第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述

一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)

本章是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概述，強(qiáng)調(diào)建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的初步的和較完整的概念。本章期末考

試不做具體要求，但本章基本概念的理解程度將直接影響到對后續(xù)各部分內(nèi)容的理解。其中

以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次、硬件系統(tǒng)的基本組成為重點(diǎn)理解的內(nèi)容。

二、重點(diǎn)問題解析

1．什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)？

高級語言層

答：通常，把一個計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)的完整內(nèi)容劃

分為6個層次。分層能夠更精準(zhǔn)地理解、說明每一個層次

匯編語言層

的功能和運(yùn)行機(jī)制，表明各層次之間相互依存、彼此支持

的關(guān)系。下一層是實(shí)現(xiàn)上一層的基礎(chǔ)，上一層是對下一層

的功能擴(kuò)展。操作系統(tǒng)層

①數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)，處

于最底層；

指令系統(tǒng)層

②由5個部件組成的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)構(gòu)成微體系結(jié)

構(gòu)層，接在數(shù)字邏輯層上面；

微體系結(jié)構(gòu)層

③硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全部指令系統(tǒng)的運(yùn)行功能，提供了

設(shè)計(jì)軟件的能力，處在硬件系統(tǒng)的頂層和軟件系統(tǒng)的底層；

④最底層的軟件是操作系統(tǒng)，提供了管理和運(yùn)行計(jì)算數(shù)字邏輯層

機(jī)系統(tǒng)的能力；

⑤在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的匯編語言，提供了設(shè)計(jì)程序的功圖1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

能較弱的基本工具；

⑥再往上實(shí)現(xiàn)了功能更強(qiáng)的高級語言，設(shè)計(jì)各種程序更容易，使用計(jì)算機(jī)更方便。

2．什么是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)？

答：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是一種高度復(fù)雜的、由多種電子線路、精密機(jī)械裝置等構(gòu)成的、能

自動并且高速地完成數(shù)據(jù)處理、計(jì)算的裝置或者工具。

硬件系統(tǒng)由運(yùn)算器部件、控制器部件、存儲器部件、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5個大的功能

部件組成，見圖1.2。其中運(yùn)算器和控制器共同構(gòu)成了大家熟知的CPU，各部件間通過總線

連接。顯然，這些部件中運(yùn)算器用于完成對數(shù)據(jù)暫存、運(yùn)算處理功能；控制器向各個部件、

設(shè)備提供協(xié)調(diào)運(yùn)行所需要的控制信號；存儲器用于完成對數(shù)據(jù)存儲功能；輸入設(shè)備和輸出設(shè)

備分別用于完成對原始數(shù)據(jù)輸入功能和對運(yùn)算結(jié)果輸出功能。

1

運(yùn)算器控制器存儲器

部件部件部件

接口線路接口線路

數(shù)據(jù)輸入結(jié)果輸出

設(shè)備設(shè)備

圖1.2計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成示意圖

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是由完成計(jì)算機(jī)資源管理、方便用戶使用的系統(tǒng)軟件（廠家提供），和

完成用戶對數(shù)據(jù)的預(yù)期處理功能（用戶設(shè)計(jì)，自己使用）的程序這樣兩大部分構(gòu)成的。基本

系統(tǒng)軟件主要由3個部分組成：

（1）分擔(dān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源管理與分配，也向使用者和程序設(shè)計(jì)人員提供簡單、方

便、高效服務(wù)的操作系統(tǒng)；

（2）支持用戶按照計(jì)算機(jī)最基本功能（指令）設(shè)計(jì)程序的匯編語言；

（3）支持用戶按照解題算法設(shè)計(jì)程序的高級語言。

在一個完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)是建立在硬件系統(tǒng)層次之上的部分，它的存在以

已有硬件系統(tǒng)為前提，并且必須在已有硬件上才能運(yùn)行。

硬件系統(tǒng)也必須在軟件系統(tǒng)的調(diào)度指揮下才能發(fā)揮出應(yīng)有的運(yùn)行效率，體現(xiàn)出它的使用

價值。

指令系統(tǒng)是設(shè)置在硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)之間的結(jié)合點(diǎn)和紐帶，硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)每一條指令

的功能，全部軟件系統(tǒng)都是由指令序列組成的程序。

第2章數(shù)據(jù)表示和運(yùn)算方法

一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)

數(shù)據(jù)處理是計(jì)算機(jī)最擅長的工作。本章介紹數(shù)值、邏輯值、文本、圖像、聲音和視頻等

多種信息在計(jì)算機(jī)內(nèi)表示方式，以及運(yùn)算器加工數(shù)據(jù)的基本運(yùn)算規(guī)則。只有在數(shù)學(xué)上掌握了

計(jì)算機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)的表示形式和運(yùn)算器的基本運(yùn)算規(guī)則，才能在物理上理解計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的原

理。為此，學(xué)習(xí)本章必須很好地掌握以下幾點(diǎn)：

（1）各種類型的數(shù)據(jù)（小數(shù)、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)）在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示；

（2）完成算術(shù)運(yùn)算（補(bǔ)碼加減法、原碼一位乘除法）所用的算法；

首先應(yīng)學(xué)好二進(jìn)制編碼，數(shù)制轉(zhuǎn)換，定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)表示，數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼等基本知識，然

后是數(shù)值數(shù)據(jù)算術(shù)運(yùn)算的有關(guān)算法。其中二進(jìn)制編碼，數(shù)制轉(zhuǎn)換，定點(diǎn)小數(shù)和整數(shù)的原、反、

補(bǔ)碼表示是核心的重點(diǎn)內(nèi)容。

2

數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼部分應(yīng)較好理解常見校驗(yàn)碼的實(shí)現(xiàn)原理。

定點(diǎn)小數(shù)、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示應(yīng)該很好地掌握，尤其是補(bǔ)碼加減法的運(yùn)算

規(guī)則從數(shù)學(xué)角度應(yīng)該不難掌握，但每次考試這部分都是必考的，所以應(yīng)該通過做習(xí)題真正掌

握好。原碼一位乘除法的實(shí)現(xiàn)算法了解即可。

二、重點(diǎn)問題解析

1．?dāng)?shù)制轉(zhuǎn)換（二進(jìn)制需要小數(shù)點(diǎn)后保留8位）：

（1）將十進(jìn)制數(shù)（0.71）10分別轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)和BCD碼；

（2）將十六進(jìn)制數(shù)（1AB）16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)。

答：計(jì)算機(jī)內(nèi)多數(shù)情況下是由二進(jìn)制數(shù)表示的，數(shù)制轉(zhuǎn)換是計(jì)算機(jī)初學(xué)者必須要熟悉的，

