计算机组成原理复习资料

PAGE1PAGE4《计算机组成原理》复习资料《计算机组成原理》是广播电视大学计算机专业本科生核心硬件课程，必修，是进一步学习计算机系统结构和其他有关课程的基础。本课程重点是讲授简单、单台计算机的基本组成原理与内部运行机制。课程内容的工程性、技术性、实用性都比较强，因此，在传授计算机组成的原理性知识之外，还应有较多的设计与实验技能训练。设计与实验技能训练主要通过教学实验环节进行，因此，完成教学实验和平时的课外作业是可以进入考试的先决条件之一，这两项成绩占课程总成绩的20%的比例，很重要，也是在听课和自学的基础上，加深对原理性知识理解的重要环节。主教材是本课程最主要的教学媒体，是教学及考试的基本依据。本课程教学大纲规定的具体内容，主要将通过本教材体现出来。期末考试主要考核同学对该课程中原理性和技术方面的知识掌握的程度。全教材共分5章，其中第一章内容不作为期末考试的要求，属于考试的部分只限于第2章到第5章的内容。具体要求以每一章的“本章主要教学内容”中叙述为依据，参照平时所留作业题目和“计算机组成原理”试题类型及解答，这里无须一一列举。还有两点要特别强调一下，复习时的注意力，一是不应该放在教材中某些实例、线路的具体内容方面，二是不应该太多地关注具体技术细节方面，还是要更多地掌握与理解计算机组成有关的原理性知识，和带有一定主导意义的技术思路方面的内容。举几个例子看一看：数制转换，定点小数和整数的原、反、补码表示；补码加减运算，原码一位乘除运算，浮点数表示和运算等是重点内容，作业和模拟试题中都有所体现；还有定点运算器的功能、组成、控制与使用办法应原理性的掌握，但并不要求记住Am2901芯片这个具体运算器实例的有关内容；数据编码的某些概念也该掌握，例如位权、有权码与无权码，检错纠错码的实现思路等。对指令系统的要求，指令的功能安排，指令格式和寻址方式内容是重点，控制器的功能与组成（包括微程序的和组合逻辑的控制器），指令的执行步骤等要确实掌握，这在作业和模拟试题中有明确体现，包括微程序的和组合逻辑的控制器中用到的一些重要部件的有关内容。其中指令执行步骤以模拟试题中的答法（类似教材160和161页的书写方式）为基本要求，切不可强行记忆类似教材175页及其之后几页给出的微指令的有关内容，也不必记忆教材194页及其之后几页给出的指令执行流程的细节内容和197、198页上的设计有关逻辑表达式的具体问题，应把这里的具体内容提升到指令执行步骤的划分和连接关系方面来。多级存储器系统的基本组成，各级存储器所用介质的特性，多级结构存储器结构应满足的原则，以及它得以高效运行的原理；主存储器、高速缓冲存储器、虚拟存储器各自的组成与运行原理；最后则是外存储设备（磁盘、磁带、光盘）的组成与使用，有关磁盘阵列和容错方面的知识要掌握，属于概念性知识较多。以作业和模拟试题的有关题目为参照，并用下面几举话把握本章内容纲要：存储器，三级穿，局部、一致且包含，提速、主体、扩容量，缓存、主存、虚存盘；字位扩展、体交叉，完全、直接、组相联，段表、页表和快表，盘、带、阵列容错连。计算机输入/输出子系统的组成、功能、运行方式、具体使用方法等为主线索，包括计算机总线、输入/输出接口和输入/输出设备3个层次的逻辑部件和设备。包括必要的一些原理性知识，更多地从实用的角度，来掌握上述有关内容。正象我们一直强调的，所给出的各种（各项）实例，是为了深入地理解有关原理知识，并不要求同学们去强行记忆这些实例本身的具体组成细节、完成的具体功能、技术指标、具体使用方法等细节内容。输入/输出设备的种类繁多，特别强调以点阵式方式运行的设备的组成及其工作原理。总线组成的一般性的浅显知识，总线使用中通常会遇到的基本概念，如单总线与多总线、总线周期与总线周期类型、总线的等待状态、成组数据传送方式等内容。通用可编程接口的一般组成，常用的输入/输出方式，重点是程序中断和直接内存访问（DMA）方式。以作业和模拟试题的有关题目为参照，并用下面几举话把握本章内容纲要：直控、中断、DMA，总线、接口与设备，主总、局部慢扩展，周期、方式、等待催；识别、缓冲和控制，状态、中断等相随，一般组成和原理，显示、键盘、打印机。附录《计算机组成原理》试题类型及解答一．（10分）1．将十进制数+107/128和–52化成二进制数，再写出各自的原码、反码、补码表示（符号位和数值位共8位）。答案：+107/128=0.1101011–52=–110100原码表示0110101110110100反码表示0110101111001011补码表示0110101111001100考核的知识点：（1）十进制的小数、整数转换为二进制数（2）二进制的小数、整数的原码、反码、补码表示技巧性问题：转换+107/128时，采用的不是先变其为小数之后再转换，而是先转换107，再确定小数点位置，因为128=27，小数点左移7位即可。（10分）2.