組成原理練習(xí)題

1、. 1.什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?計(jì)算機(jī)硬件、軟件和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的物理或邏輯的綜合體. 哪些部分屬于硬件系統(tǒng), 哪些部分屬于軟件系統(tǒng)?應(yīng)如何看待二者之間的關(guān)系? 硬軟件二者相互依存,分工互動(dòng),缺一不可,硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的保存于運(yùn)行軟件程序的物質(zhì)基礎(chǔ),軟件則是只會(huì)硬件完成與其功能的智力部分.2.從傳統(tǒng)的觀點(diǎn)來看,基本計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)由哪幾個(gè)功能部件組成?計(jì)算機(jī)硬件是由:I/O設(shè)備,運(yùn)算器,控制器,存儲(chǔ)器組成的.每個(gè)部件完成的主要功能是什么?運(yùn)算器: 數(shù)據(jù)處理、算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算.存儲(chǔ)器: 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與程序.控制器: 從存儲(chǔ)器中取出只,并進(jìn)行指令譯碼.輸入設(shè)備: 輸入數(shù)據(jù),并且把人讀數(shù)據(jù)變?yōu)闄C(jī)讀數(shù)據(jù)輸出設(shè)備

2、: 輸出數(shù)據(jù),并且把機(jī)讀數(shù)據(jù)變?yōu)槿俗x數(shù)據(jù)它們之間是如何連接在一起的?它們是通過總線連接在一起的,其中總線包括:數(shù)據(jù)總線,地址總線,控制總線.3.什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)?一般可劃分為哪幾個(gè)層次?層次之間的關(guān)系體現(xiàn)在哪些方面?采用層次結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來看待、分析計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成由什么好處?P69 .1.把下面給出的幾個(gè)十進(jìn)制的數(shù)化成二進(jìn)制的數(shù)(無法精確駛,小數(shù)點(diǎn)后取3位)、八進(jìn)制的數(shù)和十六進(jìn)制的數(shù):7+3/4，-23/64, 27.5, -125.9375， 5.43十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù) 八進(jìn)制數(shù) 十六進(jìn)制數(shù)7+3/4 111.11 7.6 7.C-23/64 -0. -0.2 -0.5C27.5 1

3、1011.1 33.4 1B.8-125.9375 -.1111 -175.74 -7D.F5.43 101.011 5.3 5.682.把下面給出的幾種不同進(jìn)制的數(shù)化成十進(jìn)制的數(shù)(1010.0101)2, -(.101)2, (23.47)8, _(1A3C.D)16(1010.0101)2 =(10.3125) 10 -(.101)2 =-( 357.625)10 (23.47)8 =(19+39/64)10 -(1A3C.D)16=-(6716+13/16) 10P91.1.簡(jiǎn)單說明ALU的設(shè)計(jì)過程和原理性電路組成.3.簡(jiǎn)述運(yùn)算器部件在計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)中的功能和地位.7.在運(yùn)算器部件中,為

4、什么要設(shè)置多個(gè)累加器?累加器的數(shù)目多少對(duì)計(jì)算機(jī)的性能有什么影響嗎? 為什么必須設(shè)置狀態(tài)位寄存器?P110 .1一條指令通常由哪兩部分內(nèi)容組成?指令的操作碼一般有哪幾種組織方式?各自應(yīng)用在什么場(chǎng)合?各自的優(yōu)缺點(diǎn)是什么? 一條指令要由操作碼和操作數(shù)地址兩部分組成,操作碼用于指明本條指令的操作功能;指令的操作數(shù)地址,用于給出被操作的信息的地址,包括參加運(yùn)算的一或多個(gè)操作數(shù)所在的地址、運(yùn)算結(jié)果的保存地址、程序的轉(zhuǎn)移地址、被調(diào)用的子程序的入口地址等. 操作碼的組織有如下三種處理情況: 1、定長的操作碼的組織方案:一般在指令字的最高位部分分配固定的若干位用于表示操作碼. 優(yōu)點(diǎn): 簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì),提高指

