计算机组成原理期末复习资料-王爱英

第第 1 2 章章 1 简述冯诺依曼机的特点 答 1 计算机由运算器 存储器 控制器和输入设备 输出设备五大部件组成 2 采用存储程序的方式 程序和数据放在同一个存储器中 指令和数据一样可以送到运 算器运算 即由指令组成的程序是可以修改的 3 指令和数据均用二进制码表示 4 指令由操作码和地址码组成 5 指令在存储器内按顺序存放 由指令计数器 PC 指明要执行的指令所在单元地址 一般按顺序递增 但可按运算结果或外界条件而改变 6 机器以运算器为中心 输入输出设备与存储器的数据通过运算器 2 触发器触发方式种类 答 1 电平触发器 D 2 边沿触发器 D 3 主 从触发器 JK 3 阵列逻辑电路 答 1 读 写存储器 RAM 2 只读存储器 ROM 3 可编程逻辑阵列 PAL 熔丝 4 通用阵列逻辑 GAL 电擦除 5 门阵列 GA 6 宏单元阵列 MA 7 可编程门阵列 PGA 4 PAL 和 GAL 区别 1 PAL 采的采用的是熔丝工艺 一旦编程后就不能改写 而 GAL 采用电擦除的 CMOS E ECMS 工艺 可擦除重写 100 次以上 数据可保存 20 年以上 在数秒钟内即可 完成擦除和编程过程 2 PAL 器件的应用局限性较大 对于不同的输出结构 需选用不同型号的 PAL 器件 而 GAL 的输出结构有一个输出逻辑宏单元 OLMC 通过对它的编程 使 GAl 有多种输出 方式 寄存器型输出 组合逻辑输出 并可控制三态输出门 因此显得很灵活 5 单元阵列由哪几个部分组成 答 标准单元 通道区 I O 单元 压焊点 第第 4 章章 主存储器主存储器 1 主存储器类型 答 1 随机存储器又叫读写存储器 RAM 易失性存储器 非 2 只读存储器 ROM 3 可编 程只读存储器 PROM 4 可擦出可编程只读存储器 EPROM 5 可用电擦除的可编程只读存 储器 E EPROM 2 主存储器主要性能指标 答 主存储容量 存储器存取时间和存储周期时间 3 读写存储器分为 答 静态存储器 SRAM 和动态存储器 DRAM DRAM 以 读出 方式再生或刷新 周期小于等于 2ms DRAM 分为三管存储单元电路和单管存储单元电路 单管的优点 线路简单 单元占用面积 小 速度快 缺点 是破坏性的 读出后要立即对单元进行 重写 已恢复原信息 单元独 处信号很小 要求有高灵敏度的独处放大器 SRAM 和 DRAM 比较 DRAM 优点 1 集成度高 单管存储 2 封装尺寸小 地址分批进入 管脚少 3 价格便宜 4 功率小 缺点 1 速度慢 用了动态原件 2 需要再生 第第 5 章指令系统章指令系统 1 一条指令包含哪些信息 答 操作码 操作数地址 操作结果的存储地址 下一条指令的地址 2 15 条三地址指令操作码由 0000 1110 给出 15 条而地址指令由 给出 15 条以地址指 令由 0 0 给出 16 条零地址指令由 10000 11111 给出 3 霍夫曼编码 依据指令出现概率 字长决定运算精度和寻址能力 寻址能力可通过加长机器字长和地址扩展技术 指令的长度主要取决于 操作码的长度 操作数的地址长度和操作数地址的个数 短格式指令和长格式指令 4 8 种寻址方式 答 1 直接寻址 MOV AX 3000H 特点 只访问一次存储器 地址位数决定了寻址 范围 操作数的地址不易改变 2 寄存器寻址 MOV SS AX 不访存 AX 是通用寄存器 可以缩短指令长度 节省存储空 间 提高指令执行速度 3 带位移量的基址寻址 EA BR A BR 为基址寄存器 通用寄存器 A 为位移量 disp 特点 