1、1.簡述計算機系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)是由硬件、軟件組成的多級層次結(jié)構(gòu)。 計算機硬件是由有形的電子器件等構(gòu)成的，它包括運算器、存儲器、控制器、適配器、輸入輸出設(shè)備。傳統(tǒng)上將運算器和控制器稱為，而將和存儲器稱為主機。 計算機軟件是計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，也是計算機不同于一般電子設(shè)備的本質(zhì)所在。計算機軟件一般分為系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序兩大類。系統(tǒng)程序用來簡化程序設(shè)計，簡化使用方法，提高計算機的使用效率，發(fā)揮和擴大計算機的功能和用途，它包括：(1)各種服務(wù)程序，(2)語言類程序，(3)操作系統(tǒng)，(4)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。應(yīng)用程序是針對某一應(yīng)用課題領(lǐng)域開發(fā)的軟件。2.馮諾依曼型計算機設(shè)計思想、主要特點。 計算機

2、由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備五部分組成。 數(shù)據(jù)以二進制碼表示。 采用存儲程序的方式，程序和數(shù)據(jù)放在同一個存儲器中并按地址順序執(zhí)行。 機器以運算器為中心，輸入輸出設(shè)備與存儲器間的數(shù)據(jù)傳送都通過運算器。已知X和Y，用變形補碼計算X+Y，同時指出運算結(jié) 果是否溢出。 (1) X = -10110 Y = -00001 (2) X = 11011 Y = 10101解：(1) 補1101010,補1111111 補1101010 補1111111 1101001 兩個符號位出現(xiàn)“11”,表示無溢出 X+Y補 = 101001, X+Y = -10111 (2) 補0011011,補0010

3、101 補0011011 補0010101 0110000 兩個符號位出現(xiàn)“01”,表示有正溢出。3.已知X和Y，用變形補碼計算X-Y，同時指出運算結(jié)果是否溢出。 (1）X = 11011 Y = -11111 (2）X = 10111 Y = 11011（1）補0011011,補1100001, -補0011111 補0011011 -補 0011111 _ 0111010 兩個符號位出現(xiàn)“01”,表示有正溢出。（2）補0010111,補0011011, -補1100101 補0010111 -補 1100101 _ 1111100 兩個符號位出現(xiàn)“11”,表示無溢出 X-Y補 = 1111

4、00, X-Y = -001004 . 簡要說明存儲器層次結(jié)構(gòu)、采用層次結(jié)構(gòu)的目的，說明每一層次的存儲器所用的存儲介質(zhì)的特性。 計算機存儲系統(tǒng)中，一般分為高速緩沖存儲器、主存儲器和輔助存儲器三個層次。 采用層次模型的目標(biāo)是為了解決對存儲器要求容量大，速度快，成本低三者之間的矛盾， 即在合理的成本范圍內(nèi)，通過對各級存儲器的容量配置，達到可接受的性能。 高速緩沖存儲器：即cache，它一般用的是SRAM，其特點是速度快、價格高。 主存儲器：一般是DRAM，其速度相對快，價格居中。 輔助存儲器：一般是硬盤，可以斷電后保存數(shù)據(jù)，容量大，但速度慢。5. 比較SRAM和DRAM的主要特性，用其組成系統(tǒng)時，

5、從設(shè)計和使用角度看兩 者有何區(qū)別。 (1)SRAM和DRAM的主要性能 區(qū)別SRAMDRAM特性靜態(tài)存儲器動態(tài)存儲器存儲信息觸發(fā)器電容破壞性讀出非是需要刷新不要需要送行列地址同時送分兩次送運行速度快慢集成度低高發(fā)熱量大小存儲成本高低 (2)SRAM器件的特點是速度快、不用刷新，但集成度不高，價格貴。它一般用于做高速緩存。 DRAM器件的特點是相對廉價和大容量，但須定時刷新。它一般用于做主存儲器。6. 一個具有24位地址和8位字長的存儲器，問： 1.該存儲器能夠存儲多少字節(jié)的信息? 2.如果存儲器由4Mxl位的SRAM芯片組成，需要多少片? 3.需要多少位作芯片選擇?1.存儲單元數(shù)為224B16

6、MB, 故能存儲16M個字節(jié)的信息。所需芯片數(shù)為(16M x 8)/(4Mx1)32片16M(地址線24位），4M(地址線22位）8片4Mx1位組成4Mx8位，地址總線的低22位可以直接連到芯片的A0-A21管腳4組4Mx8位組成16Mx8位，地址總線的高兩位(A22，A23)需要通過2：4線譯碼器進行芯片選擇7. 設(shè)有一個具有20位地址和32位字長的存儲器，問：（1）該存儲器能夠存儲多少個字節(jié)的信息?（2）如果存儲器由512K x 8位的SRAM芯片組成，需要 多少片?（3）需要多少位地址作芯片選擇?（1）存儲單元數(shù)為220 x 32位1M x 32位4M x 8位， 故能存儲4M個字節(jié)的信

