华师网络学院作业答案-计算机组成原理问答题

试谈谈什么是存储系统的高速缓冲存储器（Cache），画出“主存- Cache”这一存储层次与CPU连接的结构框图。

答案:
答：高速缓冲存储器是介于CPU与主存之间的用于存放当前最活跃的程序块和数据的高速、小容量的存储器。

程序中包括指令和要处理的数据，在执行时先必须调到内存中才能执行，CPU直接从内存中将指令或数据取来并加以执行的。

CPU是如何知道取来的是指令还是数据？说明理由。

答案:
答：取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它由内存流向运算器。

完整的计算机指令系统按功能划分，可分为哪些基本类型的指令？并就每种基本指令简单举例说明。

答案:
答：指令系统按功能划分的种类：数据传送类、算逻运算类、程序控制类、I/O指令类及其它类。

1）数据传送指令
存、取数指令，传送指令，成组传送，字节交换，清累加器AC等。

功能：M<－>M、R<－>R、M<－>R。

2）算逻运算指令
功能：实现数据信息的加工，代码的转换、判断等。

①. 算术运算指令
定点-浮点加减乘除、求补、算术移位、比较等。

②逻辑运算指令
－、∧、∨、⊕、逻辑移位、装配、拆卸等。

3）程序控制指令
功能：控制程序的转向
包括：无条件转移，条件转移，转子和返主，中断返回等指令。

4）I/O指令
功能：①控制外设的动作
②测试外设的工作状态
③实现外设与主机间的数据交换
5）其它指令
PSW的位置、复位，测试指令，堆栈指令，特权指令，停机指令，控制台指令等。

目前的计算机系统中通常所采用的多级存储器体系结构是什么？并简述各级存储器承担的职能。

答案:
答：目前的计算机系统中通常所采用的多级存储器体系结构是：高速缓冲存储器（cache）、主存储器和外存储器。

各级存储器承担的职能各不相同。

其中cache主要强调快速存取，以便使存取速度和CPU的运算速度相匹配；外存储器主要强调大的存储容量，以满足计算机的大容量存储要求；主存储器介于cache与外存之间，要求选取适当的存储容量和存取周期，使它能容纳系统的核心软件和较多的用户程序。

在微命令的分段编码方式中，分段的原则是什么？
答案:
答：A、相互有一定关系又不能在同一微周期出现（相斥性）的微命令可编在同一字段内；可能在同一微周期出现（相容性）的微命令应编在不同的字段内；
B、分段应与数据通路的结构相适应，便于微命令的设计、修改、查找。

C、每个字段的位数不能太多（2~4位）。

精简指令系统计算机RISC，其指令系统的最大特点是什么？减少指令种类的一种有效做法是指令的替代实现，试举例说明。

答案:
解：RISC指令系统的主要特点是：
(1)指令数目较少，一般都选用使用频度最高的一些简单指令。

(2)指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。

(3)大多数指令可在一个机器周期内完成。

(4)通用寄存器数量多，只有存数指令或取数指令访问存储器，而其余指令均在寄器之间进行操作。

什么是微命令间的相容和互斥？微命令主要有哪几种编码方式，各有什么特点？
答案:
答：(1)相容性是可能同时出现的微命令, 相斥性是不能同时出现的微命令。

(2) A、直接表示法优点：简单，直观，快速。

缺点：微指令字太长，位信息利用率低。

B、编码表示法优点：微指令字长适中，译码器不庞大，能实现并行操作，速度较快。

C、混合表示法: 把直接表示法和编码表示法相混合使用。

什么是同步定时，异步定时？比较它们的优缺点。

答案:
答：
（1）同步定时，总线上所有部件都在公共时钟线上的同步信号协调下工作。

其特点是有公共时钟。

异步定时，总线上的设备（部件）有各自的时钟，它们之间通常采用“应‐答”方式进行通信。

其特点是无公共时间标准。

（2）同步定时方式具有较高的传输频率，但不适合存取时间差别大的设备之间的通信。

异步定时方式具有可靠性高，适用于存取时间不同的部件之间的通信。

但传输效率较低。

什么叫虚拟存储器？PC的虚存地址是46位，按字节编址，则其虚存空间有多大？
答案:
答：虚拟存储器是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，借助于磁盘等辅存来扩大主存容量，是指“主存－外存”的存储层次。

PC的虚存地址是46位，按字节编址，则其虚存空间有64TB。

什么叫Cache的命中率？在有Cache的计算机中，CPU访问内存的平均周期与哪些因素有关？
答案:
答：CPU在Cache中访问到的次数n1与总的访问次数n的比，称为命中率H。

