{精品}计算机组成原理总结复习

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1、计算机组成 与体系结构总结复习,第一章 计算机系统概述,第二章 计算机的发展及应用,第三章 系统总线,第四章 存储器,第五章 输入输出系统,第六章 计算机中的运算方法,第七章 指令系统,第八章 控制单元的结构、功能及设计,第九章 流水线,主要内容：控制器的基本功能、控制器的基本组成、指令的执行过程、组合逻辑控制器组成原理与实现方法、微程序控制器组成原理与实现方法、控制方式。 重 点：指令的执行过程，组合逻辑控制器的组成原理与设计方法，微程序控制器的设计方法，微指令的格式，微程序流的控制。 难 点：指令的执行过程，组合逻辑控制器的组成原理与设计方法，微程序控制器的设计方法，微指令的格式，微程序流

2、的控制。,控制器部件,例题,微程序的水平型微指令的下一条微指令地址通常有哪些来源？,在微程序的控制器中，通常有多种得到下一条微指令地址的方式，例如： 使用紧跟在本条微指令之后的微指令作为下一条要执行的微指令，即本条微指令的地址加1作为下一条微指令的地址，用于支持微指令顺序执行的情况； 使用从指令的操作码映射出微指令地址的方式得到下一条微指令的地址，用于读出指令之后，找到对应该指令的一段微程序的入口地址，以便开始该指令具体功能的执行过程； 从微指令的下地址字段直接取得一个微子程序的入口地址，用于微子程序调用处理； 从微指令下地址字段直接取得一个微指令的转移地址，用于微程序中微指令转移处理。 从微

3、堆栈中取出从微子程序返回到微主程序断点的返回地址，用于微子程序返回处理。（也可以答另外几种）。,简述计算机的控制器基本组成,执行一条指令，要经过读取指令、分析指令、执行指令所规定的处理功能三个阶段完成，控制器还要保证能按程序中设定的指令运行次序，自动地连续执行指令序列。 为此，控制器组成中，必须有一个能提供指令在内存中的地址的部件，通称程序计数器(PC)，服务于读取指令，并接收下条要执行的指令的地址。 还要有一个能保存读来的指令内容的部件，通称指令寄存器(IR)，以提供本指令执行的整个过程中要用到的指令本身的主要信息。 控制器的第三个组成成分，是脉冲源、启停控制逻辑，指令执行的步骤标记线路，它

4、标记出每条指令的各执行步骤的相对次序关系。 控制器的第四个组成成分，是全部时序控制信号的产生部件，它依据指令内容、指令的执行步骤(时刻)，也许还有些别的什么条件信号，来形成并提供出各部件当前时刻要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，产生予期的执行结果，也就是执行一条又一条的指令。,微程序的控制器和组合逻辑的控制器在组成和运行原理方面的相同、不同之处表现在哪里？,组合逻辑的控制器和微程序的控制器是计算机中两种不同类型的控制器，其共同点是：基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号，组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR，都分成几个执行步骤完成每一条

5、指令的具体功能；不同点主要表现在：处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样，组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着大规模现场可编程集成电路的出现，该缺点已得到很大缓解；微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号是从控制存储器中读出来的，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的，其缺点是运行速度要慢一些，优点是设计与实现简单些，易于用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计。,微命令：构成控制信号序列的最小单位。通常是指那些能直接作用于某部件控

6、制门的命令，如：打开或关闭某部件通路的控制门的电位，某寄存器、触发器的打入脉冲等。微命令由控制部件通过控制总线箱执行部件发出。 微操作：由微命令控制实现的最基本的操作。 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的执行过程。在计算机内部实质上是同一个信号，对控制部件为微命令，对执行部件为微操作。很多情况下两者常常不加区分地使用。 微指令：一组实现一定操作功能的用二进制编码表示的微命令的组合。 微周期：从控制存储器读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间。 微程序：一系列微指令的有序集合。,微指令编码法 微指令可以分为操作控制字段和下址字段两大部分。这里所说的微指令编码法就是操作控制字段的编码法

