計(jì)算機(jī)組成原理 內(nèi)部(不可外傳!切記)

1、第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論(giln)1、馮.諾依曼體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)包括幾部分： 答：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備及輸出設(shè)備。2、何謂計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)？計(jì)算機(jī)組成？計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)？ 答：計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)指程序員（主要是指匯編(hubin)、操作系統(tǒng)程序員）所看到的機(jī)器的屬性，即機(jī)器的概念性結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)。共二十三頁(yè)第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論(giln)3、計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)是速度。衡量速度的參數(shù)有主頻、 CPI、 MIPS、 MFLOPS。請(qǐng)解釋這些參數(shù)含義。答：主時(shí)鐘的頻率（f）叫CPU的主頻。主頻的倒數(shù)稱為: CPU時(shí)鐘周期

2、（T），即T=1/f。 CPI:表示每條指令周期數(shù)，即執(zhí)行一條指令所需的平均時(shí) 鐘周期數(shù)。MIPS：表示每秒鐘執(zhí)行百萬(wàn)條指令數(shù)。(定點(diǎn)機(jī)速度指標(biāo)(zhbio)MFLOPS：表示每秒百萬(wàn)次浮點(diǎn)操作次數(shù)。共二十三頁(yè)第2章 運(yùn)算(yn sun)方法和運(yùn)算(yn sun)器1、8位補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)的范圍(fnwi)是：-128 +127 2、寫(xiě)出8位補(bǔ)碼(F9)16所對(duì)應(yīng)的定點(diǎn)整數(shù)十進(jìn)制真值： (F9)16 =(11111001)2 真值為：-(0000111)2 = -(7)10 共二十三頁(yè)3、將十進(jìn)制數(shù) -35.875 轉(zhuǎn)化(zhunhu)為IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)的32位單精度 浮點(diǎn)數(shù)。 答： -35

3、.875= -100011.111 = - 1.00011111 2+101 S=1 E=101+01111111=10000100 M=00011111000000000000000 浮點(diǎn)數(shù)為： 1 10000100 00011111000000000000000共二十三頁(yè)4、英文字母的編碼是什么？占幾個(gè)字節(jié)？ 答：ASCII碼，用1個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。 5、國(guó)標(biāo)碼用于表示(biosh)什么？如何表示(biosh)與存儲(chǔ)？ 答：用于表示漢字。用4位16進(jìn)制數(shù)字表示， 2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。共二十三頁(yè)第3章 多層次的存儲(chǔ)器1、存儲(chǔ)器的主要功能是什么？ 答：存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。2、計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)(z chn)16位，其

4、存儲(chǔ)容量為32MB，若按雙字編址，它的尋址范圍是多少？ 答：(32M8位)/32位=8M3、某SRAM芯片，其存儲(chǔ)容量為64K16位，該芯片的地 址線和數(shù)據(jù)線數(shù)目各為多少？答：地址線：16位。 數(shù)據(jù)線：16位。 共二十三頁(yè)4、按照小端及大端存放規(guī)則，寫(xiě)出數(shù)據(jù) 12345678H在連 續(xù)4個(gè)內(nèi)存(ni cn)單元（00050H00053H）中的存放結(jié)果。 答：小端規(guī)則 大端規(guī)則78563412000500005100052000531234567800050000510005200053共二十三頁(yè)5、存儲(chǔ)器分級(jí)的目的是什么？ Cache-主存存儲(chǔ)層次用 來(lái)解決什么問(wèn)題？ 主存-輔存存儲(chǔ)層次用來(lái)解

5、決什么 問(wèn)題？答：Cache-主存存儲(chǔ)層次用來(lái)解決主存速度低的問(wèn)題，彌補(bǔ)CPU與主存在速度上的差異，在主存和Cache之間增加輔助硬件使主存和Cache構(gòu)成一個(gè)整體，從CPU角度看，CPU訪問(wèn)Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)，速度接近Cache速度，而容量是主存容量，價(jià)格/容量比接近主存。Cache存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)程序員和應(yīng)用程序員都是透明(tumng)的，因?yàn)镃PU對(duì)Cache和主存層次的調(diào)度全部由硬件實(shí)現(xiàn)。 主存-輔存存儲(chǔ)層次用來(lái)解決主存容量小的問(wèn)題，在主存和輔存之間增加輔助硬件和輔助軟件，使主存和輔存構(gòu)成一個(gè)整體，擴(kuò)大程序可訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間，通過(guò)把磁盤(pán)空間當(dāng)作主存空間供程序使用，建立起一個(gè)虛擬存儲(chǔ)器。共

