計(jì)算機(jī)組成原理簡(jiǎn)答題

1、問答：1.末端對(duì)齊的尺寸是多少小端字節(jié)意味著低位字節(jié)排列在存儲(chǔ)器的低位地址端，高位字節(jié)排列在存儲(chǔ)器的高位地址端。大端意味著高位字節(jié)排列在內(nèi)存的低位地址端，低位字節(jié)排列在內(nèi)存的高位地址端。2.什么是指令周期、機(jī)器周期和時(shí)鐘周期？這三者之間是什么關(guān)系？答：指令周期是指中央處理器完成一條指令的時(shí)間；機(jī)器周期是所有指令執(zhí)行過程的參考時(shí)間，它取決于指令的功能和設(shè)備的速度。一個(gè)指令周期包含幾個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期包含幾個(gè)時(shí)鐘周期。每個(gè)指令周期中的機(jī)器周期數(shù)可以不同，每個(gè)機(jī)器周期中的節(jié)拍數(shù)也可以不同。3.什么是巴士仲裁？為什么需要總線仲裁？答：總線仲裁是指當(dāng)總線上的每個(gè)主設(shè)備同時(shí)請(qǐng)求占用總線時(shí)，通過總線控

2、制器確定一個(gè)主設(shè)備可以按照一定的優(yōu)先級(jí)順序占用總線。由于總線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是在某一時(shí)刻只允許一個(gè)組件向總線發(fā)送信息，如果兩個(gè)以上的組件同時(shí)向總線發(fā)送信息，必然會(huì)導(dǎo)致無效的信號(hào)沖突傳輸，因此需要通過仲裁來解決。4.什么是“程序訪問的位置”？存儲(chǔ)系統(tǒng)中的哪一級(jí)采用程序訪問的局部性原則答：所謂程序訪問的局部性是指程序執(zhí)行過程中對(duì)內(nèi)存的訪問是不均勻的，因?yàn)橹鲀?nèi)存中指令和數(shù)據(jù)的地址分布不是隨機(jī)的，而是相對(duì)聚集的。存儲(chǔ)系統(tǒng)的高速緩存主存級(jí)和主存輔存級(jí)采用程序訪問局部性原則。對(duì)于高速緩存-主存儲(chǔ)器級(jí)別，由中央處理器執(zhí)行的最新程序被放置在具有較小容量和較高速度的高速緩存中。對(duì)于主存-輔存級(jí)，程序的頻繁訪問和活動(dòng)部

3、分被放置在主存中，這不僅提高了內(nèi)存訪問速度，而且擴(kuò)展了內(nèi)存容量。5.指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中。計(jì)算機(jī)如何將它們與時(shí)間和地址區(qū)分開來？解決方案：計(jì)算機(jī)有兩種方法來區(qū)分指令和數(shù)據(jù)：指令和數(shù)據(jù)通過不同的時(shí)間段來區(qū)分，即，在指令提取階段提取的指令(或提取的微程序)和在指令執(zhí)行階段提取的數(shù)據(jù)(或相應(yīng)的微程序)。根據(jù)地址來源的不同，它是由PC機(jī)提供的指令和由指令地址碼提供的操作數(shù)。6.除了使用高速芯片外，從計(jì)算機(jī)各子系統(tǒng)的角度出發(fā)，指出了提高整機(jī)速度的六項(xiàng)措施。對(duì)于內(nèi)存，可以采用Cache-主存級(jí)的設(shè)計(jì)和管理來提高整個(gè)機(jī)器的速度；對(duì)于內(nèi)存，可以采用多體并行結(jié)構(gòu)，提高整機(jī)速度；對(duì)于控制器，通過指令流設(shè)計(jì)技術(shù)可

4、以提高整機(jī)的速度；對(duì)于控制器，超標(biāo)量設(shè)計(jì)技術(shù)可以提高整機(jī)的速度；對(duì)于運(yùn)算符，可以改進(jìn)運(yùn)算方法，如兩位數(shù)乘法或快速進(jìn)位鏈；對(duì)于輸入輸出系統(tǒng)，直接存儲(chǔ)器存取技術(shù)可以用來提高中央處理器的效率，而不中斷當(dāng)前的程序。7.輸入/輸出的尋址方法是什么？他們的特點(diǎn)是什么？解決方案：有兩種常用的輸入/輸出尋址方法：輸入/輸出和內(nèi)存統(tǒng)一尋址以及輸入/輸出獨(dú)立尋址。特點(diǎn)：輸入輸出和內(nèi)存統(tǒng)一尋址方式下的輸入輸出地址采用與主存單元地址相同的格式，輸入輸出設(shè)備和主存占用相同的地址空間，所以中央處理器可以像主存一樣訪問輸入輸出設(shè)備，不需要安排特殊的輸入輸出指令。在輸入輸出獨(dú)立尋址模式下，機(jī)器專門為輸入輸出設(shè)備安排了一組與主

