计算机组成原理复习题

1.冯.诺依曼主要三个思想是什么？

（1）计算机硬件是由5大基本部分组成:运算器,控制器,存储器,输入设备,输出设备

（2）采用二进制

（3）程序和数据一样存放在存储器中

2.计算机硬件由哪5部分组成？

运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备组成。

（1）运算器（执行部件）：对数据进行算术运算和逻辑运算。主要由算术逻辑运算单元（核心），累加器，和寄存器组成。

（2）控制器（指挥中心）：控制计算机各部件或器件自动协调动作，主要由控制单元，程序计数器和指令寄存器组成。功能是解释程序，按照程序的指令序列依次从存储器中取出命令，产生控制信号，并发送给各个部件或器件，指挥整个运算过程

（3）存储器（存储中心）：用于存放程序和数据，主要由存储体、逻辑控制电路、数据与地址寄存器等组成。由一定数量的存储单元组成。

（4）输入输出设备：输入设备=>将人们熟悉的信息形式转变为计算机能识别的二进制存入到内存中（键盘、鼠标、扫描仪、光笔等）。输入设备=>用于将存入在内存中的由计算机处理的结果转变为人们能接受的形式输出（显示器、打印机、绘图仪等）。**

3.VLSI中文的意思是什么？

VLSI是超大规模集成电路(Very Large Scale Integration)的简称

4.列举出三个计算机应用领域？

​ （1）科学计算：地震预测、气象预报、航天技术

​ （2）信息管理（数据处理）：企业管理、物资管理

​ （3）计算机控制（自动控制）

​ （4）计算机辅助工作技术

​ （5）异域通信领域

​ （6）人工智能领域

5.计算机系统分哪两大系统？

硬件系统和软件系统

6.计算机内部信息包括哪两大信息？

（1）控制信息，即操作命令，其发源地为控制器；

（2）数据流，它受控制信息的控制，从一部件流向另一部件，边流动边加工处理。

7.计算机性能主要包括哪三个主要性能？

（1）基本字长: 是参与运算的数的基本长度，用二进制数位的长短来衡量，取决寄存器、加法器、数据总线等部件的位数。

（2）主存容量:可以用字节，有的用字长，K、M、G、T

（3）运算速度: 是每秒能执行的指令条数来表示，单位是条/秒。（MIPS）

8.现代计算机系统分为五个层次级别是如何划分的？

（1）第一级：微程序设计级（硬件级）

（2）第二级：一般机器级（机器语言级）

（3）第三级：操作系统级，是操作系统程序实现(混合级)

（4）第四级：汇编语言级（一种符号形式语言）。

（5）第五级：高级语言级

9.机器数是指什么？它主要是解决了数值的什么表示？

（1）机器数是把符号数字化的数，可将正负号用0和1来代替的数值（2）数在计算机中的二进制表示形式

10.机器数有哪4种表示方法？

原码表示法、补码表示法、和移码（补码的符号位取反）表示法四种

11.计算机数值有哪两种表示方式？它主要解决了数值的什么表示？

真值和机器码。主要解决数值得编码问题。

12.浮点数在计算机内部表示两种方式是如何安排的？

13.尾数是补码表示其规格化如何表示？

正数：0.1×…× 负数：1.0×…×（×表示1或0）

14.解释计算机内部数值0和字符0有何不同？

数值0在计算机中表示低电平，而字符0为其ASCII码48H，是一种数的编码。

15.计算机如何判断加法溢出的？

（1）符号位判别法：Zf为运算结果符号位。两数同为正，Zf=1(结果为负)时,负溢出；两数同为负，Zf=0（结果为正），正溢出。

（2）进位判别法：Cs表示符号位的进位，Cp表示最高数值位进位。若 Cs⊕Cp =0（保持一致），无溢出；若 Cs⊕Cp =1，有溢出。

（3）双符号位判别法：两个符号位同时参加运算,若符号为01 => 正溢出；若符号位为10 => 负溢出.两个符号位的最高位仍为正确的符号; 结果中如果两个符号位相同，则未溢出。**

