北京林业大学《计算机组成原理》笔记-总结期末复习资料

一、 选择，填空1、计算机系统的组成、计算机硬件组成和软件的分类计算机系统由计算机硬件和软件组成。

计算机硬件由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备组成。

软件分为系统软件、应用软件。

2、机器语言、汇编语言、高级语言的特点机器语言：不需要经过任何翻译工作，执行效率高。

难记忆，难理解，难开发，难调试，易出错。

不同型号CPU 的指令集有较大差异，对应的机器指令也不同，同一系列的CPU 指令集有向上兼容性，汇编语言：可读性仍不好，可移植性差。

高级语言：表达方式比较接近自然语言，可读性、通用性和可维护性好。

3、CISC 和RISC 的中文含义CISC ： 复杂指令集计算机 RISC ： 精简指令集计算机 4、原码定点整数、补码定点整数的表示范围设机器的字长为n ，则：原码定点整数的表示范围：-(2n-1-1) — 2n-1-1 反码定点整数的表示范围：-(2n-1-1) — 2n-1-1 补码定点整数的表示范围：-2n-1 — 2n-1-1 原码定点小数的表示范围：-(1-2-n) — (1-2-n)5、根据浮点数格式，写出浮点数Ms 是尾数的符号位，设置在最高位E 为阶码，n+1位，一般为整数，其中一位符号位，设置在E 的最高位上，用来表示正阶或负阶M 为尾数，m 位，由Ms 和M 组成一个定点小数。

6、四种基本逻辑运算：与、或、非、异或1位n+1位m 位7、进位计数制之间的的转换（实数）十->二除基取余法+乘基取整法二->十基数x权重8、计算机的存储系统（出现的原因、结构）出现原因：容量，速度和成本的矛盾。

通过软硬件结合，把主存和辅存统一成了一个整体，形成了一个存储层次。

从整体看，其速度接近于主存，其容量接近于辅存的容量，价格也接近于廉价的慢速的辅存平均价格。

结构：cache、主存、辅存9、读写存储器时，CPU需要发出的信息有哪些读：地址，读命令。

写：地址，数据，写命令。

10、主存储器的分类及各自特点静态随机存储器（SRAM）：只要不断开电源，状态保持不变，直到写入新信息。

动态随机存储器（DRAM）：使用时需不断给电容充电才能使信息保持。

11、通过存储器的英文名称说出中文含义，例如ROM、SRAM、DRAM等12、输入输出系统的组成外部设备和控制部件。

13、输入/输出接口的功能完成外部设备和主机相互连接。

14、数据的存储格式，给出一个地址，分别说出该地址是字节地址或字地址或双字地址，对应的存储内容是什么数据的存储格式：每个单元一个字节。

字节：8位字：16位双字：32位15、cache的地址映像方式及各自特点直接映像：实现简单，不够灵活，命中率低。

全相连映像：灵活但成本最高。

组相连映像：比直接映像灵活，代价比全相连映像小。

16、指令系统的概念，指令的格式、分类指令系统：全部机器指令的集合指令格式：操作码、操作数的地址、操作结果的存储地址、下一条指令的地址。

分类：零、一、二、三、多地址指令。

17、微指令的概念在微程序控制的计算机中，将由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令。

18、CPU的性能影响因素时钟频率f、每条指令所需的平均时钟周期数CPI、指令条数I N19、计算机CPU中，控制器的控制方式同步控制方式、异步控制方式、联合控制方式、人工控制20、控制存储器容量的计算21、运算器的组成、控制器的组成运算器：算术逻辑部件ALU、8个通用寄存器GR、状态寄存器、累加器22、中断的定义，中断源的种类中断：由I/O设备或其它非预期的急需处理的事件引起，CPU暂时中断现在正在执行的程序，而转至另一服务程序去处理这些事件的过程。

中断源：外中断、内中断、由Trap指令产生的软中断23、DMA的含义，DMA的工作方式，各自特点DMA：直接存储器存取工作方式：○1CPU暂停方式：主机响应DMA请求后，让出存储总线，直到一组数据传送完毕后，DMA控制器才把总线控制权还给CPU。

