word一、填空題1對存儲器的要速度快，_容量大_，_價位低_。為了解決這方面的矛盾，計算機(jī)采用多級存儲體系結(jié)構(gòu)。2指令系統(tǒng)是表征一臺計算機(jī)_性能_的重要因素，它的_格式_和_功能_不僅直接影響到機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)而且也影響到系統(tǒng)軟件。3CPU中至少有如下六類存放器_指令_存放器，_程序_計數(shù)器，_地址_存放器，通用存放器，狀態(tài)條件存放器，緩沖存放器。4完成一條指令一般分為取指周期和執(zhí)行周期，前者完成取指令和分析指令操作，后者完成執(zhí)行指令操作。 5常見的數(shù)據(jù)傳送類指令的功能可實現(xiàn)存放器和存放器之間，或存放器和存儲器 之間的數(shù)據(jù)傳送。 6微指令格式可分為垂直 型和水平型兩類，其中垂直型微指令用較長的微程序結(jié)構(gòu)換取較短的微指令結(jié)構(gòu)。 7對于一條隱含尋址的算術(shù)運算指令，其指令字中不明確給出操作數(shù)的地址 ，其中一個操作數(shù)通常隱含在 累加器 中8設(shè)浮點數(shù)階碼為8位含1位階符，尾數(shù)為24位含1位數(shù)符，如此32位二進(jìn)制補(bǔ)碼浮點規(guī)格化數(shù)對應(yīng)的十進(jìn)制真值圍是：最大正數(shù)為 2127(1-223) ，最小正數(shù)為 2129 ，最大負(fù)數(shù)為 2128(-21-223) ，最小負(fù)數(shù)為 -2127 。 9某小數(shù)定點機(jī)，字長8位含1位符號位，當(dāng)機(jī)器數(shù)分別采用原碼、補(bǔ)碼和反碼時，其對應(yīng)的真值圍分別是-127/128 +127/128 -1 +127/128 -127/128 +127/128均用十進(jìn)制表示。10在DMA方式中，CPU和DMA控制器通常采用三種方法來分時使用主存，它們是停止CPU訪問主存、周期挪用和DMA和CPU交替訪問主存 。 11設(shè) n = 8 不包括符號位，如此原碼一位乘需做 8次移位和最多8次加法，補(bǔ)碼Booth算法需做8次移位和最多9次加法。 12設(shè)浮點數(shù)階碼為8位含1位階符，尾數(shù)為24位含1位數(shù)符，如此32位二進(jìn)制補(bǔ)碼浮點規(guī)格化數(shù)對應(yīng)的十進(jìn)制真值圍是：最大正數(shù)為，最小正數(shù)為，最大負(fù)數(shù)為，最小負(fù)數(shù)為。 13一個總線傳輸周期包括 申請分配階段 、 尋址階段 、傳輸階段 和完畢階段 四個階段。 14CPU采用同步控制方式時，控制器使用機(jī)器周期 和節(jié)拍 組成的多極時序系統(tǒng)。 15在組合邏輯控制器中，微操作控制信號由指令操作碼 、時序和狀態(tài)條件 決定。15.32位字長的浮點數(shù)，其中階碼8位含1位階符，基值為2，尾數(shù)24位含1位數(shù)符，如此其對應(yīng)的最大正數(shù)是，最小的絕對值是；假如機(jī)器數(shù)采用補(bǔ)碼表示，且尾數(shù)為規(guī)格化形式，如此對應(yīng)的最小正數(shù)是，最小負(fù)數(shù)是。均用十進(jìn)制表示 16CPU從主存取出一條指令并執(zhí)行該指令的時間叫指令周期，它通常包含假如干個 機(jī)器周期 ，而后者又包含假如干個節(jié)拍。機(jī)器周期和 節(jié)拍 組成多級時序系統(tǒng)。 17假設(shè)微指令的操作控制字段共 18 位，假如采用直接控制，如此一條微指令最多可同時啟動18個微操作命令。假如采用字段直接編碼控制，并要求一條微指令能同時啟動3個微操作，如此微指令的操作控制字段應(yīng)分3段，假如每個字段的微操作數(shù)一樣，這樣的微指令格式最多可包含192個微操作命令。 18在組合邏輯控制器中，微操作控制信號由指令操作碼、時序 和狀態(tài)條件決定。 19I/O與主機(jī)交換信息的控制方式中，程序查詢方式CPU和設(shè)備是串行工作的。程序中斷 和DMA方式CPU和設(shè)備是并行工作的，前者傳送與主程序是并行的，后者傳送和主機(jī)是串行的。 