三、简答题
1、简述奇偶校验码和海明校验码的实现原理。
答：奇偶校验码原理：通常是为一个字节补充一个二进制位，称为校验位，通过设置校验位的值为0或1的方式，使字节自身的8位和该校验位含有1值的位数一定为奇数或偶数。在接收方，检查接收到的码字是否还满足取值为1的总的位数的奇偶关系，来决定数据是否出错。
海明校验码原理：是在k个数据位之外加上r个校验位，从而形成一个k+r位的新的码字，使新的码字的码距比较均匀地拉大.把数据的每一个二进制位分配在几个不同的偶校验位的组合中，当某一位出现错误，就会引起相关的几个校验位的值发生变化，这不但可以发现错误，还可以指出哪一位出错，为进一步纠错提供了依据。
2、简述教材中给出的MIPS计算机的运算器部件的功能和组成。
答：MIPS计算机的运算器部件的功能和组成：运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算，由其内部的一个被称之为算术与逻辑运算部件(英文缩写为ALU)承担；运算器的第二项功能，是暂存将参加运算的数据和中间结果，由其内部的一组寄存器承担；为了用硬件线路完成乘除指令运算， 运算器内一般还有一个能自行左右移位的专用寄存器，通称乘商寄存器.这些部件通过几组多路选通器电路实现相互连接和数据传送；运算器要与计算机其它几个功能部件连接在一起协同运行，还必须有接受外部数据输入和送出运算结果的逻辑电路。
3、浮点运算器由哪几部分组成。
答：处理浮点数指数部分的部件，处理尾数的部件，加速移位操作的移位寄存器线路以及寄存器堆等组成。
4.简要说明条件转移指令和无条件转移指令的相同点和不同点?子程序调用指令与转移指令的区别是什么?
二者相同点是都必须在指令中给出转移地址，不同点在于条件转移指令还必须在指令中给出判断是否执行转移所依据的条件。
子程序调用指令与转移指令的区别，在于子程序调用指令转移走之后还有个对应的返回的操作，而一般的转移指令，并不涉及转移走后是否和如何再次转移回来。
5.在微程序的控制器中，通常有哪5种得到下一条微指令地址的方式。
(1)微程序顺序执行时，下地址为本条微指令地址加l。
(2)在微程序必定转向某一微地址时，可以在微指令字中的相关字段中给出该地址值。
(3)按微指令(上一条成本条)的某一执行结果的状态，选择顺序执行或转向某一地址。
(4)从微堆栈中取出从微子程序返回到微主程序断点的返回地址，用于微于程序返回处理。
(5)依条件判断转向多条微指令地址中的某一地址的控制。
5．一条指令通常由哪两个部分组成？指令的操作码一般有哪几种组织方式？各自应用在什么场合？各自的优缺点是什么？
答：一条指令通常由操作码和操作数两个部分组成。
指令的操作码一般有定长的操作码、变长的操作码两种组织方式。
定长操作码的组织方式应用在当前多数的计算机中；变长的操作码组织方式一般用在小型及以上的计算机当中。
定长操作码的组织方式对于简化计算机硬件设计，提高指令译码和识别速度有利。
变长的操作码组织方式可以在比较短的指令字中，既能表示出比较多的指令条数，又能尽量满足给出相应的操作数地址的要求。
6. 计算机指令中要用到的操作数一般可以来自哪些部件?
答:(1)CPU内部的通用寄存器。此时应在指令字中给出用到的寄存器编号(寄存器名)，
通用寄存器的数量一般为几个、十几个，故在指令字中须为其分配2,3,4,5或更多一点的位数
来表示一个寄存器。
(2)外围设备(接口)中的一个寄存器。通常用设备编号、或设备人出端口地址、或设备映 像地址(与内存储器地址统一编址的一个设备地址编号)来表示。
(3)内存储器的一个存储单元。此时应在指令字中给出该存储单元的地址。
7.按照操作数的个数不同，把指令分成哪几种?