○2CPU周期窃取方式：DMA控制器与主存之间传送一个数据，占用一个CPU周期，即CPU暂停工作一个周期，然后继续执行程序。

○3直接访问存储器工作方式：如传送数据时CPU正好不占用存储总线，则对CPU不产生任何影响。

如DMA和CPU同时需要访问存储总线，则DMA的优先级高于CPU。

24、什么是总线，总线的基本特性、总线带宽的计算总线（bus）是能由多个部件分时共享的公共信息传送线路。

基本特性：共享、分时。

总线带宽（MB/s）=一个周期传送数据量x频率25、单机系统中的单总线、双总线和三总线结构的构成单总线：一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备。

双总线：系统总线和CPU和主存之间专门的一组高速的存储总线。

三总线：系统总线，存储总线，I/O总线。

26、总线结构对计算机系统性能的影响最大存储容量、指令系统、吞吐量27、总线控制器的主要任务时序控制，仲裁管理，通信管理28、信息的传送方式串行传送、并行传送、分时传送29、常见的输入输出设备30、指令周期、机器周期、时钟周期的关系指令周期：完成一条指令所需的时间机器周期：指令周期划分为几个不同的阶段，每个阶段所需的时间称为机器周期时钟周期：计算机时钟的运行周期31、波特率、比特率的计算波特率：每秒钟传送的比特位数每秒钟传送的信息量（有效数据位）称为比特率二、简答题和应用题1、计算机硬件系统基本组成部件及相互间的联系。

2、立即寻址，直接寻址，间接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，变址寻址、基址寻址、相对寻址，要求掌握以上寻址方式中有效地址的计算，能够根据有效地址找到操作数，以上寻址方式的特点○1立即寻址：指令中直接给出了操作数○2直接寻址：指令中给出操作数地址○3间接寻址：指令中给出的地址码对应的存储单元中的内容是操作数的地址○4寄存器寻址：指令中给出存放操作数的寄存器名○5寄存器间接寻址：指令中给出的寄存器中的地址单元是一个存放操作数的地址码○6变址寻址：指令中指定一个寄存器作为变址寄存器，并在指令中给出一个形式地址，将变址器中的内容与形式地址相加得到有效地址○7基址寻址：操作数的地址由基址寄存器的内容和指令的地址码相加得到○8相对寻址：程序计数器的内容和指令中的形式地址相加形成操作数的有效地址3、按照功能，指令的分类（至少5种）算术逻辑运算指令移位操作指令浮点运算指令十进制运算指令字符串处理指令数据传送指令转移类指令堆栈及堆栈操作指令输入输出指令特权指令其他指令4、CPU的功能和CPU的组成（运算器、控制器、cache）功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工5、CPU内控制器的组成和控制器的功能控制器组成：见一、21控制器功能：取指令，分析指令，控制程序和数据的输入与结果的输出，对异常情况与某些请求的处理。

6、原码的加减法，补码的加减法，机器负数补码加法运算[X]补+ [Y]补= [X+Y]补补码减法运算[X]补- [Y]补= [X-Y]补=[X+(-Y)]补= [X]补+ [-Y]补其中，[-Y]补称为[Y]补的机器负数机器负数的计算方法：将[Y]补连同符号位一起变反，末位加17、输入/输出控制方式（5种），各自的特点○1程序直接控制：控制方式简单CPU和外设只能串行工作CPU与I/O设备的速度不匹配不能处理突发事件○2程序中断传送：在一定程度上实现了CPU和外围设备的并行工作对于磁盘、磁带等工作频率较高的外设，采用程序中断方式将造成信息丢失○3直接存储器存取主存被并行工作的CPU和I/O子系统共享对外设的管理和某些操作的控制仍由CPU承担，大中型计算机系统中对外设的管理和控制比较复杂大容量外存的使用，使主存和外存之间的数据流量大幅度增加，有时还需要多个DMA 同时使用，引起访问主存的冲突增加○4I/O通道控制I/O通道具有自己的指令系统，并能实现指令所控制的操作，具备处理机的功能。

○5外围处理机结构更接近于一般处理机，甚至就是一般小型通用计算机或微机。

可完成I/O控制和其他操作基本独立于主机工作8、输入输出设备端口地址的编码方式，各种编码方式的特点统一编址：把主存储器的地址空间划出一段给输入输出端口专用，即每个端口有一个存储单元地址，这样主存的各种寻址方式都可以用于输入输出设备。

