計算機組成原理.doc

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1. 馮?諾依曼計算機的特點是什么？ 解：馮?諾依曼計算機的特點是：1>計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成；指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲器內(nèi)，并可以按地址訪問；指令和數(shù)據(jù)均用二進制表示；指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置； 指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執(zhí)行；機器以運算器為中心 2、什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減輕總線的負(fù)載總線上的部件都應(yīng)具備什么特點？ 答：總線是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質(zhì)?？偩€特點是某一時刻只能有一路信息在總線傳輸即分時使用。為減輕總線負(fù)載總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動電路與總線連通。 3、總線如何分類？什么是系統(tǒng)總線？系統(tǒng)總線又分為幾類是單向的還是雙向的？ 答：總線分類按數(shù)據(jù)傳送方式分為并行傳輸總線和串行傳輸總線。按連接部件不同分為計算機總線，測控總線，網(wǎng)絡(luò)通信總線。系統(tǒng)總線是指CPU，主存，I/O設(shè)備各大部件之間的信息傳輸線。系統(tǒng)總線分為三類：地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線。數(shù)據(jù)總線是是雙向傳輸與機器字長存儲字長有關(guān)，地址總線是單向傳輸，與地址線的位數(shù)和存儲單元有關(guān)。 4. 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點？哪種方式響應(yīng)時間最快？哪種方式對電路故障最敏感？ 答：總線判優(yōu)控制解決多個部件同時申請總線時的使用權(quán)分配問題； 常見的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵儭⒂嫈?shù)器定時查詢、獨立請求； 特點：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡單，易于擴充，對電路故障最敏感；計數(shù)器定時查詢方式優(yōu)先級設(shè)置較靈活，對故障不敏感，連線及控制過程較復(fù)雜；獨立請求方式速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。 5. 什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。 解：刷新：對DRAM定期進行的全部重寫過程；刷新原因：因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時補充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集中式：在最大刷新間隔時間內(nèi)，集中安排一段時間進行刷新，存在CPU訪存死時間。分散式：在每個讀/寫周期之后插入一個刷新周期，無CPU訪存死時間。異步式：是集中式和分散式的折衷。 7.什么是中斷？設(shè)計中斷系統(tǒng)需考慮哪些主要問題？ 答：在CPU運行過程中,由于內(nèi)部或外部某個隨機事件的發(fā)生,使CPU暫停正在運行的程序,而轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理引起中斷事件的程序,完成后返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行.這個過程稱為中斷】 (1) 設(shè)立必要的中斷源,確定它們提出的中斷請求的方式.(2) 根據(jù)急迫程度的不同,規(guī)定好中斷源的優(yōu)先級別,以確定當(dāng)幾個中斷源同時請求時,處理機能有一個先后響應(yīng)次序.(3) 當(dāng)處理機響應(yīng)中斷后，需要把被中斷程序的現(xiàn)場,斷點保存起來,以便中斷處理結(jié)束后能返回原程序.(4) 中斷服務(wù)程序設(shè)計.(5) 恢復(fù)現(xiàn)場,返回原程序. 8.什么是中斷隱指令?有哪些功能？ 答：在一周期中依靠硬件實現(xiàn)程序切換，并不需要執(zhí)行程序指令，即不需要程序員編程序?qū)崿F(xiàn)，所以稱為中斷隱指令操作。1）關(guān)中斷；2）保存斷點到堆棧；3）取得中服入口地址并且轉(zhuǎn)入中服。 