答:按照操作数的个数不同，指令分为下面四种:
(1)元操作数指令; ( 2)单操作数指令;(3)双操作数指令刊的多操作数指令。
8．如何在指令中表示操作数的地址？通常使用哪些基本寻址方式？
答：是通过寻址方式来表示操作数的地址。
通常使用的基本寻址方式有：立即数寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、相对寻址、间接寻址、堆栈寻址等。
9.举例说明计算机中寄存器寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、堆栈寻址从形式地址到得到操作数的寻址处理过程。
(1) 寄存器寻址，形式地址为寄存器名(或编号)，寄存器中的内容为操作数；
(2) 寄存器间接寻址，形式地址为寄存器名(或编号)，寄存器中的内容为操作数的地址，
再读一次内存得到操作数；
(3)变址寻址，形式地址为变址寄存器名(或编号)和变址偏移值，把变址寄存器中的内容与变址偏移值相加得到操作数的地址，再读一次内存得到操作数；
(4)堆栈寻址，通常形式地址为将写入堆栈的、或接收堆栈读出内容的寄存器名(或编
号)，指令中不直接给出内存地址，而是选用默认的堆栈指针寄存器中的内容为内存
地址，读写堆栈总伴有修改堆栈指针的操作。
10．为读写输入/输出设备，通常有哪几种常用的寻址方式用以指定被读写设备？
答：为读写输入/输出设备，通常有两种常用的编址方式用以指定被读写设备，一是I/O端口与主存储器统一的编制方式，另一种是I/O端口与主存储器彼此独立的编制方式。
11. 硬连线控制器是使用什么子部件来区分和表示指令不同的执行步骤的?它的基本工作原理是什么?
答:在硬连线控制器中，由节拍发生器((timing)来区分指令不同的执行步骤的。
节拍发生器是由几个触发器电路实现的典型的时序逻辑电路，它为指令的每一个执行步
骤提供一个节拍状态信号，而节拍状态的变换标明了一条指令执行步骤的次序关系。
12. 简述控制器在整机中起到的作用和它的基本功能。
答:控制器部件是计算机的五大功能部件之一，其作用是向整机中包括控制器部件在内的 每个部件提供协同运行所需要的控制信号。 计算机的最本质的功能是连续执行指令，而每一条指令往往又要分成几个执行步骤才得 以完成。所以，控制器的基本功能是，依据当前正在执行的指令和它当前所处的执行步骤，形 成并提供出在这一时刻整机各部件要用到的控制信号，并且决定下一步将进入哪个执行步骤。
13．简述计算机中控制器的功能和基本组成，微程序的控制器和硬连线的控制器在组成和运行原理方面有何相同和不同之处？
答：控制器主要由下面4个部分组成：
（1）程序计数器（PC），是用于提供指令在内存中的地址的部件，服务于读取指令，能执行内容增量和接收新的指令地址，用于给出下一条将要执行的指令的地址。
（2）指令寄存器（IR），是用于接收并保存从内存储器读出来的指令内容的部件，在执行本条指令的整个过程中，为系统运行提供指令本身的主要信息。
（3）指令执行的步骤标记线路，用于标记出每条指令的各个执行步骤的相对次序关系，保证每一条指令按设定的步骤序列依次执行。
（4）全部控制信号的产生部件，它依据指令操作码、指令的执行步骤（时刻），也许还有些另外的条件信号，来形成或提供出当前执行步骤计算机各个部件要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统，正是在这些信号控制下协同运行，执行指令，产生预期的执行结果。
由于上述后两个部分的具体组成与运行原理不同，控制器被分为硬连线控制器和微程序控制器两大类。
微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。
共同点：①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；②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。
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。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，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。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。
微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易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，缺点是运行速度要慢一些。
组合逻辑控制器的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EDA工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。
14.简要说明组合逻辑控制器中的节拍发生器的作用是什么?简述它的运行原理。
答：其作用是提供执行每一条指令的步骤(时序)标记信号和时序脉冲信号。
它是用时序逻辑方式运行的，依据当前的时序状态信息，指令的操作码信息，可能还看指令执行状态的有关信息等，确定出下一个时序状态的值。
15．控制器的设计和该计算机的指令系统是什么关系？
答：控制器的的基本功能，是依据当前正在执行的指令，和它所处的执行步骤，形成并提供在这一时刻整机各部件要用到的控制信号。所以，控制器的设计和该计算机的指令系统是一一对应的关系，也就是控制器的设计应依据指令的要求来进行，特别是要分析每条指令的执行步骤，产生每个步骤所需要的控制信号。
16．指令采用顺序方式、流水线方式执行的主要差别是什么？各有什么优点和缺点？
顺序方式是，在一条指令完全执行结束后，再开始执行下一条指令。优点是控制器设计简单，容易实现，；缺点是速度比较慢。
指令流水线方式是提高计算机硬件性能的重要技术和有效措施，在成本增加不多的情况下很明显地提高了计算机的性能。追求的目标是力争在每一个指令执行步骤中完成一条指令的执行过程。实现思路是把一条指令的几项功能划分到不同的执行部件去完成，在时间上又允许这几个部件可以同时运行。缺点是控制器设计复杂，比较不容易实现，；突出的优点是速度明显提高。
17. 计算机的存储器系统设计是如何实现“容量大”、“速度快”和“成本低”的要求的?
