计算机组成原理期末考试简答题重点

一、简答题

1、试述浮点数规格化的目的和方法。

答：浮点的规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效数位。当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后的第一位不相等，则被定义为已规格化的数，否则便是非规格化数。通过规格化，可以保证运算数据的精度。

方法：进行向左规格化，尾数左移一位，阶码减1，直到规格化完毕。 2、简述循环冗余码（CRC）的纠错原理。

答：CRC码是一种纠错能力较强的校验码。在进行校验时，先将被检数据码的多项式用生成多项式G（X）来除，若余数为0，说明数据正确；若余数不为0，则说明被检数据有错。

只要正确选择多项式G（X），余数与CRC码出错位位置的对应关系是一定的，由此可以用余数作为判断出错位置的依据而纠正出错的数据位。

3、DRAM存储器为什么要刷新？有几种刷新方式?

DRAM存储元是通过栅极电容存储电荷来暂存信息。由于存储的信息电荷终究是有泄漏的，电荷数又不能像SRAM存储元那样由电源经负载管来补充，时间一长，信息就会丢失。为此必须设法由外界按一定规律给栅极充电，按需要补给栅极电容的信息电荷，此过程叫“刷新”。

① 集中式---正常读/写操作与刷新操作分开进行，刷新集中完成。

② 分散式---将一个存储系统周期分成两个时间片，分时进行正常读/写操作和刷新操作。 ③ 异步式---前两种方式的结合，每隔一段时间刷新一次，保证在刷新周期内对整个存储器刷新一遍。

4、CPU中有哪些主要寄存器？简述这些寄存器的功能。

（1） 指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。 （2） 程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。

（3） 地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。 （4） 缓冲寄存器（DR）：

<1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。 <2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。 <3>在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。

（5） 通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。

（6） 状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。

5、中断处理过程包括哪些操作步骤？

关闭中断标识 ,重要数据入栈, 处理中断服务功能, 数据出栈, 恢复中断标识, 开中断.

6、DMA方式和程序中断方式比较有什么不同？

DMA：采用内在和外设直接数据交换的方式，只有当有一段数据传送时才会请求CPU中断， 减少了CPU的负担。

程序中断：只适用于简单的少量外设的计算机系统，会耗费大量的CPU时间，当有大量中断时容易导致数据的丢失。

7、按照冯．诺依曼原理，现代计算机应具备哪些功能？

答：按照冯．诺依曼原理，现代计算机应具备以下5个功能：

⑴ 输入输出功能：能把原始数据和解题步骤及中间结果接收下来（输入），把计算结果与计算过程中出现的情况告诉（输出）给用户。

⑵ 记忆功能：应能“记住”原始数据、解题步骤及中间结果。

⑶ 计算功能：应能进行一些最基本的运算。这些基本运算能组成人们所需要的复杂运算。

⑷ 判断功能：计算机在进行一步操作后，应能从预先无法确定的几种方案中选择一种操作方案。

⑸ 自我控制功能：计算机应能保证程序执行的正确性和各部件间的协调性。

8、用二进制数表示一个四位十进制的整数最少需要几位（不含符号位）。

解：2X＝104，N＝4×1/㏒2＝14位。

9、某机器字长16位，浮点表示时，其中含1位阶符、5位阶码、1位尾符、9位尾数，请写出它能表示的最大浮点数和最小浮点数。

+21-9

解：最大浮点数＝2×（1－2）

+31-9

最小浮点数＝－2×（1－2）。

10、字符“F”的ASCII码为46H，请写出它的奇校验码和偶校验码（假定校验位加在最高位）。

解：字符“F”的ASCII码为46H，奇校验码为10110110（B6H），偶校验码为00110110（36H）。

11、试比较定点带符号数在计算机内的四种表示方法。

答：带符号数在计算机内部的表示方法有原码、反码、补码和移码。

原码表示方法简单易懂，实现乘、除运算简单，但用它实现加、减运算比较复杂。 补码的特点是加、减法运算规则简单，正负数的处理方法一致。

反码通常只用来计算补码，由于用反码运算不方便，在计算机中没得到实际应用。 移码由于保持了数据原有的大小顺序，便于进行比较操作，常用于浮点数中的阶码，使用比较方便。

