表示操作码 优点 简化计算机硬件设计 提高指令译码和识别的速度 缺点 单独为 操作码划分出固定的多位后 留给表示操作数地址的位数就会严重不足 2 变长的操作码的组织方案 在指令字的最高位部分 安排指令的操作码 操作码有长 有短 一些位在不同的指令中有不同的效用 在一些指令中 这些位用作操作码 而在另外一些 指令中 这些位用作操作数的地址 则不同指令的操作数长度就会不同 即尽量为那些最常用 用于表示操作数地址的位数要求又较多的指令 少分配几位操作码 而对那些表示操作数地址 位数要求较少的指令多分配几位操作码 对那些无操作数的质量 整个指令字的所有位均用作 操作码 优点 在比较短的指令字中 既能表示出比较多的指令条数 又能尽量满足给出相 应的操作数地址 缺点 指令复杂 译码时间长 执行时占用 CPU 周期多 3 操作码字段与操作数地址有所交叉的方案 与变长的操作码组织方案相类似 不同 之处是表示操作码所用到的一些二进制位不再集中在指令字的最高位部分 而是与表示操作 数地址的一引起字段有所交叉 缺点 指令比变长操作码的组织方案更复杂 2 说明说明 CISC 和和 RISC 两种指令系统各自追求的目标 特点以及对计算机硬件系统构成两种指令系统各自追求的目标 特点以及对计算机硬件系统构成 方面的影响方面的影响 人们在说到指令系统时人们在说到指令系统时 常提到的常提到的 80 和和 20 是什么含义是什么含义 CISC 追求指令系统的功能复杂和完备 以弥补高级语言程序和机器语言程序之间的 差异 RISC 追求指令系统的精简高效 精简高速的硬件组成 精妙只能的编译软件 达到低价 高性能的理想目的 CISC 因为指令复杂 指令功能齐全 硬件实现复杂 指令条数多 并行性差 RISC 指令条数少 指令长度固定 指令格式和寻址方式种类少 只有取数 存数指令访问 存储器 4 什么是形式地址什么是形式地址 简述对变址寻址 相对寻址 基地址寻址英姿指令中给出些什么简述对变址寻址 相对寻址 基地址寻址英姿指令中给出些什么 细心细心 如何得到相应的实际如何得到相应的实际 有效有效 地址地址 各自有什么样的主要用法各自有什么样的主要用法 表示在指令中的操作数地址 通常被称为形式地址 用这种形式地址并结合某些规则 可 以计算出操作数在存储器中的存储单元地址 这一地址被称为物理地址 变址寻址变址寻址 指令字中给出的一个数值 编制偏移量 与指定的一个寄存器 变址寄存器 的内容相加之和作为操作数的地址 用于读写存储器 主要是和于处理数组型数据 相对寻址相对寻址 指令字中给出的一个数值 相对寻址偏移量 与程序计数器 PC 的内容相加 之和作为操作数的地址或转移指令的转移地址 与变址寻址的区别是 计算实际地址所用的寄 存器已确定为 PC 故无须再在指令中指定本次要使用哪一个 主要用于指令转移 基地址寻址基地址寻址 把在程序中所用的地址与一个特定的寄存器 基地址寄存器 的内容相加 之和作为操作数的地址或指令的地址 只要用于为多道程序或浮动地址程序定位存储器空间 基地址寄存器中的值是由系统程序用特权指令设定的 用户不能在自己的程序对其进行修改 5 堆栈的主要作用的什么堆栈的主要作用的什么 如何完成读写堆栈的操作如何完成读写堆栈的操作 6 寄存器寻址和寄存器间接寻址的区别是什么寄存器寻址和寄存器间接寻址的区别是什么 P148 5 简述计算机控制器的功能和基本组成简述计算机控制器的功能和基本组成 说明微程序的控制器和硬连线的控制器在说明微程序的控制器和硬连线的控制器在 组成和运行原来方面的相同与不同之处组成和运行原来方面的相同与不同之处 P185 1 在计算机中在计算机中 为什么要采用多级结构的存储器系统为什么要采用多级结构的存储器系统 它的应用是建立在程序的哪些它的应用是建立在程序的哪些 特性之上的特性之上的 在现代的计算机系统中 通常总是采用由三种运行原理不同 性能差异很大的存储介质 分别构建高速缓冲存储器 主存储器和虚拟存储器 再将它们组成三级结构的统一管理 高 度的一体化存储器系统 由高速缓冲存储器读写速度慢 不能满足 CPU 运行速度需要的矛盾 用虚拟存储器更大的存储空间 解决主存储器容量小 存不下更大程序与更多数据的难题 这种三级结构的存储器系统的运行原理 是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网 王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高 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 