江西理工大學(xué)-計算機組成原理作業(yè)復(fù)習(xí)題-網(wǎng)絡(luò)專業(yè)

1、江西理工大學(xué)最全電腦組成原理作業(yè)1.2如何理解電腦系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)？解：1第一級：實際機器 M1 (機器語言機器)，機器語言程序直接在 M1上執(zhí)行；2第 二級：虛擬機器 M2匯編語言機器，將匯編語言程序先翻譯成機器語言程序，再在M1上執(zhí)行；3第三級：虛擬機器 M3(高級語言機器)，將高級語言程序先翻譯成匯編語言程序， 再在M2、M1或直接到 M1上執(zhí)行；4第零級：微程序機器 M0微指令系統(tǒng)，由硬 件直接執(zhí)行微指令。5實際上，實際機器 M1和虛擬機器M2之間還有一級虛擬機，它是 由操作系統(tǒng)軟件構(gòu)成，該級虛擬機用機器語言解釋操作系統(tǒng)。6虛擬機器M3還可以向上延伸，構(gòu)成應(yīng)用語言虛擬系統(tǒng)。1.5馮諾依曼

2、電腦的特點是什么?解：馮諾依曼電腦的特點是：1電腦由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成；2指令和數(shù)據(jù)以同等地位存放于存儲器內(nèi)，并可以按地址訪問；3指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示；4指令由操作碼、地址碼兩大局部組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來 表示操作數(shù)在存儲器中的位置；5指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執(zhí)行；6機器以運算器為中心典型的馮諾依曼機。1.6畫出電腦硬件組成框圖，說明各部件的作用及電腦硬件的主要技術(shù)指標(biāo)。解：現(xiàn)代的電腦組成框圖如圖 1.1所示：圖1.1以存儲器為中心的電腦結(jié)構(gòu)框圖各部件的作用：(1) 運算器用來完成算術(shù)運算和邏輯運算，并將運算的中間結(jié)果

3、暫存在運算器內(nèi)；(2) 存儲器用來存放數(shù)據(jù)和程序；(3) 控制器用來控制、指揮程序和數(shù)據(jù)的輸入，運行以及處理運算結(jié)果。輸入設(shè)備用來將人們熟悉的信息形式轉(zhuǎn)換為機器能識別的信息形式，常見有鍵盤、 鼠標(biāo)等。(5)輸出設(shè)備可以將機器運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為人們熟悉的信息形式，如打印機輸出，顯示器 輸出。硬件的主要技術(shù)指標(biāo)：(1) 機器字長：指 CPU 次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常與 CPU的存放器位數(shù)有關(guān)。(2) 存儲容量：包括主存容量和輔存容量，存放二進(jìn)制代碼的總數(shù)=存儲單元個數(shù)X存 儲字長。(3) 運算速度：主頻、 Gibs on法、MIPS每秒執(zhí)行百萬條指令、 CPI執(zhí)行一條指令所需 時鐘周期數(shù)、 FLOPS

4、 每秒浮點運算次數(shù)。舉例說明專用電腦和通用電腦的區(qū)別。答：按照電腦的效率、 速度、 價格和運行的經(jīng)濟(jì)性和實用性可以將電腦劃分為通用電腦 和專用電腦。通用電腦適應(yīng)性強，但犧牲了效率、速度和經(jīng)濟(jì)性，而專用電腦是最有效、最 經(jīng)濟(jì)和最快的電腦，但適應(yīng)性很差。例如個人電腦和計算器。3.4 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特 點？哪種方式響應(yīng)時間最快？哪種方式對電路故障最敏感？解：總線判優(yōu)控制或稱仲裁邏輯解決多個部件同時申請總線時的使用權(quán)分配問題， 分為集中式和分布式兩種， 前者將控制邏輯集中在一處 如在 CPU 中，后者將控制邏輯分 散在與總線連接的各個部件或設(shè)備上。常見的集

5、中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵儭⒂嫈?shù)器定時查詢、獨立請求； 特點：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡單，易于擴(kuò)充，對電路故障最敏感；計數(shù)器定時查詢方式 優(yōu)先級設(shè)置較靈活， 對故障不敏感， 連線及控制過程較復(fù)雜； 獨立請求方式速度最快， 但硬 件器件用量大，連線多，本錢較高。3.8 為什么說半同步通信同時保存了同步通信和異步通信的特點？ 解：半同步通信既能像同步通信那樣由統(tǒng)一時鐘控制，又能像異步通信那樣允許傳輸 時間不一致，因此工作效率介于兩者之間。存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要表達(dá)在什么地方？為什么要分這些層次？電腦如何管理 這些層次？答：存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要表達(dá)在 Cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次上。Cach