27. 試從下面七個方面比較程序查詢、程序中斷和DMA三種方式的綜合性能。 解：比較如下： （1）程序查詢、程序中斷方式的數(shù)據(jù)傳送主要依賴軟件，DMA主要依賴硬件。 （2）程序查詢、程序中斷傳送數(shù)據(jù)的基本單位為字或字節(jié)，DMA為數(shù)據(jù)塊。 （3）程序查詢方式傳送時，CPU與I/O設(shè)備串行工作； 程序中斷方式時，CPU與I/O設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送串行進行； DMA方式時，CPU與I/O設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送并行進行。 （4）程序查詢方式時，CPU主動查詢I/O設(shè)備狀態(tài)； 程序中斷及DMA方式時，CPU被動接受I/O中斷請求或DMA請求。 （5）程序中斷方式由于軟件額外開銷時間比較大，因此傳輸速度最慢； 程序查詢方式軟件額外開銷時間基本沒有，因此傳輸速度比中斷快； DMA方式基本由硬件實現(xiàn)傳送，因此速度最快； （6）程序查詢接口硬件結(jié)構(gòu)最簡單，因此最經(jīng)濟； 程序中斷接口硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜一些，因此較經(jīng)濟； DMA控制器硬件結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，因此成本最高； （7）程序中斷方式適用于中、低速設(shè)備的I/O交換； 程序查詢方式適用于中、低速實時處理過程； DMA方式適用于高速設(shè)備的I/O交換 30. 什么是多重中斷？實現(xiàn)多重中斷的必要條件是什么？解：多重中斷是指：當(dāng)CPU執(zhí)行某個中斷服務(wù)程序的過程中，發(fā)生了更高級、更緊迫的事件，CPU暫?，F(xiàn)行中斷服務(wù)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理該事件的中斷，處理完返回現(xiàn)行中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。 實現(xiàn)多重中斷的必要條件是：在現(xiàn)行中斷服務(wù)期間，中斷允許觸發(fā)器為1，即開中斷。 32.采用屏蔽技術(shù)的作用是什么？ 答：1> 在多重中斷系統(tǒng)中，cpu響應(yīng)中斷后不希望有級別的其他中斷請求的干擾，采用屏蔽技術(shù)可屏蔽本級和更低級的中斷請求，使中斷處理可靠進行。 2 >改變中斷處理的優(yōu)先級。 3>有選擇的封鎖部分中斷請求，使程序控制更靈活。 36.I/O與主機交換信息有幾種方式，各有何特點。 答：I/O與外設(shè)的信息交換方式主要有： ①0 程序查詢方式（特點：簡稱為程控方式，它是主機與外設(shè)通信的一個主要的方式，但對于低速外設(shè)或者外設(shè)的一些隨機通信請求，程控方式就會不斷地查詢，使CPU利用率降低，不能與外圍設(shè)備并行地工作。） ②中斷方式（特點：也稱為程序中斷方式，中斷的前是外設(shè)準(zhǔn)備好與主機的通信條件，例如需要及時地向主機傳送一個數(shù)據(jù)并且該數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好了；或者執(zhí)行完主機的某個任務(wù)，要求主機再傳送一個數(shù)據(jù)等等，就向主機提出中斷請求。這就是中斷方式的處理思想，以提高了CPU的利用率。） ③DMA方式（特點：即直接存儲器存取方式，是直接依靠硬件在主存與I/O設(shè)備間傳送數(shù)據(jù)的一種工作方式，在傳送期間不需要CPU參加傳送操作。由于省去了CPU取指令、取數(shù)和送數(shù)操作，因此節(jié)省了CPU大量的時間；而且主存與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳輸速度并不比CPU參與傳輸慢，因此是一個非常好的數(shù)據(jù)成塊傳送模式。） 35.I/O編址方式有幾種各有何特點？ 答：程序直接控制方式 程序中斷傳送方式 直接存儲器存取(DMA)方式I/O通道控制方式外圍處理機方式 18、比較RAM和ROM。 答：RAM是隨機存取存儲器，在程序的執(zhí)行過程中既可讀出又可寫入。ROM是只讀存儲器，在程序執(zhí)行過程中只能讀出信息，不能寫入信息。 19、比較靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM 答：靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM都屬隨機存儲器，即在程序的執(zhí)行過程中既可讀出又可寫入信息。但靜態(tài)RAM靠觸發(fā)器原理存儲信息，只要電源不掉電，信息就不丟失；動態(tài)RAM靠電容存儲電荷原理存儲信息，即使電源不掉電，由于電容要放電，信息也會丟失，故需再生刷新。 