計算機組成原理復習資料

PAGE1PAGE4《計算機組成原理》復習資料《計算機組成原理》是廣播電視大學計算機專業(yè)本科生核心硬件課程，必修，是進一步學習計算機系統(tǒng)結構和其他有關課程的基礎。本課程重點是講授簡單、單臺計算機的基本組成原理與內部運行機制。課程內容的工程性、技術性、實用性都比較強，因此，在傳授計算機組成的原理性知識之外，還應有較多的設計與實驗技能訓練。設計與實驗技能訓練主要通過教學實驗環(huán)節(jié)進行，因此，完成教學實驗和平時的課外作業(yè)是可以進入考試的先決條件之一，這兩項成績占課程總成績的20%的比例，很重要，也是在聽課和自學的基礎上，加深對原理性知識理解的重要環(huán)節(jié)。主教材是本課程最主要的教學媒體，是教學及考試的基本依據。本課程教學大綱規(guī)定的具體內容，主要將通過本教材體現出來。期末考試主要考核同學對該課程中原理性和技術方面的知識掌握的程度。全教材共分5章，其中第一章內容不作為期末考試的要求，屬于考試的部分只限于第2章到第5章的內容。具體要求以每一章的“本章主要教學內容”中敘述為依據，參照平時所留作業(yè)題目和“計算機組成原理”試題類型及解答，這里無須一一列舉。還有兩點要特別強調一下，復習時的注意力，一是不應該放在教材中某些實例、線路的具體內容方面，二是不應該太多地關注具體技術細節(jié)方面，還是要更多地掌握與理解計算機組成有關的原理性知識，和帶有一定主導意義的技術思路方面的內容。舉幾個例子看一看：數制轉換，定點小數和整數的原、反、補碼表示；補碼加減運算，原碼一位乘除運算，浮點數表示和運算等是重點內容，作業(yè)和模擬試題中都有所體現；還有定點運算器的功能、組成、控制與使用辦法應原理性的掌握，但并不要求記住Am2901芯片這個具體運算器實例的有關內容；數據編碼的某些概念也該掌握，例如位權、有權碼與無權碼，檢錯糾錯碼的實現思路等。對指令系統(tǒng)的要求，指令的功能安排，指令格式和尋址方式內容是重點，控制器的功能與組成（包括微程序的和組合邏輯的控制器），指令的執(zhí)行步驟等要確實掌握，這在作業(yè)和模擬試題中有明確體現，包括微程序的和組合邏輯的控制器中用到的一些重要部件的有關內容。其中指令執(zhí)行步驟以模擬試題中的答法（類似教材160和161頁的書寫方式）為基本要求，切不可強行記憶類似教材175頁及其之后幾頁給出的微指令的有關內容，也不必記憶教材194頁及其之后幾頁給出的指令執(zhí)行流程的細節(jié)內容和197、198頁上的設計有關邏輯表達式的具體問題，應把這里的具體內容提升到指令執(zhí)行步驟的劃分和連接關系方面來。多級存儲器系統(tǒng)的基本組成，各級存儲器所用介質的特性，多級結構存儲器結構應滿足的原則，以及它得以高效運行的原理；主存儲器、高速緩沖存儲器、虛擬存儲器各自的組成與運行原理；最后則是外存儲設備（磁盤、磁帶、光盤）的組成與使用，有關磁盤陣列和容錯方面的知識要掌握，屬于概念性知識較多。以作業(yè)和模擬試題的有關題目為參照，并用下面幾舉話把握本章內容綱要：存儲器，三級穿，局部、一致且包含，提速、主體、擴容量，緩存、主存、虛存盤；字位擴展、體交叉，完全、直接、組相聯(lián)，段表、頁表和快表，盤、帶、陣列容錯連。計算機輸入/輸出子系統(tǒng)的組成、功能、運行方式、具體使用方法等為主線索，包括計算機總線、輸入/輸出接口和輸入/輸出設備3個層次的邏輯部件和設備。