计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案

计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案计算机组成原理复习要点(复习必过)计算机组成原理复习要点一、 题型分布选择题 20分;填空题 30分;判断题 10分;计算题 20/25分;简答题 20/15分二、 每章重点内容第一章 概述1、什么是计算机组成大学课程资料

计算机组成原理复习要点(复习必过)   计算机组成原理复习要点   一、 题型分布   选择题 20分;填空题 30分;判断题 10分;计算题 20/25分;简答题 20/15分   二、 每章重点内容   第一章 概述   1、什么是计算机组成大学课程资料中转群 原文件下载
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   2、诺依曼体系结构计算机的特点   (1)硬件由五大部份组成(运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备)。(2)软件以2#表示。(3)采用存储程序 所有的程序预先存放在存储器中,此为计算机高速自动的基础; 存储器采用一维线性结构; 指令采用串行执行方式。 控制流(指令流)驱动方式;   (4)非诺依曼体系结构计算机数据流计算机多核(芯)处理机的计算机   3、计算机系统的层次结构   (1)从软、硬件组成角度划分层次结构   
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   (2)从语言功能角度划分的层次结构虚拟机:通过软件配置扩充机器功能后,所形成的计算机,实际硬件并不具备相应语言的功能。   第二章 数据表示   1、各种码制间的转换及定点小数和定点整数的表示范围   (1)原码:计算规则:最高位表示符号位;其余有效值部分以2#的绝对值表示。如:(+0.1011)原=0.1011; (-0.1001)原=1.1001(+1011)原 = 01011; (-1001)原 =11001 注意:在书面表示中须写出小数点,实际上在计算机中并不表示和存储小数点。原码的数学定义若定点小数原码序列为X0.X1X2…Xn共n+1位数,则: X原=X 当 1 >X≥0 X原=1-X=1+|x| 当 0≥X>-1若定点整数原码序列为X0X1X2…Xn共n+1位数,则: X原=X 当 2n >X≥0 X原=2n-X=2n+|x| 当 0≥X>-2n说明:在各种码制(包括原码)的表示中需注意表示位数的约定,即不同的位数表示结果不同,如:以5位表示,则(-0.1011)原=1.1011以8位表示,则(-0.1011)原=1.的原码有二种表示方式: 小数:(+0.0000)原=0.0000,(-0.0000)原=1.0000 整数:(+00000)原 =00000, (-00000)原=10000符号位不是数值的一部分,不能直接参与运算,需单独处理。约定数据位数的目的是约定数据的表示范围,即: 小数:-1 < X < 1 整数:-2n < X < 2n(2)反码:计算规则:正数的反码与原码同;负数的反码是原码除最高位(符号位)外,各位求反。如:正数:(+0.1011)原=(+0.1011)反=0.1011; 负数:(-0.1001)原=1.1001,则(-0.1001)反=1.0110反码的数学定义若定点小数反码序列为X0.X1X2…Xn共n+1位数,则: X反=X 当 1 >X≥0 X反=(2-2-n)+X 当 0≥X>-1若定点整数反码序列为X0X1X2…Xn共n+1位数,则: X反=X 当 2n >X≥0 X反=( 2n -1)+X 当 0≥X>- 2n(3)补码:计算规则:正数的补码与原码同;负数的补码是反码的最低加1。如:正数: (+0.1011)原=(+0.1011)反=(+0.1011)补=0.1011; 负数: (-0.1001)原=1.1001 (-0.1001)反=1.0110 (-0.1001)补=1.0111数学定义 (X)补=M+X (MOD M) 其中:M表示模,即容器的最大容量。若定点小数补码序列为X0.X1X2…Xn共n+1位数,则 M=2;若定点整数补码序列为X0X1X2…Xn共n+1位数,则 M= 2n+1   2、为什么计算机中数值类型的数据以补码表示   补码的符号位是数值的一部分,可以参与运算。0的补码表示具有唯一性。补码的表示范围比原码、反码大。   3、常见寻址方式的特点   (1)寻址方式:获得指令或操作数的方式。(2)指令寻址:由程序计数提供即将要执行的指令的地址。