7、，通常有以下三种方法。 （1）直接控制法：直接控制法在微指令的操作控制字段中，每一个微命令都用一位信息表示。优点：控制简单、直观，操作并行性最好，从而可以提高速度。缺点：微指令字太长，控制存储器的容量过大且微指令字利用效率很低。因此这种编码方法只适用于结构简单或速度要求很高的高速数字控制部件。 （2）最短字长编码：这种编码法是将所有的微命令进行统一的二进制编码，用不同的码点去表示不同的微命令，通过译码器产生微操作控制信号。优点：微指令字长很短；缺点：每次只能产生一个微命令，所有微命令均不能够并行，难以提高微命令的执行效率，故在实际应用中很少采用。 （3）分段直接编码：这种编码法是将微操作控制字

8、段划分为若干个小字段，每个小字段独立译码，每个码点表示一个微命令。 （4）分段间接编码：分段间接编码是在分段直接编码的基础上，进一步缩短微指令字长的一种编码方法。在这种编码方法中，某些参与编码的微指令不能由一个控制字段直接定义，而需要两个或两个以上的控制字段来定义。分段间接编码是在分段直接编码的基础上，进一步缩短微指令字长的一种编码方法。,微指令格式 不同机器有不同的微指令格式，就其共性来说，大致可归纳为两大类，即水平型微指令和垂直型微指令。 （1）水平型微指令：一次能定义多个微命令（控制执行多个微操作）的微指令。 （2）垂直型微指令：一次只能执行一个微命令的微指令。 （3）混合型微指令：水平

9、型微指令和垂直型微指令各有其优缺点。实际使用中，常常兼顾两者的优缺点，设计出一种混合型微指令，采用不太长的字长，又具有一定的并行控制能力，可高效地去实现机器的指令系统。,微程序控制器中，机器指令与微指令的关系是_。 A） 每一条机器指令由一条微指令来执行 B） 每一条机器指令由一段由微指令编成的微程序来解释执行 C） 一段机器指令组成的程序可由一条微指令来执行 D） 一条微指令由若干条机器指令组成 从信息流的传送效率来看，_工作效率最低。 A） 单总线系统 B） 双总线系统 C） 三总线系统 D） 多总线系统 为了便于实现多级中断，保存现场最有效的方法是采用_。 A） 通用寄存器 B） 存储器

10、 C） 堆栈 D） 外存 在控制器中_用于保存当前正在执行的一条指令。 A） 程序计数器 B） 指令寄存器 C） 缓冲寄存器 D） 地址寄存器,B,A,C,B,水平型微指令与垂直型微指令相比，_。 A） 前者一次只能完成一个操作 B） 后者一次只能完成一个操作 C） 两者都是一次只能完成一个操作 D） 两者都能一次完成多个操作 请在以下叙述中选出两个正确描述的句子是_。 1 同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相容微操作。 2 同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫相容微操作 3 同一个CPU周期中，可以并行执行的微操作叫相斥微操作 4 同一个CPU周期中，不可以并行执行的微操作叫

11、相斥微操作 A） 1 3 B） 2 4 C） 2 3 D） 1 4 二地址指令中，操作数的物理位置不可能安排在_。 A） 栈顶和次栈顶 B） 两个主存单元 C） 一个主存单元和一个存储器 D） 两个寄存器 答案： A,B,D,A,一个模型机如上题图所示，并假定控制存储器的容量为25624（位），微地址寄存器为6位。 1）试指出相容性和相斥性的微操作各2组。 2）设计适合模型机的微指令格式并说明理由。,由于微地址占用6位，给微操作控制字段只留下了18位，而在该模型机中位命令有20个，如果采用直接编码方式，显然不够，所以采用分段直接编码与直接编码方法向结合的方法，将相互排斥的微命令编制在一个段内，