答:将存储器系统设计成由高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器组成的多级结构。
其中高速缓冲存储器的存取速度与CPU速度处于同一个数量级，但其具有价格高、功耗
大、集成度低的特点，所以不适合用作大容量的存储器;主存储器的存取速度略低，价格略高，
具有集成度高、劝耗低的特扁用来荐储痉常使用的数据或程序;辅助存储器是存敢速度相对
较慢但存储容量较大的存储器，用来存储不太常用的大部分程序和数据。
18.说明采用多级结构的存储器系统的目的?说明每一层存储器所用的存储介质的种类。
答：(1)采用多级结构的存储器系统的目的，是通过把读写速度高、但容量较小、存储的单位成本最高的高速缓冲存储器，与读写速度略慢、但容量可以更大、价格适中的主存储器，和读写速度最慢、但容量可以极大、存储价格最低的高速磁盘空间(虚拟存储器)，组织成统一管理与调度的一体化的存储器系统，以便达到高速度、大容量、 低价格的目的，即得到具有更高的运行性能价格比的存储器系统。
(2)高速缓冲存储器用静态存储器芯片实现，主存储器用动态存储器芯片实现，虚拟存储器使用的是高速磁盘上的一片存储空间。
19．使用多体结构的主存储器的目的是什么?什么是低位地址交叉，其优点何在?
答：（！）使用多体结构的主存储器，是为了使用可以独立读写的多个存储器，以提高对它们并行读写、快速得到多个数据的能力，缓解单个主存储器读写速度侵的矛盾。
（2）在多体结构的主存储器中，通常多选用把相邻的存储字存放在不同的存储体中，这被称为低位地址交叉的组织形式，它更符合程序运行的局部性原理，有利于同时(或时间上有覆盖)地读写地址相邻的几个存储字。
20.说明只写一次型光盘的组成?完成读写操作的基本原理?
答：写一次型光盘设备由光盘机和盘片组成。光盘机由主轴驱动机构、读写光头和寻道定
位机构、激光器、光束分离器和光聚焦镜等组成。光盘是圆形的、用于记录信息的盘片，
由基板、铝质反射层和薄金属膜三层结构组成，基板提供合适的机械性能，反射层用于反射
接收到的激光信号，而金属膜则是记录信息(区分“0“、“l”信号)的介质。
激光器可以产生一定亮度(强度)的激光束，是光源部件。光束分离器把接收到的激光束分成为写光束和读光束两部分。调制器用于控制是否要让写光束通过。写光束要通过跟踪反射镜和聚焦镜实现寻道定位，把写光束聚焦为很细的光束打到指定的光盘位置，从而在那里融出一个小于1 的一个小坑，表示已完成1个1信号的写入操作。读出时，读光束也会照射到指定的光盘位置，但它的能量很弱，不会改变金属膜的反射特性，只会把所照到之处有无小坑通过反射光的强弱表现出来，反射回来的光被送到光敏二极管，从而确定读出来的是“1”信号还是“0”信号。由于金属膜的反射特性，一旦被破坏了就不能再恢复，所以这种类型的光盘只能被写一次。
21．在三级存储体系中，主存、外存和高速缓存各有什么作用？各有什么特点？
答：多级存储器系统，是围绕读写速度尚可、存储容量适中的主存储器来组织和运行的， 并由高速缓冲存储器缓解主存读写速度慢、不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储器更大的存储空间，解决主存容量小、存不下规模更大的程序与更多数据的难题，从而达到使整个存储器系统有更高的读写速度、尽可能大的存储容量、相对较低的制造与运行成本。高速缓冲存储器的问题是容量很小，虚拟存储器的问题是读写速太慢。追求整个存储器系统有更高的性能/价格比的核心思路，在于使用中充分发挥三级存储器各自的优势，尽量避开其短处。
22．什么是随机存取方式？哪些存储器采用随机存取方式？
答：RAM，即随机存储器，可以看作是由许多基本的存储单元组合起来构成的大规模集成电路。静态随机存储器（RAM）和动态随机存储器（DRAM）可采用随机存取方式。
23．什么是虚拟存储器？它能解决什么问题？为什么？
答：虚拟存储器属于主存－外存层次，由存储器管理硬件和操作系统中存储器管理软件支持，借助于硬磁盘等辅助存储器，并以透明方式提供给用户的计算机系统具有辅存的容量，接近主存的速度，单位容量的成本和辅存差不多的存储器。主要用来缓解内存不足的问题。因为系统会使用一部分硬盘空间来补充内存。
24．什么是串行接口和并行接口？简述它们的数据传输方式和适用场合。
答：串行接口只需要一对信号线来传输数据，主要用于传输速度不高、传输距离较长的场合。并行接口传输按字或字节处理数据，传输速率较低，实用于传输速度较高的设备，如打印机等。
25.把外围设备传送来的一个数据写进内存储器的一个单元的期间，CPU可能处于何种运行方式? 对采用直接存储器访问的外围设备，要给出中断请求功能吗? 为什么?