5、存地址格式完全不同的地址碼。此時(shí)，輸入輸出地址和主存地址是兩個(gè)獨(dú)立的空間，中央處理器需要通過特殊的輸入輸出指令來訪問輸入輸出地址空間。8.什么是指令周期？什么是機(jī)器循環(huán)？什么是時(shí)鐘周期？這三者之間是什么關(guān)系？指令周期是完成一條指令所需的時(shí)間。包括獲取、分析和執(zhí)行指令所需的所有時(shí)間。機(jī)器周期，也稱為中央處理器周期，是指時(shí)鐘周期是時(shí)鐘頻率的倒數(shù)，也可稱為拍脈沖或T周期，是處理操作的最基本單位。一個(gè)指令周期由幾個(gè)機(jī)器周期組成，每個(gè)機(jī)器周期由幾個(gè)時(shí)鐘周期組成。-9.簡(jiǎn)要說明哪些聯(lián)系方式可以用來在中央處理器和輸入輸出之間傳輸信息？它們用于什么場(chǎng)合？答：通常有三種方式在中央處理器和輸入輸出之間傳遞信息：直

6、接控制(即時(shí)響應(yīng))、同步和異步。適用場(chǎng)合有：直接控制適用于結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單、速度極其緩慢的輸入輸出設(shè)備。中央處理器在某種狀態(tài)下直接控制外圍設(shè)備，不需要接觸信號(hào)。同步模式采用統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)進(jìn)行通信，適用于中央處理器和輸入輸出速度差不大、傳輸時(shí)間短的場(chǎng)合。異步模式使用響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行通信，適用于中央處理器和輸入輸出之間速度差異大、傳輸距離長(zhǎng)的情況。10.假設(shè)中央處理器中的組件有：PC機(jī)、紅外、微波、多模雷達(dá)、加速控制、算術(shù)邏輯單元和控制單元，并采用非總線結(jié)構(gòu)。寫出地址周期：的所有微操作個(gè)人計(jì)算機(jī)-火星一號(hào)-火星一號(hào)-火星一號(hào)-火星二號(hào)-火星一號(hào)-火星二號(hào)-火星一號(hào)-火星一號(hào)-火星一號(hào)-火星一號(hào)-火星一號(hào)-火星

7、一號(hào)-火星一號(hào)-火星一號(hào)-火星一號(hào)-火星二號(hào)-火星一號(hào)-火星二號(hào)-火星一號(hào)-寫出存儲(chǔ)指令：的所有微操作Ad(IR) - MAR 1 - W ACC - MDR MDR-M(MAR)添加指令所有微操作ad(IR)-MAR 1-R M(MAR)-MDR(ACC)(MDR)-ACC11.在什么情況下，輸入輸出設(shè)備可以向中央處理器發(fā)出中斷請(qǐng)求？解決方案：輸入輸出設(shè)備向中央處理器發(fā)出中斷請(qǐng)求的條件是：輸入輸出接口設(shè)備工作完成狀態(tài)為1(D=1)，中斷屏蔽碼為0(屏蔽=0)，中斷請(qǐng)求觸發(fā)狀態(tài)為1(INTR=1)12.簡(jiǎn)要描述中斷過程。(1)當(dāng)中斷源未被屏蔽且工作完成時(shí)，提出中斷請(qǐng)求(2)各種中斷請(qǐng)求根據(jù)優(yōu)先