12、在检错码中，奇偶校验法能否定位发生错误的信息位？是否具有纠错功能？

答：⑴不能。 ⑵没有。

13、简述CPU的主要功能。

CPU：包括运算器和控制器。基本功能为：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。

14、一个较完善的指令系统应包括哪几类？ 数据传送指令、

算术运算指令、逻辑运算指令、 程序控制指令、 输入输出指令、

字符串指令、特权指令等。

15、指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据。 1. 指令和数据分开存放

2. 设置程序计数器PC，存放当前指令所在的存储单元。

16、外围设备的I/O控制方式分哪几类？各具什么特点？

（1） 程序查询方式：CPU的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简单

（2） 程序中断方式：一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，节省了CPU的时间，但硬件结构相对复杂一些。

（3） 直接内存访问（DMA）方式：数据传输速度很高，传输速率仅受内存访问时间的限制。需更多硬件，适用于内存和高速外设之间大批交换数据的场合。

（4） 通道方式：可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，大大提高了CPU的工作效率。 （5） 外围处理机方式：通道方式的进一步发展，基本上独立于主机工作，结果更接近一般处理机。

17、请说明指令周期、机器周期、时钟周期之间的关系。 时钟周期是最基本的时间单位 一般是10ns

机器周期是读一条指令最少的时间 一般是12倍的时钟周期

指令周期是读出指令并且执行指令的时间 一般是几个机器周期

18、CPU响应中断应具备哪些条件？ ※允许中断触发器为“1”状态； ※ CPU结束了一条指令的执行过程；

※新请求的中断优先级较高；

19、比较水平微指令与垂直微指令的优缺点。

(1)水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令则较差。 (2)水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。

(3)由水平型微指令解释指令的微程序，有微指令字较长而微程序短的特点。垂直型微指令则相反。

(4)水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说，比较容易掌握。

二． 简答题

1、冯·诺依曼型计算机的基本特点是什么？ 答：冯?诺依曼原理的基本思想是：

? 采用二进制形式表示数据和指令。指令由操作码和地址码组成。 ? 将程序和数据存放在存储器中，使计算机在工作时从存储器取出指令加以执行，自动完成计算任务。这就是“存储程序”和“程序控制”（简称存储程序控制）的概念。 ? 指令的执行是顺序的，即一般按照指令在存储器中存放的顺序执行，程序分支由转移指令实现。

? 计算机由存储器、运算器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成，并规定了5部分的基本功能。

冯?诺依曼型计算机的基本特点也可以用“存储程序”和“程序控制”来高度概括。 2、计算机硬件有哪些部件，各部件的作用是什么？

答：计算机的硬件系统由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器、控制器、输入输出设备及总线系统组成。而总线分为数据总线、地址总线、控制总线，其结构有单总线结构、双总线结构及多总线结构。存储器（Memory）是用来存放数据和程序的部件；运算器是对信息进行运算处理的部件；控制器是整个计算机的控制核心。它的主要功能是读取指令、翻译指令代码、并向计算机各部分发出控制信号，以便执行指令；输入设备能将数据和程序变换成计算机内部所能识别和接受的信息方式，并顺序地把它们送入存储器中；输出设备将计算机处理的结果以人们能接受的或其它机器能接受的形式送出。

3、什么是总线？以总线组成计算机有哪几种组成结构？

答：总线（Bus）就是计算机中用于传送信息的公用通道，是为多个部件服务的一组信息传送连接线。按照总线的连接方式，计算机组成结构可以分为单总线结构、双总线结构和多总线结构等（详细内容见第7章）。 4、什么是硬件、软件和固件？什么是软件和硬件的逻辑等价？在什么意义上软件和硬件是不等价的？

答：计算机硬件（Hardware）是指构成计算机的所有实体部件的集合，通常这些部件由电路（电子元件）、机械等物理部件组成。计算机软件（Software）是指能使计算机工作的程序和程序运行时所需要的数据，以及与这些程序和数据有关的文字说明和图表资料，其中文字说明和图表资料又称为文档。固件（Firmware）是一种介于传统的软件和硬件之间的实体，功能上类似软件，但形态上又是硬件。微程序是计算机硬件和软件相结合的重要形式。 软件和硬件的逻辑等价含义：

