山東大學(xué) 計(jì)算機(jī)組成原理三套題匯總

1、計(jì)算機(jī)組成原理一、名詞解釋1總線：就是多個(gè)信息源分時(shí)傳送數(shù)據(jù)到多個(gè)目的地的傳送通路2指令系統(tǒng)：一臺(tái)計(jì)算機(jī)所能執(zhí)行的全部指令的總和 3微指令 ：在一個(gè)單位時(shí)間中，能實(shí)現(xiàn)一定操作功能的微命令的集合。 4溢出：在定點(diǎn)小數(shù)機(jī)器中,數(shù)的表示范圍為|1. 在運(yùn)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(shí)間3虛擬存儲(chǔ)器：是由操作系統(tǒng)提供的一個(gè)假想的特大存儲(chǔ)器。4多級中斷：是指計(jì)算機(jī)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(gè)優(yōu)先權(quán)。1基本字長：是指參與運(yùn)算的數(shù)的基本位數(shù),它是由加法器、寄存器 、

2、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(gè)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(jì)算機(jī)執(zhí)行當(dāng)前程序時(shí)，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(shí)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(dòng)恢復(fù)原來被子中止的程序繼續(xù)運(yùn)行。4灰度級：指所顯示像素點(diǎn)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(jì)原則，其硬件是由（運(yùn)算器）、（控制器）、（存儲(chǔ)器）、（輸入設(shè)備）和（輸出設(shè)備）組成。2計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)最主要的三大性能指標(biāo)是（基本字長）、（存儲(chǔ)容量）、和（運(yùn)算速度）。 4

3、一個(gè)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(jìn)先出）原則。 6通?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)可分為（組合邏輯型）和（存儲(chǔ)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(jī)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(jī)中主機(jī)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(jì)算機(jī)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，地址碼部分表示的是（

4、寄存器內(nèi)容+位移量）。2按功能分類，存儲(chǔ)器可以分為（高速緩沖存儲(chǔ)器）、（外存儲(chǔ)器）、（主存儲(chǔ)器）等。 3源數(shù)據(jù)為10010111，若采用奇校驗(yàn)，則其校驗(yàn)位是（1）。 4CPU響應(yīng)某中斷請求的條件是一條指令結(jié)束時(shí)且（沒有更緊迫的任務(wù)時(shí)）、（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(dú)編址）。 二、填空題 1計(jì)算機(jī)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(chǔ)單元地址在指令中，為（間接）尋址方式。2存儲(chǔ)器地址譯碼

5、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(gè)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(jìn)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(jì)可分為（組合邏輯型）和（存儲(chǔ)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(chǔ)器）7主機(jī)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(jī)中主機(jī)與外設(shè)廣泛采用的信息交換方式是（程序查詢

6、）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(diǎn)？ 中斷處理過程可粗略的分為以下四個(gè)過程：保護(hù)當(dāng)前正在運(yùn)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(jī)不能同時(shí)工作，各外設(shè)之間也不能同時(shí)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(jī)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(diǎn)。答案要點(diǎn)：按通道的工作方式，通道可分為字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多

7、路通道三種類型。特點(diǎn)：字節(jié)多路通道：1）有多個(gè)子通道，設(shè)備間可（分時(shí)）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(dú)占方式使用通道。2）數(shù)據(jù)以成組（數(shù)據(jù)塊）方式進(jìn)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(diǎn)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(gè)子通道，可同時(shí)執(zhí)行多個(gè)通道程序，數(shù)據(jù)以成組方式進(jìn)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(tái)中高速的外設(shè)。3畫圖說明存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，并說明各種存儲(chǔ)器的特點(diǎn)。答案：存儲(chǔ)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖所示： CPU高速緩存主存儲(chǔ)器I/O控制輔助存儲(chǔ)器磁鼓磁盤磁帶

