山東大學(xué)計算機組成原理三套題匯總

1、計算機組成原理一、名詞解釋1總線：就是多個信息源分時傳送數(shù)據(jù)到多個目的地的傳送通路2指令系統(tǒng)：一臺計算機所能執(zhí)行的全部指令的總和 3微指令 ：在一個單位時間中，能實現(xiàn)一定操作功能的微命令的集合。 4溢出：在定點小數(shù)機器中,數(shù)的表示范圍為|<1. 在運算過程中如出現(xiàn)大于1的現(xiàn)象1尋址方式：表示指令中操作數(shù)所在的方法稱為尋址方式2指令周期：是完成一條指令所用的時間3虛擬存儲器：是由操作系統(tǒng)提供的一個假想的特大存儲器。4多級中斷：是指計算機系統(tǒng)中有相當(dāng)多的中斷源，根據(jù)各中斷事件的輕重緩急程度不同而分成若干級別，每一中斷級分配給一個優(yōu)先權(quán)。1基本字長：是指參與運算的數(shù)的基本位數(shù),它是由加法器、寄

2、存器 、數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定的2數(shù)據(jù)通路：數(shù)字系統(tǒng)中,各個子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)總線連接形成的數(shù)據(jù)傳送路徑3程序中斷：在計算機執(zhí)行當(dāng)前程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)了某些緊急需處理的異常事件或特殊請求，CPU應(yīng)暫時中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理這些事件或特殊請求，待處理完畢后CPU自動恢復(fù)原來被子中止的程序繼續(xù)運行。4灰度級：指所顯示像素點的亮暗差別，在彩色顯示器中表現(xiàn)為顏色的不同。二、填空題1按馮·諾依曼設(shè)計原則，其硬件是由（運算器）、（控制器）、（存儲器）、（輸入設(shè)備）和（輸出設(shè)備）組成。2計算機系統(tǒng)是由（硬件系統(tǒng)）和（軟件系統(tǒng)）兩大部分構(gòu)成。 3計算機最主要的三大性能指標(biāo)是（基本字長）、（存儲容量）、

3、和（運算速度）。 4一個完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足（完備性）、（有效性）、（規(guī)整性）、和（兼容性）的要求。5堆棧的硬件是由（堆棧區(qū)）和（堆棧指針）構(gòu)成，存取是按（后進先出）原則。 6通?？刂破鞯脑O(shè)計可分為（組合邏輯型）和（存儲邏輯型），前者采用的核心器件是（門電路），后者采用的核心器件是（微程序控制器）。7主機與外設(shè)的連接方式有(輻射型連接),(總線型連接)和(輻射,總線型連接）。8目前在微型機中主機與外設(shè)廣泛采用的信息交換方式是(程序查詢)和(程序中斷。二、填空題 1計算機指令的基本格式應(yīng)包括（操作碼）和（地址碼）兩部分。在間接尋址方式中，地址碼部分表示的是（地址內(nèi)容+偏移量）；在相對尋址方式中，

4、地址碼部分表示的是（寄存器內(nèi)容+位移量）。2按功能分類，存儲器可以分為（高速緩沖存儲器）、（外存儲器）、（主存儲器）等。 3源數(shù)據(jù)為10010111，若采用奇校驗，則其校驗位是（1）。 4CPU響應(yīng)某中斷請求的條件是一條指令結(jié)束時且（沒有更緊迫的任務(wù)時）、（有中斷請求）和（CPU允許中斷）。5微指令的格式有（垂直）型微指令、（水平）型微指令和混合型微指令。6輸入輸出設(shè)備的編址方式有（統(tǒng)一編址）和（單獨編址）。 二、填空題 1計算機指令的基本格式應(yīng)包括（操作碼）和（地址碼）兩部分。根據(jù)操作數(shù)所在位置，指出其尋址方式：操作數(shù)在指令中為（立即）尋址方式，操作數(shù)的存儲單元地址在指令中，為（間接）尋址方

5、式。2存儲器地址譯碼電路的譯碼方式有（單譯碼方式）和（雙譯碼方式）兩種方式。 3（361）10 = （1011010010）2 = （2D2）16。 4CPU響應(yīng)可屏蔽中斷應(yīng)滿足的三個條件是（有中斷請求）、CPU允許接受中斷請求和（一條指令執(zhí)行完畢）。中斷周期結(jié)束后進入（中斷響應(yīng)）周期。5微指令的類型通常有（垂直）型微指令、（水平）型微指令和混合型微指令。 6通?？刂破鞯脑O(shè)計可分為（組合邏輯型）和（存儲邏輯型），前者采用的核心器件是（門電路），后者采用的核心器件是（控制存儲器）7主機與外設(shè)的連接方式有（輻射型連接）、（總線型連接）和（輻射、總線型連接）。8目前在微型機中主機與外設(shè)廣泛采用的信息

