2022年2022年计算机组成原理复习 .pdf

1 计算机组成原理复习（考试试题：你懂得）1. 某半导体存储器，按字节编址。其中，0000H -07FFH 为 ROM 区，选用EPROM 芯片（ 2KB/片） ；0800H-13FFH为 RAM 区，选用RAM 芯片（ 2KB/片和 1KB/片） 。地址总线A15-A0（低）。给出地址分配和片选逻辑。1. 计算容量和芯片数ROM 区： 2KB RAM 区： 3KB 共三片2. 地址分配与片选逻辑存储空间分配：先安排大容量芯片（放地址低端），再安排小容量芯片。2. 由 Intel2114(1KX4位 ) 芯片组成容量为4KX8位的主存储器的逻辑框图, 说明地址总线和数据总线的位数，该存储器与8 位字长的CPU的连接关系。解：此题所用芯片是同种芯片。（1）片数 =存储器总容量（位）/ 芯片容量（位）=4K*8/ （1K*4）=8（片）（2）CPU总线（由存储器容量决定）地址线位数 =log2( 字数 )=log2(4K)=12(位) 数据线位数 =字长 =8（位）（3）芯片总线（由芯片容量决定）地址线 =log2(1K)=10(位) 数据线 =4（位）（4）分组（组内并行工作，cs 连在一起，组间串行工作，cs 分别连接译码器的输出）。组内芯片数 =存储器字长 / 芯片字长 =8/4=2 （片）组数 =芯片总数 / 组内片数 =8/2=4 （组）（5）地址分配与片选逻辑名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 2 (6) 连接方式 : 扩展位数 , 扩展单元数 , 连接控制线3. 用 8K8 位的 ROM 芯片和 8K4 位的 RAM芯片组成存储器，按字节编址，其中RAM 的地址为 0000H5FFFH ，ROM 的地址为60009FFFH ，画出此存储器组成结构图及与CPU的连接图。解：计算容量、芯片数量：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 3 RAM 的地址范围展开为00000000000000000101111111111111 ，A12-A0从 0000H1FFFH ，容量为： 8K，高位地址A15A14A13 ，从 000-010 ，所以RAM的容量为8K 3=24K。 RAM的容量是24K 8，需 8K 4 的芯片 6 片。ROM 的末地址 - 首地址 =9FFFH-6000H=3FFFH ，所以 ROM 的容量为214=16K。ROM 的容量是16K 8，需 8K 8 的芯片 2 片。 ROM的地址范围展开为0110 0000 0000 00001001 1111 1111 1111，高位地址A15A14A13 ，从 011100。存储器的组成结构图及与CPU的连接如图所示。4、存储器分布图如下面所示（按字节编址），现有芯片ROM 4K 8 和 RAM 8K 4 ，设计此存储器系统，将RAM 和 ROM 用 CPU连接。法 1: 以内部地址多的为主，地址译码方案为：用A14A13作译码器输入，则Y0 选 RAM1 ，Y1选 RAM2 ，Y3 选 ROM ，当 A12=0 时选 ROM1 ，当 A12=1 时选 ROM2 ，扩展图与连接图如图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 4 法 2: 以内部地址少的为主，地址译码方案为：用A14A13A12 作译码器输入，则Y0 和 Y1选 RAM1 ，Y2 和 Y3 选 RAM2 ，Y6选 ROM1 ，Y7选 ROM2 ，扩展图与连接图如图所示。5. 用 8K8 的 RAM 芯片和 2K 8 的 ROM 芯片设计一个10K8 的存储器， ROM 和 RAM 的容量分别为 2K和 8K，ROM 的首地址为0000H，RAM 的末地址为3FFFH 。(1)ROM存储器区域和RAM 存储器区域的地址范围分别为多少? (2) 画出存储器控制图及与CPU的连接图。解： （1）ROM 的首地址为0000H，ROM 的总容量为2K8；RAM 的末地址为3FFFH ，RAM 的总容量为8K8，所以首地址为：2000H。（2）设计方案ROM 的地址范围为000 000 0000 0000 000 111 1111 1111 RAM 的地址范围为 100 000 0000 0000 111 111 1111 1111 法 1: 以内部地址多的为主，地址译码方案为：用A13 来选择，当A13=1 时选RAM ，当A13A12A11=000时选 ROM ，如图所示。法 2: 以内部地址少的为主，地址译码方案为：用A13A12A11作译码器输入，则Y0选 ROM ，Y4、 Y5、Y6、Y7均选 RAM ，如图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - 5 6、用 8K 8 位的 ROM 芯片和 8K4 位的 RAM 芯片组成存储器，按字节编址，其中RAM 的地址为 2000H7FFFH ， ROM 的地址为 9000HBFFFH ，画出此存储器组成结构图及与CPU的连接图。