2023年自考计算机原理考点

第1章计算机系统概论电子计算机是一种可以自动、高速、精确地对各种信息进行解决和存储的电子设备,从总体上可以分为两大类:电子模拟计算机和电子数字计算机。1．1计算机发展简史［填空]计算机最初是作为一种计算工具而问世的。早在计算机问世之前，就有各种各样的计算工具。纵观计算工具的发展历史，人类的计算工具已经通过了算筹、算盘、计算尺、手摇计算机、电动计算机、真空管计算机、晶体管计算机、大规模集成电路计算机,正在向生物计算、光计算、量子计算等方向探索。[单选、填空]ＥＮIAC是个划时代的创举,是世界上第一台电子数字计算机，成为现代数字计算机的始祖。1.2计算机系统[单选、填空]一个完整的计算机系统涉及硬件和软件两大部分。硬件是指计算机的所有器件或装置的总称,它们是“看得见、摸得着"的有形设备。软件是相对硬件而言的，是指在计算机硬件上运营的各种程序以及有关文档资料,例如操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、数据库管理系统、专用软件包、各种维护使用手册、程序流程图和说明等，是无形的东西。’。硬件是计算机系统的物质基础，没有硬件对软件的支持,软件的功能就无从谈起，也就无法计算、解决某一方面的问题。同样,软件是计算机系统的灵魂,是硬件功能的完善与扩充。没有软件，计算机“仍是个“死"东西,主线无法工作。因此，计算机的硬件与软件是互相渗透、互相依存、互相配合、互相促进的关系,两者缺一不可。所以计算机系统性能的好坏取决于软、硬件功能的总和。[简答]冯·诺依曼思想体制重要涉及:(1)采用二进制数字代码形式表达各种信息。(2)采用存储程序控制工作方式。(3)计算机硬件由五大部件组成。计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成,其组成框图如图1—1所示。图中，空心箭头代表数据信号流向，实心箭头代表控制信号流向。[填空]运算器是对信息进行运算和解决的部件。在计算机中的运算有两类:算术运算和逻辑运算。运算器重要由算术逻辑运算部件(ALU)和用来暂存数据或存放运算结果的一系列寄存器组成。[单选、填空]通常,人们把运算器和控制器统称为中央解决机(CPＵ)，而把CPU和内部存储器一起称为主机。主机内的存储器称为内部存储器或简称内存，位于主机之外的存储器称为外部存储器或简称外存。外存和输入、输出设备一起又统称为外部设备或简称外设。[单选、填空]总线通常涉及数据总线、地址总线和控制总线[简答]计算机系统的层次结构如下:(1)数字逻辑层。最底层是由逻辑门组成的逻辑电路,称为数字逻辑层。(2)微程序设计层。这是一个实在的硬件层，它是机器硬件直接执行微指令。假如某一个应用程序直接用微指令来编写，那么可在这一级上运营该应用程序。对于非微程序控制的计算机,此层合并人数字逻辑层。(３)机器语言层。又称为一般机器层，它是微程序解释机器指令系统。(4）操作系统层。它由操作系统程序实现，而操作系统由机器指令和广义指令组成。所谓广义指令，是操作系统定义和解释的软件指令。（5)汇编语言层。它给程序员提供一种符号形式的语言，以减少程序员运用机器语言编写程序的复杂性。这一层由汇编程序支持或执行。(6)高级语言层。这一层由各种高级语言编译程序支持。高级语言层上运营的程序是用比汇编语言更高级、更接近人类自然语言的高级语言所编写的。高级语言程序员在这一级上不需要了解计算机硬件、编译及操作系统等内容。１·3计算机系统的技术指标[填空、简答]计算机系统的技术指标如下．(1)字长是指计算机的运算部件能同时解决的二进制数据的位数。字长通常是字节的整倍数：它与计算机的功能和用途有很大的关系。