(期末考试必备必考)计算机组成原理考试复习资料

计算机组成原理计算机组成原理 复习资料复习资料 一 一 填空题填空题 1 计算机系统的层次结构中 位于硬件系统之外的所有层次统称为 虚拟机 2 现在主要采用 总线 结构作为计算机硬件之间的连接方式 3 以 80386 微处理器为 CPU 的微机是 32 的微计算机 486 微机是 32 位的微计算机 4 JPEG 标准用于静态图像压缩 MPEG 标准用于运动视频图像的压缩 5 若 X 补 1000 则 X 8 6 设机器字长为 8 位 1 的补码用定点整数表示时为 用定点小数表示时为 1 7 8 位二进制补码所能表示的十进制整数范围是 27 至 27 1 前者的 二进制补码表示为 后者的二进制补码表示为 8 汉字的 输入码 机内码 字模码 是计算机用于汉字输入 内部处理 输出的 三种形式 9 根据国标规定 每个汉字内码用 2 个字节 表示 10 汉字输入时 将汉字转换成计算机能接受的汉字 输入 码 它进入计算机后 必须转换成汉字 内 码才能进行信息处理 11 常见的汉字输入编码方案可以归纳为 数字编码 拼音码 和 汉字字形码 等 12 当浮点数的尾数为补码时 其为规格化数应满足的条件为 数值位和符号位相反 或者是异或 13 采用双符号位的方法进行溢出检测时 若运算结果中两个符号位 不同 则表 明发生了溢出 若结果的符号位为 01 表示发生正溢出 若为 10 表示发生负溢出 14 浮点数运算时 当运算结果的尾数 尾数用补码表示 部分不是 00 1 11 0 的形式时 则应进行规格化处理 当尾数符号位为 01 10 时 则要右规 当运算 结果的符号位和最高有效位为 相同 时 需要左规 15 主存储器的性能指标主要是 存储容量 存取时间 存储周期和存储器带宽 16 半导体存储器分为 SRAM DRAM 只存存储器 ROM 和相联存储器等 17 存储器芯片并联的目的是为了 位 扩展 串联的目的是为了 字单元 扩展 18 三级存储器系统是指 CACHE M 外存 这三级 19 只存存储器 ROM 可分为 ROM PROM EPROM 和 EEPROM 四种 20 双端口存储器和多体交叉存储器属于 并行 存储器结构 前者使用 空间并行 技术 后者采用 时间并行 技术 21 在多级存储体系中 cache 的主要功能是 提高存储速度 虚拟存储器的主要 功能是 扩大存储容量 22 虚拟存储器指的是 主存 外存 层次 它给用户提供了一个比实际 主存 空 间大得多的 虚拟地址 空间 23 指令系统是计算机硬件所能识别的 它是计算机 软件和硬件 之间的接口 24 对指令中的 地址码 进行编码 以形成操作数在存储器中地址的方式称为 操作 数的寻址方式 25 操作数直接出现在地址码位置的寻址方式是 立即 寻址 26 寄存器寻址方式中 指令的地址码部分给出 寄存器号 而操作数在 寄存器中 27 存储器间接寻址方式指令中给出的是 操作数地址 所在的存储器地址 CPU 需要 访问内存 二次 才能获得操作数 28 计算机对信息进行处理是通过 执行程序 来实现的 29 指令系统是计算机的 硬 件语言系统 也称为 机器 语言 30 CPU 的四个主要功能是 顺序控制 操作控制 时间控制 数据 加工 31 CPU 中 保存当前正在执行的指令的寄存器为 IR 保存下一条指令地址的寄存 器为 PC 保存 CPU 访存地址的寄存器为 AR 32 操作控制器的功能是 从主存中取出指令 完成指令操作码译码 并产生相关的操作 控制信号 以解释执行该指令 控制器在生成各种控制信号时 必须按照一定的 时序 进行 以便对各种操作实施时间上的控制 33 微程序控制器的核心部件是存储微程序的 控制存储器 它一般由 ROM 构成 它具有规整性 可扩展性等优点 是一种用 软件 方法来设计 硬件 的技术 在微程序控制中 计算机执行一条指令的过程就是依次执行一个确定的 微指令序列 微 程序 的过程 在执行微程序时 取下一条微指令和执行本条微指令一般是 顺序 进行的 而微指令之间是 重叠 执行的 因此 一条机器指令和微指令的关系是 一条机器指令对应一段微程序 而微程序由若干条微指令构成 34 微指令执行时 产生后续微地址的方法主要由 计数器方式 断定方式 和结合 方式 任意指令周期的第一步必定是 取指令 周期 在同一微周期中的 不可以同时 出现 的微命令 称为互斥的微命令 在同一个微周期中 可以同时出现 的微命 令 称为相容的微命令 35 衡量总线性能的重要指标是 总线带宽 它定义为总线本身所能达到的最高 传输 速率 PCI 总线的带宽可达 264MB S 36 总线有 物理 特性 功能 特性 电气特性 机械 特性 37 在 DMA 方式中 CPU 和 DMA 控制器通常采用三种方法来分时使用主存 它们是 停止 CPU 访问主 周期挪用和 DMA 和 CPU 交替访问主存 38 设 n 8 不包括符号位 则原码一位乘需做 8 次移位和最多 8 次加法 补码 Booth 算法需做 8 次移位和最多 9 次加法 39 一个总线传输周期包括 a 申请分配阶段 B 寻址阶段C 传输阶 D 结束阶段 40 CPU 采用同步控制方式时 控制器使用 机器周 和 节拍 组成的多极时 序系统 41 在组合逻辑控制器中 微操作控制信号由 指令操作码 时序 和 状态条件 决定 42 为了运算器的高速性 采用了先行进位 阵列乘除法和流水线等并行措施 43 