更高的性价比 主要体现在时间 空间 指令执行顺序三个方面 2 多级结构的存储器是由哪多级结构的存储器是由哪 3 级存储器组成的级存储器组成的 每一级的存储器使用什么类型的存每一级的存储器使用什么类型的存 储介质储介质 这些介质的主要特性是什么这些介质的主要特性是什么 答答 三级存储器由高速缓冲存储器 主存储器和虚拟存储器组成 使用的存储器介质 高速缓存 SRAM 主存 DRAM 和虚存 DISC 这些介质的主要特性 高速缓存以块传送 主存以页传送 虚存以文件传送 它们的速 度依次降低 每次价格依次降低 它们的管理依次由硬件 OS OS 用户 在多级结构的存储器系统中在多级结构的存储器系统中 何谓信息的一致性原则和包含性原则何谓信息的一致性原则和包含性原则 一致性原则 同一个信息会同时存放在几个级别的存储器中 此时 这一信息在几个级别 的存储器重必须保持相同的值 包含性原则 处在内层 更靠近 CPU 存储器中的信息一定被包含在各外层的存储器中 即内层存储器中的全部信息一定是各外层存储器中所存信息中的一小部分的副本 3 比较比较 DRAM 和和 SRAM 芯片的主要特性芯片的主要特性 答答 从所用的半导体生产工艺区分 存储器芯片可以分为静态存储器和动态存储器两种类 型 由于动态存储器集成度高 生产成本低 被广泛地用于实际要求更大容量的主存储器 静态 存储器读写速度快 生产成本高 通常多用实现容量可以较小的高速缓冲存储器 两者的不同之处如下表 主要性能主要性能 存储信息存储信息 SRAM 静态存储器静态存储器 触发器触发器 DRAM 动态存储器动态存储器 电容电容 破坏性读出破坏性读出 需要刷新需要刷新 非非 非非 是是 需要需要 行列地址行列地址 运行速度运行速度 同时送同时送 快快 分两次送分两次送 慢慢 集成度集成度 发热度发热度 低低 大大 高高 小小 存储成本存储成本 高高 低低 5 已知某 8 位机的主存采用半导体存储器 地址码为 18 位 采用 4K 4 位的 SRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间 并选用模块条 形式 问 1 若每个模块条为 32K 8 位 共需几个模块条 2 每个模块条内有多少片 RAM 芯片 3 主存共需多少 RAM 芯片 CPU 需使用几根地址线来选择各模块 使用何种译码器 答 218 8 32k 8 8 故需 8 个模块 32k 8 4k 4 16 故需 16 片芯片 共需 8 16 128 片芯片 为了选择各模块 需使用 3 8 译码器 即 3 根地址线选择模条 6 画出中断处理过程流程图 中断处理过程流程图如图 C2 1 所示 7 用 16k 8 位的 SRAM 芯片构成 64K 16 位的存储器 要求画出该存 储器的组成逻辑框图 存储器容量为 64K 16 位 其地址线为 16 位 A15 A0 数据线也是 16 位 D15 D0 SRAM 芯片容量为 16K 8 位 其地址线为 14 位 数据线为 8 位 因此组成 存储器时须字位同时扩展 字扩展采用 2 4 译码器 以 16K 为一个模块 共 4 个模块 位扩展采用两片串接 8 提高存储器速度可采用哪些措施 请说出至少五种措施 措施有 采用高速器件 采用 cache 高速缓冲存储器 采用多体 交叉存储器 采用双端口存储器 加长存储器的字长 9 一个较完整的指令系统应包括哪些指令 解 一个较完整的指令系统应包括数据传送指令 算术运算指令 逻辑运算指 令 程序控制指令 输入输出指令 字符串指令 系统控制指令 10 CPU 中有哪些主要寄存器 其主要功能是什么 解 1 指令寄存器 IR 用来保存当前正在执行的一条指令 2 程序计数器 PC 用来确定下一条指令的地址 3 地址寄存器 AR 用来保存当前 CPU 所访问的内存单元的地址 4 缓冲寄存器 DR 作为 CPU 和内存 外部设备之间信息传送的中转站 补偿 CPU 和内存 外围设备之间在操作速度上的差别 在单累加器结构的运算器中 缓冲寄存器还可兼作为 操作数寄 存器 5 通用寄存器 AC 当运算器的算术逻辑单元 ALU 执行全部算 术和逻辑运算时 为 ALU 提供一个工作区 状态条件寄存器 保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条 件码内容 除此之外 还保存中断和系统工作状态等信息 以便使 CPU 和系 统能及时了解机器运行状态和程序运行状态 11 什么是闪速存储器 它有哪些特点 3 解 闪速存储器是高密度 非易失性的读 写半导体存储器 从原理上 看 它属于 ROM 型存储器