计算机组成原理简答题汇总史上最全Word下载.docx
《计算机组成原理简答题汇总史上最全Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理简答题汇总史上最全Word下载.docx（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
编译程序和解释程序的作用都是将高级语言程序转换成机器语言程序，但转换的过程不同。
编译程序在编译时先检验程序错误，进行结构分析后转换成中间代码，然后将中间代码转换为机器指令代码，最后还需执行机器指令。
这种方法编译时间长，运行速度块。
解释程序前线检查错误，然后边解释边执行。
这种方法简单，但运行速度慢，主要用于调试程序。
13.什么是存储单元、单元地址、存储体、存储容量？
存储单元是存储器的基本存储单位，用于存放一个字信息，可以使指令或数据。
对存储单元用二进制统一编号，编号就是单元地址，信息存储按地址进行。
存储体是计算机系统存储器的基本组成单位，计算机系统最少应有一个存储体，存储体应有课运行程序的基本容量，主要是数据位数应等于系统数据总线的宽度。
存储单元的总数称为存储容量。
14.什么是机器字长、指令字长、存储字长？
机器字长是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
指令字长是指计算机指令中二进制代码的总位数。
存储字长是指存储单元中存放二进制代码的总位数。
三者可以相当也可以不等，视不同机器而定。
15.计算机的硬件指标有哪些？
（1）机器字长：
CPU一次能处理的数据的位数，通常与CPU寄存器的位数有关。
（2）存储容量：
包括主存容量和辅存容量，是存放二进制代码的总和，可用位（Bit）
或字节（Byte）来衡量。
（3）运算速度：
可用MIPS（每秒执行的百万条指令数）、CPI（没执行一条指令所需的时钟周期数）或FLOPS（每秒浮点运算次数）来衡量运算速度。
16.有人说计算机指令的功能越强则计算机的性能越高。
请对这个问题提出你的看法。
不对。
计算机指令的功能强并不意味着计算机的性能高。
计算机系统的性能取决于程序中指令的数量和每条指令执行时所需的时间，指令的功能强可减少程序中指令的数量，但也可能使得每条指令的平均执行时间延长。
17.为什么说计算机硬件和软件在逻辑上是等价的？
用硬件实现的功能，在原理上可以用软件实现；
用软件实现的功能，在原理上也可以用硬件来实现，这就是硬件和软件的等价性。
例如，硬件可以直接做乘法运算，也可以通过软件用相加和移位的方式实现乘法运算。
运行软件可以控制计算机的运行，但也可以把软件固化在ROM芯片中（如BIOS），在开机过程中由硬件直接运行。
二．计算机中的信息表示
1.什么是大数端存储方式，什么是小数端存储方式？
当数据的位数超过一个字节时，将低位字节存放在低位地址的存储方式为小数端存储方式；
将高低位字节存放在高位地址的存储方式为大数端存储方式。
2.试比较定点带符号数在计算机内的四种表示方式。
带符号数在计算机内部的表示方式有原码、反码、补码和移码。
原码表示方法简单易懂，实现乘除法预算简单，但用它实现加减法运算比较复杂。
补码的特点是加减法运算规则简单，正负数的处理方式一致。
反码通常只用来计算补码，由于用发麻运算不方便，因此发麻在计算机中没得到实际应用。
移码由于保持了数据原有的大小顺序，便于进行比较操作，因此常用语浮点数中的阶码，使用比较方便。
3.试述浮点规格化的目的和方法
浮点的规格化是为了使浮点数尾数的最高数值位为有效位。
当尾数用补码表示时，若符号位与小数点后第一位不相等，则被定义为已规格化数，若则便是非规格化数。
通过规格化，可以保证运算数据的精度。
3.什么是计算机系统硬件与软件之间的界面，其主要功能是什么？
从程序的编制与执行的角度来看，指令规定了计算机的操作类型及操作数地址，它们是产生各种控制信息的基础。
另外，从硬件设计的角度看，在设计计算机时先要确定其硬件能够直接执行哪些操作，表现为一组指令的集合，称之为该计算机的指令系统。
因此，指令系统体现了一台计算机的软硬件界面。
指令系统包含若干指令，它规定了计算机功能的强弱及硬件复杂程度。
4.简述指令字长，存储字长和机器字长的定义。
指令字长为机器指令所包含的二进制代码位数，存储字长为存储单元中二进制数的位数，及其子长为运算器一次运算的二进制位数。
5.什么叫指令地址，形式地址，有效地址。
指令地址：
指令在内存中的地址；
形式地址：
指令地址字段给出的地址；
有效地址：
形式地址经一定的运算而得到的操作数的实际地址。
6.什么是助记符，为什么要用助记符编写程序？
用一些比较容易记忆的文字符号来表示指令中的操作码和操作数，这种符号称为助记符。