相联存储器不按地址而是按 内容 访问的存储器 在 cache 中用来存放 行地址表 在虚拟存储器中用来存放 页表和段表 44 硬布线控制器的设计方法是 先画出 指令周期 流程图 再利用 布尔代数 写出综 合逻辑表达式 然后用 门电路 触发器或可编程逻辑 等器件实现 45 磁表面存储器主要技术指标有 存储密度 存储容量 平均存储时间 和数据传输 率 46 DMA 控制器按其 组成结构 结构 分为 选择 型和 多路 型两种 47 数控机床是计算机在 自动控制 方面的应用 邮局把信件自动分拣是在计算机 人工智 能 方面的应用 48 汉字的 输入码 内码 字模码 是计算机用于汉字输入 内部处理 输出三种不同 用途的编码 49 闪速存储器特别适合于 便携式 微型计算机系统 被誉为 固态盘 而成为代替磁盘的一 种理想工具 50 主存储器的性能指标主要是 存储容量 存取时间 存储周期和存储器带宽 51 条件转移 无条件转移 转子程序 返主程序 中断返回指令都属于 程序控制类 类指 令 这类指令在指令格式中所表示的地址不是 操作数 的地址 而是 下一条指令 的地址 52 从操作数的物理位置来说 可将指令归结为三种类型 存储器 存储器型 寄存器 存 储器型 寄存器 存储器型 53 运算器的两个主要功能是 算术运算 逻辑运算 54 PCI 总线采用 集中式 仲裁方式 每一个 PCI 设备都有独立的总线请求和总线授权两条 信号线与 中央仲裁器 相连 55 直接内存访问 DMA 方式中 DMA 控制器从 CPU 完全接管对 总线 的控制 数据交换 不经过 CPU 而直接在内存和 I O 设备 之间进行 56 原码一位乘法中 符号位与数值位分开计算 运算结果的符号位等于相乘两数符号位的 异或值 57 码值 80H 若表示真值 0 则为移码 若表示真值 128 则为补码 58 微指令格式分为水平型微指令和垂直型微指令 其中 前者的并行操作能力比后者强 59 在多级存储体系中 Cache 存储器的主要功能是匹配 CPU 和主存之间的速度 60 在下列常用术语后面 写出相应的中文名称 VLSI 超大规模集成电路 RISC 精简指 令系统计算机 DMA 直接存储器存取 DRAM 动态随机读写存储器 61 为了实现 CPU 对主存储器的读写访问 它们之间的连线按功能划分应当包括地址总线 数据总线 读写控制线 62 从计算机系统结构的发展和演变看 近代计算机是以存储器为中心的系统结构 63 设 X 0 1011 则 X 补为 10101 64 汉字的 输入码 机内码 字形码 是计算机用于汉字输入 内部处理 输出三种不同用 途的编码 65 数控机床是计算机在自动控制方面的应用 邮局把信件自动分拣是在计算机人工智能方 面的应用 66 计算机软件一般分为系统软件和应用软件两大类 67 RISC 的中文含义是精简指令系统计算机 CISC 的中文含义是复杂指令系统计算机 68 对动态存储器的刷新有两种方式 它们是集中式刷新和分布式刷新 69 在存储系统的 Cache 与主存层次结构中 常会发生数据替换问题 此时我们较常使用的 替换算法有先进先出算法和近期最少使用算法等 70 一条指令实际上包括两种信息即操作码和地址码 71 按照总线仲裁电路的位置不同 可分为集中式仲裁和分布式仲裁 二 二 名词解释名词解释 1 1 计算机系统 计算机系统 由硬件和软件两大部分组成 有多种层次结构 2 2 主机 主机 CPU 存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机 3 3 主存 主存 用于存放正在访问的信息 4 4 辅存 辅存 用于存放暂时不用的信息 5 5 高速缓存 高速缓存 用于存放正在访问信息的付本 6 6 中央处理器 中央处理器 是计算机的核心部件 由运算器和控制器构成 7 7 硬件 硬件 是指计算机实体部分 它由看得见摸得着的各种电子元器件 各类光 电 机设 备的实物组成 8 8 软件 软件 指看不见摸不着 由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成 9 9 系统软件 系统软件 又称系统程序 主要用来管理整个计算机系统 监视服务 使系统资源得到 合理调度 高效运行 10 10 应用软件 应用软件 又称应用程序 它是用户根据任务需要所编制的各种程序 11 11 源程序 源程序 通常由用户用各种编程语言编写的程序 12 12 目的程序 目的程序 由计算机将其翻译机器能识别的机器语言程序 13 13 总线 总线 是连接多个部件的信息传输线 是各部件共享的传输介质 14 14 系统总线 系统总线 是指 CPU 主存 I O 设备 通过 I O 接口 各大部件之间的信息传输线 15 15 通信总线 通信总线 是指用于计算机系统之间或者计算机系统与其他系统 如控制仪表 移动通 信 之间的通信的线路 按传送方式分并行和串行 串行通信是指数据在单条 1 位宽的传输线上 一位一位的 按顺序分时传送 并行通信是指数据在多条并行 1 位宽的传输线上 同时由源传送到目的 地 16 16 带宽 带宽 单位时间内可以传送的最大的信息量 17 17 机器字长 机器字长 是指 CPU 一次并行处理数据的位数 通常与 CPU 的寄存器位数有关 18 18 主存容量 主存容量 是指主存中存放二进制代码的总位数 19 19 机器数 机器数 符号位数字化 0 代表正数 