27、CPU中斷周期前為何階段，中斷周期后為何階段，中斷周期完成什么操作？ 答：CPU中斷周期前為執(zhí)行中斷隱指令，中斷周期后階段執(zhí)行返回指令，中斷周期完成執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 23、簡述主存的讀寫過程。 答：存儲器的讀出過程是：CPU先給出有效地址，然后給出片選（通常受CPU訪存信號控制）信號和讀命令，這樣就可將被選中的存儲單元內(nèi)的各位信息讀至存儲芯片的數(shù)據(jù)線上，完成了讀操作。 存儲器的寫入過程是：CPU先給出有效地址，然后給出片選（通常受CPU訪存信號控制）信號和寫命令，并將欲寫入的信息送至存儲器的數(shù)據(jù)線上，這樣，信息便可寫入到被選中的存儲單元 12、什么是指令字長，什么是存儲字長，什么是機器字長？ 答：指令字長：一個指令字所占有的位數(shù)。存儲字長：一個存儲單元可存儲一串二進制代碼,稱這串二進制代碼為一個存儲字,這串二進制代碼的個數(shù)叫做存儲字長。機器字長：計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它決定了計算機的運算精度。 99.關(guān)于CU的的幾種控制方式？答：常見的控制方式有同步控制，異步控制，聯(lián)合控制，人工控制四種。 8.微指令的操作控制有幾種編碼方式？各有何特點？哪一種控制速度最快？ 微指令編碼方式有三種：直接編碼方式、字段直接編碼方式、字段間接編碼方式。微指令的格式與微指令的編碼格式有關(guān)，通常分為水平型微指令和垂直型微指令。水平型微指令的特點一次能定義并執(zhí)行多個并行操作的微指令。直接編碼速度最快。垂直型微指令特點是采用類似機器指令操作碼的方式，在微指令中設(shè)置為操作碼字段，有微操作碼規(guī)定微指令的功能。 兩種格式的比較？水平型微指令比垂直型微指令并行操作能力強.效率高,靈活性強,。水平型微指令并行操作能力強.效率高,靈活性強,垂直型微指令則較差.。由水平型微指令解釋指令的微程序,具有微指令字比較長,但微程序短的特點.垂直型微指令則相反,微指令字比較短而微程序長 .。水平型微指令與機器指令差別很大垂直型微指令與機器指令比較相似。 9為實現(xiàn)多重中斷，需有哪些硬件支持？ 1中斷請求觸發(fā)器 2中斷屏蔽觸發(fā)器3向量地址生成部件4 允許中斷觸發(fā)器 5中斷標(biāo)志觸發(fā)器 6 堆棧7 中斷查詢信號電路 8 排隊器 9.1 控制單元的功能是什么？其輸入受什么控制？ 功能：發(fā)出各種控制信號序列的功能?？刂茊卧妮斎胧?指令寄存器、時鐘、標(biāo)志和控制總線的控制。 10.6 已知帶反轉(zhuǎn)指令的含義如圖以下，寫出及其在完成帶反轉(zhuǎn)指令時，取值階段和執(zhí)行階段所需地全部微操作和節(jié)拍安排 1、簡述存儲器的三級結(jié)構(gòu)和特點？ 答：存儲器的分級結(jié)構(gòu)從上到下依次是：①高速緩沖存儲器簡稱cache，它是計算機系統(tǒng)中的一個高速小容量半導(dǎo)體存儲器。 ②主存儲器簡稱主存，是計算機系統(tǒng)的主要存儲器，用來存放計算機運行期間的大量程序和數(shù)據(jù)。 ③外存儲器簡稱外存，它是大容量輔助存儲器。特點：①速度快的存儲器價格貴，容量?。? ②價格低的存儲器速度慢，容量大。 2、什么是操作數(shù)的尋址方式？操作數(shù)通常放在哪兒？ 答：形成操作數(shù)有效地址的方法，稱為尋址方式。①操作數(shù)包含在指令中；②操作數(shù)包含在CPU的某一個內(nèi)部寄存器中； ③操作數(shù)包含在主存儲器中；④操作數(shù)包含在I/O設(shè)備的端口中。 3、簡述RISC機器眾多特點中的5個特點？ 答：①尋址方式少；②只有取數(shù)、存數(shù)指令訪問存儲器；③控制器多采用硬布線； ④配備了大量的寄存器；⑤支持流水線并強調(diào)指令流水的優(yōu)化使用。 4、簡述外圍設(shè)備和CPU之間信息交換的四種方式及應(yīng)用場合？ 答：①程序控制法，應(yīng)用于單片機等硬件結(jié)構(gòu)簡單的場合；②中斷控制法，多用于實時控制和故障處理； ③DMA，直接存儲器存取，控制內(nèi)存和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送，整個傳送過程不需要CPU參與； ④通道，處理機。應(yīng)用于大型計算機場合 1．什么叫堆棧？ 答：堆棧是在片內(nèi)RAM中專門開辟出來的一個區(qū)域，數(shù)據(jù)的存取是以"后進先出"的結(jié)構(gòu)方式處理的。實質(zhì)上，堆棧就是一個按照"后進先出"原則組織的一段內(nèi)存區(qū)域。 2．什么是單片機的機器周期、狀態(tài)周期、振蕩周期和指令周期？它們之間是什么關(guān)系？ 答：某條指令的執(zhí)行周期由若干個機器周期構(gòu)成，一個機器周期包含6個狀態(tài)周期（又稱時鐘周期），而一個狀態(tài)周期又包含兩個振蕩周期。