計(jì)算機(jī)組成原理簡答題

1、問答:1. 什么是大小端對齊Little-Endian就是低位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，高位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。 Big-Endian就是高位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，低位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。2. 什么是指令周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期？三者有何關(guān)系？答：指令周期是CPU完成一條指令的時(shí)間；機(jī)器周期是所有指令執(zhí)行過程的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間，機(jī)器周期取決于指令的功能及器件的速度；一個(gè)指令周期包含若干個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期又包含若干個(gè)時(shí)鐘周期，每個(gè)指令周期內(nèi)的機(jī)器周期數(shù)可以不等，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)的節(jié)拍數(shù)也可以不等。3. 什么是總線判優(yōu)？為什么需要總線判優(yōu)？答：總線判優(yōu)就是當(dāng)總線上各個(gè)主設(shè)備同時(shí)要求

2、占用總線時(shí)，通過總線控制器，按一定的優(yōu)先等級順序確定某個(gè)主設(shè)備可以占有總線。因?yàn)榭偩€傳輸?shù)奶攸c(diǎn)就是在某一時(shí)刻，只允許一個(gè)部件向總線發(fā)送信息，如果有兩個(gè)以上的部件同時(shí)向總線發(fā)送信息，勢必導(dǎo)致信號沖突傳輸無效，故需用判優(yōu)來解決。4. 什么是“程序訪問的局部性”？存儲系統(tǒng)中哪一級采用了程序訪問的局部性原理答：所謂程序訪問的局部性即程序執(zhí)行時(shí)對存儲器的訪問是不均勻的，這是由于指令和數(shù)據(jù)在主存的地址分布不是隨機(jī)的，而是相對地簇聚。存儲系統(tǒng)的Cache主存級和主存輔存級都用到程序訪問的局部性原理。對Cache主存級而言，把CPU最近期執(zhí)行的程序放在容量較小、速度較高的Cache中。對主存輔存級而言，把程序

3、中訪問頻度高、比較活躍的部分放在主存中，這樣既提高了訪存的速度又?jǐn)U大了存儲器的容量。5. 指令和數(shù)據(jù)都存于存儲器中，從時(shí)間和地址兩個(gè)角度，說明計(jì)算機(jī)如何區(qū)分它們？ 解：計(jì)算機(jī)區(qū)分指令和數(shù)據(jù)有以下2種方法：通過不同的時(shí)間段來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)，即在取指令階段（或取指微程序）取出的為指令，在執(zhí)行指令階段（或相應(yīng)微程序）取出的即為數(shù)據(jù)。通過地址來源區(qū)分，由PC提供存儲單元地址的取出的是指令，由指令地址碼部分提供存儲單元地址的取出的是操作數(shù)。6. 除了采用高速芯片外，從計(jì)算機(jī)的各個(gè)子系統(tǒng)的角度分析，指出6種以上（含6種）提高整機(jī)速度的措施。針對存儲器，可以采用Cache-主存層次的設(shè)計(jì)和管理提高整機(jī)的速度

4、；針對存儲器，可以采用多體并行結(jié)構(gòu)提高整機(jī)的速度；針對控制器，可以通過指令流水設(shè)計(jì)技術(shù)提高整機(jī)的速度；針對控制器，可以通過超標(biāo)量設(shè)計(jì)技術(shù)提高整機(jī)的速度；針對運(yùn)算器，可以對運(yùn)算方法加以改進(jìn)，如兩位乘，或用快速進(jìn)位鏈；針對I/O系統(tǒng)，可以運(yùn)用DMA技術(shù)不中斷現(xiàn)行程序，提高CPU的效率。7. I/O有哪些編址方式？各有何特點(diǎn)？解：常用的I/O編址方式有兩種： I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址和I/O獨(dú)立編址。 特點(diǎn)：I/O與內(nèi)存統(tǒng)一編址方式的I/O地址采用與主存單元地址完全一樣的格式，I/O設(shè)備和主存占用同一個(gè)地址空間，CPU可像訪問主存一樣訪問I/O設(shè)備，不需要安排專門的I/O指令。 I/O獨(dú)立編址方式時(shí)機(jī)器

5、為I/O設(shè)備專門安排一套完全不同于主存地址格式的地址編碼，此時(shí)I/O地址與主存地址是兩個(gè)獨(dú)立的空間，CPU需要通過專門的I/O指令來訪問I/O地址空間。8. 什么是指令周期？什么是機(jī)器周期？什么是時(shí)鐘周期？三者之間的關(guān)系如何？ 指令周期是完成一條指令所需的時(shí)間。包括取指令、分析指令和執(zhí)行指令所需的全部時(shí)間。機(jī)器周期也稱為CPU周期，是指被確定為指令執(zhí)行過程中的歸一化基準(zhǔn)時(shí)間，通常等于取指時(shí)間（或訪存時(shí)間）。時(shí)鐘周期是時(shí)鐘頻率的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍脈沖或T周期，是處理操作的最基本單位。一個(gè)指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期組成，每個(gè)機(jī)器周期又由若干個(gè)時(shí)鐘周期組成。-9. 簡要說明CPU與I/O之間傳遞信息可