6、交換方式是（程序查詢）和（程序中斷）。 三、簡答題1簡述中斷的處理過程。它與程序查詢方式有何不同點？ 中斷處理過程可粗略的分為以下四個過程：保護當(dāng)前正在運行程序的現(xiàn)場；分析是何種中斷，以便轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序；執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序；恢復(fù)被中斷程序的現(xiàn)場。程序查詢方式控制簡單，但外設(shè)和主機不能同時工作，各外設(shè)之間也不能同時工作系統(tǒng)效率很低。因此，僅適用于CPU的速度不是很高，而且外設(shè)的種類和數(shù)目不多，數(shù)據(jù)傳送率較低的情況。而中斷的處理方式不僅適用于外設(shè)的數(shù)據(jù)交換，也適用于對外界的隨機事件的處理。2按通道的工作方式，通道分哪幾類？簡述其特點。答案要點：按通道的工作方式，通道可分為字節(jié)多路通

7、道、選擇通道和數(shù)組多路通道三種類型。特點：字節(jié)多路通道：1）有多個子通道，設(shè)備間可（分時）并行操作。2）數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位交叉?zhèn)魉汀?）適合于連接大量的低速設(shè)備。選擇通道：1）被選中的外設(shè)采用獨占方式使用通道。2）數(shù)據(jù)以成組（數(shù)據(jù)塊）方式進行傳輸。3）適合于連接高速外設(shè)。數(shù)組多路通道：是將前二者的優(yōu)點結(jié)合在一起的一種通道結(jié)構(gòu)。數(shù)組多路通道含有多個子通道，可同時執(zhí)行多個通道程序，數(shù)據(jù)以成組方式進行傳送。既具有多路并行操作能力，又有很高的數(shù)據(jù)傳輸率，可用來連接多臺中高速的外設(shè)。3畫圖說明存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，并說明各種存儲器的特點。答案：存儲系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖所示： CPU高速緩存主存儲器I/O控制輔

8、助存儲器磁鼓磁盤磁帶存儲器的特點：1）高速緩存：存放當(dāng)前要執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)。速度快，可與CPU速度匹配；存儲容量較小。成本高。2）主存儲器：存放正在執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)，CPU可直接訪問，容量較大，速度較高，每位價格介于高速緩存和輔存之間。3）輔助存儲器：存放當(dāng)前暫不參與運行的程序和數(shù)據(jù)文件，CPU不能直接訪問；容量極大而速度較低，單位成本低。三、簡答題1試分析比較DMA方式和中斷傳送方式的異同點，說明DMA方式為什麼不能替代中斷方式。1答案要點：相同點：1）兩種方式均為目前在微型機中主機與外設(shè)廣泛采用的信息交換方式。2）兩種方式下主機和外設(shè)之間均可實現(xiàn)一定程度的并行工作。 不同點：1）中斷傳送方

9、式是通過中斷服務(wù)處理程序來完成信息交換；而DMA方式則是用硬件代替軟件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。2）中斷傳送方式不僅適合于一般的信息交換，還適合對隨機事件的處理。3）DMA方式適合于高速外設(shè)和主機之間的信息交換，對高速外設(shè)采用程序中斷方式傳送數(shù)據(jù)往往回丟失數(shù)據(jù)。DMA方式不能替代中斷方式的原因：1）DMA方式只能用于高速外設(shè)與內(nèi)存直接交換信息，卻不能像中斷方式那樣處理隨機的異?，F(xiàn)象。2）在DMA方式的數(shù)據(jù)傳輸過程中，需用到中斷方式。2 何為三級存儲體系結(jié)構(gòu)？分析采用這種結(jié)構(gòu)的原因和優(yōu)點？答案要點：把各種不同存儲容量，不同存取速度的存儲器，按一定的體系結(jié)構(gòu)組織起來，使所存放的程序和數(shù)據(jù)按層次分布在各存儲

10、器中，形成一個統(tǒng)一整體的存儲系統(tǒng)。由高速緩沖存儲器、主存儲器、輔助存儲器構(gòu)成的三級存儲系統(tǒng)可以分成兩個層次，其中高速緩存和主存間稱為Cache-主存存儲層次，主存和輔存間稱為主-輔存存儲層次。這就是三級存儲體系結(jié)構(gòu)。采用Cache-主存存儲層次的原因和優(yōu)點：在速度方面，計算機的主存和CPU一直保持了大約一個數(shù)量級的差距。顯然這個差距限制了CPU速度潛力的發(fā)揮。為了彌合這個差距，設(shè)置Cache是解決存取速度的重要方法。在CPU和主存之間設(shè)置Cache，構(gòu)成Cache-主存層次，則從CPU 的角度看，Cache-主存層次的速度接近于Cache，容量與每位價格則接近于主存。因此，解決了速度與成本之間