8、級(jí)排隊(duì)(3)當(dāng)中央處理器開啟或關(guān)閉，指令周期結(jié)束時(shí)，它響應(yīng)中斷請(qǐng)求(4)中央處理器執(zhí)行中斷隱式指令(保護(hù)硬件字段，關(guān)閉中斷，根據(jù)中斷向量找到中斷服務(wù)程序的入口地址)并執(zhí)行服務(wù)程序(5)保護(hù)中斷服務(wù)程序中的軟件站點(diǎn)(如果是多個(gè)中斷，打開中斷)，執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)，并在返回前恢復(fù)軟件站點(diǎn)。(6)中斷返回指令以恢復(fù)硬件站點(diǎn)。13.什么是快速緩存，它與主實(shí)體是什么關(guān)系？答：快速緩存是為了提高內(nèi)存訪問速度而在中央處理器和主內(nèi)存之間增加的一種高速內(nèi)存，對(duì)用戶來說是透明的。只要中央處理器最近需要的信息從主存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)移到高速緩存，中央處理器每次只能通過訪問快速緩存來訪問主存儲(chǔ)器，從而提高了存儲(chǔ)器訪問速度。主存的信息

9、由中央處理器按照一定的算法自動(dòng)轉(zhuǎn)移到緩存中。主存儲(chǔ)器和高速緩存之間具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的所有存儲(chǔ)單元的內(nèi)容必須一致，所以寫入高速緩存的所有信息也必須寫入對(duì)應(yīng)于高速緩存單元的主存儲(chǔ)器單元。14.中斷隱式指令的功能是什么解碼中斷隱式指令：在中央處理器對(duì)中斷作出響應(yīng)后，經(jīng)過一些操作，它開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這些操作是由硬件直接實(shí)現(xiàn)的功能。這些操作包括：(1)保存斷點(diǎn)(2)暫時(shí)不允許中斷(3)引出中斷服務(wù)程序15.什么是單一中斷，什么是多重中斷？實(shí)現(xiàn)多重中斷的條件是提前打開中斷，即在保護(hù)中斷服務(wù)程序中的軟件字段后，將中斷許可觸發(fā)器設(shè)置為1。實(shí)現(xiàn)單次中斷的條件是在中斷服務(wù)結(jié)束后打開中斷，并將中斷允許觸發(fā)器設(shè)置為

10、1。計(jì)算問題：5.根據(jù)機(jī)器補(bǔ)碼的浮點(diǎn)運(yùn)算步驟計(jì)算xy補(bǔ)碼，其中x=2-011(-0.100 010)，y=2-010(-0.011 111)x=2-011(-0.100010)，y=2-010(-0.011111)x補(bǔ)碼=1，101；1.011 110，y補(bǔ)碼=1，110；1.100 0011)訂單匹配：流程與(1)中的(1)相同，則x補(bǔ)碼=1，110；1.101 1112)尾數(shù)運(yùn)算：Mx補(bǔ)編My補(bǔ)編=11.101111 11。100001=11.010000Mx補(bǔ)碼-My補(bǔ)碼=11.101111 00.011111=00.0011103)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化：x，y補(bǔ)碼=11，110；11.010

11、000，這已經(jīng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字x-y補(bǔ)碼=11，110；00.001 110=11，100；00.111000(尾數(shù)6.根據(jù)機(jī)器補(bǔ)碼的浮點(diǎn)運(yùn)算步驟計(jì)算xy補(bǔ)碼，其中x=2101(-0.100 101)，y=2100(-0.001 111)x補(bǔ)碼=0，101；1.011 011，y補(bǔ)碼=0，100；1.110 0011)訂單：DE補(bǔ)碼=00，101 11，100=00，001 0，應(yīng)該從Ey到Ex對(duì)齊，然后：Ey補(bǔ)碼1=00，100 00，001=00，101=ex補(bǔ)碼y補(bǔ)碼=0，101；1.111 000(1)2)尾數(shù)運(yùn)算：Mx補(bǔ)充我的補(bǔ)充=11.011011 11.111000(1)=11

12、.010011(1)Mx補(bǔ)碼-My補(bǔ)碼=11.01101100.000111(1)=11.100010(1)3)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化：x，y補(bǔ)碼=00，101；11.010 011(1)，這已經(jīng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字x-y補(bǔ)碼=00，101；11.100 010(1)=00，100；11.000 101(尾數(shù)左規(guī)一次，訂單代碼減1)4)舍入：x，y補(bǔ)碼=00，101；11.010 011(住宅)x-y補(bǔ)碼不變5)溢出：無然后：x y=2101(-0.101 101)x-y=2100(-0.111 011)7.計(jì)算xy補(bǔ)碼。x=2-011 0.101 100，y=2-010(-0.011 100)根據(jù)機(jī)器補(bǔ)