不命中率（脱靶率）：1－H
有Cache时的CPU访存平均周期t A
t A=H×t c +(1-H)×t m
式中：t c -- Cache存储周期，t m -- 主存存储周期
可见，CPU访问内存的平均周期与Cache的命中率、Cache的存储周期t c、主存存储周期t m有关；而Cache的命中率又与映射方式、替换策略以及Cache的容量大小等有关。

什么叫堆栈？计算机中有哪两种形式的堆栈？常用的是哪一种？有何优点？
答案:
答：按后进先出方式工作的存储单元的集合叫堆栈。

计算机中堆栈的实现有二种结构，一种是寄存器堆栈（串联堆栈、下压堆栈），另一种是存储器堆栈。

前者是在CPU中设置一组专门的具有对位串联的若干个寄存器组成，配合堆栈指令实现堆栈操作；后者则是在内存开辟专门用于堆栈的存储区，另加堆栈指针SP组成，配合堆栈指令实现其操作。

由于存储器堆栈是使用容量较大的内存部分存储区，因此具有堆栈区的位置灵活和容量可变等特点，是常用的一种。

计算机中时序信号的作用是什么？设计计算机启停电路的基本要求是什么？
答案:
答：时序信号的作用：为计算机各部分的协调工作提供时序标志。

设计计算机启停电路的要求：
1）启动时一定要从第一个节拍电位的前沿开始工作；
2）停机时一定要在指令最末一个节拍脉冲结束后，才关闭时序发生器。

按中断源与CPU的关系不同，中断可分为内中断和外中断两大类，试说明这两类中断一般包括哪些方面的中断。

答案:
答：按中断源性质与CPU的关系分：
①处理机内的中断（内中断）
②系统内外设的中断（外中断）
集中式总线仲裁方式有哪三种，其特点是什么？
答案:
答：
(1)链式查询方式。

BG按优先级由高至低依次传送的总线查询方式。

所需传输线少，便于更改和扩充。

(2)计数器定时查询方式。

优先次序可灵活变动。

(3)独立请求方式。

响应速度快，对优先次序的控制灵活。

冯•诺依曼型计算机主要由哪几个功能部件组成？简述它们的主要功能。

答案:
答：冯•诺依曼型计算机的硬件主要有：1）存储器，其功能是存储程序和数据信息；2）运算器(ALU)，实现算术运算和逻辑运算功能的部件，其功能有运算即完成数字信息的加工和寄存、移位等；3）控制器(Control Unit)，向计算机各部件发出控制信息的部件，其功能：控制指令的读出、解释和执行、中断事件的处理等；4）输入/输出(I/O)设备，其功能是输入程序和有关的数据，输出计算机的有关信息及运算结果等；5）适配器（I/O接口）：I/O设备与主机之间互相连接(缓冲)的部件。

此外，硬设备还有控制台，电源等。

计算机系统是由硬件和软件两部分组成的，试说明硬件和软件在计算机系统中的作用，并举例说明软件和硬件在逻辑功能上是等效的。

答案:
答：硬件是计算机系统的物质基础，软件是解题的灵魂。

例如早期的计算机基于计算机必有加法器和移位等操作的硬件而没有乘除法器，可编写乘除运算子程序用于实现乘除运算功能，后来的计算机普遍用硬件乘除法器实现乘除运算功能，这说明了软件和硬件功能的等效性。

试说明组合逻辑（硬布线）控制器通常采用哪三级的时序信号？在计算机中，总清信号的作用是什么？ 答案:
答：组合逻辑控制器通常采用三级的时序体制：即主状态(CPU)周期-节拍电位-节拍脉冲。

总清信号的作用主要是使计算机处于正常的初始状态，例如把时序电路的有关触发器和I/O 接口电路中的设备状态触发器预置为正确的初始状态等，这些触发器的状态在开机时是随机的，不能保证启动后计算机能正常工作。

为此必须有总清信号，它在机器启动时由电源电路产生或按下总清开关产生。

试谈谈什么是存储系统的高速缓冲存储器（Cache ）， 画出“主存- Cache”这一存储层次与CPU 连接的结构框图。

答案:
答：高速缓冲存储器是介于CPU 与主存之间的用于存放当前最活跃的程序块和数据的高速、小容量的存储器。

试画出三地址指令、二地址指令和一地址指令的指令格式，并说明指令的含义。

答案:
答：
三地址指令 OP A1 A 2 A 3
123二地址指令
指令意义：（A 1）OP （A 2）→A 1 一地址指令 指令意义：①对于单操作数指令，OP (A) → AC
AC ——累加器，例如 LDA 48，执行（48）→ AC 。

②对于双操作数指令，（AC ）OP （A ）→AC 。

A ——显地址； AC ——隐含地址，是隐含的寻址方式。

OP A 1 A 2
OP A。