(3)操作数寻址:与具体的寻址方式有关。操作数寻址方式应说明是源操作数还是目标操作数的寻址方式。4、采用多种寻址方式的目的(缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程灵活性)   缩短指令长度,扩大寻址空间,提高编程的灵活性。   5、如何减少指令中地址数的方法   采用隐地址(隐含约定)可以简化指令地址结构,即减少指令中的显地址数。   6、外设的编址方式(在任何一种方式每个外设都有一个独立的地址)   (1)I/O与主存统一编址,即I/O是看作是主存的延伸。(2)I/O与主存单独编址: I/O编址到设备级,即一个I/O只有一个地址。 I/O编址到寄存级,即一个I/O有多个地址。   7、指令系统优化的趋势(CISC、RISC)   (1)CISC(复杂指令系统计算机)从编程角度出发,希望指令系统中包含的指令尽可能多,每条指令中的操作信息尽可能多。该类指令系统一般包含300-500指令。为提高机器效率,采用了向量化、超标量、超长指令字等技术。(2)指令系统的发展趋势早期:面向用户编程,采用CISC技术现代:面向系统、向高级语言靠近,采用RISC技术(3)实际上CISC和RISC均是当前的发展(优化)趋势   第三章 存储器   1、 存储器的按工作原理和存取方式的分类   (1)物理原理分类:A、磁芯 B、半导体存储器C、磁表面存储器D、光盘存储器E、其它存储器   (2)存取方式的划分:A、随机存取存储器(RAM)B、只读存储器(ROM)C、顺序存取存储器(SAM)D直接存取存储器(DAM)   2、 存储器的三级层次结构及各层次的功能   (1)主存:基本要求:随机访问、工作速度快、具有一定容量;   功能:存放当前执行的指令和数据。   (2)外存:基本要求:容量大、成本低、一定的速度   功能:长期保存数据;作为主存的外援存储器。   外存也可采用多级存储结构。   (3)cache:基本要求:速度足够快、一定容量   功能:CPU与主存的缓冲,匹配主存与CPU的速度。   内容:是当前主存中最活跃数据的副本。   内容形成的依据:   程序局部性原理:时间和空间局部性。   3、 静态与动态存储器间的区别、动态存储器为什么还需要刷新及刷新有分类   (1)根据信息表示方式分为:动态存储器(DRAM):以电容中的电荷表示信息,需动态刷新;静态存储器(SRAM):以双稳态信息。   (2)需动态刷新:因为动态存储器是依靠电容上的存储电荷暂存信息,而电容上存储的电荷会逐渐减变弱所以需要刷新。   (3)刷新的分类:A、集中刷新B、分散刷新C、异步刷新。   4、 校验码:奇偶、循环校验码(CRC)计算   (1) 奇/偶校验:   奇/偶校验:使校验码中“1”的个数和为奇/偶数,主要用于主存校验。 例:有效信息:0,则 奇校验码:0 偶校验码:0(2)循环校验码   A、编码原理: 现假设有: 有效信息:M ; 除数G(生成多项式) 有: M/G=Q+R/G 此时,可选择R作为校验位,则MR即为校验码。B、校验原理: (M-R)/G=Q+0/G 说明:以接收到的校验码除以约定的除数,若余数为0,则可认为接收到的数据是正确的。例:有效信息1101,生成多项式样1011,求循环校验码解: 有效信息1101(k=4),即M(x)=x3+x2+x0 生成多项式1011(r+1=4,即r=3),即G(x)=x3+x1+x0 M(x)·x3=x6+x5+x3,即(对1101左移三位) M(x)·x3/G(x)=/1011=1111+001/1011 即1010的CRC是:
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   循环校验码的来源余数与出错序号间处理存在对应模式,该模式只与只与码制和生成多项式有关,与具体的码字无关。生成多项式满足的条件:任一位发生错误都应使余数不为0;不同的位发生的错误余数应不同。用的生成多项式:CCITT:G(x)=x16+x15+x2+1IEEE:G(x)=x16+x12+x5+1   5、 存储器的扩展   (1)位扩展:例:2K×4芯片组成2K×8特点: (1)片选信号连接在一起,二个芯片分别提供高低位的数据; (2)芯片的地址线直接与AB按位连接。   (2) 字扩展例:2K×4芯片组成4K×4特点:AB高位地址通过译码形成芯片的片选信号;AB低位地址通过译码连接芯片的低位地址;   (3) 综合扩展 例:4K×4芯片组成16K×8   6、 数据传输率的计算   R=