6、采用哪幾種聯(lián)絡(luò)方式？它們分別用于什么場合？答： CPU與I/O之間傳遞信息常采用三種聯(lián)絡(luò)方式：直接控制（立即響應(yīng)）、 同步、異步。 適用場合分別為：直接控制適用于結(jié)構(gòu)極簡單、速度極慢的I/O設(shè)備，CPU直接控制外設(shè)處于某種狀態(tài)而無須聯(lián)絡(luò)信號。同步方式采用統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，適用于CPU與I/O速度差不大，近距離傳送的場合。異步方式采用應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，適用于CPU與I/O速度差較大、遠(yuǎn)距離傳送的場合。10. 設(shè)CPU內(nèi)的部件有：PC、IR、MAR、MDR、ACC、ALU、CU，且采用非總線結(jié)構(gòu)。寫出取址周期的全部微操作: PC-MAR 1-R M(MAR)-MDR MDR-IR OP(IR)-

7、CU (PC)+1-PC 寫出存數(shù)指令全部微操作:Ad(IR)-MAR 1-W ACC-MDR MDR-M(MAR)加法指令全部微操作Ad(IR)-MAR 1-R M(MAR)-MDR (ACC)+(MDR)-ACC11. 在什么條件下，I/O設(shè)備可以向CPU提出中斷請求？解：I/O設(shè)備向CPU提出中斷請求的條件是：I/O接口中的設(shè)備工作完成狀態(tài)為1（D=1），中斷屏蔽碼為0 （MASK=0），且CPU查詢中斷時(shí)，中斷請求觸發(fā)器狀態(tài)為1（INTR=112. 簡述中斷的流程。（1）中斷源未被屏蔽、完成工作情況下提出中斷請求（2 ）各種中斷請求根據(jù)優(yōu)先級進(jìn)行排隊(duì)（3） CPU開中斷情況下、且指令周

8、期結(jié)束響應(yīng)中斷請求（4） CPU執(zhí)行中斷隱指令（保護(hù)硬件現(xiàn)場、關(guān)中斷，根據(jù)中斷向量找到中斷服務(wù)程序入口地址），執(zhí)行服務(wù)程序（5） 中斷服務(wù)程序中保護(hù)軟件現(xiàn)場，（如果是多重中斷，則開中斷），執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)，返回前需要恢復(fù)軟件現(xiàn)場。（6） 中斷返回指令恢復(fù)硬件現(xiàn)場。13. 什么是快速緩沖存儲器，它與主存有什么關(guān)系？答：快速緩沖存儲器是為了提高訪存速度，在CPU和主存之間增設(shè)的高速存儲器，它對用戶是透明的。只要將CPU最近需用的信息從主存調(diào)入緩存，這樣CPU每次只需訪問快速緩存就可達(dá)到訪問主存的目的，從而提高了訪存速度。主存的信息調(diào)入緩存要根據(jù)一定的算法，由CPU自動完成。凡是主存和緩存已建立了對應(yīng)

9、關(guān)系的存儲單元，它們的內(nèi)容必須保持一致，故凡寫入緩存的信息也必須寫至與緩存單元對應(yīng)的主存單元中。14. 什么是中斷隱指令有哪些功能 解中斷隱指令：CPU響應(yīng)中斷之后，經(jīng)過某些操作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這些操作是由硬件直接實(shí)現(xiàn)的功能這些操作包括：（1）保存斷點(diǎn) (2) 暫不允許中斷 (3) 引出中斷服務(wù)程15. 什么是單重中斷，什么是多重中斷？實(shí)現(xiàn)多重中斷的條件是： 提前開中斷，即在中斷服務(wù)程序中保護(hù)好軟件現(xiàn)場后就將中斷允許觸發(fā)器設(shè)置為1。實(shí)現(xiàn)單重中斷的條件是：在中斷服務(wù)結(jié)束才開中斷，將中斷允許觸發(fā)器設(shè)置為1。計(jì)算題:5.按機(jī)器補(bǔ)碼浮點(diǎn)運(yùn)算步驟，計(jì)算xy補(bǔ)，x=2-011（-0.100 010

10、），y=2-010（-0.011 111）x=2-011（-0.）,y=2-010（-0.） x補(bǔ)=1，101；1.011 110, y補(bǔ)=1，110；1.100 0011) 對階：過程同(1)的1），則x補(bǔ)=1，110；1.101 1112）尾數(shù)運(yùn)算： Mx補(bǔ)+My補(bǔ)= 11. + 11. = 11. Mx補(bǔ)+-My補(bǔ)= 11. + 00. = 00.3）結(jié)果規(guī)格化： x+y補(bǔ)=11，110；11.010 000,已是規(guī)格化數(shù) x-y補(bǔ)=11，110；00.001 110 =11，100；00. （尾數(shù)左規(guī)2次，階碼減）4）舍入：無 5）溢出：無則：x+y=2-010（-0.110 000）

