科生核心硬件课程,

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1、 计算机组成原理是计算机组成原理是广播电视大学计算机专业广播电视大学计算机专业本科生核心硬件课程，必本科生核心硬件课程，必修。修。本课程重点是讲授简本课程重点是讲授简单、单台计算机的基本组单、单台计算机的基本组成原理与内部运行机制。成原理与内部运行机制。课程内容的工程性、技课程内容的工程性、技术性、实用性都比较强，因术性、实用性都比较强，因此，在传授计算机组成的原此，在传授计算机组成的原理性知识之外，还应有较多理性知识之外，还应有较多的设计与实验技能训练。的设计与实验技能训练。完成教学实验和平时完成教学实验和平时的课外作业是可以进入考的课外作业是可以进入考试的试的先决条件先决条件之一，这两之一

2、，这两项成绩占课程总成绩的项成绩占课程总成绩的20%的比例，很重要。的比例，很重要。主教材是本课程最主要主教材是本课程最主要的教学媒体，是教学及考试的教学媒体，是教学及考试的基本依据。本课程教学大的基本依据。本课程教学大纲规定的具体内容，主要将纲规定的具体内容，主要将通过本教材体现出来。通过本教材体现出来。期末考试主要考核同学对该期末考试主要考核同学对该课程中原理性和技术方面的课程中原理性和技术方面的知识的掌握程度。考试只限知识的掌握程度。考试只限于第于第2 2到第到第5 5章内容。具体以章内容。具体以每章的每章的“本章主要教学内容本章主要教学内容”中叙述为依据。中叙述为依据。参照平时所留作业

3、题目参照平时所留作业题目和和“计算机组成原理计算机组成原理”试题试题类型及解答。要强调，注意类型及解答。要强调，注意力不应放在实例、线路的具力不应放在实例、线路的具体内容。要掌握组成的原理体内容。要掌握组成的原理知识，技术思路内容。知识，技术思路内容。附附 录录 计算机组成原理计算机组成原理 试题类型及解答试题类型及解答一一（10分）分）1 将将十十进进制制数数+107/128 和和 52化化成成二二进进制制数数，再再写写出出各各自自的的原原码码、反反码码、补补码码表表示示（符符号号位位和和数数值值位位共共8位位）。数制转换，定点小数和数制转换，定点小数和整数的原、反、补码表示；整数的原、反、

4、补码表示；补码加减运算，原码一补码加减运算，原码一位乘除运算，浮点数表示和位乘除运算，浮点数表示和运算等是重点内容。运算等是重点内容。答案：答案：+107/128=0.1101011 52=110100 原码原码 01101011 10110100 反码反码 01101011 11001011 补码补码 01101011 11001100考核的知识点：考核的知识点：（1）十进制的小数、整数）十进制的小数、整数转换为二进制数转换为二进制数（2）二进制的小数、整数）二进制的小数、整数的原码、反码、补码表示的原码、反码、补码表示 转换转换+107/128 的巧性。的巧性。（10分）分）3.设设 A=

5、0.101101 2-3,B=0.101001 2-2,首先将首先将A、B表示为规格化表示为规格化的浮点数；的浮点数；要求阶码用要求阶码用4位（含阶位（含阶符号）移码表示，尾数用符号）移码表示，尾数用8位（含浮点数的符号）原码位（含浮点数的符号）原码表示；再写出表示；再写出A+B的计算步的计算步骤和每一步的运算结果。骤和每一步的运算结果。答案：答案：0.101101 2-3的浮点数的的浮点数的格式：格式：1 0101 1011010 101001 2-2 的浮点数的格的浮点数的格式：式：0 0110 1010010 计算计算A+B：(1)求阶差：求阶差：E =01010110 =0001(2)

6、对阶：对阶：A变为变为 1 0110 01011010(3)尾数相加，用双符号位尾数相加，用双符号位 11 10100110 +00 1010010 00 0100101(4)规格化：左规，尾数规格化：左规，尾数为为 0 1001010，阶码为，阶码为0101(5)无舍入操作，亦不溢出，无舍入操作，亦不溢出，故最的终浮点数格式的故最的终浮点数格式的 结果：结果：0 0101 1001010，即即 +0.1001010 2-3。考核的知识点：考核的知识点：（1）补码加减法运算补码加减法运算（2）浮点数格式与表示；浮点数格式与表示；（3）浮点数的加、减运算。浮点数的加、减运算。（4）规格化，隐藏位