解决了程序在存储器中的定位和扩大寻址空间的问题 对多道程序和浮动程 序很有用 4 变址寻址 EA IX A IX 为変址寄存器 由用户给定 可作为偏移量 A 不变 可 作为基地址 如果还有基址寄存器 计算有效地址时还要加上 特点 可扩大寻址范围 変址由用户给定 便于处理数组问题 5 间接寻址 EA A 分为寄存器间接和存储器间接寻址 A 是操作数的地址或指 令的地址 特点 多次访存 可扩大寻址范围 便于変址程序 6 相对寻址 EA PC A 当前指令地址 偏移量 A 特点 转移地址不固定 随 PC 变化 总是相差一个 disp 对于浮动程序适用 disp 可正可负 通常用补码 7 立即数寻址 特点 指令执行阶段不访存 提高了执行速度 只能适用于操作数固定情 况下 8 堆栈寻址 5 指令的分类与功能 答 1 算术逻辑运算指令 这类指令包括逻辑加 逻辑乘 按位加 逻辑移位等指令 主要用于无符号数的位操作 代码的转换 判断及运算 移位指令用来对寄存器的内容实现左移 右移或循环移位 2 移位操作指令 算术 逻辑和循环移位 算术右移时最高位 符号位 不变 逻辑右移最高位补零 3 浮点运算指令 4 十进制运算指令 5 字符串处理指令 字符串的传送 比较 查询 转换等 6 数据传送指令 数据传送指令主要包括取数指令 存数指令 传送指令 成组传送指令 字节交换指 令 清累加器指令 堆栈操作指令等等 这类指令主要用来实现主存和寄存器之间 或寄 存器和寄存器之间的数据传送 7 转移类指令 a 无条件转移 jump 和条件转移指令 branch b 调用指令和返回指令 call 和 return c 陷阱与陷阱指令 意外中断 8 堆栈及堆栈操作指令 PUSH OPR 先 SP 1 SP 后 OPR SP 在中断 子程 序调用中广泛用于保存返回地址 状态标志及现场信息 不同语言子程序调用时参数的传 递 用堆栈普遍 9 输入输出 I O 指令 输入输出指令主要用来启动外围设备 检查测试外围设备的工作 状态 并实现外部备和 CPU 之间 或外围设备与外围设备之间的信息传送 10 特权指令 特权指令是指具有特殊权限的指令 这类指令只用于操作系统或其他系 统软件 一般不直接提供给用户使用 在多用户 多任务的计算机系统中特权指令必不可 少 它主要用于系统资源的分配和管理 11 其他指令 除以上各类指令外 还有状态寄存器置位 复位指令 测试指令 暂停 指令 空操作指令 以及其他一些系统控制用的特殊指令 6 CISC 指令的主要特点 答 1 指令系统复杂庞大 指令数目一般多达两三百条 2 指令长度不固定 指令格式多 3 可以访存指令不受限制 4 各种指令使用频率相差很大 5 各种指令执行时间相差很大 大多数指令需多个时钟周期才能完成 6 控制器大多数采用微程序控制 7 难以用优化编译生成高效的目标代码程序 7 SISC 指令特点 答 1 选取适用频率较高的一些简单指令 复杂指令的功能由简单指令的组合来实现 2 指令长度固定 指令格式种类少 3 只有 Load Store 指令访存 其余指令的操作数在寄存器之间进行 4 CPU 中有多个通用寄存器 5 控制器采用组合逻辑控制 6 采用流水技术 大部分指令在一个时钟周期内完成 7 采用优化的编译程序 8 CISC 和 SISC 比较 答 1 SISC 更能充分利用 VLSI 芯片的面积 2 SISC 更能提高运算速度 3 SISC 便于设计 可降低成本 4 SISC 有利于编译程序代码优化 5 SISC 不易实现指令系统兼容 第第 6 章中央处理器章中央处理器 1 Intel80386 微机系统组成 答 1 80386 微机处理器 2 80384 