计算机原理答案

第1章  计算机系统概论

1、运算器的构成

答:运算器由 算术逻辑运算单元ALU 、 通用寄存器组 、 浮点运算单元FPU 、 专用寄存器 等组成。

2、运算速度的计算（例1.2)

例1.2某X86微处理器的时钟频率为400MHz，执行一条指令平均需要2个机器周期，则该处理器指令平均执行速度约为多少MIPS?

    解：由题可知，微处理器的时钟频率为400MHz，CIP为2×4=8个时钟周期。

                MIPS=400MHz/8×10–6=50(MIPS)

3、冯·诺依曼结构计算机的基本思想？（问答）

答：（1）计算机由五大基本部件组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备；（2）数据和程序采用二进制形式表示，不加区别存放在存储器中；（3）采用存储程序的思想，让程序指挥计算机自动完成各种工作。

4、控制器执行指令的具体过程是怎样的？（问答）

答：读取指令。指令计数器PC中存放即将执行指令的地址，通过地址总线送给主存储器进行地址译码，然后选中某单元，该单元中存储的指令通过数据总线传输给控制器的指令寄存器IR，同时PC自动加1，准备好下一条指令的地址。至此读取指令的结束。

分析指令。指令由操作码和地址码组成。操作码指定指令的操作类型，如加、减、乘、除、取数、存数等。地址码用于指定参与计算的数据应从存储器的哪个单元取，以及计算的结果保存到哪个单元。

执行指令。所有相关部件在控制器发出的操作控制信号的控制下，完成规定的操作。

第2章   数据表示与运算方法

1、用变形补码（双符号位）计算[x+y]补， [x-y]补，并判断是否溢出？

例、已知X=-0.1010，Y=-0.0110用变形补码求[x+y]补，已知X=0.1101，Y=1.0110用变形补码求 [x-y]补

由X=-0.1010，Y=-0.0110可得[X]补=11.0110，[Y]补=111010.

解：根据加法运算规则有[x+y]补=[X]补+[Y]补=11.0110

                                       + 11.1010

                                        111.0000     

根据补码的定义，最左边的1丢掉，S1S2=11可知结果为负数，未溢出。

由X=0.1101，Y=1.0110，所以：[X]补=00.1101，[Y]补=11.1010，[-Y]补=00.0110

根据减法运算规则有[x-y]补=[X]补+[-Y]补=00.1101

                                   + 00.0110

                                     01.0011

由S1S2可知结果产生溢出，是错误的。

第3章 存储系统

1、存储系统的评价指标：

答： 存取速度 、 存储容量 、 可靠性 、 性价比 

2、什么叫存储器存取时间MAT?(名词）

答：指的是从启动存储器操作到完成该次操作所经历的时间。

3、高速缓冲存储器cache的出现，主要基于CPU对主存访问的局部性原理

答：在“存储器的层次结构”部分已经讨论了高速缓冲处理器Cache出现的原因，即为了解决主存与CPU间速度不匹配问题而提出的折中方案。cache的出现，主要基于CPU对主存访问的局部性原理。在一定时间内，CPU从主存读取的指令或者数据往往是相邻或者处于局部区域内的。这种现象主要是由冯·诺依曼结构和程序设计方法造成的。

4、随机访问存储器RAM的特征：访问时间与存储单元地址无关答：RAM中的每一个单元都可以地直接访。每两次连续访问之间的关系是的，两次访问单元位置与访问时间无关。5、动态存储器的特征：需要定时刷新

6、例3.1：某存储器容量空间2GB，每个存储单元大小4KB，试问欲访问该存储器时应当提供多少根地址线和多少根数据线。解：存储空间中一共含有单元数量为     

    2GB / 4KB = 512K = 219    所以需要19根地址线进行访问    存储单元为4KB = 212 B = 215 bit    所以需要15根数据线进行访问

例3.2：一个具有20位地址和位字长的存储器，问;

(1)该存储器能存储多少个字节的信息？

(2)如果存储器由128KB×8位SRAM芯片组成，需要多少芯片？

(3)需要多少位地址作芯片选择？

解：（1）220=1MB所以寻址空间为1MB

     该存储器能存储的信息为：1MB×/8=8MB

     (2)每个单元为位，需要8片SRAM，即8片SRAM满足128KB位字长的存储器要求。

      一个小组8片SRAM，即一片128KB×位，1024/128=8，共需要8个小组，所以需要8×8=片。

（3）其中需要进行8组芯片的寻址，所以需要3根地址线作为芯片选择。

例3.3已知某位机主存采用半导体存储器，其地址码为26位，若使用256KB×16位的DRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问：

（1）每个模块板为1024KB×位，共需几个模块板？

（2）每个模块板内共有多少DRAM芯片？

（3）主存共需要多少DRAM芯片？CPU如何选择各模块板？

解：（1）共需模块板数为：226/1024KB=226/220=26=块

   （2）每个模块板内的DRAM芯片数应为： 

（1024/256）×（/16）=16片

（3）主存共需DRAM芯片为：16×=1024片

每个模块板有16片DRAM芯片，容量为1024KB×位，需要20根地址线组成模块。

7、Cache的地址映射有哪3种方式？（问答）

答：有 全相联映射 、 直接映射  、 组相联映射 三种方式。

8、虚拟存储器有哪几种形式？（问答）

答： 页式虚拟存储器 、 段式虚拟存储器 和 段页式虚拟存储器 。

第4章 处理器

1、CPU的组成

  答：CPU的内部组成部分除了 控制器 和 运算器 两大部分外，还包括 中断控制逻辑 、 一定数量的寄存器 和 高速缓存 部件等。

2、控制器的分类：硬布线、微程序控制器

3、微指令寄存器由微命令寄存器和微地址寄存器构成

4、什么叫指令周期？（名词）

  答：指令周期是指取出一条指令并执行这条指令所需的全部时间

5、什么叫存储周期时间？（名词）

   答：连续启动两次写操作所需间隔的最小时间

6、微程序控制器的工作过程是怎样的（问答）

   答：（1）执行取指令的公共操作（2）由机器指令的操作码字段通过地址转移逻辑产生出该机器指令所对应的微程序的入口微地址，并送入微地址寄存器（3）从控制存储器中逐条取出对应的微指令并执行之，每条微指令都能自动产生下一条微指令的地址（4）一条机器指令对应的微程序的最后一条微指令执行完之后，它的下一条微指令地址又回到公共取指微程序的入口地址

第5章     指令系统

1、指令的一般格式

   答： 零地址码指令 、 单地址码指令 、 双地址码指令 、 多地址码指令 

2、操作数地址在寄存器中，属于哪种寻址方式

   答：属于寄存器寻址

3、什么叫寻址方式？（名词）

   答：通常是指某一个CPU指令系统中规定的寻找操作数所在地址的方式,或者说通过什么的方式找到操作数

第6章总线系统

1、计算机系统的三总线是哪三种总线

   答：地址总线 、 数据总线 、 控制总线  

2、什么叫同步通信？（名词）

   答：同步通信指的是数据传送双方在统一时标触发下进行的通信过程。在总线系统中的   统一时标既可以来自于系统时钟也可以来自于设备时钟，只需要统一到总线控制器时钟信   号管理下既可。

第7章  输入输出系统

1、中断允许位IF=？时，中断请求可以得到CPU的响应

   答：中断允许位IF=1时，中断请求可以得到CPU的响应

2、关于DMA方式的基本原理

 答：在外设与主存储器之间传送数据时开辟一条“直接数据通道”，不需要CPU干预，不需要CPU中转，在两者之间进行高速数据传输的方式。在DMA传输方式中，通过DMA的一种专门硬件装置——DMA控制器对数据传送过程进行控制。

3、什么叫DMA方式？（名词）

   答：在外设与主存储器之间传送数据时开辟一条“直接数据通道”，不需要CPU干预，不需要CPU中转，在两者之间进行高速数据传输的方式。 

4、中断的处理过程包括哪4步？（问答）

  答：中断请求

  外部中断，每个中断源通过将中断请求触发器置位作为中断请求信号。该信号连接到CPU的的NMI或INTR引脚上。

  内部中断是通过内部中断控制逻辑产生。 

中断响应

  1）关中断 2）保存断点 3）识别中断源，转向中断服务程序  

中断服务

中断返回

5、I/O接口的控制方式有哪几种？（问答）

   答：程序直接控制方式 

   分为无条件传送方式和程序查询传送方式。 

程序中断控制方式 

DMA（直接存储器存取）传送方式

I/O通道控制方式 

填空题（10分）选择题（10分）名称解释（12分）计算题（28分）问答题（40分）