計(jì)算機(jī)組成原理.doc

1. 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是什么？ 解：馮諾依曼計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)是：1>計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部件組成；指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲(chǔ)器內(nèi)，并可以按地址訪問；指令和數(shù)據(jù)均用二進(jìn)制表示；指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作碼用來表示操作的性質(zhì)，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲(chǔ)器中的位置；指令在存儲(chǔ)器中順序存放，通常自動(dòng)順序取出執(zhí)行；機(jī)器以運(yùn)算器為中心2、什么是總線？總線傳輸有何特點(diǎn)？為了減輕總線的負(fù)載總線上的部件都應(yīng)具備什么特點(diǎn)？ 答：總線是連接多個(gè)部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質(zhì)?？偩€特點(diǎn)是某一時(shí)刻只能有一路信息在總線傳輸即分時(shí)使用。為減輕總線負(fù)載總線上的部件應(yīng)通過三態(tài)驅(qū)動(dòng)電路與總線連通。3、總線如何分類？什么是系統(tǒng)總線？系統(tǒng)總線又分為幾類是單向的還是雙向的？ 答：總線分類按數(shù)據(jù)傳送方式分為并行傳輸總線和串行傳輸總線。按連接部件不同分為計(jì)算機(jī)總線，測(cè)控總線，網(wǎng)絡(luò)通信總線。系統(tǒng)總線是指CPU，主存，I/O設(shè)備各大部件之間的信息傳輸線。系統(tǒng)總線分為三類：地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線。數(shù)據(jù)總線是是雙向傳輸與機(jī)器字長(zhǎng)存儲(chǔ)字長(zhǎng)有關(guān)，地址總線是單向傳輸，與地址線的位數(shù)和存儲(chǔ)單元有關(guān)。4. 為什么要設(shè)置總線判優(yōu)控制？常見的集中式總線控制有幾種？各有何特點(diǎn)？哪種方式響應(yīng)時(shí)間最快？哪種方式對(duì)電路故障最敏感？ 答：總線判優(yōu)控制解決多個(gè)部件同時(shí)申請(qǐng)總線時(shí)的使用權(quán)分配問題；常見的集中式總線控制有三種：鏈?zhǔn)讲樵儭⒂?jì)數(shù)器定時(shí)查詢、獨(dú)立請(qǐng)求；特點(diǎn)：鏈?zhǔn)讲樵兎绞竭B線簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)充，對(duì)電路故障最敏感；計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式優(yōu)先級(jí)設(shè)置較靈活，對(duì)故障不敏感，連線及控制過程較復(fù)雜；獨(dú)立請(qǐng)求方式速度最快，但硬件器件用量大，連線多，成本較高。5. 什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。 解：刷新：對(duì)DRAM定期進(jìn)行的全部重寫過程；刷新原因：因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時(shí)補(bǔ)充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集中式：在最大刷新間隔時(shí)間內(nèi)，集中安排一段時(shí)間進(jìn)行刷新，存在CPU訪存死時(shí)間。分散式：在每個(gè)讀/寫周期之后插入一個(gè)刷新周期，無CPU訪存死時(shí)間。異步式：是集中式和分散式的折衷。7.什么是中斷？設(shè)計(jì)中斷系統(tǒng)需考慮哪些主要問題？ 答：在CPU運(yùn)行過程中,由于內(nèi)部或外部某個(gè)隨機(jī)事件的發(fā)生,使CPU暫停正在運(yùn)行的程序,而轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理引起中斷事件的程序,完成后返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行.這個(gè)過程稱為中斷】(1) 設(shè)立必要的中斷源,確定它們提出的中斷請(qǐng)求的方式.(2) 根據(jù)急迫程度的不同,規(guī)定好中斷源的優(yōu)先級(jí)別,以確定當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求時(shí),處理機(jī)能有一個(gè)先后響應(yīng)次序.