按你的理解，画出一个相对完整的定点运算器的示意组成其共同点是：基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号，组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR，都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能；不同点主要表现在：处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样，组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着大规模现场可编程集成电路的出现，该缺点已得到很大缓解；微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号是从控制存储器中读出来的，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的，其缺点是运行速度要慢一些，优点是设计与实现简单些，易于用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计。考核的知识点：(1)组合逻辑和微程序的两种控制器的功能与组成；（2）组合逻辑和微程序的两种控制器的运行原理；（3）组合逻辑和微程序两种控制器的应用场合与优缺点。三．（10分）1．说明多级结构的存储器系统是建立在什么原理之上的？解释什么是多级结构存储器系统中的一致性原则和包含性原则？答案：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往往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大，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，从而取得更高的性能价格比。一致性原则，指保存在不同级的存储器中同一个数据必须有相同的值；包含性原则，指保存在内层存储器（靠近CPU）中的数据一定也被保存在外层存储器中，即保存在内层存储器中的数据只是已保存在外层存储器中更多数据中的一小部分的复制品。考核的知识点：（1）多级结构的存储器系统的运行原理；（2）多级结构存储器系统运行的必备条件（基本原则）；（10分）2.用16K8bit的静态存储器器件实现64K16bit的主存储器系统，按字寻址，请设计并画出该主存储器的逻辑框图，说明地址总线和数据总线的位数，该存储器与16位字长的CPU的连接关系。答案：该存储器所用器件的容量为16K8bit，为实现64K的总容量，要用4片存储器芯片实现字扩展，为实现16位的字长，每个字要用2片芯片实现位扩展，故该主存总计用8片存储器芯片实现。要寻址64K字，内存地址应为16位；CPU与内存字长为16位，故数据总线也应为16位。88816816CPUCPU1616地址寄存器地址寄存器译码器译码器14位14位片选信号片选信号读写控制信号送到每个内存片，省略未画。考核的知识点：（1）动态与静态存储器芯片的不同特性；（2）内存系统与CPU之间的连接关系；（3）静态存储器系统中的字、位扩展技术；（4）高速缓冲存储器系统的实现和读写原理。四．（10分）1．说明通用可编程输入/输出接口电路中通常应包括那些组成部件，各自的主要功能是什么？通用可编程接口一词中的通用和可编程是何含义。答案：设备识别电路，用于CPU找到要用的设备；数据缓冲（输入/输出）寄存器，用于解决CPU与设备间交换数据时的缓冲问题；控制寄存器，用于存放CPU送到接口的控制命令等；状态寄存器，指出设备的运行状态，供CPU查询；中断逻辑电路，用于记忆中断请求，处理屏蔽中断，响应中断及处理等；其它可能有关的电路（如电平转换、串并行转换等）。通用可编程接口一词中的通用，是指该接口电路有多种功能和用法，可编程则指可以用计算机指令指定该接口的功能、运行方式、运行控制参数等。考核的知识点：（1）输入/输出接口中的功能电路的组成；（2）通用、可编程接口电路中的有关概念；（3）通用、可编程接口电路的初始化和使用问题；（5分）2.说明激光打印机原理性组成和完成打印操作的运行过程；答案：激光打印机原理性组成，记录鼓，带电器，印字机控制器，碳粉盒，打印纸及其走纸机构，转印装置，加热部分等；打印操作的运行过程：带电器在记录鼓表面充一层电荷，印字机控制器把要打印的内容（如字符）的点阵信息以激光束的形式照射到已带电的记录鼓表面，以放掉无打印点要求的全部位置上的电荷，当记录鼓转动到碳粉盒处，有打印点要求的位置上的电荷会将碳粉吸引上来，当带有碳粉字形的记录鼓转动到转印装置处时，打印纸正处在记录鼓和转印装置之间，转印装置上所加的更强的反向电荷将把记录鼓上所带有字形碳粉吸引到打印纸上，加热部分将把纸上的碳粉熔化并烘干，使已在打印纸上的字形牢固地保存下来，完成了打印过程。考核的知识点：（1）激光打印机原理性组成；（2）激光打印机完成打印操作的运行过程；（3）最常用的输入/输出设备的组成及其运行原理。（5分）3.总线上的BURST传送方式（成组数据传送）与正常传送方式的区别是什么?简要说明一次中断的响应与处理过程。答案：总线上的BURST传送方式是通过一次地址时间跟多次数据时间，高速完成一组（多个）数据传送；正常传送方式是通过一次地址时间跟一次数据时间来完成一个数据传送过程；一次中断的响应与处理过程：当有中断请求时，若此时系