5、令譯碼和識(shí)別的速度. 缺點(diǎn): 單獨(dú)為操作碼劃分出固定的多位后,留給表示操作數(shù)地址的位數(shù)就會(huì)嚴(yán)重不足. 2、變長的操作碼的組織方案:在指令字的最高位部分,安排指令的操作碼,操作碼有長有短.一些位在不同的指令中有不同的效用,在一些指令中,這些位用作操作碼.而在另外一些指令中,這些位用作操作數(shù)的地址,則不同指令的操作數(shù)長度就會(huì)不同,即盡量為那些最常用、用于表示操作數(shù)地址的位數(shù)要求又較多的指令,少分配幾位操作碼;而對(duì)那些表示操作數(shù)地址位數(shù)要求較少的指令多分配幾位操作碼;對(duì)那些無操作數(shù)的質(zhì)量,整個(gè)指令字的所有位均用作操作碼. 優(yōu)點(diǎn): 在比較短的指令字中,既能表示出比較多的指令條數(shù),又能盡量滿足給出相應(yīng)的

6、操作數(shù)地址. 缺點(diǎn): 指令復(fù)雜,譯碼時(shí)間長.執(zhí)行時(shí)占用CPU周期多. 3、操作碼字段與操作數(shù)地址有所交叉的方案:與變長的操作碼組織方案相類似,不同之處是表示操作碼所用到的一些二進(jìn)制位不再集中在指令字的最高位部分,而是與表示操作數(shù)地址的一引起字段有所交叉. 缺點(diǎn): 指令比變長操作碼的組織方案更復(fù)雜.2.說明CISC和RISC兩種指令系統(tǒng)各自追求的目標(biāo)、特點(diǎn)以及對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)構(gòu)成方面的影響,人們?cè)谡f到指令系統(tǒng)時(shí),常提到的80%和20%是什么含義? CISC: 追求指令系統(tǒng)的功能復(fù)雜和完備,以彌補(bǔ)高級(jí)語言程序和機(jī)器語言程序之間的差異. RISC: 追求指令系統(tǒng)的精簡(jiǎn)高效,精簡(jiǎn)高速的硬件組成,精妙只

7、能的編譯軟件,達(dá)到低價(jià)高性能的理想目的. CISC: 因?yàn)橹噶顝?fù)雜,指令功能齊全,硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜,指令條數(shù)多,并行性差. RISC: 指令條數(shù)少,指令長度固定,指令格式和尋址方式種類少,只有取數(shù)/存數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器.4. 什么是形式地址?簡(jiǎn)述對(duì)變址尋址、相對(duì)尋址、基地址尋址英姿指令中給出些什么細(xì)心?如何得到相應(yīng)的實(shí)際(有效)地址?各自有什么樣的主要用法?表示在指令中的操作數(shù)地址,通常被稱為形式地址;用這種形式地址并結(jié)合某些規(guī)則,可以計(jì)算出操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)單元地址,這一地址被稱為物理地址.變址尋址: 指令字中給出的一個(gè)數(shù)值(編制偏移量)與指定的一個(gè)寄存器(變址寄存器)的內(nèi)容相加之和作為操作數(shù)

8、的地址,用于讀寫存儲(chǔ)器.主要是和于處理數(shù)組型數(shù)據(jù).相對(duì)尋址: 指令字中給出的一個(gè)數(shù)值(相對(duì)尋址偏移量)與程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容相加之和作為操作數(shù)的地址或轉(zhuǎn)移指令的轉(zhuǎn)移地址.與變址尋址的區(qū)別是,計(jì)算實(shí)際地址所用的寄存器已確定為PC,故無須再在指令中指定本次要使用哪一個(gè).主要用于指令轉(zhuǎn)移.基地址尋址: 把在程序中所用的地址與一個(gè)特定的寄存器(基地址寄存器)的內(nèi)容相加之和作為操作數(shù)的地址或指令的地址.只要用于為多道程序或浮動(dòng)地址程序定位存儲(chǔ)器空間.基地址寄存器中的值是由系統(tǒng)程序用特權(quán)指令設(shè)定的,用戶不能在自己的程序?qū)ζ溥M(jìn)行修改.5. 堆棧的主要作用的什么?如何完成讀寫堆棧的操作?6寄存器尋址和寄存器間

