《计算机组成原理》期末复习资料.docx

计算机组成原理期末复习资料一复习资料及试题汇编一数据表示运算和运算器部件1将十进制数107128和-52化成二进制数再写出各自的原码反码补码表示符号位和数值位共8位解1071286BH80H1101011B10000000B01101011-52-34H-110100原码0110101110110100反码0110101111001011补码01101011110011002判断下面的二元码的编码系统是有权还是无权码写出判断的推导过程十进制数二元码的编码000001Olll20110301014010051011610107100181000Illl解设4位二元吗每位分别为ABCD且假定其为有权码则从4的编码OlOO可求得B的位权为4从8的编码1000可求得A的位权为8从7的编码1001可求得D的位权为-1从6的编码1010可求得C的位权为-2再用ABCD的位权分别为84-2-1来验证112359的编码值结果均正确所以该编码系统为有权码3说明海明码纠错的实现原理为能发现并改正一位也能发现二位错校验位和数据位在位数上应满足什么关系解1海明码是对多个数据位使用多个校验位的一种检错纠错编码方案它是对每个校验位采用偶校验规则计算校验位的值通过把每个数据位分配到几个不同的校验位的计算中去若任何一个数据位出错必将引起相关的几个校验位的值发生变化这样也就可以通过检查这些校验位取值的不同情况不仅可以发现是否出错还可以发现是哪一位出错从而提供了纠错检错的可能2设数据位为k校验位为r则应满足的关系是2l1kr4什么叫二-十进制编码什么叫有权码和无权码够举出有权无权码的例子解1二-十进制编码通常是指用4位二进制码表示一位十进制数的编码方案2有权码是指4位二进制码中每一位都有确定的位权4位的位权之和代表该十进制的数值例如8421码从高到低4位二进制码的位权分别为8421无权码则相反4位二进制码中每一位都没有确定的位权只能用4位的总的状态组合关系来表示该十进制数值例如循环码就找不出4个二进制位中的每一位的位权5已知已补OIOnnO1Y补OnOlOIOl计算XY补X-Y补并判断溢出解-丫补H补110010101011001010110010111101189001101010121310010010402.XY补X补Y补01100100lO结果出现上溢00101111011891100101011-213Iiio100o-24;x-丫补DG补-丫补IiInOlooO计算结果无溢出6已知XOllOlY-01On利用原码一位乘法实现XY解高位部分积000000001101001101000110001101010011一001001000000000100低位部分积乘数101111011110001001Illl001101Ol0001一001000Illl结果符号位为负XY100011117P91例题8设A-01011012-3B01010012-2先将AB表示为规格化的浮点数要求阶码用4位含阶符号移码表示尾数用8位含浮点数的符号原码表示再写出AB的计算步骤和每一步的运算结果解-01OnoI2-3的浮点数的格式为101011011010或OIOll1011010OIO100I2-2的浮点数的格式为001101010010或OnOO1010010计算AB双符号位补码相加1求阶差0101-011000012对阶A变为IOnOOIOnOIO3尾数相加11IO100nO补码0010100100001001014规格化左规尾数为0100IOIO阶码为OIOl5无舍入操作也没有溢出计算结果为00101100IOlo即100loIO2-39浮点数阶码选用移码表示有何优点浮点数表示中的隐藏位技术的作用是什么在什么时刻完成对隐藏位的处理当尾数选用补码表示时如何表示十进制数-05才能满足规格化表示的要求解1移码表示有利于表示和处理浮点数的机器零或简化机器中的判0线路2隐藏位是指可以把规格化浮点数的尾数最高位的值原码时为1补码时为与符号位相反省去以提高一位二进制尾数的表示精度这一处理应出现在保存俘点数到存储器之前隐藏或从存储器读俘点数到运算器中恢复的时刻来进行3-05应表示为T2-110说明定点运算器的功能组成以及乘商寄存器的主要功能解1功能是完成算术运算和逻辑运算的数据加工部件2组成1算术逻辑运算部件ALU2一组通用寄存器3乘商寄存器专用的串行寄存器4实现各部件之间的相互连接和数据传送的多路选择器以及接受外部数据输入和送出运算结果的逻辑电路3乘商寄存器的主要功能是实现硬件的乘除法指令和自身的左右移位11举例说明ALU通常提供的至少5种运算能力运算器使用多累加器的好处是什么乘商寄存器的基本功能是什么解1ALU提供加减与或异或等算术运算和逻辑运算2使用多累加器有利于减少运算器执行运算过程中访问内存存储器的次数即可把一些中间结果暂存在累加器中有利于提高计算机系统的运行效率3乘商寄存器的最基本功能是支持硬件乘法和除法指令的快速运算在乘法指令运算时开始存乘数最后则是乘积的低位部分在除法指令运算时开始存被除数的地位部分最后则是商其支持左右移位用户在程序中不能访问它12画出一个相对完整的定点数运算器组成框图包括输入输出数据和基本控制信号略二指令指令系统和控制器部件1在设计指令系统时通常应从哪4个方面考虑P1372举例说明计算机中常用的四种寻址方式寄存器寻址寄存器间接寻址变址寻址堆栈寻址从形式地址到得到操作数的寻址处理过程解1寄存器寻址形式地址为寄存器名或编号寄存器中的内容为操作数2寄存器间接寻址形式地址为寄存器名或编号寄存器中的内容为操作数的地址再读一次内存