计算机组成原理-平进作业

（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： （1）取指周期：取指令
（2）间指周期：取有效地址
（3）执行周期：取（或存）操作数
（4）中断周期：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 CPU 取出并执行一条指令所需的全部时间，即完成一条指令的时间；
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） 异步通信与同步通信的主要区别是什么？
答： 同步通信和异步通信的主要区别是前者有公共时钟，总线上的所有设备按统一的时序，统
一的传输周期进行信息传输，通信双方按约定好的时序联络。后者没有公共时钟，没有固定 的传输周期，采用应答方式通信，具体的联络方式又不互锁，半互锁和全互锁三种。不互锁 方式通信双方没有相互制约关系，半互锁方式通信双方有简单的制约关系，全互锁方式通信 双方有完全制约关系。其中全互锁通信可靠性最高。
×k)，组间直接映像，而组内全相联映像。所谓组间直接映像，是指某组中的 Cache 块只 能与固定的一些主存块建立映像关系。
（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。
程：（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。
（9） 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、高级语言级 第五级是高级语言级，这级的机器语言就是各种高级语言，通常用编译程序来 完成高级语言翻译的工作。 7、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。
全相联映像的优点是灵活，Cache 利用率高。缺点有两个：一是标记位数增加了(需要记录 主存块块地址的全部信息)，使得 Cache 的电路规模变 大，成本变高；二是比较器难于设 计和实现(通常采用“按内容寻址的”相联存储器)。因此，只有小容量 Cache 才采用这种 映像方式。 3．组相联映像(Set Associative Mapping) 组相联映像方式是介于直接映像和全相联映像之间的一种折中方案。设 Cache 中共有 m 个块，在采用组相联映像方式时，将 m 个 Cache 块分成 u 组(set)，每组 k 个块(即 m=u
（10） 请简述主存和 cache（高速缓存存储器）之间的映像方式中的源自文库相联映像。
答：1．直接映像(Direct Mapping) 采用直接映像时，Cache 的某一块只能和固定的一些主存块建立映像关系，主存的某一块 只能对应一个 Cache 块。直接映像的优点是硬件简单、成本低；缺点是不够灵活，主存的 若干块只能对应惟一的 Cache 块，即使 Cache 中还有空位，也不能利用。 2．全相联映像(Associative Mapping) 采用全相联映像时，Cache 的某一块可以和任一主存块建立映像关系，而主存中某一块也 可以映像到(2ache 中任一块位置上。由于 Cache 的某一块可 以和任一主存块建立映像关 系，所以 Cache 的标记部分必须记录主存块块地址的全部信息。例如，主存分为 2n 块， 块的地址为 n 位，标记也应为 n 位。 采用全相联映像方式时，主存地址被理解为由两部 分组成：标记(主存块号)和块内地址。CPU 在访问存储器时，为了判断是否命中，主存地 址的标记部分需要和 Cache 的所有块的标记进行比较。为了缩短比较的时间，将主存地址 的标记部分和 Cache 的所有块的标记同时进行比较。如果命中，则按块内地址访问 Cache 中的命中块(其标记与主存地址给出的标记相同)；如果未命中，则访问主存。
4）I/O 设备的输出电平可能与 CPU 的输入/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。
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
（4） 控制器中常采用哪些控制方式，各有何特点？
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：不存在基准时标信号，微操作的时序是由专用的应答线路控制的，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。
答： 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；
单通步通信：统一时钟，可插入等待信号；
分离式通信：都是全反向，充分发挥总线的有效应用；
控制器中常采用那些控制方式，各有何特点。 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：不存在基准时标信号，微操作的时序是由专用的应答线路控制的，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。
（6） 为什么外围设备要通过接口与 CPU 相连？接口有哪些功能？
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；
机器周期是所有指令执行过程中的一个基准时间，通常以存取周期作为机器周期；
时钟周期使机器周期主频的倒数，也可称为节拍，它是控制计算机操作的最小单位时间；
关系：一个指令周期包括若干个机器周期，一个机器周期又包括若干个时钟周期，每个指 令周期内的机器周期数可以不等，每个机器周期内的时钟周期数也可以不等。
（3） 总线通信控制有几种方式，简要说明各自的特点。
（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）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。