哈工程計算機組成原理簡答題總結(jié)

第一章2.什么是計算機系統(tǒng)？說明計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)答：計算機系統(tǒng)包括硬件和軟件。從計算機的層次結(jié)構(gòu)來看，它通?？捎形鍌€以上的層次，從下至上依次是微程序機器級、傳統(tǒng)機器級、操作系統(tǒng)級、匯編語言級、高級語言級，還可以有第六級應(yīng)用語言級。3.馮諾依曼結(jié)構(gòu)計算機的特點答：（1）計算機系統(tǒng)由五大部件組成（2）計算機中采用二進制形式表示信息（3）采用存儲程序工作方式第二章8.試描述浮點數(shù)規(guī)格化的目的與方法答：浮點數(shù)規(guī)格化是為了使浮點數(shù)尾數(shù)的最高數(shù)值位為有效數(shù)位。當尾數(shù)用補碼表示時，若符號位與小數(shù)點后的第一位不相等，則被定義為已規(guī)格化數(shù)，否則便是非規(guī)格化數(shù)。通過規(guī)格化，可以保證運算數(shù)據(jù)精度。11.什么是計算機軟硬件之間的界面，其主要功能是什么？答：從程序的編制和執(zhí)行的角度看，指令規(guī)定了計算機的操作類型及操作數(shù)地址，它們是產(chǎn)生各種控制信號的基礎(chǔ)。另外，從硬件設(shè)計的角度看，在設(shè)計計算機時先要確定其硬件能夠直接執(zhí)行哪些操作，表現(xiàn)為一組指令的集合，稱之為計算機的指令系統(tǒng)。因此，指令系統(tǒng)體現(xiàn)了一臺計算機的軟硬件界面。指令系統(tǒng)包括若干指令，它規(guī)定了計算機功能的強弱與硬件復(fù)雜程度。29.若按指令功能分類，則指令系統(tǒng)可分為哪幾類指令？答：數(shù)據(jù)傳送類指令、算/邏運算類指令、程控類指令、訪存指令、I/O類指令。第三章1.cpu具有哪些功能？畫出其內(nèi)部組成框圖，并說明圖中每個部件的作用答：cpu具有控制程序的順序執(zhí)行、產(chǎn)生完成每條指令所需的控制命令、對各操作實施時間上的控制、對數(shù)據(jù)進行算術(shù)和邏輯運算以及處理中斷等命令。寄存器包括專用寄存器和通用寄存器控制器生成各種微操作命令序列ALU完成算術(shù)邏輯運算中斷系統(tǒng)用于處理各種中斷2.控制器由哪些部件組成？它有哪些基本功能答:控制器由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、地址譯碼器、微操作產(chǎn)生部件、時序發(fā)生器和中斷機構(gòu)等構(gòu)成，它的基本功能是：取指令、分析指令、執(zhí)行指令、處理中斷請求。3.組合邏輯控制器和微程序控制器優(yōu)缺點答：組合邏輯控制器速度較快，但控制復(fù)雜，且功能擴展較難，與組合邏輯控制器相比，微程序控制器具有規(guī)整性、可維護性的優(yōu)點。它是一種利用軟件方法設(shè)計硬件的技術(shù)，可實現(xiàn)復(fù)雜指令的操作控制。另外微程序設(shè)計便于計算機功能的擴充，可較方便地增加和修改指令，只需要增加或修改一些微程序。缺點是需要頻繁訪問CM，執(zhí)行速度慢。7.計算機時序控制方式分為哪兩類？試比較他們的優(yōu)缺點及應(yīng)用場合答：計算機中的時序控制方式分為同步控制和異步控制兩大類。同步控制方式是指用統(tǒng)一發(fā)出的時序信號對各項操作進行同步控制。在同步控制方式中，操作時間被劃分為許多長度固定的時間段，每個時間段完成一步操作，如一步訪存操作。其特點是時鐘周期一旦確定，便固定不變，各步操作之間的銜接由時間段的自動切換來控制。異步控制方式是各項操作不受統(tǒng)一時序信號的約束，而是根據(jù)實際需要安排不同的時間。各操作之間的銜接、各部件之間的數(shù)據(jù)傳送均是異步應(yīng)答方式。其特點是沒有統(tǒng)一的時鐘周期劃分和同步定時脈沖。同步控制方式的優(yōu)點是時序關(guān)系簡單，時序劃分規(guī)整，控制不復(fù)雜，控制部件在結(jié)構(gòu)上易于集中，設(shè)計方便；缺點是時間安排上可能不合理，對時間的利用不經(jīng)濟。異步控制方式的優(yōu)點是時間安排緊湊和合理，能按不同部件、不同設(shè)備的實際需要分配時間，缺點是控制比較復(fù)雜。應(yīng)用場合：一般cpu或設(shè)備內(nèi)部的操作中普遍采用同步控制方式；在連接cpu、主存和外設(shè)的系統(tǒng)總線上，有的采用同步方式，有的采用異步方式來控制總線傳送操作。8.簡述判斷溢出的方法答：11.