助记符比较接近人类语言，因此程序编写比较容易，指令短，便于阅读，而用二进制代码编写程序则较复杂，指令长，阅读也较困难。
7.RISC指令系统具有哪些主要特点？
RISC指令系统通过简化指令，使计算机的结构更加简单合理，并通过减少指令执行周期数的途径，达到提高机器速度的目的。
其特点如下。
（1）选取使用频度较高的一些简单指令。
复杂指令的功能由执行频度高的简单指令组合来实现。
（2）指令长度固定，指令格式和寻址方式种类少。
（3）CPU中通用寄存器数量多，大多数指令操作都在寄存器之间进行，只有取数（LOAD）和存数（STORE）指令访问存储器。
（4）采用流水线技术们大部分指令在一个时钟周期内完成。
（5）控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。
（6）采用优化编译程序。
8.数据的寻址方式有哪几种，最常使用的寻址方式是哪一种？
数据的寻址方式有：
按地址查找、按内容查找、按顺序查找等，其中按地址查找的寻址方式最为普遍。
10.比较寄存器寻址和寄存器间址的区别。
寄存器寻址：
寄存器中存放的就是操作数。
寄存器间址：
寄存器中存放的是操作数的地址，操作数在内存中。
寄存器寻址访问操作数的速度比寄存器间接寻址访问操作数的速度快。
11.在寄存器-寄存器型，寄存器-存储器型和存储器-存储器型三类指令中，哪类指令的执行时间最长，哪类指令的执行时间最短，为什么？
寄存器-寄存器型执行速度最快，存储器-存储器型最慢。
因为前者操作数均在寄存器中，后者操作室在存储器中，而访问一次存储器所需的时间一般比访问一次寄存器所需时间长。
12.选择寻址方式时主要考虑哪些因素？
选择寻址方式时主要考虑以下因素：
（1）应与数据的表示相配合，能方便地存取各种数据；
（2）应根据指令系统及各种寻址方式的特点和相互组合的可能性进行选择；
（3）考虑实现上的有限性和可能性；
（4）还应使地址码尽可能短，存取的空间尽可能大，使用方便。
13.在指令格式中指明寻址方式有几种方法？
寻址方式在指令格式中的表示方法通常有两种。
（1）由不同的操作码指明操作数的不同寻址方式（操作码指明法）；
（2）在指令格式中增设寻址特征位指明寻址方式（寻址方式位法）。
14.在各类寻址方式中，哪类寻址方式最快，哪类寻址方式最慢，为什么？
在各类寻址方式中，立即寻址方式最快，因为它不需要寻址，可从指令中直接获得操作数。
复合寻址方式最慢，因为它不但要进行运算，执行（PC）+D或（Ri）+D操作，而且需要两次访问存储器才能获得操作数。
15.简述相对寻址的特点
相对寻址方式中，操作数的地址是程序计数器PC的值加上偏移量形成的，是一种特殊的变址寻址方式，偏移量用补码表示，可正可负。
相对寻址方式可用较短的地址访问内存。
16.转子指令执行时应执行哪些操作，子程序中的返回指令应执行哪些操作？
转子指令保存返回地址有三种方式。
（1）用子程序的第一个字单元存放返回地址。
这种方法允许多重转子，但不允许子程序的递归和联锁递归。
（2）用寄存器存放返回地址。
这种方法可以支持多重转子及递归，但是子程序实现比较复杂。
（3）用堆栈保存返回地址。
这种方法支持多重转子和递归，是目前广泛采用的方法。
17.若按指令功能分类，则指令系统可分为哪几类指令？
按指令功能分，可分为数据传送类指令，算/逻运算类指令、程控类指令和I/O类指令等。
这是最常用的分类方法。
三．CPU子系统
1.CPU有哪些功能？
画出其内部组成框图，并说明图中每个部件的作用。
CPU具有控制程序的顺序执行、产生完成每条指令所需的控制命令，
对各种操作实施时间上的控制、对数据进行算数和逻辑以及处理中断
等功能，其框图如图所示。
图中寄存器包括转用寄存器（如程序计数器CPUADD寄存器
、指令寄存器、堆栈指示器、存储器地址寄存器、存储器数据寄存器、中断系统微命令发生器
状态指令寄存器等）以及通用寄存器（存放操作数）；
控制单元生成各控制总线数据总线地址总线
种微操作命令序列；
ALU完成算数和逻辑运算；
中断系统用于处理各种中断。
2.控制器由哪些部件构成，它有哪些基本功能？
控制器由程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器、地址译码器、微操作产生部件、时序发生器和中断机构等组成，它的基本功能如下。
（1）取指令：
根据PC内容，从存储器指定单元取出指令后传送到IR，并修改PC内容，指向下一条执行。
（2）分析指令：
对指令操作码进行译码，产生各种微操作控制信号。
（3）执行指令：
根据操作码指定的操作性质实现操作目的。
（4）处理中断请求：
包括故障中断和外设请求。
3.与组合逻辑控制器相比，微程序控制器有哪些优点？