6、e-主存層次在存儲系統(tǒng)中主要對 CPU訪存起加速作用，即從整體運行的效果分析， CPU訪存速度加快，接近于 Cache的速度，而尋址空間和位價卻接近于主存。主存-輔存層次在存儲系統(tǒng)中主要起擴(kuò)容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲 器其容量和位價接近于輔存，而速度接近于主存。綜合上述兩個存儲層次的作用，從整個存儲系統(tǒng)來看，就到達(dá)了速度快、容量大、位 價低的優(yōu)化效果。主存與 CACHE 之間的信息調(diào)度功能全部由硬件自動完成。而主存與輔存層次的調(diào)度 目前廣泛采用虛擬存儲技術(shù)實現(xiàn)， 即將主存與輔存的一局部通過軟硬結(jié)合的技術(shù)組成虛擬存 儲器， 程序員可使用這個比主存實際空間 物理地址空間大得多的虛擬

7、地址空間 邏輯地 址空間編程， 當(dāng)程序運行時， 再由軟、 硬件自動配合完成虛擬地址空間與主存實際物理空間的轉(zhuǎn)換。 因此， 這兩個層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說都是透明的即程序員不知道。4.9 什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。解：刷新：對 DRAM 定期進(jìn)行的全部重寫過程。 刷新原因：因電容泄漏而引起的 DRAM 所存信息的衰減需要及時補充，因此安排了定 期刷新操作。常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集中式： 在最大刷新間隔時間內(nèi)， 集中安排一段時間進(jìn)行刷新， 存在 CPU 訪存死時間。 分散式：在每個讀 /寫周期之后插入一個刷新周期，無 CPU 訪存死時間。 異

8、步式：是集中式和分散式的折衷。4.25 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？解：所謂程序訪問的局部性即在一小段時間內(nèi)， 最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次 被訪問；在空間上， 這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲區(qū)；在訪問順序上，指 令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大(大約 5:1 ) 。存儲系統(tǒng)的Cache主存級和主存一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、 比擬活潑的局部放在主存中， 這樣既提高了訪存速度又?jǐn)U大 了存儲器

9、容量。4.33 簡要說明提高訪存速度可采取的措施。解：提高訪存速度可采取的措施：(1) 采用高速器件，選取存取周期短的芯片，可提高存儲器的速度；(2) 采用Cache, CPU將最近期要用的信息先調(diào)入 Cache，而Cache的速度比主存快 得多，這樣CPU每次只需從Cache中取出或存入信息，從而縮短了訪存時間，提 高了訪存速度。(3) 調(diào)整主存結(jié)構(gòu)，如采用單體多字結(jié)構(gòu)在一個存取周期內(nèi)讀出多個存儲字，可增 加存儲器的帶寬 ，或采用多體結(jié)構(gòu)存儲器。5.35試從5方面比擬程序中斷方式和 DMA方式的區(qū)別。解：DMA方式和程序中斷方式的區(qū)別為：1從數(shù)據(jù)傳送看，程序中斷方式靠程序傳送，DMA方式靠硬

10、件傳送；2從CPU向應(yīng)時間看，程序中斷方式在一條指令執(zhí)行結(jié)束時響應(yīng)， 而DMA方式在存取周期結(jié)束時 CPU才能響應(yīng)，即將總線控制權(quán)讓給 DMA專送；3程序中斷 方式有處理異常事件的能力，DMA方式?jīng)]有這種能力；4程序中斷方式需要中斷現(xiàn)行程序，故需保護(hù)現(xiàn)場，DMA方式不必中斷現(xiàn)行程序，無需保護(hù)現(xiàn)場；5DMA的優(yōu)先級比程序中斷X補，求X原和x5己知耳護(hù) 求汎】皿和心|x1=1. 1100 fx24=1. 1001： x3#=0. 1110 x4w=k 0000： x5n=1f 0101t xfiw.=1, 1100 *7】滬0 0111 儀旬補=1 0000;解：劉補弓兇附養(yǎng)的對閥艾系如2Mihx