16.半加器与全加器有什么不同？

全加器：三个二进制的输入会考虑低位进位

​ 半加器：两个二进制输入，不能处理进位

17.ALU中文含义？

算术逻辑运算单元

18.并行进位链有哪两种实现方式？

​ 1）组内并行、组间串行的进位链：将n位全加器分成若干小组，小组内的进位同时产生，小组与小组之间采用串行进位

​ 2) 组内并行、组间并行的进位链：将n位全加器分成若干大组，大组又包含若干小组。每个大组的最高进位同时产生，大组与大组之间采用串行进位

19.浮点加法运算有哪4个步骤？

​ ①求出两阶码差:对阶E=m-n;

​ 若△E=0，尾数不移位;

​ 若△E>0，Y的尾数右移m-n位，n增加m-n位;

​ 若△E<0, X的尾数右移n-m位，m增加n-m位。小阶向大阶移位。

​ ②尾数相加减:对阶后，就可直接实现尾数的相加减，同定点加减运算。

​ ③结果规格化:要使结果规格化，尾数可采用双符号使得尾数为00.1…或 11.0…相应阶码增加或减小。

​ ④溢出判断:尾数采用双符号产生01或10并不是溢出，而是阶码双符号产生01或10才是浮点数的溢出。

20.存储器按存储介质分类有哪3种？

（1）半导体存储器：分为静态MOS存储器和动态MOS存储器

（2）磁表面存储器：含磁盘存储器、磁带存储器等；

（3）激光存储器：含只读型光盘（CD-ROM）、只写一次型光盘（WORM）和磁光盘（MOD）

21.存储器按存取方式分类有哪3种？

（1）随机存储器（RAM）：在存储器中任何存储单元的内容都能随机存取，且存取时间与存储单元的物理位置无关;

（2）串行访问存储器（SAS）：在存储器中按某种顺序来存取，也就是存取时间与存储单元的物理位置有关;

（3）只读存储器（ROM）：只能读，不能写,其内容已经预先次写入， 是存放固定不变的信息。

22.存储器按在计算机系统中的作用分类有哪4种？

主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器

23.存储器三个分级的结构是什么？

（1）高速缓冲存储器（cache）：是一个高速的小容量的存储器，临时存放指令和数据，主要用双极型半导体存储器组成。

（2）主存储器(主存) : 是计算机主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量数据和程序。它是和快存交换数据和指令，快存再与CPU 打交道。由MOS存储器组成。

（3）辅助存储器(外存) :又称辅助存储器，主要是存储容量大，用来存放系统程序和大型数据文件及数据库。

CPU能直接访问存储器（高速缓冲存储器、主存储器）称为内存储器（内存），不能直接访问称为外存储器（外存）

24.主存的3个技术指标是什么？

（1）存储容量：一个存储器中可以容纳的主存储器的单元总数称为该存储器的存储容量 ，通常用字节(B, 1B=8b )表示，1K=1024B，1M=1024K，1G=1024M和1T=1024G，单位为MB、GB、TB;

（2）存取时间：从存储器接收到读(或写)命令到从存储器读出(写入)信息所需的时间;

（3）存取周期：存储器作连续访问操作过程中完成一次完整存取操作所需的全部时间。也是指连续启动两次独立的存储器操作所需间隔的最小时间。TM>TA

25.简述六管静态MOS存储单元工作原理？

由六只MOS管组成。T1与T2构成一个触发器，当T1导通T2截止时，表示“0”状态，反之为“1”状态；T3与T4构成另一个负载管，每个MOS管相当于一个电阻；T5,T6，T7,T8为选通门，控制读写。

（1）保持状态：当C线为"0"时，T5和T6均截止，T1和T2中必有一个是导通的，另外一个MOS管则必然截止(当T1导通T2截止时，表示存储了数据"0"，相反则表示存储了数据"1")，导通的MOS管通过T3或T4连续提供电流。只要不停电，存储单元就能够永远保持原来的状态，因此称为静态存储器。

（2）读出过程：当C线为"1"时，T5 和T6均导通。存储单元中原来存储的信息经过位线输出。如果原来存储数据"1"， 则位线1输出为"1"，位线0输出为"0";如果原来存储的数据为"0"，则线1输出为"0"，位线0输出为"1"。