11、的矛盾。采用主-輔存存儲層次的原因和優(yōu)點：由于成本和工藝的原因，主存的存儲容量受到了限制，另一方面，系統(tǒng)程序、應(yīng)用程序及各種信息量要求主存容量越來越大。采用“主存-輔存”存儲層次，程序員可用機器指令的地址對整個程序統(tǒng)一編址，而不必?fù)?dān)心程序能否在主存中放得下。虛擬空間可以比實際空間大得多。從整體看，主輔存層次的速度接近于主存的速度，容量則接近于輔存的容量，而每位平均價格也接近于廉價的輔存平均價格，從而解決了大容量和低成本間的矛盾。3簡要說明動態(tài)RAM的各種刷新方式及其特點。答案：動態(tài)RAM的刷新方式有集中式刷新、分散式刷新、異步式刷新和透明式刷新等四種方式。集中式刷新的特點：其優(yōu)點是系統(tǒng)的存取周

12、期不受刷新工作的影響，讀寫操作和刷新工作在最大刷新周期中分開進行。因此，系統(tǒng)的存取速度比較高。其缺點是進行刷新時必須停止讀、寫操作。這對主機而言是個“死區(qū)”分散式刷新的特點：刷新工作安排在系統(tǒng)的存儲周期內(nèi)進行，對主機而言不再有“死區(qū)”。但該方式加長了系統(tǒng)的存取周期，降低了整機運算速度。因此，分散方式刷新不適用于高速存儲器。異步式刷新的特點：結(jié)合了上述兩種方式的優(yōu)點，充分利用了最大刷新間隔。對分散式刷新而言，它減少了刷新次數(shù)；對集中方式來說，主機的“死區(qū)”又縮短很多。因此，這種方式使用得比較多。透明式刷新的特點：該方式不占用CPU時間，對CPU而言是透明的操作；但控制線路復(fù)雜。三、簡答題1 簡述

13、其中兩種補碼加減運算判別溢出方法的工作原理。答案：以下三種方法答對其中任意兩種方法即可。 方法1：兩個符號相同的補碼數(shù)相加，如果和的符號與加數(shù)符號相反，或者符號相反的兩個補碼數(shù)相減，差的符號與減數(shù)符號相同，表明運算結(jié)果溢出。 方法2：兩個補碼數(shù)實現(xiàn)加減運算時，若最高數(shù)值位向符號位的進位值與符號位產(chǎn)生的進位輸出值不相同，則表明運算結(jié)果產(chǎn)生了溢出。 方法3：采用雙符號位方案。當(dāng)兩位符號位的值不相同時，則表明運算結(jié)果產(chǎn)生了溢出。2 字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道有何相同點？有何不同點？答案：相同點：設(shè)備間可并行操作不同點： 字節(jié)多路通道 數(shù)組多路通道1）連接低速設(shè)備 連接中高速設(shè)備2）以字節(jié)為單位傳送

14、以數(shù)據(jù)塊為單位傳送3）設(shè)備間并行操作 一設(shè)備傳數(shù)，其它設(shè)備只作輔助操作3CPU中設(shè)有哪些寄存器？各寄存器的位數(shù)由何因素確定？答案要點：CPU中設(shè)有的寄存器包括運算器中的通用寄存器，程序計數(shù)器PC，指令寄存器IR，存儲器地址寄存器MAR，存儲器數(shù)據(jù)寄存器MBR和狀態(tài)標(biāo)志寄存器等。PC和MAR的位數(shù)取決于要訪問的地址空間的大小。IR的位數(shù)取決于指令字長。通用寄存器及存儲器數(shù)據(jù)寄存器MBR的位數(shù)取決于操作數(shù)（或操作數(shù)地址）的基本字長。四、計算題已知x = -0.10101,y = +0.11011，符號用雙符號位表示。求 1X 原=？ Y原=？2X 補=？ Y補=？3X+Y補 =？ X-Y補 =？

