计算机组成原理 - 一些简单题和设计分析题

为了前几天的计算机组成原理的复习，从google上搜索的一些烟台大学历年考试试题进行的一些总结，现在分享给需要的朋友。

简答题

1．   CPU中包括哪几种寄存器？分别说明其作用。

答：CPU有以下寄存器：

（1）指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令。

（2）程序计数器（PC）：用来确定下一条指令的地址。

（3）地址寄存器（AR）：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。

（4）缓冲寄存器（DR）：<1>作为CPU和内存、外部设备之间信息传送的中转站。

<2>补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。

<3>在单累加器结构的运算器中，缓冲寄存器还可兼作为操作数寄存器。

（5）通用寄存器（AC）：当运算器的算术逻辑单元（ALU）执行全部算术和逻辑运算时，为ALU提供一个工作区。

（6）状态条件寄存器：保存由算术指令和逻辑指令运行或测试的结果建立的各种条

件码内容。除此之外，还保存中断和系统工作状态等信息，以便使CPU和系统能及时了解机器运行状态和程序运行状态。

2．根据操作数所在位置，指出其寻址方式（填空）。

（1）、操作数在寄存器中，为____寄存器____寻址方式。

（2）、操作数地址在寄存器中，为_寄存器间接_寻址方式。

（3）、操作数地址（主存）在指令中，为___直接___寻址方式。

（4）、操作数在指令中，为__立即____寻址方式。

（5）、操作数地址为某一寄存器内容与位移量之和，可以是_基址寻址、变址寻址、相对寻址___寻址方式。

3．采用流水线技术的计算机在流水处理过程中，会出现哪三种相关冲突？简述各冲突的主要特征。

资源相关：指多条指令进入流水线后在同一机器周期内争用同一个功能部件所发生的冲突。数据相关：在一个程序中，如果必须等前一条指令执行完毕后，才能执行后一条指令，即后面的指令需要前一条指令的运行结果，那么这两条指令就是数据相关的。

控制相关：有转移指令引起的冲突。当执行转移指令时，由于程序可能转移到新的目标地址，而不是顺序执行，而是流水线发生断流。

4．主存与cache的地址映射有哪几种方式？简述每种方式的特点。

答：主存与cache的地址映射有全相联、直接和组相联三种映射方式。

全相联映射方式：可以使主存的一个块直接拷贝到cache中的任一行，非常灵活。但比较器电路难于设计和实现。

直接映射方式：没有全相联映射方式灵活。优点是硬件简单，成本低。

组相联映射方式：适度地兼顾了前两者的优点有尽量避免了二者的缺点。主存的一个块只能拷贝到cache中的一组特定的行。

5. 请说明SRAM的组成结构，与SRAM相比，DRAM在电路组成上有什么不同之处？

SRAM存储器由存储体、读写电路、地址译码电路、控制电路组成，DRAM还需要有动态刷新电路。

6. 什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者之间的关系如何？

指令周期是完成一条指令所需的时间。包括取指令、分析指令和执行指令所需的全部时间。机器周期也称为CPU周期，是指被确定为指令执行过程中的归一化基准时间，通常等于取指时间（或访存时间）。时钟周期是时钟频率的倒数，也可称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本单位。一个指令周期由若干个机器周期组成，每个机器周期又由若干个时钟周期组成。

7. 集中式仲裁有几种方式？特点？

三种方式：链式查询方式(距离仲裁器最近的设备优先级最高)。

计数器定时查询方式（优先级均等而且可以用程序改变）。

独立请求方式（响应时间快）

8. 何谓分布式仲裁方式？

分布式仲裁是以优先级仲裁策略为基础的仲裁方式。它不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。当它们有总线请求时，把它们唯一的仲裁号发送到共享的仲裁总线上，每个仲裁器将仲裁总线上得到的号与自己的号进行比较。如果仲裁总线上的号大，则它的总线请求不予响应，并撤销它的仲裁号。最后，获胜者的仲裁号保留在仲裁总线上。

9. 在计算机中，CPU管理外围设备有几种方式？

1）程序查询方式2）程序中断方式3）直接内存访问（DMA）方式4）通道方式5）外围处理机方式

10. 一个计算机系统中的总线，大致分为哪几类？

同一部件如CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称为内部总线。

同一台计算机系统的各部件，如CPU、内存、通道和各类I/O接口间互相连接的总线，称为系统总线。

11. 何谓“总线仲裁”？一般采用何种策略进行仲裁，简要说明它们的应用环境。

连接到总线上的功能模块有主动和被动两种形态。主方可以启动一个总线周期，而从方只能响应主方的请求。每次总线操作，只能有一个主方占用总线控制权，但同一时间里可以有一个或多个从方。

12. CPU主要有以下四方面的功能：

指令控制操作控制时间控制数据加工。

13.指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据?

从时间上讲，取指令事件发生在“取指周期”，取数据事件发生在“执行周期”。

从空间上讲，从内存读出的指令流流向控制器（指令寄存器）。从内存读出的数据流流向运算器（通用寄存器）。

14. CPU响应中断应具备哪些条件？

1)在CPU内部设置的中断屏蔽触发器必须是开放的。

2)外设有中断请求时，中断请求触发器必须处于“1”状态，保持中断请求信号

3)外设（接口）中断允许触发器必须为“1”，这样才能把外设中断请求送至CPU。

当上述三个条件具备时，CPU在现行指令结束的最后一个状态周期响应中断。

15.说明计算机系统的层次结构。

计算机系统可分为：微程序机器级，一般机器级（或称机器语言级），操作系统级，汇编语言级，高级语言级。

16.DRAM存储器采用何种方式刷新？有哪几种常用的刷新方式？

DRAM采用读出方式进行刷新。因为读出过程中恢复了存储单元的MOS栅极电容电荷，并保持原单元的容，所以读出过程就是再生过程。常用的刷新方式由三种：集中式、分散式、异步式

17.什么是存储保护？通常采用什么方法？

当多个用户共享主存时，为使系统能正常工作，应防止由于一个用户程序出错而破坏其它用户的程序和系统软件，还要防止一个用户程序不合法的访问不是分给它的主存区域。方法是：存储区域保护和访问方式保护。

18.什么是刷新？有哪几种刷新方式？

刷新是对存储单元内容进行再生的过程，刷新包括：集中式刷新、分散式刷新、异步刷新。

19.何谓操作数的寻址方式？列举五种操作数的寻址方式。

形成操作数的有效地址的方法，称为操作数的寻址方式。寄存器寻址：操作数在寄存器中；寄存器间接寻址：操作数的地址在寄存器中，操作数在内存中；立即寻址：指令的地址字段即为操作数；直接寻址：指令格式的地址字段中直接给出操作数在内存的地；相对寻址：把程序计数器PC的内容加上指令格式中的形式地址D而形成操作数的有效地址。