13、碼的浮點(diǎn)運(yùn)算步驟解決方法：首先，將x和y轉(zhuǎn)換成機(jī)器編號(hào)的形式：(1)x=2-011 0.101 100，y=2-010(-0.011 100)x補(bǔ)碼=1，101；0.101 100，y補(bǔ)碼=1，110；1.100 100Ex補(bǔ)碼=1，101，y補(bǔ)碼=1，110，Mx補(bǔ)碼=0.101 100，My補(bǔ)碼=1.100 1001)訂單：DE補(bǔ)碼=Ex補(bǔ)碼-Ey補(bǔ)碼=11，101 00，010=11，111 0，如果Ex應(yīng)與Ey對(duì)齊，則：Ex補(bǔ)碼1=11，101 00，001=11，110=ey補(bǔ)碼x補(bǔ)碼=1，110；0.010 1102)尾數(shù)運(yùn)算：Mx補(bǔ)充我的補(bǔ)充=0.010 110 11.100 1

14、00=11.111010Mx補(bǔ)碼-My補(bǔ)碼=0.010 110 00.011100=00.110 0103)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化：x，y補(bǔ)碼=11，110；11.111 010=11，011；11.010 000(尾數(shù)左規(guī)3次，訂單代碼減3)x-y補(bǔ)碼=11，110；00.110 010，這已經(jīng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字。4)舍入：無5)溢出：無然后：x y=2-101(-0.110 000)x-y=2-0100.110 0108.有四種中斷源：A、B、C和D。響應(yīng)優(yōu)先級(jí)從高到低依次為ABCD，處理優(yōu)先級(jí)從高到低依次為ADCB。首先寫出每個(gè)中斷源的屏蔽字。如果中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間為20s，則四個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)

15、出請(qǐng)求，并繪出執(zhí)行該程序的中央處理器的軌跡。中斷源屏蔽詞ABCD甲：是的。中斷源屏蔽詞A1111B0100C0110D01119.讓一臺(tái)機(jī)器配備四個(gè)設(shè)備，即A、B、C和D，它們的優(yōu)先級(jí)順序是ABCD?，F(xiàn)在需要將中斷處理順序改為DACB(1)并寫出對(duì)應(yīng)于每個(gè)中斷源的掩碼(2)根據(jù)下圖時(shí)間軸中給出的四個(gè)中斷源的請(qǐng)求時(shí)間，畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。讓每個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序時(shí)間為20s。中斷源屏蔽詞ABCD中斷源屏蔽詞A1110B0100C0110D1111回答：10在程序查詢模式的輸入輸出系統(tǒng)中，假設(shè)不考慮處理時(shí)間，每個(gè)查詢操作需要100個(gè)時(shí)鐘周期，CPU的時(shí)鐘頻率為50MHZ。有兩種設(shè)備：鼠標(biāo)和

16、硬盤，中央處理器必須每秒查詢鼠標(biāo)30次。硬盤以32位字長(zhǎng)為單位傳輸數(shù)據(jù)，即每32位由中央處理器查詢一次，傳輸速率為2兆字節(jié)/秒。從中央處理器查詢這兩個(gè)設(shè)備所花費(fèi)的時(shí)間比率可以得出什么結(jié)論？答：中央處理器每秒查詢鼠標(biāo)30次，所需的時(shí)鐘周期數(shù)是10030=3000根據(jù)中央處理器的時(shí)鐘頻率是50兆赫，即每秒50106個(gè)時(shí)鐘周期，鼠標(biāo)查詢到中央處理器的時(shí)間比率是(3000/(50 x 106)x I00%=0.006%可以看出，鼠標(biāo)的查詢基本上不影響CPU的性能。對(duì)于硬盤，中央處理器每查詢32位，所以每秒查詢的次數(shù)是2MB/4B=512K那么每秒鐘的時(shí)鐘周期數(shù)是1005121024=52.4106因此，磁盤查詢占用的CPU時(shí)間比率為(52.4 x 106)/(50 x 106)100%=105%可以看出，即使CPU把所有的時(shí)間都花在查詢硬盤上，也不能滿足磁盤傳輸?shù)囊螅訡PU一般不通過程序查詢的方式與磁盤交換信息-29、在手術(shù)過程中，醫(yī)生經(jīng)常伸出手，等護(hù)士把手術(shù)刀遞過來，等醫(yī)生收緊后，護(hù)士才松手。如果將醫(yī)生和護(hù)士視為兩個(gè)通信模塊，上述一系列動(dòng)作相當(dāng)于異步通信中的_ _ _ _ _ _ _ _ _模式。30.隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片