字长不仅决定着寄存器、加法器、数据总线等部件的位数,直接影响着硬件的代价，并且还决定了计算机的运算精度。字长越长:计算机的运算精度就越高。（2）内存容量。一个内存所能存储的所有信息量称为内存容量。它可以以字长为单位来计算,也可以以字节为单位来计算。在以字节为单位时,约定以８位二进制位为一个字节(Byｔｅ,缩写为B)。(２）运算速度。它是用每秒能执行的指令条数来表达的,单位一般用MIＰS(每秒百万条指令)表达。第2章数字逻辑基础2．1逻辑代数与逻辑门[简答]逻辑代数与普通代数的区别如下:逻辑代数和普通代数同样用字母代表变量,称为逻辑变量。和普通代数不同的是,逻辑变量的取值只有两种:”1”和”0”,这里的”１＂和”0”，不再像普通代数那样具有数值大小的含义，而是表达所研究问题的两个互相对立的逻辑状态。在逻辑关系中,最基本的逻辑关系只有“与"、“或’’和“非"三种,因此逻辑代数中变量的运算也只有“与"、“或’’和“非”三种基本逻辑运算，而其他任何复杂的逻辑运算都可以用这三种基本逻辑运算来实现。1.逻辑“与＂关系若假设在表2—1中,用“1"表达开关闭合或灯亮,用“0"表达开关断开或灯灭，便可以得到反映开关状态与灯亮/灭之间因果关系的数学表达形式——逻辑真值表，简称真值表,如表2—２所示。由表2-2可知，逻辑变量Y与逻辑变量A、Ｂ之间的关系是：只有当A与B都是“1”是,Y才为“1”；否则,Y为“0”。这一关系用逻辑表达式表达为:Y＝A·B或Ｙ＝AＢ式中,“·＂表达逻辑变量A、B的“与＂运算，又称为逻辑乘。逻辑与运算的规律是:0·0=＝00·１=＝０1.0==０1.１＝=12.逻辑“或"关系其逻辑表达式表达为：Ｙ=A＋B式中，“+＂表达逻辑变量A、B的“或”运算，又称为逻辑加。逻辑或运算的规律是:0+0=00＋1＝１1+0＝11+1=13.逻辑“非＂关系当决定一件事情的条件不具有时，这件事情才会发生，这样的逻辑关系称为逻辑“非’’关系。非就是相反,就是否认。当开关A闭合时，灯Ｙ灭；而当开关A断开时,灯Y会亮。所以对灯Ｙ亮这一事件来说，开关Ａ闭合是一种“非"的逻辑关系。其逻辑表达式表达为:Y=式中,字母A上方的符号“一”表达逻辑变量A的“非”或“反’’运算。逻辑非运算的规律是:0=14．常用复合逻辑运算除了与、或、非这三种基本逻辑运算之外,经常用到的尚有基于这三种基本运算构成的一些复合运算，它们是与非(先“与’’后“非’’)、或非(先“或”后“非”)、异或等运算。与非、或非和异或运算的逻辑表达式分别是：A∙5．逻辑代数的运算法则[计算]根据逻辑与、或、非的三种运算法则,可推导出逻辑运算的一些基本定律和法则,其中最常用的有以下几种：关于变量与常量的关系A+0=AA∙0=A反复律A∙吸取率A+分派律AA+B互换律A+B=B+A结合律A+BA∙B反演律A∙B∙C…A+B+C…=A+2.２组合逻辑电路.[单选、填空]通常数字系统的逻辑电路可以分为两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路是指电路的输出状态只与当时输入状态有关，而与电路的以前状态无关,即输出与输入的关系具有即时性,不具有记忆功能。2.3常用时序电路[单选、填空］逻辑电路中的输出状态不仅与当时的输入状态有关,并且还与电路以前的输入状态有关，这种逻辑电路称为时序逻辑电路。因此，时序逻辑电路中必须要有可以储存信息的记忆元件――触发器。触发器也是构成各种复杂时序逻辑电路中的基本部件。[单选、填空]触发器的种类很多，准时钟控制方式来分，有电位触发、边沿触发、主从触发等方式的触发器;按功能来分，有RS型、D型、JK型等触发器。同一功能的触发器可以由不同的触发方式来实现,因此在选用触发器时必须考虑触发方式。.