1 代表负数 20 20 定点数 定点数 小数点固定在某一位位置的数 21 21 浮点数 浮点数 小数点的位置可以浮动的数 22 22 补码 补码 带符号数据表示方法之一 正数的反码和原码相同 负数的反码是将二进制按位 取反后在最低位再加 1 23 23 溢出 溢出 在计算机中 超出机器字长 发生错误的结果 24 24 非编码键盘 非编码键盘 采用软件判断键是否按下及设键 译键 计算键值的方法的键盘 25 A D25 A D 转换器 转换器 它能将模拟量转换成数字量 是计算机的输入设备 26 I O26 I O 接口 接口 指主机与 I O 设备之间设置的一个硬件电路及器相应的软件控制 27 27 端口 端口 指接口电路中的一些寄存器 用来存放数据信息 控制信息和状态信息 28 28 中断 中断 计算机在执行程序的过程中 当出现异常情况或特殊请求时 计算机停止现行程 序的运行转向对这些异常情况或特殊请求处理 处理结束后再返回到现行程序的间断处 继续执行源程序 29 29 中断源 中断源 凡能向 CPU 提出中断请求的各种因素统称为中断源 30 30 中断嵌套 中断嵌套 计算机在处理中断的过程中 有可能出现新的中断请求 此时 CPU 暂停现行 中断服务程序 转向新的中断请求 这种现象称为中断嵌套 31 31 优先级 优先级 为使系统能及时响应并处理发生的所有中断 系统根据引起中断事件的重要性 和紧迫程度 硬件将中断源分为若干个级别 32 DMA32 DMA 方式 方式 用硬件在主存与外设之间直接进行数据传送 不须 CPU 用软件控制 33 33 指令系统 指令系统 将全部机器指令的集合称为机器的指令系统 34 34 寻址方式 寻址方式 是指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法 它与 硬件结构紧密相关 而且直接影响指令格式和指令功能 35 35 指令周期 指令周期 完成一条指令的时间 由若干机器周期组成 36 36 机器周期 机器周期 完成摸个独立操作 由若干时钟周期组成 37 37 时钟周期 时钟周期 最基本时间单位 由主频决定 38 38 微操作 微操作 在微程序控制器中 执行部件接受微指令后所进行的最基本的操作 39 39 微指令 微指令 控制器存储的控制代码 分为操作控制部分和顺序控制部分 由微命令组成 40 40 微程序 微程序 存储在控制存储器中的完成指令功能的程序 由微指令组成 41 41 控制存储器 控制存储器 CPU 内用于存放实现指令系统全部指令的微程序的只读存储器 三 简答题三 简答题 1 1 说明计算机系统的层次结构 说明计算机系统的层次结构 计算机系统可分为 微程序机器级 一般机器级 或称机器语言级 操作系统级 汇编语 言级 高级语言级 2 2 请说明指令周期 机器周期 时钟周期之间的关系 请说明指令周期 机器周期 时钟周期之间的关系 指令周期是指取出并执行一条指令的时间 指令周期常常用若干个CPU 周期数来表示 CPU 周期也称为机器周期 而一个 CPU 周期又包含若干个时钟周期 也称为节拍脉冲或T 周期 3 3 请说明请说明 SRAMSRAM 的组成结构 与的组成结构 与 SRAMSRAM 相比 相比 DRAMDRAM 在电路组成上有什么不同之处 在电路组成上有什么不同之处 SRAM 存储器由存储体 读写电路 地址译码电路 控制电路组成 DRAM 还需要有动态刷新 电路 4 4 请说明程序查询方式与中断方式各自的特点 请说明程序查询方式与中断方式各自的特点 程序查询方式 数据在 CPU 和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制 优点是硬件结 构比较简单 缺点是 CPU 效率低 中断方式是外围设备用来 主动 通知 CPU 准备输入 输出的一种方法 它节省了 CPU 时间 但硬件结构相对复杂一些 5 Cache5 Cache 与主存之间的地址映像方法有哪几种 各有何特点 与主存之间的地址映像方法有哪几种 各有何特点 映像方式有直接映像 全相联映像 组相联映像三种 直接映像是每个主存块只能放到一 个唯一对应的 Cache 块中 实现简单但 Cache 利用率低 全相联映像是每个主存块可以放 到任何一个 Cache 块中 最灵活但实现的成本代价最大 组相联映像时每个主存块唯一对 应一个 cache 组 但可放到组内任何一个块中 是前两种方式的折中 6 DRAM6 DRAM 存储器为什么要刷新 有哪几种常用的刷新方法 存储器为什么要刷新 有哪几种常用的刷新方法 DRAM 存储器采用电容存放信息 由于电容漏电 保存信息经过一段时间会丢失 故用刷新 保证信息不丢失 常用的刷新方法有集中式刷新和分布式刷新 7 CPU7 CPU 中有哪些主要寄存器 简述这些寄存器的功能 中有哪些主要寄存器 简述这些寄存器的功能 CPU 有以下寄存器 指令寄存器 IR 用来保存当前正在执行的一条指令 程序计 数器 PC 用来确定下一条指令的地址 地址寄存器 AR 用来保存当前 CPU 所访 问的内存单元的地址 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 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 PSW 