计算机组成原理期末复习问题详解.doc
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1、word第一章 计算机系统概论1.什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件?硬件和软件哪个更重要?解:计算机系统:由计算机硬件系统和软件系统组成的综合体。计算机硬件:指计算机中的电子线路和物理装置。计算机软件:计算机运行所需的程序与相关资料。硬件和软件在计算机系统中相互依存,缺一不可,因此同样重要。2. 如何理解计算机的层次结构?答:计算机硬件、系统软件和应用软件构成了计算机系统的三个层次结构。1硬件系统是最内层的,它是整个计算机系统的根底和核心。2系统软件在硬件之外,为用户提供一个根本操作界面。3应用软件在最外层,为用户提供解决具体问题的应用系统界面。通常将硬件系统之外的其余层称为虚拟机。各
2、层次之间关系密切,上层是下层的扩展,下层是上层的根底,各层次的划分不是绝对的。4. 如何理解计算机组成和计算机体系结构?答:计算机体系结构是指那些能够被程序员所见到的计算机系统的属性,如指令系统、数据类型、寻址技术组成与I/O机理等。计算机组成是指如何实现计算机体系结构所表现的属性,包含对程序员透明的硬件细节,如组成计算机系统的各个功能部件的结构和功能,与相互连接方法等。8. 解释如下英文缩写的中文含义:CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解:全面的回答应分英文全称、中文名、功能三局部。CPU:Central Processi
3、ng Unit,中央处理机器,是计算机硬件的核心部件,主要由运算器和控制器组成。PC:Program Counter,程序计数器,其功能是存放当前欲执行指令的地址,并可自动计数形成下一条指令地址。IR:Instruction Register,指令存放器,其功能是存放当前正在执行的指令。CU:Control Unit,控制单元部件,为控制器的核心部件,其功能是产生微操作命令序列。ALU:Arithmetic Logic Unit,算术逻辑运算单元,为运算器的核心部件,其功能是进展算术、逻辑运算。ACC:Accumulator,累加器,是运算器中既能存放运算前的操作数,又能存放运算结果的存放器。
4、MQ:Multiplier-Quotient Register,乘商存放器,乘法运算时存放乘数、除法时存放商的存放器。X:此字母没有专指的缩写含义,可以用作任一部件名,在此表示操作数存放器,即运算器中工作存放器之一,用来存放操作数;MAR:Memory Address Register,存储器地址存放器,在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。MDR:Memory Data Register,存储器数据缓冲存放器,在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。I/O:Input/Output equipment,输入/输出设备,为输入设备和输出设备的总称,用于计算机内部和外界信息的转
5、换与传送。MIPS:Million Instruction Per Second,每秒执行百万条指令数,为计算机运算速度指标的一种计量单位。 CPI:Instruction,执行一条指令所需时钟周期数,计算机运算速度指标计量单位之一;FLOPS:Floating PointOperation Per Second,每秒浮点运算次数,计算机运算速度计量单位之一。11. 指令和数据都存于存储器中,计算机如何区分它们?解:计算机硬件主要通过不同的时间段来区分指令和数据,即:取指周期或取指微程序取出的既为指令,执行周期或相应微程序取出的既为数据。另外也可通过地址来源区分,从PC指出的存储单元取出的是指
6、令,由指令地址码局部提供操作数地址。第3章 系统总线3. 常用的总线结构有几种?不同的总线结构对计算机的性能有什么影响?举例说明。答:1总线结构通常可以分为单总线结构和多总线结构两种。2单总线结构简单也便于扩大,但所有的传送都通过这组共享总线,因此极易形成计算机系统的瓶颈,它允许两个以上的部件在同一时刻向总线传输信息,这就必然会影响系统工作效率的提高,这类总线多数被小型计算机或微型计算机采用;多总线结构解决了单总线中所有部件同时共享总线的现状,有效的提高了系统的工作效率,如传统微型计算机。4. 为什么要设置总线判优控制?常见的集中式总线控制有几种?各有何特点?哪种方式响应时间最快?哪种方式对电
