计算机组成原理

灰太狼 2024-03-30 13:11 92阅读 0赞

**1. 冯•诺依曼计算机的特点是什么？**

解：冯•诺依曼计算机的特点是：1>计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；指令和数据以同同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；指令和数据均用二进制表示；指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置；

指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；机器以运算器为中心

**2、什么是总线？总线传输有何特点？为了减轻总线的负载总线上的部件都应具备什么特点？**

答：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。总线特点是某一时刻只能有一路信息在总线传输即分时使用。为减轻总线负载总线上的部件应通过三态驱动电路与总线连通。

**3、总线如何分类？什么是系统总线？系统总线又分为几类是单向的还是双向的？**

答：总线分类按数据传送方式分为并行传输总线和串行传输总线。按连接部件不同分为计算机总线，测控总线，网络通信总线。系统总线是指CPU，主存，I/O设备各大部件之间的信息传输线。系统总线分为三类：地址总线，数据总线和控制总线。数据总线是是双向传输与机器字长存储字长有关，地址总线是单向传输，与地址线的位数和存储单元有关。

**4. 为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？**

答：总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；

常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求；

特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

**5. 什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。**

解：刷新：对DRAM定期进行的全部重写过程；刷新原因：因电容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三种：集中式、分散式、异步式。集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在CPU访存死时间。分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无CPU访存死时间。异步式：是集中式和分散式的折衷。

**7.什么是中断？设计中断系统需考虑哪些主要问题？**

答：在CPU运行过程中,由于内部或外部某个随机事件的发生,使CPU暂停正在运行的程序,而转去执行处理引起中断事件的程序,完成后返回原来的程序继续执行.这个过程称为中断】

(1) 设立必要的中断源,确定它们提出的中断请求的方式.(2) 根据急迫程度的不同,规定好中断源的优先级别,以确定当几个中断源同时请求时,处理机能有一个先后响应次序.(3) 当处理机响应中断后，需要把被中断程序的现场,断点保存起来,以便中断处理结束后能返回原程序.(4) 中断服务程序设计.(5) 恢复现场,返回原程序.

**8.什么是中断隐指令?有哪些功能？**

答：在一周期中依靠硬件实现程序切换，并不需要执行程序指令，即不需要程序员编程序实现，所以称为中断隐指令操作。 1）关中断；2）保存断点到堆栈；3）取得中服入口地址并且转入中服。

2**7. 试从下面七个方面比较程序查询、程序中断和DMA三种方式的综合性能**。  
 解：比较如下：  
 （1）程序查询、程序中断方式的数据传送主要依赖软件，DMA主要依赖硬件。

（2）程序查询、程序中断传送数据的基本单位为字或字节，DMA为数据块。  
 （3）程序查询方式传送时，CPU与I/O设备串行工作；  
 程序中断方式时，CPU与I/O设备并行工作，现行程序与I/O传送串行进行；  
 DMA方式时，CPU与I/O设备并行工作，现行程序与I/O传送并行进行。

（4）程序查询方式时，CPU主动查询I/O设备状态；  
 程序中断及DMA方式时，CPU被动接受I/O中断请求或DMA请求。   
 （5）程序中断方式由于软件额外开销时间比较大，因此传输速度最慢；  
 程序查询方式软件额外开销时间基本没有，因此传输速度比中断快；  
 DMA方式基本由硬件实现传送，因此速度最快；

（6）程序查询接口硬件结构最简单，因此最经济；  
 程序中断接口硬件结构稍微复杂一些，因此较经济；  
 DMA控制器硬件结构最复杂，因此成本最高；  
 （7）程序中断方式适用于中、低速设备的I/O交换；  
 程序查询方式适用于中、低速实时处理过程；  
 DMA方式适用于高速设备的I/O交换

**30. 什么是多重中断？实现多重中断的必要条件是什么**？解：多重中断是指：当CPU执行某个中断服务程序的过程中，发生了更高级、更紧迫的事件，CPU暂停现行中断服务程序的执行，转去处理该事件的中断，处理完返回现行中断服务程序继续执行的过程。  
 实现多重中断的必要条件是：在现行中断服务期间，中断允许触发器为1，即开中断。

**32.采用屏蔽技术的作用是什么？**

答：1> 在多重中断系统中，cpu响应中断后不希望有级别的其他中断请求的干扰，采用屏蔽技术可屏蔽本级和更低级的中断请求，使中断处理可靠进行。

2 >改变中断处理的优先级。

3>有选择的封锁部分中断请求，使程序控制更灵活。

**36.I/O与主机交换信息有几种方式，各有何特点。**

答：I/O与外设的信息交换方式主要有：

程序查询方式（特点：简称为程控方式，它是主机与外设通信的一个主要的方式，但对于低速外设或者外设的一些随机通信请求，程控方式就会不断地查询，使CPU利用率降低，不能与外围设备并行地工作。）