否則很難對處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的電路產(chǎn)生應(yīng)有的感覺。十→二進(jìn)制轉(zhuǎn)換分為整數(shù)與小數(shù)兩種情

況，整數(shù)的轉(zhuǎn)換采用除2取余，高位在下，商為0時為止；小數(shù)的轉(zhuǎn)換采用乘2取整，高位

在上，位數(shù)達(dá)到要求或小數(shù)部分為0結(jié)束。得到二進(jìn)制后，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)就很

簡單了。

（0.71）10＝（0.01110001）BCD＝（0.10110101）2＝（0.B5）16

（1AB）16＝（000110101011）2＝（427）10

2．在16位定點(diǎn)原碼整數(shù)中，什么是能表示的最大正數(shù)和最小負(fù)數(shù)的機(jī)器數(shù)形式？對

應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)的數(shù)值范圍是什么？

答：無論是定點(diǎn)小數(shù)和整數(shù)的編碼，機(jī)器數(shù)的最高一位都是代表符號。正數(shù)的符號位為

0，負(fù)數(shù)的符號位為1。對于原碼表示，其余各位給出數(shù)值絕對值；對于補(bǔ)碼表示，正數(shù)同

原碼，負(fù)數(shù)的數(shù)值位為原碼求反加1（末尾加1）；對于反碼表示，正數(shù)同原碼，負(fù)數(shù)的數(shù)值

位為原碼求反。本題是16位的機(jī)器數(shù)，最高一位代表符號，數(shù)值位是15位，所以有：

最大正數(shù)：0111111111111111

最小負(fù)數(shù)：1111111111111111

1515

用十進(jìn)制數(shù)表示，數(shù)值范圍：(21)~(21)

3．已知X＝0.1101，Y＝－0.0111，求[X]原、[Y]原、[X]補(bǔ)、[Y]補(bǔ)、[X+Y]補(bǔ)。

答：本題中X和Y是真數(shù)，依據(jù)真數(shù)與原碼和補(bǔ)碼的關(guān)系，便可得到各自的數(shù)值表示。

加減法運(yùn)算是計(jì)算機(jī)中最基本的運(yùn)算，通常選用補(bǔ)碼實(shí)現(xiàn)。而兩個數(shù)的真值之和的補(bǔ)碼，等

于兩個數(shù)的真值的補(bǔ)碼之和。所以有：

[X]原=01101，[Y]原=10111

[X]補(bǔ)=01101，[Y]補(bǔ)=11001

[X+Y]補(bǔ)=00110

4．定點(diǎn)小數(shù)中，原碼表示有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

答：

優(yōu)點(diǎn)：在數(shù)的真值和它的原碼表示之間的對應(yīng)關(guān)系簡單，相互轉(zhuǎn)換容易，用原碼實(shí)現(xiàn)乘

除運(yùn)算的規(guī)則簡單。

缺點(diǎn)：用原碼實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算很不方便，既要比較參與加減運(yùn)算兩個數(shù)的確良符號，比較

3

兩個數(shù)的絕對值的大小，還要確定運(yùn)算結(jié)果的正確的符號等。

5．若將浮點(diǎn)數(shù)的階碼用移碼、尾數(shù)用原碼來表示，它有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答：尾數(shù)的符號位在浮點(diǎn)數(shù)表示的最高位，比較兩個數(shù)的大小時，符號非常重要，正數(shù)

一定大于負(fù)數(shù)。階碼的位置在機(jī)器表示中，處在符號位和尾數(shù)之間，階碼大的，其移碼形式

的機(jī)器數(shù)也大，便于比較浮點(diǎn)數(shù)的大小。

移碼的最小值是各位均為0，它被用來表示機(jī)器0，即當(dāng)階碼的值小于或等于移碼所能

表示的最小值時，認(rèn)為浮點(diǎn)數(shù)的值為0。此時的機(jī)器0的階碼和尾數(shù)均為0的形式，給硬件

的判0帶來很大的方便。

6．海明碼是如何實(shí)現(xiàn)檢錯的？

答：海明碼是對多個數(shù)據(jù)位使用多個校驗(yàn)位的一種檢錯糾錯編碼方案。對每個校驗(yàn)位采

用偶校驗(yàn)技術(shù)計(jì)算校驗(yàn)位的值，通過把每個數(shù)據(jù)位分配到幾個不同的校驗(yàn)位的計(jì)算中去，若

任何一個數(shù)據(jù)位出錯，必將引起相關(guān)的幾個校驗(yàn)位的值發(fā)生變化。通過檢查這些檢驗(yàn)位取值

的不同情況，不僅可以判斷是否出錯，還能發(fā)現(xiàn)是哪一位出錯并能恢復(fù)該出錯位的正確值。

第3章運(yùn)算器部件

一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)

作為計(jì)算機(jī)五大部件之一，運(yùn)算器是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)運(yùn)算的執(zhí)行部件，分定點(diǎn)運(yùn)算器和浮點(diǎn)運(yùn)

算器2種。

兩種運(yùn)算器以定點(diǎn)運(yùn)算器為學(xué)習(xí)重點(diǎn)。主要應(yīng)搞清楚組成定點(diǎn)運(yùn)算器的兩個主要部分

(算數(shù)和邏輯運(yùn)算的電路ALU和暫存運(yùn)算數(shù)據(jù)和中間結(jié)果的寄存器組REGs)的基本運(yùn)行原理。

學(xué)習(xí)時不必太多關(guān)注電路本身，只需理解運(yùn)算器如何完成指定的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能、如何接收輸

入、怎樣送出結(jié)果，這些才是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。這部分的內(nèi)容也是學(xué)習(xí)控制器系統(tǒng)和理解計(jì)算機(jī)

整機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制必要的準(zhǔn)備知識。浮點(diǎn)運(yùn)算器的組成和浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算一般了解即可。

學(xué)習(xí)時一定要處理好計(jì)算機(jī)組成原理的通用知識和產(chǎn)品特定實(shí)例的關(guān)系，應(yīng)該通過對產(chǎn)

品特定實(shí)例的學(xué)習(xí)和認(rèn)識，能夠上升到對一般理論的理解。

運(yùn)算器產(chǎn)品可以典型的RISC結(jié)構(gòu)的MIPS系統(tǒng)為例,弄清楚定點(diǎn)運(yùn)算器的功能、組成與

運(yùn)行控制方案。

二、重點(diǎn)問題解析

1．什么是MIPS計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算器？

答：MIPS計(jì)算機(jī)是上個世紀(jì)八十年代中期推出的典型RISC結(jié)構(gòu)、非常成功的系統(tǒng)，國

內(nèi)外許多教材都把MIPS的指令系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)選為教學(xué)內(nèi)容。

下圖是MIPS計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器部件的內(nèi)部組成。由圖可見，它主要包括兩個重要部分，

