計算機(jī)組成原理

一選擇題1*151、根據(jù)計算機(jī)系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)，可以將計算機(jī)系統(tǒng)分為虛機(jī)器和實機(jī)器，其中屬于實機(jī)器層次的是（）A高級語言層B微程序機(jī)器層C匯編語言層D操作系統(tǒng)層2、完整的計算機(jī)系統(tǒng)包括兩大部分，它們是（）A主機(jī)和外設(shè)B運(yùn)算器與控制器C硬件和軟件D硬件與操作系統(tǒng)3、在各種碼制中，“0”具有唯一表示的方式是（）A遠(yuǎn)嗎和補(bǔ)碼B原碼和反碼C移碼和補(bǔ)碼D移碼和原碼4、假定下列字符碼中有奇偶校驗位，但沒有數(shù)據(jù)錯誤，采用奇校驗的編碼是（）A10011110B11010100C01011001D101111105、浮點(diǎn)數(shù)的精度取決于（）A階碼的位數(shù)B尾數(shù)的位數(shù)C階碼采用的編碼D尾數(shù)采用的編碼6、在具有Cache的存儲結(jié)構(gòu)中，每個主存儲器的塊可以映射到Cache中任意一塊的方式稱為（）A組相連B直接相連C間接相連D全相連8、下列幾項中，不符合RISC指令系統(tǒng)的特點(diǎn)是A指令長度固定，指令種類少B尋址方式種類盡量多，指令功能盡可能強(qiáng)C增加寄存器的數(shù)目，以盡量減少訪存次數(shù)D選取使用頻率最高的一些簡單指令以及很有用但不復(fù)雜的指令9、在下列選項中，能引起外部中斷的事件是（）A打印機(jī)輸出B除數(shù)為0C浮點(diǎn)運(yùn)算下溢D陷阱指令二填空題1*101、根據(jù)計算機(jī)硬件與軟件的關(guān)系，軟件和硬件在邏輯功能上可以是等效的。2、常用的數(shù)據(jù)校驗碼有奇偶校驗碼、海明校驗碼和循環(huán)冗余校驗碼。3、實現(xiàn)兩個浮點(diǎn)數(shù)的加減運(yùn)算，一般需要對階、尾數(shù)加/減、結(jié)果規(guī)格化和尾數(shù)舍入等4個步驟。4、動態(tài)存儲器的刷新方法常用的有集中刷新、分散刷新和異步刷新三種。5、對于SRAM、DRAM和EEPROM芯片而言，需要定時刷新的存儲芯片是SRAM。6、控制器的同步時序控制方式分為周期、節(jié)拍和脈沖三種。7、DMA傳送方法有CPU停止法、交替訪問內(nèi)存和周期挪用法等三種。三判斷題1*51、算數(shù)右移指令執(zhí)行的操作是：符號位保持不變，符號位連同數(shù)值位各位按位右移，最低位向右移出，移出位可保存到進(jìn)位狀態(tài)寄存器c中。（”）符號位不變，并順次右移1位，最低位移到進(jìn)位標(biāo)志位2、在存儲器層次結(jié)構(gòu)中，在CPU和主存之間采用Cache的目的是增加主存容量，提高訪存速度。（X）解決CPU與內(nèi)存之間的速度匹配問題3、相對于微程序控制器，組合邏輯控制器的特點(diǎn)是指令執(zhí)行速度快，指令功能的修改和擴(kuò)展容易。（X）微程序控制器的設(shè)計思想和組合邏輯設(shè)計思想截然不同。它具有設(shè)計規(guī)整，調(diào)試、維修以及更改、擴(kuò)充指令方便的優(yōu)點(diǎn)，易于實現(xiàn)自動化設(shè)計4、CPU響應(yīng)中斷后，需要進(jìn)行的第一項操作是關(guān)中斷。（X）四計算題（三題共20分）1?已知某機(jī)浮點(diǎn)數(shù)表示格式如下（8分）1110650數(shù)符階碼尾數(shù)其中，浮點(diǎn)尾數(shù)和階碼的基值均為2,階碼和尾數(shù)軍用補(bǔ)碼表示。設(shè)有兩個十進(jìn)制數(shù)X=0.875x2M3,￥=-0.625x2^12（1）請寫出X和Y的機(jī)器數(shù)形式（1）清按浮點(diǎn)加減法的運(yùn)算規(guī)則計算［X+Y］的結(jié)果（要求寫出詳細(xì)運(yùn)算步驟）2?已知CPU共有數(shù)據(jù)總線位D7~D0，欲組成32KB的內(nèi)存（1）需要多少根地址線？（1分）（2）若使用4Kx4bit的芯片組成內(nèi)存，則需要多少片？（1分）（3）分成幾組？每組幾片？（2分）（4）片內(nèi)地址線需要幾根？（1分）（5）那幾根組成CS的譯碼？（1分）2?2?