8、存儲(chǔ)器的特點(diǎn)：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(chǔ)容量較小。成本高。2）主存儲(chǔ)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(jià)格介于高速緩存和輔存之間。3）輔助存儲(chǔ)器：存放當(dāng)前暫不參與運(yùn)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(diǎn)，說明DMA方式為什麼不能替代中斷方式。1答案要點(diǎn)：相同點(diǎn)：1）兩種方式均為目前在微型機(jī)中主機(jī)與外設(shè)廣泛采用的信息交換方式。2）兩種方式下主機(jī)和外設(shè)之間均可實(shí)現(xiàn)一定程度的并行工作。 不同點(diǎn)：1）中斷傳送方式是通過中斷服務(wù)處理

9、程序來完成信息交換；而DMA方式則是用硬件代替軟件來實(shí)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(jī)事件的處理。3）DMA方式適合于高速外設(shè)和主機(jī)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(jī)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(chǔ)體系結(jié)構(gòu)？分析采用這種結(jié)構(gòu)的原因和優(yōu)點(diǎn)？答案要點(diǎn)：把各種不同存儲(chǔ)容量，不同存取速度的存儲(chǔ)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(chǔ)器中，形成一個(gè)統(tǒng)一整

10、體的存儲(chǔ)系統(tǒng)。由高速緩沖存儲(chǔ)器、主存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)器構(gòu)成的三級存儲(chǔ)系統(tǒng)可以分成兩個(gè)層次，其中高速緩存和主存間稱為Cache-主存存儲(chǔ)層次，主存和輔存間稱為主-輔存存儲(chǔ)層次。這就是三級存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)。采用Cache-主存存儲(chǔ)層次的原因和優(yōu)點(diǎn)：在速度方面，計(jì)算機(jī)的主存和CPU一直保持了大約一個(gè)數(shù)量級的差距。顯然這個(gè)差距限制了CPU速度潛力的發(fā)揮。為了彌合這個(gè)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(jià)格則接近于主存。因此，解決了速度與成本之間的矛盾。采用主-輔存

11、存儲(chǔ)層次的原因和優(yōu)點(diǎn)：由于成本和工藝的原因，主存的存儲(chǔ)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(chǔ)層次，程序員可用機(jī)器指令的地址對整個(gè)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(shí)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(jià)格也接近于廉價(jià)的輔存平均價(jià)格，從而解決了大容量和低成本間的矛盾。3簡要說明動(dòng)態(tài)RAM的各種刷新方式及其特點(diǎn)。答案：動(dòng)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(diǎn)：其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的存取周期不受刷新工作的影響

12、，讀寫操作和刷新工作在最大刷新周期中分開進(jìn)行。因此，系統(tǒng)的存取速度比較高。其缺點(diǎn)是進(jìn)行刷新時(shí)必須停止讀、寫操作。這對主機(jī)而言是個(gè)“死區(qū)”分散式刷新的特點(diǎn)：刷新工作安排在系統(tǒng)的存儲(chǔ)周期內(nèi)進(jìn)行，對主機(jī)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(jī)運(yùn)算速度。因此，分散方式刷新不適用于高速存儲(chǔ)器。異步式刷新的特點(diǎn)：結(jié)合了上述兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)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(diǎn)：該方式不占用CPU時(shí)間，對CPU而言是透明的操作；但控制線路復(fù)雜。三、簡答題1 簡述其中兩種補(bǔ)碼加減運(yùn)算

13、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(gè)符號相同的補(bǔ)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(gè)補(bǔ)碼數(shù)相減，差的符號與減數(shù)符號相同，表明運(yùn)算結(jié)果溢出。 方法2：兩個(gè)補(bǔ)碼數(shù)實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算時(shí)，若最高數(shù)值位向符號位的進(jìn)位值與符號位產(chǎn)生的進(jìn)位輸出值不相同，則表明運(yùn)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(shí)，則表明運(yùn)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(diǎn)？有何不同點(diǎn)？答案：相同點(diǎn)：設(shè)備間可并行操作不同點(diǎn)： 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 以數(shù)據(jù)塊為單位傳送3