7、）规格化，隐藏位 数据编码的某些概念也数据编码的某些概念也该掌握，例如二该掌握，例如二-十进制编十进制编码（码（BCDBCD码），位权、有权码），位权、有权码与无权码，检错纠错码的码与无权码，检错纠错码的实现思路等。实现思路等。定点运算器的功能、组定点运算器的功能、组成、控制与使用办法应原理成、控制与使用办法应原理性的掌握，但并不要求记住性的掌握，但并不要求记住Am2901Am2901芯片这个具体运算器芯片这个具体运算器实例的有关内容实例的有关内容；（10分）分）2.按你的理解，画按你的理解，画出一个相对完整的定点运算出一个相对完整的定点运算器的示意组成框图，包括入器的示意组成框图，包括入出数

8、据和基本的控制信号。出数据和基本的控制信号。答案：（略）答案：（略）考核的知识点：考核的知识点：(1)定点运算器功能与组成：定点运算器功能与组成：算逻运算部件算逻运算部件ALU，多累加器多累加器GR，乘商寄存器乘商寄存器(2)运算器的控制与使用。运算器的控制与使用。对指令系统的要求，指对指令系统的要求，指令的功能安排，指令格式和令的功能安排，指令格式和寻址方式内容是重点。寻址方式内容是重点。控制器的功能与组成控制器的功能与组成（包括微程序的和组合逻辑（包括微程序的和组合逻辑的控制器）的控制器）二二（8分）分）1.举例说明计举例说明计算机中常用的四种寻址方式算机中常用的四种寻址方式（寄存器寻址，

9、寄存器间接（寄存器寻址，寄存器间接寻址，变址寻址，堆栈寻址）寻址，变址寻址，堆栈寻址），从形式地址到得到操作数，从形式地址到得到操作数的寻址处理过程。的寻址处理过程。答案：答案：（1）寄存器寻址，形式地）寄存器寻址，形式地址为寄存器名（或编号），址为寄存器名（或编号），寄存器中的内容为操作数；寄存器中的内容为操作数；（2）寄存器间接寻址，）寄存器间接寻址，形式地址为寄存器名形式地址为寄存器名（或编号），寄存器中的内（或编号），寄存器中的内容为操作数的地址，再读一容为操作数的地址，再读一次内存得到操作数；次内存得到操作数；（3）变址寻址，形式地址）变址寻址，形式地址为变址寄存器名（或编号）为变址

10、寄存器名（或编号）和变址偏移值，把变址寄存和变址偏移值，把变址寄存器中内容与变址偏移值相加器中内容与变址偏移值相加得到操作数的地址，再读一得到操作数的地址，再读一次内存得到操作数；次内存得到操作数；（4）堆栈寻址，通常形式）堆栈寻址，通常形式地址为将写入堆栈的、或接地址为将写入堆栈的、或接收堆栈读出内容的寄存器名收堆栈读出内容的寄存器名（或编号），指令中不直接（或编号），指令中不直接给出内存地址，用默认堆栈给出内存地址，用默认堆栈指针指针SP，修改修改SP操作。操作。考核的知识点：考核的知识点：(1)指令格式与指令中的指令格式与指令中的操作数地址表示；操作数地址表示；(2)形式地址与实际地址形

11、式地址与实际地址的概念；的概念；(3)寻址的处理过程。寻址的处理过程。指令的执行步骤等要确指令的执行步骤等要确实掌握，这在作业、实验、实掌握，这在作业、实验、模拟试题中有明确体现。包模拟试题中有明确体现。包括微程序的和组合逻辑的控括微程序的和组合逻辑的控制器中用到的一些重要部件制器中用到的一些重要部件的有关内容。的有关内容。（10分）分）2原理性地说明原理性地说明 ADD R0,R1指令、指令、条件相对转移指令的指令条件相对转移指令的指令格式和执行步骤。格式和执行步骤。答案：答案：ADD R0，R1，指令格式和内容：指令格式和内容：指令中给出操作码和指令中给出操作码和R0、R1的编号；的编号；

12、指令执行步骤：指令执行步骤：（1）程序计数器（）程序计数器（PC）的的内容送地址寄存器内容送地址寄存器（2）读内存，读出内容送）读内存，读出内容送指令寄存器（指令寄存器（IR）；）；PC内容内容+1（增量）；（增量）；（3）R0、R1送送ALU，ALU执行加运算，运算结果执行加运算，运算结果存回存回R0寄存器；寄存器；保存运算保存运算结果的特征状态。结果的特征状态。（4）检查有无中断请求，检查有无中断请求，有，则响应中断，无则转入有，则响应中断，无则转入下一条指令的执行过程。下一条指令的执行过程。条件相对转移指令，指条件相对转移指令，指令中给出操作码和相对转移令中给出操作码和相对转移偏移值，条