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 8 RISC8 RISC 机器具有什么优点 试简单论述 机器具有什么优点 试简单论述 RISC 是精简指令系统计算机 它有以下特点 选取使用频率最高的一些简单指令 以 及很有用但不复杂的指令 指令长度固定 指令格式种类少 寻址方式种类少 只有 取数 存数指令访问存储器 其余指令的操作都在寄存器之间进行 大部分指令在一个机 器周期内完成 CPU 中通用寄存器数量相当多 以硬布线控制为主 不用或少用微指 令码控制 一般用高级语言编程 特别重视编译优化工作 以减少程序执行时间 9 9 计算机存储系统分那几个层次 每一层次主要采用什么存储介质 其存储容量和存取速计算机存储系统分那几个层次 每一层次主要采用什么存储介质 其存储容量和存取速 度的相对值如何变化 度的相对值如何变化 分为高速 Cache 主存 辅存三级层次结构 容量从小到大 速度从高到低 存储介质 Cache SRAM 10 10 静态存储器静态存储器 SRAM SRAM 依靠什么来存储信息依靠什么来存储信息 为什么称为为什么称为 静态静态 存储器存储器 静态存储器依靠双稳态电路的两个稳定状态来分别存储 0 和 1 这类存储器在电源正常情 况下 可以长期保存信息不变 除非重新写入 不需要动态刷新 所以称为 静态 存储 器 11 11 简述寄存器间接寻址方式的含义 说明其寻址过程 简述寄存器间接寻址方式的含义 说明其寻址过程 含义 指令中给出寄存器号 操作数的地址在寄存器中 寻址过程 从指令中取出寄存器 号 找到对应的寄存器 以该寄存器内容作为地址访问主存 读出操作数 12 12 微程序控制器怎么产生操作控制信号 这种控制器有何优缺点微程序控制器怎么产生操作控制信号 这种控制器有何优缺点 操作控制信号的产生 事先把操作控制信号以代码形式构成微指令 然后存放到控制存储 器中 取出微指令时 其代码直接或译码产生操作控制信号 优点 规整 易于修改和扩 展 缺点 速度较慢 13 13 何谓串行传输 有何优缺点何谓串行传输 有何优缺点 适用什么场合适用什么场合 串行传输是指用一条线按位串行传送数据 优点 线路成本低 缺点 传送速度慢 适用场合 主机与低速外设间的传送 远距离通信总线的数据传送 系统之间的通信总线的数据传送 14 14 何谓何谓 DAMDAM 方式方式 说明它的适用场合 说明它的适用场合 定义 由 DMA 控制器控制系统总线 直接依靠硬件实现主存与 I O 设备之间的数据直传 传送期间不需要 CPU 程序干预 适用场合 高速 批量数据的简单传送 15 15 何谓多重中断何谓多重中断 如何保证它的实现如何保证它的实现 多重中断 CPU 在响应处理中断的过程中 允许响应处理更高级别的中断请求 这种方式 称为多重中断 实现方法 在中断服务程序的起始部分用一段程序来保存现场 送新屏蔽字以取屏蔽同级 别和低纸别的中断请求 然后开中断 这样 CPU 就可响应更高级别的中断请求 实现多重 中断 1 1 冯诺依曼机主机主要特点 冯诺依曼机主机主要特点 计算机由运算器 存储器 控制器 输入设备和输出设备五大部件组成 1 指令和数据一同等地位存放于存储器内 并可按地址寻访 2 指令和数据均用二进制表示 3 指令由操作吗和地址码组成 操作码用来表示操作的性质 地址码用来表示操作数在存 4 储器中的位置 采用存储控制原理 指令在存储器内按顺序存放 通常指令是顺序执行的 在特定条件 5 下 可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序 机器以运算器为中心 输入输出设备与存储器间的数据传说通过运算器完成 6 2 2 计算机硬件主要技术指标 软件定义与分类 计算机硬件主要技术指标 软件定义与分类 计算机硬件主要技术指标 机器字长 存储容量 运算速度 主频等 软件定义 看不见摸不着 由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成 分类 系统软件和应用软件 3 3 计算机组成部分与个部分作用 计算机组成部分与个部分作用 运算器 用来完成算术运算和逻辑运算 并将运算的中间结果暂存在运算器内 存储器 用来存放数据和程序 控制器 用来控制 指挥程序和数据的输入 运行以及处理器运算结果 输入设备 用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式 常见的有键盘 鼠标等 输出设备 可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式 如打印机输出 显示器输出 等 4 4 总线定义与分类方法 系统总线定义与分类方法 总线定义与分类方法 系统总线定义与分类方法 总线 定义 总线是连接多个部件的信息传输线 是各部件共享的传输介质 分类 片内总线 系统总线 通信总线 系统总线 定义 系统总线是指 CPU 主存 I O 设备 通过 I O 接口 各大部件之间的信息传输 线 分类 数据总线 地址总线 控制总线 5 5 什么是总线标准 目前流行的总线标准有哪些 什么是总线标准 目前流行的总线标准有哪些 所谓总线标准可视为系统与各模块 模块与模块之间的一个互连的标准界面 ISA 总线 EISA 总线 PCI 总线 RS 232C 总线 IEEE 488 并行通信总线又称 GP IP 总 线 USB 总线 6 