[单选、填空]计算机中的许多部件都需要有可以暂时寄存数据的部件,而寄存器就是这样的部件,它具有接受信息、存放信息或传递信息的功能。寄存器重要由触发器和一些控制门构成。由于一个触发器只能存放1位二进制信息,那么存放n位二进制信息的寄存器就需要n个触发器来构成。[简答]74ＬS１７5的具体逻辑功能如下：（1）异步清零。当ＭR=０时，寄存器处在异步清零工作方式。这时，不管其他输人端的状态如何（涉及时钟信号CＬK)，寄存器Q3~Q0被直接清零。由于清零不受时钟信号CLK控制,因而称为异步清零。(2）同步并行置数。当ＭR＝1时,在CLK上升沿作用下，数据输人端Ｄ3~D0的数据将被分别置人Ｑ3～Q0。由于置数操作要与CLＫ上升沿同步,且D３～D0的数据同时置人寄存器,所以称为同步并行置数。(3)保持功能。当MR=１时，在CLK上升沿以外的时间，寄存器的内容保持不变,即各个输出端的状态与输人数据无关。[填空］移位寄存器不仅可以存储数据,并且具有移位的功能。按照数据移动的方向，可分为单向移位和双向移位两大类。[填空、简答]计算器的分类重要有下面几种:(１）按构成计数器的触发器的翻转顺序分类,可分为异步计数器和同步计数器。.当计数脉冲CＬK输入时,所有触发器同时都翻转的计数器称为同步计数器；当计数脉冲CＬK输人时,各级触发器不同时翻转的计数器称为异步计数器。(2)按计数过程中计数器中数字的增减来分类，可分加法计数器、减法计数器和可逆计数器(加减计数器)。(３）按计数器中数字的编码方式来分类，可分为二进制计数器和十进制计数器。第３章计算机中的信息表达［填空]在计算机中,信息分为两大类:数据信息和控制(指令）信息。数据信息泛指计算机解决的对象,它们又可分为数值型数据和非数值型数据。（如文字、声音、图像等);控制信息就是控制计算机工作的信息,计算机执行指令时,用指令产生的各种操作命令控制有关操作,所以指令序列属于控制信息。3．1数值型数据的表达［填空]所谓进位计数制，就是人们运用数字符号来计数的方法。凡是用数字符号排列，按由低位向高位进位计数的方法叫做进位计数制,简称计数制或进位制。进位计数制有很多种，计算机科学中常用的是二进制、十进制、十六进制。[填空]一个数无论采用何种进位制表达,都包含两个基本要素：基数和位权。基数任何一种计数制允许选用的基本数字符号的个数叫做基数。例如，十进制中有0~9共十个符号，基数为10；二进制中只有0和1共两个符号,基数为2。位权一个数字符号所表达的数值等于该数字乘以一个与它所在数位有关的常数,这个常数叫做“位权”，简称“权”。位权的大小是指以基数为底,数字符写所在位置的序号为指数的整数次幂。［简答］二进制数与其他数制相比,具有以下一些特点：（1)容易实现。(2)工作可靠。(３)运算简朴。(4）便于逻辑运算与逻辑设计。[计算]无符号数是指整个机器字长,的所有二进制位均表达数值位（没有符号位),相称于数的绝对值。对于机器字长为,ｎ位的无符号数的表达范围是0~(2n-1)带符号数的正号“＋”或负号“－”,计算机是无法辨认的，因此在计算机中需要把数的正、负符号数码化。一般用数的最高位表达数的正负，通常约定“0”表达正号，“1”表达负号。[计算]十进制使用的数字符号为0~9共10个符号,各位的权是以10为底的幂;二进制使用的数字符号为0和1，各位的权是以２为底的幂。十六进制使用数字０、1、……、9,以及英文字母Ａ、Ｂ、Ｃ、D、Ｅ、F，共１6个符号,其中,A、B、C、Ｄ、E、F分别代表十进制数中的１0、1１、。12、１3、14、15，各位的权是以16为底的幂。(1）十进制数转换为二进制数整数用“除2取余”,小数用“乘2取整’’的方法。例如：(（２）十六进制数转换为二进制数不管是十六进制的整数部分或小数部分，只要把每一位十六进制数用等值的四位二进制数代替即可。