指令執(zhí)行周期有長有短，但一個機器周期恒等于6個狀態(tài)周期或12個振蕩周期。 3．MCS-51單片機通常內(nèi)部包含哪些主要邏輯功能部件？ 答： 51單片機通常由下列部件組成：微處理器 ， 一定存儲容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器 ， I/0接口 ， 定時/計數(shù)器 ，時鐘電路 和其他一些外圍電路 4．MCS-51單片機片內(nèi)256B的數(shù)據(jù)存儲器可分為幾個區(qū)？分別起什么作用？ 答：MCS-51單片機片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器可分為二個區(qū)：低128B的片內(nèi)RAM區(qū)和 高128B的專用寄存器區(qū)。其中低128B的RAM區(qū)又分為：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、為用戶RAM區(qū)。工作寄存器區(qū)可作通用寄存器用，用戶RAM區(qū)可作堆棧和數(shù)據(jù)緩沖用。專用寄存器區(qū)又稱特殊功能寄存器， 5．程序狀態(tài)存儲器PSW的作用是什么？常用狀態(tài)標(biāo)志有哪幾位？作用是什么？ 答：PSW用于標(biāo)志程序運行狀態(tài) P：奇偶標(biāo)志。加器A中“1”的個數(shù)如果是奇數(shù)，則置P為1，否則置0。 F1：用戶標(biāo)志。 OV：溢出標(biāo)志。有符號數(shù)運算時，如果發(fā)生溢出時，OV置1，否則清0。 RS0、RS1：工作寄存器組選擇位，用以選擇指令當(dāng)前工作的寄存器組。由用戶用軟件改變RS0和RS1的組合，以切換當(dāng)前選用的工作寄存器組 Cy ：進位標(biāo)志位 。 如果有進位則標(biāo)識為“1” AC :輔助進位標(biāo)志位 。 第四位向高四位有進位或借位 則置“1” 6．什么是指令？什么是程序？ 答：指令是控制計算機進行指定操作的命令。指令由二進制代碼表示的。指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。 為完成某項規(guī)定任務(wù)，把計算機指令按一定次序進行編排組合所行成的指令集稱為程序。 7．什么叫尋址方式？MCS-51有幾種尋址方式？ 答：尋址方式就是尋找指令中操作數(shù)或操作數(shù)所在地址的方式。也就是如何找到存放操作數(shù)的地址，把操作數(shù)提取出來的方法。 MCS51的尋址方式有：立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、相對對址、位尋址。 8．什么是中斷和中斷系統(tǒng)？MCS-51有哪些中斷源？ 答：當(dāng)CPU正在處理某件事情的時候，外部發(fā)生的某一件事情請求CPU去處理，于是，CPU暫時終止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理發(fā)生的事情，處理完該事件以后，再回到原來被終止的地方，繼續(xù)原來的工作。這種過程稱為中斷。 實現(xiàn)這種功能的部件稱為中斷系統(tǒng)。 MCS-51有如下中斷源：外部中斷0，定時器0，外部中斷1，定時器1，串行口中斷 9．MCS-51響應(yīng)中斷的條件？ 答：（1）有中斷源發(fā)出中斷請求。 （2）中斷總允許位EA=1，即CPU開中斷。 （3）申請中斷的中斷源的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽。 （4）無同級或更高級中斷正在服務(wù)。 （5）當(dāng)前指令周期已經(jīng)結(jié)束。 （6）若現(xiàn)行指令為RETI或訪問IE或IP指令時，該指令以及緊接著的另一條指令已執(zhí)行完畢。 10．MCS-51定時器有哪幾種工作方式？有何區(qū)別？ 答：（1）方式0：選擇定時器高8位和低5位組成的一個13位計數(shù)器。 定時時間t=（213-初值）*機器周期 （2）方式1：計數(shù)器是 16位 定時時間t=（216-初值）*機器周期 （3）方式2：一個可以自動重裝載的8位計數(shù)器。 定時時間t=（28-初值）*機器周期 （4）方式3：只適用于計數(shù)器T0 ， T1無此工作方式 。TL0 和TH0被拆分成兩個獨立的8位計數(shù)器 。 11．串行數(shù)據(jù)傳送的主要優(yōu)點和用途是什么？ 答：串行數(shù)據(jù)傳送是將數(shù)據(jù)按位進行傳送的方式。其主要優(yōu)點是所需的傳送線根數(shù)少，對于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送的情況，采用串行方式是比較經(jīng)濟的。所以串行方式主要用于計算機與遠(yuǎn)程終端之間的數(shù)據(jù)傳送。