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组成原理练习题(1)

. 1.什么是计算机系统?

计算机硬件、软件和数据通信设备的物理或逻辑的综合体.

哪些部分属于硬件系统, 哪些部分属于软件系统?

应如何看待二者之间的关系?

硬软件二者相互依存,分工互动,缺一不可,硬件是计算机系统中的保存于运行软件程序的物质基础,软件则是只会硬件完成与其功能的智力部分.

2.从传统的观点来看,基本计算机硬件系统由哪几个功能部件组成?

计算机硬件是由:I/O设备,运算器,控制器,存储器组成的.

每个部件完成的主要功能是什么?

运算器: 数据处理、算术运算和逻辑运算.

存储器: 存储数据与程序.

控制器: 从存储器中取出只,并进行指令译码.

输入设备: 输入数据,并且把人读数据变为机读数据

输出设备: 输出数据,并且把机读数据变为人读数据

它们之间是如何连接在一起的?

它们是通过总线连接在一起的,其中总线包括:数据总线,地址总线,控制总线.

3.什么是计算机系统的层次结构?一般可划分为哪几个层次?层次之间的关系体现在哪些方面?采用层次结构的观点来看待、分析计算机系统的组成由什么好处?

P69 .1.把下面给出的几个十进制的数化成二进制的数(无法精确驶,小数点后取3位)、八进制的数和十六进制的数:7+3/4，-23/64, 27.5, -125.9375， 5.43

十进制数二进制数八进制数十六进制数

7+3/4 111.11 7.6 7.C

-23/64 -0.010111 -0.2 -0.5C

27.5 11011.1 33.4 1B.8

-125.9375 -1111101.1111 -175.74 -7D.F

5.43 101.011 5.3 5.68

2.把下面给出的几种不同进制的数化成十进制的数

(1010.0101)2, -(101101111.101)2, (23.47)8, _(1A3C.D)16

(1010.0101)2 =(10.3125) 10 -(101101111.101)2 =-( 357.625)10

(23.47)8 =(19+39/64)10 -(1A3C.D)16=-(6716+13/16) 10

P91.1.简单说明ALU的设计过程和原理性电路组成.

3.简述运算器部件在计算机整机系统中的功能和地位.

7.在运算器部件中,为什么要设置多个累加器?累加器的数目多少对计算机的性能有什么影响吗? 为什么必须设置状态位寄存器?

P110 .1一条指令通常由哪两部分容组成?指令的操作码一般有哪几种组织方式?各自应用在什么场合?各自的优缺点是什么?

一条指令要由操作码和操作数地址两部分组成,操作码用于指明本条指令的操作功能;指令的操作数地址,用于给出被操作的信息的地址,包括参加运算的一或多个操作数所在的地址、运算结果的保存地址、程序的转移地址、被调用的子程序的入口地址等.

操作码的组织有如下三种处理情况:

1、定长的操作码的组织方案:一般在指令字的最高位部分分配固定的若干位用于表示操作码. 优点: 简化计算机硬件设计,提高指令译码和识别的速度. 缺点: 单独为操作码划分出固定的多位后,留给表示操作数地址的位数就会严重不足.

2、变长的操作码的组织方案:在指令字的最高位部分,安排指令的操作码,操作码有长有短.一些位在不同的指令中有不同的效用,在一些指令中,这些位用作操作码.而在另外一些指令中,这些位用作操作数的地址,则不同指令的操作数长度就会不同,即尽量为那些最常用、用于表示操作数地址的位数要求又较多的指令,少分配几位操作码;而对那些表示操作数地址位数要求较少的指令多分配几位操作码;对那些无操作数的质量,整个指令字的所有位均用作操作码. 优点: 在比较短的指令字中,既能表示出比较多的指令条数,又能尽量满足给出相应的操作数地址. 缺点: 指令复杂,译码时间长.执行时占用CPU周期多.

3、操作码字段与操作数地址有所交叉的方案:与变长的操作码组织方案相类似,不同之处是表示操作码所用到的一些二进制位不再集中在指令字的最高位部分,而是与表示操作数地址的一引起字段有所交叉. 缺点: 指令比变长操作码的组织方案更复杂.

2.说明CISC和RISC两种指令系统各自追求的目标、特点以及对计算机硬件系统构成方面的影响,人们在说到指令系统时,常提到的80%和20%是什么含义?

CISC: 追求指令系统的功能复杂和完备,以弥补高级语言程序和机器语言程序之间的差异.

RISC: 追求指令系统的精简高效,精简高速的硬件组成,精妙只能的编译软件,达到低价高性能的理想目的.

CISC: 因为指令复杂,指令功能齐全,硬件实现复杂,指令条数多,并行性差.

RISC: 指令条数少,指令长度固定,指令格式和寻址方式种类少,只有取数/存数指令访问存储器.

4. 什么是形式地址?简述对变址寻址、相对寻址、基地址寻址英姿指令中给出些什么细心?如何得到相应的实际(有效)地址?各自有什么样的主要用法?

表示在指令中的操作数地址,通常被称为形式地址;用这种形式地址并结合某些规则,可以计算出操作数在存储器中的存储单元地址,这一地址被称为物理地址.

变址寻址:指令字中给出的一个数值(编制偏移量)与指定的一个寄存器(变址寄存器)的容相加之和作为操作数的地址,用于读写存储器.主要是和于处理数组型数据.

相对寻址: 指令字中给出的一个数值(相对寻址偏移量)与程序计数器PC的容相加之

和作为操作数的地址或转移指令的转移地址.与变址寻址的区别是,计算实际地址所用的寄存器已确定为PC,故无须再在指令中指定本次要使用哪一个.主要用于指令转移.