一個是由128個寄存器組成的寄存器堆，另一個是執(zhí)行數(shù)據(jù)運(yùn)算的ALU。這個運(yùn)算器被用于

多周期CPU系統(tǒng)（對不同類型的指令選用不同的周期數(shù)）時，ALU既用于計(jì)算數(shù)據(jù)，又用于

計(jì)算數(shù)據(jù)和指令在存儲器中的地址，故還需要向ALU提供計(jì)算指令地址的相關(guān)信息。

4

圖3.1MIPS計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器部件內(nèi)部組成

寄存器堆REGs由4組各32個寄存器組成，有3個控制端口(5位)提供寄存器編號，

其中的2個(rs、rt)用于讀，讀出的數(shù)據(jù)將保存到寄存器A和B。1個(rd)用于寫，寫入

的數(shù)據(jù)由DI引腳提供，可以是寄存器C或從內(nèi)存讀出的內(nèi)容，寄存器B的內(nèi)容可以寫到

內(nèi)存。

算邏運(yùn)算單元ALU能完成加、減、與、或、異或等運(yùn)算，用ALU-func信號選擇，

一路運(yùn)算數(shù)據(jù)包括寄存器A和程序計(jì)數(shù)器PC2個來源，用A-sel選擇，另一路包括寄存器

B、常數(shù)4、兩個立即數(shù)Immed-1和Immed-2（兩個立即數(shù)來自指令寄存器IR并經(jīng)過擴(kuò)展得

到）4個來源，用B-sel選擇，產(chǎn)生運(yùn)算結(jié)果R(送到PC)或保存到結(jié)果寄存器C，還產(chǎn)生結(jié)

果為0的標(biāo)志位信息Z。ALU完成數(shù)據(jù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)、指令在內(nèi)存中的地址計(jì)算這三種操作。

2．MIPS的運(yùn)算器中ALU的三種操作功能是如何實(shí)現(xiàn)的？

答：數(shù)據(jù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)和指令在內(nèi)存中的地址計(jì)算是ALU的三種基本操作功能。

（1）數(shù)據(jù)運(yùn)算（rs+rt→rd）：3個寄存器的編號(rs、rt、rd)由指令寄存器提供。需要3

步完成：

第1步用rs和rt選擇并讀出兩個寄存器的內(nèi)容，分別保存到寄存器A和B；

第2步選擇A和B作為運(yùn)算數(shù)據(jù)，控制ALU執(zhí)行加法運(yùn)算，結(jié)果存寄存器C；

第3步把結(jié)果C中內(nèi)容送到DI端，用rd選擇寄存器，寫結(jié)果到寄存器堆。

（2）數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址計(jì)算（pc+Immed_2→pc）：1步完成：

選擇pc和Immed_2作為運(yùn)算數(shù)據(jù)，控制ALU執(zhí)行加法運(yùn)算，把計(jì)算結(jié)果R送pc輸

入端并控制pc完成寫入操作。

（3）指令在內(nèi)存中的地址計(jì)算（rs+Immed_1→c）：2步完成計(jì)算內(nèi)存地址：

第1步用rs選擇并讀出寄存器的內(nèi)容并保存到寄存器A；

第2步ALU實(shí)現(xiàn)A+Immed_1送寄存器C。

3．簡述計(jì)算機(jī)運(yùn)算器部件的主要功能。

答：運(yùn)算器部件是計(jì)算機(jī)五大功能部件中的數(shù)據(jù)加工部件。運(yùn)算器的首要功能是完成對

數(shù)據(jù)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，由其內(nèi)部的ALU承擔(dān)。運(yùn)算器的第二項(xiàng)功能是暫存將參加運(yùn)算的

數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，由其內(nèi)部的一組寄存器承擔(dān)。另外，運(yùn)算器通常還作為處理機(jī)內(nèi)部傳送數(shù)

據(jù)的重要通路。

5

4．簡述浮點(diǎn)數(shù)的階碼用移碼、尾數(shù)用原碼表示的優(yōu)點(diǎn)。

答：尾數(shù)的符號位在浮點(diǎn)數(shù)表示的最高位，比較兩個數(shù)的大小時，符號非常重要，正數(shù)

一定大于負(fù)數(shù)。階碼的位置在機(jī)器表示中，處在符號位和尾數(shù)之間，階碼大的，其移碼形式

的機(jī)器數(shù)也大，便于比較浮點(diǎn)數(shù)的大小。

移碼的最小值是各位均為0，它被用來表示機(jī)器0，即當(dāng)階碼的值小于或等于移碼所能

表示的最小值時，認(rèn)為浮點(diǎn)數(shù)的值為0。此時的機(jī)器0的階碼和尾數(shù)均為0的形式，給硬件

的判0帶來很大的方便。

5．運(yùn)算器中使用多累加器有什么好處？

答：運(yùn)算器中使用多累加器有利于減少運(yùn)算器執(zhí)行運(yùn)算過程中訪問內(nèi)存儲器的次數(shù)，即

可以把一些中間結(jié)果暫存在累加器中，有利于提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率。

第4章指令系統(tǒng)和匯編語言程序設(shè)計(jì)

一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)

指令是計(jì)算機(jī)中最小的功能單位，是設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)硬件組成的基本依據(jù)，每條指令的功能

都要由硬件來實(shí)現(xiàn)。指令是計(jì)算機(jī)的一種語言。指令系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)聯(lián)系的紐帶。

首先應(yīng)要求了解影響指令字長的有關(guān)因素。

本章的核心內(nèi)容是指令格式的介紹和尋址方式的選用。操作碼字段和操作數(shù)地址字段的

位數(shù)分配、內(nèi)容設(shè)置和使用方案對計(jì)算機(jī)硬件的復(fù)雜程度、運(yùn)行性能和程序設(shè)計(jì)的方便程度、

資源占用都有較大影響。

瀏覽典型指令系統(tǒng)的概貌是必要的，需要了解RISC和CISC兩類指令各自追求的目標(biāo)

和實(shí)現(xiàn)思路。還要能夠進(jìn)行簡單的匯編語言程序設(shè)計(jì)。

二、重點(diǎn)問題解析

1．按指令所完成的功能進(jìn)行分類，一般可以分為哪幾類？

答：

（1）算術(shù)與邏輯運(yùn)算指令這是每臺計(jì)算機(jī)都必須具有的指令，它通常用于在計(jì)算機(jī)