15、并分別討論其溢出情況。1）寫出補碼一位乘的運算步驟。2）與原碼乘法運算有何不同？3）寫出補碼乘法運算器的基本部件。參考答案：已知x = -0.10101,y = +0.11011，符號用雙符號位表示。答案：1X 原=11.10101 Y原=00.11011 2X 補=11.01011 Y補=00.11011 3X+Y補 =X 補 +Y補= 11.01011+00.11011=00.00110 結(jié)果的兩個符號位相同，無溢出。X-Y補 =X 補 +-Y補= 11.01011+11.00101=10.10000結(jié)果的兩個符號位不相同為10，產(chǎn)生下溢。2）與原碼乘法運算有何不同？答案： 補碼乘法：運算

16、結(jié)果的符號位無需單獨處理；而原碼乘法：結(jié)果的符號位需單獨處理。 原碼乘法：位于乘數(shù)寄存器末位的乘數(shù)作為判斷位；而補碼乘法則是以乘數(shù)寄存器最末兩位作判斷位。 若乘數(shù)的有效尾數(shù)n位。原碼乘法須做n次加法，n次移位；而補碼乘法則需n+1次加法，n次移位。3）寫出補碼乘法運算器的基本部件。答案要點：所用的基本部件： 存放部分積累加和的寄存器； 存放乘數(shù)（具備移位功能）和被乘數(shù)的寄存器； 加法器； 移位器； 計數(shù)器。四、計算題已知x = 0.1011,y = -0.1101，符號用雙符號位表示。求 1X+Y補 =？ X-Y補 =？ 并分別討論其溢出情況。答案：1X+Y補 =X 補 +Y補= 00.101

17、1+11.0011=11.1110 ，結(jié)果的兩個符號位相同，無溢出。 X-Y補 =X 補 +-Y補= 00.1011+00.1101=01.1000 ，結(jié)果的兩個符號位不相同，為01，產(chǎn)生上溢。四、計算題1 已知x=0.10101,y=0.11011 用定點補碼一位乘法計算x*y補 ，要求寫出計算步驟。答：x×y補=1.0111001001，詳細(xì)運算步驟略。2 已知x=20110.101100,y=2010（0.100100）用浮點規(guī)格化補碼加法求x+y補 （階碼、尾數(shù)均用補碼表示），要求寫出計算步驟。答：X補=1.101，00.101100Y補=1.110，11.011100 浮點

18、補碼格式1）判零，對階，X尾右移 階碼+1，X補=1.110，00.010110 求和得11.1100102）規(guī)格化 X+Y尾 左移 2次 階碼-2 X+Y補=1.100，11.001000無溢出五、設(shè)計題采用32K×32 的RAM芯片，構(gòu)成128K×64的存儲器。1 畫出存儲器的邏輯框圖。2 圖中標(biāo)明信號線的種類、方向、條數(shù)。答案：五、設(shè)計題采用4K×8 的RAM芯片，構(gòu)成32K×16的存儲器。3 畫出存儲器的邏輯框圖，圖中標(biāo)明信號線的種類、方向、條數(shù)。2用十六進制寫出該存儲器占用的地址空間。答案：該存儲器占用的地址空間：0000H-7FFFH（按字編

19、址）五、設(shè)計題試選用1M × 4的RAM芯片，構(gòu)成4M ×8的存儲器。完成下列各題：1 畫出存儲器連線框圖，圖中標(biāo)明信號的種類、方向和信號線的條數(shù)。2 用十六進制寫出存儲器占用的地址空間。答案：該存儲器占用的地址空間：000000H-3FFFFFH（按字編址）六、綜合應(yīng)用題在模型機的數(shù)據(jù)通路上，對于指令A(yù)DD X(R1)，(R2)+，回答下列問題：1寫出指令的執(zhí)行流程。2寫出目的周期的全部數(shù)據(jù)通路。參考答案：答案要點：1、2）指令的執(zhí)行流程及目的周期的數(shù)據(jù)通路：FT0：MMBRIR FT1：PC+1PC ST0：PCMAR ST1：MMBRC ST2：PC+1PC ST3：C+R1MAR ST4：MMBRC DT0：R2MAR ；R2A選擇器，S0-3，M，DM，CPMAR DT1：MMBRD ；R/W，SMBR，MBRB選擇器，S0-3，M，DM，CPD DT2：R2+1R2 ；R2A選擇器，S0-3，M，C0，DM，CPR2 ET0：C+DMBR ET1：MBRM ET2：PCMAR六、綜合應(yīng)用題在模型機的數(shù)據(jù)通路上，對于指令SUB X(R1)，-(R2)，回答下列問題：1寫出指令的執(zhí)行流程。2寫出目的周期的全部數(shù)據(jù)通路。參考答案：答案要點：1、2）指令的執(zhí)行流程及目的周期的數(shù)據(jù)通路：FT0：MMBRIR FT1：PC+1PC ST0：P