6 三级存储器系统中各级存储器特点与用途 分哪两个层次 三级存储器系统中各级存储器特点与用途 分哪两个层次 主存 特点 随机访问 速度快 容量大 用途 存放 CPU 使用的程序和数据 1 辅存 特点 容量大 速度慢 价格低 可脱机保存信息 用途 存放大量后备数据 缓存 特点 速度快 容量小 价格高 用途 用于主存与辅存之间作为缓冲 正在使用的 程序和数据的付本 缓存 主存层次和主存 辅村层次 2 7 7 半导体存储器半导体存储器 RAMRAM 与与 ROMROM 特点与用途 特点与用途 RAM 特点 可读可写掉电后信息丢失 存临时信息 用途 主要做内存 ROM 特点 只读不写掉电后信息不丢失 存长期信息 用途 主要做控制存储器 8 8 动态动态 RAMRAM 与静态与静态 RAMRAM 特点与用途 特点与用途 DRAMDRAM 刷新方式与主要优点 刷新方式与主要优点 静态 RAM 特点 信息读出后 仍保持其原有状态 不需要再生 用途 用于 Cache 动态 RAM 特点 靠电容存储电荷的原理来寄存信息 用途 组成内存 主存 DRAM 刷新方式 集中刷新 集中刷新是在规定的一个刷新周期内对全部存储单元集中一段时间逐行进 行刷新 此刻必须停止读写操作 分散刷新 分散刷新是指对每行存储单元的刷新分散到每个存储周期内完成 异步刷新 异步刷新是前两种方式的结合 它即可缩短 死时间 又充分利用最大刷新间 隔 2ms 的特点 优点 单个 MOS 管组成 集成度高 速度较 SRAM 慢 价格低 9 Cache9 Cache 工作原理特点 地址映射方式与替换算法 工作原理特点 地址映射方式与替换算法 原理 利用程序访问的局部性 近期用到信息存于 cache 地址映射方式 直接映射 全相联映射 组相联映射 替换算法 先进先出算法 FIFO 近期最少使用算法 LRU 随机法 10 10 主机与外设交换信息采用中断与主机与外设交换信息采用中断与 DMADMA 方式特点与应用场合 方式特点与应用场合 中断方式 特点 CPU 与外设并行工作 效率高 应用场合 管理多种外设并行工作 进行实时处理 进行故障自动处理 DMA 方式 特点 从数据传送看 程序中断方式靠程序传送 DMA 方式靠硬件传送 1 从 CPU 响应时间看 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 2 周期内的任一存取周期结束时响应 程序中断方式有处理异常事件能力 DMA 方式没有这种能力 主要用于大批数据的传送 3 如硬盘存取 图像处理 高速数据采集系统等 可提高数据吞吐量 程序中断方式需要中断现行程序 故需保护现场 DMA 方式不中断现行程序 无须保护 4 现场 DMA 的优先级比程序中断的优先级高 5 应用场合 高速设备 如硬盘 11 I O11 I O 端口与接口的区别 端口与接口的区别 I OI O 接口分类方法 接口分类方法 端口 接口内部寄存器有 I O 地址号 一般分为数据口 命令口和状态口 接口 若干端口加上相应的控制电路组成 接口分类 按数据传送方式分串行接口和并行接口 按功能选择的灵活性分为可编程接口和不可编程接口 按通用性分为通用接口和专用接口 按数据传送的控制方式分为程序型接口和 DMA 接口 12 12 中断处理过程分成哪两个阶段各完成哪些任务中断处理过程分成哪两个阶段各完成哪些任务 响应阶段 关中断 保护断点地址 转入中断服务入口地址 处理阶段 保护现场 执行用户编写的中断服务程序 恢复现场 13 13 与中断方式比较与中断方式比较 MDAMDA 方式主要特点是什么 方式主要特点是什么 从数据传送看 程序中断方式靠程序传送 DMA 方式靠硬件传送 1 从 CPU 响应时间看 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 2 周期内的任一存取周期结束时响应 程序中断方式有处理异常事件能力 DMA 方式没有这种能力 主要用于大批数据的传送 3 如硬盘存取 图像处理 高速数据采集系统等 可提高数据吞吐量 程序中断方式需要中断现行程序 故需保护现场 DMA 方式不中断现行程序 无须保护 4 现场 DMA 的优先级比程序中断的优先级高 5 14 14 什么是寻址方式 数据寻址方式有哪几种 什么是寻址方式 数据寻址方式有哪几种 寻址方式 是指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法 它与硬 件结构紧密相关 而且直接影响指令格式和指令功能 数据寻址方式 立即寻址 直接寻址 隐含寻址 间接寻址 寄存器寻址 寄存器间接寻 址 基址寻址 变址寻址 相对寻址 堆栈寻址 15 15 RISCRISC 主要特点与主要特点与 CISCCISC 相比较相比较 RISCRISC 主要优点 主要优点 特点 选用使用频率较高的一些简单指令以及一些很有用但又不复杂的指令 让复杂指令的 功能由频度高的简单指令的组合来实现 指令长度固定指令格式种类少 寻址方式种类少 只有取数 存数指令访问存储器 其余指令的操作都在寄存器内完成 采用流水线技术 大部分指令在一个时钟周期内完成 控制器采用组合逻辑控制 不用微程序控制 采用优化的编译程序 充分利用 VLSI 芯片的面积 1 提高计算机运算速度 2 便于设计可降低成本提高可靠性 3 有效支持高级语言程序 4 16 16 组合逻辑与微程序设计主要特点与应用 