解： RAM 的地址范围展开为001 0000000000000011 11111111111，A12-A0从 0000H1FFFH ，容量为 8K，高位地址从001011 所以 RAM 的容量为8K3=24K 。RAM 用 8K4 的芯片组成，需8K4 的芯片共 6 片。ROM 的地址范围展开为1001 0000000000001011 111111111111，A11-A0从 000HFFFH ，容量为4K，高位地址A15A14A13A12,从 10011011，所以 ROM 的容量为4K3=12K 。 ROM 用 4K8的芯片组成，需4K8的芯片 3 片地址分析如下：0010 0000 0000 0000 0111 1111 1111 1111 1001 0000 0000 0000 1011 1111 1111 1111 地址译码方案：用A15A14A13A12作译码器输入，则Y2和 Y3 选 RAM1 ，Y4和 Y5选 RAM2 ，Y6和 Y7 选 RAM3 ， Y9选 ROM1 ， Y10 选 ROM2 ， Y11 选 ROM3 。储器的组成结构图及与CPU的连接图如图所示?1己知某计算机有80 条指令，平均每条指令由12 条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的，设微指令长度为32 位。请算出控制存储器容量。解：微指令所占的单元总数：(8012- 80+1) 32=（8011+1 ) 32 =881 32所以控制存储器容量可选IK 32 。?2表中给出了8 条指令 I1I8所包含的微命令控制信号。试设计微指令控制字段要求所用的控制位最少，而且保持微指令本身内在的并行性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - 6 解：微指令与包含的命令对应表如表所示。从表中可知，E、F、H及 B、I 、J 分别两两互斥，所以微指令控制字段格式设计如下：?3某机采用微程序控制方式，微指令字长24 位，水平型编码控制的微指令格式，断定方式，共有微命令30 个，构成4 个相斥类，各包含5 个、 8 个、 14 个和 3个微命令，外部条件共 3 个。（1）控制存储器的容量应为多少? （2）设计出微指令的具体格式。解： （1）30 个微命令构成4 个相斥类，其中5 个相斥微命令需3 位编码； 8 个相斥微命令需 4 位编码， 14 个相斥微命令需4 位编码， 3 个相斥微命令需2 位编码：外部条件3 个,采用断定方式需2 位控制位。以上共需15 位。微指令字长24 位，采用水平型编码控制的微指令格式，所以还剩9 位作为下址字段，这样控制存储器的容量应为51224. 4. 已知某运算器的基本结构如图所示，它具有+( 加) 、-( 减) 、M(传送 ) 种操作。（1）写出图中112 表示的运算器操作的微命令。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 7 （2）指出相斥性微操作。（3）设计适合此运算器的微指令格式。解: （1）图中 112 表示的运算器操作的微命令分别为： 1：+ 2：- 3：M 4：R1 A 5：R2 A 6：R3 A 7： R3 B 8：R2 B 9：R1 B10： BUS R1 11 ：BUS R2 12 ：BUS R3 （2）以下几组微命令是相斥的： 1：+ 2：- 3：M 4：R1 A 5：R2 A 6：R3 A 7： R3 B 8：R2 B 9：R1 B 10： BUS R1 11 ：BUS R2 12 ：BUS R3 （3）此运算器的微指令格式如图所示。 00：不操作 00：不操作 00： 不操作 00：不操作01： + 01： R1 A 01：R1 B 01：BUS R1 10： - 10： R2 A 10：R2 B 10：BUS R2 11： m 11： R3 A 11：R3 B 11：BUS R3?5、已知某机采用微程序控制方式，其存储器容量为51240( 位) ，微程序在整个控制存储器中实现转移，可控制微程序的条件共12 个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式，如下所示: 微命令字段判别测试字段下地址字段(1) 微指令中的三个字段分别应为多少位? (2) 画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。解: （1）假设判别测试字段中每一位为一个判别标志，那么由于有12 个转移条件，故该字段为 4 位，下地址字段为9 位。由于控制容量为512 单元，微命令字段是(40-4-9)=27位。（2）对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框如图所示：其中微地址寄存器对应下地址字段， P字段即为判别测试字段，控制字段即为微命令子段，后两部分组成微指令寄存器。