20設(shè)n =16位不包括符號位在，原碼兩位乘需做8次移位，最多做 9次加法；補(bǔ)碼Booth算法需做 16次移位，最多做17次加法。一、簡答題：1.主存儲器的性能指標(biāo)有哪些？含義是什么？存儲器的性能指標(biāo)主要是存儲容量、存儲速度和存儲器帶寬。存儲容量是指在主存能存放二進(jìn)制代碼的總位數(shù)。存儲速度是由存取時間和存取周期來表示的。存取時間又稱存儲訪問時間，是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所需的全部時間。存儲周期是指存儲器進(jìn)展連續(xù)兩次獨立的存儲器操作如連續(xù)兩次讀操作所需的最小間隔時間。存儲器帶寬是指單位時間存儲器存取的信息量。2. 請說明指令周期、機(jī)器周期、時鐘周期之間的關(guān)系。指令周期是完成一條指令所需的時間。包括取指令、分析指令和執(zhí)行指令所需的全部時間。機(jī)器周期也稱為CPU周期，是指被確定為指令執(zhí)行過程中的歸一化基準(zhǔn)時間，通常等于取指時間或訪存時間。時鐘周期是時鐘頻率的倒數(shù)，也可稱為節(jié)拍脈沖或T周期，是處理操作的最根本單位。一個指令周期由假如干個機(jī)器周期組成，每個機(jī)器周期又由假如干個時鐘周期組成。3. CPU響應(yīng)中斷應(yīng)具備哪些條件？(1)在CPU部設(shè)置的中斷允許觸發(fā)器必須是開放的。(2)外設(shè)有中斷請求時，中斷請求觸發(fā)器必須處于“1狀態(tài)，保持中斷請求信號。(3)外設(shè)接口中斷允許觸發(fā)器必須為“1，這樣才能把外設(shè)中斷請求送至CPU。(4)當(dāng)上述三個條件具備時，CPU在現(xiàn)行指令完畢的最后一個狀態(tài)周期響應(yīng)中斷。 4.從計算機(jī)的各個子系統(tǒng)的角度分析，指出提高整機(jī)速度的措施。針對存儲器，可以采用Cache-主存層次的設(shè)計和管理提高整機(jī)的速度；針對存儲器，可以采用主存-輔存層次的設(shè)計和管理提高整機(jī)的速度；針對控制器，可以通過指令流水或超標(biāo)量設(shè)計技術(shù)提高整機(jī)的速度；針對控制器，可以通過超標(biāo)量設(shè)計技術(shù)提高整機(jī)的速度；針對運算器，可以對運算方法加以改良，如進(jìn)位鏈、兩位乘除法；針對I/O系統(tǒng)，可以運用DMA技術(shù)來減少CPU對外設(shè)訪問的干預(yù)。5. 控制器中常采用哪些控制方式，各有何特點？答：控制器常采用同步控制、異步控制和聯(lián)合控制。同步控制即微操作序列由基準(zhǔn)時標(biāo)系統(tǒng)控制，每一個操作出現(xiàn)的時間與基準(zhǔn)時標(biāo)保持一致。異步控制不存在基準(zhǔn)時標(biāo)信號，微操作的時序是由專用的應(yīng)答線路控制的，即控制器發(fā)出某一個微操作控制信號后，等待執(zhí)行部件完成該操作時所發(fā)回的“回答或“終了信號，再開始下一個微操作。聯(lián)合控制是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式，即大多數(shù)微操作在同步時序信號控制下進(jìn)展，而對那些時間難以確定的微操作，如涉與到I/O操作，如此采用異步控制。6. 指令和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制代碼存放在存中，CPU如何區(qū)分它們是指令還是數(shù)據(jù)？指令和數(shù)據(jù)的區(qū)分：1從主存中取出的機(jī)器周期不同，取指周期取的是指令，分析取數(shù)或執(zhí)行周期取的是數(shù)據(jù)。2取指令和取數(shù)據(jù)時地址的來源不同，指令地址來自程序計數(shù)器PC，數(shù)據(jù)地址來自地址形成部件7. 請說明SRAM的組成結(jié)構(gòu)，與SRAM相比DRAM在電路組成上有什么不同之處？SRAM存儲器由存儲體、讀寫電路、地址譯碼電路、控制電路組成，DRAM還需要有動態(tài)刷新電路。8 說明微程序控制器中微指令的地址有幾種形成方式。13 / 131直接由微指令的下地址字段指出。2根據(jù)機(jī)器指令的操作碼形成。3增量計數(shù)器法。4根據(jù)各種標(biāo)志決定微指令分支轉(zhuǎn)移的地址。