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   (单位bps)   7、 提高存储性能(速度、容量)的措施   A、双端口存储器,B、并行主存系统C、高速缓存D、虚拟存储E、相联存储技术等。   8、 高速缓存的功能及替换算法   (1)高速缓存的功能:提供的是cpu与内存的一个缓存。   (2)替换算法:1先进先出算法(FIFO)2近期最少使用算法(LRU)   p命中率=
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   9、Cache与内存在直接映像方式中怎样将内存地址转换为Cache地址   A、直接映像B、全相联映像C、组相联映像。   10、虚拟存储器的分类   A、页式虚存储器B、段式虚拟存储器C、段页式虚拟存储器。   第四章CPU   1、为什么会产生溢出、及溢出的解决方法、正负溢出的概念   (1)产生溢出的原因:需表示的数据或运算结果超出了正常表示范围   (2)溢出的解决方法:多符号位;   (3)正溢出:两个正数相加而绝对值超出允许的表示范围;   (4)负溢出:两个负数相加而绝对值超出允许的表示范围。   2、补码加减法的依据   X补+Y补=(X+Y)补 和 X补-Y补=X补+(-Y)补。   3、串行和并行加法的原理   串行加法原理如下:   C1= G1 +P1C0 ;其中C0=0   C2= G2 +P2C1   ····   Cn= Gn +PnCn-1   ∑i=Ai ⊕ Bi ⊕ Ci-1   并行加法原理如下:   C1 = G1 +P1C0   C2 = G2 +P2C1= G2 +P2G1 +P2P1C0   C3 = G3 +P3C2= G3 +P3G2 +P3P2G1 +P3P2P1C0   C4 = G4 +P4C3   = G4 +P4G3 +P4P3G2 +P4P3P2G1+P4P3P2P1C0   ····   而∑i=Ai ⊕ Bi ⊕ Ci-1 .   4、一位原码乘法的计算及运算特点   (1)数学原理: 两个原码数相乘,其乘积的符号为相乘两数符号的异或值,数值等于两数绝对值之积。 假设 [X]原=X0.X1X2..Xn , [Y]原=Y0.Y1Y2..Yn,则有: [X·Y]原= (X0⊕Y0).[(X1X2..Xn)·(Y1Y2..Yn)](2)算法:假设X=0.X1X2..Xn ,Y=0.Y1Y2..Yn,即均为正纯小数 X·Y= X·0.Y1Y2..Yn = X·(2-1Y1+2-2Y2+…+2-n+1Yn-1+2-nYn) = X·(2-nYn+2-n+1Yn-1+…+2-2Y2+2-1Y1) = (..((0+ Yn X)2-1+Yn-1X)2-1)+…)+Y2X)2-1)+Y1X)2–1) 根据上述计算过程,可得算法如下: A0=0 A1=(A0+YnX)2-1 A2=(A1+Yn-1X)2-1 … An-1=(An-2+Y2X)2-1 An =(An-1+Y1X)2-1 积X·Y=An
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   (3)运算特点   符号位和绝对值分别独立运算。   5、主机与外设间的连接方式   (1)辐射型(2)总线型(3)通道型   6、数据传送方式   (1) 以打印机为例说明中断方式数据的传输过程   
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   (2) DMA方式的特点及应用   DMA方式的特点:传送速率快,操作简单;应用:高速外部设备与主存储器之间的简单批量数据传送。   中断的响应过程、区别中断处理与中断服务   7、 中断的响应过程、区别中断处理与中断服务   (1) 中断的响应过程   ① 置位中断优先级有效触发器,即关闭同级和低级 中断:② 调用入口地址,断点入栈,相当于LCALL指令;③ 进入中断服务程序。   (2)中断处理就是执行中断服务程序,从中断入口地址开始执行,直到返回指令(RETI)为止。此过程一般包括三部分内容,一是保护现场,二是处理中断源的请求,三是恢复现场。(3)中断服务是要完成处理的事务,用户根据需要编写中断服务程序,程序中要注意将主程序中需要保护的寄存器内容进行保护   8、 控制器的功能   CPU内部控制功能的寄存器及相应的功能   硬件系统时序层次的划分及各层次次的含义   控制器的分类及各自的优缺点   指令流程(MOV和运算类双操作数指令)   微程序控制器的基本思想   9、 CPU内部控制功能的寄存器及相应的功能   (1) PC:程序计数器,用来指示指令在存储器中的存放位置。   (2) IR:指令寄存器,用来存放当前正在执行的指令,它的输出包括操作信息、地址信息等。   (3) PSW:程序状态寄存器,用来记录现行程序的运行状态和指示程序的工作方式。   10、 硬件系统时序层次的划分及各层次次的含义   (1) 指令周期:执行一条指令所需的时间,一般由若个个机器周期(工作周期)组成,是从取指令、分指令到执行指令完所需的全部时间。   (2) 工作周期:完成一个阶段性的任务所需时间。   (3) 时钟周期:完成一个基本操作所需时间。   (4) 定时脉冲:启停控制逻辑的时钟脉冲。(工作脉冲:决定一个周期的长短)   11、 控制器的分类及各自的优缺点   (1) 组合逻辑控制   A、 优点:思路简单、可用于实现任一指令系统。   B、 缺点:   *控制器的核心零乱、繁琐,设计效率低,检查调试困难。   *不易扩展和修改。   (2) 微程序控制   A 、优点:   *用规整的存储逻辑结构代替硬连逻辑,有利于设计自动化。 *易于修改与扩展,灵活,通用性强。 *适用性作素列机的控制器。 *可靠性高,易于诊断与维护。B、缺点: *速度慢,效率低。 *由于增加了相关的微程序控制部件,成本较高。   12、 指令流程(MOV和运算类双操作数指令)   (1)MOV   
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   3、DT 由目的操作数的寻址方式确定DT的指令流程:若目的数在内存中,则将目的数的地址送到MAR;若目的数在R中,则省略。
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   4、ET由源操作数、目的操作数的寻址方式及操作码共同确定ET的指令流程。源数可在R中(SR)或内存中(SR);目的数可在R中(DR)或内存中(DR)。由源数和目的数的位置可以有下列四种类型:   
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   (2)双操作数指令包括:ADD、SUB、OR、AND、EOR。双操作数指令的FT和ST的流程与MOV指令完全相同。下面只描述DT及ET的指令流程。   1、DT由目的操作数的寻址方式确定DT的指令流程:若目的数在内存中,则将目的数送到D;若目的数在R中,则省略。
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   2、ET由源操作数、目的操作数的寻址方式及操作码共同确定ET的指令流程。源数可在R中(SR)或内存中(SR);目的数可在R中(DR)或内存中(DR)。由源数和目的数的位置可以有下列四种类型。其中:Rs 表示源寄存器; Rd 表示目的寄存器。   
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   13、 微程序控制器的基本思想   (1)机器指令由微程序解释;微程序由微指令组成,每条微指令中可包含多个微命令;微命令控制实现微操作。(2)微指令以代码(微码)存储在ROM中,该ROM称为控制存储器(CM)。   9、 I/O系统   1、总线的分类及接口的分类   (1)总线的分类   A、按据传送格式分类:串行总线;并行总线   B、按时序控制方式分类:同步总线;异步总线(2)接口的分类   A、按数据传送格式划分并行接口:接口与系统总线及I/O间均以并行方式传送数据。串行接口:接口与I/O间以串行方式,而与系统总线间以并行方式传送数据。B、按时序划分同步接口:与同步总线连接的接口,接口与系统总线间的数据传送由统一的时序信号(由CPU或专门的系统总线时序信号)控制。异步接口:与异步总线连接的接口,接口与系统总线间的传送采用异步应答的工作方式。C、按信息的传送控制方式划分中断接口、DMA接口、磁盘存储接口等。   *I/O接口的基本功能(1)寻址:将地址信息译码为I/O或接口中的寄存器的选中信号。(2)数据传送与缓冲(速度匹配)(3)数据格式变换、电平变换等预处理(4)控制逻辑:接口对主机发送的命令字进行解释,并将产生的操作命令发送给I/O;将I/O及接口的状态信息送回CPU。如在中断接口中有中断请求信号产生、中断屏蔽、优先排队等部件。   2、总线的概念及分时共享的含义、总线的组成   总线(Bus)是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线,它是由导线组成的传输线束, 按照计算机所传输的信息种类,计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构,它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接,从而形成了计算机硬件系统。