(3)写入过程：当C线为"1"时，T5和T6均导通。如果要写入"1"，则令位线1为"1"，位线0为"0"，这时，T2导通，TI截止:如果要写入"0"，则令位线1为"0"，位线0为"1"，这时，TI导通，T2截止。

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26.Intel 2114是六管静态MOS芯片，一个1KBX4位的静态RAM，地址总线有多少根？选中该芯片一个地址至少可读多少位？

该芯片共有2的12次方=4096个六管存储电路，排成64x64的矩阵，有地址总线10根（A0_{A9），其中6根（A3}A8）用于行译码,产生64根行选择线，4根用于列译码，产生16根行选择线；每条线同时接矩阵的4位，即至少可读4位。

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27.简述四管动态MOS存储单元工作原理？

（1）写入过程：I/O与I/O线加互为相反的电平(0和1)，字线为高电平时打开T5、T6管，所存的信息送到A、B端，将信息存储在T1、T2管的栅极电容上，当T5、T6管截止时，靠T1、T2管的栅极电容存储，可以保留一定时间(2ms)。

（2）读出过程:在读出时,先给出预充信号，使T9、T10管导通。于是电源就向位线D和D电容充电使它们达到电源电压,当字线上T5、T6导通后就可读出，并可刷新(读的过程同时是刷新)

（3）刷新（再生）过程：先给出预充信号，使T9、T10管导通，向Cd和Cd充电，字线给一脉冲使T5、T6导通，就能补充A和B点的电容电压**

28.Intel 2116四管动态MOS（DRAM），一个16KBX1位DRAM，2根应用行（RAS）、列（CAS）地址选择信号，分两次传送地址，地址引脚应有几根连接地址线上？选中该芯片一个地址至少可读多少位？

（1）行、列地址选择信号，分两次传送地址,地址引脚有7根连接地址线上;

（2）选择行时,同时将某行的128选中,选择列时将某列128 选中，交叉处的1个地址即最后选中的地址，即至少可读1位。

29.动态MOS存储器刷新方法有哪三种？

①集中式:在最大刷新间隔时间内，集中安排段时间进行刷新，存在-段停止读/写操作的死时间。通常用在实时要求不高的场合;

②分散式:把一个存储系统周期分成读/写和刷新两部分,每一-次读/写后就顺序对其中某行刷新，不存在停止读/写操作的死时间，通常用在低速系统中;

③异步式:前两者的结合，每隔-段时间刷新- -次，保证刷新周期内对整个存储器刷新遍，用在大多数计算机中。

30.半导体只读存储器有哪4种？

①掩模式只读存储器(MROM)

②可编程只读存储器(PROM)

③紫外光线可擦除可编程只读存储器(EPROM)

④电可擦除电可改写只读存储器(EEPROM)

31.存储器与CPU的连接有哪2种方式，它们主要是解决什么问题的？

①位并联(位扩展)法:当芯片的容量和主存容量相同，而位数不足时，就要对位数进行扩展。

②地址串联(字扩展)法:当芯片字长与主存相同，而容量不足时,就需要用几片存储器芯片组成合起来的存储空间即地址空间进行扩展，称为字扩展。

③字位扩展法:当芯片容量和主存容量、芯片字长与主存均不同时进行字和位同时扩展。

32.Cache中文含义？

高速缓冲存储器，位于CPU和主存间的一个高速小容量存储器

33.Cache的功能是什么？

弥补CPU和主存间的速度差异，提高CPU访问主存的平均速度。

34.Cache的目的是什么？

①加快读取速度:在Cache中的数据是内存中的-小部分，但这-小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从Cache中调用。使主存的平均读出时间尽可能接近Cache的读出时间。