的運(yùn)算器部件中完成對一或兩個數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算功能。

（2）移位操作類指令包括算術(shù)移位、邏輯移位、循環(huán)移位三種，用于把指定的一個

操作數(shù)左移或右移一（多）位。

（3）數(shù)據(jù)傳送類指令用于實(shí)現(xiàn)通用寄存器之間、通用寄存器與內(nèi)存儲器存儲單元之

間、內(nèi)存儲器不同存儲單元之間、寄通用存器與外圍設(shè)備（接口）之間（有些場合也可以單

獨(dú)劃分為輸入/輸出指令）的數(shù)據(jù)傳送功能。

（4）轉(zhuǎn)移類指令、子程序調(diào)用與返回指令用于解決變動程序中指令執(zhí)行次序的需求。

（5）特權(quán)指令指僅用于操作系統(tǒng)或其它系統(tǒng)軟件的指令，為確保系統(tǒng)與數(shù)據(jù)安全起

見，這一類指令不提供給用戶使用。

（6）其它指令如動態(tài)停機(jī)指令、空操作指令、置條件碼指令、開中斷指令、關(guān)中斷

指令、堆棧操作指令等，用于完成某些特定的處理功能。

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2．計(jì)算機(jī)指令中要用到的操作數(shù)一般可以來自哪些部件？

答：一般來自三個方面：

第一個來源（或去處），可以是CPU內(nèi)部的通用寄存器，此時應(yīng)在指令字中給出用到的

寄存器編號（寄存器名）。通用寄存器的數(shù)量一般為幾個、十幾個，故在指令字中須為其分

配2、3、4、5或更多一點(diǎn)的位數(shù)來表示一個寄存器。

第二的來源（或去處），可以是外圍設(shè)備（接口）中的一個寄存器，通常用設(shè)備編號、

或設(shè)備入出端口地址、或設(shè)備映像地址（與內(nèi)存儲器地址統(tǒng)一編址的一個設(shè)備地址編號）來

表示。

第三個來源（或去處），可以是內(nèi)存儲器的一個存儲單元，此時應(yīng)在指令字中給出該存

儲單元的地址。

3．什么是指令字長和指令格式？

答：指令字長：通常與計(jì)算機(jī)字長一致，但可以更短或更長。

指令格式：指令字中包括操作碼字段和操作數(shù)地址字段兩部分。

操作碼用于指明指令的運(yùn)算和操作功能，不同指令的操作碼要有唯一性，其位數(shù)取決于

指令條數(shù)和設(shè)計(jì)要求，有定長和變長2種實(shí)現(xiàn)方案。

操作數(shù)地址字段用于給出被操作信息（指令或數(shù)據(jù)）的地址信息，包括參加運(yùn)算的一個

或多個操作數(shù)所在的地址，運(yùn)算結(jié)果的保存地址，程序的轉(zhuǎn)移地址,被調(diào)用的子程序的入口

地址等。設(shè)計(jì)這一部分需要了解指令中用到的操作數(shù)的個數(shù)，可能的來源與去向，存放數(shù)據(jù)

的介質(zhì)的讀寫原理與過程等，要合理考慮，要適當(dāng)折中與平衡。

4．計(jì)算機(jī)的微程序控制器和組合邏輯控制器（硬連線）在組成和運(yùn)行原理上有何相同

和不同之處？它們各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

答：微程序的控制器和組合邏輯的控制器是計(jì)算機(jī)中兩種不同類型的控制器。

共同點(diǎn)：①基本功能都是提供計(jì)算機(jī)各個部件協(xié)同運(yùn)行所需要的控制信號；②組成部分

都有程序計(jì)數(shù)器PC，指令寄存器IR；③都分成幾個執(zhí)行步驟完成每一條指令的具體功能。

不同點(diǎn)：主要表現(xiàn)在處理指令執(zhí)行步驟的辦法，提供控制信號的方案不一樣。微程序的

控制器是通過微指令地址的銜接區(qū)分指令執(zhí)行步驟，應(yīng)提供的控制信號從控制存儲器中讀出，

并經(jīng)過一個微指令寄存器送到被控制部件。組合邏輯控制器是用節(jié)拍發(fā)生器指明指令執(zhí)行步

驟，用組合邏輯電路直接給出應(yīng)提供的控制信號。

微程序的控制器的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)簡單些，易用于實(shí)現(xiàn)系列計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的控制器，理

論上可實(shí)現(xiàn)動態(tài)微程序設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)是運(yùn)行速度要慢一些。

組合邏輯控制器的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度明顯地快，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)復(fù)雜些，但隨著EDA

工具的成熟，該缺點(diǎn)已得到很大緩解。

5．指令系統(tǒng)分哪兩大類？它們各有什么特點(diǎn)？

答：指令系統(tǒng)有簡化指令系統(tǒng)(RISC)和復(fù)雜指令系統(tǒng)(CISC)兩大類。RISC是對CISC發(fā)

展過程中的某些問題進(jìn)行反思的結(jié)果，是通過簡化硬件實(shí)現(xiàn)、提高軟件技巧追求更高的計(jì)算

機(jī)性能的有效途徑。其中非常成功的典型RISC結(jié)構(gòu)的是MIPS計(jì)算機(jī)。

大量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在CISC機(jī)器的上百條、幾百條指令中，只有功能簡單、所用硬

件更節(jié)省的約20%的指令，將占用程序80%的運(yùn)行時間，反過來說，另外的約80%的功能

更復(fù)雜、硬件實(shí)現(xiàn)代價很高的指令并不被經(jīng)常使用。

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到了RISC機(jī)器中，寧可選用軟件子程序方式來實(shí)現(xiàn)這些指令，使硬件實(shí)現(xiàn)變得更為精

簡，運(yùn)行速度更高。RISC計(jì)算機(jī)追求的目標(biāo)之一，就是使指令每一步操作所用的時間要盡

可能的短，并且力爭在每個執(zhí)行步驟都能完成一條指令的執(zhí)行過程。同時盡力在編譯程序中

增強(qiáng)性能優(yōu)化能力，從硬件軟件兩個方面來提高RISC機(jī)器的性能。

RISC計(jì)算機(jī)的指令格式規(guī)范且種類少，使用的尋址方式簡單，指令條數(shù)少，指令完成

的操作功能簡單。

6．學(xué)好匯編語言程序設(shè)計(jì)有哪些意義？

答：匯編語言程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容對計(jì)算機(jī)組成原理課程是重要的，對理解指令功能、運(yùn)算

器與控制器的組成和實(shí)現(xiàn)、準(zhǔn)確理解計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行原理都有十分重要的作用。

匯編語句與指令之間有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，匯編語言還對指令系統(tǒng)進(jìn)行了重要的功能擴(kuò)展，

使其基本達(dá)到可以用于程序設(shè)計(jì)的初步要求。從程序設(shè)計(jì)的角度，都需要有支持順序執(zhí)行、

轉(zhuǎn)移執(zhí)行、分支執(zhí)行、循環(huán)執(zhí)行、子程序調(diào)用與返回執(zhí)行等語句（指令）。匯編程序設(shè)計(jì)可