7、路故障最敏感?答:总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题;常见的集中式总线控制有三种:链式查询、计数器定时查询、独立请求;特点:链式查询方式连线简单,易于扩大,对电路故障最敏感;计数器定时查询方式优先级设置较灵活,对故障不敏感,连线与控制过程较复杂;独立请求方式速度最快,但硬件器件用量大,连线多,本钱较高。5. 解释如下概念:总线宽度、总线带宽、总线复用、总线的主设备或主模块、总线的从设备或从模块、总线的传输周期和总线的通信控制。答:总线宽度:通常指数据总线的根数;总线带宽:总线的数据传输率,指单位时间内总线上传输数据的位数;总线复用:指同一条信号线可以分时传输不同的信号。总线
8、的主设备主模块:指一次总线传输期间,拥有总线控制权的设备模块;总线的从设备从模块:指一次总线传输期间,配合主设备完成数据传输的设备模块,它只能被动承受主设备发来的命令;总线的传输周期:指总线完成一次完整而可靠的传输所需时间;总线的通信控制:指总线传送过程中双方的时间配合方式。10. 为什么要设置总线标准?你知道目前流行的总线标准有哪些?什么叫plug and play?哪些总线有这一特点?答:总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题;目前流行的总线标准有:ISA、EISA、PCI等;plug and play:即插即用,EISA、PCI等具有此功能。3.14 设总线的时钟频率为8
9、MHz,一个总线周期等于一个时钟周期。如果一个总线周期中并行传送16位数据,试问总线的带宽是多少?解;总线宽度 = 16位/8 =2B 总线带宽 = 8MHz2B =16MB/s3.15 在一个32位的总线系统中,总线的时钟频率为66MHz,假设总线最短传输周期为4个时钟周期,试计算总线的最大数据传输率。假如想提高数据传输率,可采取什么措施?ss4总线最大数据传输率 = 4B/MB/s4B =66MB/s 假如想提高总线的数据传输率,可提高总线的时钟频率,或减少总线周期中的时钟个数,或增加总线宽度。3.16 在异步串行传送系统中,字符格式为:1个起始位、8个数据位、1个校验位、2个终止位。假如
10、要求每秒传送120个字符,试求传送的波特率和比特率。解: 一帧 =1+8+1+2 =12位 波特率 =120帧/秒12位=1440波特 比特率 = 1440波特8/12=960bps或:比特率 = 120帧/秒8 =960bps第 四 章1. 解释概念:主存、辅存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。答:主存:主存储器,用于存放正在执行的程序和数据。CPU可以直接进展随机读写,访问速度较高。辅存:辅助存储器,用于存放当前暂不执行的程序和数据,以与一些需要永久保存的信息。Cache:高速缓冲存储器,介于CPU和
11、主存之间,用于解决CPU和主存之间速度不匹配问题。RAM:半导体随机存取存储器,主要用作计算机中的主存。SRAM:静态半导体随机存取存储器。DRAM:动态半导体随机存取存储器。ROM:掩膜式半导体只读存储器。由芯片制造商在制造时写入内容,以后只能读出而不能写入。PROM:可编程只读存储器,由用户根据需要确定写入内容,只能写入一次。EPROM:紫外线擦写可编程只读存储器。需要修改内容时,现将其全部内容擦除,然后再编程。擦除依靠紫外线使浮动栅极上的电荷泄露而实现。EEPROM:电擦写可编程只读存储器。CDROM:只读型光盘。Flash Memory:闪速存储器。或称快擦型存储器5. 什么是存储器的
12、带宽?假如存储器的数据总线宽度为32位,存取周期为200ns,如此存储器的带宽是多少?解:存储器的带宽指单位时间内从存储器进出信息的最大数量。存储器带宽=1/200ns 32位= 160M位/秒 = 20MB/秒 = 5M字/秒注意:字长32位,不是16位。注:1ns=10-9s7. 一个容量为16K32位的存储器,其地址线和数据线的总和是多少?当选用如下不同规格的存储芯片时,各需要多少片?1K4位,2K8位,4K4位,16K1位,4K8位,8K8位解:地址线和数据线的总和 = 14 + 32 = 46根;选择不同的芯片时,各需要的片数为:1K4:16K32 / 1K4 = 168 = 128
13、片2K8:16K32 / 2K8 = 84 = 32片4K4:16K32 / 4K4 = 48 = 32片16K1:16K32/ 16K1 = 132 = 32片4K8:16K32/ 4K8 = 44 = 16片8K8:16K32 / 8K8 = 24 = 8片9. 什么叫刷新?为什么要刷新?说明刷新有几种方法。解:刷新:对DRAM定期进展的全部重写过程;刷新原因:因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要与时补充,因此安排了定期刷新操作;常用的刷新方法有三种:集中式、分散式、异步式。集中式:在最大刷新间隔时间内,集中安排一段时间进展刷新,存在CPU访存死时间。分散式:在每个读/写周期之后插
