计算机组成原理复习题参考答案.doc

中国石油大学(北京)学生期末考试复习题答案一、概念或解释题1、计算机系统的层次结构包含哪几部分微程序级，一般机器级，操作系统级，汇编语言级，高级语言级，共分为5级。2、指令周期 CPU从内存取出一条指令并执行完这条指令所需的时间总和，它包括若干各机器周期（CPU周期）不等。3、存储器的刷新有几种方式 集中式，分散式，异步式。4、cache 高速缓冲存储器。5、计算机的硬件有哪些部件组成 计算机的硬件主要由运算器、控制器、主存储器、输入设备、输出设备等五大部分以及总线和输入输出接口组成。6、指令格式包含哪两部分 包含操作码和地址码两部分，操作码表示操作的性质，地址码表示操作数的地址。7、堆栈 堆栈是一种数据结构，用来暂存各种信息，堆栈中的信息具有“后进先出”的特点。8、DMA有哪三种工作方式 CPU暂停访问内存，周期挪用，CPU与DMA控制器交替访问内存。9、冯诺依曼计算机的主要思想是什么 冯诺依曼结构是将计算机硬件分为运算器、控制器、主存储器、输入设备和输出设备五大部分。具有的以下的主要特点：（1）“存储程序控制”是其主要特点；（2）程序和数据都是用二进制来表示，机内进行的是二进制数的运算和存储；（3）程序由指令序列构成；（4）机器以运算器为中心，输入的信息在控制器控制下才能写入主存储器，输出的信息也只有在控制器控制下才能从主存储器中取出送至相应的输出设备。10、主存储器性能的主要参数有哪些主存储器性能的主要参数包括存储容量、存储速度（包括带宽、存取时间、存储周期等）。11、指令寄存器IR功能指令寄存器用来存放从存储器中取出的正要执行的指令。12、指令译码器的功能将指令寄存器中的操作码部分进行译码，从而识别该指令。13、微程序微程序对应一条机器指令，是由一系列微指令构成的，它是制造机器时事先由程序员根据需要编制的。14、DMA 直接存储器访问，在外设和存储器间直接进行数据传送。15、计算机系统的主要技术指标有哪些计算机系统的主要技术指标包含机器字长、运算速度（主频、总线宽度、吞吐量等）、存储器容量。16、硬堆栈也叫寄存器堆栈或串联堆栈，没有栈顶指针，数量有限，故容量小、速度快。17、EPROM 紫外光擦除只读存储器。18、程序计数器PC的功能用来存放CPU将要执行的下一条指令在存储器中的地址。19、总线上的信息传送方式主要有哪两种串行传送，并行传送。20、指令 指令是计算机语言的一个语句，它由一组二进制代码构成，分成操作码和地址码两部分。21、微指令由微命令控制字段、微地址字段组成，是硬件，直接负责机器指令的执行。22微指令周期 微指令周期是指一条微指令从控制存储器中取出来到执行完毕所需要的时间。23、程序 程序是由一系列机器指令构成，它是事先由程序员根据需要编制的。24、RAM与ROM RAM半导体读写存储器又称做随机访问存储器，这是一种非永久性存储器，常用来作为计算机系统的主存储器。ROM半导体只读存储器，这是一种永久性存储器，常用来作为计算机系统的主存储器25DRAM为什么要刷新为防止存储的信息电荷泄漏而丢失信息，由外界按一定规律不断给MOS管的栅极进行充电，补足栅极的信息电荷，这个过程成为刷新。26. 比较指令与微指令 1） 一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令序列组成的。因此，一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的。2） 从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关。与此相关，也有相对应的硬设备。3） 每一个CPU周期就对应一条微指令周期。一条机器指令由若干条微指令组成。27. 比较DMA和中断 DMA：直接存储器访问，DMA占了总线控制权，传送数据不需经过CPU而直接进行，传送结束后产生中断，适合成组数据传送；中断主要针对外部或内部随机发生的事件，传送数据量小。28. 流水线计算机的流水处理过程同工厂中的流水装配线类似。为了实现流水,首先必须把输入的任务分割为一系列的子任务,使各子任务能在流水线的各个阶段并发地执行。假定作业 T 被分成 k 个子任务,可表达为TT1,T2,Tk ，各个子任务之间有一定的优先关系：若ik(n1) 故q1 q2结论：流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。证毕。6用16K8位的DRAM芯片构成64K32位的存储器，设存储器的读/写周期为0.5s，CPU在1s内至少要访问一次，问采用哪种刷新方式比较合理？对全部存储单元刷新一遍所需的实际刷新时间是多少（只考虑一片16K8位的DRAM芯片）？解：因CPU在1s内至少要访问一次存储器，所以只能采取异步刷新方式，而不能采用集中式刷新（因存在死时间1s）方式。