以在實(shí)際的硬件系統(tǒng)上進(jìn)行，也可以在模擬軟件的系統(tǒng)上開展，缺乏匯編程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識

將難以學(xué)好本課程。

第5章控制器部件

一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)

本章的教學(xué)內(nèi)容是前兩章內(nèi)容的延續(xù)，尤其是上一章指令系統(tǒng)的同一個問題的兩個方面，

本章的控制器只是指令系統(tǒng)的硬件環(huán)境和實(shí)現(xiàn)的具體方案而已。所以，學(xué)習(xí)本章首先要搞清

楚控制器的分類，要知道控制器有哪些功能，還要了解控制器的基本組成及各部分的作用。

在教材中，本章以MIPS計(jì)算機(jī)的控制器為例，重點(diǎn)介紹了硬連線控制器部件，建議認(rèn)真閱

讀教材內(nèi)容，只有這樣才能真正理解它的原理。

此外，還應(yīng)該注意學(xué)習(xí)一些微程序控制器的運(yùn)行原理和目前越來越重要的指令流水線的

一些主要概念，使自己在未來的幾年內(nèi)能夠?qū)σ恍┲髁骺刂破鞑考幕局R有一個相對完

整的了解和認(rèn)識。

二、重點(diǎn)問題解析

1．控制器主要分為哪些類型？它們的主要優(yōu)缺點(diǎn)有什么？

答：控制器按實(shí)現(xiàn)原理主要分為硬連線控制器（又稱組合邏輯控制器）和微程序控制器

兩大類。

硬連線控制器的優(yōu)點(diǎn)是它使用大量的組合邏輯門線路，直接提供控制計(jì)算機(jī)各功能部件

協(xié)同運(yùn)行所需要的控制信號，使得形成這些控制信號所必需的信號傳輸延遲時間短，對提高

系統(tǒng)運(yùn)行速度有利。由此也帶來了它的缺點(diǎn)，由于形成控制信號的電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，用與、

或、非等組合邏輯門電路把設(shè)計(jì)結(jié)果實(shí)現(xiàn)出來也相對麻煩，尤其是要變動一些設(shè)計(jì)時不大方

便。隨著大（超大）規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是各種不同類型的現(xiàn)場可編程器件的出現(xiàn)，

性能杰出的輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，這一矛盾已在很大程度上得到緩解。

微程序控制器則是用多條微指令“解釋執(zhí)行”每一條指令的功能，這大大簡化了硬件電

路，但在程序執(zhí)行過程中，需要按照指令及其執(zhí)行步驟，依次從控制存儲器中讀出一條微指

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令，用微指令中的微命令字段控制各執(zhí)行部件的運(yùn)行功能，并用下地址字段形成下一條微指

令的地址，使得微程序可以連續(xù)運(yùn)行。所以這類控制器適合在性能要求不太高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

中應(yīng)用，其缺點(diǎn)是運(yùn)行速度較慢，難以使用在性能要求特別高的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。

2．簡述計(jì)算機(jī)的控制器的功能和執(zhí)行一條指令所需的步驟。

答：控制器部件是計(jì)算機(jī)的五大功能部件之一，其作用是向整機(jī)每個部件(包括控制器

部件本身)提供協(xié)同運(yùn)行所需要的控制信號。計(jì)算機(jī)的最本質(zhì)的功能是連續(xù)執(zhí)行指令，而每

一條指令往往又要分成幾個執(zhí)行步驟才得以完成。由此又可以說，計(jì)算機(jī)控制器的基本功能，

是依據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的指令和它當(dāng)前所處的執(zhí)行步驟，形成(或稱得到)并提供出在這一時刻

整機(jī)各部件要用到的控制信號并且決定下一步將進(jìn)入哪個執(zhí)行步。

執(zhí)行一條指令，要經(jīng)過讀取指令、分析指令、執(zhí)行指令所規(guī)定的處理功能三個階段完成，

控制器還要保證能按程序中設(shè)定的指令運(yùn)行次序，自動地連續(xù)執(zhí)行指令序列。

3．簡述控制器的基本組成及各部分的作用。

答：控制器主要由下面4個部分組成：

（1）程序計(jì)數(shù)器（PC），是用于提供指令在內(nèi)存中的地址的部件，服務(wù)于讀取指令，能

執(zhí)行內(nèi)容增量和接收新的指令地址，用于給出下一條將要執(zhí)行的指令的地址。

（2）指令寄存器（IR），是用于接收并保存從內(nèi)存儲器讀出來的指令內(nèi)容的部件，在執(zhí)

行本條指令的整個過程中，為系統(tǒng)運(yùn)行提供指令本身的主要信息。

（3）指令執(zhí)行的步驟標(biāo)記線路，用于標(biāo)記出每條指令的各個執(zhí)行步驟的相對次序關(guān)系，

保證每一條指令按設(shè)定的步驟序列依次執(zhí)行。

（4）全部控制信號的產(chǎn)生部件，它依據(jù)指令操作碼、指令的執(zhí)行步驟（時刻），也許還

有些另外的條件信號，來形成或提供出當(dāng)前執(zhí)行步驟計(jì)算機(jī)各個部件要用到的控制信號。計(jì)

算機(jī)整機(jī)各硬件系統(tǒng)，正是在這些信號控制下協(xié)同運(yùn)行，執(zhí)行指令，產(chǎn)生預(yù)期的執(zhí)行結(jié)果。

由于上述后兩個部分的具體組成與運(yùn)行原理不同，控制器被分為硬連線控制器和微程序

控制器兩大類。

4．在微程序的控制器中，通常有哪些得到下一條微指令地址的方式，各自用在什么情

況？

答：在微程序的控制器中，通常有多種得到下一條微指令地址的方式，例如：

使用緊跟在本條微指令之后的微指令作為下一條要執(zhí)行的微指令，即本條微指令的地址

加1作為下一條微指令的地址，用于微指令順序執(zhí)行的情況；

使用從指令的操作碼映射出微指令地址的方式得到下一條微指令的地址，用于讀出指令

之后，找到對應(yīng)該指令的一段微程序的入口地址，以便開始該指令具體功能的執(zhí)行過程；

從微指令的下地址字段直接取得一個微子程序的入口地址，用于微子程序調(diào)用處理；

從微指令的下地址字段直接取得一個微指令的轉(zhuǎn)移地址，用于微程序中的微指令轉(zhuǎn)移處

理；

從微堆棧中取出從微子程序返回到微主程序斷點(diǎn)的返回地址，用于微子程序返回處理。

5．什么是指令流水線？

答：指令流水線是提高計(jì)算機(jī)硬件性能的重要技術(shù)和有效措施，在成本增加不多的情況

下很明顯地提高了計(jì)算機(jī)的性能。

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追求的目標(biāo)是力爭在每一個指令執(zhí)行步驟中完成一條指令的執(zhí)行過程