时钟发生器 reset 0FFFFFFF0H 3 80387 协处理器 4 总线控制逻辑 5 存储器与输入输出系统 6 DMA 控制器及中断控制器 DMA 控制 I O 设备和与主存直接传送信息逻辑电路 中断控制器用于传送一个数据或发生 故障时进行处理 7 ready 逻辑电路 由主存向 80386 发出 2 Intel80386 结构 答 指令部件 执行部件和存储管理 指令部件 完成取指及指令译码功能 并发出控制信号 执行部件 包括 ALU 乘法部件和寄存器组等 存储管理 用来确定存储地址 1 D0 D31 双向 32 位数据总线 2 A2 A31 地址线和 字节使能 信号 BE0 BE3 表低电位有效 3 CLK2 40MHz 时钟 4 RESET 总清或复位信号 5 总线定义周期信号 W R 写 读周期 D C 数据 控制周期 M IO 访问主存储器 IO 设 备 LOCK 总线锁定信号 0 5 总线控制信号 ADS 地址状态信号 0 NA 主存或 IO 送 80386 信号 指令重叠 BS16 兼容 16 位主存信号或 IO READY 7 HOLD 和 HLDA 总线仲裁信号 主设备发出占用总线请求 HOLD 处理机释放总线后 发出应答信号 HLDA 放弃总线控制权 此时 HLDA 是 80386 唯一送到引出端上的信号 8 中断 INTR 和 NMI 为中断请求信号和不可屏蔽中断请求信号 9 协处理器接口信号 PEREQ 请求信号 BUSY 忙信号 ERROR 出错信号 3 控制器概括作用和功能及组成 答 作用 发出满足一定时序关系的控制信号 实现指令系统规定的各条指令的功能 并保 证计算机系统正常运行 功能 1 取指令 2 分析指令 3 执行指令 4 控制程序和数据的输入与结果输出 5 对异常情况和某些请求的处理 组成 1 程序计数器 PC 2 指令寄存器 IR 3 指令译码器或操作码译码器 4 脉冲源及启停线路 5 时序控制信号形成部件 补 程序状态字 PAW 和程序状态控制器 PSR 4 加法指令执行过程 操作码 rs rd rsl imm disp 答 1 取指微指令 1 指令地址送地址总线 PC AB 2 发访存控制命令 ADS W R 非 0 M IO 非 1 3 指令送指令寄存器 DB IR 4 程序寄存器加 1 PC 1 2 计算有效地址微指令 1 取两个源操作数 rsl GR rsl ALU disp ALU 2 加法运算 3 地址送寄存器 ALU AR 3 取数微指令 1 数据地址送地址总线 AR AB 2 发访存控制命令 ADS W R 非 0 M IO 非 3 数据送数据寄存器 DB DR 4 加法运算和送结果微指令 1 两源操作数送 ALU rs GR rs ALU DR ALU 2 加法运算 3 送结果 ALU GR rd GR ALU rd 置状态位 N Z V C 5 微程序设计方向 答 1 如何缩短微指令字长 2 如何减少微程序长度 3 如何提高微程序的执行速度 6 微指令的常用控制字段编译法 答 1 直接控制法 优点 简洁直观 输出直接用于控制 2 字段直接编译法 优点 缩短了微指令长度 代价 增加了译码器 3 字段间接编译法 优点 减少了指令长度 缺点 可能会削弱指令的并行控制能力 4 常数源字段 E 5 其他 7 产生后继微指令的地址的几种方法 答 之前两种 由指令操作码译码器产生和由微指令的下址字段指出 1 以增量方式产生后继微地址 缺点 微程序转移很不灵活 使得程序在控存中的物理空 间分配相当困难 2 增量与下址字段结合产生 与 u 谬 PC 位数相等 转移灵活 但增加了微指令的长度 比 