② 中断方式（特点：也称为程序中断方式，中断的前是外设准备好与主机的通信条件，例如需要及时地向主机传送一个数据并且该数据已经准备好了；或者执行完主机的某个任务，要求主机再传送一个数据等等，就向主机提出中断请求。这就是中断方式的处理思想，以提高了CPU的利用率。）

③ DMA方式（特点：即直接存储器存取方式，是直接依靠硬件在主存与I/O设备间传送数据的一种工作方式，在传送期间不需要CPU参加传送操作。由于省去了CPU取指令、取数和送数操作，因此节省了CPU大量的时间；而且主存与外设之间数据传输速度并不比CPU参与传输慢，因此是一个非常好的数据成块传送模式。）

**35.I/O编址方式有几种各有何特点？**

答：程序直接控制方式 程序中断传送方式 直接存储器存取(DMA)方式I/O通道控制方式外围处理机方式

**18、比较RAM和ROM。**

答：RAM是随机存取存储器，在程序的执行过程中既可读出又可写入。ROM是只读存储器，在程序执行过程中只能读出信息，不能写入信息。

**19、比较静态RAM和动态RAM**

答：静态RAM和动态RAM都属随机存储器，即在程序的执行过程中既可读出又可写入信息。但静态RAM靠触发器原理存储信息，只要电源不掉电，信息就不丢失；动态RAM靠电容存储电荷原理存储信息，即使电源不掉电，由于电容要放电，信息也会丢失，故需再生刷新。

**27、CPU中断周期前为何阶段，中断周期后为何阶段，中断周期完成什么操作？**

答：CPU中断周期前为执行中断隐指令，中断周期后阶段执行返回指令，中断周期完成执行中断服务程序。

**23、简述主存的读写过程。**

答：存储器的读出过程是：CPU先给出有效地址，然后给出片选（通常受CPU访存信号控制）信号和读命令，这样就可将被选中的存储单元内的各位信息读至存储芯片的数据线上，完成了读操作。

存储器的写入过程是：CPU先给出有效地址，然后给出片选（通常受CPU访存信号控制）信号和写命令，并将欲写入的信息送至存储器的数据线上，这样，信息便可写入到被选中的存储单元

**12、什么是指令字长，什么是存储字长，什么是机器字长？**

答：指令字长：一个指令字所占有的位数。存储字长：一个存储单元可存储一串二进制代码,称这串二进制代码为一个存储字,这串二进制代码的个数叫做存储字长。机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度。

**99.关于CU的的几种控制方式**？答：常见的控制方式有同步控制，异步控制，联合控制，人工控制四种。

**8.微指令的操作控制有几种编码方式？各有何特点？哪一种控制速度最快？**

微指令编码方式有三种：直接编码方式、字段直接编码方式、字段间接编码方式。微指令的格式与微指令的编码格式有关，通常分为水平型微指令和垂直型微指令。水平型微指令的特点一次能定义并执行多个并行操作的微指令。直接编码速度最快。垂直型微指令特点是采用类似机器指令操作码的方式，在微指令中设置为操作码字段，有微操作码规定微指令的功能。

两种格式的比较？水平型微指令比垂直型微指令并行操作能力强.效率高,灵活性强,。水平型微指令并行操作能力强.效率高,灵活性强,垂直型微指令则较差.。由水平型微指令解释指令的微程序,具有微指令字比较长,但微程序短的特点.垂直型微指令则相反,微指令字比较短而微程序长 .。水平型微指令与机器指令差别很大垂直型微指令与机器指令比较相似。

