華師網(wǎng)絡(luò)學(xué)院作業(yè)答案-計(jì)算機(jī)組成原理問答題.docVIP

試談?wù)勈裁词谴鎯?chǔ)系統(tǒng)的高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）， 畫出“主存- Cache”這一存儲(chǔ)層次與CPU連接的結(jié)構(gòu)框圖。答案: 答：高速緩沖存儲(chǔ)器是介于CPU與主存之間的用于存放當(dāng)前最活躍的程序塊和數(shù)據(jù)的高速、小容量的存儲(chǔ)器。程序中包括指令和要處理的數(shù)據(jù)，在執(zhí)行時(shí)先必須調(diào)到內(nèi)存中才能執(zhí)行，CPU直接從內(nèi)存中將指令或數(shù)據(jù)取來并加以執(zhí)行的。CPU是如何知道取來的是指令還是數(shù)據(jù)？說明理由。答案: 答：取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流，它流向控制器；而在執(zhí)行器周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運(yùn)算器。完整的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)按功能劃分，可分為哪些基本類型的指令？并就每種基本指令簡(jiǎn)單舉例說明。答案: 答：指令系統(tǒng)按功能劃分的種類：數(shù)據(jù)傳送類、算邏運(yùn)算類、程序控制類、I/O指令類及其它類。1） 數(shù)據(jù)傳送指令 存、取數(shù)指令，傳送指令，成組傳送，字節(jié)交換，清累加器AC等。功能：MM、RR、MR。2） 算邏運(yùn)算指令功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的加工，代碼的轉(zhuǎn)換、判斷等。. 算術(shù)運(yùn)算指令定點(diǎn)-浮點(diǎn)加減乘除、求補(bǔ)、算術(shù)移位、比較等。 邏輯運(yùn)算指令、邏輯移位、裝配、拆卸等。3） 程序控制指令功能：控制程序的轉(zhuǎn)向包括：無條件轉(zhuǎn)移，條件轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)子和返主，中斷返回等指令。4） I/O指令功能： 控制外設(shè)的動(dòng)作 測(cè)試外設(shè)的工作狀態(tài) 實(shí)現(xiàn)外設(shè)與主機(jī)間的數(shù)據(jù)交換5） 其它指令PSW的位置、復(fù)位，測(cè)試指令，堆棧指令，特權(quán)指令，停機(jī)指令，控制臺(tái)指令等。目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常所采用的多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)是什么？并簡(jiǎn)述各級(jí)存儲(chǔ)器承擔(dān)的職能。答案: 答：目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常所采用的多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)是：高速緩沖存儲(chǔ)器（cache）、主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。各級(jí)存儲(chǔ)器承擔(dān)的職能各不相同。其中cache主要強(qiáng)調(diào)快速存取，以便使存取速度和CPU的運(yùn)算速度相匹配；外存儲(chǔ)器主要強(qiáng)調(diào)大的存儲(chǔ)容量，以滿足計(jì)算機(jī)的大容量存儲(chǔ)要求；主存儲(chǔ)器介于cache與外存之間，要求選取適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)容量和存取周期，使它能容納系統(tǒng)的核心軟件和較多的用戶程序。在微命令的分段編碼方式中，分段的原則是什么？答案: 答：A、相互有一定關(guān)系又不能在同一微周期出現(xiàn)（相斥性）的微命令可編在同一字段內(nèi)；可能在同一微周期出現(xiàn)（相容性）的微命令應(yīng)編在不同的字段內(nèi)；B、分段應(yīng)與數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，便于微命令的設(shè)計(jì)、修改、查找。C、每個(gè)字段的位數(shù)不能太多（24位）。精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC，其指令系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是什么？