已知CPU共有A15-A0（16根地址線），D0-D7（8根數(shù)據(jù)線）。欲組成4KB的內(nèi)存問:⑴需要多少根地址線？答：需要地址線12根：4K=2的12次方，故需12根地址線⑵若使用1Kx4bitde芯片數(shù)：需要多少片答：4K*8/1K*4=8片⑶分成幾組，每組幾片答：分成4組，每組兩片⑷片內(nèi)地址線需要幾根答：片內(nèi)地址線：1k=2的10次方，所以需要10根⑸哪幾根組成CS的譯碼？（1分）答：A10-A11組成CS的譯碼（6）畫出連接邏輯圖3?設(shè)某機(jī)字長位26位，CPU有16個26位通用寄存器，有6中尋址方式包括立即尋址、直接尋址、間接尋址、變址尋址等，采用R-S型單字長指令格式，共有62條指令。試問：（6）畫出連接邏輯圖（1）該機(jī)直接尋址的最大存儲空間為多少？（2分）（2）若采用間接尋址，則可尋址的最大存儲空間為多少？（2分）（3）若立即數(shù)為帶符號的補(bǔ)碼整數(shù)，試寫出立即數(shù)范圍。（2分）3.設(shè)某機(jī)字長為32位，CPU有32個32位通用寄存器，有8種尋址方式包括直接尋址，間接尋址、立即尋址、變址尋址等，采用R-S型單字長指令格式。共有120條指令，試問：（1）該機(jī)直接尋址的最大存儲空間為多少？（2）若采用間接尋址，則可尋址的最大存儲空間為多少？如果采用變址尋址呢？（3）若立即數(shù)為帶符號的補(bǔ)碼整數(shù)，試寫出立即數(shù)范圍。答：（1）120條指令，指令操作碼占7位；8種尋址方式，占3位；32個通用寄存器，占5位；指令剩余長度為：32—7—3—5=17。該機(jī)直接尋址的最大存儲空間為217（2）間接尋址可尋址的最大存儲空間為：232=4G。變址尋址可尋址的最大存儲空間為：232=4G。（3）立即數(shù)范圍：一216?+216—1。4?某機(jī)采用微程序控制方式，微指令字長25位，采用分組譯碼方法表示不同微命令，后組微指令地址采用斷定方式。共有微命令30個，構(gòu)成4個互斥類，各包含5個、8個、14個和3個微命令，控制微程序轉(zhuǎn)移的條件有3個，每個條件占1位（由測試字段表示）（1）4個互斤類控制宇段分別用幾位二進(jìn)制數(shù)編碼？答：4個互斥類控制字段分別用3、4、4和2位，共13位。（2）設(shè)計出微指令的具體格式。答：下地址字段=25-13-3=9位，微指令的具體格式：操作控制字段13位+測試字段3位+下地址字段9位。（3）控制存儲器的容量應(yīng)為多少？答:控制存儲器的容量：512*25位5?某磁盤組有8個記錄面，每面有256個磁道，每個磁道分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)包括512字節(jié)，已知磁盤內(nèi)磁道直徑為10英寸，外磁道直徑為18英寸，轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/秒，試計算下列參數(shù)。(本小題8分)。該磁盤組最大存儲容量(MB)(2分)該碰盤組最大存儲容量是：C=nxTxSxB=8x256x16x512B=224B=16MB該磁盤組最大密度(bpi,只取整數(shù))(2分)最大位密度：16x512x8/10n=2087位/英寸二2087bpi(2分)該磁盤組道密度(tpi)(2分)磁道密度256/(18/2-10/2)=256/4=64道/英寸=64tpi(2分)該磁盤的數(shù)據(jù)傳輸率(KB/S)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸率：Dr=16x512x8x100=6553600bit/s=891200B/s=800KB/s5.磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。存儲區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm,道密度為40道/cm,內(nèi)層位密度400位/cm，轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分，平均尋道時間為10ms問：共有多少柱面？答：有效存儲區(qū)域=16.5-11=-5.5(cm)因為道密度=40道/cm，所以共有40x5.5=220道，即220個圓柱面。盤組總存儲容量是多少？