《计算机组成原理》答案已补全.doc

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《计算机组成原理》模拟题1 一、名词解释 1．总线 2．指令系统 3．微指令 4．溢出 二、填空题 1．按冯诺依曼设计原则，其硬件是由（）、（）、（）、（）和（）组成。 2．计算机系统是由（）和（）两大部分构成。 3．计算机最主要的三大性能指标是（）、（）、和（）。 4．一个完善的指令系统应满足（）、（）、（）、和（）的要求。 5．堆栈的硬件是由（）和（）构成，存取是按（）原则。 6．通常控制器的设计可分为（）和（），前者采用的核心器件是（），后者采用的核心器件是（）。 7．主机与外设的连接方式有（）、（）和（）。 8．目前在微型机中主机与外设广泛采用的信息交换方式是（）和（）。 三、简答题 1．简述中断的处理过程。它与程序查询方式有何不同点？ 2．按通道的工作方式，通道分哪几类？简述其特点。 3．画图说明存储系统的层次结构，并说明各种存储器的特点。 参考答案： 1．答案要点：中断的处理过程大致可分为五个步骤： 1） 中断请求 2）中断排队 3）中断响应 4）中断处理 5）中断返回 与程序查询方式的不同点： 1）在程序中断方式下，CPU和外设可并行工作；而程序查询方式下，CPU与外设是串行工作的。 2）程序中断方式适合于对外界随机事件的处理。而程序查询方式不具备这样的 能力。 2．答案要点：按通道的工作方式，通道可分为字节多路通道、选择通道和数组多路通道三种类型。 特点：字节多路通道：1）有多个子通道，设备间可（分时）并行操作。2）数据以字节为单位交叉传送。3）适合于连接大量的低速设备。 选择通道：1）被选中的外设采用独占方式使用通道。2）数据以成组（数据块）方式进行传输。3）适合于连接高速外设。 数组多路通道：是将前二者的优点结合在一起的一种通道结构。数组多路通道含有多个子通道，可同时执行多个通道程序，数据以成组方式进行传送。既具有多路并行操作能力，又有很高的数据传输率，可用来连接多台中高速的外设。 3．答案要点：存储系统的层次结构如图所示： CPU 高速缓存 主存储器 I/O控制 辅助存储器 磁鼓 磁盘 磁带 存储器的特点：1）高速缓存：存放当前要执行的程序和数据。速度快，可与CPU速度匹配；存储容量较小。成本高。 2）主存储器：存放正在执行的程序和数据，CPU可直接访问，容量较大，速度较高，每位价格介于高速缓存和辅存之间。 3）辅助存储器：存放当前暂不参与运行的程序和数据文件，CPU不能直接访问；容量极大而速度较低，单位成本低。 四、计算题 已知x = -0.10101,y = +0.11011，符号用双符号位表示。 求 1．[X ]原=？ [Y]原=？ 2．[X ]补=？ [Y]补=？ 3．[X+Y]补 =？ [X-Y]补 =？ 并分别讨论其溢出情况。 1）写出补码一位乘的运算步骤。 2）与原码乘法运算有何不同？ 3）写出补码乘法运算器的基本部件。 参考答案： 已知x = -0.10101,y = +0.11011，符号用双符号位表示。 答案要点：1．[X ]原=11.10101 [Y]原=00.11011 2．[X ]补=11.01011 [Y]补=00.11011 3．[X+Y]补 =[X ]补 +[Y]补= 11.01011+00.11011=00.00110 结果的两个符号位相同，无溢出。 [X-Y]补 =[X ]补 +[-Y]补= 11.01011+11.00101=10.10000结果的两个符号位不相同，为10，产生下溢。 2）与原码乘法运算有何不同？ 答案要点：① 补码乘法：运算结果的符号位无需单独处理；而原码乘法：结果的符号位需单独处理。 ② 原码乘法：位于乘数寄存器末位的乘数作为判断位；而补码乘法则是以乘数寄存器最末两位作判断位。 ③ 若乘数的有效尾数n位。