(3) 當(dāng)處理機(jī)響應(yīng)中斷后，需要把被中斷程序的現(xiàn)場(chǎng),斷點(diǎn)保存起來,以便中斷處理結(jié)束后能返回原程序.(4) 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì).(5) 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng),返回原程序.8.什么是中斷隱指令?有哪些功能？ 答：在一周期中依靠硬件實(shí)現(xiàn)程序切換，并不需要執(zhí)行程序指令，即不需要程序員編程序?qū)崿F(xiàn)，所以稱為中斷隱指令操作。1）關(guān)中斷；2）保存斷點(diǎn)到堆棧；3）取得中服入口地址并且轉(zhuǎn)入中服。27. 試從下面七個(gè)方面比較程序查詢、程序中斷和DMA三種方式的綜合性能。 解：比較如下： （1）程序查詢、程序中斷方式的數(shù)據(jù)傳送主要依賴軟件，DMA主要依賴硬件。（2）程序查詢、程序中斷傳送數(shù)據(jù)的基本單位為字或字節(jié)，DMA為數(shù)據(jù)塊。 （3）程序查詢方式傳送時(shí)，CPU與I/O設(shè)備串行工作； 程序中斷方式時(shí)，CPU與I/O設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送串行進(jìn)行； DMA方式時(shí)，CPU與I/O設(shè)備并行工作，現(xiàn)行程序與I/O傳送并行進(jìn)行。（4）程序查詢方式時(shí)，CPU主動(dòng)查詢I/O設(shè)備狀態(tài)； 程序中斷及DMA方式時(shí)，CPU被動(dòng)接受I/O中斷請(qǐng)求或DMA請(qǐng)求。 （5）程序中斷方式由于軟件額外開銷時(shí)間比較大，因此傳輸速度最慢； 程序查詢方式軟件額外開銷時(shí)間基本沒有，因此傳輸速度比中斷快； DMA方式基本由硬件實(shí)現(xiàn)傳送，因此速度最快；（6）程序查詢接口硬件結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，因此最經(jīng)濟(jì)； 程序中斷接口硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜一些，因此較經(jīng)濟(jì)； DMA控制器硬件結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，因此成本最高； （7）程序中斷方式適用于中、低速設(shè)備的I/O交換； 程序查詢方式適用于中、低速實(shí)時(shí)處理過程； DMA方式適用于高速設(shè)備的I/O交換30. 什么是多重中斷？實(shí)現(xiàn)多重中斷的必要條件是什么？解：多重中斷是指：當(dāng)CPU執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)程序的過程中，發(fā)生了更高級(jí)、更緊迫的事件，CPU暫?，F(xiàn)行中斷服務(wù)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理該事件的中斷，處理完返回現(xiàn)行中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。 實(shí)現(xiàn)多重中斷的必要條件是：在現(xiàn)行中斷服務(wù)期間，中斷允許觸發(fā)器為1，即開中斷。32.采用屏蔽技術(shù)的作用是什么？ 答：1> 在多重中斷系統(tǒng)中，cpu響應(yīng)中斷后不希望有級(jí)別的其他中斷請(qǐng)求的干擾，采用屏蔽技術(shù)可屏蔽本級(jí)和更低級(jí)的中斷請(qǐng)求，使中斷處理可靠進(jìn)行。2 >改變中斷處理的優(yōu)先級(jí)。3>有選擇的封鎖部分中斷請(qǐng)求，使程序控制更靈活。 36.I/O與主機(jī)交換信息有幾種方式，各有何特點(diǎn)。 答：I/O與外設(shè)的信息交換方式主要有：0 程序查詢方式（特點(diǎn)：簡(jiǎn)稱為程控方式，它是主機(jī)與外設(shè)通信的一個(gè)主要的方式，但對(duì)于低速外設(shè)或者外設(shè)的一些隨機(jī)通信請(qǐng)求，程控方式就會(huì)不斷地查詢，使CPU利用率降低，不能與外圍設(shè)備并行地工作。）中斷方式（特點(diǎn)：也稱為程序中斷方式，中斷的前是外設(shè)準(zhǔn)備好與主機(jī)的通信條件，例如需要及時(shí)地向主機(jī)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)并且該數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好了；或者執(zhí)行完主機(jī)的某個(gè)任務(wù)，要求主機(jī)再傳送一個(gè)數(shù)據(jù)等等，就向主機(jī)提出中斷請(qǐng)求。