②高效的解决方案:在CPU中加入Cache，这样整个内存储器( Cache+内存)就变成了既有Cache的高速度,又有内存的大容量的存储系统了。

35.Cache 存储器的地址映像有哪3种方式？

①直接映象:直接映象函数为i=j mod2c,其中i是Cache页号,j是主存页号。主存的页以2c为模映象到Cache的固定位置上。由映象函数还可以看出,主存页号的低C位(即j mod 2c )正好是它要装入的Cache的页号.优点是实现简单，其缺点是不够灵活。出现Cache中还有很多空页，也必须对指定的Cache 页进行替换。

②全相联映象:主存中任一页面可装入Cache内任一页面的位置。 采用存放于相联存储器中的目录表来实现地址映象;以加快“主存一Cache" 地址变换速度。优点是页面冲突概率最低;但查表速度难以提高。几乎没有单纯采用全相联映象法。

③组相联映象:全相联映象法和直接映象法结合起来，将Cache空间分成若干组，每组包含若干页，组间采用直接映象,组内各页则是全相联映象。

36.LRU中文含义？

​ LRU(Least Recently Used)是近期最少使用算法，它是将近期内长久未被访问过的行换出。每行也设置一个计数器** ，Cache每命中一次 ，命中行计数器清零，其它各行计数器增1.需要替换时，将计数值最大行换出。它保护了刚拷贝到Cache的新数据行，有较高命中率。

37.多体交叉存储器主要作用是什么？

①出发点:能够实现同时从存储器取出n条指令

②特点:通过改进主存的组织方式，在不改变存储器存取周期的情况下，提高存储器的带宽。

③结构特点:多体交叉存储器由M个的存储体(或称存储模块)组成，每个存储体有相同的容量和存取速度，又有各自独立的地址寄存器、地址译码器、读写电路和驱动电路。

④基本结构:每个模块各自以等同的方式与CPU传送信息。CPU同时访问四个横块，由存储器控制部件控制它们分时使用数据总线进行信息传递。这是一种并行存储器结构

38.虚拟存储器和主存-Cache存储器相同点和不同点？

相同处:①化为许多信息块;②从慢存储器传递快存储器调度;③有替换策略;④映射关系和变换地址

不同处:①作用不同:速度(主存-Cache)和容量(虚拟) ;②信息块长度不同;③主存-Cache速度比为5~10 : 1,而主存辅存速度为1 : 100~1000 ;④CPU读取的时间相差较大;⑤存取信息、地址变换和替换策略(主存Cache用硬件，虚拟用操作系统的软件加适当的硬件)

39.存储区域保护有哪3种？

①页表保护和段表保护:每个程序有自己的页表或段表保护，就有一定保护功能，虚页号是固定的,经过虚地址向实地址变化后的主存页号也是固定的，不管虚地址如何出错，也只能影响到相对的几个主存页面。是在未形成主存地址前的保护。

②键式保护:为主存的每一页配上一个键，称为存储键(相当于一把锁)， 是操作系统赋予的。每个用户的主存页面的键都相同。为了打开这个锁，必须有钥匙，称为访问键，访问键赋予给这个用户每道程序,并把它保存在该道程序的状态寄存器中。当数据要写入主存时，要比较两键(访问键和存储键)是否相符，是，则允许访问该页，否则拒绝访问。

③环保护:对当前正在执行的程序本身的核心部分或关键部分进行保护。在现行程序运行前，由操作系统定好各页的环号，并放入页表中，然后将该程序的开始环号送入CPU的现行程序寄存器中，并把操作系统为其规定的上限环号也放入相应的寄存器中。程序可以跨层访问任何外层(环号大于现行环号)空间，但如果企图向内层(环号小于现行环号)空间

40.在计算机组成原理中学了哪两种纠错码？

①海明校验码:可自动纠正一位或几位的错误;

②循环码(CRC) :是一种建立在模2运算的编码规律的校验码,它可以通过模2运算来建立有效信息和校验位之间的约定关系,即要求N=K+R位的某数能被某-约定的除数除尽。

41.海明校验码工作原理？

在数据中加入几位校验位，将数据代码的码距比较均匀地拉大，并把数据的每一个二 进制位分配在几个奇偶校验组中，某-位出错会引起有关的几个校验位的值发生变化，它不但可以发生出错,还能指出哪一位出错，为自动终正提供依据。