答：內(nèi)層磁道周長為2nR=2x314x11=69.08(cm)每道信息量=400位/cmx69.08cm=27632位=3454B每面信息量=3454Bx220=759880B盤組總?cè)萘?759880Bx10=7598800B數(shù)據(jù)傳輸率多少？答：磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=r*N，N為每條磁道容量，N=3454B，r為磁盤轉(zhuǎn)速R=2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒Dr=40*3454B=13816B/S平均尋址時間是多少？如果某文件長度超過一個磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上？答：同一個柱面，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀/寫速度快。6?某機(jī)采用微程序控制方式，偽指令字長25位，采用分組譯碼方法表示不同的微命令。后繼微指令地址采用斷定方式，共有微命令30個，構(gòu)成4個互斥類，個包含5個，8個，14個，和3個微命令，控制微程序轉(zhuǎn)移的條件有3個每個條件占1位(由測試字段表示)4個互斥類字段控制字段分別用幾位二進(jìn)制數(shù)編碼設(shè)計出微指令的具體格式控制存儲器的容量應(yīng)為多少答：4個互斥類字段控制字段分別用3、4、4和2位，一共13位下地址字段=23-13=9位微指令的具體格式：操作控制字段13位+測試字段3位+下地址字段9位制存儲器的容量應(yīng)為512*25位五簡答題（3題共20分）1、簡述馮?諾依曼計算機(jī)的基本思想（包含哪三個方面）（6分）答：馮?諾依曼計算機(jī)的基本思想包含三個方面：1）計算機(jī)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、存儲器和控制器五大部件組成。2）采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。3）采用存儲程序方式。2、CPU中有哪幾個最主要的寄存器？他們的主要作用是什么？（6分）（1）指令寄存器IR：指令寄存器用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。當(dāng)指令從主存取出后，經(jīng)MDR傳送到指令寄存器中，以便實現(xiàn)對一條指令執(zhí)行的全部過程的控制。（2）程序計數(shù)器PC：程序計數(shù)器又稱指令計數(shù)器、指令地址寄存器，用于保證程序按規(guī)定的序列正確運(yùn)行，并提供將要執(zhí)行指令的指令地址。（3）累加寄存器AC：用于暫存操作數(shù)據(jù)和操作結(jié)果。（4）程序狀態(tài)寄存器PSR:用于以存放程序的工作狀態(tài)（如管態(tài)、目態(tài)等）和指令執(zhí)行的結(jié)果特征（如ALU運(yùn)算的結(jié)果為零、結(jié)果為負(fù)、結(jié)果溢出等），把它所存放的內(nèi)容稱為程序狀態(tài)字（PSW）。PSW表明了系統(tǒng)的基本狀態(tài)，是控制程序執(zhí)行的重要依據(jù)。（5）地址寄存器MAR:用于存放所要訪問的主存單元的地址。它可以接受來自PC的指令地址，或接受來自地址形成部件的操作數(shù)地址。（6）數(shù)據(jù)緩沖寄存器MDR（或MBR）:用于存放向主存寫入的信息或從主存中讀出的信息。六設(shè)計應(yīng)用題（三題共30分）1.已知某微程序控制器結(jié)構(gòu)和水平微指令（也就是直接編碼法）格式如下（圖中MAR微地址寄存器；MIR微指令寄存器；IR指令寄存器），請回答下列問題（10分）（1）該微程序控制器采用什么方式確定后繼微指令的地址的?答：采用下地址方式（或斷定法）確定的（2）該微指令可產(chǎn)生多少種微命令？答：可產(chǎn)生90種（3）需要多大容量（以位算）的控制存儲器？答：需要2人8x（8+2+90）=2^8x100位的控制存儲器,某計算機(jī)中斷系統(tǒng)中有5個中斷源P1,P2,P3,P4,P5,中斷源P1的優(yōu)先級最高P2、P3、P4、P5優(yōu)先級一次降低（10分）（1）在COU執(zhí)行某用戶程序過程中，P3發(fā)出了中斷請求，但在中斷源P3的中斷服務(wù)程序中，對各中斷源發(fā)出了新的屏蔽嗎，日表一所示（其中‘1’表示屏蔽中斷）中斷處理程序級別中斷屏蔽位1級2級3級4級5級第三級11111請問在CPU執(zhí)行P3的中斷服務(wù)程序時，能否響應(yīng)中斷源P1的中斷請求？