實(shí)現(xiàn)思路是把一條指令的幾項(xiàng)功能劃分到不同的執(zhí)行部件去完成，在時間上又允許這幾

個部件可以同時運(yùn)行

6．指令流水線在實(shí)現(xiàn)中需要解決哪些相關(guān)問題？

答：需要處理好下列3個方面的問題：

（1）結(jié)構(gòu)相關(guān)

由于多條指令在同一時刻爭用同一資源而形成的沖突。

（2）數(shù)據(jù)相關(guān)

后續(xù)指令要使用前面指令的操作結(jié)果，而這一結(jié)果尚未產(chǎn)生或者未送到指定的位置，從

而造成后續(xù)指令無法運(yùn)行的局面。

（3）控制相關(guān)

在遇到條件轉(zhuǎn)移指令時，存在是順序執(zhí)行還是轉(zhuǎn)移執(zhí)行的2種可能，若這一條件只能在

后幾步才能得到，在當(dāng)前時刻則無法確定應(yīng)該去執(zhí)行哪一段程序。

第6章存儲器系統(tǒng)

一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)

存儲器系統(tǒng)是用來存放程序和各種數(shù)據(jù)信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的記憶部件。學(xué)習(xí)

本章內(nèi)容應(yīng)以三級存儲器系統(tǒng)的構(gòu)成為主線，重點(diǎn)學(xué)習(xí)主存儲器和高速緩存的構(gòu)建技術(shù)、運(yùn)

行原理和管理辦法。還應(yīng)了解虛擬存儲器的實(shí)現(xiàn)方案和基本術(shù)語，了解磁盤、光盤的原理性

組成和運(yùn)行原理，并且正確理解磁盤陣列技術(shù)的特點(diǎn)、性能和使用。

二、重點(diǎn)問題解析

1．在計(jì)算機(jī)中，為什么要采用多級結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)？

答：多級存儲器系統(tǒng)，是圍繞讀寫速度尚可、存儲容量適中的主存儲器來組織和運(yùn)行的,

并由高速緩沖存儲器緩解主存讀寫速度慢、不能滿足CPU運(yùn)行速度需要的矛盾；用虛擬存儲

器更大的存儲空間，解決主存容量小、存不下規(guī)模更大的程序與更多數(shù)據(jù)的難題，從而達(dá)到

使整個存儲器系統(tǒng)有更高的讀寫速度、盡可能大的存儲容量、相對較低的制造與運(yùn)行成本。

高速緩沖存儲器的問題是容量很小，虛擬存儲器的問題是讀寫速太慢。追求整個存儲器系統(tǒng)

有更高的性能/價格比的核心思路，在于使用中充分發(fā)揮三級存儲器各自的優(yōu)勢，盡量避開

其短處。

2．在計(jì)算機(jī)中采用多級結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)，它的應(yīng)用是建立在程序的什么原理之上

的？

答：這種多級結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)的運(yùn)行原理，或者說它可以有良好的性能/價格比，是

建立在程序運(yùn)行的局部性原理之上的。程序運(yùn)行的局部性原理主要體現(xiàn)在如下3個方面：

（1）時間方面，在一小段時間內(nèi)，最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問；

（2）空間方面，這些最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)，往往集中在一小片存儲區(qū)域中；

（3）在指令執(zhí)行順序方面，指令順序執(zhí)行比轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性要大。

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3．在多級結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)中，何謂信息的一致性原則和包含性原則？

答：在多級結(jié)構(gòu)的存儲器系統(tǒng)中，不同的存儲器中存放的信息必須滿足如下兩個原則：

一致性原則：同一個信息會同時存放在幾個級別的存儲器中，此時，這一信息在幾個級

別的存儲器中必須保持相同的值。

包含性原則：處在內(nèi)層（更靠近CPU）存儲器中的信息一定被包含在各外層的存儲器中，

即內(nèi)層（更靠近CPU）存儲器中的全部信息一定是各外層存儲器中所存信息中一小部分的副

本，這是保證程序正常運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)信息共享、提高系統(tǒng)資源利用率所必須的，反之則不成立。

例如，高速緩沖存儲器中的信息，肯定也存放在主存儲器中，還存放在虛擬存儲器中，但主

存儲器中的非常多的信息不會同時在高速緩沖存儲器中，虛擬存儲器中的更多的信息也不會

同時出現(xiàn)在主存儲器中。

4．高速緩沖存儲器在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的主要作用是什么？用什么類型的存儲器芯片實(shí)

現(xiàn)？為什么？

答：高速緩沖存儲器，是一個相對于主存來說容量很小、速度特快、用靜態(tài)存儲器器件

實(shí)現(xiàn)的存儲器系統(tǒng)。它的作用在于緩解主存速度慢、跟不上CPU讀寫速度要求的矛盾。它的

實(shí)現(xiàn)原理，是把CPU最近最可能用到的少量信息（數(shù)據(jù)或指令）從主存復(fù)制到Cache中，當(dāng)

CPU下次再用這些信息時，它就不必訪問慢速的主存，而直接從快速的CACHE中得到，從而

提高了得到這些信息的速度，使CPU有更高的運(yùn)行效率。

5．Cache有哪三種基本映像方式？簡述它們的主要優(yōu)缺點(diǎn)。

答：Cache存儲器通常使用3種映象方式，它們是全相聯(lián)映像方式、直接映像方式、組

相聯(lián)映像方式。

全相聯(lián)映象方式，主存單元與Cache單元隨意對應(yīng)，有最大的使用靈活性，但地址標(biāo)志

字段位數(shù)多，比較地址時可能要與所有單元比較，線路過于復(fù)雜，成本太高，只使用于Cache

容量很小的情況。

直接映像方式，一個主存單元只與一個Cache單元硬性對應(yīng)，有點(diǎn)死板，影響Cache

容量的有效使用效率，即影響命中率。但地址比較線路最簡單，比較常用。

相聯(lián)映像方式，一個主存單元可以與多個Cache單元有限度的隨意對應(yīng)，是全相聯(lián)映象

和直接映象的一種折衷方案，有利于提高命中率，地址比較線路也不太復(fù)雜，是比較好的一

種選擇。

第7章輸入/輸出設(shè)備與輸入/輸出系統(tǒng)

一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)