13、件转移要依据的偏移值，条件转移要依据的转移判断条件；指令的执行转移判断条件；指令的执行步骤：其中（步骤：其中（1）、（）、（2）步）步的取指和最后一步的判中断的取指和最后一步的判中断同前一条指令的处理；同前一条指令的处理；（3）执行条件转移指令时，）执行条件转移指令时，要判别指定的条件，要判别指定的条件，若为真，若为真，才执行：尚未修才执行：尚未修改的改的PC内容送内容送ALU，相对相对转移偏移值送转移偏移值送ALU，ALU执行加操作，结果送入执行加操作，结果送入PC；否则顺序执行下条指令；否则顺序执行下条指令；考核的知识点：考核的知识点：（1）典型指令的指令格式典型指令的指令格式设计；设计；

14、（2）典典型型指指令令的的执执行行步步骤骤设计；设计；（12分）分）3说明计算机的组合逻辑说明计算机的组合逻辑控制器和微程序控制器在组控制器和微程序控制器在组成和运行原理两个方面的同成和运行原理两个方面的同异之处，比较它们的优缺点异之处，比较它们的优缺点答案：答案：组合逻辑的控制器组合逻辑的控制器和微程序的控制器是计算机和微程序的控制器是计算机中两种不同类型的控制器，中两种不同类型的控制器，其共同点是：基本功能都是其共同点是：基本功能都是提供计算机各个部件协同运提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号，行所需要的控制信号，组成部分都有程序计数组成部分都有程序计数器器PC，指令寄存器指令寄存器

15、IR，都都分成几个执行步骤完成每一分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能；条指令的具体功能；不同点主要表现在：处不同点主要表现在：处理指令执行步骤的办法，提理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样，供控制信号的方案不一样，组合逻辑控制器是用节组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号，提供的控制信号，其优点是运行速度明显地快，其优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，缺点是设计与实现复杂些，大规模现场可编程电路出现，大规模现场可编程电路出现，该缺点已得到很大缓解；该缺点已得到很大缓解；微

16、程序的控制器是通过微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信执行步骤，应提供的控制信号是从控制存储器中读出来号是从控制存储器中读出来的，并经过一个微指令寄存的，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件的，器送到被控制部件的，其缺点是运行速度要慢一些，其缺点是运行速度要慢一些，优点是设计与实现简单些，优点是设计与实现简单些，易于用于实现系列计算机产易于用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现品的控制器，理论上可实现动态微程序设计。动态微程序设计。考核的知识点：考核的知识点：(1)组合逻辑和微程序的两组合逻辑和微程序的两种控制器功能与组成；种控制器

17、功能与组成；(2)组合逻辑和微程序的控组合逻辑和微程序的控制器的运行原理；制器的运行原理；(3)组组合合逻逻辑辑和和微微程程序序控控制制器的应用场合与优缺点。器的应用场合与优缺点。多级存储器系统的基本多级存储器系统的基本组成，各级存储器所用介质组成，各级存储器所用介质的特性，多级结构存储器结的特性，多级结构存储器结构应满足的原则，以及它得构应满足的原则，以及它得以高效运行的原理。以高效运行的原理。三三（10分）分）1说明多级结构说明多级结构的存储器系统是建立在什么的存储器系统是建立在什么原理之上的？解释什么是多原理之上的？解释什么是多级结构存储器系统中的一致级结构存储器系统中的一致性原则和包含

18、性原则？性原则和包含性原则？答案：建立在程序运行的局答案：建立在程序运行的局部性原理之上的，可以按所部性原理之上的，可以按所使用的指令和数据的急迫和使用的指令和数据的急迫和频繁程度，将其存入容量、频繁程度，将其存入容量、速度、价格不同的存储器中，速度、价格不同的存储器中，取得更高性能价格比。取得更高性能价格比。一致性原则，指保存在一致性原则，指保存在不同级的存储器中同一个数不同级的存储器中同一个数据必须有相同的值；据必须有相同的值；包含性原则，保存在内包含性原则，保存在内层存储器（靠近层存储器（靠近CPU）中的中的数据定也被保存在外层。数据定也被保存在外层。考核的知识点：考核的知识点：（1）多