9、接尋址的區(qū)別是什么?P148. 5.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)控制器的功能和基本組成,說明微程序的控制器和硬連線的控制器在組成和運(yùn)行原來方面的相同與不同之處.P185. 1.在計(jì)算機(jī)中,為什么要采用多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)?它的應(yīng)用是建立在程序的哪些特性之上的? 在現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,通常總是采用由三種運(yùn)行原理不同,性能差異很大的存儲(chǔ)介質(zhì)分別構(gòu)建高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器,再將它們組成三級(jí)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一管理、高度的一體化存儲(chǔ)器系統(tǒng).由高速緩沖存儲(chǔ)器讀寫速度慢,不能滿足CPU運(yùn)行速度需要的矛盾;用虛擬存儲(chǔ)器更大的存儲(chǔ)空間,解決主存儲(chǔ)器容量小,存不下更大程序與更多數(shù)據(jù)的難題. 這種三級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的運(yùn)行原理

10、,是建立在程序運(yùn)行的局部性原理之上的.即在一小段時(shí)間內(nèi),運(yùn)行的程序只使用少量的指令和少量的數(shù)據(jù).而這少量的指令和少量的數(shù)據(jù)網(wǎng)王又集中在存儲(chǔ)器的一小片存儲(chǔ)區(qū)域中,指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的比例要高,故可以按對(duì)所使用的指令和數(shù)據(jù)的急迫和頻繁程度,將其存入容量、速度、價(jià)格不同的存儲(chǔ)器中,從而取得更高的性價(jià)比.主要體現(xiàn)在時(shí)間、空間、指令執(zhí)行順序三個(gè)方面. 2多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器是由哪3級(jí)存儲(chǔ)器組成的 ?每一級(jí)的存儲(chǔ)器使用什么類型的存儲(chǔ)介質(zhì)?這些介質(zhì)的主要特性是什么? 答:三級(jí)存儲(chǔ)器由高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器組成.使用的存儲(chǔ)器介質(zhì):高速緩存SRAM、主存DRAM和虛存DISC. 這些介質(zhì)的主要特性

11、:高速緩存以塊傳送、主存以頁傳送、虛存以文件傳送;它們的速度依次降低,每次價(jià)格依次降低;它們的管理依次由硬件、OS、OS/用戶.在多級(jí)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中,何謂信息的一致性原則和包含性原則? 一致性原則:同一個(gè)信息會(huì)同時(shí)存放在幾個(gè)級(jí)別的存儲(chǔ)器中,此時(shí),這一信息在幾個(gè)級(jí)別的存儲(chǔ)器重必須保持相同的值. 包含性原則:處在內(nèi)層(更靠近CPU)存儲(chǔ)器中的信息一定被包含在各外層的存儲(chǔ)器中,即內(nèi)層存儲(chǔ)器中的全部信息一定是各外層存儲(chǔ)器中所存信息中的一小部分的副本.3.比較DRAM和SRAM芯片的主要特性. 答:從所用的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝區(qū)分,存儲(chǔ)器芯片可以分為靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器兩種類型.由于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器集成度高,