地址转移逻辑的输入是指令寄存器OP码，和各状态条件：以及判别测试字段所给的判别标志( 某一位为1)，其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序是分支转移。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - 8 6.CPU 结构如图所示，其中包括一个累加寄存器AC 、一个状态寄存器和其他四个寄存器，各部分之间的连线表示数据通路，箭头表示信息传送方向。(1) 标明图 6.9 中四个寄存器的名称。(2) 简述取指令的数据通路。(3) 简述完成指令LDA X 的数据通路（X为内存地址，LDA功能为 (X) (AC)）(4) 简述完成指令ADD Y的数据通路 (Y 为内存地址，ADD功能为 (AC)+(Y) (AC) 。(5) 简述完成指令STA Z 的数据通路 (Z 为内存地址 ,STA 功能为 (AC) (Z) 。解:(1)A为数据缓冲寄存器MDR ，B为指令寄存器IR，C为主存地址寄存器MAR ，D为程序计数器 PC 。(2) 取指令的数据通路： PC MAR MM MDR IR(3) 指令 LDA X的数据通路： X MAR MM MDR ALU AC(4) 指令 ADD Y的数据通路： Y MAR MM MDR ALU ADD AC(5) 指令 STA Z 的数据通路： Z MAR ，AC MDR MM简答题：1. 试述先行进位解决的问题及基本思想。答：先行进位解决的问题是进位的传递速度。其基本思想是：让各位的进位与低位的进位无关，仅与两个参加操作的数有关。由于每位的操作数是同时给出的，各进位信号几乎可以同时产生，和数也随之产生，所以先行进位可以提高进位的传递速度，从而提高加法器的运算速度。2. 写出一条取指微指令的微命令序列。答： PC AB ADS ，M/IO=1， W/R=0 DB IR PC+1 3. 静态存储器依靠什么存储信息？动态存储器又依靠什么原理存储信息？试比较它们的优缺点。答：静态存储器SRAM （双极型、静态MOS 型） ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - 9 依靠双稳态电路内部交叉反馈的机制存储信息。功耗较大，速度快，作Cache. 动态存储器DRAM （动态 MOS 型） ：依靠电容存储电荷的原理存储信息. 功耗较小 , 容量大 , 速度较快 , 作主存。4. 画图说明控制器的构成及各部件的功能。答：程序计数器(PC):即指令地址寄存器。存放当前正在执行的指令地址或下一条指令地址。指令地址形成: (PC)+1-PC 。或 : 转移指令修改其内容。指令寄存器（IR ）:用以存放当前正在执行的指令。指令译码器或操作码译码器：指令寄存器中的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号。脉冲源及启停线路;脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的时钟脉冲，是机器周期和工作脉冲的基准信号。时序控制信号形成部件: 根据当前正在执行的指令的需要，产生相应的时序控制信号。5. 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。答：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）6. 简述 CISC、RISC的主要优缺点。答:CISC( 复杂指令系统计算机) 的问题 : (1) 设计周期长，正确性难以保证且不易维护等；(2) 需要大量硬件支持的大多数较复杂的指令却利用率很低，造成硬件资源的极大浪费。RISC是在继承 CISC的成功技术并克服CISC的缺点的基础上产生并发展起来的，大部分 RISC具有下述一些特点：(1) 优先选取使用频率最高的一些简单指令，以及一些很有用但不复杂的指令。避免复杂指令。(2) 指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。指令之间各字段的划分比较一致，各字段的功能也比较规整。(3) 只有取数存数指令(10ad store)访问存储器， 其余指令的操作都在寄存器之间进行。(4)CPU 中通用寄存器数量相当多。算术逻辑运算指令的操作数都在通用寄存器中存取。(5) 大部分指令在一个或小于一个机器周期内完成。(6) 以硬布线控制逻辑为主，不用或少用微码控制。(7) 一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，以减少程序执行时间。7：较水平微指令与垂直微指令的优缺点。(1) 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - 10 (2) 水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。(3) 由水平型微指令解释指令的微程序，有微指令字较长而微程序短的特点。