原码乘法须做n次加法，n次移位；而补码乘法则需n+1次加法，n次移位。 3）写出补码乘法运算器的基本部件。 答案要点：所用的基本部件：① 存放部分积累加和的寄存器；② 存放乘数（具备移位功能）和被乘数的寄存器；③加法器；④ 移位器；⑤ 计数器。 五、设计题 采用32K32 的RAM芯片，构成128K64的存储器。 1． 画出存储器的逻辑框图。 2． 图中标明信号线的种类、方向、条数。 参考答案： 答案要点： 六、综合应用题 在模型机的数据通路上，对于指令ADD X(R1)，(R2)+，回答下列问题： 1．写出指令的执行流程。 2．写出目的周期的全部数据通路。 参考答案： 答案要点：1、2）指令的执行流程及目的周期的数据通路： ↓ FT0：M→MBR→IR ↓ FT1：PC+1→PC ↓ ST0：PC→MAR ↓ ST1：M→MBR→C ↓ ST2：PC+1→PC ↓ ST3：C+R1→MAR ↓ ST4：M→MBR→C ↓ DT0：R2→MAR ；R2→A选择器，S0-3，M，DM，CPMAR ↓ DT1：M→MBR→D ；R/W，SMBR，MBR→B选择器，S0-3，M，DM，CPD ↓ DT2：R2+1→R2 ；R2→A选择器，S0-3，M，C0，DM，CPR2 ↓ ET0：C+D→MBR ↓ ET1：MBR→M ↓ ET2：PC→MAR 《计算机组成原理》模拟题2 一、名词解释 1．寻址方式 2．指令周期 3．虚拟存储器 3． 多级中断 二、填空题 1．计算机指令的基本格式应包括（）和（）两部分。在间接寻址方式中，地址码部分表示的是（）；在相对寻址方式中，地址码部分表示的是（）。 2． 按功能分类，存储器可以分为（）、（）、（）等。 3． 源数据为10010111，若采用奇校验，则其校验位是（）。 4． CPU响应某中断请求的条件是一条指令结束时且（）、（）和（）。 5． 微指令的格式有（）型微指令、（）型微指令和混合型微指令。 6． 输入输出设备的编址方式有（）和（）。 三、简答题 1．试分析比较DMA方式和中断传送方式的异同点，说明DMA方式为什麽不能替代中断方式。 2．何为三级存储体系结构？分析采用这种结构的原因和优点？ 3．简要说明动态RAM的各种刷新方式及其特点。 参考答案： 1．答案要点：相同点：1）两种方式均为目前在微型机中主机与外设广泛采用的信息交换方式。 2）两种方式下主机和外设之间均可实现一定程度的并行工作。 不同点：1）中断传送方式是通过中断服务处理程序来完成信息交换；而DMA方式则是用硬件代替软件来实现数据的传输。2）中断传送方式不仅适合于一般的信息交换，还适合对随机事件的处理。3）DMA方式适合于高速外设和主机之间的信息交换，对高速外设采用程序中断方式传送数据往往回丢失数据。 DMA方式不能替代中断方式的原因： 1）DMA方式只能用于高速外设与内存直接交换信息，却不能像中断方式那样处理随机的异常现象。2）在DMA方式的数据传输过程中，需用到中断方式。 2．答案要点：把各种不同存储容量，不同存取速度的存储器，按一定的体系结构组织起来，使所存放的程序和数据按层次分布在各存储器中，形成一个统一整体的存储系统。由高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器构成的三级存储系统可以分成两个层次，其中高速缓存和主存间称为Cache--主存存储层次，主存和辅存间称为主--辅存存储层次。这就是三级存储体系结构。 采用Cache--主存存储层次的原因和优点：在速度方面，计算机的主存和CPU一直保持了大约一个数量级的差距。显然这个差距限制了CPU速度潜力的发挥。为了弥合这个差距，设置Cache是解决存取速度的重要方法。在CPU和主存之间设置Cache，构成Cache-主存层次，则从CPU 的角度看，Cache-主存层次的速度接近于Cache，容量与每位价格则接近于主存。因此，解决了速度与成本之间的矛盾。 