42.什么是指令系统？

指令系统是台计算机的所有指令的集合。按计算机层次来划分有微指令、机器指令和宏指令。

①微指令:是微程序级的命令,属于硬件。

②宏指令:是由若干条机器指令组成的软件指令，属于软件。

③机器指令:则介于微指令与宏指令之间,通常称为指令，每条指令可完成个独立的算术运算或逻辑运算操作。

43.指令系统的性能由哪4个？

①完备性:指令系统丰富、功能齐全、使用方便;

②高效性:占储存空间少执行速度快;

③规整性:含对称性、匀齐性以及指令格式和数据格式的一致性

（1）对称性是在指令系统中所有的寄存器和存储器单元都可同等对待，所有指令都可使用各种寻址方式。

（2）匀齐性是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型，

（3）指令格式和数据格式的一致性是指指令长度和数据长度有一关系、以方便存队，通常为字节的整数倍。

④兼容性:系列机做到“向上兼容”。

44.指令的格式有哪两大部分组成？

①操作码:是表征指令操作的性质和功能。

②地址码:指定参与操作的操作数的地址。

其格式设定一般与机器的字长、存储器容量以及指令的功能有关。

45.指令字长度是指什么？

指令字长度指令字中的二进制代码的位数,它与机器字长、存储器容量以及指令的功能有关。还与操作码的长度、地址码的长度和地址码的个数有关。

46.长格式指令含义？

指令字长度大于机器宇长的指令称为长格式指令 否则称为园格式，一台机唐可同时存在

（1）单字长指令:指令字长度与机器字长长度相等的指令

（2）半字长指令:指令字长度是机器字长长度一半的指令

（3）半字长指令:指令字长度是机器字长长度一半的指令

47.等长指令字结构含义？

等长指令指在一个指令系统中 ，各种指令长度是相等的。

48.变长指令字结构含义？

变长指令指在一个指令 系统中，若各种指令长度不是完全相等的。

49.在等长指令字结构，指令操作码合理扩展方法是如何扩展的？

在指令字通常有一个固定不变的长度来表示基本操作码，而对一部分不需要的某个地址码的指令，则把它们的操作码的长度扩充到该地址字段，这样既能充分利用指令字的各字段,又能在不增加指令长度的情况下扩展操作码的长度，从而能表示更多的指令。

50.寻址方式含义？

寻址方式即寻找并确定本条指令的数据(操作数)地址及下一条要执行的指令地址的方式

51.寻址方式分哪两大类？

指令寻址和数据寻址

52.指令的寻址方式有哪两种基本寻址？

顺序寻址方式和跳跃寻址方式

53.操作数的寻址方式有哪些？

①隐含寻址方式②立即寻址方式③寄存器寻址方式④直接寻址方式(寄存器直接和存储器直接)⑤间接寻址方式(寄存器间接和存储器间接) ⑥相对寻址方式(基址和变址以及PC相对寻址)⑦基址寻址方式⑧变址寻址方式⑨堆栈寻址方式

四复合型寻址方式(相对间接、间接相对、变址间接、间接变址)

54.指令分类有哪些？

①数据传送指令②算术/逻辑运算指令③移位操作指令④程序控制指令⑤输入输出指令⑥字符串处理指令⑦堆栈操作指令⑧特权指令

除以上各类指令外,还有状态寄存器置位复位指令、测试指令、暂停指令，空操作指令，以及其他一些系统控制用的特殊指令。

55.CPU由哪两部分的组成？

控制器和运算器

56.控制器中主要寄存器有哪些？它的主要作用是什么？

①程序计数器PC :存放指令的地址(当前指令或者下条指令地址)。

②地址寄存器AR :用来保存当前CPU所访间的内存单元的地址。

③指令寄存器IR:用来保存当前正在执行的一条指令。

④指令译码器ID :对指令寄存器中的指令操作码字段进行译码

57.运算器主要作用是什么？

①取指令:从内存中取出条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。

②指令译码:对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。

③控制指令执行:根据分析指令时产生的操作命创"操作数地址形成相应的操作控制信号序列，通过运算器、存储器及输入/输出设备的执行，实现每条指令的功能。不断重复执行取指、译码、执行，直至遇到停机或外来的干预。