例如：(3AB.7E(3)二进制数转换为十六进制数整数部分由小数点向左每四位一组,小数部分由小数点向右每四位一组,局限性四位的补0，然后用四位二进制数的等值十六进制数代替即可。例如：(010［计算］一个数在计算机内的表达形式称为机器数,这个数自身的值称为该机器数的真值。将真值转换为计算机硬件可以直接辨认、解决的机器数时，根据其数值部分编码方法的不同，相应的机器数又有三种不同的编码:原码、反码、补码。(1）原码表达法原码表达法是一种最简朴的机器数表达法,其最高位为符号位，符号位为“0’’表达正数,符号位为“1”表达负数。数值位部分与真值相同。例如:X=X=真值“0”在原码中有两种表达形式,即：[+0对于8位原码表达的数值范围是+１27~－127,[+127(２)反码表达法对于正数，反码与原码相同；对于负数,除符号位仍为“1”外，其余各数值位是“按位取反”。例如:X=反码的“０”也有两种表达形式，即：[+0对于8位反码表达的数值范围为+1２7~－12７，[(３)补码表达法[X其中，模M=基数n，ｎ为计量装置的位数(字长)。对于正数,与反码同样,正数的补码与原码相同;对于负数，除符号位仍为“1”外，其余各数值位“例如：X=-1101001补码的“0”只有一种表达形式：[+0对于８位补码表达的数值范围为+１27~-128，[+127［计算]通常在编程时用真值来表达数值,通过编译、解释后转换成用原码或补码表达的机器数。因此，在计算机中需要将真值或原码形式表达的数据转换为补码形式,以便于机器对其进行运算。下面先从原码形式入手来求补码。当Ｘ为正数时,[X当X为负数时,[X]补等于把[X]原除去符号位外的各位求反后再末位加“１”。当X为负数时,已知[X当X为负数时,由[X]补转换为[X]补的另一种更有效的方法是:自低位向高位，尾数的第一个“１＂及其右部的“0”保持不变，左部的各位取反，符号位保持不变。这种方法避免了加例如:[X[X]也可以直接由真值Ｘ转换为[X]补，其方法更简朴:数值位自低位向高位,尾数的第一个“1”及其右部的“０”保持不变，左部的各位取反,负号用“1”表达。注意,例如:X=－0０01010[X[计算]计算机中的一般数据有两种表达格式：定点表达与浮点表达。所谓定点与浮点，是指数中小数点的位置是固定的还是浮动的。(1）定点表达定点表达分为定点小数和定点整数。假设字长是n＋1位,则定点小数的原码表达范围是:1-2-n~-(1-2-n),的补码表达范围是：2（2)浮点表达一个浮点数N由阶码E和尾码M两部分组成。任意一个二进制数据N都可以表达为：N=±M×2中M是尾数，E是阶码,而基数2隐含。例如:-101.0011=-0.1010011×2对于二制数据Ｎ来说:当阶码E=0，若尾数Ｍ为纯小数,则数据N为定点小数。当阶码E=０，若尾数M为纯整数,则数据N位定点整数。当阶码Ｅ为住意整数，此时数据N为浮点数[填空]BCD码的编码形式可以有多种，其中最自然、最简朴的一种形式是8421BＣD码，即4位二进制数的权从左往右分别为8、4、２、1。3．2非数值型数据的表达［单选、填空］计算机中的字符是用7位二进制编码来表达的,并且经常用一个字节来保存这个二进制数。现在世界上最通用的编码方案是AＳCＩI。在ASCIＩ字符编码表中可以看到，一个字节中的7位二进制数给出厂１2８个编码,表达１28个不同的字符。[单选、填空］用计算机进行汉字信息解决,必须将汉字代码化，即对汉字进行编码,称为汉字输人码。汉字的编码有输入码、内码、字形码三种形式，(1）汉字的输入码。编码方案重要分为三大类：数字编码、拼音码、字形编码。