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简答题整理

2024-05-24 来源:爱够旅游网
第1章

1.5 冯·诺依曼计算机的特点是什么?

答:冯·诺依曼计算机的特点可归纳为如下六点:

1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成; 2)指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址寻访; 3)指令和数据均用二进制数表示; 4)指令由操作码和地址码组成;

5)采用存储程序思想。指令在存储器内顺序存放,通常自动顺序取出执行; 6)机器以运算器为中心。

1.6 画出计算机硬件组成框图,说明各部件的作用及计算机硬件的主要技术指标? 答:1)框图如下:

主机CPU主存ALUCUI/O设备

现代计算机可以认为由三大部分组成:CPU 、I/O设备及主存储器。其中,CPU与主存储器合起来,称为主机, I/O设备又可称为外部设备。 2)各部件的作用

 CPU包括运算器和控制器两个部分;其中,ALU是运算器的核心器件,用来完成

算数和逻辑运算;CU是控制器的核心器件,用来解释存储器中的指令,并发出各种操作命令来执行指令。

 主存储器用来存放程序和数据,它可以直接与CPU交换信息;  I/O设备受CPU控制,用来完成相应的输入输出操作。 3)主要技术指标

机器字长、存储容量和运算速度。

1.11、计算机是如何区分存储器中的指令和数据的? 参考答案要点:

CPU可从时间和空间两个层面来区分访存取来的指令和数据。

1)时间层面:在取指周期(或运行取指微程序)内,由PC提供访存地址,取来的即为指令;在执行周期(或运行执行周期相对应的微程序段)内,由指令的地址码部分提供访存地址,取来的即为操作数,也就是数据。

2)空间层面:取来的机器指令应存放在指令寄存器,而取来的数据(或操作数)则应该存放在以累加器为代表的通用寄存器内。

第4章

4.3 存储器的层次结构主要体现在什么地方?为什么要分这些层次?计算机如何管理这些层次?

答案要点:

1)存储器的层次结构主要体现在Cache—主存和主存—辅存这两个存储层次上。 2)Cache—主存层次主要解决CPU和主存速度不匹配的问题,在存储系统中主要对CPU访存起加速作用。从CPU的角度看,该层次的速度接近于Cache,而容量和每位价格却接近于主存。这就解决了存储器的高速度和低成本之间的矛盾;

主存—辅存层次主要解决存储系统的容量问题,在存储系统中主要起扩容作用。从程序员的角度看,其所使用的存储器的容量和每位价格接近于辅存,而速度接近于主存。该层次解决了大容量和低成本之间的矛盾。

3)主存与Cache之间的数据调度是由硬件自动完成的,对程序员是透明的。而主存—辅存之间的数据调度,是由硬件和操作系统(采用虚拟存储技术)共同完成的。 4.5 什么是存储器的带宽?

存储器的带宽指单位时间内存储器存取的信息量。 4.8试比较静态RAM和动态RAM的特点。

答案要点:1)静态RAM:依靠双稳态触发器保存二进制代码,只要不断电,信息就不会丢失;功耗较大,集成度较低,速度快,每位价格高,适合于作Cache或存取速度要求较高的小容量主存。

2)动态RAM:依靠电容存储电荷来保存二进制代码,需刷新电路进行动态刷新,存取速度较慢;功耗小,集成度高,每位价格低,适合于作大容量主存。 4.9说明动态RAM各种刷新方式的特点。

答案要点:

集中式刷新:在最大刷新间隔时间内,集中安排一段时间进行刷新。其缺点是进行刷新时必须停止读、写操作。这对主机而言是个“死区”

分散式刷新:刷新工作安排在系统的存取周期内进行,对主机而言不再有“死区”。但该方式加长了系统的存取周期,存在无谓刷新,降低了整机运行效率。因此,分散方式刷新不适用于高速存储器。

异步式刷新:结合了上述两种方式的优点,充分利用了最大刷新间隔。相对于分散式刷新而言,它减少了刷新次数;相对于集中方式来说,主机的“死区”又缩短很多。因此,这种方式使用得比较多。

