计算机组成原理 考前串讲资料(二)

计算机组成原理 考前串讲资料(二)

第4章 指令系统
一、名词解释：
　　历年真题：
2001年
　　3．堆栈：数据的写入写出不需要地址，按先进后出的顺序读取数据的存储区。
　　4．立即寻址方式：操作数直接在指令中给出。

　　六年以来就考了这2个名称解释，而且近4年都没有考，所以第四章的名称解释不是考试的重点，这里给大家列出了名词解释大家要熟悉一下，这都是本章的基本概念，有利于做选择题、改错题和填空题。
　　1．指令系统：计算机中各种指令的集合，它反映了计算机硬件具备的基本功能。
　　2．计算机指令：计算机硬件能识别并能直接执行操作的命令，描述一个基本操作。
　　3．指令编码：将指令分成操作码和操作数地址码的几个字段来编码。
　　4．指令格式：指定指令字段的个数，字段编码的位数和编码的方式。
　　5．立即数：在指令中直接给出的操作数。
　　6．指令字长度：一个指令字所占有的位数。
　　7．助记符：用容易记忆的符号来表示指令中的操作码和操作数。
　　8．汇编语言：采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应，但是不能被计算机的硬件直接识别。
　　9．伪指令：汇编语言程序所提供的装入内存中的位置信息，表示程序段和数据段开始信息及结束信息等。且不转换成2进制机器指令。
　　10．大数端：当一个数据元素的位数超过一个字节或者一个字的宽度，需存储在相邻的多个字节的存储位置时，将数据的最低字节存储在最大地址位置的存储方式。
　　11．小数端：当一个数据元素的位数超过一个字节或者一个字的宽度，需存储在相邻的多个字节的存储位置时，将数据的最低字节存储在最小地址位置的存储方式。
　　12．操作数寻址方式：指令中地址码的内容及编码方式。
　　13．系统指令：改变计算机系统的工作状态的指令。
　　14．特权指令：改变执行特权的指令，用于操作系统对系统资源的控制。
　　15．自陷指令：特殊的处理程序，又叫中断指令。
　　16．寻址方式：对指令的地址码进行编码，以得到操作数在存储器中的地址的方式。
　　17．相对转移：转移到的目标指令的地址与当前指令的地址有关，是用当前指令的PC与一个偏移量相加，和为目标指令的PC。
　　18．绝对转移：转移到的目标指令的地址与当前指令的地址无关，指令中给定的目标地址即为目标指令的PC。
　　19．无条件转移：一种转移指令类型，不管状态如何，一律进行转移操作。
　　20．条件转移：一种转移指令类型，根据计算机中的状态决定是否转移。
　　21．RISC：精简指令系统计算机，即指令系统中的指令数量少，且指令功能相对简单。
　　22．CISC：复杂指令系统计算机，即指令系统中的指令数量多，且指令功能相对较强。
　　23．堆栈：数据的写入写出不需要地址，按先进后出的顺序读取数据的存储区。

二、选择填空题：
历年真题
2000年：
3．在堆栈寻址中，设A为累加器，SP为堆栈指示器，Msp为SP指示的栈顶单元。如果进栈操作顺序是：（SP）-1→SP，（A）→Msp；那么出栈操作的顺序应是（　）。
　 A．（Msp）→A，（SP）+1→SP
　 B．（SP）+1→SP，（Msp）→A
　 C．（SP）-1→SP，（Msp）→A
　 D．（Msp）→A，（SP）-1→SP
　　【分析】：堆栈是按特定顺序进行访问的存储区，其访问方式是后进先出，即先存入的数据后读出。对堆栈的操作有入栈和出栈两种，两者的操作完全相反，包括功能和顺序均相反。
　　【答案】：A

