计算机原理复习材料

第_章概论1、 数字计算机的特点是什么？自动连续地执行程序2.运算速度快3.运算精度高存储能力强5.通用性好2、 数字计算机有哪些性能指标？基本字长2.运算速度3.数据传输率与数据通路宽度4.存储容量（主存容量、外存容量）5.外围设备配置6.软件配置3、 冯诺依曼思想包含那些特点？用二进制代码表示程序和数据；计算机采用存储程序的工作方式；计算机硬件由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备组成。4、 为什么要对计算机系统进行层次划分？计算机系统以硬件为基础，通过配置各种软件来扩充系统功能，形成一个有机组合的复杂系统。为了建立整机的概念，便于对系统进行分析、设计和开发，常用层次结构的观点，将计算机系统划分为若干层次。按分层结构化设计策略实现的系统易于建造、调试和维护。附录5、 计算机是如何区分指令和数据的答：访问他们的时机不同，分为取指令时期和执行指令时期；控制器完全可以分别出哪些是指令，哪些是数据；取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器，而在执行周期中从内存读出的信息流是数据流，它由内存流向运算器简单说就是指令流取的是指令，数据流取的是数据。6、 论述计算机软、硬件之间的关系。计算机系统以硬件为基础，通过配置软件扩充其功能，并采用执行程序的方式来体现其功能。一般说来，硬件只完成最基本的功能，复杂的功能往往通过软件实现。硬件和软件之间的功能分配关系常常随着技术的发展而变化，硬件、软件在功能上的逻辑等价。第二章计算机中的信息表示8、答案：1、00000000，00000000；2、10000000，00000000；3、0.10100000，0.10100000；4、 1.10100000，1.01100000；5、00001010，00001010；6、10001010，1111011011、定点小数答案（原码）：典型值真值代码序列非零最小正数2-150.0-01最大正数1-2-150.11-1绝对值最小负数-2-151.0-01绝对值最大负数-(1-2-15)1.11-112、定点小数答案（补码）:典型值真值代码序列补码非零最小正数+10.0-01补码最大正数215-10.11-1补码绝对值最小负数-11.11-1补码绝对值最大负数-2-151.0-0013、定点整数答案(原码):典型值真值代码序列非零最小正数2-150-01最大正数1-2-1501-1绝对值最小负数-2-1511-11绝对值最大负数-(1-2-15)10-014、浮点整数答案(原码):典型值真值代码序列非零最小正数2-32*2-10-01最大正数231*(1-2-9)01-1绝对值最小负数2-32*(-2-1)11-11绝对值最大负数231*(-1)10-015、(A27F)16=1010001001111111；E=-(11000)=-(24)10；M=-(0.110000001)=-(0.751953125)10；N=-2-24*(2-1+2-2+2-9)；16、37.25=100101.01=2-6*(0.10010101);37.25的短浮点格式为：17、 简化地址结构的基本途径是：减少指令中显地址的数量，使用隐地址；目的操作数在运算后不再保留，该地址改用来存放运算结果。18、 略19、A：1200HB：A307H、1001HC：1200H、1002H D：F03CH20、 I/O设备的编址方法有：外围设备单独编址，为各I/O接口中的有关寄存器分配一种I/O端地址；2.外围设备与主存储器统一编址，将I/O接口中的有关寄存器与主存储器的各单元统一编址，为它们分配统一的总线地址。21、 I/O指令的设置方法：设置专用的I/O指令(显式I/O指令)；用传送指令实现I/O操作(隐式I/O指令)；通过I/O处理器控制I/O操作。附录1、 论述计算机中采用多种不同寻址方式的目的。答：目的是为了缩短指令字长，扩大寻址空间，增加编程灵活性，支持程序重定位等。2、 给定以十进制数表示的范围和精度，如何设计浮点数的格式？答：根据十进制数的范围来决定阶码的位数，再根据真值的精度/Re所得到的商来确定尾数的位数。第三章CPU子系统2、 3、4、5略8、试比较同步控制与异步控制的特点及应用场合。同步控制的特点：时钟周期作为基本的时序单位，时间固定，各部操作的衔接、各部件之间的数据传递受严格同步定时控制。应用场合：用于CPU内部、设备内部、系统总线操作(各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较近)。