這就是中斷方式的處理思想，以提高了CPU的利用率。）DMA方式（特點(diǎn)：即直接存儲(chǔ)器存取方式，是直接依靠硬件在主存與I/O設(shè)備間傳送數(shù)據(jù)的一種工作方式，在傳送期間不需要CPU參加傳送操作。由于省去了CPU取指令、取數(shù)和送數(shù)操作，因此節(jié)省了CPU大量的時(shí)間；而且主存與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳輸速度并不比CPU參與傳輸慢，因此是一個(gè)非常好的數(shù)據(jù)成塊傳送模式。）35.I/O編址方式有幾種各有何特點(diǎn)？答：程序直接控制方式 程序中斷傳送方式 直接存儲(chǔ)器存取(DMA)方式I/O通道控制方式外圍處理機(jī)方式18、比較RAM和ROM。答：RAM是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，在程序的執(zhí)行過程中既可讀出又可寫入。ROM是只讀存儲(chǔ)器，在程序執(zhí)行過程中只能讀出信息，不能寫入信息。19、比較靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM答：靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM都屬隨機(jī)存儲(chǔ)器，即在程序的執(zhí)行過程中既可讀出又可寫入信息。但靜態(tài)RAM靠觸發(fā)器原理存儲(chǔ)信息，只要電源不掉電，信息就不丟失；動(dòng)態(tài)RAM靠電容存儲(chǔ)電荷原理存儲(chǔ)信息，即使電源不掉電，由于電容要放電，信息也會(huì)丟失，故需再生刷新。27、CPU中斷周期前為何階段，中斷周期后為何階段，中斷周期完成什么操作？答：CPU中斷周期前為執(zhí)行中斷隱指令，中斷周期后階段執(zhí)行返回指令，中斷周期完成執(zhí)行中斷服務(wù)程序。23、簡(jiǎn)述主存的讀寫過程。答：存儲(chǔ)器的讀出過程是：CPU先給出有效地址，然后給出片選（通常受CPU訪存信號(hào)控制）信號(hào)和讀命令，這樣就可將被選中的存儲(chǔ)單元內(nèi)的各位信息讀至存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)線上，完成了讀操作。存儲(chǔ)器的寫入過程是：CPU先給出有效地址，然后給出片選（通常受CPU訪存信號(hào)控制）信號(hào)和寫命令，并將欲寫入的信息送至存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)線上，這樣，信息便可寫入到被選中的存儲(chǔ)單元12、什么是指令字長(zhǎng)，什么是存儲(chǔ)字長(zhǎng)，什么是機(jī)器字長(zhǎng)？ 答：指令字長(zhǎng)：一個(gè)指令字所占有的位數(shù)。存儲(chǔ)字長(zhǎng)：一個(gè)存儲(chǔ)單元可存儲(chǔ)一串二進(jìn)制代碼,稱這串二進(jìn)制代碼為一個(gè)存儲(chǔ)字,這串二進(jìn)制代碼的個(gè)數(shù)叫做存儲(chǔ)字長(zhǎng)。機(jī)器字長(zhǎng)：計(jì)算機(jī)能直接處理的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，它決定了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算精度。99.關(guān)于CU的的幾種控制方式？答：常見的控制方式有同步控制，異步控制，聯(lián)合控制，人工控制四種。8.微指令的操作控制有幾種編碼方式？各有何特點(diǎn)？哪一種控制速度最快？微指令編碼方式有三種：直接編碼方式、字段直接編碼方式、字段間接編碼方式。微指令的格式與微指令的編碼格式有關(guān)，通常分為水平型微指令和垂直型微指令。水平型微指令的特點(diǎn)一次能定義并執(zhí)行多個(gè)并行操作的微指令。直接編碼速度最快。垂直型微指令特點(diǎn)是采用類似機(jī)器指令操作碼的方式，在微指令中設(shè)置為操作碼字段，有微操作碼規(guī)定微指令的功能。兩種格式的比較？水平型微指令比垂直型微指令并行操作能力強(qiáng).效率高,靈活性強(qiáng),。水平型微指令并行操作能力強(qiáng).效率高,靈活性強(qiáng),垂直型微指令則較差.。由水平型微指令解釋指令的微程序,具有微指令字比較長(zhǎng),但微程序短的特點(diǎn).垂直型微指令則相反,微指令字比較短而微程序長(zhǎng) .。水平型微指令與機(jī)器指令差別很大垂直型微指令與機(jī)器指令比較相似。9為實(shí)現(xiàn)多重中斷，需有哪些硬件支持？ 