数字编码常用的是国标区位码,用数字串输人一个汉字；拼音码是以汉语拼为基础的输入方法;字形编码是用汉字的形状来进行的编码。(2)汉字的内码。同一个汉字以不同输入方式进人计算机时，编码长度以及0、1组合顺序差别很大,在汉字信息进一步存取、使用、交流时十分不方便,必须转换成长度一致且与汉字唯一相应的能在各种让算机系统堕通用的编码，满足这种规则的编码称为汉字内码。3）汉字字形码。存储在计算机内在屏幕上显示或在打印机上输出时,需要知道汉字的字形信息，汉字内码并不能直接反映汉字的字形，而要采用专门的字形码。字形信息的表达大体上有两类形式：一类是用活字或文字版的固体字形形式，另一类是点阵表达法或矢量表达法等形式，其中最基本的也是大多数字形库采用的,是以点阵的形式存储汉字字形编码的方法。[单选、填空]位图图像是由一个个离散点（像素点)的二进制数字组成的数字图像,需要通过采样和量化解决。语音是一种模拟信号，和位图图像解决类似,必须通过采样、量化等模/数转换解决。3.3数据校验码计算机中常用检错或纠错技术进行存储器读/写对的性或传输信息的检查,这里仅介绍检错码。最简朴且应用广泛的检错码是采用一位校验位的奇偶校验。设X=(X0X验位Ｃ定义为:C=即X中包含偶数个1时,才使C＝0。３.4指令信息的表达指令是指示计算机硬件执行某种操作的命令。CPＵ就是根据指令指挥和控制计算机各部件协调动作。实现对信息的加工和解决的。指令系统重要涉及指令格式、寻址方式、指令类型与指令功能等内容,这些都是必须熟悉和掌握的核心问题。1.指令格式计算机能直接辨认和执行的指令是用二进制编码表达的机器指令。指令格式就是指令用二进制代码表达的结构形式,通常由若干个字段构成,重要涉及操作码和地址码字段。一条机器指令的基本格式如下:操作码ＯP地址码Ｄ(１)操作码指明了计算机应讲行什么件质的操作，如加、减、乘、除四则运算或数据传送、移位等操作。(２)地址码指明了操作的数据或数据存放的地址。根据指令码中提供操作数地址的个数,又可以把指令格式分为：零地址指令(又称为无操作数指令），一地址指令(又称为单操作数指令）、二地址指令(又称为双操作数指今)和三地址指令(又称为三操作数指令）等。①零地址指令格式：操作码OP这类指令中只有操作码,没有操作数,例如空操作指令、停机指令等;也也许是有操作数，而该操作数被隐含地给出。②一地址指令格式:操作码OP地址码Ｄ一地址通常有两种情况：这个操作数既是操作数的地址,又是操作结果的存储地址；指令中给出一个操作数,而另一个操作数被隐含在CＰU的某个寄存器中③二地址指令格式：操作码OP地址码D1地址码Ｄ2这类指令指明参与操作的两个操作数地址，分别为源地址D2的地址和目的地址D1。指令功能是(Ｄ1)ＯP（Ｄ2)->D1。在双操作指令中,从操作数的物理位置来说,可分为三种类型:寄存器——寄存器(RR)型指令。操作数都放在CPU内寄存器中，因不需要访问存储器,所以机器执行的速度快：存储器——存储器(SS)型指令,操作数都放在存储器单元中，执行速度慢;寄存器一存储器（RS)型指令，执行速度介于上述两者之间。④三地址指令格藏:操作码OP地址码D1地址码D2地址码Ｄ3指令功能是(D２)OP(D3)Ｄ1，该指令的优点是操作结束后,Ｄ2、D3中的内容均未被破坏;缺陷是增长了指令长度和存放空间，加大了取指令的时间。2.指令长度每一条机器指令都是一串二进制代码,称为指令字。在指令系统设计上出现两种相反的趋势：一种是采用可变长指令字结构,让指令功能尽也许丰富,称之为复杂指令系记录算机（ComplｅxInstructionSetＣornputeｒ，CISＣ)；另一种是采用定长指令字结构，只选取简朴、常用的指令,称之为精简指令系记录算机(ＲeducｅｄＩnstｒuctｉｏｎSetCｏmputer,RIＳＣ）。