12、总的操作控制字段分为四个部分；第一部分为直接编码，第二部分为A段，处理各个功能部件的装入微命令，第三字段为B段，处理各个部件向总线发送数据的微命令，第四字段为C段，处理为指令下地址的处理方法；微指令格式如下：,硬布线控制器是一种_。 A） 用微程序技术设计的控制器 B） 用存储逻辑技术设计的控制器 C） 由门电路和触发器构成的复杂树形网络所形成的逻辑电路 D） 用微程序技术和存储逻辑技术设计的控制器 控制器的功能是_。 A） 产生时序信号 B） 完成指令操作码译码 C） 从主存取出一条指令 D） 从主存取出指令，完成指令操作码译码，并产生相关的操作控制信号，以解释执行该指令,C,D,下图是一个

13、简化的CPU与主存储器链接结构示意图（图中省略了所有多路选择器），其中有一个累加寄存器AC，一个状态寄存器和其他四个寄存器：主存地址寄存器MAR、主存数据寄存器MDR、程序计数器PC和指令寄存器IR，各部件及其之间的连线表示数据通路，箭头表示信息的传递方向。 要求： （1） 写出图中a、b、c、d四个寄存器的名称。 （2） 简述图中指令从主存取到控制器的过程。 （3） 写出数据从主存取出、运算、写回主存所经过的数据通路（假定数据地址已经在MAR中）。,答：（1） a 主存数据寄存器 MDR b 指令寄存器IR c 主存地址寄存器MAR d 程序计数器PC （2） PC内容=MAR，PC+1，读

14、取主存，读出数据=IR （3） 读取主存=MDR，MDR=ALU，AC=ALU，运算，结果=MDR，存储器写。,下图是一个简化的CPU与主存储器链接结构示意图（图中省略了所有多路选择器），其中有一个累加寄存器ACC和其他三个寄存器：主存地址寄存器MAR、程序计数器PC和指令寄存器IR，各部件及其之间的连线表示数据通路，箭头表示信息的传递方向。 要求：（1） 写出图中a、b、c三个寄存器的名称。 （2） 简述图中指令从主存取到控制器的过程。 （3） 写出数据从主存取出、运算、写回主存所经过的数据通路（假定数据地址已经在MAR中）,答：（1） a 指令寄存器IR b 程序计数器PC c 主存地址寄

15、存器MAR （2） PC内容=MAR，PC+1，读取主存，读出数据=IR （3） 读取主存=DR1，ACC=DR2，运算，结果=BUS，存储器写。,模型机的数据通路如图所示，全机采用单总线结构。试设计该模型机执行指令ADD X (将X单元的内容与R0内容相加，结果送R0中)的操作流程图。,1） PC-AR PC+1 2) RAM-AR 3) PC-AR PC+1 4) RAM-AR 5) RAM-DR2 6) R0-DR1 7) DR1+DR2-R0,主要内容：计算机机器指令的组成；掌握寻址方式对计算机的影响以及寻址方式的设计、表示；掌握指令的分类及实现；理解指令中操作码的组织与编码；能自行设

16、计简单机器指令 重点：计算机机器指令的组成、寻址方式对计算机的影响以及寻址方式的设计、表示、指令中操作码的组织与编码 难点：寻址方式的设计、表示、 指令中操作码的组织与编码 掌握：指令功能、组成、指令编码方法、寻址方式（操作数获取）方法、设计指令格式或编码,第七章 指令系统,什么是寻址方式？写出6中寻址方式。 指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自有什么优缺点？ 一条指令通常由哪两个部分组成？两部分的功能分别是什么？ 什么是形式地址？简述对变址寻址、相对寻址、基地址寻址应在指令中给出些什么信息？如何得到相应的实际（有效）地址？各自有什么样的主要用法？,例题,某计算机系统的指令字长为16位，有二地址指令和一地址指令两种类型，每个地址字段的长度为6位。如果二地址指令有x条，问一地址指令最多可以有多少条 某处理机的一种访问存储器指令只用8位地址码，就能够指