组合逻辑与微程序设计主要特点与应用 组合逻辑 特点 速度快 复杂不灵活 应用 适用于 RISC 机 微程序 特点 引入程序设计与存储逻辑技术 硬件软化 把一条机器指令用一段微程序 来实现 存放控制存储器 CM 中 应用 系列机 17 17 什么是指令周期 机器周期 时钟周期什么是指令周期 机器周期 时钟周期 三者的关系如何 三者的关系如何 指令周期 完成一条指令的时间 由若干机器周期组成 机器周期 完成摸个独立操作 由若干时钟周期组成 时钟周期 最基本时间单位 由主频决定 关系 时钟周期是最基本时间单位 由若干时钟周期组成机器周期 由若干机器周期组成 指令周期 18 18 微程序设计基本思想 微程序指令主要编码方式 微程序设计基本思想 微程序指令主要编码方式 思想 引入程序设计与存储逻辑技术硬件软化把一条机器指令用一般微程序来实现 存于 控制存储器中 编码方式 直接编码 直接控制 方式 字段直接编码方式 四 应用题四 应用题 1 1 某某 8 8 位微型机地址码为位微型机地址码为 1818 位 若使用位 若使用 4K 44K 4 位的位的 RAMRAM 芯片组成模块板结构的存储器 试问 芯片组成模块板结构的存储器 试问 1 1 该机所允许的最大主存空间是多少 该机所允许的最大主存空间是多少 2 2 若每个模块板为 若每个模块板为 32K 832K 8 位 共需几个模块板 位 共需几个模块板 3 3 每个模块板内共有几片 每个模块板内共有几片 RAMRAM 芯片 芯片 4 4 共有多少片 共有多少片 RAMRAM 5 5 CPUCPU 如何选择各模块板 如何选择各模块板 解 1 该机所允许的最大主存空间是 218 8 位 256K 8 位 256KB 2 模块板总数 256K 8 32K 8 8 块 3 板内片数 32K 8 位 4K 4 位 8 2 16 片 4 总片数 16 片 8 128 片 5 CPU 通过最高 3 位地址译码输出选择模板 次高 3 位地址译码输出选择芯片 地址格 式分配如下 模板号 3位 芯片号 3位 片内地址 12位 2 2 假设假设 CPUCPU 执行某段程序时共访问执行某段程序时共访问 CacheCache 命中命中 48004800 次 访问主存次 访问主存 200200 次 已知次 已知 CacheCache 的存取的存取 周期为周期为 30ns30ns 主存的存取周期为 主存的存取周期为 150ns150ns 求 求 CacheCache 的命中率以及的命中率以及 Cache Cache 主存系统的平均访问时主存系统的平均访问时 间和效率 试问该系统的性能提高了多少倍 间和效率 试问该系统的性能提高了多少倍 解 Cache被访问命中率为 4800 4800 200 24 25 96 则Cache 主存系统的平均访问时间为 ta 0 96 30ns 1 0 96 150ns 34 8ns Cache 主存系统的访问效率为 e tc ta 100 30 34 8 100 86 2 性能为原来的 150ns 34 8ns 4 31 倍 即提高了 3 31 倍 3 3 设相对寻址的转移指令占设相对寻址的转移指令占 3 3 个字节 第一字节为操作码 第二 三字节为相对位移量个字节 第一字节为操作码 第二 三字节为相对位移量 补码表示 补码表示 而且数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式 每当 而且数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放方式 每当 CPUCPU 从存从存 储器取出一个字节时 即自动完成 储器取出一个字节时 即自动完成 PCPC 1 1 PCPC 1 若 PC 当前值为 240 十进制 要求转移到 290 十进制 则转移指令的第二 三 字节的机器代码是什么 2 若 PC 当前值为 240 十进制 要求转移到 200 十进制 则转移指令的第二 三 字节的机器代码是什么 解 1 PC 当前值为 240 该指令取出后 PC 值为 243 要求转移到 290 即相对位移量为 290 243 47 转换成补码为 2FH 由于数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放 方式 故该转移指令的第二字节为 2FH 第三字节为 00H 2 PC 当前值为 240 该指令取出后 PC 值为 243 要求转移到 200 即相对位移量为 200 243 43 转换成补码为 D5H 由于数据在存储器中采用以低字节地址为字地址的存放 方式 故该转移指令的第二字节为 D5H 第三字节为 FFH 4 4 一条双字长直接寻址的子程序调用指令 其第一个字为操作码喝寻址特征 第二个字为一条双字长直接寻址的子程序调用指令 其第一个字为操作码喝寻址特征 第二个字为 地址码地址码 5000H5000H 假设 假设 PCPC 当前值为当前值为 2000H2000H SPSP 的内容为的内容为 0100H0100H 栈顶内容为 栈顶内容为 2746H2746H 存储器 存储器 按字节编址 而且进栈操作时执行 按字节编址 而且进栈操作时执行 SPSP P P 后存入数据 试回答下列几种情况下 后存入数据 试回答下列几种情况下 PCPC SPSP 及栈顶内容各为多少 及栈顶内容各为多少 1 CALL 指令被读取前 