组合逻辑控制器速度较快，但控制较复杂，且功能扩展较难。
与组合逻辑控制器相比，微程序控制器具有鬼整形、可维护性的优点。
它是一种利用软件方法设计硬件的技术，可实现复杂指令的操作控制。
另外，微程序设计便于计算机功能的扩充，可较方便地增加和修改指令，只需要增加或修改一些微程序。
4.试说明机器指令与微指令的关系。
（1）一条机器指令对应一段微程序，这段微程序是由若干条微指令序列组成的。
因此，一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的。
简言之，一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行。
（2）从指令与微指令、程序与微程序、地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关。
（3）每一个CPU周期对应一条微指令。
5.试从通路连接选择结构、数据流动方向、对处理型操作及简单传送操作的支持力度等方面，比较带多路选择器的运算器和带输入锁存器的运算器各自特点。
带多路选择器的运算器中，数据通路：
没个寄存器有单独的数据通路与多路选择器连接；
数据流动方向：
CPU内部总线是一组单向传送的数据线，将ALU的运算结构送往各寄存器；
对运算型指令的支持较强，可同时将两个操作数送达ALU；
但是寄存器间数据传送需要通过ALU中转。
带输入锁存器的运算器中，数据通路：
寄存器组采用小规模告诉存储器结构，通过总线与ALU输入端的锁存器连接；
CPU内部总线是一组双向传送的数据线；
对于运算型指令，由于寄存器组每次只能通过总线向ALU提供一个操作数，因此需要在ALU输入端设置锁存器，暂存操作数。
6.存储器中有若干数据类型：
指令代码、运算数据、堆栈数据、字符代码和BCD码，计算机如何区别这些代码？
CPU在取指阶段从存储器取出的信息为指令代码。
CPU在执行阶段从存储器中取出的可以是运算数据、字符代码和BCD代码，具体是哪一种信息与指令的操作码有关。
凡是根据堆栈指示器SP所指示的地址访存时所获得的数据即为堆栈数据。
7.计算机时序控制方式分为哪两大类？
试比较它们的优缺点。
计算机中的时序控制方式分为同步控制和异步控制两大类。
同步控制方式是指用统一发出的时序信号对各项操作进行同步控制。
在同步控制方式中，操作时间被划分为许多长度固定的时间段，每个时间段完成一步操作，如一次访存操作。
其特点是始终周期一旦确定，便固定不变，各步操作之间的衔接由时间段的自动切换来控制。
异步控制方式是指各项操作不受统一时序信号的约束，而是根据实际操作安排不同的时间。
各操作之间的衔接、各部件之间的数据传送采用异步应答方式。
其特点是没有统一的时钟周期划分和同步定时脉冲。
同步控制方式的优点是时序关系简单，时序划分规整，控制不复杂，控制部件在结构上易于集中设计方便；
缺点是在时间的安排上可能不合理，对时间的利用不经济。
异步控制方式的优点是时间安排紧凑、合理，能按不同部件、不同设备的实际需要分配时间；
缺点是控制比较复杂。
应用场合：
一般地，在CPU或者设备内部的操作中普遍采用同步控制方式；
在连接CPU、主存和外部设备的系统上，有的采用同步方式，有的采用异步方式来控制总线数据传送操作。
8.简要叙述三种不同的判断溢出的方法，注明表达式中参数的含义。
补码加减法中一个重要问题是溢出判断，共有三种方法。
对于两数A=SAAn-1An-2…A0B=SBBn-1Bn-2…B0
方法一：
“溢出”=SASBSf+SASBSf，其中，表示Sf结果的符号位。
“溢出”=Cf
C，其中，Cf表示符号位产生的进位；
C表示数值为最高位产生的进位。
方法三：
将符号位扩展为双符号位，则结果的符号位为Sf1，Sf2，有“溢出”=Sf1
Sf2。
9.采用双符号位的溢出判别逻辑的判别方法是什么，该方法相对但符号位的溢出判别方法有哪些优点？
相对但符号位溢出判别方法，该方法简单可靠。
10.试论述浮点加减运算的对阶过程中，为什么要使小的阶码向大的阶码对齐，反过来有何不可？
对阶的原则，小阶向大阶看齐。
对阶的原因：
如果大阶向小阶看齐，随阶码的值减少，为保持数的值不变，则尾数必须左移相应位数，有可能发生符号位及尾数高位丢失的错误，这是不允许的。
而增大小阶码同时尾数右移，有可能发生尾数低位的丢失，这只影响精度，不会产生错误。
11.由于浮点数的表示范围宽广，在实际应用中很少出现溢出，仅在理论上的两种极端情况下，才可能出现上溢和下溢，试述这两种情况。
上溢：
同号数相加，其中一数的绝对值很大，阶码已达到正最大，而和的绝对值大于1，则尾数需要右规，阶码加1，超出了阶码的最大表示范围，此时称为上溢。
运算结果错误，CPU报错停机，并置程序状态字寄存器，中溢出标志位为1.
