[重点]计算机组成原理选择+填空 - 图文

四、简答题

1、简要说明计算机系统结构、计算机组成与计算机实现的概念及它们之间的相互关系？ 如在设计主存系统时，确定主存容量、编址方式，寻址范围等属于计算机体系结构。 确定主存周期，逻辑上是否采用并行主存，逻辑设计等属于计算机组成。 选择存储芯片类型，微组装技术，线路设计等属于计算机实现。

计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现。计算机实现是计算机组成的物理实现，一种体系结构可以有多种组成。一种组成可以有多种实现。 2、简述指令、指令系统的概念及指令的基本格式。 指令是要求计算机进行基本操作的命令，一台计算机所能执行的全部指令的集合称为该计算机的指令系统。 每条指令由操作码和地址码两部分组成。 3、何为RISC？何为CISC？

CISC复杂指令系统计算机 、 RISC精简指令系统计算机 4、什么叫寻址方式？试最少举例3种常见的寻址方式。 确定指令操作数有效地址的方法

举例：直接寻址、间接寻址、立即寻址、寄存器直接寻址与寄存器间接寻址、隐含寻址、相对寻址、变址寻址、基址寻址 5、简述CPU的主要功能。

CPU具有以下4个方面的基本功能：指令顺序控制，操作控制，时间控制，数据加工。 6、控制器的控制方式通常分为哪两种实现方法？各有何优缺点？ 控制器的控制方式分为异步控制和同步控制。 同步控制的方式指机器有统一的时间信号，所有的微操作控制信号都与时钟信号同步。缺点是浪费时间，优点是时序关系简单，控制方便，而且便于调试，系统较为可靠。 异步控制的方式中各部件之间没有统一的时钟和节拍，而且各部件有自己的时钟。优点是几乎没有浪费时间，效率高。缺点是设计比较复杂所需的器件较多，系统调试难度较大，且工作过程中的可靠性不能保证。 7、什么叫刷新？

DRAM是利用电容上的保存的电荷来存储信息的，由于存在漏电阻，即使电源不掉电，时间长了，电容上的电荷也会慢慢泄露，DRAM内存储的信息会自动消失。为维持DRAM所存的信息不变，需要定时对DRAM中电容充电，以补充泄露的电荷。这个过程称为刷新。 8、试比较DRAM和SRAM的差别。

SRAM是利用触发器来存储二进制信息的。基本存储位元电路中所含晶体管较多，故集成度较低，功耗较大。但工作速度快，稳定可靠，不需要外加刷新电路。

而DRAM是利用MOS晶体管的管级电容来存储二进制信息的。基本存储位元电路中所含晶体管数目少。故集成度高，成本低，功耗小。但它需要外加刷新电路。由于破坏性读出且需要刷新，因此DRAM的工作速度比SRAM慢得多。 9、何为总线？简述计算机采用总线结构有哪些优点。

总线是构成计算机系统的互连机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。 优点：（1）降低了部件互连的复杂性，减少了连线的数量，从而降低了成本。 （2）可扩展性好。

10、简述链式集中式仲裁的工作原理并分析其优缺点。 工作原理：

3根控制线BS、BR和BG分别表示总线忙、总线请求、总线允许。在这种方式中，优先级由主设备在总线上的位置决定，离总线控制器越近，设备的优先级越高。总线允许线（BG）

按从最高优先级设备到最低优先级设备的顺序依次串行相连，如果BG到达的设备有总线请求，BG信号就不在往下传，该设备产生总线忙（BS）信号，表示它已获得了总线使用权，占用了总线。若BG到达的设备没有总线请求，则将BG传给下一个设备。

优点：结构简单，容易扩充设备。 缺点：对电路故障敏感；优先级固定，当优先级高的设备频繁提出请求时，优先级低的设备可能长期无法获得总线使用权。 11、什么叫接口？并简述I/O接口的基本功能。

接口即I/O设备适配器，具体指CPU和主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。 基本功能有：数据格式转换、数据缓存和传送、设备寻址、提供外设和接口的状态、实现主机对外设的通信和控制功能。(P214)

12、外围设备的I/O数据传送控制方式分哪几类？

程序查询方式、程序中断方式、直接内存访问(DMA)方式 通道方式、外围处理机方式

13、什么是中断？简述中断的处理过程

中断：由CPU外界或内部产生的一个例外的要求，要求CPU暂时停下目前的工作，来做些必要的处理

请求中断→响应中断→关闭中断→保留断点→中断源识别→保护现场→中断服务子程序→恢复现场→中断返回。

14、什么是DMA？什么样的I/O设备与主机交换信息时采用DMA方式？

DMA，即直接内存访问方式，是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。这种方式既考虑到中断响应，同时又要节约中断开销。此时，DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设备之间进行，以高速传送数据。DMA方式适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。