本章教學(xué)內(nèi)容分輸入輸出設(shè)備和輸入輸出系統(tǒng)兩大塊，其中第一塊只做了簡要的介紹，

大家只需對本章教材中介紹的常用輸入輸出設(shè)備會簡單描述它們的分類、特點(diǎn)及基本工作原

理即可。更多應(yīng)關(guān)注輸入輸出系統(tǒng)這部分內(nèi)容，所以，本章的重點(diǎn)內(nèi)容是輸入輸出接口、輸

入輸出方式和總線技術(shù)三部分。

通常可以把輸入輸出設(shè)備看做作輸入輸出系統(tǒng)最外圍的硬件，即外圍設(shè)備，從本章的教

學(xué)內(nèi)容的排序就可以看出，本章是從最外部的設(shè)備到連接它的外部接口，再到設(shè)備與存儲器

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間的數(shù)據(jù)傳輸控制方式，然后才介紹總線技術(shù)。學(xué)習(xí)時先從概念相對較簡單的接口部分入手，

注意各種不同類型的接口的功能、組成有很大差異，理解它們組成中的共性功能和共性組成，

通過瀏覽一些具體的接口實(shí)例建立正確概念，了解使用方法。輸入輸出方式部分要理解程序

查詢、程序中斷和直接存儲器訪問3種基本輸入輸出方式的特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)思路、需要的硬件支

持。總線是影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的一個重要元素，涉及到的概念較多，有不同的總線標(biāo)準(zhǔn)，

又與應(yīng)用聯(lián)系密切，要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用來理解和掌握。

二、重點(diǎn)問題解析

1．輸入輸出接口的有哪些主要功能？

答：用于連接輸入輸出設(shè)備的接口通常具有下列功能：

（1）設(shè)備識別與選擇

每臺外設(shè)在生產(chǎn)時都會設(shè)置自己的通用和專用標(biāo)識，主機(jī)也會給接口電路分配I/O地址，

主機(jī)可利用這一功能從多臺外設(shè)中識別和選擇要進(jìn)行信息交換的設(shè)備。

（2）數(shù)據(jù)緩沖與控制（傳輸協(xié)議）

外部設(shè)備的數(shù)據(jù)處理速度往往與主機(jī)差別很大，即便速度相同由于不是共用時鐘信號，

兩者間也是很難同步運(yùn)行的。通常在接口電路中設(shè)置一至幾個數(shù)據(jù)緩沖寄存器和控制器，使

兩者間能夠有效地發(fā)送和接受各種數(shù)據(jù)信息。

（3）控制命令和狀態(tài)信息傳遞

CPU需要啟動某一外設(shè)時，首先要通過接口中的命令寄存器向外設(shè)發(fā)出啟動命令，外設(shè)

準(zhǔn)備就緒時，則有“準(zhǔn)備好”的狀態(tài)信息送回接口中的狀態(tài)寄存器供CPU讀取。此后，主機(jī)

與外設(shè)間才能開始數(shù)據(jù)信息的交換。

（4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸

每臺設(shè)備的數(shù)據(jù)格式往往有所不同，接口電路應(yīng)按照對方要求進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，才能成為

對方能夠讀懂的有效數(shù)據(jù)信息。如串行/并行轉(zhuǎn)換、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、以及二進(jìn)制碼與ASCII碼之

間的轉(zhuǎn)換等。

除了上述功能外，通常接口還具有檢錯糾錯、中斷、時序控制等功能。

2．“接口”與“端口”有什么不同？

“接口”與“端口”是兩個不同的概念。端口是指接口電路中可以被CPU直接訪問的寄

存器，若干個端口加上相應(yīng)的控制邏輯電路才組成接口。接口中存放數(shù)據(jù)信息的寄存器稱為

數(shù)據(jù)端口，存放控制命令的寄存器稱為控制端口，存放狀態(tài)信息的寄存器稱為狀態(tài)端口。CPU

通過輸入指令可以從有關(guān)端口中讀取信息，通過輸出指令可以把信息寫入有關(guān)端口。

3．什么是程序直接控制方式？指出它的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：程序直接控制方式，是指在用戶程序中直接使用I/O指令完成輸入/輸出操作，它

是由CPU通過查詢設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，來控制數(shù)據(jù)傳送過程。它的缺點(diǎn)是嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行性

能。與I/O設(shè)備的速度比較，CPU要快得多，但發(fā)揮不出來，它的絕大多數(shù)時間花到查詢等

待上。CPU算題要與設(shè)備輸入輸出串行工作，多個設(shè)備也要串行輸入輸出，嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)

行效率。

4．開中斷，關(guān)中斷的含義是什么？他們的作用是什么？

答：從CPU要不要接收中斷請求，從能不能限制某些中斷發(fā)生的角度，又可以把中斷分

12

成可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷，那些可以被CPU通過指令限制其發(fā)出中斷請求（稱為屏蔽中

斷）的中斷屬于可屏蔽中斷，例如對某些外圍設(shè)備就可以在一段時間里執(zhí)行屏蔽中斷，對另

外一些中斷是不允許執(zhí)行屏蔽中斷的，例如電源掉電中斷，稱這類中斷為不可屏蔽中斷。如

果由于某種事件的存在，在很短的一小段時間內(nèi)，不允許CPU接收任何一個中斷請求（禁止

中斷），靠屏蔽全部中斷是不可取的，

5．中斷屏蔽的含義是什么？他的作用是什么？

答：通常是在CPU內(nèi)部設(shè)置一個“中斷允許”觸發(fā)器，只有該觸發(fā)器被置為“１”狀態(tài)，

才允許CPU響應(yīng)中斷請求，該觸發(fā)器被置為“0”狀態(tài)，則禁止CPU響應(yīng)中斷請求。為此，

在指令系統(tǒng)中，為操作“中斷允許”觸發(fā)器，應(yīng)設(shè)置“開中斷”指令（置“１”中斷允許觸

發(fā)器）和“關(guān)中斷”指令（清“０”中斷允許觸發(fā)器）。

6．DMA傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是什么？

答：直接存儲器存取方式，主要用于快速設(shè)備和主存儲器成批交換數(shù)據(jù)的場合。在這種

應(yīng)用中，處理問題的出發(fā)點(diǎn)集中到兩點(diǎn)：一是不能丟失快速設(shè)備提供出來的數(shù)據(jù)，二是進(jìn)一