**9为实现多重中断，需有哪些硬件支持？**

1中断请求触发器 2中断屏蔽触发器3向量地址生成部件4 允许中断触发器 5中断标志触发器 6 堆栈7 中断查询信号电路 8 排队器

**9.1 控制单元的功能是什么？其输入受什么控制？**

功能：发出各种控制信号序列的功能。控制单元的输入受 指令寄存器、时钟、标志和控制总线的控制。

10.6 已知带反转指令的含义如图以下，写出及其在完成带反转指令时，取值阶段和执行阶段所需地全部微操作和节拍安排

**1、简述存储器的三级结构和特点？**

答：存储器的分级结构从上到下依次是：①高速缓冲存储器简称cache，它是计算机系统中的一个高速小容量半导体存储器。

②主存储器简称主存，是计算机系统的主要存储器，用来存放计算机运行期间的大量程序和数据。

③外存储器简称外存，它是大容量辅助存储器。特点：①速度快的存储器价格贵，容量小；

②价格低的存储器速度慢，容量大。

**2、什么是操作数的寻址方式？操作数通常放在哪儿？**

答：形成操作数有效地址的方法，称为寻址方式。①操作数包含在指令中；②操作数包含在CPU的某一个内部寄存器中；

③操作数包含在主存储器中；④操作数包含在I/O设备的端口中。

**3、简述RISC机器众多特点中的5个特点？**

答：①寻址方式少；②只有取数、存数指令访问存储器；③控制器多采用硬布线；

④配备了大量的寄存器；⑤支持流水线并强调指令流水的优化使用。

**4、简述外围设备和CPU之间信息交换的四种方式及应用场合？**

答：①程序控制法，应用于单片机等硬件结构简单的场合；②中断控制法，多用于实时控制和故障处理；

③DMA，直接存储器存取，控制内存和外设之间的数据传送，整个传送过程不需要CPU参与；

④通道，处理机。应用于大型计算机场合

**1****．什么叫堆栈？**

答：堆栈是在片内RAM中专门开辟出来的一个区域，数据的存取是以"后进先出"的结构方式处理的。实质上，堆栈就是一个按照"后进先出"原则组织的一段内存区域。

**2****．****什么是单片机的机器周期、状态周期、振荡周期和指令周期？它们之间是什么关系？**

答：某条指令的执行周期由若干个机器周期构成，一个机器周期包含6个状态周期（又称时钟周期），而一个状态周期又包含两个振荡周期。指令执行周期有长有短，但一个机器周期恒等于6个状态周期或12个振荡周期。

**3****．****MCS-51****单片机通常内部包含哪些主要逻辑功能部件？**

答： 51单片机通常由下列部件组成：微处理器 ， 一定存储容量的程序存储器和数据存储器 ， I/0接口 ， 定时/计数器 ，时钟电路 和其他一些外围电路

**4****．****MCS-51****单片机片内****256B****的数据存储器可分为几个区？分别起什么作用？**

答：MCS-51单片机片内数据存储器可分为二个区：低128B的片内RAM区和 高128B的专用寄存器区。其中低128B的RAM区又分为：工作寄存器区、位寻址区、为用户RAM区。工作寄存器区可作通用寄存器用，用户RAM区可作堆栈和数据缓冲用。专用寄存器区又称特殊功能寄存器，

**5****．程序状态存储器****PSW****的作用是什么？常用状态标志有哪几位？作用是什么？**

答：PSW用于标志程序运行状态

P：奇偶标志。加器A中“1”的个数如果是奇数，则置P为1，否则置0。

F1：用户标志。

OV：溢出标志。有符号数运算时，如果发生溢出时，OV置1，否则清0。

RS0、RS1：工作寄存器组选择位，用以选择指令当前工作的寄存器组。由用户用软件改变RS0和RS1的组合，以切换当前选用的工作寄存器组

Cy ：进位标志位 。 如果有进位则标识为“1”

AC :辅助进位标志位 。 第四位向高四位有进位或借位 则置“1”

**6****．什么是指令？什么是程序？**

答：指令是控制计算机进行指定操作的命令。指令由二进制代码表示的。指令由操作码和操作数两部分组成。

为完成某项规定任务，把计算机指令按一定次序进行编排组合所行成的指令集称为程序。

**7．****什么叫寻址方式？****MCS-51有几种寻址方式？**

答：寻址方式就是寻找指令中操作数或操作数所在地址的方式。也就是如何找到存放操作数的地址，把操作数提取出来的方法。

MCS51的寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对对址、位寻址。

**8****．****什么是中断和中断系统？MCS-51有哪些中断源？**

答：当CPU正在处理某件事情的时候，外部发生的某一件事情请求CPU去处理，于是，CPU暂时终止当前的工作，转去处理发生的事情，处理完该事件以后，再回到原来被终止的地方，继续原来的工作。这种过程称为中断。 实现这种功能的部件称为中断系统。

MCS-51有如下中断源：外部中断0，定时器0，外部中断1，定时器1，串行口中断

**9****．****MCS-51****响应中断的条件？**

答：（1）有中断源发出中断请求。

（2）中断总允许位EA=1，即CPU开中断。

（3）申请中断的中断源的中断允许位为1，即中断没有被屏蔽。

（4）无同级或更高级中断正在服务。

（5）当前指令周期已经结束。

（6）若现行指令为RETI或访问IE或IP指令时，该指令以及紧接着的另一条指令已执行完毕。

**10．MCS-51定时器有哪几种工作方式？有何区别？**

答：（1）方式0：选择定时器高8位和低5位组成的一个13位计数器。

定时时间t=（213-初值）\*机器周期

（2）方式1：计数器是 16位

定时时间t=（216-初值）\*机器周期

（3）方式2：一个可以自动重装载的8位计数器。

定时时间t=（28-初值）\*机器周期

（4）方式3：只适用于计数器T0 ， T1无此工作方式 。TL0 和TH0被拆分成两个独立的8位计数器 。

**11．****串行数据传送的主要优点和用途是什么？**

答：串行数据传送是将数据按位进行传送的方式。其主要优点是所需的传送线根数少，对于远距离数据传送的情况，采用串行方式是比较经济的。所以串行方式主要用于计算机与远程终端之间的数据传送。

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