缺点是地址码比较长独立编址：有单独的I/O地址空间，每个端口有一个地址码，通过专门的输入输出指令可以访问设备9、中断的执行过程10、DMA与中断相比，各自的特点是什么？中断方式是通过程序切换进行；对中断的响应只能在一条指令执行完成时进行；中断具有对异常事件的处理能力DMA控制是硬件切换；对DMA的响应可以在指令周期的任何一个机器周期结束时进行；DMA模式主要用于需要大批量数据传送的系统中。

11、总线的定义，单机系统中总线的分类，各自的构成及特点总线：能由多个部件分时共享的公共信息传送线路单总线：一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备。

结构简单，成本低，易于接入新的设备不利于提高数据传输率，串行完成不同的数据传输双总线：系统总线和CPU和主存之间专门的一组高速的存储总线。

保持了单总线系统简单、易于扩充的特点，并且减轻了系统总线的负担，可以并发执行输入输出操作增加了硬件三总线：系统总线，存储总线，I/O总线。

12、集中式总线仲裁有哪几种方式？各种方式的特点链式查询方式：链式查询方式对电路故障最敏感计数器定时查询方式：计数可以从“0”开始，各设备的优先次序与链式查询方式相同；计数可以从终止点开始，各设备使用总线的优先级相同，优先次序可方便改变，对电路故障不如链式查询方式敏感独立请求方式：响应时间快；对优先次序的控制相当灵活13、易失性存储器有哪些？非易失性存储器有哪些？各自的特点易失性存储器：○1静态随机存储器（SRAM）：只要不断开电源，这种稳定状态会保持不变，直到写入新信息○2动态随机存储器（DRAM）：使用时需不断给电容充电才能使信息保持非易失性存储器：只读存储器（ROM）：○1掩模ROM(MROM)：制造时写入内容，以后只能读而不能写○2可编程ROM(PROM)：出厂的产品熔丝是全部接通的，使用前，用户根据需要断开某些单元的熔丝（写入）。

一次性写入。

○3可擦可编程ROM(EPROM)：可以根据用户要求用紫外线擦去旧有的存储内容，然后改写进新的程序○4可电擦可编程ROM(EEPROM)：具有电擦除功能，重复改写的次数有限闪烁存储器：用电擦除，通常采用USB接口，在EPROM存储元基础上制造14、基于所给正数或负数，求其原码、反码、补码。

由机器码能求真值。

机器码：在计算机中表示的带符号位的二进制数真值：带符号位的机器数对应的数值15、补码加减法的溢出判别○1采用一个符号位判断当两个同号数相加，若所得结果符号与两数符号不同，则表示溢出○2采用最高有效位的进位判断正溢：两正数相加，最高有效位有进位，符号位无进位负溢：两负数相加，最高有效位无进位，符号位有进位○3采用变形补码判断将符号位扩充为两位，称为变形补码00结果为正，无溢出01 结果正溢出10 结果负溢出11结果为负，无溢出16、根据给定生成多项式，求CRC码设原始信息码n位，加校验位k位○1将原始信息码后面加K个0当被除数○2选定一个k+1位的生成多项式做除数○3模2除所得余数作为校验位○4原始信息码后加校验位即为CRC码17、能够根据汇编语言语句，写出二进制机器码18、cache命中率和平均访问时间， cache-主存系统的效率命中率：CPU所要访问的信息在cache中的比率，即命中的访问次数与总访问次数之比设cache的存取时间为tc，命中率为h，主存的存取时间为tM，则具有cache的存储器的平均存取时间=h•tc+(1-h) •(tM+tc)cache-主存系统的效率= tc/(访存的平均时间)19、存储器容量的扩展，能够说明需要的芯片数，所需的扩展方式，每组芯片的地址范围，会画扩展图位扩展：用多个存储器器件对字长扩充将多片存储器的地址、片选、读写控制端相应并联，数据端分别引出字扩展：增加存储器中字的数量将各芯片的地址线、数据线、读写控制线相应并联，而由片选信号来区分各芯片的地址范围20、存储器容量，存储器地址范围和需要的地址线、数据线条数之间的计算存储器地址范围=2地址线条数字扩展：地址线条数=log 2每片存储器的存储单元数+log 2存储器个数 数据线条数=每片存储器的数据端位数 位扩展： 地址线条数= log 2每片存储器的存储单元单元数地址线A 13~A 0数据线D 7~D 0A 15A 14A 13A 0R/WD 7~D 0数据线条数=每片存储器数据端位数的和21、求CPI 、MIPS 速率、程序执行时间T 、指令周期、机器周期、时钟周期。