答：(1)既要提高高速外围设备与计算机主机(内存储器)之间传送数据的速度，又要降低数据入出对CPlU的时间开销；
(2)在采用总线周期“挪用”方式把外围设备传送来的一个数据写进内存储器的一个单元的期间，CPU可能处于等待使用总线的状态(与DMA竞争使用总线而且末取得总线使用权)，或正在正常执行程序(未遇到与DMA竞争使用总线的情况)；
(3)对采用直接存储器访问的外围设备，也要给出中断请求功能，因为一次数据传送可能要多次(每次传送一批数据)启动口lh4J电传送过程才能完成，每传送完一批数据，DMA卡要送中断请求信号给CPU。
26．CPU在每次执行中断服务程序前后应做哪些工作？
答：CPU在每次执行中断服务程序前完成：关中断；保存断点和被停下来的程序的现场信息；判别中断源，转中断服务程序的入口地址；执行开中断指令。CPU在每次执行中断服务程序后完成：关中断，准备返回主程序；恢复现场信息，恢复断点；执行开中断；返回主程序。
27．回答中断处理功能在计算机系统中的主要作用，至少说出5点。
(1)一种重要的输入输出方式
(2)硬件故障报警处理
(3)支持多道程序运行
(4)支持实时处理功能
(5)支持人机交互的重要手段
(6)支持计算机之间高速通讯和网络功能
(7)支持建立多任务系统和多处理机系统
28. 什么是总线周期?
答:总线周期，通常指的是通过总线完成一次内存读写操作或完成一次输人/输出设备的
读写操作所必需的时间。依据具体的操作性质，可以把一个总线周期分为内存读周期，内存写
周期，1/O读周期，1/O写周期4种类型。
29．总线的信息传输有哪几种方式？具体说明几种方式的特点。
答：总线的传输方式有：串行传送、并行传送、复用传送和数据包传送。
30.按你自己的理解和想象的计算机的硬件(应有中断功能)组成，写出完成下面给定指令格式的指令的执行流程。
(1)累加器内容完成“异或”运算。
“异或”指令的指令格式：
执行流程：
a．程序计数器的内容 地址寄存器
b．读内存，读出的指令 命令寄存器
c．DR的内容或SR双的内容，结出 DR
d．检查有无中断请求，有，则进行相应处理；无，则转入下一条指令的执行过程。
(2)把一个内存单元中的内容读到所选择的一个累加器中。
“读内存”指令的指令格式：
执行流程：
a．程序计数器的内容 一 地址寄存器
b．读内存，读出的指令一 指令寄存器
c．SR的内容 一 地址寄存器(寄存器间接寻址方式)
d．读内存，读出的数据 一DR
e．检查有无中断请求，有，则进行相应处理；无，则转入下一条指令的执行过程。
31.说明采用DMA(直接内存访问)传送方式的目的?DMA接口中比一般输入/输出接口中要多出一些什么功能电路?
答：（！）采用DMA传送方式的月的，是为了在尽量少打扰CPU的 情况下，让高速外设通过DMA
卡成批地与主存储器直接进行数据传送，既保证了CPU高速运算的处理能力，又得到
了高速外设高效率的输入/出能力。
（2）在DMA接口卡中，比一般通用接口卡中要多出内存地址计数器，传送信息数量的计数器，DMA运行方式与口DMA请求、处理的逻辑线路。
32.计算机的CPU通常直接提供并使用3种总线，分别说明地址总线的位数、数据总线的位数和时钟频率对计算机的性能有什么影响，控制总线的具体作用是什么?说明总线周期是什么含义，。总线的等待状态是什么含义?