7、息。（2）存儲器由512K x 8位的SRAM芯片組成，存儲容 量為1M x 32位，故所需芯片數(shù)為 （1M x 32）（512K x 8）8片。（3）512K x 8位的SRAM芯片需要19位地址，所以只有一位地址作芯片選擇。方法是將 4片位擴展為512K x 32位(地址線19位)，再將2組512K x 32位按字?jǐn)U展組成整個存儲器 （地址線1位）。8. 簡述指令系統(tǒng)，一個完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足什么要求。 一臺計算機中所有機器指令的集合，稱為這臺計算機的指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)是表征一臺計算機性能的重要因素，它的格式與功能不僅直接影響到機器的硬件結(jié)構(gòu)，而且也直接影響到系統(tǒng)軟件，影響到機器的適用范圍

8、。一個完善的指令系統(tǒng)應(yīng)滿足完備性，有效性，規(guī)整性和兼容性。9. CPU功能和組成 CPU是計算機的中央處理部件，具有指令控制、操作控制、時間控制、數(shù)據(jù)加工等基本功能。 早期的CPU由運算器和控制器兩大部分組成。隨著高密度集成電路技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今的CPU芯片變成運算器、cache和控制器三大部分，其中還包括浮點運算器、存儲管理部件等。CPU至少要有如下六類寄存器：指令寄存器、程序計數(shù)器、地址寄存器、緩沖寄存器、通用寄存器、狀態(tài)條件寄存器。 10. 微程序設(shè)計技術(shù)及設(shè)計思想 微程序設(shè)計的基本思想是：仿照通常的接替程序的方法，把操作控制信號編成所謂的“微指令”，存放到只讀存儲器中，當(dāng)機器運行時，一條

9、一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生全機所需要的各種操作控制信號，使相應(yīng)的部件執(zhí)行所規(guī)定的操作。 微程序控制器的設(shè)計技術(shù)有： (1)微指令編碼技術(shù)。微指令有水平型微指令和垂直型微指令兩種類型。 (2)微指令流水技術(shù)。由于取微指令和執(zhí)行微指令的操作是在兩個完全不同的部件中執(zhí)行的，因此可以將這兩部分在時間上重疊進行。 (3)后繼地址的確定技術(shù)。有計數(shù)器方式和斷定方式兩種。11.假設(shè)某機器有80條指令，平均每條指令由4條微指令組成，其中有一條取指微指令是所有指令公用的。已知微指令長度為32位，請估算控制存儲器的容量。解：微指令總數(shù)=80*3+1=241條 控制存儲器的容量 = 241*32= 7712位,

10、 即964字節(jié)，可以取1KB12.已知指令存儲器最大容量為16384字（字長18位），數(shù)據(jù)存儲器最大容量65536字（字長16位），指出下列各寄存器的位數(shù)。 程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、 累加器AC、通用寄存器R0-R3、 指令存儲器地址寄存器IAR、 指令存儲器數(shù)據(jù)寄存器IDR、 數(shù)據(jù)存儲器地址寄存器DAR、 數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)寄存器DDR。PC = 14位（16384字，0-3FFF)、IR = 18位 AC = 16位、R0-R3 = 16位 IAR = 14位、IDR = 18位 DAR = 16位（65536字，0-FFFF) 、DDR = 16位下圖為某處理機邏輯框圖，有兩條獨立的

11、總線BUS1、BUS2和兩個獨立的存儲器IM、DM。已知指令存儲器IM的最大容量為16384字（字長18位），數(shù)據(jù)存儲器DM的最大容量為65536字（字長16位）。 分析下列各寄存器的位數(shù)：程序計數(shù)器PC、指令寄存器IR、累加器AC0和AC1、通用寄存器R0-R3、指令存儲器地址寄存器IAR、 指令存儲器數(shù)據(jù)寄存器IDR、數(shù)據(jù)存儲器地址寄存器DAR、數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)寄存器DDR。 指令存儲器IM最大容量16384字（0-3FFF）需14位地址,所以PC和IAR為14位。 指令存儲器IM字長18位，所以IR和IDR為18位。 數(shù)據(jù)存儲器DM的最大容量為65536字（0-FFFF）需16位地址，所以