12、生產(chǎn)成本低,被廣泛地用于實(shí)際要求更大容量的主存儲(chǔ)器.靜態(tài)存儲(chǔ)器讀寫速度快,生產(chǎn)成本高,通常多用實(shí)現(xiàn)容量可以較小的高速緩沖存儲(chǔ)器.兩者的不同之處如下表:主要性能存儲(chǔ)信息SRAM靜態(tài)存儲(chǔ)器 觸發(fā)器 DRAM動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 電容破壞性讀出需要刷新 非 非 是 需要行列地址運(yùn)行速度同時(shí)送 快 分兩次送 慢集成度發(fā)熱度 低 大 高 小存儲(chǔ)成本 高 低5.已知某8位機(jī)的主存采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，地址碼為18位，采用4K4位的SRAM芯片組成該機(jī)所允許的最大主存空間，并選用模塊條形式，問：（1）若每個(gè)模塊條為32K8位，共需幾個(gè)模塊條？（2）每個(gè)模塊條內(nèi)有多少片RAM芯片?（3）主存共需多少RAM芯片？CPU需使用

13、幾根地址線來選擇各模塊？使用何種譯碼器？答：(2188）/（32k8）=8，故需8個(gè)模塊(32k8）/（4k4）=16，故需16片芯片 共需816=128片芯片 為了選擇各模塊，需使用3:8譯碼器 即3根地址線選擇模條。6.畫出中斷處理過程流程圖。中斷處理過程流程圖如圖C2.1所示。7.用16k8位的SRAM芯片構(gòu)成64K16位的存儲(chǔ)器，要求畫出該存儲(chǔ)器的組成邏輯框圖。存儲(chǔ)器容量為64K16位，其地址線為16位（A15A0），數(shù)據(jù)線也是16位（D15D0）SRAM芯片容量為16K8位，其地址線為14位，數(shù)據(jù)線為8位，因此組成存儲(chǔ)器時(shí)須字位同時(shí)擴(kuò)展。字?jǐn)U展采用2 ：4譯碼器，以16K為一個(gè)模塊，

14、共4個(gè)模塊。位擴(kuò)展采用兩片串接。8.提高存儲(chǔ)器速度可采用哪些措施，請(qǐng)說出至少五種措施。措施有：采用高速器件，采用cache （高速緩沖存儲(chǔ)器），采用多體交叉存儲(chǔ)器，采用雙端口存儲(chǔ)器，加長存儲(chǔ)器的字長。9.一個(gè)較完整的指令系統(tǒng)應(yīng)包括哪些指令？解：一個(gè)較完整的指令系統(tǒng)應(yīng)包括數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、 程序控制指令、輸入輸出指令、字符串指令、系統(tǒng)控制指令。10.CPU中有哪些主要寄存器？其主要功能是什么？解：（1） 指令寄存器（IR）：用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。（2） 程序計(jì)數(shù)器（PC）：用來確定下一條指令的地址。（3） 地址寄存器（AR）：用來保存當(dāng)前CPU所訪問的內(nèi)存單元的

15、地址。（4） 緩沖寄存器（DR）： 作為CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站。 補(bǔ)償CPU和內(nèi)存、外圍設(shè)備之間在操作速度上的差別 在單累加器結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器中，緩沖寄存器還可兼作為 操作數(shù)寄存器。（5） 通用寄存器（AC）：當(dāng)運(yùn)算器的算術(shù)邏輯單元（ALU）執(zhí)行全部算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)，為ALU提供一個(gè)工作區(qū)。狀態(tài)條件寄存器：保存由算術(shù)指令和邏輯指令運(yùn)行或測(cè)試的結(jié)果建立的各種條 件碼內(nèi)容。除此之外，還保存中斷和系統(tǒng)工作狀態(tài)等信息， 以便使CPU和系統(tǒng)能及時(shí)了解機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)和程序運(yùn)行狀態(tài)。11.什么是閃速存儲(chǔ)器？它有哪些特點(diǎn)?3. 解：閃速存儲(chǔ)器是高密度、非易失性的讀/寫半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。從原理上看，它屬于ROM型存儲(chǔ)器，但是它又可隨機(jī)改寫信息；從功能上看，它又相當(dāng)于RAM，所以傳統(tǒng)