3.寻址方式指令中以什么方式提供操作数或操作数地址，称为寻址方式。(1)立即寻地。操作数跟在操作码的后面,指令的地址字段直接给出了操作数。在取出该指令的同时，也就取出了可以立即使用的操作数。这样的数称为立即数。（2）寄存器寻址。指令的地址码字段给出某一个通用寄存器的编码(地址),该寄存器中存放着操作数。(3)直接寻址。指令的地址码字段直接给出的是操作数的有效地址EＡ。用这个有效地址访问一次存储器，便可以从指定的存储单元中获得操作数。由于这样给出的操作数地址是不能修改的。与程序自身所在的位置无关,所以又叫做绝对寻址方式。(４)寄存器间接寻址。指令中的地址码给出了某一通用寄存器的编号，以该寄存器中的内容为有效地址ＥA,用这个有效地址访问一次存储器,便可以从指定的存储单元中获得操作数。（5)存储器间接寻址。这是一种与寄存器间接寻址类似间接寻址方式。通常在指令格式中划出一位作为直接或间接寻址的标志位Ｉ。（6)变址寻址。变址寻址就是把变址寄存器RX的内容(变址值)与指令中给出的形式地址Ｄ相加，形成操作数的有效地址EA，即EA＝(R(7)相对寻址。相对寻址方式是变址寻址的特例。它以程序计数器PＣ为变址器，与指令提供的形式地址相加，从而得到有效地址EA。有效地址与形式地址D和程序计数器ＰC器的关系为：ＥA=(PＣ)＋D。(８）基址寻址。当存储器容量较大、所需地址码的长度大于字长时,由指令地址码字段直接给出的地址就不能直接访问到存储器的所有单元。解决的方法通常是把整个存储空间提成若干个段，段的首地址存放在基址寄存器中，段内位移量由指令直接给出，存储器的实际地址就等于基址寄存器的内容(即段首地址)与段内位移量之和，这样通过修改基址寄存器的内容就可以访问存储器的任一单元。4．指令的类型及功能计算机的指令系统一般都包具有几十条到上百条指令，其类型也有很多种，在此将按照指令的类型分别介绍各类指令的基本功能。(1)数据传送类指令这类指令用于实现寄存器与寄存器、寄存器与存储器单元以及两个存储器单元之间的数据传送操作,涉及通用数据传送指令和堆栈及堆栈操作指令。(2）运算类指令运算类指令涉及算术运算指令和逻辑运算指令。算术运算指令一般都设有二进制数加、减、乘、除、比较和求补等最基本指令；逻辑运算指令指与、或、非、异或和测试等。(3)移位操作指令移位操作指令分为算术移位、逻辑移位和循环移位三种，可以实现对操作数左移或右移一位或若干位。算术移位的对象是带符号数，左移时、末位补０；右移时，必须保持操作数的符号不变。当左移一位时，如不产生溢出，则数值乘2；而右移一位时,如不考虑因移出舍去的末位尾数，则数值除2。逻辑移位操作的是无符号数。算术移位与逻辑移位重要差别在于右移时，填人最高位的数据不同。算术右移保持最高位（符号位）不变，而逻辑右移最高位补零。③循环移位又分为小循环(自身循环）与大循环（带进位循环),重要用于实现循环式控制、高低字节互换等。5.字符串解决指令字符串解决指今是一种非数解决指今。一船涉及字符串传送、字符串转换、字符串比较、字符串查找、字符串匹配、字符串的抽取和替换。６.输入/输出指令(I/0）I/0指令重要用来实现CPU与外部设备之间的信息互换、涉及输入／输出数据、CＰU向外设发控制命令或外设向CＰU报告工作状态等。7．程序控制指令程序控制类指令用于控制程序的执行顺序,并使程序具有测试、分析和判断的能力。它重要涉及转移指令、子程序调用和返回指令等。(1)转移指令用来改变程序的执行顺序，可以分为无条件转移指令和条件转移指令全两种。(２）子程序是一组可以公用的指令序列,只要知道子程序的入口地址就能调用它。通常把一些需要反复使用并能独立完毕某种特定功能的程序单独编成子程序，在需要时由主程序调用,这样做既简化了程序设计,又节省了存储空间。