12、DAR為16位。數(shù)據(jù)存儲器DM的字長16位，所以AC0、AC1、R0、 R1和DDR為16位。13.總線的概念。 總線是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的互聯(lián)機構(gòu)，是多個系統(tǒng)功能部件間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通道，并在爭用資源的基礎(chǔ)上進行工作。 單處理器系統(tǒng)中的總線。 一個單處理器系統(tǒng)中的總線，大致分為三類： (1)內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部連接各寄存器及運算部件之間的總線。 (2)系統(tǒng)總線：CPU同計算機系統(tǒng)的其他高速功能部件，如存儲器、通道等互相連接的總線。 (3)I/O總線：中、低速I/O設(shè)備之間互相連接的總線。14.總線的特性。 物理特性：指總線的物理連接方式，包括總線的根數(shù)，總線的插頭、插座的形狀，引腳線的排列方

13、式等。 功能特性：描述總線中每一根線的功能。 電氣特性：定義每一根線上信號的傳遞方向及有效電平范圍。送入CPU的信號叫輸入信號(IN)，從CPU發(fā)出的信號叫輸出信號(OUT)。 時間特性:定義了每根線在什么時間有效。規(guī)定了總線上各信號有效的時序關(guān)系，CPU才能正確無誤地使用。15. 單總線、多總線結(jié)構(gòu)的性能特點。 單總線結(jié)構(gòu)：使用一條單一的總線連接計算機系統(tǒng)的各大功能部件，各大部件之間的所有信息傳送都通過這組總線。 優(yōu)點：允許I/O設(shè)備之間或I/O設(shè)備與內(nèi)存之間直接交換信息，只需CPU分配總線使用權(quán)，不需要CPU干預(yù)信息的交換。所以總線資源是由各大功能部件分時共享的。缺點：由于全部系統(tǒng)部件都連

14、接在一組總線上，所以總線的負(fù)載很重，可能使其吞吐量達到飽和甚至不能勝任的程度。故多為小型機和微機采用。多總線結(jié)構(gòu)：多總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是通過橋，CPU總線，系統(tǒng)總線和高速總線彼此相連，各大部件的信息傳送不是通過系統(tǒng)總線。 多總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中高速，中速，低速設(shè)備連接到不同的總線上，同時進行工作，以提高總線的效率和吞吐量，而且處理器結(jié)構(gòu)的變化不影響高速總線。16. 說明總線結(jié)構(gòu)對計算機性能的影響。 (1)簡化了硬件的設(shè)計。從硬件的角度看，由總線接口代管了專門的I/O接口，由總線規(guī)范給出了傳輸線和信號的規(guī)定，并對存儲器、I/O設(shè)備和CPU如何掛在總線上都作了具體的規(guī)定，所以，對于面向總線的微型計算機設(shè)計，只

15、要按照這些規(guī)定制作CPU插件、存儲器插件以及I/O插件等，將它們連入總線即可工作，而不必考慮總線的詳細(xì)操作。 (2)簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，連線少，底板連線可以印刷化。(3)系統(tǒng)擴充性好，一是規(guī)模擴充，二是功能擴充。規(guī)模擴充僅僅需要多插一些同類型的插件；功能擴充僅僅需要按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計一些新插件。插件插入機器的位置往往沒有嚴(yán)格的限制。這就使系統(tǒng)擴充既簡單又快速可靠，而且也便于查錯。17.集中式仲裁方式分析。 (1) 鏈?zhǔn)讲樵兎绞芥準(zhǔn)讲樵兎绞降闹饕攸c：總線授權(quán)信號BG串行地從一個I/O接口傳送到下一個I/O接口。假如BG到達的接口無總線請求，則繼續(xù)往下查詢；假如BG到達的接口有總線請求

16、，BG信號便不再往下查詢，該I/O接口獲得了總線控制權(quán)。離中央仲裁器最近的設(shè)備具有最高優(yōu)先級，通過接口的優(yōu)先級排隊電路來實現(xiàn)。(2)計數(shù)器定時查詢方式總線上的任一設(shè)備要求使用總線時，通過BR線發(fā)出總線請求。中央仲裁器接到請求信號以后，在BS線為“0”的情況下讓計數(shù)器開始計數(shù)，計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路，當(dāng)?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設(shè)備地址相一致時，該設(shè)備 置“1”BS線，獲得了總線使用權(quán)，此時中止計數(shù)查詢。獨立請求方式的優(yōu)點：響應(yīng)時間快，確定優(yōu)先響應(yīng)的設(shè)備所花費的時間少，用不著一個設(shè)備接一個設(shè)備地查詢。其次，對優(yōu)先次序的控制相當(dāng)靈活，可以預(yù)先固定也可

