计算机组成原理平时作业2020秋华南理工大学网络教育答案

2020-2021第一学期《计算机组成原理》作业

姓名：成绩：

（1）CPU 包括哪几个工作周期？每个工作周期访存的作用是什么。

答:包括4 个工作周期:取指周期、间址周期、执行周期、中断周期。每个访存的作用：分别是取指令、取有效地址、取（或存）操作数及将程序断点保存起来。

（2）什么是指令周期、机器周期和时钟周期？

答:指令周期是指执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成，是从取指令、分析指令到执行完所需的全部时间。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU 仅完成一个最基本的动作。机器周期是指完成一个基本操作所需要的时间。

（3）总线通信控制有几种方式，简要说明各自的特点。

答:4 种方式: 同步通信：通信双方由统一时标控制数据传送。

异步通信：采用应答方式通信。

半同步通信：统一时钟，可插入等待信号。

分离式通信：都是主设备，充分发挥总线的有效占用。

（4）控制器中常采用哪些控制方式，各有何特点？

答：控制器常采用同步控制、异步控制和联合控制。

同步控制即微操作序列由基准时标系统控制，每一个操作出现的时间与基准时标保持一致。异步控制不寻找基准时标信号，微操作的时序是由专门的应答线路控制的，即控制器发出某一个微操作控制信号后，等待执行部件完成该操作时所发回的“回答”或“终了”信号，再开始下一个微操作。联合控制是同步控制和异步控制相结合的方式，即大多数微操作在同步时序信号控制下进行，而对那些时间难以确定的微操作，如涉及到I/O 操作，则采用异步控制。

（5）简述中断处理的基本过程。

答:中断处理过程基本上由3 部分组成，第一部分为准备部分，其基本功能是保护现场，对于非向量中断方式则需要确定中断源，最后开放中断，允许更高级的中断请求打断低级的中断服务程序；第二部分为处理部分，即真正执行具体的为某个中断源服务的中断服务程序；第三部分为结尾部分，首先要关中断，以防止在恢复现场过程中被新的中断请求打断，接着恢复现场，然后开放中断，以便返回原来的程序后可响应其他的中断请求。中断服务程序的最后一条指令一定是中断返回指令。

（6）为什么外围设备要通过接口与CPU 相连？接口有哪些功能？

答:1)一台机器通常配有多台外设，它们各自有其设备号，通过接口可实现对设备的选择; 2) I/O 设备种类繁多，速度不一，与CPU 速度相差可能很大，通过接口可实现数据缓冲，达到速度匹配;

3) I/O 设备可能串行传送数据，而CPU 一般并行传送，通过接口可实现数据串并格式转换;

4) I/O 设备的输出电平可能与CPU 输入/输出电平不同，通过接口可实现电平转换;

5) CPU 启动I/O 设备工作，要向外设发各种控制信号，通过接口可传送控制命令;

6) I/O 设备需将其工作状况及时报告CPU,通过接口可见是设备的工作状态，并保存状态信息供CPU 查询;接口功能：选址、传送命令、反应设备状态、传送数据。

（7）说明一次程序中断的全过程并简述中断隐指令及其功能。

答:

1)保护断点;

2)寻找中断入口;

3)执行中断处理程序;

4)中断返回中断隐指令及其功能：中断隐指令实在机器指令系统中没有的指令，它是CPU 在中断周期内由硬件自动完成的一条指令，其功能包括保护程序断点、寻找中断服务程序的入口地址、关中断等功能。

（8）在DMA 方式中，CPU 和DMA 接口分时使用主存有几种方法？简要说明之.