垂直型微指令则相反。(4) 水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说，比较容易掌握。8：程序控制器：当指令取入IR 中以后，根据操作码进行译码，得到相应指令的第一条微指令的地址。指令译码部件可用只读存储器组成，将操作码作为只读存储器的输入地址，该单元的内容即为相应的微指令在控制存储器根据控制存储器中的地址从控制存储器取出微指令，并将它存指令译码部件可用只读存储器组成，将操作码作控制字段各位的输出通过连接线直接与受控制的门相连，于是就提供了在本节所提出的控制信号。1.写出下列数据规格化浮点数的编码(设 l 位符号位，阶码为5 位移码，尾数为10 位补码 )。(1)+111000 (2)-10101 (3)+0.01011解:(1) +111000=260.111000 符号位为0；6 的阶码移码表示为10110；尾数补码为1110000000，所以 +111000 规格化浮点数的编码为0 10110 1110000000(2)-10101=25（ -0.10101）符号位为1；5 的阶码移码表示为10101；尾数补码为0101100000，格化浮点数的编码为1 10101 0101100000(3) +0.01011 =2-1 0.1011符号位为0；-1 的阶码移码表示为01111；尾数补码为1011000000，所以 +0.01011 的规格化浮点数的编码为0 01111 10110000002、用变形补码计算X-Y ，X+Y ，并判别结果的正确性。设：X=0.11011，Y=-0.10010 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 11 解： X 补=0011011 Y 补=1101110 -Y补=0010010 X 补+-Y 补=0101101 溢出X 补+Y 补=0001001 无溢出X+Y = 0.010014、求信息码01101110的海明校验码，画出能指示和纠正1 位出错位的海明校验逻辑电路。解:(1)求信息码01101110 的海明校验码确定海明校验位的位数：设 R 为校验位的位数，则整个码字的位数应满足不等式N=K+R=2R-1。设 R=3 ，则 23-1=7，N=8+3=11, 不等式不满足:设 R=4 ，则 24-1=15，N=8+3=11, 不等式满足。所以 R 最小取 4。确定校验位的位置：位号(112)为 2 的权值的那些位，即: 20、21、22、23的位置作为校验位，记作P1、P2、P3、P4，余下的为有效信息位。即：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 P1 P2 D0 P3 D1 D2 D3 P4 D4 D5 D6 D7 分组：有4 个校验位，将12 位分 4 组，第 I 位由校验位号之和等于I 的那些校验位所校验。校验位的形成：P1=第一组中的所有位(除 P1 外)求异或： D7D6 D4 D3 D1=0 1 0 1 1=1 P2=第一组中的所有位(除 P2 外)求异或： D7D5 D4 D2 D1=0 1 0 1 1=1 P3=第一组中的所有位(除 P3 外)求异或： D6D5 D4 D0=1 1 0 0=0 P4=第一组中的所有位(除 P4 外)求异或： D3 D2 D1 D0=1 1 1 0=1 所以，信息码01101110的海明校验码为110011011110。(2)校验原理在接收端分别求G1、 G2、G3、 G4 G1=P1第一组中的所有位求异或=P1 D7D6 D4 D3 D1G2=P2第二组中的所有位求异或=P2 D7D5 D4 D2 D1G3=P3第三组中的所有位求异或=P3 D6D5 D4 D0G4=P4第四组中的所有位求异或=P4 D3D2 D1 D0当 G1 G2G3 G4=0000 时，接收的数无错，否则G1 G2G3 G4 的二进制编码即为出错位号，例如G1 G2G3 G4=1001说明第 9 位出错， 将其取反， 即可纠错。 根据此原理， 指出和纠正1 位出错位的海明校验逻辑电路如图2.1 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 12 5.(1) 某总线在一个总线周期中并行传送4 个字节的数据，假设一个总线周期等于一个总线时钟周期，总线时钟频率为33MHz ，则总线带宽是多少? (2) 如果一个总线周期中并行传送64 位数据，总线时钟频率升为66MHz ， 则总线带宽是多少? 解： (1) 设总线带宽用Dr 表示，总线时钟周期用T=1/f 表示，一个总线周期传送的数据量用 D表示，根据定义可得 : Dr=D/T=D1/T=Df =4B331000000/s=132MB/s (2) 64位=8B Dr=Df=8B661000000/s=528MB/s ( 此处： 1MB 106 B) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -