《计算机组成原理》期末复习资料

《计算机组成原理》期末复习资料

说明：本份资料由五部分构成，按重要程度由前至后排版，其中，★越多，内容越重要。

一、名词解释（推荐指数：★★★★★）

1.CPU：把运算器和控制器组合成一个整体，称为中央处理器，简称CPU。

2.主机：将CPU和主存合称主机。

3.模拟信号：一种随时间连续变化的电信号。

4.数字信号：一种在时间上或空间上断续变化的电信号。

5.电平信号：利用电平信号的高、低状态表示不同的代码，所以电平信号通常需要一段有效维持时间。

6.脉冲信号：脉冲信号的电平维持时间很短，可用一根信号线发出一串脉冲信号。

7.输入设备：将各种形式的外部信息转换为计算机能够识别的代码形式送入主机。

8.输出设备：将计算机处理的的结果转换为人们所能识别的形式输出。

9.总线：一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线与相关逻辑。

10.接口：泛指系统总线与外部设备之间连接的逻辑部件。

11.目标（目的）程序：利用机器语言表示的二进制程序。

12.真值：用正、负符号加绝对值表示数值，用这种形式表示的数值称为真值。

13.机器数：在计算机内部使用的，连同符号一起数码化了的数，称为计算数。

14.定点数：小数点固定不变的数叫做定点数。

15.浮点数：浮点数是一种小数点位置不固定，可随需要浮动的数。

16.隐地址：如果地址以隐含的方式约定，而指令中并不给出该地址码，则称此地址码为隐地址。

17.显地址：如果指令码中明显地给出地址，则称此地址为显地址。

18.堆栈：堆栈是一种按“后进先出”存取顺序进行存取的存储结构。

19.时序信号：时序信号是一个用来各个时段用来执行哪些微操作的标志。它规定这个微操作在什么时候发出去。

20.溢出：如果运算结果超出表示的范围，表示溢出。

21.正溢：大于正整数，称为正溢。

22.负溢：沿负的方向超出绝对值最大负数，称为负溢。

23.主存：主存是用来存放CPU需要使用的程序和数据的存储器。

24.外存：外存是用来存放大量的需要联机保存的文件的存储器。

25.高速缓存：高速缓存是为了提高CPU速度的访存速度，在CPU和主存之间设置的一级速度很快的存储器，容量较小，用来存放CPU当前正在使用的程序和数据。

26.并行总线：并行总线，就是并行接口与计算机设备之间传递数据的通道。

27.串行总线：串行总线，就是串行接口与计算机设备之间传递数据的通道。

28.输入/输出接口：主机与外围设备或其他外部系统之间的接口部件。

29.软件接口：软件模块之间的交接部分，称为软件接口。

30软硬接口：硬件与软件的相互作用，所涉及的硬件逻辑与软件，又称为软硬接口。

31.并行接口：采用并行传送方式在微型计算机与外部设备之间进行数据传送的接口。

32.串行接口：采用串行传送方式在微型计算机与外部设备之间进行数据传送的接口。

33.中断接口：如果主机与外围设备之间的信息传送信息采用程序中断方式控制，则接口需要有相应的中断系统所需的逻辑，这样的接口称为中断接口。

34.DMA中断：如果主机与高速外围设备之间的信息传送采用DMA方式控制，则接口中需要有相应的DMA逻辑，这样的接口称为DMA接口。

35.硬件中断：由某个硬件中断请求信号引发的中断。

36.软中断：由执行软中断指令引起的中断。

37.内中断：来自主机内部的中断请求。

38.外中断：中断源来自主机外部，一般指外部设备中断。

二、简答题（推荐指数：★★★★★）

1.计算机硬件由哪五部分构成，并简述其功能？

答：运算器：实现各种算术和逻辑运算的部件。

存储器：存放程序、原始数据、中间结果、最终结果。

输入设备：实现程序和原始数据输入计算机的部件。

输出设备：将运算结果输出出来的设备。

控制器：控制计算机的各种部件的设备。

2.简述计算机工作的流程图？

3.冯·诺依曼体制的主要思想是什么？

答：①采用二进制代码形式表示信息；②采用存储程序工作方式；③计算机硬件系统由五大部件（控制器、运算器、存储器、输入设备和存储设备）组成。

4.信息的数字化含义有哪些？

答：①用数字代码表示各种信息；②用数字信号表示各种数字代码。

5.用数字化方法表示信息的主要优点有哪些？

答：①在物理上容易实现信息的表示与存储；②抗干扰能力强、可靠性高；③数值的表示范围大、表示精度高；④表示的信息类型极其广泛；⑤能用数字逻辑技术进行信息处理。

6.如何区分指令和数据？

答：①约定不同，指令代码按指令格式约定，数据按数据格式约定；②取指周期取出的是指令，它送往控制器的指令寄存器IR，由控制器解释而发出一系列微操作信息；而执行周期从内存中读出或送入内存的信息是数据，它流向运算器或由运算器流向内存；③一般指令存放在主存程序区，数据存放在内存的数据区。