6．在按字节编址的存储器中，每个编址单元中存放（　）。
　 A．1位　　　　　　　　B．8位　　　　　　　C．16位　　　　　　　D．32位
　　【分析】：在按字节编址在存储器中，每个编址单元的容量为一个字节，一个字节由8位二进制数组成，一个字节存储单元可以存放8位二进制位。
　　【答案】：B

4．在CPU的状态寄存器中，常设置以下状态位：零标志位（Z），负标志位（N），（　　）和（　　）。
　　【分析】：在CPU中专门设置有一个存储计算机状态的寄存器，称为状态寄存器SR,其中通常包括如下标志位：零标志位（Z）、负标志位（N）、溢出标志位（V）、进位或借位标志位（C）等。
　　【答案】：溢出标志位（V）、进位或借位标志位（C）

5．如指令中给出形式地址为D，则间接寻址方式获得操作数的有效地址为　　　。
　　【分析】：在存储器间接寻址方式中，操作数的地址在主存储器中，其存储器地址在指令中给出。也就是说在指令中给出的既不是操作数，也不是操作数的地址，而是操作数地址的地址，则有效地址为以形式地址D为地址的存储单元的内容。
　　【答案】：以D为地址的存储单元的内容

13．如果说变址寻址方式主要是面向用户的，那么基址寻址一般是面向（　　　　）的。
　　【分析】：变址寻址方式是面向用户的，常用于访问字符串、向量数据结构和循环程序设计；而基址寻址方式是面向系统的，对由逻辑地址空间到物理地址空间的变换提供支持，用以解决程序在存储器中再定位和扩大寻址空间等问题。
　　【答案】：系统

2001年：
9．为了缩短指令中某个地址段的位数，有效的方法是采取（　）。
　　A．立即寻址　　　　　　　　　　　B．变址寻址
　　C．间接寻址　　　　　　　　　　　D．寄存器寻址
　　【分析】：由于计算机中寄存器的数量一般很少，采用寄存器寻址时可用少量的代码来指定寄存器，这样可以减少对应地址段的代码位数，也可减少整个指令的代码长度。
　　【答案】：D

10．堆栈指针 SP 的内容是（　）。 A．栈顶单元内容 B．栈顶单元地址 C．栈底单元内容 D．栈底单元地址
　　【分析】：堆栈是按特定顺序进行访问的存储区，其访问方式是后进先出，即先存入的数据后读出。对堆栈的访问由堆栈指针寄存器SP控制，其内容为堆栈中栈项单元的地址，即入栈时数据保存在SP指向的单元，出栈时将SP指向单元的内容取出。
　　【答案】：B

2002年：
8．采用直接寻址方式，则操作数在（　）中。
　　A．主存　　　　　　　　B．寄存器　　　　　C．直接存取存储器　　　　D．光盘
　　【分析】：直接寻址方式是指在指令中直接给出操作数在存储器中的地址，操作数在主存储器中，指令中的地址直接作为有效地址，对存储器进行访问即可取得操作数。
　　【答案】：A

9．零地址指令的操作数一般隐含在（　）中。
　　A．磁盘　　　　　　　　B．磁带　　　　　　C．寄存器　　　　　　　 D．光盘
　　【分析】：零地址指令只有操作码，没有操作数。这种指令有两种情况：一是无需操作数，另一种是操作数为默认的（隐含的），默认为操作数在寄存器中，指令可直接访问寄存器。
　　【答案】：C

2003年：
3．假设寄存器 R 中的数值为 200 ，主存地址为 200 和 300 的地址单元中存效的内容分别是 300 和 400 ，则什么方式下访问到的操作数为 200（　）。
　　A．直接寻址 200
　　B．寄存器间接寻址（R）
　　C．存储器间接寻址（200）
　　D．寄存器寻址 R
　　【分析】：直接寻址200的操作数为300,寄存器间接寻址(R)的操作数300,存储器间接寻址（200）的操作数为400，寄存器寻址R的操作数为200。
　　【答案】：D