1中斷請(qǐng)求觸發(fā)器 2中斷屏蔽觸發(fā)器3向量地址生成部件4 允許中斷觸發(fā)器 5中斷標(biāo)志觸發(fā)器 6 堆棧7 中斷查詢信號(hào)電路 8 排隊(duì)器9.1 控制單元的功能是什么？其輸入受什么控制？ 功能：發(fā)出各種控制信號(hào)序列的功能。控制單元的輸入受 指令寄存器、時(shí)鐘、標(biāo)志和控制總線的控制。10.6 已知帶反轉(zhuǎn)指令的含義如圖以下，寫出及其在完成帶反轉(zhuǎn)指令時(shí)，取值階段和執(zhí)行階段所需地全部微操作和節(jié)拍安排1、簡(jiǎn)述存儲(chǔ)器的三級(jí)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)？答：存儲(chǔ)器的分級(jí)結(jié)構(gòu)從上到下依次是：高速緩沖存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱cache，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)高速小容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。主存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱主存，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要存儲(chǔ)器，用來存放計(jì)算機(jī)運(yùn)行期間的大量程序和數(shù)據(jù)。外存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱外存，它是大容量輔助存儲(chǔ)器。特點(diǎn)：速度快的存儲(chǔ)器價(jià)格貴，容量??；價(jià)格低的存儲(chǔ)器速度慢，容量大。2、什么是操作數(shù)的尋址方式？操作數(shù)通常放在哪兒？答：形成操作數(shù)有效地址的方法，稱為尋址方式。操作數(shù)包含在指令中；操作數(shù)包含在CPU的某一個(gè)內(nèi)部寄存器中；操作數(shù)包含在主存儲(chǔ)器中；操作數(shù)包含在I/O設(shè)備的端口中。3、簡(jiǎn)述RISC機(jī)器眾多特點(diǎn)中的5個(gè)特點(diǎn)？答：尋址方式少；只有取數(shù)、存數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器；控制器多采用硬布線；配備了大量的寄存器；支持流水線并強(qiáng)調(diào)指令流水的優(yōu)化使用。4、簡(jiǎn)述外圍設(shè)備和CPU之間信息交換的四種方式及應(yīng)用場(chǎng)合？答：程序控制法，應(yīng)用于單片機(jī)等硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的場(chǎng)合；中斷控制法，多用于實(shí)時(shí)控制和故障處理；DMA，直接存儲(chǔ)器存取，控制內(nèi)存和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送，整個(gè)傳送過程不需要CPU參與；通道，處理機(jī)。應(yīng)用于大型計(jì)算機(jī)場(chǎng)合 1什么叫堆棧？答：堆棧是在片內(nèi)RAM中專門開辟出來的一個(gè)區(qū)域，數(shù)據(jù)的存取是以"后進(jìn)先出"的結(jié)構(gòu)方式處理的。實(shí)質(zhì)上，堆棧就是一個(gè)按照"后進(jìn)先出"原則組織的一段內(nèi)存區(qū)域。2什么是單片機(jī)的機(jī)器周期、狀態(tài)周期、振蕩周期和指令周期？它們之間是什么關(guān)系？答：某條指令的執(zhí)行周期由若干個(gè)機(jī)器周期構(gòu)成，一個(gè)機(jī)器周期包含6個(gè)狀態(tài)周期（又稱時(shí)鐘周期），而一個(gè)狀態(tài)周期又包含兩個(gè)振蕩周期。指令執(zhí)行周期有長(zhǎng)有短，但一個(gè)機(jī)器周期恒等于6個(gè)狀態(tài)周期或12個(gè)振蕩周期。3MCS-51單片機(jī)通常內(nèi)部包含哪些主要邏輯功能部件？答： 51單片機(jī)通常由下列部件組成：微處理器 ， 一定存儲(chǔ)容量的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ， I/0接口 ， 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 ，時(shí)鐘電路 和其他一些外圍電路 4MCS-51單片機(jī)片內(nèi)256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為幾個(gè)區(qū)？分別起什么作用？答：MCS-51單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可分為二個(gè)區(qū)：低128B的片內(nèi)RAM區(qū)和 高128B的專用寄存器區(qū)。