19、级结构的存储器多级结构的存储器系统的运行原理；系统的运行原理；（2）多多级级结结构构存存储储器器系系统统运运行行的的必必备备条条件件（基基本本原原则则）；主存储器（动、静态芯主存储器（动、静态芯片，多体结构）、高速缓冲片，多体结构）、高速缓冲存储器（存储器（3种组成、映射种组成、映射 和和命中率）、虚拟存储器（地命中率）、虚拟存储器（地址变换：段表、页表）各自址变换：段表、页表）各自的组成与运行原理；的组成与运行原理；（10分）分）2.用用16K 8 bit 的的静态器件实现静态器件实现64K 16 bit的的主存储器系统，按字寻址，主存储器系统，按字寻址，设计并画出主存储器的逻辑设计并画出主

20、存储器的逻辑框图，地址和数据总线的位框图，地址和数据总线的位数，与数，与CPU连接关系。连接关系。答案：答案：所用器件容量为所用器件容量为16K 8 bit，实现实现64K容量，要容量，要用用4片芯片实现容量扩展，片芯片实现容量扩展，实现实现16位字长，每个字用位字长，每个字用2片芯片实现，故该主存总计片芯片实现，故该主存总计用用8片存储器芯片实现。片存储器芯片实现。要寻址要寻址64K字，内存地址应字，内存地址应为为16位；位；CPU与内存字长为与内存字长为16位，故数据总线也应为位，故数据总线也应为16位。位。读写控制信号送到每个内读写控制信号送到每个内存片，省略未画。存片，省略未画。考核的

21、知识点：考核的知识点：（1）动、静态芯片特性动、静态芯片特性 （2）内存与内存与CPU连接；连接；（3）存储器字、位扩展；存储器字、位扩展；（4）高高速速缓缓冲冲存存储储器器系系统统的实现和读写原理。的实现和读写原理。外存储设备（磁盘、磁外存储设备（磁盘、磁带、光盘）的组成与使用，带、光盘）的组成与使用，有关磁盘阵列和容错方面的有关磁盘阵列和容错方面的知识要掌握，属于概念性知知识要掌握，属于概念性知识较多。以作业和模拟试题识较多。以作业和模拟试题的有关题目为参照。的有关题目为参照。计算机输入计算机输入/输出子系输出子系统的组成、功能、运行方式、统的组成、功能、运行方式、具体使用方法等为主线索，

22、具体使用方法等为主线索，包括计算机总线、输入包括计算机总线、输入/输输出接口和输入出接口和输入/输出设备输出设备3个个层次的逻辑部件和设备。层次的逻辑部件和设备。包括必要的一些原理性包括必要的一些原理性知识，更多地从实用的角度，知识，更多地从实用的角度，来掌握上述有关内容。各项来掌握上述有关内容。各项实例是为深入理解原理，不实例是为深入理解原理，不必记忆这些实例本身的具体必记忆这些实例本身的具体细节内容。细节内容。通用可编程接口的一般通用可编程接口的一般组成，常用的输入组成，常用的输入/输出方输出方式，重点是程序中断和直接式，重点是程序中断和直接内存访问（内存访问（DMA）方式。以方式。以作业

23、和模拟试题的有关题目作业和模拟试题的有关题目为参照。为参照。四四（10分）分）1说明通用可编说明通用可编程输入程输入/输出接口中应包括输出接口中应包括哪些组成部件，各自的功能，哪些组成部件，各自的功能，通用可编程接口一词中的通通用可编程接口一词中的通用和可编程是何含义。用和可编程是何含义。答案：答案：设备识别电路，设备识别电路，用于用于CPU找到要用的设备；找到要用的设备；数据缓冲（输入数据缓冲（输入/输出）输出）寄存器，用于解决寄存器，用于解决CPU与设与设备间交换数据时的缓冲问题备间交换数据时的缓冲问题 控制寄存器，用于存放控制寄存器，用于存放CPU送到接口的控制命令等；送到接口的控制命令

24、等；状态寄存器，指出设备的状态寄存器，指出设备的运行状态，供运行状态，供CPU查询；查询；中断逻辑电路，用于记中断逻辑电路，用于记忆中断请求，处理屏蔽中断，忆中断请求，处理屏蔽中断，响应中断及处理等；响应中断及处理等；其它可能有关的电路（如其它可能有关的电路（如电平转换、串并行转换等）电平转换、串并行转换等）通用可编程接口一词中通用可编程接口一词中的通用，是指该接口电路有的通用，是指该接口电路有多种功能和用法，可编程则多种功能和用法，可编程则指可以用计算机指令指定该指可以用计算机指令指定该接口的功能、运行方式、运接口的功能、运行方式、运行控制参数等。行控制参数等。考核的知识点：考核的知识点：（