5．单地址指令（　）。
　 A．只能对单操作数进行加工处理
　 B．只能对双操作数进行加工处理
　 C．无处理双操作数的功能
　 D．既能对单操作数进行加工处理，也能在隐含约定另一操作数（或地址）时，对双操作数进行运算
　　【分析】：单地址指令既能对单操作数进行加工处理，也能对双操作数进行运算。当处理双操作数时，一个操作数在指令中给出，另一个操作数则是隐含约定的，例如堆栈操作指令中的入栈指令PUSH,指令中只给出源操作数，而目的操作数则由计算机中的堆栈指针（SP）确定，在指令中不需要指定。
　　【答案】：D

2004年：
14．反映计算机基本功能的是（　）。
　　A．操作系统　　　　　　B．系统软件 　　　　　C．指令系统　　　　　D．数据库系统
　　【分析】：指令系统：计算机中各种指令的集合，它反映了计算机硬件具备的基本功能。
　　【答案】：C

2005年：
8．在大多数情况下，一条机器指令中是不直接用二进制代码来指定（　）。
　　A．下一条指令的地址
　　B．操作的类型
　　C．操作数地址
　　D．结果存放地址
答案：A

9．在存储器堆栈中，若栈底地址为A，SP指针初值为A-1，当堆栈采用从地址小的位置向地址大的位置生成时，弹出操作应是（　）。
　　A．先从堆栈取出数据，然后SP指针减1
　　B．先从堆栈取出数据，然后SP指针加1
　　C．SP指针先加1，然后从堆栈取出数据
　　D．SP指针先减1，然后从堆栈取出数据
　　【分析】：堆栈是按特定顺序进行访问的存储区，其访问方式是后进先出，即先存入的数据后读出。对堆栈的访问由堆栈指针寄存器SP控制，当堆栈采用从地址小的位置向地址大的位置生成时，入栈操作是SP指针先加1，然后将数据存入堆栈，从堆栈取出弹出操作是先从堆栈取出数据，然后SP指针减1。
　　【答案】：A

10．转移指令执行结束后，程序计数器PC中存放的是（　）。
　　A．该转移指令的地址
　　B．顺序执行的下条指令地址
　　C．转移的目标地址
　　D．任意指令地址
　　【分析】：转移指令执行过程中，将转移指令所指的子程序的起始地址装入PC，因此转移指令执行结束后，程序计数器PC中存放的是转移的目标地址。
　　【答案】：C

三、改错题：
3．在寄存器寻址方式中，指定寄存器中存放的是操作数地址。（2000）
　　【分析】：在寄存器间接寻址方式中，指定寄存器中存放的是操作数地址；而在寄存器寻址方式中，指定寄存器中存放着操作数。
　　【答案】：在寄存器寻址方式中，指定寄存器中存放着操作数。

1．在计算机中，各指令周期的时间长度是相同的。（2002）
　　【分析】：在计算机中，由于指令的种类不同，功能不同，执行每条指令时机器所进行的操作可能就不同，所需要的时间长短也可能不相同，所以各指令周期的时间长度不一定相同。
　　【答案】：一般说，由于各指令功能的不同，它们的指令周期有长有短，不一定相同。

22．转移指令执行结束后，目标地址可放在任意寄存器中。（2004年）
　　【分析】：转移指令执行过程中，将转移指令所指的子程序的起始地址装入PC，因此转移指令执行结束后，程序计数器PC中存放的是转移的目标地址。
　　【答案】：转移指令执行结束后，目标地址放在程序计数器PC中。

输入输出系统
一、名词解释：
　　历年真题：
　　（2001年）9．DMA 方式：直接存储器访问，直接依靠硬件实现主存与外设之间的数据直接传输，传输过程本身不需CPU程序干预。
　　（2002年）5．I/O接口：是指连接主机和外围设备的逻辑部件。
　　（2003年）20．中断屏蔽：CPU处理一个中断的过程中，对其他一些外部设备的中断进行阻止。
　　（2004年）17．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。
　　（2005年）25．通道程序：通道命令构成通道程序。在通道程序的控制下，通道对外围设备进行数据传输控制。