(3）从子程序转向主程序的指令称为返回指令。８．其他指令其他指令重要涉及特权指全、陷阱与陷阱指令。陷阱事实上是一种意外事故中断，中断的目的不是为了请求CPU的正常解决，而是为了告知CPU所出现的故障,并根据故障转入相应的故障解决程序。[填空、简答］堆栈是由若干个连续存储单元组成的先进后出(FILO)存储区,第一个送入堆栈中的数据存放在栈底,最后送入堆栈中的数据存放在栈顶。栈底是固定不变的，而栈顶却是随着数据的入栈和出栈在不断变化。为了表达栈顶的位置，用一个寄存器指出栈顶的地址,这个寄存器称为堆栈指针(ＳtacｋPoｉnteＳP),任何堆栈操作只能由SP控制在栈顶进行。由于堆栈具有“先进后出”的特性，因而在中断服务程序、子程序调用过程中广泛用于保存返回地址、状态标志及现场信息等。另一个重要作用是在子程序调用时运用堆栈在主程序与子程序之间传递参数。例如,一方面把所需传递的参数压人堆栈中，然后调用子程序。第4章运算方法及运算器运算器是计算机中加工与解决数据的功能部件，它重要由算术逻辑单元（AＬＵ）、各种寄存器和若干控制门电路组成。4.1定点补码加、减法运算[简答］由于补码加、减法运算规则最简朴，实现起来也最方便，因此，一般计算机都采用补码做加、减法运算。其运算特点是:符号位与数值部分可以按相同的规则一起参与运算,符号位不用单独解决。补码减法运算可以转换成加法运算。补码加、减法运算是有“模”运算,即符号位的进位自然丢失,并不影响运算结果的对的性。1.补码加法运算补码加法时，不管两个数是正数还是负数,按补码的和等于和的补码进行运算，即：[X例如:已知X=+１0０000０，Ｙ＝-０００１００0，求两数和的补码。解:[X则[X]补+例如：Ｘ=-0011001,Ｙ=－0000110,求两数和的补码。解:[X则[X]补+2.补码减法运算补码减法运算可以转化为加法来做，转化公式为：[X例如：已知X=－0111000，Y=－0０100０１，求补码的减法运算。解：[X则[X[填空]由于计算机的字长是固定的，因此计算机中数的表达范围(允许取值范围)是有限的。若两个有符号数进行加、减法运算的结果超过了给定的取值范围，就称为溢出。计算机必须对运算结果是否“溢出”作出明确的判断。所以，在运算器中专门设计了“溢出”判断电路和一个“溢出”标志位。当判断电路检测到溢出发生时,则置“溢出”标志为“1＂，表达结果犯错,规定机器停止运算，进行中断解决。判断是否发生“溢出”常用下列两种检测方法。（1)进位检测方法用符号位的进位与最高数值位的进位的异或来检测，若异或的结果是1,则溢出;若结果是0,则没有溢出。例如:已知X=+101100１，Ｙ＝＋１000110，求两数的补码之和,并判断是否溢出。解：[X符号位的进位是0,最高数值位的进位是1,异或结果是１,表达溢出。(2)变形补码检测方法假如将符号位扩充为两位，其所能表达的信息量将随之扩大，既能检测出是否溢出，又能指出结果的符号,这种编码称为变形补码。变形补码检测方法是：每个操作数在运算时都采用两个符号位,正数用00表达,负数用11表达，两个符号位与数值位一起参与运算。若运算结果的两个符号位的代码一致,表达没有溢出；若运算结果的两个符号位代码不一致，表达溢出。这时，左边的符号位(第一符号位)代表了该数真正的符号，右边的符号位(第二符号位)则被破坏。例如:已知X＝-1011０01,Y=－10011１0，求两数的补码之和,并判断是否溢出。解：[X符号位的代码为１0,表达运算结果“负溢”。假如符号位的代码为01，则表达运算结果为“正溢”。4.２定点乘法运算采用原码做乘法运算比较方便,由于乘积的符号位是两乘数符号位的异或,而乘积的数值部分则是两乘数绝对值相乘。１．