步減少快速設(shè)備入出操作過程中對CPU的打擾。

7．計(jì)算機(jī)總線的功能是什么？通常用什么類型的器件構(gòu)建總線？為什么？

答：計(jì)算機(jī)總線是在計(jì)算機(jī)的各部件之間傳輸信息的公共通路，包括傳輸數(shù)據(jù)（信息）

信號的邏輯電路、管理信息傳輸協(xié)議的邏輯線路和物理連線。每次傳輸時，總線可以從多個

信息來源中選擇其一并傳輸?shù)揭粋€（或多個）信息接受部件。

由于總線上往往要連接許多部件或設(shè)備，傳輸?shù)木嚯x較長，負(fù)載比較重，故要求總線線

路有更強(qiáng)的驅(qū)動能力。總線的硬件組成，通常選用集電極開路輸出的電路，或輸出端有高阻

態(tài)輸出支持的電路。

8．總線仲裁的作用是什么？

答：總線仲裁，解決的是多個設(shè)備競爭使用總線的管理問題，由總線仲裁邏輯線路完成。

數(shù)據(jù)傳輸總要在計(jì)算機(jī)的兩個部件之間進(jìn)行，必須有一方首先啟動這次傳輸過程，即申請總

線使用權(quán)并發(fā)出命令控制總線運(yùn)行，這一方被稱為總線主設(shè)備（busmaster），例如，CPU、

動態(tài)存儲器的刷新邏輯、DMA接口和其他一些智能接口卡等都可以是總線主設(shè)備；而另一方

則只能響應(yīng)由主設(shè)備發(fā)出的命令并執(zhí)行讀寫操作，它被稱為總線從設(shè)備（busslave），典型

的是內(nèi)存儲器、普通的一些IO設(shè)備（計(jì)算機(jī)終端、打印機(jī)等）。

9．解釋術(shù)語：同步傳輸控制。

答：同步通信，是指在總線上傳送數(shù)據(jù)時，通信雙方使用同一個時鐘信號進(jìn)行同步，這

個時鐘信號通常可以由CPU的總線控制邏輯部件提供，稱為總線時鐘。可以用一或幾個總線

時鐘構(gòu)成一個總線周期，每個周期完成一次數(shù)據(jù)傳輸，總線周期的長短，需要與被讀寫部件

的存取時間配合好。通信雙方送出與接收地址信號、控制命令信號和數(shù)據(jù)信號，都是使用這

一時鐘信號完成定時的，可以有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率。

10．解釋術(shù)語：異步傳輸控制。

答：異步通信，是指在總線上傳送數(shù)據(jù)時，允許通信雙方各自使用自己的時鐘信號，采

用“應(yīng)答方式”（握手方式）解決數(shù)據(jù)傳輸過程中的時間配合關(guān)系，而不是共同使用同一個

時鐘信號進(jìn)行同步。

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第8章并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

一、復(fù)習(xí)要點(diǎn)

并行方式是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的重要和有效途徑，屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程的主要內(nèi)

容，本章屬于本課程的拓展內(nèi)容。本章不在計(jì)算機(jī)組成原理的考核要求之內(nèi)。

二、重點(diǎn)問題解析

1．從硬件技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)并行的關(guān)鍵是什么？

選用合理的方案，增加完成控制和執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲、傳送、處理功能的部件的數(shù)量，盡力

提高這些部件并行運(yùn)行的能力，盡量減少各種“瓶頸”問題。

2．從軟件技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)并行的關(guān)鍵是什么？

找出解決應(yīng)用問題中各種潛在的并行性，把整個任務(wù)劃分成更多的子任務(wù)，將各個子任

務(wù)分配給不同的硬件部件去完成，使系統(tǒng)中的每一個硬件都盡可能地滿負(fù)荷運(yùn)行，減少其空

閑時間和等待狀態(tài)。

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計(jì)算機(jī)組成原理A模擬試卷

一、選擇題（每小題3分，共36分）

1．某機(jī)字長16位，采用定點(diǎn)小數(shù)表示，符號位為1位，尾數(shù)為15位，則可表示的最大正

小數(shù)為，最小負(fù)小數(shù)為。

1615

（A）(21)，(12)

1516

（B）(21)，(12)

1515

（C）(12)，(12)

1515

（D）(21)，(12)

2．在定點(diǎn)二進(jìn)制運(yùn)算器中，減法運(yùn)算一般通過來實(shí)現(xiàn)。

（A）原碼運(yùn)算的二進(jìn)制減法器

（B）補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制減法器

（C）補(bǔ)碼運(yùn)算的十進(jìn)制加法器

（D）補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制加法器

3．定點(diǎn)數(shù)補(bǔ)碼加法具有兩個特點(diǎn)：一是符號位；二是相加后最高位上的進(jìn)位要舍

去。

（A）與數(shù)值位分別進(jìn)行運(yùn)算

（B）與數(shù)值位一起參與運(yùn)算

（C）要舍去

（D）表示溢出

4．長度相同但格式不同的2種浮點(diǎn)數(shù)，假設(shè)前者階碼長、尾數(shù)短，后者階碼短、尾數(shù)長，

其他規(guī)定均相同，則它們可表示的數(shù)的范圍和精度為。

（A）兩者可表示的數(shù)的范圍和精度相同

（B）前者可表示的數(shù)的范圍大但精度低

（C）后者可表示的數(shù)的范圍大且精度高

（D）前者可表示的數(shù)的范圍大且精度高

5．間接尋址是指。

（A）指令中直接給出操作數(shù)地址

（B）指令中直接給出操作數(shù)

（C）指令中間接給出操作數(shù)

（D）指令中間接給出操作數(shù)地址

6．輸入輸出指令的功能是。

（A）進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算

（B）進(jìn)行主存與CPU之間的數(shù)據(jù)傳送

（C）進(jìn)行CPU和I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送

（D）改變程序執(zhí)行的順序

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7．在控制器中，必須有一個部件，能提供指令在內(nèi)存中的地址，服務(wù)于讀取指令，并接收

下條將被執(zhí)行的指令的地址，這個部件是。

（A）IP

（B）IR

（C）PC

（D）AR

8．指令周期是指。

（A）CPU從主存取出一條指令的時間

（B）CPU執(zhí)行一條指令的時間

（C）CPU從主存取出一條指令加上執(zhí)行這條指令的時間

（D）時鐘周期時間

9．若主存每個存儲單元為16位，則。

（A）其地址線也為16位

（B）其地址線與16無關(guān)

（C）其地址線為8位

（D）其地址線與16有關(guān)

10．CPU通過指令訪問主存所用的程序地址叫做。

（A）邏輯地址

（B）物理地址

（C）虛擬地址

（D）真實(shí)地址

11．在統(tǒng)一編址方式下，存儲單元和I/O設(shè)備是靠指令中的來區(qū)分的。

（A）不同的地址

（B）不同的數(shù)據(jù)

（C）不同的數(shù)據(jù)和地址

（D）上述都不對

12．在采用DMA方式高速傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)傳送是。

（A）在總線控制器發(fā)出的控制信號控制下完成的

（B）在DMA控制器本身發(fā)出的控制信號控制下完成的

（C）由CPU執(zhí)行的程序完成的

（D）由CPU響應(yīng)硬中斷處理完成的

二、判斷題：將判