　　近年以来每年考本章的名词称解释，所以第五章的名称解释是考试的重点。这里给大家列出了本章的名词解释，大家要熟悉一下，这都是本章的基本概念，有利于做名称解释、选择题、改错题和填空题。
　　1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。
　　2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。
　　3．单级中断：CPU在执行中断服务程序的过程中禁止所有其他外部中断。
　　4．多级中断：CPU在执行中断服务程序的过程中可以响应级别更高的中断请求。
　　5．中断屏蔽：CPU处理一个中断的过程中，对其他一些外部设备的中断进行阻止。
　　6．DMA：直接存储器访问，直接依靠硬件实现主存与外设之间的数据直接传输，传输过程本身不需CPU程序干预。
　　7．现场保护：CPU在响应中断请求时，将程序计数器和有关寄存器内容等系统的状态信息存储起来，以使中断处理结束之后能恢复原来的状态继续执行程序，称为现场保护。
　　8．中断向量：外设在向CPU发出中断请求时，由该设备通过输入输出总线主动向CPU发出一个识别代码，这个识别代码通常称为中断向量。
　　9．自陷：当CPU出现有算术操作异常、非法指令、越权操作和访存中的异常等某种内部情况时自己引起的中断称为自陷。
　　10．软件中断：由自陷指令引起的中断称为软件中断，又称为系统调用。
　　11．通道命令：通道用于执行输入输出操作的指令，也叫通道控制字（CCW）。

二、选择填空题：
历年真题：
2000年：
7．设置中断排队判优逻辑的目的是（　）。
　 A．产生中断源编码
　 B．使同时提出的请求中的优先级别最高者，得到及时响应
　 C．使CPU能方便地转入中断服务子程序
　 D．提高中断响应速度
　　【分析】：当有多个中断请求同时出现，中断服务系统必须能从中选出当前最需要给予响应的最重要的中断请求，这就需要预先对所有的中断进行优先级排队，这个工作可由中断优先级判断逻辑来完成，排队的规则可由软件通过对中断屏蔽寄存器进行设置来确定。
　　【答案】：B

10．通道程序在内存中的首地址由（ ）给出。
　　【分析】：CPU使用通道进行一个输入输出操作时，先发出一个通道启动信号。通道收到启动信号后，到指定的内存单元中取通道地址字，并将其放入通道地址寄存器中。此通道地址字为通道程序在内存中的首地址。
　　【答案】：通道地址字

11．在不改变中断响应次序的条件下，通过（ ）可以改变中断处理次序。
　　【分析】：在多重中断系统中，可以通过设置中断优先级来决定各个中断的级别。在实际的计算机系统中是通过CPU内部的一个中断屏蔽字寄存器来实现对不同中断的分别禁止的，这个寄存器可在中断处理程序中重新设置，这样就可以改变原有的中断优先级别。
　　【答案】：改写中断屏蔽字

2005年：

16．采用DMA方式传送数据是由DMA接口来控制数据在　　　和　　　之间传输。
　　【分析】：DMA是指直接存储器访问，是利用一个专门的接口电路将计算机的主存储器与高速的外设相连接，当计算机要与外设进行数据传送时，由CPU发出一个控制信号启动DMA之后由DMA来控制完成外设与主存储器之间的数据传送，其传送方式为数据块 （数据成组）传送，传送过程为连续的，中间没有停止等待的时间，所以数据的传送速度较高。
　　【答案】：外设　　主存储器

三、改错题：
历年真题：

（2000年）7．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。
　　【分析】：对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。
　　【答案】：对1/O数据传送的控制方式，可分为：程序直接控制方式、程序中断方式、DMA方式、通道控制方式等。

（2002）5．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
　　【分析】：CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。
　　【答案】：对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。