對階答：對階的目的：使被加數(shù)（被減數(shù)）和加數(shù)（減數(shù)）的小數(shù)點對齊，即階碼相等對階的原則：小階向大階看齊對階的原因：如果大階向小階看齊，隨著階碼的值減少，為保持數(shù)的值不變，尾數(shù)必須左移相應(yīng)位數(shù)，有可能發(fā)生符號位及尾數(shù)高位丟失的錯誤，這是不允許的。而增大小階碼同時尾數(shù)右移，有可能發(fā)生位數(shù)丟失的錯誤，這只影響精度，不會產(chǎn)生錯誤對階的方法：階碼小的每次階碼加1，尾數(shù)右移1位，直到兩數(shù)的階碼相等17.微程序控制器的基本思想答：把指令的執(zhí)行所需要的所有控制信號存在控制存儲器中，需要時從這個存儲器中讀取，也就是把操作控制信號編成微指令，存放在一個專門的存儲器中。這樣，指令的控制器設(shè)計就變成了微程序的設(shè)計，從而可用類似于軟件的設(shè)計技術(shù)來設(shè)計控制器部件。30.微指令的編碼方式有哪幾種，各種編碼方式的優(yōu)缺點是什么？答：（1）直接表示法。操作碼的每一位表示一種微操作，這種方法簡單，但微指令的字長較長，編碼效率低。（2）編碼表示法。將操作碼分段編碼，將相容性微操作放在不同的段中，而將相斥性未操作放在同一個段中。每段包含若干位，用不同的碼點表示不同的微操作。這種方法微指令字長較短，編碼效率高，但執(zhí)行速度慢，且需要譯碼器。（3）混合表示法。結(jié)合前兩種方法，將一些速度要求高或者與其他微操作都相容的微操作用直接表示法表示，而將其他微操作以編碼表示法表示。、微指令格式微指令格式為微操作碼轉(zhuǎn)移控制字段轉(zhuǎn)移地址字段微指令分為微操作控制字段和順序控制字段兩個部分。微操作控制字段包括微操作碼，它是對微操作控制信號的編碼，用于產(chǎn)生為操作控制信號。順序控制字段用于產(chǎn)生下一條微指令的地址，其中包括轉(zhuǎn)移控制字段和轉(zhuǎn)移地址字段。微地址形成方式初始微地址形成：取機器指令；功能轉(zhuǎn)移后繼微地址形成：增量方式：這種方式與工作程序的順序控制方式類似，即以順序執(zhí)行為主，配合各種常規(guī)轉(zhuǎn)移方式，比如：順序執(zhí)行，跳躍執(zhí)行，無條件轉(zhuǎn)移，條件轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)微子程序，返回微主程序等斷定方式：根據(jù)機器狀態(tài)決定下一條微指令的位地址。后繼位指令的微地址包含在當前微指令的代碼中。在微指令中給出兩部分信息：直接給定的微地址高位部分和形成低位微地址的方法（即斷定條件）。所形成的微地址也就由兩部分組成：直接給定的高位部分，以及根據(jù)斷定條件形成的低位部分第四章2.什么是“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的，而是相對簇聚。存儲器系統(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，把程序中訪問頻度高、比較活躍的部分放在主存中，這樣即提升了訪存的速度又擴大了存儲器的容量。3.試說明存儲系統(tǒng)是如何滿足計算機系統(tǒng)對存儲器高速度、大容量、低成本的要求的。答：任何計算機對存儲器的要求都是高速度、大容量、低成本，但這三者是相互矛盾的。為了解決這個矛盾，逐漸形成了分級的存儲體系。各級存儲器之間在必要時需要進行信息交換，從而滿足不同應(yīng)用的需要?，F(xiàn)在廣泛采用三級的層次結(jié)構(gòu)：Cache、主存、輔存。這三級存儲器不是孤立的部件，而是構(gòu)成了一個整體。主存和Cache之間的信息交換由專門的部件進行控制（輔助硬件），因為其速度要求高，輔助硬件通常采用組合邏輯實現(xiàn)。在cpu的角度來看，主存和Cache層次的速度接近Cache，容量是主存的容量，而位成本也接近于主存，因此可以解決速度和成本的矛盾。主存和輔存之間的信息交換通過輔助軟、硬件實現(xiàn)。通過軟硬件結(jié)合，把主存和輔存統(tǒng)一成一個整體，構(gòu)成主存和輔存層次。從整體上來看，其速度接近主存，但容量是輔存的容量，而位成本也接近于廉價的輔存的價格，因此可以解決容量和成本的矛盾。這樣用戶就可使用一個容量很大，價格低廉，而速度很高的存儲器系統(tǒng)，從而滿足高速、大容量、低成本的要求。4.請說明三級存儲體系分別由哪些部分組成，并比較Cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次的相同點和不同點。答：三級存儲體系由Cache存儲器、主存和輔存組成。在Cache和主存，主存和輔存之間分別有輔助硬件和輔助軟件負責信息的調(diào)度，以便各級存儲器能夠組成有機的三級存儲體系。