（1）任何一个由软件所完成的操作也可以直接由硬件来实现 （2）任何一条由硬件所执行的指令也能用软件来完成 在物理意义上软件和硬件是不等价的。

5、计算机系统按程序设计语言划分为哪几个层次？ 答：计算机系统是一个由硬件、软件组成的多级层次结构，它通常由微程序级、一般机器级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成，每一级上都能创造程序设计，且得到下级的支持。

6、解释如下概念：ALU，CPU，主机和字长。

答：算术逻辑运算部件（ALU：Arithmetic Logic Unit），是运算器的核心组成，功能是完成算数和逻辑运算。“中央处理单元”（CPU：Central Processing Unit）包括运算器和控制器，是计算机的信息处理的中心部件。存储器、运算器和控制器在信息处理操作中起主要作用，是计算机硬件的主体部分，通常被称为“主机”。字长决定了计算机的运算精度、指令字长度、存储单元长度等，可以是8/16/32/64/128位（bit）等。

7、常用的计算机性能指标有哪些？

答：评价计算机性能是一个复杂的问题，早期只限于字长、运算速度和存储容量3大指标。目前要考虑的因素有如下几个方面。 (1) 主频

主频很大程度上决定了计算机的运行速度，它的单位是兆赫兹(MHz)。 (2) 字长

字长决定了计算机的运算精度、指令字长度、存储单元长度等，可以是8/16/32/64/128位(bit)。 (3) 运算速度

衡量计算机运算速度的早期方法是每秒执行加法指令的次数，现在通常用等效速度。 (4) 存储容量

以字为单位的计算机常以字数乘字长来表明存储容量。 (5) 可靠性

系统是否运行稳定非常重要，常用平均无故障时间(MTBF)衡量。 (6) 可维护性

系统可维护性是指系统出了故障能否尽快恢复，可用平均修复时间(MTRF)表示，它是指从故障发生到机器修复平均所需要的时间。 (7) 可用性

是指计算机的使用效率。 (8) 兼容性

兼容是广泛的概念，是指设备或程序可以用于多种系统的性能。兼容使得机器的资源得以继承和发展，有利于计算机的推广和普及。

8、多媒体的含义是什么？

答：多媒体技术是指能够同时获取、处理 、编辑、存储和展示两个以上不同信息类型媒体的技术。计算机信息的形式可以是文字、声音、图形和图象等。 9、简单描述计算机的层次结构，说明各层次的主要特点。

答：现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体，可以把它看成是按功能划分的多级层次结构。

第0级为硬件组成的实体。

第1级是微程序级。这级的机器语言是微指令集，程序员用微指令编写的微程序一般是直接由硬件执行的。

单总线系统，访问内存和I/O使用相同指令 （3）吞吐量

总线数量越多，吞吐能力越大

40、接口电路在系统结构中的作用是什么？

答：外设接口（或叫作I/O接口）是主机和外设（控制器）之间的实体部件，是实现主机与外设之间信息交换所必不可少的硬件支持。

41、接口电路应具备哪些基本功能？ 答：接口电路应具有的基本的功能：（1）数据的暂存与缓冲；（2）保存设备的工作状态；（3）信息交换方式的控制；（4）通信联络控制；（5）外设的识别；（6）数据格式的变换控制。

42、外部设备在系统中如何编址，如何与主机连接？ 答：通常根据与存储器地址的关系，有两种编址方式。

（1）统一编址：指外设接口中的I/O寄存器和主存单元一样看待，将它们和主存单元组合在一起编排地址；或者说，将主存的一部分地址空间用作I/O地址空间。这样就可以用访问主存的指令去访问外设的某个寄存器，因而也就不需要专门的I/O指令，可以简化CPU的设计。

（2）单独编址：为了更清楚地区别I/O操作和存储器操作，I/O地址通常与存储地址分开独立编址。这样，在系统中就存在了另一种与存储地址无关的I/O地址，CPU也必须具有专用于输入输出操作的I/O指令和控制逻辑。