減少指令種類的一種有效做法是指令的替代實(shí)現(xiàn)，試舉例說明。答案: 解：RISC指令系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：(1) 指令數(shù)目較少，一般都選用使用頻度最高的一些簡(jiǎn)單指令。(2) 指令長(zhǎng)度固定，指令格式種類少，尋址方式種類少。(3) 大多數(shù)指令可在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。(4) 通用寄存器數(shù)量多，只有存數(shù)指令或取數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器，而其余指令均在寄器之間進(jìn)行操作。什么是微命令間的相容和互斥？微命令主要有哪幾種編碼方式，各有什么特點(diǎn)？答案: 答：(1)相容性是可能同時(shí)出現(xiàn)的微命令, 相斥性是不能同時(shí)出現(xiàn)的微命令。(2) A、直接表示法 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，直觀，快速。缺點(diǎn)：微指令字太長(zhǎng)，位信息利用率低。 B、編碼表示法 優(yōu)點(diǎn)：微指令字長(zhǎng)適中，譯碼器不龐大，能實(shí)現(xiàn)并行操作，速度較快。 C、混合表示法: 把直接表示法和編碼表示法相混合使用。什么是同步定時(shí)，異步定時(shí)？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。答案: 答：（1）同步定時(shí)，總線上所有部件都在公共時(shí)鐘線上的同步信號(hào)協(xié)調(diào)下工作。其特點(diǎn)是有公共時(shí)鐘。異步定時(shí)，總線上的設(shè)備（部件）有各自的時(shí)鐘，它們之間通常采用“應(yīng)答”方式進(jìn)行通信。其特點(diǎn)是無公共時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。（2） 同步定時(shí)方式具有較高的傳輸頻率，但不適合存取時(shí)間差別大的設(shè)備之間的通信。異步定時(shí)方式具有可靠性高，適用于存取時(shí)間不同的部件之間的通信。但傳輸效率較低。什么叫虛擬存儲(chǔ)器？PC的虛存地址是46位，按字節(jié)編址，則其虛存空間有多大？答案: 答：虛擬存儲(chǔ)器是一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器的邏輯模型，借助于磁盤等輔存來擴(kuò)大主存容量，是指“主存外存”的存儲(chǔ)層次。PC的虛存地址是46位，按字節(jié)編址，則其虛存空間有64TB。什么叫Cache的命中率？在有Cache的計(jì)算機(jī)中，CPU訪問內(nèi)存的平均周期與哪些因素有關(guān)？ 答案: 答：CPU在Cache中訪問到的次數(shù)n1與總的訪問次數(shù)n的比，稱為命中率H。不命中率（脫靶率）：1H 有Cache時(shí)的CPU訪存平均周期tAtA=Htc +(1-H)tm 式中：tc - Cache存儲(chǔ)周期，tm - 主存存儲(chǔ)周期可見，CPU訪問內(nèi)存的平均周期與Cache的命中率、Cache的存儲(chǔ)周期tc、主存存儲(chǔ)周期tm有關(guān)；而Cache的命中率又與映射方式、替換策略以及Cache的容量大小等有關(guān)。什么叫堆棧？計(jì)算機(jī)中有哪兩種形式的堆棧？常用的是哪一種？有何優(yōu)點(diǎn)？答案: 答：按后進(jìn)先出方式工作的存儲(chǔ)單元的集合叫堆棧。計(jì)算機(jī)中堆棧的實(shí)現(xiàn)有二種結(jié)構(gòu)，一種是寄存器堆棧（串聯(lián)堆棧、下壓堆棧），另一種是存儲(chǔ)器堆棧。前者是在CPU中設(shè)置一組專門的具有對(duì)位串聯(lián)的若干個(gè)寄存器組成，配合堆棧指令實(shí)現(xiàn)堆棧操作；后者則是在內(nèi)存開辟專門用于堆棧的存儲(chǔ)區(qū)，另加堆棧指針SP組成，配合堆棧指令實(shí)現(xiàn)其操作。由于存儲(chǔ)器堆棧是使用容量較大的內(nèi)存部分存儲(chǔ)區(qū)，因此具有堆棧區(qū)的位置靈活和容量可變等特點(diǎn)，是常用的一種。計(jì)算機(jī)中時(shí)序信號(hào)的作用是什么？設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)啟停電路的基本要求是什么？答案: 答：時(shí)序信號(hào)的作用：為計(jì)算機(jī)各部分的協(xié)調(diào)工作提供時(shí)序標(biāo)志。