11、二進(jìn)制X 十進(jìn)制:1J1001.0100-0.0100-1/41J001L0111-0.01117/160.11100.1110+0J110+7/81,0000無-1.0000-1lr 0101b i®n-1011-111, 11001, 0100-0100<40> 01110, 0111+0111+71, 0000無-10000-16在整數(shù)定點機中，設(shè)機器數(shù)采用1位字符位，寫出土 0的原碼，補碼，反碼，和移 碼，得出什么結(jié)論？解：0的機器數(shù)形式如下：注意點號和逗號真值原碼補碼反碼移碼+01， 0000-01， 00007.21 比擬 RISC和 CISC答：RISC相對

12、于CISC的優(yōu)點：1充分利用VLSI芯片的面積；2提高電腦的速度；3便于設(shè)計，可降低本錢，提高可靠性；4有效支持高級語言程序。RISC缺點：CISC大多能實現(xiàn)軟件兼容，即高檔機包含了低檔機的全部指令，并加以擴(kuò)充。但RISC機簡化了指令系統(tǒng)， 指令數(shù)量少，格式也不同于老機器， 因此大多數(shù)RISC機不能與 老機器兼容。8.9當(dāng)遇到什么情況時流水線將受阻？舉例說明。解：流水線受阻一般有三種情況：1在指令重疊執(zhí)行過程中，硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行要求，發(fā)生資源沖突。如在同一時間，幾條重疊執(zhí)行的指令分別要取指令、取操作和存結(jié)果，都需要訪存，就會發(fā)生訪存沖突。2在程序的相鄰指令之間出現(xiàn)了某種關(guān)聯(lián)，如當(dāng)一

13、條指令需要用到當(dāng)前指令的執(zhí)行 結(jié)果，而這些指令均在流水線中重疊執(zhí)行，就可能引起數(shù)據(jù)相關(guān)。3當(dāng)流水線遇到分支指令時，如一條指令要等前一條指令或幾條指令作出轉(zhuǎn)移 方向的決定后，才能進(jìn)入流水線時，便發(fā)生控制相關(guān)。什么是指令周期，機器周期和時鐘周期？三者有何關(guān)系？1 答：指令周期是 CPU 取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間，即完成一條指令的時間。 機器周期是所有指令執(zhí)行過程中的一個基準(zhǔn)時間，通常以存取周期作為機器周期。 時鐘周期是機器主頻的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍，它是控制電腦操作的最小單位時間。 一個指令周期包含假設(shè)干個機器周期， 一個機器周期又包含假設(shè)干個時鐘周期， 每個 指令周期內(nèi)的機器周期數(shù)可以不等

14、，每個機器周期內(nèi)的時鐘周期數(shù)也可以不等。試比擬同步控制、異步控制和聯(lián)合控制的區(qū)別。 答：同步控制是指任何一條指令或指令中任何一個微操作的執(zhí)行都是事先確定的， 并且都受 同一基準(zhǔn)時標(biāo)的時序信號所控制的方式。異步控制無基準(zhǔn)時標(biāo)信號， 沒有固定的周期節(jié)拍和嚴(yán)格的時鐘同步， 執(zhí)行每條指令和每個操 作需要多少時間就占用多少時間。 這種方式微操作的時序是由專門的應(yīng)答線路控制， 即控制 單元發(fā)出執(zhí)行某一微操作的控制信號后， 等待執(zhí)行部件完成了該操作后發(fā)回 “答復(fù)或“結(jié) 束信號，再開始新的微操作。聯(lián)合控制是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。 這種方式對各種不同指令操作實行大局部統(tǒng) 一、小局部區(qū)別對待的方法。10.10 微指令的操作控制有幾種編碼方式？各有何特點？哪一種控制速度最快？答：微指令中操作控制字段主要有三種編碼方式： 1直接控制，又稱直接編碼，其特點是操作控制字段的每一位代表一個微命令，優(yōu)點 是簡單直觀， 輸出直接用于控制， 執(zhí)行速度最快。 缺點是微指令字長最長， 所需存儲空間大。 2字段直接編碼控制，其特點是將微指令操作控制字段分成幾段，并使每個字段經(jīng)譯碼 后形成各個微操作命令。 每個字段中的微命令必須是互斥的。 這種編碼方式縮短了微指令字 長，但增加了譯碼電路，使微指令的執(zhí)行速度降低。這種編碼方式又稱顯式編碼。 3字段間接編碼控制，這種方式一個字段的某些微命令還需由另一個字段中的