17、以通過程序來改變優(yōu)先次序；還可以用屏蔽(禁止)某個請求的辦法，不響應(yīng)來自無效設(shè)備的請求。18. 簡述外圍設(shè)備的種類。 外圍設(shè)備大體分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、外存設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、過程控制設(shè)備五大類。每一種設(shè)備，都是在它自己的設(shè)備控制器控制下進行工作，而設(shè)備控制器則通過I/O接口模塊和主機相連，并受主機控制。19.簡述計算機系統(tǒng)中，CPU對外圍設(shè)備的管理方式。 在計算機系統(tǒng)中，CPU對外圍設(shè)備的管理有以下五種方式：(1)程序查詢方式；(2)程序中斷方式；(3)直接存儲器訪問(DMA)方式；(4)通道方式；(5)外圍處理機(PPU)方式。其中第一種對CPU的資源浪費最大，而第五種使CPU的效率得到

18、最大發(fā)揮，但是需要更多的硬件支持。20. 單機系統(tǒng)中CPU與外設(shè)進行信息交互有幾種方式，CPU的介入程度如何。 單機系統(tǒng)中CPU與外設(shè)進行信息交互有4種方式：通道方式 DMA方式 中斷方式 程序查詢方式。 4種方式中，程序查詢方式一直需要CPU參與，中斷方式則需要響應(yīng)中斷，并且每次中斷只能傳輸一個數(shù)據(jù)，DMA方式每中斷一次，CPU可以傳輸成組的數(shù)據(jù)，而通道方式下IOP可以實現(xiàn)對外設(shè)的統(tǒng)一管理和外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸，無須CPU干預(yù)。21.在數(shù)據(jù)傳送方式中若主機與設(shè)備串行工作，則采用何種信息交換方式。 采用程序查詢方式；在程序查詢方式下，當(dāng)CPU等待外設(shè)的狀態(tài)信號時，不能執(zhí)行其他的操作，只能當(dāng)

19、外設(shè)準(zhǔn)備好后，才能繼續(xù)執(zhí)行查詢程序及后續(xù)工作，因此在程序查詢控制方式下，當(dāng)外設(shè)啟動后，CPU與外設(shè)是串行工作的。在數(shù)據(jù)傳送方式中若主機與設(shè)備并行工作，采用何種信息交換方式。 采用中斷方式；在中斷的控制下，當(dāng)外設(shè)啟動后，CPU可以繼續(xù)原來的工作，待外設(shè)準(zhǔn)備好后，由中斷控制器向CPU發(fā)出中斷，CPU才停止原來的工作去處理中斷，因此外設(shè)與主機是并行工作的。在數(shù)據(jù)傳送方式中若主程序與設(shè)備并行工作，則采用何種信息交換方式。 采用DMA或通道方式；在DMA方式下主機響應(yīng)了外設(shè)的DMA請求后，在主機與外設(shè)傳送成組的數(shù)據(jù)時，CPU可以同時執(zhí)行其他的程序；通道方式下主機與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送無須CPU管理。因此主程序

20、與設(shè)備并行工作的。22.何謂DMA方式，在計算機系統(tǒng)中使用DMA的目的是什么。 直接內(nèi)存訪問(DMA)是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器從CPU完全接管對總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進行。DMA方式一般用于高速傳送成組數(shù)據(jù)。 使用DMA的目的是提高高速外圍設(shè)備與計算機主機之間傳送數(shù)據(jù)的速度，降低數(shù)據(jù)出入對CPU時間的開銷。23.通道的基本功能是什么，CPU如何實現(xiàn)對通道的管理，通道如何實現(xiàn)對設(shè)備控制器的管理。 通道是一個特殊功能的處理器，有自己的指令和程序?qū)ｉT負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制。它的基本功能是：執(zhí)行通道指令、組織外圍設(shè)備和內(nèi)存進行數(shù)據(jù)傳輸，按IO指令要求啟動外設(shè)，向CPU報告中斷等。 CPU是通過執(zhí)行IO指令以及處理來自通道的中斷，實現(xiàn)對通道的管理。 通道通過使用通道指令控制設(shè)備控制器進行數(shù)據(jù)傳送操作，并以通道狀態(tài)字接收設(shè)備控制器反映的外設(shè)的狀態(tài)。24. 通道、DMA、中斷三種基本I/O方式的異同點。 （1）通道方式：可以實現(xiàn)對外設(shè)的統(tǒng)一管理和外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送，大大提高了CPU的工作效率。 （2）DMA方式：數(shù)據(jù)傳送速度很高，傳送速率僅受到內(nèi)存訪問時間的限制。需要更多硬件，適用于內(nèi)存和高速外設(shè)之間大批數(shù)據(jù)交換的場合。 （3）中斷方式：一般適