华工 2020秋 计算机组成原理 平时作业

计算机组成原理•平时作业CPU包括哪几个工作周期？每个工作周期访存的作用是什么。答:包括4个工作周期:取指周期、间址周期、执行周期、中断周期。每个访存的作用：分别是取指令、取有效地址、取(或存)操作数及将程序断点保存起来。什么是指令周期、机器周期和时钟周期？答:指令周期是指执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成，是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。机器周期是指完成一个基本操作所需要的时间。总线通信控制有几种方式，简要说明各自的特点。答:4种方式:同步通信：通信双方由统一时标控制数据传送。异步通信：采用应答方式通信。半同步通信：统一时钟，可插入等待信号。分离式通信：都是主设备，充分发挥总线的有效占用。控制器中常采用哪些控制方式，各有何特点？答：控制器常采用同步控制、异步控制和联合控制。同步控制即微操作序列由基准时标系统控制，每一个操作出现的时间与基准时标保持一致。异步控制不寻找基准时标信号，微操作的时序是由专门的应答线路控制的，即控制器发出某一个微操作控制信号后，等待执行部件完成该操作时所发回的“回答”或“终了”信号，再开始下一个微操作。联合控制是同步控制和异步控制相结合的方式，即大多数微操作在同步时序信号控制下进行，而对那些时间难以确定的微操作，如涉及到I/O操作，则采用异步控制。简述中断处理的基本过程。答:中断处理过程基本上由3部分组成，第一部分为准备部分，其基本功能是保护现场，对于非向量中断方式则需要确定中断源，最后开放中断，允许更高级的中断请求打断低级的中断服务程序；第二部分为处理部分，即真正执行具体的为某个中断源服务的中断服务程序；第三部分为结尾部分，首先要关中断，以防止在恢复现场过程中被新的中断请求打断，接着恢复现场，然后开放中断，以便返回原来的程序后可响应其他的中断请求。中断服务程序的最后一条指令一定是中断返回指令。为什么外围设备要通过接口与CPU相连？接口有哪些功能？答：1)一台机器通常配有多台外设，它们各自有其设备号，通过接口可实现对设备的选择I/O设备种类繁多，速度不一，与CPU速度相差可能很大，通过接口可实现数据缓冲，达到速度匹配;I/O设备可能串行传送数据，而CPU一般并行传送，通过接口可实现数据串并格式转换;I/O设备的输出电平可能与CPU输入/输出电平不同，通过接口可实现电平转换;CPU启动I/O设备工作，要向外设发各种控制信号，通过接口可传送控制命令;I/O设备需将其工作状况及时报告CPU,通过接口可见是设备的工作状态，并保存状态信息供CPU查询;接口功能：选址、传送命令、反应设备状态、传送数据。说明一次程序中断的全过程并简述中断隐指令及其功能。答:1)保护断点;2)寻找中断入口;3)执行中断处理程序;4)中断返回中断隐指令及其功能：中断隐指令实在机器指令系统中没有的指令，它是CPU在中断周期内由硬件自动完成的一条指令，其功能包括保护程序断点、寻找中断服务程序的入口地址、关中断等功能。（8）在DMA方式中，CPU和DMA接口分时使用主存有几种方法？简要说明之.答:1）停止CPU访问主存。这种方法DMA在传送一批数据时，独占主存，CPU放弃了地址线、数据线和有关控制线的使用权。在一批数据传送完毕后，DMA接口才把总线的控制权交回给CPU.显然，这种方法在DMA传送过程中，CPU基本处于不工作状态或保持原状态。2）周期挪用。这种方法CPU按程序的要求访问主存，一旦I/O设备有DMA请求，则由I/O设备挪用一个存取周期。此时CPU可完成自身的操作，但是要停止访存。显然这种方法既实现了I/O传送，又较好地发挥了主存和CPU的效率，是一种广泛采用的方法。3）DMA与CPU交替访存。这种方法适合于CPU的工作周期比主存的存取周期长的情况。如CPU的工作周期大于主存周期的两倍，则每个CPU周期的上半周期专供DMA接口访存，下半周期专供CPU访存。这种交替访问方式可使DMA传送和CPU工作效率最高，但相应的硬件逻辑更复杂。（9）试简述外围设备的I/O控制方式分类及特点。答:外围设备的I/O控制方式分类及特点：（1）程序查询方式：CPU的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简单（2）程序中断方式：一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，节省了CPU的时间，但硬件结构相对复杂一些。（3）直接内存访问（DMA）方式：数据传输速度很高，传输速率仅受内存访问时间的限制。需更多硬件，适用于内存和高速外设之间大批交换数据的场合。（4）通道方式：可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，大大提高了CPU的工作效率。（5）外围处理机方式：通道方式的进一步发展，基本上独立于主机工作，结果更接近一般处理机。（10）现代计算机系统如何进行多级划分？答：1、硬联逻辑级第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等逻辑电路组成。2、微程序级第一级是微程序级。这级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序，一般是直接由硬件执行的。3、传统机器级第二级是传统机器级，这级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。4、操作系统级第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸。5、汇编语言级第四级是汇编语言级，这级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。6、应用语言级第六级是应用语言级，这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的，因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。（11）存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有哪些层次？答:存储器的主要功能是存放程序或各类数据。通常用存储容量、存取周期以及存储器的带宽（每秒从存储器读出或写入二进制代码的位数）三项指标来反映存储器的性能。为了扩大存储器容量和提高访存速度，将存储系统分成若于不同层次，有Cache-主存层次和主存一辅存层次。前者为使存储器与CPU速度匹配，在CPU和主存之间增设Cache高速缓冲存储器，其容量比主存小，速度比主存快，用来存放CPU最近期要用的信息，CPU可直接从Cache中取到信息，从而提高了访存速度。后者为扩大存储器容量，把主存和辅存统一成一个整体，从整体上看，速度取决于主存，容量取决于辅存，称为虚存。CPU只与主存交换信息，但程序员可用指令地址码进行编程，其位数与虚存的地址空间对应。(12)什么是CISC？CISC指令系统的特点是什么？答：CISC的英文全称为“ComplexInstructionSetComputer"，即“复杂指令系统计算机”，从计算机诞生以来，人们一直沿用CISC指令集方式。早期的桌面软件是按CISC设计的，并一直沿续到现在。目前，桌面计算机流行的x86体系结构即使用CISC。微处理器(CPU)厂商一直在走CISC的发展道路，包括Intel、AMD,还有其他一些现在已经更名的厂商，如TI(德州仪器)、IBM以及VIA(威盛)等。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度