5通過測試網(wǎng)絡(luò)形成。6由硬件產(chǎn)生微程序入口地址。9 外圍設(shè)備要通過接口與CPU相連，接口有哪些功能？外圍設(shè)備要通過接口與CPU相連的原因主要有：1一臺機(jī)器通常配有多臺外設(shè)，它們各自有其設(shè)備號地址，通過接口可實現(xiàn)對設(shè)備的選擇。2I/O設(shè)備種類繁多，速度不一，與CPU速度相差可能很大，通過接口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，達(dá)到速度匹配。3I/O設(shè)備可能串行傳送數(shù)據(jù)，而CPU一般并行傳送，通過接口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)串并格式轉(zhuǎn)換。4I/O設(shè)備的入/出電平可能與CPU的入/出電平不同，通過接口可實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。5CPU啟動I/O設(shè)備工作，要向外設(shè)發(fā)各種控制信號，通過接口可傳送控制命令。 6I/O設(shè)備需將其工作狀況“忙、“就緒、“錯誤、“中斷請求等與時報告CPU，通過接口可監(jiān)視設(shè)備的工作狀態(tài)，并保存狀態(tài)信息，供CPU查詢。可見歸納起來，接口應(yīng)具有選址的功能、傳送命令的功能、反映設(shè)備狀態(tài)的功能以與傳送數(shù)據(jù)的功能包括緩沖、數(shù)據(jù)格式與電平的轉(zhuǎn)換。10 以I/O設(shè)備的中斷處理過程為例，說明一次程序中斷的全過程。一次程序中斷大致可分為五個階段。中斷請求，中斷判優(yōu)，中斷響應(yīng)，中斷服務(wù)，中斷返回 11、 基址尋址方式和變址尋址方式的應(yīng)用場合有什么不同？1基址尋址方式面向系統(tǒng)，主要用于邏輯地址到物理地址的交換，解決程序在存儲器中的定位，擴(kuò)大尋址空間等問題。2變址存放器方式面向用戶，主要用于解決程序循環(huán)控制問題，用于訪問成批數(shù)據(jù)，支持向量線性表操作等。 12、一個典型CPU應(yīng)由哪幾局部組成？一個典型的CPU組成應(yīng)該包括：(1)六個主要存放器，保存CPU運行時所需的各類數(shù)據(jù)信息或運行狀態(tài)信息。(2)算術(shù)邏輯電路(ALU)，對存放器中的數(shù)據(jù)進(jìn)展加工處理。(3)操作控制器和指令譯碼器，產(chǎn)生各種操作控制信號，以便在各存放器之間建立數(shù)據(jù)通路。(4)時序產(chǎn)生器，用來對各種操作控制信號進(jìn)展定時，以便進(jìn)展時間上的約束。二、設(shè)計題：1設(shè)CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ作訪存控制信號低電平有效，用WR作讀寫控制信號高電平為讀，低電平為寫?，F(xiàn)有如下芯片與各種門電路門電路自定，如下列圖。其中有2K×8位、8K×8位、32K×8位的ROM芯片；1K×4位、2K×8位、8K×8位、16K×1位、4K×4位的RAM芯片，畫出CPU與存儲器的連接圖，要求：1存儲芯片地址空間分配為：08191為系統(tǒng)程序區(qū)；819232767為用戶程序區(qū)。2指出選用的存儲芯片類型與數(shù)量；3詳細(xì)畫出片選邏輯。 (1)二進(jìn)制地址碼(2)08191 為系統(tǒng)程序區(qū)，選用1 片8K×8 位ROM 芯片819232767 為用戶程序區(qū)，選用3 片8K ×8 位RAM 芯片。(3)存儲器片選邏輯圖2、CPU共有16根地址線，8根數(shù)據(jù)線，并用MREQ作訪存控制信號低電平有效，用WR作讀寫控制信號高電平為讀，低電平為寫?，F(xiàn)有如下芯片與各種門電路門電路自定，如如下圖所示。其中有2K×8位、4K×8位、8K×8位、32K×8位的ROM芯片；1K×4位、2K×8位、8K×8位、16K×1位、4K×4位的RAM芯片，畫出CPU與存儲器的連接圖，要求：（1） 存儲芯片地址空間分配為：最小4K地址空間為系統(tǒng)程序區(qū)，相鄰的4K地址空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)，與系統(tǒng)程序工作區(qū)相鄰的是24K用戶程序區(qū)；2指出選用的存儲芯片類型與數(shù)量；3詳細(xì)畫出片選邏輯。