④控制程序和数据的输入与结果输出:根据程序的规定或人为干预，向输入/输出设备发出一些相应的命令来完成1/0功能。

⑤处理异常情况和请求:当计算机出现异常情况,如除数为零和数据传送的奇偶错等，或者出现外部中断请求和DMA请求的时候,控制器可以中止当前执行的程序，转去执行异常处理或者响应中断和DMA请求并进行相关处理。

58.CPU的主要功能有哪4个控制？

①指令控制:程序是指令的有序集合，保证机器按规定的顺序执行程序。

②操作控制: **CPU****管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，并把各种操作信号送往相应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

③时间控制:对各种操作实施时间上的控制，计算机中各种指令的操作信号均受到时间的严格控制。

④数据加工:对数据进行算术运算和逻辑运算处理。完成数据的加工处理，这是CPU的根本的任务。

59.数据通路的含义？

数据通路是寄存器之间传送信息的通路，由操作控制器完成

60.操作控制器起什么作用？

操作控制器是根据指令操作码和时序信号的要求，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制的部件。

61.操作控制器设计方法有哪3种？

①硬布线控制器:采用组成逻辑技术来实现控制的操作控制器;

②微程序控制器:采用存储逻辑技术来实现控制的操作控制器;

③门阵列控制器:采用逻辑技术和存储逻辑技术相结合的操作控制器。

62.硬布线控制器和微程序控制器分别采用什么技术来实现？

（1）硬布线控制器由逻辑门组合实现，将控制部件做成产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，产生各种控制信号

（2）微程序控制器采用存储逻辑来实现的，把微操作信号代码化，使每条机器指令转化成一段微程序并存入一个专门的存储器(控制存储器)中，微操作控制信号由微指令产生。

63.时序产生器起什么作用？

时序产生器由时钟源、环形脉冲发生器、节拍脉冲和读/写时序译码逻辑、启停控制逻辑等部分构成。它是对各种操作实施时间上的严格控制的部件。

64.指令周期的含义？

CPU每取出并执行一条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需用的时间通常叫做一个指令周期。

65.CPU周期（机器周期）的含义？

CPU周期(机器周期)通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定。指令周期常用若干个CPU周期数来表示。

66.节拍脉冲（T周期）的含义？

时钟周期:一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期(通常称为节拍脉冲或T周期，它是处理操作的最基本单位).这些时钟周期的总和则规定了一个CPU周期的时间宽度。时序信号一般采用电位节拍脉冲制，一个节拍电位表示一个CPU周期。

67.定长的CPU周期的含义？

定长的CPU周期是以最复杂的机器周期为准定节拍数，每节拍的长短也以最繁的微操作作为标志。这种方法采用统的、 具有相同时间间隔和相同数码的节拍，使得所有的机器周期长度都相等。

68.不定长CPU周期的含义？

不定长CPU周期是按照机器周期的实际需要安排节拍数，需要多少节拍，就发出多少节拍，这样可以避免浪费，各机器周期长度不同，提高时间利用率。

需用的时间通常叫做一个指令周期。

65.CPU周期（机器周期）的含义？

CPU周期(机器周期)通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定。指令周期常用若干个CPU周期数来表示。

66.节拍脉冲（T周期）的含义？

时钟周期:一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期(通常称为节拍脉冲或T周期，它是处理操作的最基本单位).这些时钟周期的总和则规定了一个CPU周期的时间宽度。时序信号一般采用电位节拍脉冲制，一个节拍电位表示一个CPU周期。

67.定长的CPU周期的含义？

定长的CPU周期是以最复杂的机器周期为准定节拍数，每节拍的长短也以最繁的微操作作为标志。这种方法采用统的、 具有相同时间间隔和相同数码的节拍，使得所有的机器周期长度都相等。

68.不定长CPU周期的含义？

不定长CPU周期是按照机器周期的实际需要安排节拍数，需要多少节拍，就发出多少节拍，这样可以避免浪费，各机器周期长度不同，提高时间利用率。