Cache和主存構(gòu)成了系統(tǒng)的內(nèi)存，而主存和輔存依靠輔助軟、硬件的支持構(gòu)成了虛擬存儲器。在三級存儲體系中，Cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次有如下兩個相同點。出發(fā)點相同：都是為了提高存儲系統(tǒng)的性價比而構(gòu)造的層次性存儲體系原理相同：都利用了程序運行時的局部性原理Cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次有如下四個不同點目的不同：Cache主要解決主存和cpu的速度差異問題；而虛存就性價比的提高而言主要是解決存儲容量的問題數(shù)據(jù)通路不同：cpu與Cache和主存之間均有直接訪問通路，Cache不命中時可以直接訪問主存；在虛存中，輔存和cpu之間不存在直接的數(shù)據(jù)通路，當主存不命中時只能通過調(diào)進解決，即cpu要用的程序從輔存調(diào)入主存透明性不同：Cache的管理完全由硬件完成，對系統(tǒng)和用戶程序均透明；而虛存管理由軟件和硬件共同完成，對系統(tǒng)程序不透明，對用戶程序透明未命中的損失不同11.動態(tài)存儲器為什么需要刷新？怎樣進行刷新？答：動態(tài)存儲器依靠柵極電容上有無電荷來表示信息1和0.由于電路中存在漏電流，電容上的電荷會逐漸泄漏，因此必須在電荷未消失前予以補充，這一過程稱為刷新。刷新過程是一個數(shù)據(jù)的讀/寫過程，將信息讀出，放大后再寫會存儲元，對柵極電容進行充電。有三種典型的刷新控制方式。（1）集中刷新方式：在最大刷新時間間隔內(nèi)，前一段時間用來讀/寫保持，后一段時間集中進行刷新。這種方式的主要缺點是在集中刷新這段時間內(nèi)不能進行存取訪問，稱之為死區(qū)。（2）分散刷新方式：這種方式把cpu對內(nèi)存的存取周期擴展為兩倍，前半段用來進行讀/寫保持，后半段作為刷新時間。因刷新過于頻繁，故影響了系統(tǒng)的速度，但它不存在死區(qū)。這種方式不適合高速內(nèi)存。（3）異步刷新方式。將以上兩種方式結(jié)合起來就形成異步刷新方式。17.簡述主存和緩存之間的映像方法答：主存和高速緩存之間的地址映像方式有直接映像、全相聯(lián)映像、組相聯(lián)映像。直接映像方式下的主存的塊只能映像到高速緩存中指定的塊。直接映像的地址轉(zhuǎn)換速度快，但塊的沖突概率較高。在大容量高速Cache系統(tǒng)中使用直接映像方式，既可以發(fā)揮Cache的高速度，又可以減少塊的沖突概率。全相聯(lián)映像下的主存的塊可以映像到高速緩存中的任意塊。而組相聯(lián)映像是二者的結(jié)合，它將主存與高速緩存分組，組間采用直接映像，組內(nèi)采用全相聯(lián)映像。全相聯(lián)映像和組相聯(lián)映像速度較低，通常適合小容量Cache。第五章1.計算機中采用總線結(jié)構(gòu)有什么優(yōu)點答：計算機中采用總線結(jié)構(gòu)便于故障診斷與維護，便于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計和簡化系統(tǒng)設(shè)計，便于系統(tǒng)擴展和升級，便于生產(chǎn)各種兼容的軟/硬件。15.何為中斷方式，它主要應(yīng)用在什么場合？答：中斷方式是指：cpu在接到隨機信號產(chǎn)生的中斷請求信號后，暫停原程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，以處理該隨機事件，處理完畢后返回并繼續(xù)執(zhí)行原程序主要應(yīng)用在處理復(fù)雜隨機事件，如中低速I/O例如，打印機控制，故障能夠處理16.cpu進入中斷響應(yīng)周期要完成什么操作，這些操作由誰完成？答：（1）關(guān)中斷。進入不可再次相應(yīng)終端的狀態(tài)以便在保護中斷現(xiàn)場時，不被新的中斷所打斷，從而保證中斷的程序在中斷處理后能接著正確地執(zhí)行下去。（2）保存斷點。程序計數(shù)器PC的內(nèi)容指示程序執(zhí)行到哪條指令，即給出被中斷的程序程序?qū)⒁獔?zhí)行的指令地址，該地址成為斷點。保存斷點是保證中斷服務(wù)程序執(zhí)行完后能正確返回原來的程序。（3）轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序入口。通常采用軟件、硬件以及軟硬結(jié)合的方法完成。21．cpu相應(yīng)中斷必須滿足的三個條件是什么答：（1）必須有中斷請求；（2）必須開中斷；（3）一般應(yīng)待一條指令執(zhí)行完30.何謂DMA方式？說明它的適用場合答：由DMA控制器控制系統(tǒng)總線，直接依靠硬件實現(xiàn)主存和I