包括必要的一些原理性知識，更多地從實用的角度，來掌握上述有關內容。正象我們一直強調的，所給出的各種（各項）實例，是為了深入地理解有關原理知識，并不要求同學們去強行記憶這些實例本身的具體組成細節(jié)、完成的具體功能、技術指標、具體使用方法等細節(jié)內容。輸入/輸出設備的種類繁多，特別強調以點陣式方式運行的設備的組成及其工作原理?？偩€組成的一般性的淺顯知識，總線使用中通常會遇到的基本概念，如單總線與多總線、總線周期與總線周期類型、總線的等待狀態(tài)、成組數據傳送方式等內容。通用可編程接口的一般組成，常用的輸入/輸出方式，重點是程序中斷和直接內存訪問（DMA）方式。以作業(yè)和模擬試題的有關題目為參照，并用下面幾舉話把握本章內容綱要：直控、中斷、DMA，總線、接口與設備，主總、局部慢擴展，周期、方式、等待催；識別、緩沖和控制，狀態(tài)、中斷等相隨，一般組成和原理，顯示、鍵盤、打印機。附錄《計算機組成原理》試題類型及解答一．（10分）1．將十進制數+107/128和–52化成二進制數，再寫出各自的原碼、反碼、補碼表示（符號位和數值位共8位）。答案：+107/128=0.1101011–52=–110100原碼表示0110101110110100反碼表示0110101111001011補碼表示0110101111001100考核的知識點：（1）十進制的小數、整數轉換為二進制數（2）二進制的小數、整數的原碼、反碼、補碼表示技巧性問題：轉換+107/128時，采用的不是先變其為小數之后再轉換，而是先轉換107，再確定小數點位置，因為128=27，小數點左移7位即可。（10分）2.按你的理解，畫出一個相對完整的定點運算器的示意組成其共同點是：基本功能都是提供計算機各個部件協(xié)同運行所需要的控制信號，組成部分都有程序計數器PC，指令寄存器IR，都分成幾個執(zhí)行步驟完成每一條指令的具體功能；不同點主要表現在：處理指令執(zhí)行步驟的辦法，提供控制信號的方案不一樣，組合邏輯控制器是用節(jié)拍發(fā)生器指明指令執(zhí)行步驟，用組合邏輯電路直接給出應提供的控制信號，其優(yōu)點是運行速度明顯地快，缺點是設計與實現復雜些，但隨著大規(guī)模現場可編程集成電路的出現，該缺點已得到很大緩解；微程序的控制器是通過微指令地址的銜接區(qū)分指令執(zhí)行步驟，應提供的控制信號是從控制存儲器中讀出來的，并經過一個微指令寄存器送到被控制部件的，其缺點是運行速度要慢一些，優(yōu)點是設計與實現簡單些，易于用于實現系列計算機產品的控制器，理論上可實現動態(tài)微程序設計?？己说闹R點：(1)組合邏輯和微程序的兩種控制器的功能與組成；（2）組合邏輯和微程序的兩種控制器的運行原理；（3）組合邏輯和微程序兩種控制器的應用場合與優(yōu)缺點。三．（10分）1．說明多級結構的存儲器系統(tǒng)是建立在什么原理之上的？解釋什么是多級結構存儲器系統(tǒng)中的一致性原則和包含性原則？答案：建立在程序運行的局部性原理之上的，即在一小段時間內，運行的程序只使用少量的指令和少量的數據，而這少量的指令和少量的數據往往又集中在存儲器的一小片存儲區(qū)域中，指令順序執(zhí)行比轉移執(zhí)行的比例要大，故可以按對所使用的指令和數據的急迫和頻繁程度，將其存入容量、速度、價格不同的存儲器中，從而取得更高的性能價格比。