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。