得到操作数3变址寻址形式地址为变址寄存器名或编号和变址偏移值把变址寄存器中内容与变址偏移值相加得到操作数的地址再读一次内存得到操作数4堆栈寻址通常形式地址为将写入堆栈的或接收堆栈读出内容的寄存器名或编号指令中不直接给出内存地址用默认堆栈指针SP修改SP操作3原理性地说明ADDRORlSUBR3R2条件相对转移子程序调用指令的指令格式和执行步骤解1ADDRORl指令中给出操作码和RORl的编号指令执行步骤1程序计数器PC的内容送地址寄存器2读内存读出内容送指令寄存器IRPC内容1增量3R0R1送ALUALU执行加运算运算结果存回RO寄存器保存运算结果的特征状态4检查有无中断请求有则响应中断无则转入下一条指令的执行过程2条件相对转移指令指令中给出操作码和相对转移后的地址指令的执行步骤1程序计数器PC的内容送地址寄存器2读内存读出内容送指令寄存器IRPC内容1增量3执行条件转移指令时要判别指定的条件若为真才执行尚未修改的PC内容送ALU相对转移偏移值送ALUALU执行加操作结果送入PC否则顺序执行下条指令4检查有无中断请求有则响应中断无则转入下一条指令的执行过程4原理性说明条件转移指令和无条件转移指令的相同点和不同点子程序调用与转移指令的区别是什么解1相同点是都必须在指令中给出转移地址不同点是条件转移指令还必须在指令中给出判断是否执行转移所依据的条件2区别在于子程序调用指令转移后还有个对应的返回的操作二一般转移指令不涉及转移后是否和如何再次返回5简要说明组合控制器应由哪几个功能部件组成解组合逻辑控制器由以下几个部件组成1由组合逻辑电路组成的时序控制信号产生部件直接形成并提供控制计算机各部件协同运行所需要的时序控制信号取代微程序的控存2由节拍发生器提供执行指令的步骤时序标记信号和时序信号取代下地址形成部件3由操作码译码器输出用于标识不同的指令并与节拍发生器和其它控制条件信号共同形成全部时序控制信号6在微程序控制器中通常有哪5种得到下一条微指令地址的方式pl637说明组合逻辑控制器与微程序控制器在组成和原理上异同处及优缺点解1相同之处1基本功能相同即提供计算机各个部件协同运行所需的控制信号2基本组成也相同即PCIR及几个步骤完成每一条指令的具体功能2不同之处1处理指令执行步骤方法不同组合逻辑控制器是利用节拍发生器的节拍信号区分指令执行步骤而微程序控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤2提供控制信号的方案不同组合逻辑控制器采用组合逻辑电路直接产生控制信号微程序控制器是通过微地址译码器找到控存单元取出的微指令才是控制信号8简要说明组合逻辑控制器中的节拍发生器的作用是什么简述其运行原理略三多级结构的存储器系统1说明多级结构存储器是建立在什么原理之上的什么是多级结构存储器相同中的一致性原则和和包含性原则解1多级结构的存储器是建立在局部性原理之上的即即在一小段时间内运行的程序只使用少量的指令和数据而该指令和数据又往往集中在存储器的一小片存储区中且顺序执行较转移执行比例大因此可按所使用指令和数据的急迫和频繁程度将其存入容量速度和价格不同的存储器中从而取得更高的性能价格比2一致性原则是指保存在不同级的存储器中的同一数据必须有相同的值包含性原则是指保存在内层的存储器中的数据一定也保存在外层存储器中2说明采用多级结构的存储器系统的目的使用多体结构的主存储器的目的解1采用三级结构的目的是CaChb主存层次结构用于解决CPU与主存间速度不匹配问题使系统具有主存容量和接近于Cache速度虚拟存储器-主存层次结构用于解决主存容量小运行成本高的问题使系统具有辅存容量和接近主存速度且造价和运行成本低2使用多体结构的目的是实现主存储器的并行读写即在一个存取周期或略多的时间内并行读取多个字以提高数据的传输速度3DRAM和SRAM器件的特性有那些主要区别各自主要应用在什么地方略P2664说明主存储器高速缓存虚存各自的组成及优缺点解1组成主存储器通常由动态存储器DRAM芯片组成高速缓存是由静态存储器SRAM组成而虚存是由快速磁盘设备中的一片存储区组成2比较1在存取时间上高速缓存最快虚存最慢主存在其间2在处处容量上高速缓存最小虚存最大而主存在其间3在存储成本上高速缓存最高虚存最低而主存在其间5说明高速缓存的组成工作原理映像方式优缺点衡量高速缓存的最重要的指标是什么解1高速缓存是由容量小速度块的静态存储器器件组成其工作原理如下ICPU将主存信息读入CPU的同时也写入Cache的数据字段并将该数据所对应的主存地址写入标志字段2CPU下次访问主存时先将该地址与标志字段的内容相比较若地址值相同则数据内容即为要读的数据可直接访问Cache且有效位字段置1命中否则再访问主存有效位字段置03利用算法将非命中的数据逐步替换掉4根据局限性原理CPU访问的绝大部分信息可直接从Cache中得到2映像方式有1全相联映像即将主存的一个字块可以映像到整个Cache的任何一个字块灵活性大但线路过于复杂成本太高2直接映像即将主存的一个字块只能映像到Cache的确定一个字块线路简单成本低但灵活性差影响命中率3多组相联映像即将Cache分为若干组每个组含若干个多体是前两着方式的折中方案命中率较高线路也不太复杂3衡量高速缓存的最重要的指标是它的命中率6说明一次性写光盘的组成与工作原理解1由光盘机和盘片组成其中光盘机由激光器光束分离器光聚焦镜主轴驱动机构读写头及寻道定位机构组成盘片由基板铝质反射层和薄金属膜组成2工作原理激光器产生一定强度的激光束经光束分离器将激光束分离为写光束和读光束两部分写入时写光束通过跟踪反射镜和聚焦镜实现寻道定位将很细的光束照射到指