设16K8位的DRAM芯片内存储矩阵为：128行128列，每列为8位，再设刷新周期为2ms，则每一行必须每隔2ms/128=15.6s进行一次，为可靠完成刷新，可选15ms为每行的刷新时间，这样全部刷新完成需要的实际时间为：15s128=1.92ms，小于2ms。7比较程序与微程序的关系。解：（1）一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令序列组成的。因此，一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的。（2）从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关。（3）每一个CPU周期对应一条微指令。8解释中断处理过程，并用图示说明。 中断处理过程：当CPU执行完一条现行指令时，若外设向CPU发出中断请求，那么在满足响应条件的情况下，将发出中断响应信号，与此同时关闭中断，此时，将寻找中断源，并保存自己的程序计数器的内容。然后，它将转移到处理该中断源的中断服务程序。在保存现场信息，设备服务以后，将恢复现场信息。在这些动作完成后，开放中断，并返回到原来被中断的主程序的下一条指令。 图示说明： 9若 x1 补 = 11001100， x2 原 = 1.0110 ，则数x1 和x2的十进制数真值分别是多少？x1= - 52，x2= - 0.375,实际题目会有多种数据的数值变化，需要认真掌握原理。10.要求用16K*8位SRAM芯片设计64K*16位的存储器。SRAM芯片有两个控制端：当CS有效时，该片选中，当W/R=1时执行读操作，当W/R=0时执行写操作。 2K*8位EPROM芯片组成4K*16位的只读存储器，试问：（1） 数据寄存器多少位？答案：数据寄存器位数为 16位。（2） 地址寄存器多少位？答案：地址寄存器位数位16位。（3） 共需要多少个EPROM芯片？答案：共需要428片。（4）画出此存储器与CPU的连接图。D0D15WR CPUA0A13A14A1516K816K8译码输出分别选择4组芯片 略2组 11用时空图法证明流水计算机比非流水计算机具有更高的吞吐率。图b表示8T内完成2条指令，图c表示5T内完成2条指令，可见流水计算机比非流水计算机有更高的吞吐率。12.解释流水线中都有哪些主要问题，其中数据相关有哪几种，举一例说明。 流水线中有资源相关，数据相关、控制相关三种。其中数据相关包括：写后读（RAW）,读后写（WAR），写后写（WAW）三种，例如：指令1：ADD R1,R2,R3 ;(R2) + (R3)(R1)指令2：SUB R4,R1,R5 ; (R1) - (R5)(R4) 上述两条指令构成了写后读（RAW）相关。13比较查询方式和中断方式。答案要点：查询方式CPU主动，外设被动，CPU资源浪费，软件完成；中断方式CPU被动，外设主动，CPU资源得到有效利用，分为中断周期（硬件）和中断服务程序（软件），软硬件配合。14.已知采用微程序进行控制的某台机器，其控制存储器的容量为1024*32位。可判定的外部条件有4个，采用直接控制的水平型微指令判定方式，请画出该微程序控制器的结构框图，并作简要说明。操作码译码器ID 指令寄存器地址形成逻辑 程序计数器PC微操作控制部件操作台控制时序部件中断系统 运算器微作控制信号 主存储器或I/O微控信号 其他部件微操作控制信号或者，采用下图也可以，但需要作简要解释。15、下图所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数器(具有自增功能)，M为主存(受R/W信号控制)，AR为地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器， ALU由加、减控制信号决定完成何种操作，控制信号G控制的是一个门电路。另外，线上标注有小圈表示有控制信号，例中yi表示y寄存器的输入控制信号，R1o为寄存器R1的输出控制信号，未标字符的线为直通线，不受控制。“ADD R2，R0”指令完成(R0)+(R2)R0的功能操作，画出其指令周期流程图，假设该指令的地址已放入PC中。并列出相应的微操作控制信号序列。 16.下图所示为双总线结构机器的数据通路，IR为指令寄存器，PC为程序计数器(具有自增功能)，M为主存(受R/W信号控制)，AR为地址寄存器，DR为数据缓冲寄存器， ALU由加、减控制信号决定完成何种操作，控制信号G控制的是一个门电路。另外，线上标注有小圈表示有控制信号，例中yi表示y寄存器的输入控制信号，R1o为寄存器R1的输出控制信号，未标字符的线为直通线，不受控制。“SUB R1，R3”指令完成(R3)-(R1)R3的操作，画出其指令周期流程图，并列出相应的微操作控制信号序列。题参考答案：下面2各图供参考。17.已知采用微程序进行控制的某台机器，其控制存储器的容量为512*32位。可判定的外部条件有4个，采用直接控制的水平型微指令判定方式，问：（1）10+4+18=32（或者10+2+20=32也可以，因为考虑了译码）（2）原理图见4题。7 / 7