采用主--辅存存储层次的原因和优点：由于成本和工艺的原因，主存的存储容量受到了限制，另一方面，系统程序、应用程序及各种信息量要求主存容量越来越大。采用“主存-辅存”存储层次，程序员可用机器指令的地址对整个程序统一编址，而不必担心程序能否在主存中放得下。虚拟空间可以比实际空间大得多。从整体看，主辅存层次的速度接近于主存的速度，容量则接近于辅存的容量，而每位平均价格也接近于廉价的辅存平均价格，从而解决了大容量和低成本间的矛盾。 3．答案要点：动态RAM的刷新方式有集中式刷新、分散式刷新、异步式刷新和透明式刷新等四种方式。 集中式刷新的特点：其优点是系统的存取周期不受刷新工作的影响，读写操作和刷新工作在最大刷 新周期中分开进行。因此，系统的存取速度比较高。其缺点是进行刷新时必须停止读、写操作。这对主机而言是个“死区” 分散式刷新的特点：刷新工作安排在系统的存储周期内进行，对主机而言不再有“死区”。但该方式加长了系统的存取周期，降低了整机运算速度。因此，分散方式刷新不适用于高速存储器。 异步式刷新的特点：结合了上述两种方式的优点，充分利用了最大刷新间隔。对分散式刷新而言，它减少了刷新次数；对集中方式来说，主机的“死区”又缩短很多。因此，这种方式使用得比较多。 透明式刷新的特点：该方式不占用CPU时间，对CPU而言是透明的操作；但控制线路复杂。 四、计算题 已知x = 0.1011,y = -0.1101，符号用双符号位表示。 求 1．[X+Y]补 =？ [X-Y]补 =？ 并分别讨论其溢出情况。 参考答案： 已知x = 0.1011,y = -0.1101，符号用双符号位表示。 答案要点：1．[X+Y]补 =[X ]补 +[Y]补= 00.1011+11.0011=11.1110 ，结果的两个符号位相同，无溢出。 [X-Y]补 =[X ]补 +[-Y]补= 00.1011+00.1101=01.1000 ，结果的两个符号位不相同，为01，产生上溢。 五、设计题 采用4K8 的RAM芯片，构成32K16的存储器。 4． 画出存储器的逻辑框图，图中标明信号线的种类、方向、条数。 2．用十六进制写出该存储器占用的地址空间。 参考答案： 答案要点：；该存储器占用的地址空间：0000H----7FFFH（按字编址） 六、综合应用题 在模型机的数据通路上，对于指令SUB X(R1)，-(R2)，回答下列问题： 1．写出指令的执行流程。 2．写出目的周期的全部数据通路。 参考答案： 答案要点：1、2）指令的执行流程及目的周期的数据通路： ↓ FT0：M→MBR→IR ↓ FT1：PC+1→PC ↓ ST0：PC→MAR ↓ ST1：M→MBR→C ↓ ST2：PC+1→PC ↓ ST3：C+R1→MAR ↓ ST4：M→MBR→C ↓ DT0：R2-1→R2； R2→A选择器，S0-3，M，C0，DM，CPR2 ↓ DT1：R2→MAR； R2→A选择器，S0-3，M，DM，CPMAR ↓ DT2：M→MBR→D ；R/W，SMBR，MBR→B选择器，S0-3，M，DM，CPD ↓ ET0：D-C→MBR ↓ ET1：MBR→M ↓ ET2：PC→MAR 《计算机组成原理》模拟题3 一、名词解释 1．基本字长 2．数据通路 3．程序中断 5． 灰度级 二、填空题 1．计算机指令的基本格式应包括（）和（）两部分。根据操作数所在位置，指出其寻址方式：操作数在指令中为（）寻址方式，操作数的存储单元地址在指令中，为（）寻址方式。 2．存储器地址译码电路的译码方式有（）和（）两种方式。 3．（361）10 = （）2 = （）16。 4．CPU响应可屏蔽中断应满足的三个条件是（）、CPU允许接受中断请求和（）。中断周期结束后进入（）周期。 5微指令的类型通常有（）型微指令、（）型微指令和混合型微指令。 6通常控制器的设计可分为（）和（），前者采用的核心器件是（），后者采用的核心器件是（）。 