25、1）接口中的功能电路；接口中的功能电路；（2）通用、可编程接口电通用、可编程接口电路中的有关概念；路中的有关概念；（3）通通用用、可可编编程程接接口口电电路的初始化和使用问题；路的初始化和使用问题；输入输入/输出设备的种类输出设备的种类繁多，特别强调以点阵式方繁多，特别强调以点阵式方式运行的设备的组成及其工式运行的设备的组成及其工作原理。作原理。（5分）分）2.说明激光打印机说明激光打印机原理性组成和完成打印操作原理性组成和完成打印操作的运行过程；的运行过程；答案：答案：激光打印机原理性组激光打印机原理性组成，记录鼓，带电器，印字成，记录鼓，带电器，印字机控制器，碳粉盒，走纸机机控制器，碳粉盒

26、，走纸机构，转印装置，加热部分等构，转印装置，加热部分等 打印操作的运行过程：打印操作的运行过程：带电器在记录鼓表面充一层带电器在记录鼓表面充一层电荷，印字机控制器把要打电荷，印字机控制器把要打印的内容（如字符）的点阵印的内容（如字符）的点阵信息以激光束的形式照射到信息以激光束的形式照射到已带电的记录鼓表面，已带电的记录鼓表面，以放掉无打印点要求的全部以放掉无打印点要求的全部位置上的电荷，位置上的电荷，当记录鼓转动到碳粉盒当记录鼓转动到碳粉盒处，有打印点要求的位置上处，有打印点要求的位置上的电荷会将碳粉吸引上来，的电荷会将碳粉吸引上来，当记录鼓某区域转动到当记录鼓某区域转动到转印装置处时，打印

27、纸正处转印装置处时，打印纸正处在记录鼓和转印装置之间，在记录鼓和转印装置之间，转印装置上所加的更强的反转印装置上所加的更强的反向电荷将把记录鼓上所带有向电荷将把记录鼓上所带有字形碳粉吸引到打印纸上，字形碳粉吸引到打印纸上，加热部分将把纸上的碳加热部分将把纸上的碳粉熔化并烘干，使已在打印粉熔化并烘干，使已在打印纸上的字形牢固地保存下来，纸上的字形牢固地保存下来，完成了打印过程。完成了打印过程。考核的知识点：考核的知识点：（1）激光打印机组成；）激光打印机组成；（2）激光打印机完成打印）激光打印机完成打印操作的运行过程；操作的运行过程；（3）最常用的输入）最常用的输入/输出设输出设备的组成及其运行

28、原理。备的组成及其运行原理。总线组成的一般浅显知总线组成的一般浅显知识，总线使用中通常会遇到识，总线使用中通常会遇到的基本概念，如单总线与多的基本概念，如单总线与多总线、总线周期与总线周期总线、总线周期与总线周期类型、总线的等待状态、成类型、总线的等待状态、成组数据传送方式等内容。组数据传送方式等内容。（5分）分）3.总线上的总线上的BURST传送传送方式（成组数据传送）与正方式（成组数据传送）与正常传送方式的区别是什么常传送方式的区别是什么?简要说明一次中断的响应与简要说明一次中断的响应与处理过程。处理过程。答案：答案：BURST传送方式是传送方式是一次地址时间跟多次数据时一次地址时间跟多次

29、数据时间，高速完成一组（多个）间，高速完成一组（多个）数据传送；正常传送方式是数据传送；正常传送方式是通过一次地址时间跟一次数通过一次地址时间跟一次数据时间完成一个数据传送；据时间完成一个数据传送；中断的响应与处理：中断的响应与处理：有中断请求时，若系统有中断请求时，若系统允许中断，允许中断，CPU处理的程序处理的程序优先级比请求的中断优先级优先级比请求的中断优先级低，又到指令执行结束时刻，低，又到指令执行结束时刻，则则CPU将可响应中断。将可响应中断。处理中断过程：处理中断过程：关中断；保存断点和现场；关中断；保存断点和现场；判中断源并转服务程序；判中断源并转服务程序；开中断；执行中断服务程序；开中断；执行中断服务程序；关中断；恢复现场和断点；关中断；恢复现场和断点；开中断；返回断点。开中断；返回断点。考核的知识点：考核的知识点：（1）总线的工作方式；）总线的工作方式；（2）响应中断条件与时刻；）响应中断条件与时刻；（3）一次中断处理过程。）一次中断处理过程。（4）常用的输入）常用的输入/输出方式；输出方式；（5）DMA接口及工作过程接口及工作过程