2 CALL 指令被执行后 3 子程序返回后 解 CALL 指令被读取前 PC 2000H SP 0100H 栈顶内容为 2746H 1 CALL 指令被执行后 犹豫存储器按字节编制 CALL 指令供占 4 个字节 故程序断 电 2004H 进栈 此时 SP SP 2 00FEH 栈顶内容为 2004H PC 被更新为子程序 入口地址 5000H 2 子程序返回后 程序断点出栈 PC 2004H SP 被修改为 0100H 栈顶内容为 2746H 5 5 设指令字长为设指令字长为 1616 位 采用扩展操作码技术 每个操作码的地址为位 采用扩展操作码技术 每个操作码的地址为 6 6 位 如果定义了位 如果定义了 1313 条二地址指令 试问还可安排多少条一地址指令 条二地址指令 试问还可安排多少条一地址指令 解 24 3 26 3 64 192 条 6 6 某机指令字长某机指令字长 1616 位 每个操作数的地址码为位 每个操作数的地址码为 6 6 位 设操作码长度固定 指令分为零地址 位 设操作码长度固定 指令分为零地址 一地址和二地址三种格式 若零地址指令有一地址和二地址三种格式 若零地址指令有 M M 种 以抵制指令有种 以抵制指令有 N N 种 则二地址指令最多种 则二地址指令最多 有几种 若操作码位数可变 则二地址指令最多允许有几种 有几种 若操作码位数可变 则二地址指令最多允许有几种 解 1 若采用定长操作码时 二地址指令格式如下 OP 4 位 A1 6 位 A2 6 位 设二地址指令有 K 种 则 K 24 M N 当 M 1 最小值 N 1 最小值 时 二地址指令最多有 Kmax 16 1 1 14 种 2 若采用变长操作码时 二地址指令格式仍如 1 所示 但操作码长度可随地址码的 个数而变 此时 K 24 N 26 M 212 当 N 26 M 212 1 时 N 26 M 212 向上取整 K 最大 则二地址指令最多有 Kmax 16 1 15 种 只留一种编码作扩展标志用 7 7 设机器设机器 A A 的的 CPUCPU 主频为主频为 8MHz8MHz 机器周期为 机器周期为 4 4 个时钟周期 且该机的平均指令执行速度是个时钟周期 且该机的平均指令执行速度是 0 4MIPS0 4MIPS 试求该机的平均指令周期和机器周期 每个指令周期中含几个机器周期 如果机 试求该机的平均指令周期和机器周期 每个指令周期中含几个机器周期 如果机 器器 B B 的的 CPUCPU 主频为主频为 12MHz12MHz 且机器周期也含有 且机器周期也含有 4 4 个时钟周期 试问个时钟周期 试问 B B 机的平均指令执行速机的平均指令执行速 度为多少度为多少 MIPS MIPS A CLK 8MHz T 1 8MHz 0 125us 机器周期 4 T 0 5us 因为执行速度为 0 4MIPS 所以平均指令周期 1 0 4MIPS 2 5us 2 5us 0 5us 5 个 所以每个指令含有 5 条机器指令 B T 1 f 1 12MHz 1 12us 机器指令 4 T 1 3us 指令周期 5 1 3 5 3us 平均指令执行速度 1 5 3 0 6MIPS 8 8 设某计算机的设某计算机的 CPUCPU 主频为主频为 8MHz8MHz 每个机器周期平均含 每个机器周期平均含 2 2 个时钟周期 每条指令平均有个时钟周期 每条指令平均有 4 4 个机器周期 试问该计算机的平均指令执行速度为多少个机器周期 试问该计算机的平均指令执行速度为多少 MIPS MIPS 若若 CPUCPU 主频不变 但每个机主频不变 但每个机 器周期平均含器周期平均含 4 4 个时钟周期 每条指令平均有个时钟周期 每条指令平均有 4 4 个机器周期 试问个机器周期 试问 B B 机的平均指令执行速机的平均指令执行速 度为多少度为多少 MIPS MIPS 1 CLK 8MHz 平均指令执行速度 1 1 8M 2 4 1MIPS 2 指令周期 4 4 1 8 2us 执行速度 1 1 8M 4 4 0 5MIPS 9 9 某某 CPUCPU 的主频为的主频为 10MHz10MHz 若已知每个机器周期平均含有 若已知每个机器周期平均含有 4 4 个时钟周期 该机的平均指令个时钟周期 该机的平均指令 执行速度为执行速度为 1MIPS1MIPS 试求该机的平均指令执行速度为多少 试求该机的平均指令执行速度为多少 MIPS MIPS 若若 CUPCUP 主频不变 但每个机主频不变 但每个机 器周期平均含有器周期平均含有 4 4 个时钟周期 每条指令平均有个时钟周期 每条指令平均有 4 4 个机器周期 则该机的平均指令执行速个机器周期 则该机的平均指令执行速 度又是多少度又是多少 MIPSMIPS 由此可得出什么结论 由此可得出什么结论 1 平均指令周期 1 1MIPS 1us T 1 f 0 1us T 机 4 T 0 4us 因为 1us 0 4us 2 5 所以每个指令包含 2 5 个机器周期 2 T 0 4us 速度 1 0 4 2 5 4 0 25MIPS 3 因为速度 0 8MIPS 所以 T 指 1 0 8us 因为 T 指 4 2 5 T 所以 T 1 8us 所以 f 1 T 8MHz 10 10 某机采用微程序控制器 其微程序控制器有某机采用微程序控制器 其微程序控制器有 1818 种微操作命令 采用直接控制法 