7.为什么系统总线与输入/输出设备之间设置接口部件？

答：因为计算机系统通常采用标准的系统总线，每种总线标准都规定了其地址线和数据线的位数、控制信号线的种类和数量等。计算机系统所连接的各种设备并不是标准的，在种类与数量上都是可变的。为了将标准的系统总线与各具特色的输入/输出设备连接起来，需要在系统总线与输入/输出设备之间设置一些部件，它们具有缓冲、转换、连接等功能，这些部件称为输入/输出接口。

8.总线结构有哪些特点？

答：①数据通路结构简洁；②数据传送控制方便；③系统扩展易于实现。

9.什么是硬、软件在功能上的逻辑等价？

答：在计算机中，实际上有许多功能既可以直接由硬件实现，也可以在硬件支持下依靠软件来实现，对用户而言，在功能上是等价的。这种情况称为硬、软件在功能上的逻辑等价。

10.什么是硬件软化？什么是软件硬化？

答：原来由硬件实现的功能用软件实现，称为硬件软化。

原来由软件实现的功能用硬件实现，称为软件硬化。

11.什么是机器语言物理机？什么是虚拟机？

答：计算机硬件的物理功能是执行机器语言程序，因此相对于实际机器的这一级就成为机器语言物理机。

所谓虚拟机，一般是指通过配置软件、扩充机器功能所形成的一台计算机，而实际硬件在物理功能上并不具备这种语言功能，在汇编语言这一级，用户看到计算机能将接收并执行用汇编语言编写的程序，但实际的物理机只能执行机器语言，它通过配置汇编程序后才能处理汇编语言程序。所以用户在汇编语言这一级看到的是一台能够执行汇编语言功能的虚拟机。

12.什数字计算机的特点有哪些？

答：①自动连续的执行程序；②运算速度快；③运算精度高；④存储能力强；⑤通用性好。

13.计算机的主要性能指标有哪些？

答：①基本字长；②运算速度；③数据通路宽度与数据传输率；④存储容量；⑤外围设备配置；⑥软件配置。

14.指令采用隐含地址的优点是什么？

答：①简化指令的地址结构；②减少指令的显地址数；③减小指令的长度；④节省程序所占的存储空间；⑤减小读取与执行指令所需时间；⑥提高程序的运行速度。

15.什么是同步控制方式？其有何优、缺点？

答：同步控制方式是指用统一发出的时序信号对各项操作进行同步控制。

优点：①时序关系简单；②时序划分规整；③控制不复杂；④控制部件在结构上易于集中；⑤设计方便。

缺点：①在时间的安排上可能不合理；②对时间的利用不经济。

16.什么是异步控制方式？其有何优、缺点？

答：异步控制方式是指各项操作不受同一时序信号的约束，而是根据实际需要安排不同的时间。

优点：①时间安排紧凑、合理；②能按不同部件、不同设备的实际需要分配时间。

缺点：控制比较复杂。

17.什么是直接程序传送？其有何优、缺点？

答：直接程序传送，是指CPU在现行程序中通过直接执行I/O指令来实现数据的传送。由于启动外设和数据交换均在统一程序中进行，因此CPU在启动外设后只能查询外设的状态，等待外围设备准备好或完成一次操作，再用I/O指令与外设进行数据交换。

优点：①不需要增加CPU硬件；②控制简单。

缺点：①CPU启动外设后只能查询等待，不能做其他的事情，因而CPU与外设不能并行工作，使CPU的利用率降低；②从启动设备到数据交换，所有操作均由程序实现安排，CPU不能响应随机请求，无实时处理能力。

18.什么是程序中断传送方式？其有何优、缺点？

答：程序中断传送方式，是指在程序运行中，CPU收到随机中断请求后，暂停中止现行程序的执行，转去执行为该随机事件服务的中断处理程序，处理完毕后自动恢复原程序的执行。