16、计算机为什么要引入多级存储层次？并简述现代计算机采用的三级存储系统的内容。 ?存储系统的性能直接影响到整个计算机系统的性能，为了解决价格、成本、容量和速度之间的矛盾问题，采用多级存储参次结构；

?目前大多数计算机都采用了 Cache、主存储器和辅存构成的三级存储系统。这个存储系统可以看成是由Cache-主存层次和主存-辅存层次构成的系统。 17、简述指令周期、机器周期和时钟周期的概念和相互关系。 指令周期：CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。 机器周期：CPU访问一次内存所花的时间较长，因此用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。

时钟周期：通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含若干个时钟周期。 一个指令周期包含若干个机器周期，而一个机器周期包含若干个时钟周期。 18、简述Cache的替换策略近期最少使用（LRU）算法原理。

Cache中分若干个块，每块中设置一个计数器，CPU访问的时，被访问的数据块计数器清零，其他数据计数器加1，当需要替换的时，将计数器值最大的换出。

三、计算题

1、某机器字长8位，设X= 25/32，Y= -21/64，试计算X补，Y补，[-Y]补，[X+Y]补，[X-Y]补，并判断结果是否溢出。

5. 设机器字长为8位（含1位符号位）设A=9/64, B=-13/32,计算[A±B]补，并还原成真值。 解： A=9/16=1001/26=0.0010010 B=-13/32=1101/25=-0.0110100 [A]补=0.0010010 [B]补=1.1001100 [-B]补= 0.0110100

[A]补 0.0010010

[B]补 +） 1.1001100 1.1011110

[A+B]补=1.1011110 真值A+B =-0.0100010=-17/64

[A]补 0.0010010

[-B]补 +）0.0110100 0.1000110 [A-B]补=0.1000110 真值A-B =0.1000110=35/64

2、若浮点数ｘ的754标准存储格式为(C1B68000)16，求其浮点数的十进制值。

[例1]若浮点数x的754标准存储格式为（41360000）16,求其浮点数的十进制数值. 将16进制展开后,可得二进制数格式为 0 100,0001,0 011,0110,0000,0000,0000,0000 S E M

指数e=100,0001,0－01111111=00000011=（3）10

包含隐藏位1的尾数1.M=1.011,0110,0000,0000,0000,0000 于是有 x=（-1）^0*（1.M）*2^（E-127） =+（1.011011）2*2^3 =（11.375）10

【例题2】以IEEE754短浮点数格式表示十进制数:-3.125 要求写出过程,并最终用十六进制缩写形式表示

单精度符点数的表示格式为：从高到低依次为1位符号位,8位指数位,23位小数位. 首先把浮点数按二进制形式表示（以下过程不要想得太复杂）： -3.125 = -11.001

首先把小数点往左移,直到小数点的左边只有一个“1”为止.该例中就是左移一位,变成-1.1001

因为小数位是23位,所以现在把小数点的右边“1001”往后被0,直到补够23位为止,也就是要补19个0,变成：10010000000000000000000

现在计算指数位.刚才说是小数点左移,直到左边只有一个“1”为止.但是如果浮点数本身是小于1的,比如0.125用二进制表示是0.001,此时应该右移3位才对.这种情况下把“右移3位”看成是“左移-3位”,指数位的计算方法就是用127加上左移的位数.该例中因为左移了一位,所以指数位是128.注意,原先小数点左边的还剩下一个“1”是没用的,指数位就是127加上左移位数.用二进制表示,指数位是1000000. 因为-3.125是个负数,所以符号位为1.因此,-3.125的二进制形式是： 1 10000000 10010000000000000000000 写成十六进制是：c0480000

3、设有两个十进制数：x=-0.875×21，y=0.625×22。 （1）将x，y的尾数转换为二进制补码形式。

（2）设阶码2位，阶符1位，数符1位，尾数3位。通过补码运算规则求z=x-y的二进制浮点数规格化结果。

（2）解析：将X=一0．875 x 21和Y=0．625×22写成7位浮点数形式，有X=0011001和Y=0100101，对阶之后，X=0101100，对阶后尾数做减法，结果需要进行右规，最终结果Z=0111011。

4、设10001010110是一个采用偶校验的（7,4）海明校验码，试判断是否有错？如果有错，请纠正。

5、选择生成多项式G(X)=X3+X+1，请将4位有效信息1101编码成7位CRC码。

1001CRC码 1001110 1111CRC码 1111111 ------------------------ 1010

┍──────── 1011 │ 1001000 1011

──────── 1000 1011

──────── 110

1001000+110=1001110

------------------------------------------------------ 1101

┍──────── 1011 │ 1111000 1011

──────── 1000 1011

──────── 1100 1011

──────── 111

1111000+111=1111111

【2】有一个(7,4)码,生成多项式为G(X)=1011,请计算代码1100的CRC编码