（2分）（2）如果要求CPU執(zhí)行P3的中斷程序時，能夠響應(yīng)中斷源P4、P5的中斷請求，而不響應(yīng)其他中斷的中斷請求，請給出執(zhí)行P3的中斷服務(wù)程序時序發(fā)出得中斷屏蔽碼（3分）（3）設(shè)中斷源P1、P2、P3、P4、P5的編碼為0001~0101，系統(tǒng)中斷向量表的起始地址為1000H向量表內(nèi)容按中斷源的編號順序排列。請根據(jù)圖2給出的中斷向量表，寫出中斷源編碼與中斷向量地址之間的關(guān)系（3分）地址中斷向量表1000H90B0H1002H6000H1004H30A0H1006HA350H1008H290AH（4）當(dāng)CPU響應(yīng)中斷源P3的中斷請求時，其所對應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址是多少？（2分）已知某8位機(jī)的主存采用半導(dǎo)體存儲器，總?cè)萘坑?Kx8位的ROM芯片和16Kx8位的RAM芯片構(gòu)成，假設(shè)ROM芯片CS和OE信號控制端，RAM芯片有CS和WE信號控制端；CPU地址總線位16根（A15~A0），數(shù)據(jù)總線位8根（D7~D0）,讀寫控制信號為R/W（高電平為讀，低電平為寫）。要求：（1）使用8Kx8位的ROM芯片和8Kx4位的RAM芯片組成（2）8KBROM地址空間設(shè)計在2000H~3FFF好，16KBRAM空間地址設(shè)計在4000H~5FFFH和8000H~9FFFH之間；請畫出主存芯片與CPU的連續(xù)邏輯圖，并指出每個芯片的地址空間。（說明：若能用文字解釋清楚也可得分）（10分）4-某計算機(jī)的中斷系統(tǒng)中斷處理次序屏蔽碼如下，屏蔽碼為1，表示中斷被屏蔽中斷處理次序屏蔽碼程序級別屏蔽碼1級2級3級4級第一級1000第二級1100第三極1111第四級1101問：（1）各級設(shè)備的中斷優(yōu)先級如何（3）沒有中斷請求是2，3級。在執(zhí)行2級中斷服務(wù)程序時，又有1、4級中斷請求請畫出中斷響應(yīng)的處理過程什么叫總線？總線的主要特點(diǎn)是什么？采用總線有哪些好處？。答：總線是一組可為多個功能部件共享的公共信息傳送線路。總線的主要特點(diǎn)是共享總線的各個部件可同時接收總線上的信息，但必須分時使用總線發(fā)送信息，以保證總線上信息每時每刻都是唯一的、不至于沖突。使用總線實現(xiàn)部件互連的好處：可以減少各個部件之間的連線數(shù)量，降低成本；便于系統(tǒng)構(gòu)建、擴(kuò)充系統(tǒng)性能、便于產(chǎn)品更新?lián)Q代試述組合邏輯控制器與微程序控制器的主要區(qū)別。答：組合邏輯控制器采用組合邏輯技術(shù)實現(xiàn)，其微操作信號發(fā)生器是由門電路組成的復(fù)雜樹形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。微程序控制器采用存儲邏輯實現(xiàn)，將微操作控制信號以編碼字（即微指令）的形式存放在控制存儲器中。執(zhí)行指令時，通過依次讀取一條條微指令，產(chǎn)生一組組操作控制信號，控制有關(guān)功能部件完成一組組微操作。微程序控制器的設(shè)計思想和組合邏輯設(shè)計思想截然不同。它具有設(shè)計規(guī)整，調(diào)試、維修以及更改、擴(kuò)充指令方便的優(yōu)點(diǎn)，易于實現(xiàn)自動化設(shè)計。但是，由于它增加了一級控制存儲器，所以指令的執(zhí)行速度比組合邏輯控制器慢。CPU響應(yīng)外部中斷一般應(yīng)具備的條件有哪些？（1）有中斷源請求中斷（2）CPU允許響應(yīng)中斷，即處于開中斷狀態(tài)（3）一條指令執(zhí)行結(jié)束4簡述程序中斷方式和DMA方式各自的主要特點(diǎn)及適用場合。5CPU中有哪幾個最主要的寄存器?它們的主要作用是什么？答：（1）指令寄存器IR：指令寄存器用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。