一致性原則，指保存在不同級的存儲器中同一個數據必須有相同的值；包含性原則，指保存在內層存儲器（靠近CPU）中的數據一定也被保存在外層存儲器中，即保存在內層存儲器中的數據只是已保存在外層存儲器中更多數據中的一小部分的復制品?？己说闹R點：（1）多級結構的存儲器系統(tǒng)的運行原理；（2）多級結構存儲器系統(tǒng)運行的必備條件（基本原則）；（10分）2.用16K8bit的靜態(tài)存儲器器件實現64K16bit的主存儲器系統(tǒng)，按字尋址，請設計并畫出該主存儲器的邏輯框圖，說明地址總線和數據總線的位數，該存儲器與16位字長的CPU的連接關系。答案：該存儲器所用器件的容量為16K8bit，為實現64K的總容量，要用4片存儲器芯片實現字擴展，為實現16位的字長，每個字要用2片芯片實現位擴展，故該主存總計用8片存儲器芯片實現。要尋址64K字，內存地址應為16位；CPU與內存字長為16位，故數據總線也應為16位。88816816CPUCPU1616地址寄存器地址寄存器譯碼器譯碼器14位14位片選信號片選信號讀寫控制信號送到每個內存片，省略未畫?？己说闹R點：（1）動態(tài)與靜態(tài)存儲器芯片的不同特性；（2）內存系統(tǒng)與CPU之間的連接關系；（3）靜態(tài)存儲器系統(tǒng)中的字、位擴展技術；（4）高速緩沖存儲器系統(tǒng)的實現和讀寫原理。四．（10分）1．說明通用可編程輸入/輸出接口電路中通常應包括那些組成部件，各自的主要功能是什么？通用可編程接口一詞中的通用和可編程是何含義。答案：設備識別電路，用于CPU找到要用的設備；數據緩沖（輸入/輸出）寄存器，用于解決CPU與設備間交換數據時的緩沖問題；控制寄存器，用于存放CPU送到接口的控制命令等；狀態(tài)寄存器，指出設備的運行狀態(tài)，供CPU查詢；中斷邏輯電路，用于記憶中斷請求，處理屏蔽中斷，響應中斷及處理等；其它可能有關的電路（如電平轉換、串并行轉換等）。通用可編程接口一詞中的通用，是指該接口電路有多種功能和用法，可編程則指可以用計算機指令指定該接口的功能、運行方式、運行控制參數等。考核的知識點：（1）輸入/輸出接口中的功能電路的組成；（2）通用、可編程接口電路中的有關概念；（3）通用、可編程接口電路的初始化和使用問題；（5分）2.說明激光打印機原理性組成和完成打印操作的運行過程；答案：激光打印機原理性組成，記錄鼓，帶電器，印字機控制器，碳粉盒，打印紙及其走紙機構，轉印裝置，加熱部分等；打印操作的運行過程：帶電器在記錄鼓表面充一層電荷，印字機控制器把要打印的內容（如字符）的點陣信息以激光束的形式照射到已帶電的記錄鼓表面，以放掉無打印點要求的全部位置上的電荷，當記錄鼓轉動到碳粉盒處，有打印點要求的位置上的電荷會將碳粉吸引上來，當帶有碳粉字形的記錄鼓轉動到轉印裝置處時，打印紙正處在記錄鼓和轉印裝置之間，轉印裝置上所加的更強的反向電荷將把記錄鼓上所帶有字形碳粉吸引到打印紙上，加熱部分將把紙上的碳粉熔化并烘干，使已在打印紙上的字形牢固地保存下來，完成了打印過程。考核的知識點：（1）激光打印機原理性組成；（2）激光打印機完成打印操作的運行過程；（3）最常用的輸入/輸出設備的組成及其運行原理。（5分）3.總線上的BURST傳送方式（成組數據傳送）與正常傳送方式的區(qū)別是什么?簡要說明一次中斷的響應與處理過程。答案：總線上的BURST傳送方式是通過一次地址時間跟多次數據時間，高速完成一組（多個）數據傳送；正常傳送方式是通過一次地址時間跟一次數據時間來完成一個數據傳送過程；一次中斷的響應與處理過程：當有中斷請求時，若此時系