优点：①能够处理比较复杂的随机事件；②可以并行工作。

缺点：程序的执行以及原程序与服务程序之间的切换都需要花费一定的时间，影响到中断处理的速度。所以，中断处理方式适用于中、低速的I/O操作。

19.什么是DMA初始化？DMA初始化包括哪些信息？

答：DMA初始化：虽然DMA传送本身是直接依靠硬件实现的，但为了实现有关控制，CPU需要实现向DMA控制器传送出有关控制信息。在调用I/O设备时，通过程序所做的这些准备工作称作DMA初始化，即向DMA控制器与接口设置初始信息。

DMA初始化包括4种信息：①传送方向；②主存缓冲区首址；③交换量；④外设寻址信息。

20.什么是DMA方式？其有何优、缺点？

答：DMA方式：直接依靠硬件在主存与I/O设备之间传送数据的一种工作方式，在传送期间不需要CPU执行程序进行干预。

优点：①传送速度快；②传送操作简单。 缺点：难以识别和处理复杂事态。

21.请分别写出三种溢出逻辑判断表达式，并解释一下？

答：（1）溢出逻辑判断一

“溢出”=

说明：、分别表示两数数符，用表示结果的符号。只有同号数相加才可能产生溢出，而溢出的标志是结果数符与操作数符相反。

（2）溢出逻辑判断二

“溢出”=

说明：用表示符号位产生的进位，用C表示最高有效位。当与C不同时表明溢出。

（3）溢出逻辑判断三

“溢出”=

说明：用、分别表示第一符号位、第二符号位。双符号位的含义：00——结果为正，无溢出；01——结果正溢；10——结果负溢；11——结果为正，无溢出。

22.响应中断的条件有哪些？

答：①有中断请求信号发生。②该中断请求未被屏蔽。③CPU处于开中断状态。④没有更重要的的事要处理。⑤CPU刚刚执行的指令不是停机指令。⑥在一条指令结束时响应。

23.依靠硬件实现程序中断响应过程，需要哪4项操作？

答：①关中断。

②保存断点。将程序计数器PC的内容保存起来，一般是压入堆栈。此时，PC内容为恢复原程序后的后继指令地址，称为断点。

③获取服务程序的入口。被批准的中断源接口通过总线向CPU送入向量地址。CPU据此在中断周期中访问中断向量表，从中读取服务程序的入口地址。

④转向程序运行状态，以此开始执行中断服务程序。

三、计算题（推荐指数：★★★★★）

1.若X补=0.1010，写出其X原和真值X。 2.若X补=1.1010，写出其X原和真值X。

解：X原=0.1010 真值X=+0.1010 答：X原=1.0110 真值X=-0.0110

3.（课本第24页~~第27页）二进制与十进制整数、小数之间的转换。

4.用变形补码计算（X+Y）补=？并指出是否有溢出。

（1）X补=00.110011，Y补=00.101101；（4）X补=11.001101，Y补=11.010011.

解：（1） （4）

00.110011 11.001101

+00.101101 +11.010011

01.100000 10.100000

正溢 负溢

5. 用变形补码计算（X—Y）补=？并指出是否有溢出。

（1）X补=00.100011，Y补=00.101101；（4）X补=11.101101，Y补=11.010011.

解：（1） （4）

00.100011 11.101101

+11.010011 +00.101101

11.110110 00.011010

结果为负，无溢出 结果为正，无溢出

小结：请详细查看课本第104页的“补码加减运算的基本关系式”等相关内容。

6.（课本第109页）补码一位乘法的运算与求解。

四、综合设计题（推荐指数：★★★★★）

1.某半导体存储器容量7K×8b.固化区4K×8b，可选EPRON芯片：2K×8b/片。随机读写区3K×8b，可选SRAM芯片：2K×4b/片、1K×4b/片.地址总线A15~A0（低），双向数据总线D7~D0（低），R/W控制读写。请设计并且画出该存储器逻辑图，并且注明地址分配与片选逻辑式及片选信号极性。

答：（1）存储空间分配与芯片

2K×8
2K×8
2K×4	2K×4
1K×4	1K×4

（2）地址分配与片选逻辑

芯片容量 芯片地址 片选信号 片选逻辑

2K ~

2K ~

2K ~

1K ~

（3）逻辑图

五、课本详细知识（推荐指数：★★☆☆☆）

学有余力的同学，可以参看课本详细内容，以求更深层次的理解。