其中低128B的RAM區(qū)又分為：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、為用戶RAM區(qū)。工作寄存器區(qū)可作通用寄存器用，用戶RAM區(qū)可作堆棧和數(shù)據(jù)緩沖用。專用寄存器區(qū)又稱特殊功能寄存器，5程序狀態(tài)存儲(chǔ)器PSW的作用是什么？常用狀態(tài)標(biāo)志有哪幾位？作用是什么？答：PSW用于標(biāo)志程序運(yùn)行狀態(tài)P：奇偶標(biāo)志。加器A中“1”的個(gè)數(shù)如果是奇數(shù)，則置P為1，否則置0。F1：用戶標(biāo)志。OV：溢出標(biāo)志。有符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)，如果發(fā)生溢出時(shí)，OV置1，否則清0。RS0、RS1：工作寄存器組選擇位，用以選擇指令當(dāng)前工作的寄存器組。由用戶用軟件改變RS0和RS1的組合，以切換當(dāng)前選用的工作寄存器組 Cy ：進(jìn)位標(biāo)志位 。 如果有進(jìn)位則標(biāo)識(shí)為“1” AC :輔助進(jìn)位標(biāo)志位 。 第四位向高四位有進(jìn)位或借位 則置“1”6什么是指令？什么是程序？ 答：指令是控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行指定操作的命令。指令由二進(jìn)制代碼表示的。指令由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。為完成某項(xiàng)規(guī)定任務(wù)，把計(jì)算機(jī)指令按一定次序進(jìn)行編排組合所行成的指令集稱為程序。7什么叫尋址方式？MCS-51有幾種尋址方式？答：尋址方式就是尋找指令中操作數(shù)或操作數(shù)所在地址的方式。也就是如何找到存放操作數(shù)的地址，把操作數(shù)提取出來的方法。MCS51的尋址方式有：立即數(shù)尋址、直接尋址、寄存器尋址、寄存器間接尋址、變址尋址、相對(duì)對(duì)址、位尋址。8什么是中斷和中斷系統(tǒng)？MCS-51有哪些中斷源？答：當(dāng)CPU正在處理某件事情的時(shí)候，外部發(fā)生的某一件事情請(qǐng)求CPU去處理，于是，CPU暫時(shí)終止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理發(fā)生的事情，處理完該事件以后，再回到原來被終止的地方，繼續(xù)原來的工作。這種過程稱為中斷。 實(shí)現(xiàn)這種功能的部件稱為中斷系統(tǒng)。MCS-51有如下中斷源：外部中斷0，定時(shí)器0，外部中斷1，定時(shí)器1，串行口中斷9MCS-51響應(yīng)中斷的條件？答：（1）有中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求。（2）中斷總允許位EA=1，即CPU開中斷。（3）申請(qǐng)中斷的中斷源的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽。（4）無同級(jí)或更高級(jí)中斷正在服務(wù)。（5）當(dāng)前指令周期已經(jīng)結(jié)束。（6）若現(xiàn)行指令為RETI或訪問IE或IP指令時(shí)，該指令以及緊接著的另一條指令已執(zhí)行完畢。10MCS-51定時(shí)器有哪幾種工作方式？有何區(qū)別？答：（1）方式0：選擇定時(shí)器高8位和低5位組成的一個(gè)13位計(jì)數(shù)器。 定時(shí)時(shí)間t=（213-初值）*機(jī)器周期（2）方式1：計(jì)數(shù)器是 16位 定時(shí)時(shí)間t=（216-初值）*機(jī)器周期 （3）方式2：一個(gè)可以自動(dòng)重裝載的8位計(jì)數(shù)器。 定時(shí)時(shí)間t=（28-初值）*機(jī)器周期 （4）方式3：只適用于計(jì)數(shù)器T0 ， T1無此工作方式 。TL0 和TH0被拆分成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器 。11串行數(shù)據(jù)傳送的主要優(yōu)點(diǎn)和用途是什么？ 答：串行數(shù)據(jù)傳送是將數(shù)據(jù)按位進(jìn)行傳送的方式。其主要優(yōu)點(diǎn)是所需的傳送線根數(shù)少，對(duì)于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送的情況，采用串行方式是比較經(jīng)濟(jì)的。所以串行方式主要用于計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端之間的數(shù)據(jù)傳送。