在计算机系统中,各个部件之间传送信息的公共通路叫总线,微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。   3、PCI总线的仲裁方式   当多个设备竞争总线时,由总线仲裁器进行仲裁,在微机中就是南北桥芯片组。仲裁方式分集中和竞争二种方式。(1)集中式仲裁:分配原则是:优先级高的设备可以剥夺优先级低的设备的总线使用权。当仲裁器接收到总线请求时,就发出总线授权信号。设备的优先级由设备和仲裁器的逻辑距离决定。当设备较多时,可采用分级仲裁方式。
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   (2)竞争式仲裁分配原则:优先级不同的设备同时申请总线,则分配给高优先级的设备;先来先占用:谁先抢占总线,只要该设备没有释放总线,则其它优先级高的设备不能强行占用总线。
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   4、中断接口的模型及工作过程   中断接口的模型   
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计算机组成原理参考答案_计算机组成原理唐朔飞第二版答案   (1)设备选择电路 是一个译码器,用于选择接口中的某一个寄存器。(2)命令字寄存器 用于接收CPU发送的命令字,一般用于初始化接口,如数据的输入/出方向、工作方式(R或W)等。(3)状态字寄存器 用以记录、反映设备与接口的运行状态,作为CPU执行I/O程序的依据。(4)数据缓冲寄存器 作为主机与I/O间数据传送的缓冲。 其容量称为缓冲深度。若对缓冲深度要求较高,则可采用半导体存储器作为缓冲区。 (5)其它控制逻辑 接口不同,则该逻辑不同,属接口中不规整的部分,一般有如下部分: A、中断请求IRQ的产生 B、与主机间的应答逻辑 C、控制时序,包括振荡电路、分频电路。 D、面向设备的某些特殊逻辑。如对机电性的设备所需的电机的启动、停止、正转、反转、加速,数据格式的转换,电平信号的转换等 E、智能控制器。功能复杂的接口,常使用通用的微处理器、单片机或专用控制器等芯片,与半导体存储器构成可编程的控制器。(6)中断控制器 现通常采用8259A芯片。模型接口的抽象工作过程: (1)初始化接口与中断控制器:CPU调用程序或系统初始化时完成 (2)启动外设:通过专门的启动信号或命令字,使接口状态为B=1、D=0。 (3)设备向中断控制器提出中断请求:设备准备好或完成一次操作(数据传送),使接口状态为:B=0、D=1,据此形成中断请求信号IRQi。 (4)中断控制器向CPU提出中断请求:IRQi送中断控制器8259A,经屏蔽优先,向CPU发出公共请求INT,同时形成中断类型码。 (5)CPU响应:CPU经中断判优后向8259A发回响应信号INTA,CPU从DB取回中断类型码。 (6)CPU在中断周期IT执行中断隐指令操作,转入中断服务程序。第六章I/O设备   1、键盘对按键识别方式的分类   软件扫描、硬件扫描   2、显存容量的计算   显存容量应该能保证一帧图像的存储。下面以例说明: 例:显示器在字符方式下:分辨率25行×80列,颜色256种。显示字符集有256个字符;在图形方式下分辨率1024×1024,颜色216种 解:(1)字符方式下: 256个字符集中的每个字符需8位(1B)表示,256种颜色需8位(1B)表示,则: 基本缓存:25×80×8/8=2000B,2KB 属性缓存:2KB×1=2KB 显存容量至少:4KB (2)图形方式下: 颜色216种需用16位(2B)表示 显示屏上共有:1024×1024=220个点 每个点所属性需2B表示 则所需的属性显存:220×2B=221B=2MB 显存容量至少:2M 注意:在图形方式下无基本显存   三、计算题的例题   1、原码的一位乘法   见上面复习重点的第四章CPU的第4点   2、循环校验码   见上面复习重点的第三章存储器的第4点   3、将内存地址转入高速缓存   现有一个cache,其容量为1kB,其页大小为128B,若cache与内存的地址映像方式为直接映像,且内存编址方式为字节,现有一内存单地址为1a2b3cH,若该单数据已调入cache,试问:该单在cache中的地址(页号和页内地址)。

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