（2003年）25．在常见的微机系统中，磁盘常采用通道方式与主存交换信息。
　　【分析】：通道传输方式是采用通道处理器将多个输入输出设备与CPU和主存储器相连接，并控制其信息的传输，主要用于大型计算机以及网络服务器等含有许多输入输出设备并对输入输出有较高要求的场合；而DMA方式是采用DMA控制器将外围设备与主存储器相连接，并控制其信息的传输，主要用于微型计算机中外设与主存之间需要成批传输数据的场合，如微机系统中磁盘与主存之间的数据传输。
　　【答案】：在常见的微机系统中，磁盘常采用DMA方式与主存交换数据。

（2004年）25．通道就是一组输入输出传送线。
　　【分析】：通道是一种比DMA更高级的I/O控制部件，具有更强的独立处理数据的输入／输出功能，能同时控制多台同类型或不同类型的设备。它在一定的硬件基础上，利用通道程序实现对1/O的控制，更多地免去了CPU的介入，使系统的并行性能更高。
　　【答案】：通道是具有更强的独立处理数据的输入／输出功能，能同时控制多台同类型或不同类型的设备。

四、简答题：
历年真题：
2000年：

7．以DMA方式实现传送，大致可分为哪几个阶段？（3分）
　　【答案】：
　　　　① DMA传送前的预置阶段（DMA初始化）；
　　　　② 数据传送阶段（DMA传送）；
　　　　③ 传送后的结束处理。

2001年：

2．何谓中断方式？它主要应用在什么场合？请举二例。
　　【答案】：
　　　　① 中断方式指：CPU在接到随机产生的中断请求信号后，暂停原程序，转去执行相应的中断处理程序，以处理该随机事件，处理完毕后返回并继续执行原程序；
　　　　② 主要应用于处理复杂随机事件、控制中低速1/O；
　　　　③ 例：打印机控制，故障处理。

3．在 DMA 方式预处理（初始化）阶段， CPU 通过程序送出哪些信息？
　　【答案】：
　　　　向DMA控制器及I/O接口（分离模式或集成模式均可）分别送出以下信息：
　　　　① 测试设备状态，预置DMA控制器工作方式；
　　　　② 主存缓冲区首址，交换量，传送方向；
　　　　③ 设备寻址信息，启动读／写。

6．中断接口一般包含哪些基本组成？简要说明它们的作用。
　　【答案】：
　　　　① 地址译码。选取接口中有关寄存器，也就是选择了I/O设备。
　　　　② 命令字／状态字寄存器。供CPU输出控制命令，调回接口与设备的状态信息。
　　　　③ 数据缓存。提供数据缓冲，实现速度匹配。
　　　　④ 控制逻辑。如中断控制逻辑、与设备特性相关的控制逻辑等。

2002年：

5．何谓DAM方式？说明它的适用场合。
　　【答案】：
　　　　定义：由DMA控制器控制系统总线，直接依靠硬件实现主存与I/O设备之间的数据直传，传送期间不需要CPU程序干预。
　　　　适用场合：高速、批量数据的简单传送。

6．何谓多重中断？如何保证它的实现？
　　【答案】：
　　　　多重中断：CPU在响应处理中断过程中，允许响应处理更高级别的中断请求，这种方式称为多重中断。
　　　　实现方法：在中断服务程序的起始部分用一段程序来保存现场、送新屏蔽字以屏蔽同级别和低级别的中断请求、然后开中断，这样CPU就可响应更高级别的中断请求，实现多重中断。

2003年：

30．简述外围设备接口的主要功能。（新教材取消了这一内容）

31．试对程序中断方式和 DMA 方式各分别举出二种应用例子。
　　【答案】：
　　　　中断方式常用于打印机输出、键盘输入等；
　　　　DMA方式常用于读／写磁盘、读／写磁带等。