透明式刷新:该方式不占用CPU时间,对CPU而言是透明的操作;但控制线路复杂。

第5章

5.3 I/O设备与主机交换信息时,共有哪几种控制方式?简述它们的特点。 参考答案要点:

I/O设备与主机交换信息时,共有5种控制方式:程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、I/O通道方式和I/O处理机方式。其中前3种方式是基本的且广泛应用的控制方式。

程序查询方式的特点:控制简单,硬件开销小;CPU与外设是串行工作的,系统效率低。适用于CPU不太忙且传送速度要求不太高的场合。

程序中断方式的特点:CPU和外设可并行工作,提高了CPU的效率,不仅适于主机和外设之间的数据交换,还特别适于对外界随机事件的处理。适用于CPU较忙,传送速度不太高的系统中,尤其适合实时控制及紧急事件的处理。

DMA方式的特点:完全由硬件(DMA控制器)负责完成信息交换,信息传递从以CPU为中心,转为以内存为中心,CPU和外设可并行工作,对高速大批量数据传送特别有用。但缺点是只能进行简单数据交换,电路结构复杂,硬件开销大。

5.16 CPU响应中断的条件是什么? 中断隐指令完成哪些操作?(题目改造) 参考答案要点:

CPU响应中断的条件可以归纳为三条: 1)有中断请求;

2)CPU允许中断,即中断允许状态IF=1(或EINT=1); 3)一条指令执行结束。

中断周期的操作由中断隐指令完成(即由硬件完成),主要包括如下的三项操作: 1)关中断;2)保存程序断点;3)寻找中断服务程序入口地址。 5.20试比较单重中断和多重中断服务程序的处理流程,说明它们不同的原因。 参考答案要点:

1)二者的比较可用两种中断的服务程序流程图(见教材P201)的对比来说明,此处略。 2)单重中断和多重中断的区别在于“开中断”的设置时间不同。对于单重中断,开中断指令设置在最后“中断返回”之前,意味着在整个中断服务处理过程中,不能再响应其他中断源的请求。而对于多重中断,开中断指令提前至“保护现场”之后,意味着在保护现场之后,若有更高级别的中断源提出请求,CPU也可以响应,从而实现中断嵌套,这是二者的主要区别。

5.29 结合DMA接口电路说明其工作过程。 参考答案要点:

DMA的数据传送过程可分为预处理、数据传送和后处理3个阶段。工作过程如下图所示:

数据传送CPU预处理:DMA主存起始地址设备地址DMA传送数据个数DMA启动设备数据传送:CPU继续执行主程序同时DMA完成一批数据传送DMA请求否允许传送?是主存地址送总线数据送I/O设备(或主存)修改主存地址修改字计数器后处理:中断服务程序做DMA 结束处理继续执行主程序否数据块传送结束?是向CPU申请程序中断

各阶段完成的工作如下:

1) 预处理阶段:CPU执行主程序实现DMA传送的初始化设置; 2)数据传送阶段:由DMA控制器实现内存和外设间的数据传送。

3)后处理阶段:中断处理程序判断传送的正误,对写入主存的数据进行校验,完成善后工作。

补充题1:以硬盘读写为例,说明在主机和外设之间进行数据传送,为什么需要采用DMA方式? 参考答案要点:

一些高速外设,如硬盘、光盘等I/O设备,经常需要和主存进行大批量的数据交换;若采用程序查询方式或程序中断方式来完成,即通过CPU执行程序来完成数据交换,数据交换都是以字或字节为单位,速度较慢,极可能造成数据的丢失,因而不能满足批量数据的高速传递需求。因此,需要借助于硬件,比如DMA控制器来实现主存和高速外设之间的直接数据传送。

补充题2:DMA方式能取代程序中断方式吗?请说明理由。

参考答案要点:

DMA方式不能取代程序中断方式,理由如下:

① DMA方式只能用于高速外设与内存之间的简单数据传递,却不能像中断方式那样能够处理复杂的随机事件;② 在DMA方式的数据传送全过程中,本身需要利用中断方式来完成DMA传送的后处理。