7主机与外设的连接方式有（）、（）和（）。 8．目前在微型机中主机与外设广泛采用的信息交换方式是（）和（）。 三、简答题 1．简述其中两种补码加减运算判别溢出方法的工作原理。 2．字节多路通道和数组多路通道有何相同点？有何不同点？ 3．CPU中设有哪些寄存器？各寄存器的位数由何因素确定？ 参考答案： 1．答案要点：以下三种方法答对其中任意两种方法即可。 方法1：两个符号相同的补码数相加，如果和的符号与加数符号相反，或者符号相反的两个补码数相减，差的符号与减数符号相同，表明运算结果溢出。 方法2：两个补码数实现加减运算时，若最高数值位向符号位的进位值与符号位产生的进位输出值不相同，则表明运算结果产生了溢出。 方法3：采用双符号位方案。当两位符号位的值不相同时，则表明运算结果产生了溢出。 2．答案要点：相同点：设备间可并行操作 不同点： 字节多路通道 数组多路通道 1）连接低速设备 连接中高速设备 2）以字节为单位传送 以数据块为单位传送 3）设备间并行操作 一设备传数，其它设备只作辅助操作 3．答案要点：CPU中设有的寄存器包括运算器中的通用寄存器，程序计数器PC，指令寄存器IR，存储器地址寄存器MAR，存储器数据寄存器MBR和状态标志寄存器等。 PC和MAR的位数取决于要访问的地址空间的大小。IR的位数取决于指令字长。通用寄存器及存储器数据寄存器MBR的位数取决于操作数（或操作数地址）的基本字长。 四、计算题 1． 已知x=0.10101,y=–0.11011 用定点补码一位乘法计算[x*y]补 ，要求写出计算步骤。 2． 已知x=2–011ⅹ0.101100,y=2–010ⅹ（–0.100100） 用浮点规格化补码加法求[x+y]补 （阶码、尾数均用补码表示），要求写出计算步骤。 参考答案： 1．已知x=0.10101,y=–0.11011。 [xy]补=1.0111001001，详细运算步骤略。 2．[X]补=1.101，00.101100 [Y]补=1.110，11.011100 浮点补码格式 1）判零，对阶，X尾右移 阶码+1，[X]补=1.110，00.010110 求和得11.110010 2）规格化 [X+Y]尾 左移 2次 阶码-2 [X+Y]补=1.100，11.001000 无溢出 五、设计题 试选用1M 4的RAM芯片，构成4M 8的存储器。完成下列各题： 1． 画出存储器连线框图，图中标明信号的种类、方向和信号线的条数。 2． 用十六进制写出存储器占用的地址空间。 参考答案： 答案要点：图略；该存储器占用的地址空间：000000H----3FFFFFH（按字编址） 六、综合应用题 在模型机的数据通路上，对于指令ADD –(R1)，@(R2)+，回答下列问题： 1．写出指令的执行流程。 2．写出取源操作数周期的全部数据通路。 3．与MOV–(R1)，@(R2)+的执行流程比较有何相同点？ 参考答案： 答案要点：1、2）指令的执行流程及目的周期的数据通路： ↓ FT0：M→MBR→IR ↓ FT1：PC+1→PC ↓ ST0：R1-1→R1 ； R1→A（或B）选择器，S0-3，M，C0，DM，CPR1 ↓ ST1：R1→MAR ； R1→A（或B）选择器，S0-3，M，DM，CPMAR ↓ ST2：M→MBR→C ； R/W，SMBR，MBR→B选择器，S0-3，M，DM，CPC ↓ DT0：R2→MAR ↓ DT1：M→MBR→D ↓ DT2：R2+1→R2 ↓ DT3：D→MAR ； ↓ DT4：M→MBR→D ； ↓ ET0：C+D→MBR ↓ ET1：MBR→M ↓ ET2：PC→MAR 3）与MOV -（R1），@（R2）+的执行流程比较有何相同点： 答案要点：取指流程和取源操作数流程跟MOV –(R1)，@(R2)+完全相同。此外，其目的周期与MOV –(R1)，@(R2)+也大致相同，只是增加了一步取目的操作数流程。 第 17 页 共 2 页