异步控制的特点：无统一时钟周期划分，各操作间的衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答方式。应用场合：用于异步总线操作(各挂接部件速度差异大，传送时间不确定，传送距离较远)。9、试比较组合逻辑控制和微程序控制的优缺点及应用场合。答：组合逻辑控制方式优缺点及应用：优点速度快，用于低档机成本低。缺点1）设计不规整，设计复杂，繁琐，设计效率低，检查调试困难。2）灵活性差，不易修改扩充。应用场合：用于高速计算机，RISC，低档机。微程序控制方式优缺点及应用优点（1）设计规整，设计效率高；（2）易于修改、扩展指令系统功能；（3）适合系列机控制器，性价比高；（4）易于诊断，维护，可靠性高。缺点（1）速度慢（2）执行效率不高应用场合：用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。附录：X=—0.1001，Y=0.1101，用原码和补码加减交替法计算X：Y，要求完整过程。（略）X=1111，Y=-0101，用原码一位乘和补码一位比较乘计算XXY，要求完整过程。（略）控制器由哪些部件组成？比较微程序控制器和组合逻辑控制器组成的不同。答：组合逻辑控制器的基本组成：由微命令产生部件、时序系统、指令部件、程序状态字寄存器等部件组成。（如总线控制，中断控制，控制台）。微程序控制器的基本组成：也是由时序系统、指令部件、程序状态字寄存器和微命令产生部件组成。但微命令产生部件又由控制存储器CM（高速ROM）、微指令寄存器及译码器、微地址寄存器、微地址形成电路组成。CPU中设置哪些专用寄存器?其作用是什么？答：（1）通用寄存器组：CPU通过程序可以访问的寄存器，用来存放操作数.运算结果.地址指针，也可用作基址、变址寄存器、计数器等。由D触发器或RAM构成，可以是单口或双口。（2）暂存器：CPU不能通过程序访问的寄存器，用来临时存放某些中间信息，如来自主存或写入主存的信息。（3）指令寄存器（IR）：存放当前正在执行的指令。（4）程序计数器（PC）:存放下条指令的地址；（5）程序状态字寄存器（PSW）：PSW的内容指示程序运行方式，反映程序运行结果。（6）地址寄存器（MAR）：存放CPU访问主存的单元地址；（7）数据缓冲寄存器（MBR、MDR）：存放CPU写入主存或从主存读出的信息。微程序控制器由哪些部件组成？哪一个是核心部件？答：微程序控制器的基本组成：是由时序系统、指令部件、程序状态字寄存器和微命令产生部件组成。但微命令产生部件又由控制存储器CM（高速ROM）、微指令寄存器及译码器、微地址寄存器、微地址形成电路组成。核心部件是1.控制存储器CM；2.微指令寄存器；3.微地址形成电路；4.微地址寄存器。简述微程序控制方式的基本思想和工作过程。答：1.基本思想：1）若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；2）若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；3）微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。工作过程：（1）执行取指微程序取机器指令；（2）转微程序入口；（3）逐条取出对应微指令执行；（4）返回取指微程序。时序系统的作用是什么？时序信号有哪些？答：作用：控制操作时间和操作时刻，用来产生各级时序信号。时序系统包括时钟源、机器周期触发器、节拍电位发生器及启停控制电路等，用来产生各级时序信号。微指令的编码方法有哪些?比较其优缺点。答：（1）垂直型微指令：一条微指令定义并执行一种基本操作。优点：微指令短、简单、规整，便于编写微程序。缺点：微程序长，执行速度慢；工作效率低。（2）水平型微指令：一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。优点：微程序短，执行速度快。缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。微指令的分段直接编译法的分段原则是什么？答：微命令分组原则：同类操作中互斥的微命令分在同一字段，相容的微命令分在不同字段。CPU设计主要包括哪几步?比较微程序控制器和组合逻辑控制器设计的不同。答：1、拟定指令系统；2.确定总体结构；3.安排时序；4.拟定指令流程和微命令序列；形成控制逻辑。