答:1)停止CPU 访问主存。这种方法DMA 在传送一批数据时，独占主存，CPU 放弃了地址线、数据线和有关控制线的使用权。在一批数据传送完毕后，DMA 接口才把总线的控制权交回给CPU.显然，这种方法在DMA 传送过程中，CPU 基本处于不工作状态或保持原状态。

2) 周期挪用。这种方法CPU 按程序的要求访问主存，一旦I/O 设备有DMA 请求，则由I/O设备挪用一个存取周期。此时CPU 可完成自身的操作，但是要停止访存。显然这种方法既实现了I/O 传送，又较好地发挥了主存和CPU 的效率，是一种广泛采用的方法。

3)DMA 与CPU 交替访存。这种方法适合于CPU 的工作周期比主存的存取周期长的情况。如CPU 的工作周期大于主存周期的两倍，则每个CPU 周期的上半周期专供DMA 接口访存，下半周期专供CPU 访存。这种交替访问方式可使DMA 传送和CPU 工作效率最高，但相应的硬件逻辑更复杂。

（9）试简述外围设备的I/O 控制方式分类及特点。

答:外围设备的I/O 控制方式分类及特点：

（1）程序查询方式：CPU 的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简单（2）程序中断方式：一般适用于随机出现的服务，且一旦提出要求应立即进行，节省了CPU 的时间，但硬件结构相对复杂一些。

（3）直接内存访问（DMA）方式：数据传输速度很高，传输速率仅受内存访问时间的限制。需更多硬件，适用于内存和高速外设之间大批交换数据的场合。

（4）通道方式：可以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送，大大提高了CPU 的工作效率。

（5）外围处理机方式：通道方式的进一步发展，基本上独立于主机工作，结果更接近一般处理机。

（10）现代计算机系统如何进行多级划分？

答:

1、硬联逻辑级第零级是硬联逻辑级，这是计算机的内核，由门，触发器等

逻辑电路组成。

2、微程序级第一级是微程序级。这级的机器语言是微指令集，

程序员用微指令编写的微程序，一般是直接由硬件执行的。

3、传统机器级第二级是传统机器级，这级的机器语言是该机的指令集，程序员用机器指令

编写的程序可以由微程序进行解释。

4、操作系统级第三级是操作系统级，从操作系统的基本功能来看，一方面它要直接管理传统机器中的软硬件资源，另一方面它又是传统机器的延伸。

5、汇编语言级第四级是汇编语言级，这级的机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。

6、应用语言级第六级是应用语言级，这一级是为了使计算机满足某种用途而专门设计的，因此这一级语言就是各种面向问题的应用语言。

（11）存储器的主要功能是什么？为什么要把存储系统分成若干个不同层次？主要有哪些层次？

答:存储器的主要功能是存放程序或各类数据。通常用存储容量、存取周期以及

存储器的带宽(每秒从存储器读出或写入二进制代码的位数)三项指标来反映存储

器的性能。为了扩大存储器容量和提高访存速度，将存储系统分成若于不同层次，

有Cache－主存层次和主存－辅存层次。前者为使存储器与CPU 速度匹配，在

CPU 和主存之间增设Cache 高速缓冲存储器，其容量比主存小，速度比主存快，

用来存放CPU 最近期要用的信息，CPU 可直接从Cache 中取到信息，从而提高了

访存速度。后者为扩大存储器容量，把主存和辅存统一成一个整体，从整体上看，

速度取决于主存，容量取决于辅存，称为虚存。CPU 只与主存交换信息，但程序

员可用指令地址码进行编程，其位数与虚存的地址空间对应。

（12）什么是CISC？CISC 指令系统的特点是什么？

答：CISC 的英文全称为“Complex Instrucon Set Computer”，即“复杂指令系统

计算机”，从计算机诞生以来，人们一直沿用CISC 指令集方式。早期的桌面软

件是按CISC 设计的，并一直沿续到现在。目前，桌面计算机流行的x86 体系结

构即使用CISC。微处理器(CPU)厂商一直在走CISC 的发展道路，包括Intel、AMD，

还有其他一些现在已经更名的厂商，如TI(德州仪器)、IBM 以及VIA(威盛)等。在

CISC 微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个操作

也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率

不高，执行速度慢。CISC 架构的服务器主要以IA-32 架构(Intel Architecture，英

特尔架构)为主，而且多数为中低档服务器所采用。特点区别各方面如下：

(1)指令系统复杂庞大，指令数目一般多达2、3 百条。

(2)寻址方式多

(3)指令格式多

(4)指令字长不固定

(5)可访存指令不加限制

(6)各种指令使用频率相差很大

(7)各种指令执行时间相差很大

(8)大多数采用微程序控制器