14、入一个刷新周期,无CPU访存死时间。异步式:是集中式和分散式的折衷。讨论: 1、刷新与再生的比拟: 共同点: 动作机制一样。都是利用DRAM存储元破坏性读操作时的重写过程实现; 操作性质一样。都是属于重写操作。区别: 解决的问题不一样。再生主要解决DRAM存储元破坏性读出时的信息重写问题;刷新主要解决长时间不访存时的信息衰减问题。 操作的时间不一样。再生紧跟在读操作之后,时间上是随机进展的;刷新以最大间隔时间为周期定时重复进展。 动作单位不一样。再生以存储单元为单位,每次仅重写刚被读出的一个字的所有位;刷新以行为单位,每次重写整个存储器所有芯片内部存储矩阵的同一行。 芯片内部I/O操作不一样。
15、读出再生时芯片数据引脚上有读出数据输出;刷新时由于CAS信号无效,芯片数据引脚上无读出数据输出唯RAS有效刷新,内部读。鉴于上述区别,为防止两种操作混淆,分别叫做再生和刷新。2、CPU访存周期与存取周期的区别: CPU访存周期是从CPU一边看到的存储器工作周期,他不一定是真正的存储器工作周期;存取周期是存储器速度指标之一,它反映了存储器真正的工作周期时间。 3、分散刷新是在读写周期之后插入一个刷新周期,而不是在读写周期内插入一个刷新周期,但此时读写周期和刷新周期合起来构成CPU访存周期。 4、刷新定时方式有3种而不是2种,一定不要忘了最重要、性能最好的异步刷新方式。 11. 一个8K8位的动态
16、RAM芯片,其内部结构排列成256s。试问采用集中刷新、分散刷新和异步刷新三种方式的刷新间隔各为多少?解:采用集中刷新方式刷新间隔为:2ms,其中刷新死时间为:256s采用分散刷新方式刷新间隔为:256s采用异步刷新方式刷新间隔为:2ms12. 画出用10244位的存储芯片组成一个容量为64K8位的存储器逻辑框图。要求将64K分成4个页面,每个页面分16组,指出共需多少片存储芯片。解:设采用SRAM芯片,如此:总片数 = 64K8位 / 10244位= 642 = 128片题意分析:此题设计的存储器结构上分为总体、页面、组三级,因此画图时也应分三级画。首先应确定各级的容量:页面容量 = 总容量
17、 / 页面数 = 64K8 / 4 = 16K8位,4片16K8字串联成64K8位组容量 = 页面容量 / 组数 = 16K8位 / 16 = 1K8位,16片1K8位字串联成16K8位组内片数 = 组容量 / 片容量 = 1K8位 / 1K4位 = 2片,两片1K4位芯片位并联成1K8位存储器逻辑框图:略。13. 设有一个64K8位的RAM芯片,试问该芯片共有多少个根本单元电路简称存储基元?欲设计一种具有上述同样多存储基元的芯片,要求对芯片字长的选择应满足地址线和数据线的总和为最小,试确定这种芯片的地址线和数据线,并说明有几种解答。解:存储基元总数 = 64K8位= 512K位 = 219位
18、;思路:如要满足地址线和数据线总和最小,应尽量把存储元安排在字向,因为地址位数和字数成2的幂的关系,可较好地压缩线数。解:设地址线根数为a,数据线根数为b,如此片容量为:2ab = 219;b = 219-a;假如a = 19,b = 1,总和 = 19+1 = 20; a = 18,b = 2,总和 = 18+2 = 20; a = 17,b = 4,总和 = 17+4 = 21; a = 16,b = 8,总和 = 16+8 = 24; 由上可看出:片字数越少,片字长越长,引脚数越多。片字数减1、片位数均按2的幂变化。结论:如果满足地址线和数据线的总和为最小,这种芯片的引脚分配方案有两种:
19、地址线 = 19根,数据线 = 1根;或地址线 = 18根,数据线 = 2根。15.设CPU共有16根地址线,8根数据线,并用低电平有效作访存控制信号,作读写命令信号高电平为读,低电平为写。现有如下存储芯片:ROM2K8位,4K4位,8K8位,RAM1K4位,2K8位,4K8位,与74138译码器和其他门电路门电路自定。试从上述规格中选用适宜芯片,画出CPU和存储芯片的连接图。要求:1最小4K地址为系统程序区,409616383地址X围为用户程序区;2指出选用的存储芯片类型与数量;3详细画出片选逻辑。解:1地址空间分配图: 系统程序区ROM共4KB:0000H-0FFFH 用户程序区RAM共1
20、2KB:1000H-FFFFH 2选片:ROM:选择4K4位芯片2片,位并联 RAM:选择4K8位芯片3片,字串联(RAM1地址X围为:1000H-1FFFH,RAM2地址X围为2000H-2FFFH, RAM3地址X围为:3000H-3FFFH) 3各芯片二进制地址分配如下:A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0ROM1,200000000000000000000011111111111RAM100010000000000000001111111111111RAM200100000000000000010111111111111RAM3001100000
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