uPC 短 转移地址收到限制 但可缩短微指令长度 3 多路转移方式 4 微中断 8 水平型微指令与垂直型微指令的比较 答 l 水平型微指令并行操作能力强 效率高 灵活性强 垂直型微指令则较差 2 水平型微指令执行一条指令的时间短 垂直型微指令执行时间长 3 由水平型微指令解释指令的微程序 具有微指令字比较长 但微程序短的特点 垂直型微指 令则相反 微指令字比较短而微程序长 4 水平型微指令用户难以掌握 而垂直型微指令与指令比较相似 相对来说 比较容易掌握 5 垂直型微指令要用解码器产生相应的控制信号 9 硬布线控制与微程序控制的比较 答 1 原理不同 硬布线控制器是将控制部件做成产生专门固定时序控制信号的逻辑电路 产生各种控制信号 因而又称为组合逻辑控制器 把操作控制信号编成所谓的 微指令 存放到一个只读存储器里 当机器运行时 一条又一条地读出这些微指令 从而产生全机 所需要的各种操作控制信号 2 产生信号方式不同 3 具体实现方法不同 微程序控制器的控制功能是在存放微程序存储器和存放当前正在执 行的微指令的寄存器直接控制下实现的 而硬布线控制的功能则由逻辑门组合实现 4 性能方面不同 在同样的半导体工艺条件下 微程序控制的速度比硬布线控制的速度低 10 控制器的控制方式有哪四种 答 1 同步控制方式 2 异步控制方式 3 联合控制方式 4 人工控制 11 流水线不能连续工作的原因 答 1 编译形成的程序不能发挥流水线的作用 2 存储器供应不上连续流动所需的指令和数据 3 出现了 相关 情况 4 遇到了程序转移指令 第第 7 章存储系统章存储系统 1 写操作保持 catch 和主存一致性的两种写入方式 标致交换方式和通过式写或写通 多层 catch 一致性中状态 修改 排他 共享 无效 2 主存与 catch 的基本结构 主 存 t 位 m 位 b 位 标志位 主存块号 块内地址 catch t c 位 b 位 标志位 块号 块内地址 区地址 组地址 字块内地址 3 地址映像和地址转换概念 答 地址映像 为了把信息放到 catch 存储器中 必须应用某种函数把主存地址映像到 catch 地址变换 在信息按照这种映像关系装入 catch 后 执行程序时 应将主存地址变换成 catch 地址 4 基本地址映像方式 答 1 直接映像 catch 块号 j imod 2 的 c 次方 优点 实现简单 只需利用主存地址按某 些字段直接判断即可确定所需字段是否在 catch 存储器中 缺点 不够灵活 catch 空间得 不到充分利用 降低命中率 2 全相联映像 优点 允许主存中一个字块映像到 catch 存储器的任何一个字块位置上 也允许从确实已被占满的 catch 存储器中替换出任何一个旧字块 缺点 增加了标志位 catch 容量加大 需比较所有 catch 标志位 3 组相联映像 5 什么是虚拟存储器 答 指的是 主存 辅存 层次 程序员可以按比主存大得多的空间来编制程序 即按虚存 空间编址 6 比较主存 辅存层次与 catch 主存层次的比较 答 首先 主存 catch 存储器的访问 时间比 较小 典型的为 10 1 每次传送的基本信 息单元 字块 也比较小 几个至几十个字节 而辅存 主存的访问 时间比 就比较大 多 达 100 1 1000 1 每次传送的基本单位信息 段或页面 也很大 几十至几千字节 从原理角度上有相似处 他们采用的地址变换及映像方法和替换策略相同 虚拟存储系统 所采用的映像方式也相同等 替换算法也多采用 LRU 算法 7 相联存储器 不按地址访问存储器 而按所存数据字的全部内容或部分内容进行查找 或检索 CR 比较熟寄存器 n