2004年：

30．主机与外围设备之间信息传送的控制方式有哪几种？采用哪种方式 CPU 效率最低？
　　【答案】：主机与外围设备之间信息传送的控制方式有四种：程序查询方式、中断方式、DMA方式和通道方式。程序查询方式CPU 效率最低。

31．试比较中断方式与 DMA 方式的主要异同，并指出它们各自应用在什么性质的场合。
　　【答案】：
　　　　相同点：这两种方式下，主机和I/O设备都是并行工作。
　　　　不同点：中断方式在CPU响应了I/O设备的中断请求后，要暂停现行程序的执行，转为I/O设备服务。DMA 方式直接依靠硬件实现主存与I/O设备之间的数据直传，传送期间不需要CPU程序干预，CPU可继续执行原来的程序，CPU效率比中断方式。
　　　　DMA 方式适用场合：高速、批量数据的简单传送。
　　　　中断方式适用场合：处理复杂随机事件、控制中低速1/O设备。

2005年：

30．基本的DMA控制器的主要部件有哪些？
　　【答案】：基本的DMA控制器的主要部件有：地址寄存器、长度计数器、数据寄存器、标志寄存器、命令寄存器、控制逻辑等。

31．简述多重中断系统中CPU响应处理一次中断的步骤。
　　【答案】：① 关中断；② 保存现场信息；③ 判别中断条件；④ 开中断；⑤ 执行中断服务程序；⑥ 关中断；⑦ 恢复现场信息；⑧ 开中断。

由上可见，每年都会考本章的两道以上的简答题。考试的两个重点：一个是DMA方式的有关知识（每年都考），另一个是中断方式有关内容。这两方面大家一定重点掌握。

下面一些知识也要求大家了解
1．中断方式的接口控制器功能：能向CPU发出中断请求信号；能发出识别代码提供提供引导CPU在响应中断请求后转入相应服务程序的地址； CPU要能够对中断请求进行允许或禁止的控制；能使中断请求参加优先级排队。

2．CPU与外围设备进行通信有三种类型：① CPU向外围设备发出操作控制命令；② 外围设备向CPU提供状态信息；③ 数据在CPU和外围设备之间传递。

3．中断裁决机制：轮询、菊花链、独立请求。

4．CPU与DMA访问内存冲突的裁决的三种方法：① CPU等待DMA的操作；② DMA乘存储器空闲时访问存储器；③ CPU与DMA交替访问存储器。

5．CPU启动DMA的步骤：① 测试设备状态；② 写存储器地址寄存器；③ 写长度计数器；④ 启动DMA控制逻辑。

6．通道的三种类型：
　　选择通道：它与设备之间的传输一直维持到设备请求的传输完成为止，然后为其它外围设备传输数据。数据宽度是可变的，通道中包含一个保存IO数据传输所需的参数寄存器。
　　数组多路通道：以数组为单元在若干高速传输操作之间进行交叉复用。
　　字节多路通道：用于连接多个慢速的和中速的设备，这些设备的数据传送以字节为单位，字节交叉模式、猝发模式。

7．字节多路通道与数组多路通道的区别：首先数组多路通道允许多个设备同时工作，但只允许一个设备进行传输型操作，而其它设备进行控制型操作；字节多路通道不仅允许多个设备操作，而且允许它们同时进行传输型操作。其次，数组多路通道与设备之间的数据传送的基本单位是数据块，通道必须为一个设备传送完一个数据块以后才能为别的设备传送数据，而字节多路通道与设备之间的数据传送基本单位是字节，各设备之间的数据传送是以字节为单位交替进行的。

8．通道的功能：① 接受CPU的I/O操作指令，按指令要求控制外围设备；② 从内存中读取通道程序，并执行，即向设备控制器发送各种命令；③ 组织和控制数据在内存与外设之间的传送操作；④ 读取外设的状态信息，形成整个通道的状态信息，提供给CPU或保存在内存中；⑤ 向CPU发出IO操作中断请求，将外围设备的中断请求和通道本身的中断请求按次序报告CPU。