下溢：
异号数相加前，两数的绝对值很小，使阶码达到负绝对值最大，且两数相差很小，相加后需左规，则尾数左规时，阶码减小，超出了阶码表示的最小的负数，此时称为下溢，一般当做机器零处理，计算机不报错。
12.试论证在浮点除法运算中，为什么经过“尾数调整“的操作后，其结果就必定是规格化结果？
尾数调整是指检测被除数尾数的绝对值是否小于除数尾数的绝对值，以确保商的尾数为小数，如果不是，则被除数尾数右移一位，并相应的调整其阶码。
由于两操作数均已是规格化数，即|M|≥1/2，相除后期商（结果尾数）的绝对值必然大于等于1/2，不需要左规。
在进行“尾数调整后”，商（结果尾数）的绝对值必然小于1，不需要左规。
所以按照上述操作产生的商不需要进行规格化处理。
13.浮点加减运算为什么首先要对阶，对阶的原则是什么，对阶时，对其尾数和阶码分别进行什么操作？
对阶的目的：
使被加数（或被减数）X和加数（或减数）Y的小数点对齐，即是其阶码相等。
对阶原则：
小阶向大阶看齐。
对阶的方法：
阶码小的数每次阶码加1，尾数右移1位，直到两数的阶码相等。
14.画出指令周期的流程图，分别说明图中的每个子周期的作用。
图3-10是指令周期的流程图，取指周期完成取指令和分析指令的操作；
间址周期用于取操
数的有效地址；
执行周期完成执行指令的操作；
中断周期是用当CPU响应中断时，由中断隐指令完成保护程序断点，硬件关中断和将向量地址送PC（硬件向量法）的操作。
15.中断周期前和中断周期后各是CPU的什么工作周期，中断周期完成什么操作？
CPU中断周期前为执行周期，中断周期后为取指周期。
中断周期完成下列操作：
保存程序断点、硬件关中断，将向量地址送至程序计数器（硬件向量法）或将中断识别程序入口地址送至程序计数器（软件查询法）。
16.微程序控制的基本思想是什么？
把指令执行所需要的所有控制信号存放在控制存储器中，需要时从这个存储器中读取，也就是把操作控制信号编成微指令，存放到一个专门的存储器中。
这样，指令的控制器设计就变成微程序设计，从而可用类似于软件技术来设计控制器部件。
17.微程序控制器的特点是什么？
微程序控制器具有较强的灵活性，因为微程序容易修改，从而可方便地实现新功能，增加新指令。
但是微程序控制器在执行每条指令时都要访问存储控制存储器若干次，控制存储器的速度就成了系统工作速度的关键。
与组合电路的控制器比较，微程序的控制器具有规整性，可维护性等优点。
它一种利用软件方法来设计硬件的技术。
18.微指令编码有哪三种方式，微指令格式有哪几种，微程序控制器有哪些特点？
微指令编码方式有直接表示法、编码表示法、混合表示法。
微指令的格式大体分成两类：
水平型微指令和垂直型微指令。
水平型微指令分为全水平型微指令、字段编码的水平型微指令、直接和编码相混合的微指令。
微程序控制器具有规整性、可维护性和灵活性的优点，可实现复杂指令的操作控制，使得在计算机中可以较方便地增加和修改指令，甚至可以实现其他计算机的指令。
19.什么是流水指令？
画出指令二级流水和四级流水的示意图，它们中哪个更能提高处理器的速度，为什么？
指令流水就是改变各条指令按顺序串行执行的规则，使机器在执行上一条指令的同时，取出下一条指令，图3-11（a）和（b）分别是指令的二级流水和四级流水示意图。
把指令周期划分得更细，使更多的指令在同一时期内执行，更能提高处理器速度，故四级流水比二级流水的处理速度高。
20.当遇到什么情况时，流水线会受阻？
举例说明。
流水线受阻一般有三种情况。
（1）在指令重叠执行过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，发生资源冲突。