基地址寻址: 把在程序中所用的地址与一个特定的寄存器(基地址寄存器)的容相加之和作为操作数的地址或指令的地址.只要用于为多道程序或浮动地址程序定位存储器空间.基地址寄存器中的值是由系统程序用特权指令设定的,用户不能在自己的程序对其进行修改.

5. 堆栈的主要作用的什么?如何完成读写堆栈的操作?

6寄存器寻址和寄存器间接寻址的区别是什么?

P148. 5.简述计算机控制器的功能和基本组成,说明微程序的控制器和硬连线的控制器在组成和运行原来方面的相同与不同之处.

P185. 1.在计算机中,为什么要采用多级结构的存储器系统?它的应用是建立在程序的哪些特性之上的?

在现代的计算机系统中,通常总是采用由三种运行原理不同,性能差异很大的存储介质分别构建高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器,再将它们组成三级结构的统一管理、高度的一体化存储器系统.由高速缓冲存储器读写速度慢,不能满足CPU运行速度需要的矛盾;

用虚拟存储器更大的存储空间,解决主存储器容量小,存不下更大程序与更多数据的难题.

这种三级结构的存储器系统的运行原理,是建立在程序运行的局部性原理之上的.即在一小段时间,运行的程序只使用少量的指令和少量的数据.而这少量的指令和少量的数据网王又集中在存储器的一小片存储区域中,指令顺序执行比转移执行的比例要高,故可以按对所使用的指令和数据的急迫和频繁程度,将其存入容量、速度、价格不同的存储器中,从而取得更高的性价比.主要体现在时间、空间、指令执行顺序三个方面.

2多级结构的存储器是由哪3级存储器组成的 ?每一级的存储器使用什么类型的存储介质?这些介质的主要特性是什么?

答:三级存储器由高速缓冲存储器、主存储器和虚拟存储器组成.

使用的存储器介质:高速缓存SRAM、主存DRAM和虚存DISC.

这些介质的主要特性:高速缓存以块传送、主存以页传送、虚存以文件传送;它们的速度依次降低,每次价格依次降低;它们的管理依次由硬件、OS、OS/用户.

在多级结构的存储器系统中,何谓信息的一致性原则和包含性原则?

一致性原则:同一个信息会同时存放在几个级别的存储器中,此时,这一信息在几个级别的存储器重必须保持相同的值.

包含性原则:处在层(更靠近CPU)存储器中的信息一定被包含在各外层的存储器中,即层存储器中的全部信息一定是各外层存储器中所存信息中的一小部分的副本.

3.比较DRAM和SRAM芯片的主要特性.

答:从所用的半导体生产工艺区分,存储器芯片可以分为静态存储器和动态存储器两种类型.由于动态存储器集成度高,生产成本低,被广泛地用于实际要求更大容量的主存储器.静态存储器读写速度快,生产成本高,通常多用实现容量可以较小的高速缓冲存储器.

两者的不同之处如下表:

集成度发热度低

大

高

小

存储成本高低

5. 已知某8位机的主存采用半导体存储器，地址码为18位，采用4K

×4位的SRAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块条形

式，问：

（1）若每个模块条为32K×8位，共需几个模块条？

（2）每个模块条有多少片RAM芯片?

（3）主存共需多少RAM芯片？CPU需使用几根地址线来选择各模块？

使用何种译码器？

答：(218×8）/（32k×8）=8，故需8个模块

(32k×8）/（4k×4）=16，故需16片芯片

共需8×16=128片芯片

为了选择各模块，需使用3:8译码器

即3根地址线选择模条。

6. 画出中断处理过程流程图。

中断处理过程流程图如图C2.1所示。

7. 用16k×8位的SRAM芯片构成64K×16位的存储器，要求画出该存

储器的组成逻辑框图。

存储器容量为64K×16位，其地址线为16位（A

15—A

），数据线也是16位（D

—D

）

SRAM芯片容量为16K×8位，其地址线为14位，数据线为8位，因此组成存储器时须字位同时扩展。字扩展采用2 ：4译码器，以16K为一个模块，共4个模块。位扩展采用两片串接。

8. 提高存储器速度可采用哪些措施，请说出至少五种措施。

措施有：①采用高速器件，②采用cache （高速缓冲存储器），③采用多体交叉存储器，④采用双端口存储器，⑤加长存储器的字长。

9.一个较完整的指令系统应包括哪些指令？

解：一个较完整的指令系统应包括数据传送指令、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、系统控制指令。

10.CPU中有哪些主要寄存器？其主要功能是什么？

解：

（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所访问的存单元的地址。

（4）缓冲寄存器（DR）：

<1>作为CPU和存、外部设备之间信息传送的中转站。

<2>补偿CPU和存、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。

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。

11.什么是闪速存储器？它有哪些特点?

3.解：闪速存储器是高密度、非易失性的读/写半导体存储器。从原理上看，

它属于ROM型存储器，但是它又可随机改写信息；从功能上看，它又相当于RAM，所以传统ROM与RAM的定义和划分已失去意义。因而它是一种全新的存储器技术。

闪速存储器的特点：（1）固有的非易失性，（2）廉价的高密度，（3）可直接执行。（4）固态性能

12.使用海明码进行纠错，7位码长（X

１

），其中4位数据，监督关系

式为：

C0 = x1+x3+x5+x7

C1 = x2+x3+x6+x7

C2 = x4+x5+x6+x7

如果接收到的码字为1000101，那么纠错后的码字是（ 1010101 ）

解答: 1,1,0,1=1

0,1,0,1=0

0,0,0,1=1 第五位有错