(2)選出所用芯片類型與數(shù)量最小4K 地址空間為系統(tǒng)程序區(qū)，選用1 片4K ×8 位ROM 芯片;相鄰的4K 地址空間為系統(tǒng)程序工作區(qū)，選用2 片4K ×4 位RAM 芯片與系統(tǒng)程序工作區(qū)相鄰的24K 為用戶程序區(qū)，選用3 片8K×8 位RAM 芯片。(3)CPU 與存儲芯片的連接圖如下列圖3、某機(jī)器中，配有一個地址空間為0000H-3FFFH的ROM區(qū)域?，F(xiàn)在再用一個RAM芯片(8K×8)形成40K×16位的RAM區(qū)域，起始地址為6000H,假定RAM芯片有和信號控制端。CPU的地址總線為A15-A0，數(shù)據(jù)總線為D15-D0，控制信號為R/(讀/寫)， (訪存)，要求：1 畫出地址譯碼方案。2 將ROM與RAM同CPU連接。4、設(shè)某計算機(jī)主存容量為64K×32位。要求完成以下設(shè)計容： 1畫出主機(jī)框圖要求畫到存放器級并指出圖中各存放器的位數(shù)；2寫出組合邏輯控制器完成STA XX為主存地址指令發(fā)出的全部微操作命令與節(jié)拍安排。3假如采用微程序控制，還需要哪些微操作？5、待返回指令的含義如如下圖所示。寫出機(jī)器在完成待反轉(zhuǎn)指令時，取指階段和執(zhí)行階段所需的全部微操作命令與節(jié)拍安排，如果采用微程序控制需增加哪些微操作命令？6、假設(shè)CPU在中斷周期用堆棧保存程序斷點，而且進(jìn)棧時指針減1，出棧時指針加1，分別寫出組合邏輯控制和微程序控制在完成中斷返回指令時，取指階段和執(zhí)行階段所需的全部微操作命令與節(jié)拍安排。三、應(yīng)用題1、設(shè)機(jī)器A的主頻為8MHz，機(jī)器周期含4個時鐘周期，且該機(jī)的平均指令執(zhí)行速度是，試求該機(jī)的平均指令周期和機(jī)器周期。每個指令周期包含幾個機(jī)器周期？如果機(jī)器B的主頻為12MHz，且機(jī)器周期也含4個時鐘周期，試問B機(jī)的平均指令執(zhí)行速度為多少MIPS？2、設(shè)某機(jī)有四個中斷源A、B、C、D，其硬件排隊器的優(yōu)先次序為ABCD,現(xiàn)要求將中斷處理次序改為DACB. 按如下圖的時間軸給出的四個中斷源請求時刻.1寫出每個中斷源對應(yīng)的屏蔽字。2畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。設(shè)每個中斷源的中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間是20us3、某機(jī)主存容量為4M×16位，且存儲字長等于指令字長，假如該機(jī)的指令系統(tǒng)具備97種操作。操作碼位數(shù)固定且具有直接、間接、立即、相對、基址五種尋址方式。本小題6分1畫出一地址指令格式并指出各字段的作用； 2該指令直接尋址的最大圍十進(jìn)制表示； 3一次間址的尋址圍十進(jìn)制表示； 4相對尋址的位移量十進(jìn)制表示。4、 某計算機(jī)字長32位，有16個通用存放器，主存容量為1M字，采用單字長二地址指令，共有64條指令，試采用四種尋址方式存放器、直接、變址、相對設(shè)計指令格式。5、有一個K×16位的存儲器，由1K×4位的DRAM芯片構(gòu)成芯片是64×64結(jié)構(gòu)。問：(1)共需要多少RAM芯片？(2)存儲體的組成框圖(3)采用異步刷新方式，如單元刷新間隔不超過ms，如此刷新信號周期是多少(4)如采用集中刷新方式，存儲器刷新一遍最少用多少讀寫周期？死時間率是多少？6、：兩浮點數(shù)×210，×201 求：x + y7、：x= 0.1011，y = - 0.0101，求 ： x補(bǔ)， x補(bǔ)， - x 補(bǔ)，y補(bǔ)，y補(bǔ)， - y 補(bǔ) ，x + y = ?, x y = ?8、某機(jī)字長32位，定位表示，尾數(shù)31位，數(shù)符1位，問：1定點原碼整數(shù)表示時，最大正數(shù)是多少？最小負(fù)數(shù)是多少？2定點原碼小數(shù)表示時，最大正數(shù)是多少？最小負(fù)數(shù)是多少？