14、）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(diǎn)：CPU中設(shè)有的寄存器包括運(yùn)算器中的通用寄存器，程序計(jì)數(shù)器PC，指令寄存器IR，存儲(chǔ)器地址寄存器MAR，存儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)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(bǔ)=？ Y補(bǔ)=？3X+Y補(bǔ) =？ X-Y補(bǔ) =？ 并分別討論其溢出情況

15、。1）寫出補(bǔ)碼一位乘的運(yùn)算步驟。2）與原碼乘法運(yùn)算有何不同？3）寫出補(bǔ)碼乘法運(yùn)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(bǔ)=11.01011 Y補(bǔ)=00.11011 3X+Y補(bǔ) =X 補(bǔ) +Y補(bǔ)= 11.01011+00.11011=00.00110 結(jié)果的兩個(gè)符號位相同，無溢出。X-Y補(bǔ) =X 補(bǔ) +-Y補(bǔ)= 11.01011+11.00101=10.10000結(jié)果的兩個(gè)符號位不相同為10，產(chǎn)生下溢。2）與原碼乘法運(yùn)算有何不同？答案： 補(bǔ)碼乘法：運(yùn)算結(jié)果的符號位無需單獨(dú)

16、處理；而原碼乘法：結(jié)果的符號位需單獨(dú)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(bǔ)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(bǔ)碼乘法則需n+1次加法，n次移位。3）寫出補(bǔ)碼乘法運(yùn)算器的基本部件。答案要點(diǎn)：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(jì)數(shù)器。四、計(jì)算題已知x = 0.1011,y = -0.1101，符號用雙符號位表示。求 1X+Y補(bǔ) =？ X-Y補(bǔ) =？ 并分別討論其溢出情況。答案：1X+Y補(bǔ) =X 補(bǔ) +Y補(bǔ)= 00.1011+11.0011=

17、11.1110 ，結(jié)果的兩個(gè)符號位相同，無溢出。 X-Y補(bǔ) =X 補(bǔ) +-Y補(bǔ)= 00.1011+00.1101=01.1000 ，結(jié)果的兩個(gè)符號位不相同，為01，產(chǎn)生上溢。四、計(jì)算題1 已知x=0.10101,y=0.11011 用定點(diǎn)補(bǔ)碼一位乘法計(jì)算x*y補(bǔ) ，要求寫出計(jì)算步驟。答：xy補(bǔ)=1.0111001001，詳細(xì)運(yùn)算步驟略。2 已知x=20110.101100,y=2010（0.100100）用浮點(diǎn)規(guī)格化補(bǔ)碼加法求x+y補(bǔ) （階碼、尾數(shù)均用補(bǔ)碼表示），要求寫出計(jì)算步驟。答：X補(bǔ)=1.101，00.101100Y補(bǔ)=1.110，11.011100 浮點(diǎn)補(bǔ)碼格式1）判零，對階，X尾右移

18、 階碼+1，X補(bǔ)=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(bǔ)=1.100，11.001000無溢出五、設(shè)計(jì)題采用32K32 的RAM芯片，構(gòu)成128K64的存儲(chǔ)器。1 畫出存儲(chǔ)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(jì)題采用4K8 的RAM芯片，構(gòu)成32K16的存儲(chǔ)器。3 畫出存儲(chǔ)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(jìn)制寫出該存儲(chǔ)器占用的地址空間。答案：該存儲(chǔ)器占用的地址空間：0000H-7FFFH（按字編址）五、設(shè)計(jì)題試選用1M 4的RAM芯片，構(gòu)成4M 8的存儲(chǔ)器。完成下列各題：1

19、 畫出存儲(chǔ)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(jìn)制寫出存儲(chǔ)器占用的地址空間。答案：該存儲(chǔ)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(jī)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(diǎn)：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(jī)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(diǎn)：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