第四章存储子系统2、3、5、9略其中5题第一问答案：需EPROM2片；需RAM6片。6、 SRAM和DRAM分别依靠什么原理存储信息？需要刷新吗？答：SRAM:利用双稳态触发器存储信息；不需要刷新。DRAM:利用电容上的电荷状态存储信息；需要刷新。7、 答案：1M=1KKB=210*210*8位则共1024行，所以要刷新1024次。附录：1.论述计算机存储系统组成采用层次结构的目的和方法。答：目的是为了满足计算机对存储器的速度、容量和价格的要求。方法：采用多级存储器构成存储器子系统。SRAM和DRAM的主要不同是什么？答：SRAM:利用双稳态触发器存储信息，速度快，非破坏性读出，电源正常信息不会丢失；不需要刷新。DRAM:利用电容上的电荷状态存储信息，速度慢，破坏性读出，电源正常信息也会丢失；需要刷新。RAM和ROM的主要不同点是什么？答：RAM：可按地址访问存储器中的任一单元，访问时间与单元地址无关；可读可写断电信息丢失。ROM：RAM的特例，用于存放固定不变的信息；可读不可写断电信息不丢失。DRAM为什么要刷新?有哪几种方法？答：原因：动态存储器依靠电容电荷存储信息，平时无电源供电，由于电容存在漏电流时间一长电容电荷会泄放，导致信息丢失，需定期向电容补充电荷，以保持信息不变。刷新方法：按行读，刷新一行所用的时间为一个存取；周期刷新周期的安排方式有1、集中刷新2、分散刷新3、异步刷新。什么是组相联映象？如采用组相联映象，Cache分8组，每组4页，每页0.5KB，主存2MB。计算主存的第20页可映象到Cache的哪一页？页标记是多少?（组和页的编号都从0开始）。答：组相联映象是直接映像和全相联映像两种方式的结合，主存的一页可以映象到Cache指定的一组中的任一页。第5章输入/输出系统5略2、比较并说明下述几种I/O控制方式的优缺点及其应用场合。（1） 直接程序控制方式（2）程序中断方式（3）DMA方式答：（1）直接程序传送方式用于系统调试或对速度要求不高的系统。这种方式CPU通过执行I/O指令控制外设工作，查询外设状态并和外设交换数据，缺点：由于CPU和外设串行工作，系统效率低优点：接口结构简单，实现容易。（2） 程序中断方式用于处理中低速的I/O操作和随机事件；优点：处理能力强，可处理复杂的随机事态，缺点：切换程序时花费时间使中断方式难以适应高速数据传送。（3） DMA方式可用于高速外设大批量数据传输，也可用于大批量数据采集系统和DRAM的刷新；优点：与查询方式相比，可以随机响应外设请求，不必查询，与程序中断相比，不必切换程序，由硬件直接完成传输；缺点：不能处理复杂事态。附录：比较程序中断方式和DMA方式的不同。答案参考题2.比较程序中断和子程序调用的不同。（）内为辅助记忆内容答：程序中断和子程序的区别：（1） 进入的时刻不同（进入中断程序是随机的，而进入子程序是可以预知的；）（2） 和被打断的程序关系不同（主程序和子程序是主从关系，被中断的程序和中断服务程序可能没有任何关系；）（3） 进入方式不同（子程序通过执行CALL指令进入，中断服务程序通过执行中断隐指令进入；）（4） 程序中断比子程序调用更复杂。（程序中断和子程序相同的地方是都要进行程序切换，都可以嵌套，都使用堆栈保护返回地址。）简述中断优先排队的原则、原因和方法。答：原因：一是有可能多个中断源同时请求，二是当前运行的程序和中断请求相比哪一个重要。原则:按轻、重、缓、急进行排队方法:有软件排队和硬件排队两大类，硬件又有串行排队和并行排队电路。软件排队:简单，容易实现，优先级的改变灵活，但速度慢；硬件排队:复杂，实现难,优先级的改变不灵活，但速度快。简述DMA方式传输数据的工作原理。答：1.CPU做准备工作2.硬件控制传输3.中断结束传输单字传送：每次DMA请求被批准后，CPU让出一个总线周期的总线控制权，以DMA方式传送一个字，也叫周期挪用，周期插入成组传送：每次DMA请求被批准后，DMA控制器可连续占用若干个总线周期的总线控制权，以DMA方式传送一批数据，也叫停止CPU方式第六章输入/输出设备及I/O接口7略2（1）磁盘的工作速度是由什么因素决定的？（仅供参考）答：硬件方面:盘片介质（存储体），磁盘驱动器,磁盘控制器与接口。软件方面:磁盘驱动程序，磁盘控制程序。2（6）图形显示器应设置哪几级同步计数器？（）内为辅助记忆内容答：1）点计数器（对一个字符的一行点计数）2）字符计数器（对一帧的字符列计数）3）线计数器（对一行字符的扫描线计数）4）行计数器（对一帧的字符行计数）附录：1.某计算机硬盘转速为7200转/分，信息区内直径5厘米，外直径25厘米，道密度100/厘米，磁头移动速度100