11、x-y =2-1000.111 0006. 按機(jī)器補(bǔ)碼浮點(diǎn)運(yùn)算步驟，計(jì)算xy補(bǔ)，x=2101（-0.100 101），y=2100（-0.001 111) x補(bǔ)=0，101；1.011 011, y補(bǔ)=0，100；1.110 0011）對階：DE補(bǔ)=00，101+11，100=00，001 0，應(yīng)Ey向Ex對齊，則：Ey補(bǔ)+1=00，100+00，001=00，101=Ex補(bǔ)y補(bǔ)=0，101；1.111 000（1）2）尾數(shù)運(yùn)算： Mx補(bǔ)+My補(bǔ)= 11.+ 11.（1）= 11.（1） Mx補(bǔ)+-My補(bǔ)= 11.+ 00.（1）= 11.（1）3）結(jié)果規(guī)格化： x+y補(bǔ)=00，101；11.

12、010 011（1），已是規(guī)格化數(shù) x-y補(bǔ)=00，101；11.100 010（1）=00，100；11.000 101 （尾數(shù)左規(guī)1次，階碼減1）4）舍入：x+y補(bǔ)=00，101；11.010 011（舍）x-y補(bǔ) 不變5）溢出：無則：x+y=2101（-0.101 101）x-y =2100（-0.111 011）7. 按機(jī)器補(bǔ)碼浮點(diǎn)運(yùn)算步驟，計(jì)算xy補(bǔ).x=2-011 0.101 100，y=2-010（-0.011 100）解：先將x、y轉(zhuǎn)換成機(jī)器數(shù)形式： （1）x=2-011 0.101 100，y=2-010（-0.011 100）x補(bǔ)=1，101；0.101 100, y補(bǔ)=1

13、，110；1.100 100 Ex補(bǔ)=1,101, y補(bǔ)=1,110, Mx補(bǔ)=0.101 100, My補(bǔ)=1.100 100 1）對階：DE補(bǔ)=Ex補(bǔ)+-Ey補(bǔ) = 11,101+ 00,010=11,111 BCD，現(xiàn)要求將中斷處理次序改為DACB（1）寫出每個(gè)中斷源對應(yīng)的屏蔽字（2）按下圖時(shí)間軸給出的四個(gè)中斷源的請求時(shí)刻，畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。設(shè)每個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)間均為20s。中斷源屏蔽字ABCD中斷源屏蔽字A1110B0100C0110D1111答題： 10 在程序查詢方式的輸入輸出系統(tǒng)中，假設(shè)不考慮處理時(shí)間，每一個(gè)查詢操作需要100個(gè)時(shí)鐘周期，CPU的時(shí)鐘頻率為50MH

14、Z?，F(xiàn)有鼠標(biāo)和硬盤兩個(gè)設(shè)備，而且CPU必須每秒對鼠標(biāo)進(jìn)行30次查詢，硬盤以32位字長為單位傳輸數(shù)據(jù)，即每32位被CPU查詢一次，傳輸率為2 MB/S。求CPU對這兩個(gè)設(shè)備查詢所花費(fèi)的時(shí)間比率，由此可得出什么結(jié)論?答：CPU每秒對鼠標(biāo)進(jìn)行30次查詢，所需的時(shí)鐘周期數(shù)為100 x 303000根據(jù)CPU的時(shí)鐘頻率為50 MHz,即每秒50 x 106個(gè)時(shí)鐘周期，故對鼠標(biāo)的查詢占用CPU的時(shí)間比率為（ 3000/（50 x 106）x I00%0.006% 可見，對鼠標(biāo)的查詢基本不影響CPU的性能。對于硬盤，每32位被CPU查詢一次，故每秒查詢次數(shù)為 2MB/4B512K 則每秒查詢的時(shí)鐘周期數(shù)為 100 x 512 x102452.4x106 故對磁盤的查詢占用CPU的時(shí)間比率為（52.4 x 106）/（50 x 106） x100%105%可見，即使CPU將全部時(shí)間都用于對硬盤的杳詢也不能滿足磁盤傳輸?shù)囊?，因此CPU一般不采用程序查詢方式與磁盤交換信息-29、在做手術(shù)過程中，醫(yī)生經(jīng)常將手伸出，等護(hù)士將手術(shù)刀遞上，待醫(yī)生提緊后，護(hù)士才松手。如果把醫(yī)生和護(hù)士看作是兩個(gè)通信模塊，上述一系列動作相當(dāng)于異步通信中的_ _方式。30、某一RAM芯片，其容量為512 x 8位，除電源和接地端外，該芯片引出線的最少數(shù)目是_ _(