6、二十三頁(yè)6、存儲(chǔ)器擴(kuò)展技術(shù)主要解決什么？什么是位的擴(kuò)展，什么是字的擴(kuò)展？ 答：解決芯片容量與系統(tǒng)容量匹配問(wèn)題。當(dāng)芯片數(shù)據(jù)線位數(shù)少于系統(tǒng)數(shù)據(jù)位數(shù)時(shí)，需要位擴(kuò)展；單芯片地址位數(shù)少于系統(tǒng)地址位數(shù)時(shí)。需要字?jǐn)U展。7、提高訪存速度可采取哪些措施？ 答：(1)采用高速器件，比如SDRAM、 DDR SDRAM、 DDR2 SDRAM 、 DDR3 SDRAM。 (2)增加(zngji)高速緩沖存儲(chǔ)器cache 。 (3)并行存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。共二十三頁(yè)8、主存與Cache的地址映射有幾種方式？都是什么方式？哪種方式比較實(shí)用？ 答：三種映射方式：全相聯(lián)映射、直接映射、組相聯(lián)映射。 其中組相聯(lián)映射融合了前兩種映射的

7、優(yōu)點(diǎn)，最實(shí)用。9、主存和輔存在存儲(chǔ)程序方面有什么區(qū)別？CPU訪問(wèn)這兩種存儲(chǔ)器的方式是否相同？ 答：主存存儲(chǔ)正在或?qū)⒁獔?zhí)行的程序。執(zhí)行過(guò)的程序也可能存放在主存中。主存只能暫時(shí)保存程序，斷電即消失。 輔存存放暫不執(zhí)行或不準(zhǔn)備執(zhí)行的程序；可以長(zhǎng)久保存。 CPU可以直接訪問(wèn)主存，無(wú)需任何軟件驅(qū)動(dòng)(q dn)。但不能直接訪問(wèn)輔存，需要操作系統(tǒng)將輔存的內(nèi)容調(diào)入主存方可訪問(wèn)。共二十三頁(yè)10、存儲(chǔ)器有24位地址，16位字長(zhǎng)?，F(xiàn)有(xin yu)芯片 512K8位，需要如何擴(kuò)展？擴(kuò)展幾片芯片？用幾位 地址進(jìn)行片選？答：需要進(jìn)行字、位擴(kuò)展； 擴(kuò)展芯片數(shù)為=(16M16位)/(0.5M8位)=322=64片 用5位

8、地址(A23A19)進(jìn)行片選，使用532譯碼器。共二十三頁(yè)11.一臺(tái)計(jì)算機(jī)按字節(jié)尋址，其內(nèi)存為1M。數(shù)據(jù)塊的大小是16個(gè)字節(jié)，Cache的大小是64K字節(jié)。采用兩路組相聯(lián)映射，給內(nèi)存地址為F0010H和CABBEH兩個(gè)地址對(duì)應(yīng)的標(biāo)記、組號(hào)和字號(hào)。 解：主存1M，地址總線是20位。 每個(gè)數(shù)據(jù)塊16個(gè)字節(jié)=24B， 字號(hào) = 4位 Cache的組數(shù)=216/(224)=211 組號(hào) = 11位 標(biāo)記=20-11-4=5位 主存地址格式(g shi)如下：標(biāo)記 5位組號(hào)11位字號(hào) 4位共二十三頁(yè) F0010= 1111 0000 0000 0001 0000 字號(hào)(z hao) = 0000 組號(hào)

9、=000 0000 0001 標(biāo)記=11110 CABBE= 1100 1010 1011 1011 1110 字號(hào) = 1110 組號(hào) =010 1011 1011 標(biāo)記 =11001 共二十三頁(yè)第4章 指令系統(tǒng)1、什么是指令系統(tǒng)？為什么說(shuō)指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中軟件 和硬件分界的接口？答：一臺(tái)計(jì)算機(jī)中所有(suyu)機(jī)器指令的集合，稱為這臺(tái)計(jì)算機(jī) 的指令系統(tǒng)。它就是這臺(tái)機(jī)器的機(jī)器語(yǔ)言。在它之下 是硬件實(shí)現(xiàn)電路，之上是各種軟件程序?qū)崿F(xiàn)。所以說(shuō) 指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中軟件和硬件分界的接口。共二十三頁(yè)2、指令格式分為幾個(gè)字段，各字段表示什么內(nèi)容？ 答：指令格式分為操作碼和操作數(shù)兩個(gè)字段。 操作碼OP表示該

10、指令應(yīng)進(jìn)行什么性質(zhì)的操作。不同的指令用操作碼字段的不同編碼來(lái)表示，每一種編碼代表一種指令。若操作碼字段有n位，則可表示2n條指令有2n種不同的基本操作。 操作數(shù)表示指令所要處理的數(shù)據(jù)(shj)。常以數(shù)據(jù)(shj)所在單元的地址形式給出。也稱 “地址碼A”。 操作數(shù)的來(lái)源通常為一個(gè)立即數(shù)（在指令代碼中直接給出）、寄存器中內(nèi)容、存儲(chǔ)單元的內(nèi)容或I/O端口的內(nèi)容。 共二十三頁(yè)3、操作數(shù)為什么又被稱為地址碼？指令中常用的操作數(shù)的 個(gè)數(shù)是多少？答：操作數(shù)常以數(shù)據(jù)所在單元的地址(dzh)形式給出。所以又稱為地址碼A。 指令中常用的操作數(shù)的個(gè)數(shù)為3、2、1、0.對(duì)應(yīng)的指令稱為三地址指令、二地址指令、單地址指