當(dāng)指令從主存取出后，經(jīng)MDR傳送到指令寄存器中，以便實現(xiàn)對一條指令執(zhí)行的全部過程的控制。（2）程序計數(shù)器PC：程序計數(shù)器又稱指令計數(shù)器、指令地址寄存器，用于保證程序按規(guī)定的序列正確運(yùn)行，并提供將要執(zhí)行指令的指令地址。（3）累加寄存器AC：用于暫存操作數(shù)據(jù)和操作結(jié)果。（4）程序狀態(tài)寄存器PSR:用于以存放程序的工作狀態(tài)（如管態(tài)、目態(tài)等）和指令執(zhí)行的結(jié)果特征（如ALU運(yùn)算的結(jié)果為零、結(jié)果為負(fù)、結(jié)果溢出等），把它所存放的內(nèi)容稱為程序狀態(tài)字（PSW）。PSW表明了系統(tǒng)的基本狀態(tài)，是控制程序執(zhí)行的重要依據(jù)。（5）地址寄存器MAR：用于存放所要訪問的主存單元的地址。它可以接受來自PC的指令地址，或接受來自地址形成部件的操作數(shù)地址。（6）數(shù)據(jù)緩沖寄存器MDR（或MBR）:用于存放向主存寫入的信息或從主存中讀出的信息。6微指令編碼有哪幾種常用方法？在分段編碼方法中，分段的原則是什么？答：微指令編碼的常用方式有：直接控制法、最短編碼法、字段直接編碼法、字段間接編碼法等。分段編碼方法也稱字段直接編碼法，其分段的原則是：把互斥的微命令（即不允許同時出現(xiàn)的微命令）劃分在同一字段內(nèi)，相容的（即允許同時出現(xiàn)）微命令劃分在不同字段內(nèi)。字段的劃分應(yīng)與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。一般每個子字段應(yīng)留出一個狀態(tài)，表示本字段不發(fā)任何微命令。每個子字段所定義的微命令數(shù)不宜大多，否則將使微命令譯碼復(fù)雜。7簡述馮?諾依曼計算機(jī)的基本思想（包含哪三個方面）答：馮?諾依曼計算機(jī)的基本思想包含三個方面：1）計算機(jī)由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、存儲器和控制器五大部件組成。2）采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。3）采用存儲程序方式。存儲程序是指在用計算機(jī)解題之前，事先編制好程序，并連同所需的數(shù)據(jù)預(yù)先存入主存儲器中。在解題過程（運(yùn)行程序）中，由控制器按照事先編好并存入存儲器中的程序自動地、連續(xù)地從存儲器中依次取出指令并執(zhí)行，直到獲得所要求的結(jié)果為止。8請簡述DRAM的三種刷新方式的工作原理（集中，分散和異步）（1）集中式---正常讀/寫操作與刷新操作分開進(jìn)行，刷新集中完成。特點(diǎn)：存在一段停止讀/寫操作的死時間適用于高速存儲器分散式---將一個存儲系統(tǒng)周期分成兩個時間片，分時進(jìn)行正常讀/寫操作和刷新操作。特點(diǎn)：不存在停止讀/寫操作的死時間但系統(tǒng)運(yùn)行速度降低異步式---前兩種方式的結(jié)合，每隔一段時間刷新一次，保證在刷新周期內(nèi)對整個存儲器刷新一遍。9簡述靜態(tài)RAM與動態(tài)RAM各自的主要特點(diǎn)。為什么動態(tài)RAM需要制新?

刷新的原因是電容本身不可避免的會產(chǎn)生漏電，電容電荷的泄放會引起信息的丟失。10靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器器件的特性有哪些主要區(qū)別?各自主要應(yīng)用在什么地方。主要性能SRAMDRAM存儲信息刷新的原因是電容本身不可避免的會產(chǎn)生漏電，電容電荷的泄放會引起信息的丟失。10靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器器件的特性有哪些主要區(qū)別?各自主要應(yīng)用在什么地方。主要性能SRAMDRAM存儲信息觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新非需要行列地址同時送分兩次送運(yùn)行速度快慢集成度低高發(fā)熱量大小存儲成本高低靜態(tài)存儲器主要用于高速緩沖存儲器cache，動態(tài)存