設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)啟停電路的要求：1）啟動(dòng)時(shí)一定要從第一個(gè)節(jié)拍電位的前沿開始工作；2）停機(jī)時(shí)一定要在指令最末一個(gè)節(jié)拍脈沖結(jié)束后，才關(guān)閉時(shí)序發(fā)生器。按中斷源與CPU的關(guān)系不同，中斷可分為內(nèi)中斷和外中斷兩大類，試說明這兩類中斷一般包括哪些方面的中斷。答案: 答：按中斷源性質(zhì)與CPU的關(guān)系分： 處理機(jī)內(nèi)的中斷（內(nèi)中斷） 系統(tǒng)內(nèi)外設(shè)的中斷（外中斷）集中式總線仲裁方式有哪三種，其特點(diǎn)是什么？答案: 答：(1)鏈?zhǔn)讲樵兎绞?。BG按優(yōu)先級(jí)由高至低依次傳送的總線查詢方式。所需傳輸線少，便于更改和擴(kuò)充。(2)計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式。優(yōu)先次序可靈活變動(dòng)。(3)獨(dú)立請(qǐng)求方式。響應(yīng)速度快，對(duì)優(yōu)先次序的控制靈活。馮諾依曼型計(jì)算機(jī)主要由哪幾個(gè)功能部件組成？簡(jiǎn)述它們的主要功能。答案: 答：馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的硬件主要有：1）存儲(chǔ)器，其功能是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)信息；2）運(yùn)算器(ALU)，實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能的部件，其功能有運(yùn)算即完成數(shù)字信息的加工和寄存、移位等；3）控制器(Control Unit)，向計(jì)算機(jī)各部件發(fā)出控制信息的部件，其功能：控制指令的讀出、解釋和執(zhí)行、中斷事件的處理等；4）輸入/輸出(I/O)設(shè)備，其功能是輸入程序和有關(guān)的數(shù)據(jù)，輸出計(jì)算機(jī)的有關(guān)信息及運(yùn)算結(jié)果等；5）適配器（I/O接口）： I/O設(shè)備與主機(jī)之間互相連接(緩沖)的部件。此外，硬設(shè)備還有控制臺(tái)，電源等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的，試說明硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用，并舉例說明軟件和硬件在邏輯功能上是等效的。答案: 答：硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件是解題的靈魂。 例如早期的計(jì)算機(jī)基于計(jì)算機(jī)必有加法器和移位等操作的硬件而沒有乘除法器，可編寫乘除運(yùn)算子程序用于實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算功能，后來的計(jì)算機(jī)普遍用硬件乘除法器實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算功能，這說明了軟件和硬件功能的等效性。試說明組合邏輯（硬布線）控制器通常采用哪三級(jí)的時(shí)序信號(hào)？在計(jì)算機(jī)中，總清信號(hào)的作用是什么？答案: 答：組合邏輯控制器通常采用三級(jí)的時(shí)序體制：即主狀態(tài)(CPU)周期-節(jié)拍電位-節(jié)拍脈沖。總清信號(hào)的作用主要是使計(jì)算機(jī)處于正常的初始狀態(tài)，例如把時(shí)序電路的有關(guān)觸發(fā)器和I/O接口電路中的設(shè)備狀態(tài)觸發(fā)器預(yù)置為正確的初始狀態(tài)等，這些觸發(fā)器的狀態(tài)在開機(jī)時(shí)是隨機(jī)的，不能保證啟動(dòng)后計(jì)算機(jī)能正常工作。為此必須有總清信號(hào)，它在機(jī)器啟動(dòng)時(shí)由電源電路產(chǎn)生或按下總清開關(guān)產(chǎn)生。試談?wù)勈裁词谴鎯?chǔ)系統(tǒng)的高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）， 畫出“主存- Cache”這一存儲(chǔ)層次與CPU連接的結(jié)構(gòu)框圖。答案: 答：高速緩沖存儲(chǔ)器是介于CPU與主存之間的用于存放當(dāng)前最活躍的程序塊和數(shù)據(jù)的高速、小容量的存儲(chǔ)器。試畫出三地址指令、二地址指令和一地址指令的指令格式，