第6章

6.23 画出实现Booth算法的运算器框图,要求如下:

(1)寄存器和全加器均用方框表示,指出寄存器和全加器的位数。 (2)说明加和移位的次数。 解: 0 A n+1n+ 2位加法器00,1101100 Q nn+1右移控制门移位和加控制逻辑计数器CGM0 X n+1(1)寄存器和全加器的位数均为n+2位,如图所示。

(2)若乘数的数值位为n位,则需要做n+1次加法,n次移位。

第8章

8.2 什么是指令周期?指令周期是否有一个固定值?为什么? 参考答案要点:

:1)指令周期是指CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间。

2)由于计算机中各种指令执行所需的时间差异很大,因此为了提高CPU运行效率,即使在同步控制的机器中,不同指令的指令周期长度都是不一致的,也就是说指令周期对于不同的指令来说不是一个固定值。

3)指令周期长度不一致的根本原因在于设计人员,为了提高CPU运行效率而这样

安排的,指令功能不同,需完成的微操作复杂程度亦不同,因此,不同指令的指令周期也不同。

8.3 画出指令周期的流程图,分别说明图中每个子周期的作用。 参考答案要点:

流程图如下:

取指周期:完成取指令和分析指令的操作。 间址周期:取操作数的有效地址。 执行周期:执行指令的操作。 中断周期:将程序断点保存到存储器。

8.5中断周期前是什么阶段?中断周期后又是什么阶段?在中断周期CPU应完成什么操作?

参考答案要点:

中断周期前是指令的执行阶段(处于执行周期)。中断周期后是取指令阶段(处于取指周期)。在中断周期中,CPU应完成关中断、保存断点和转中断服务程序入口三个操作。

第9章

9.3 什么是指令周期、机器周期和时钟周期?三者有何关系? 参考答案要点:

CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期;机器周期是在同步控制的机器中,所有指令执行过程中(执行一步相对完整的操作)的一个基准时间,通常以访问一次存储器所需的时间作为一个机器周期;时钟周期是指计算机主工作时钟的周期时间,它是计

算机运行时最基本的时序单位,通常时钟周期=计算机主频的倒数。

三者之间的关系:指令周期常常用若干个机器周期数来表示,机器周期也叫CPU周期;而一个机器周期又包含若干个时钟周期(也称为节拍脉冲或T周期)。

第10章

10.9 试比较组合逻辑控制器和微程序控制器的特点。 参考答案要点:

1)产生微命令的方法及核心器件:组合逻辑控制器由组合逻辑电路提供微命令,其核心器件是由各种门电路构成的复杂树形网络;微程序控制器由存储逻辑(微指令)提供微命令,其核心器件是控制存储器。

2)规整性:组合逻辑控制器设计不规整,微程序控制器设计规整; 3)可扩展性:组合逻辑控制器不易修改和扩充,后者则易于修改和扩充; 4)组合逻辑控制器执行指令快,微程序控制器执行指令速度慢;

补充题1:简述微指令和微操作的关系,微指令和机器指令的关系,微程序和程序之间的关系。

参考答案要点:

1)微指令是若干个微命令的组合,微命令是构成控制信号序列的最小单位;而微操作是由微命令控制实现的最基本操作。

2)微指令是若干个微命令的集合,一系列微指令的有序集合构成一段微程序。微程序是机器指令的实时解释器,每一条机器指令都对应着一段微程序,由微程序负责解释。

3)微程序是由微指令组成的,用于描述机器指令,由计算机设计人员事先编制好并存放在控制存储器中的,一般不提供给用户;程序是由机器指令组成的,由程序员事先编制好并存放在主存储器中。

补充题2:说明微程序控制器的基本工作原理。 参考答案要点:

将控制器所需要的微操作命令,以微代码的形式编成微指令,存在专门的控制存储器中,CPU执行机器指令时,从控制存储器中取出微指令,对微指令中的操作控制字段进行解释,即产生执行机器指令所需的微操作命令序列。

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