43、什么是I/O组织方式？有哪几种I/O组织方式？各自的特点是什么？

答：I/O组织是指计算机主机与外部设备之间的信息交换方式。计算机主机与外设之间的信息交换方式有5种：程序查询式、中断式、DMA式、通道式、外围处理机方式。 从系统结构的观点看，前两种方式是以CPU为中心的控制，都需要CPU执行程序来进行I/O数据传送，而DMA式和通道式这两种方式是以主存贮器为中心的控制，数据可以在主存和外设之间直接传送。对于最后一种方式，则是用微型或小型计算机进行输入和输出控制。程序查询和程序中断方式适用于数据传输率比较低的外设，而DMA、通道和外围处理机使用于数据传输率比较高的外设。程序查询式控制简单，但系统效率很低；中断式通过服务程序完成数据交换，实现了主机与外设的并行性；DMA式通过硬件实现了数据传送，速度快，但只能控制同一类外设；通道式采用执行通道程序实现对不同类型设备的控制和管理，并行性进一步提高；外围处理机方式具有更大的灵活性和并行性。

44、查询方式和中断方式的主要异同点是什么？

答：两种方式都是以CPU为中心的控制方式，都需要CPU执行程序来进行I/O数据传送。程序查询式控制简单，但系统效率很低，无法实现并行操作；中断式通过服务程序完成数据交换，实现了主机与外设的并行性。

45、什么是中断？中断技术给计算机系统带来了什么作用？

答：中断是指这样一个过程：当计算机执行正常程序时，系统中出现某些异常情况或特殊请求，CPU暂停它正在执行的程序，而转去处理所发生的事件；CPU处理完毕后，自动返回到原来被中断了的程序继续运行。中断的作用：（1）主机与外部设备并行工作；（2）实现实时处理；（3）硬件故障处理；（4）实现多道程序和分时操作。 46、中断系统为什么要进行中断判优？何时进行中断判优？如何进行判优？

答：（1）中断优先级有两个方面的含义：（A）一是中断请求与CPU现行程序优先级的问题；（B）另一含义是各中断源之间，谁更迫切的问题。（2）方法：（A） 软件；（B）

硬件：为了得到较高的效率，一般采用硬件判优方法。判优逻辑随着判优方案的不同可有不同的结构，其组成部分既可能在设备接口之中，也可能在CPU内部，也可能这两部分都有。其作用是决定CPU的响应并且找出最高优先请求者，如果确定接收这个请求的话，就由CPU发出中断响应信号INTA。（C）软硬件结合。中断判优发生在中断过程的第二步，中断请求之后，中断响应之前。

47、外部设备有哪些主要功能？可以分为哪些大类？各类中有哪些典型设备？

答：外部设备的主要功能有数据的输入、输出、成批存储以及对信息的加工处理等。外部设备可以分为五大类：输入输出设备、辅助存储器、终端设备、过程控制设备和脱机设备。其典型设备有键盘、打印机、磁盘、智能终端、数/模转换器和键盘－软盘数据站等。 48、磁表面存储器的特点有哪些？ 答：磁表面存储器有如下显著的特点：

（1）存储密度高，记录容量大，每位价格低； （2）记录介质可以重复使用；

（3）记录信息可长时间保存而不致丢失； （4）非破坏性读出，读出时不需再生信息；

（5）存取速度较低，机械结构复杂，对工作环境要求较严。 48 计算机系统中采用总线结构有何优点？

. 1. 便于故障诊断与维修；便于模块化结构设计；简化系统设计；便于系统扩展与升级，便于生产各种兼容的软硬件 。

49. 中断处理过程包括哪些操作步骤？ ? 设备发出中断请求INTR

? 当一条指令执行结束时CPU响应中断 ? CPU关中断，不再响应其它中断请求 ? 保存程序断点PC值

? 硬件识别中断源（转移到中断服务程序入口地址） ? 用软件方法保存CPU现场 ? 为提出中断请求的设备服务 ? 恢复CPU现场

? CPU开中断，以便其他设备中断请求

三．解答题

1．异步通信与同步通信的主要区别是什么，说明通信双方如何联络。（4分

答：同步通信和异步通信的主要区别是前者有公共时钟，总线上的所有设备按统一的时序，统一的传输周期进行信息传输，通信双方按约定好的时序联络。后者没有公共时钟，没有固定的传输周期，采用应答方式通信，具体的联络方式有不互锁、半互锁和全互锁三种。不互锁方式通信双方没有相互制约关系；半互锁方式通信双方有简单的制约关系；全互锁方式通信双方有完全的制约关系。其中全互锁通信可靠性最高

2．为什么外围设备要通过接口与CPU相连？接口有哪些功能？（6分 答：外围设备要通过接口与CPU相连的原因主要有：

（1）一台机器通常配有多台外设，它们各自有其设备号（地址），通过接口可实现对设备的选择。

（2）I/O设备种类繁多，速度不一，与 CPU速度相差可能很大，通过接口可实现数据缓冲，达到速度匹配。

（3）I/O设备可能串行传送数据，而CPU一般并行传送，通过接口可实现数据串并格式转换。

（4）I/O设备的入/出电平可能与CPU的入/出电平不同，通过接口可实现电平转换。 （5）CPU启动I/O设备工作，要向外设发各种控制信号，通过接口可传送控制命令。 （6）I/O设备需将其工作状况（“忙”、“就绪”、“错误”、“中断请求”等）及时报告CPU，通过接口可监视设备的工作状态，并保存状态信息，供CPU查询。

可见归纳起来，接口应具有选址的功能、传送命令的功能、反映设备状态的功能以及传送数据的功能（包括缓冲、数据格式及电平的转换） 4.（5分）答：

（1）种操作，取操作码7位。因允许直接寻址和间接寻址，且有变址寄存器和基址寄存器，因此取根据IR和MDR均为16位，且采用单字长指令，得出指令字长16位。根据1052位寻址特征，能反映四种寻址方式。最后得指令格式为：

7 OP 2 M 7 AD 其中 OP 操作码，可完成105种操作；

M 寻址特征，可反映四种寻址方式； AD形式地址。

这种格式指令可直接寻址27 = 128，一次间址的寻址范围是216 = 65536。 （2）双字长指令格式如下：

7 OP 2 M AD2 7 AD1 其中 OP、M的含义同上；

AD1∥AD2为23位形式地址。

这种格式指令可直接寻址的范围为223 = 8M。

容量为8MB的存储器，MDR为16位，即对应4M×16位的存储器。可采用双字长指令，直接访问4M存储空间，此时MAR取22位；也可采用单字长指令，但RX和RB取22位，用变址或基址寻址访问4M存储空间

四．解答题

1、说你认为计算机系统中的硬件和软件在逻辑功能等价吗？为什么? 答：软件与硬件的逻辑功能是等效的，但性能不相同。 2、什么是运算器？它的主要由哪几个功能部件组成？

答：运算器是进行算术逻辑运算的部件。它主要由加法器、通用寄存器、标志寄存器等部件组成。

3、与RAM相比ROM有何特点？

答：ROM掉电后信息不会丢失，但其中的信息只能读不能随便写。 4、与程序中断控制方式相比DMA控制方式有何特点？

答：速度快。响应快、优先级高、处理快、无须现场保护和现场的恢复。但是应用范围没有程序中断控制方式广。

5、微程序控制的基本思想是：把指令执行所需要的所有控制信号存放在控制存储器中，需要时从这个存储器中读取，即把操作控制信号编成微指令，存放在控制存储器中。一条机器指令的功能通常用许多条微指令组成的序列来实现，这个微指令序列称为微程序。微指令在控制存储器中的存储位置称为微地址。

6、同种类的外设部设备接入计算机系统时，应解决哪些主要问题？ 答：数据格式、地址译码、控制信息的组织和状态信息的反馈。 7、中断接口一般包含哪些基本组成？简要说明它们的作用。

答：①地址译码。选取接口中有关寄存器，也就是选择了I/O设备；

②命令字/状态字寄存器。供CPU输出控制命令，调回接口与设备的状态信息； ③数据缓存。提供数据缓冲，实现速度匹配；

④控制逻辑。如中断控制逻辑、与设备特性相关的控制逻辑等。

8.简述立即寻址方式的特点？

简述基址寻址方式和变址寻址方式的主要区别？

? 立即寻址方式的特点是执行速度快，取指令的同时也取出操作数

不需要寻址计算和访问主存，但操作数是固定不变的，因此只适合于访问常数。（5分）

? 基址寻址用于程序定位，一般由硬件或操作系统完成。变址寻址是面向用户的，用于对一组数据进行访问。（5分）

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