即水种微操作命令 采用直接控制法 即水 平型微指令 平型微指令 有 有 8 8 个转移控制状态 采用译码形式 个转移控制状态 采用译码形式 微指令格式中的下址字段 微指令格式中的下址字段 7 7 位 该位 该 机机器指令系统采用机机器指令系统采用 4 4 位定长操作码 平均每条指令由位定长操作码 平均每条指令由 7 7 条微指令组成 问 条微指令组成 问 1 1 该微指令的格式中 操作控制字段和判别测试字段各有几位 控存的容量是多少 字 该微指令的格式中 操作控制字段和判别测试字段各有几位 控存的容量是多少 字 数数 字长 字长 2 2 该机指令系统共有多少条指令 需要多少容量的控存 上述的控存是否合适 该机指令系统共有多少条指令 需要多少容量的控存 上述的控存是否合适 操作控制字段操作控制字段判别测试字段判别测试字段下址字段下址字段 1 操作控制字段 18 位 判别测试字段 3 位 控存容量是 128 28 2 共 16 条指令 需 112 条微指令 控存合适 能满足需要 11 11 设浮点数的格式为 阶码设浮点数的格式为 阶码 4 4 位 包含一位符号位 尾数位 包含一位符号位 尾数 5 5 位 包含一位符号位 阶码和位 包含一位符号位 阶码和 尾数均用补码表示 排列顺序为 尾数均用补码表示 排列顺序为 阶符 阶符 1 1 位 位 阶码 阶码 3 3 位 位 数符 数符 1 1 位 位 尾数 尾数 4 4 位 位 则按上述浮点数的格式 则按上述浮点数的格式 1 1 若 若 X X 10 22 6410 22 64 Y Y 10 10 2 752 75 则求 则求 X X 和和 Y Y 的规格化浮点数表示形式 的规格化浮点数表示形式 2 2 求 求 X Y X Y 浮 要求用补码计算 列出计算步骤 浮 要求用补码计算 列出计算步骤 1 X 和 Y 的表示为 X 阶码 1111 尾数 01011 Y 阶码 0010 尾数 10101 2 对阶 Ex Ey 11 101 保留 Ey X 尾数右移 3 位 尾数加 得 11 规格化 已经是 舍入 尾数 11 0110 判溢出 无溢出 故结果为 阶码 0010 尾数 10110 值 0 1010 22 12 12 某机字长某机字长 8 8 位 位 CPUCPU 地址总线地址总线 1616 位 数据总线位 数据总线 8 8 位 存储器按字节编址 位 存储器按字节编址 CPUCPU 的控制信的控制信 号线有 号线有 MREQ MREQ 存储器访问请求 低电平有效 存储器访问请求 低电平有效 R W R W 读写控制 低电平为写信号 高 读写控制 低电平为写信号 高 电平为读信号 电平为读信号 试问 试问 1 1 若该机主存采用 若该机主存采用 16K16K 1 1 位的位的 DRAMDRAM 芯片 内部为芯片 内部为 128128 128128 阵列 构成最大主存空间 阵列 构成最大主存空间 则共需多少个芯片 若采用异步刷新方式 单元刷新周期为则共需多少个芯片 若采用异步刷新方式 单元刷新周期为 2ms2ms 则刷新信号的周期为多 则刷新信号的周期为多 少时间 刷新用的行地址为几位 少时间 刷新用的行地址为几位 2 2 若为该机配备 若为该机配备 2K2K 8 8 位的位的 CacheCache 每块 每块 8 8 字节 采用字节 采用 2 2 路组相联映像 试写出对主存路组相联映像 试写出对主存 地址各个字段的划分 标出各个字段的位数 地址各个字段的划分 标出各个字段的位数 若主存地址为 若主存地址为 3280H3280H 则该地址可映像到 则该地址可映像到 CacheCache 的哪一组 的哪一组 1 共需 32 个芯片 刷新信号周期约为 15 6 s 刷新行地址 7 位 2 主存字块标记 6 位 组地址 7 位 块内地址 3 位 地址 3280H 在 Cache 的 50H 组 内 13 13 设总线的时钟频率为设总线的时钟频率为 8MHZ8MHZ 一个总线周期等于一个时钟周期 如果一个总线周期中并 一个总线周期等于一个时钟周期 如果一个总线周期中并 行传送行传送 1616 位数据 试问总线的带宽是多少 位数据 试问总线的带宽是多少 解 由于 f 8MHz T 1 f 1 8M 秒 因为一个总线周期等于一个时钟周期 所以 总线带宽 16 1 8M 128Mbps 16MBps 14 14 在一个在一个 3232 位的总线系统中 总线的时钟频率为位的总线系统中 总线的时钟频率为 66MHZ66MHZ 假设总线最短传输周期为 假设总线最短传输周期为 4 4 个个 时钟周期 试计算总线的最大数据传输率 若想提高数据传输率 可采取什么措施 时钟周期 试计算总线的最大数据传输率 若想提高数据传输率 可采取什么措施 解 总线传输周期 4 1 66M 秒 总线的最大数据传输率 32 4 66M 528Mbps 66MBps 若想提高数据传输率 可以提高总线时钟频率 增大总线宽度或者减少总线传输周期包含 的时钟周期个数 15 15 在异步串行传送系统中 字符格式为 在异步串行传送系统中 字符格式为 1 1 个起始位 个起始位 8 8 个数据位 个数据位 1 1 个校验位 个校验位 2 2 个终止个终止 位 若要求每秒传送位 若要求每秒传送 120120 个字符 试求传送的波特率和比特率 个字符 试求传送的波特率和比特率 解 一帧包含 1 8 1 2 12 位 故波特率为 1 8 1 2