如在同一时间，几条重叠执行的指令分别要取指令、取操作数和存结果，都需要访存，就会发生访存冲突。
（2）在程序的相邻指令之间出现了某种关联，如当一条指令需要用到前面指令的执行结果，而这些指令均在流水线中重叠执行，就会引起数据相关。
（3）当流水线遇到分支指令时，如一条指令要等前一条（或几条）指令作出转移方向的决定后，才能进入流水线时，便发生控制相关。
21.指令流水线和运算流水线结构有何共同之处？
指令流水线和运算流水线的共同点是：
由于相邻两段在执行不同的操作，所需的时间可能不相同，因此在相邻两段之间必须设置锁存器或寄存器，以保证在一个时钟周期内流水各段的输出信号不变。
22.简述指令周期、机器周期、时钟周期的定义和他们之间的关系。
从一条指令到启动到下一条指令启动的时间间隔称为指令周期。
完成指令中一个步骤所需的时间称为机器周期。
完成一条微指令所需的时间称为时钟周期。
一个指令周期包含若干个机器周期，如取指令周期、取操作数周期和运算周期。
一个机器周期包含个若干个时钟周期，若干条微指令实现指令中一个步骤的功能。
23.PSW是什么，它存放在哪，作用是什么？
PSW是程序状态字，存放在程序状态字寄存器SR中。
它表示程序运行时的运行结果特征和处理器的状态，为指令运行提供必要的条件。
24.什么是CPU时序，它是如何产生的，有什么作用？
时序就是时间序列，CPU时序就是CPU在执行一条指令时所需要的时间序列。
这个时间序列可用时序发生器产生的一组时序信号来标志。
将时序信号产生的一系列脉冲与电位，送至各操作部件，对控制信号进行定时控制。
25.指令执行过程应该如何划分，指令的各阶段决定了哪些周期时间？
一条指令的执行过程可分为取指令、指令译码，取操作数和执行指令等步骤。
指令译码与取操作数可以并行操作，因此将指令执行过程分为取指令、取操作数和执行指令阶段。
由于大多数指令有两个操作数，因此取操作数阶段分为取源操作数阶段和取目的操作数阶段。
每个阶段对应一个机器周期，为了便于控制，取最长的机器周期作为计算机标准机器周期。
26.指令周期结束操作包含哪些内容，为什么要做结束操作？
指令周期结束操作包括停机，电源失效、DMA请求和中断请求的处理。
结束操作是维持正常的指令循环所必需的。
CPU在运行程序时，可能会出现各种事件和异常情况，若不自动处理，则指令的循环无法正常执行。
因此必须事先考虑当出现事件或异常情况时的处理方法，安排控制流程，在指令结束时予以判断和处理，维持指令的正常循环。
27.指令和数据以什么方式存放在存储器中，计算机如何区分这些代码？
指令和数据不加区分的以二进制代码的方式存放在存储器中。
在取指令阶段，根据PC中的地址，从存储器中取出来的是指令，它被传送到指令寄存器IR中。
在取操作数阶段，根据寻址方式获得操作数的地址，从存储器中取出来的是数据，根绝指令操作意图，操作数被传送到ALU参加运算，或者被传送到寄存器或存储器中。
28.水平型微指令与垂直型微指令各有什么特点？
水平型指令的字长较长，在一条微指令中定义了较多的微操作，因此编制的微程序较短，可用较少的微指令实现机器指令的功能。
它可以直接控制操作对象，具有效率高、速度快、灵活性强、控制简单的特点。
微程序设计较复杂，但硬件实现较简单。
垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构，微操作码需经过译码后再控制操作对象，因此速度较慢。
另外，在一条微指令中只能定义一种微操作，使得指令规范、功能简单、字长较短、编制的微程序较长。
微程序设计简单，但硬件控制较复杂。
29.微指令的编码方式有哪几种，各种编码方式的优缺点各是什么？
微指令有以下几种编码方式：
（1）直接表示法。
微操作
升级会员 