11、令和零地址指令。共二十三頁(yè)4、指令系統(tǒng)中采用不同尋址方式的主要目的是什么(shn me)？答：縮短指令字長(zhǎng)，擴(kuò)大尋址空間，提高編程靈活性 。5、哪種尋址方式獲取操作數(shù)的速度最快？答：立即尋址。6、單地址指令中為了完成兩個(gè)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算，除地址碼指明的一個(gè)操作數(shù)以外，另一個(gè)數(shù)常需采用何種尋址方式？答：隱含尋址。7、說(shuō)明指令尋址。 答：順序?qū)ぶ?、跳躍尋址（相對(duì)尋址）。共二十三頁(yè)8、指出四種不同的尋址方式(fngsh)；說(shuō)明每種尋址方式(fngsh)操作數(shù)的位置及尋址過(guò)程。答：(1)立即尋址：操作數(shù)在指令中。取出指令立即得到 操作數(shù)。 (2)寄存器尋址：操作數(shù)在寄存器中，指令中給出寄存 器地址，用此地

12、址訪問(wèn)寄存器得到操作數(shù)。 (3)直接尋址：操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令中給出存儲(chǔ)器 地址，用此地址訪問(wèn)存儲(chǔ)器得到操作數(shù)。 (4)寄存器間接尋址：操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，指令中給出寄存器地址為形式地址，用此地址訪問(wèn)寄存器得到操作數(shù)實(shí)際地址，再用該地址訪問(wèn)存儲(chǔ)器得到操作數(shù)。共二十三頁(yè)9、指令格式如下所示，其中OP為操作碼，試分析(fnx)指令格式的特點(diǎn)。 15 9 7 4 3 0OP源寄存器目標(biāo)寄存器解：指令格式的特點(diǎn)為 （1） 單字長(zhǎng)（16位）二地址(dzh)指令； （2） 操作碼字段OP可以指定的27=128條指令； （3） 源寄存器和目標(biāo)寄存器都是通用寄存器（可分別指定16個(gè)寄存器），是RR（寄存器-寄

13、存器）型指令，兩個(gè)操作數(shù)均在寄存器中； （4）操作數(shù)尋址方式是寄存器尋址。共二十三頁(yè)10.指令結(jié)構(gòu)如下：分析(fnx)該指令格式及尋址方式答：雙字長(zhǎng)指令，OP=6，最多可定義64條不同的指令； 指令類型為RS型，源操作數(shù)采用寄存器尋址，目標(biāo) 操作數(shù)采用變址尋址（操作數(shù)在內(nèi)存，有效地址為 變址寄存器內(nèi)容加上偏移量）。 1510 7 4 3 0OP源寄存器變址寄存器偏移量(16位)共二十三頁(yè)11、基本的指令類型有哪些？答：數(shù)據(jù)(shj)傳送類、運(yùn)算(算數(shù)、邏輯、移位運(yùn)算)類及控制轉(zhuǎn)移類指令。12、執(zhí)行子程序調(diào)用的指令時(shí)，如何保護(hù)斷點(diǎn)信息？答：斷點(diǎn)信息即PC值，保存到堆棧中。共二十三頁(yè)13、比較轉(zhuǎn)移

14、指令和子程序調(diào)用指令在功能上的異同點(diǎn)。答：轉(zhuǎn)移指令和子程序調(diào)用指令都屬于控制轉(zhuǎn)移 類指令； 轉(zhuǎn)移指令分為無(wú)條件轉(zhuǎn)移和條件轉(zhuǎn)移。 無(wú)條件轉(zhuǎn)移是將該指令中地址(dzh)字段內(nèi)容的內(nèi)容 寫(xiě)入PC中，改變指令執(zhí)行順序； 條件轉(zhuǎn)移指令是當(dāng)條件滿足時(shí)，計(jì)算機(jī)把該指 令中地址字段內(nèi)容直接寫(xiě)入PC中或者與pc中的 內(nèi)容相加后結(jié)果寫(xiě)入PC中； 子程序調(diào)用是把當(dāng)前程序的斷點(diǎn)(PC值)保存到 系統(tǒng)堆棧中，然后由子程序名求得子程序的入 口地址，最后把子程序的入口地址寫(xiě)入PC，從 而將程序控制轉(zhuǎn)移至被調(diào)子程序。共二十三頁(yè)內(nèi)容摘要第1章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論。計(jì)算機(jī)組成是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的邏輯實(shí)現(xiàn)。答：解決芯片容量與系統(tǒng)容量匹配問(wèn)題。當(dāng)芯片數(shù)據(jù)線位數(shù)少于系統(tǒng)數(shù)據(jù)位數(shù)時(shí)，需要位擴(kuò)展。輔存存放暫不執(zhí)行或不準(zhǔn)備執(zhí)行的程序。采用兩路組相聯(lián)映