计算机组成原理试题及参考答案.pdf

《计算机组成原理》是计算机科学与技术领域的重要基础课程，涉及计算机硬件系统的基本结构和工作原理。本题集主要涵盖RISC架构的特点、中断系统的设计、计算机时间周期概念、二进制数的表示、CPU内部寄存器的作用、数据传输与指令执行的区分、寻址范围计算以及浮点数运算等多个知识点。 1. **RISC（精简指令集计算机）特征**： - 选择常用且简单的指令，复杂的操作通过简单指令组合实现。 - 指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式有限，简化了指令解析。 - 只允许LOAD和STORE指令进行内存访问，其他指令在寄存器之间操作。 - 多个通用寄存器用于提高数据处理效率。 - 流水线技术使得每个时钟周期可以完成一条指令。 - 控制器通过组合逻辑实现，提高了电路设计的简洁性和效率。 2. **中断系统**： - 中断请求：中断源通过特定的信号向CPU发出中断请求。 - 多中断处理：如果有多个中断源同时请求，需要有优先级机制来决定响应顺序。 - 响应条件：CPU在执行完当前指令或在特定时钟周期后响应中断。 - 现场保护：保存CPU状态以便中断处理完成后恢复。 - 入口地址：中断服务程序的起始地址，通常由硬件自动提供或通过中断向量表查找。 - 现场恢复与返回：中断处理完毕后，恢复被中断的程序状态并返回到中断前的位置。 - 中断嵌套：处理中断过程中新中断的处理策略，需确保正确恢复中断链。 3. **时间周期概念**： - 指令周期：完成一条指令所需的时间，包括取指、分析和执行。 - 机器周期：CPU执行基本操作的基准时间，通常等于取指时间。 - 时钟周期：时钟频率的倒数，是最基本的时间单位，一个机器周期由多个时钟周期组成。 4. **二进制数表示**： - 十进制数-113的原码、反码、补码和移码计算，体现了二进制负数的不同表示形式。 - 最大数比较，涉及不同基数之间的数值转换和比较。 5. **CPU内部结构**： - 程序计数器（PC）负责存储下一条要执行的指令地址，跟踪指令序列。 - 数据传输中，指令和数据的区分主要通过执行周期和取指周期，以及流向控制器和运算器的路径。 6. **寻址范围**： - 计算机的寻址范围基于存储容量和字长，例如16位字长的64KB存储器，寻址范围是32KB（因为地址是字地址）。 7. **浮点数运算**： - 阶码和尾数的概念用于表示浮点数，变形补码运算是浮点数加法的一种方式，涉及到阶码调整和尾数运算。 8. **总线与仲裁**： - 总线是连接计算机各组件的通信路径，包括数据、地址和控制总线。 - 总线仲裁解决多设备共享总线时的冲突，常见方式有串行连接查询、计数器定时查询和独立请求，各有优缺点。 这些知识点构成了计算机硬件系统的基础，理解和掌握它们对于理解和设计计算机系统至关重要。