答：（！）在3种总线中，地址总线的位数决定了最大的主存储器的寻址空间；数据总线的位数与其运行频率的乘积正比于该总线最高的数据传送能力；控制总线的作用是指明总线的周期类型和一次入／出操作完成的时刻。
(2)总线周期是通过总线完成一次数据传送的时间，通常由一次地址时间和一次数据时
间组成，若被读写的存储器或外围设备的运行速度慢，在一次数据时间之内不能完成读
写操作，就要再增加一到多次数据时间，这增加的一到多次数据时间被称为总线的等待状态。
四、计算题
1.把正确的答案或选择写进括号内(二进制需要小数点后保留8位)。
(0.625)10=( 0.011000100101 )BCD=( 0.101 )2=( 0.A )16
(lAA)16二( 000110101010 )z=( 426 )10
2.已知定点小数的真值X= -0.1001,Y=O.0101，分别计算: (1) [X]原、[X]补、[一X]补; (2) [Y]原、[Y]补、[一Y]补; (3)[X+Y]补和[Y-X] 补;
答：(1)[X]原=(1.1001)
[X]补二(1.0111)
[一X]补=(0.1001) (2) [Y]原=(0.0101)
[Y]补=(0.0101) [一Y]补=(1.1011)
(3)[X+Y]补=(1.1100) [Y-X]补=(0.1110)
3．将十六进制数据14.4CH表示成二进制数，然后表示成八进制数和十进制数。
14.4CH=(10100.01001100)2=(14.23)8=(20.21875)10
4．对下列十进制数表示成8位(含一位符号位)二进制数原码和补码编码。
(1)17； [X]原=00010001，[X]补=00010001
(2)-17； [X]原=10010001，[X]补=11101111
5．已知下列各[x]原，分别求它们的[x]反和[x]补。
(1)[x]原=0.10100；[x]反=010100，[x]补=010100
(2)[x]原=1.00111；[x]反=111000，[x]补=111001
(3)[x]原=010100；[x]反=010100，[x]补=010100
(4)[x]原=110100；[x]反=101011，[x]补=101100
6．写出X=10111101，Y=-00101011的双符号位原码，反码，补码表示，并用双符号补码计算两个数的差。
[X]原=00 10111101， [X]反=00 10111101， [X]补=00 10111101
[Y]原=11 00101011， [Y]反=11 11010100， [Y]补=11 11010101
[X]补+[Y]补=00 10010010
7．将十进制数-0．276和47化成二进制数，再写出各自的原码、补码、反码表示(符号位和数值位共8位)。
二进制数 原码 补码 反码
-0．276： -0．01000ll 10100011 11011101 11011100
47： 0101111 010llll 0101111 0101111
8．判断下面的二元码的编码系统是有权码还是无权码，写出判 断的推导过程。
十进制数 二元码的编码
0 0000
l 0111
2 0110
3 010l
4 0100
5 1011
6 1010
7 100l
8 1000
9 1111
(1)推导过程：设4位二元码每位分别为A B C D，且假定其为有权码，则从数值4的编码0100可求得
B的位权为4;
从数值8的编码1000可求得A的位权为8;再从数值7的编码lOOl可求得D的位权为-1；
从数值6的编码1010可求得C的位权为-2.
再用ABCD的位权分别为84—2—1来验证数值0、1、2、3、5、9的编码值，结果都正确。
(2)判断是有权码还是无权码：
结论：该编码系统是有权码。
9．用补码运算方法计算x十Y＝?并判断结果是否溢出(采用双符号位)。
(1) x＝0．10ll Y=0．1100
(2) x= -0．1011 Y=0．1001
(1) x＝0．1011 Y=0．1100
[x]补＝001011， [Y]补＝001100
001011
十 001100
010111 有溢出
(2) x＝-0.1011 Y＝0．1001
．．． [x]补＝11010l [Y]补＝00100l
l1010l
十 00100l
111110 不溢出
10． (21)10＝ (010101 )2＝ (25 )8＝ ( 15 )16
11． x＝-0．100l [x]原＝ (11001 )
[x]补＝(10111 ) [-x]＝( 01001 )
y=0．010l [Y]原＝( 00101 )
[Y]补＝(00101 ) [—Y]补＝(11011 )
[Y—X]补＝( Olll0 )
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