原码一位乘法运算机器算法的运算规则总结如下:（1)被乘数和乘数均取绝对值参与运算,符号位单独解决。(２)为了避免中间结果溢出，被乘数、部分积取双符号位参与运算，部分积初值为0。(3）从乘数的最低位yn,开始对乘数进行判断:若yn=1,则部分积加上被乘数|X|,然后右移一位；如y(4)反复第(3)步ｎ次。例如：设Ｘ＝－０.110１,Y=＋0.１0１1求[X]解：乘法运算时,需要３个寄存器,其设立如下：A——运算前存放部分积累加和,运算后存放乘积高位，初值A=00.0０00B——存放被乘数,初值为B=|X|=００.1１０1C——运算前存放乘数，运算后存放乘积低位,初值为C=2.补码一位乘法运算补码一位乘法的比较法运算算法是Bootk夫妇一方面提出的,所以也称为Ｂooth算法，其运算规则如下(1)运算的数均以码表达，符号位参与运算。（2)为了避免中间结果溢出，被乘数、部分积取双符号位参与运算,部分积初值为0。(3)乘数可取符号位,以决定最后一步是否需要校正，即是否要加减[X]补。(4)乘数末位增设附加位ｙn+l,且初值为0（5)按照表4—1中所列规则进行操作。表4—1补码一位乘法操作规则┏━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━┓┃yn(高位)┃yn+1（低位)┃┣━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫┃0┃0┃部分积右移一位┃┣━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫┃0┃1┃部分积加[X]补，右移一位┣━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫┃1┃0┃部分积加[X]补,右移一位┣━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━┫┃1┃1┃部分积右移一位┃┗━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━┛（６)按照上述操作规则反复n+１次操作,但第n+1次操作不再移位，仅根据y0与y4.３定点除法运算用原码做除法很方便,商的符号位是两数的符号位的异或,商的数值部分则是两数的绝对值相除。1.原码恢复余数除法原码恢复余数法的运算规则如下：.(1)被除数和除数均取绝对值参与运算,符号位单独解决。为了避免溢出，规定0<|被除数|≤|除数|。(2)被除数减除数得余数。(3）假如余数为正，表达够减，上商“1”,然后余数左移一位，减去除数得新余数；假如余数为负，表达不够减,上商“0（4)反复第（3)步一直到ｎ位商时，计算结束。2．原码不恢复余数除法在恢复余数法中,当余数为负时，需要恢复余数,这就延长了机器除法操作的时间，同时使除法操作的步数不固定，控制比较复杂。因此，实际中常采用不恢复余数法，又称为加/减交替法。不恢复余数法的运算规则如下:(1)被除数和除数均取绝对值参与运算，符号位单独解决。为了避免溢出,规定0＜|被除数|≤|除数|。(２)被除数减除数得余数。(3)假如余数为正,表达够减,上商“qi=1减，上商“qi=0”,r(4)反复第(3）步n次。(５）当第ｎ步余数为负数时需要加上除数,以恢复对的的余数rn，最后的余数R=23.补码不恢复余数法补码不恢复余数法在算法上不像原码除法那样直观，运算时应解决以下几个相关问题；够减的判断。(2）上商规则。（3)商符的拟定。(4）对商的校正。4.４逻辑运算逻辑运算是指不考虑进位的“位对位”的运算,参与运算的操作数常被称为，逻辑数。运用逻辑运算可以进行两个数的逻辑比较、从某个数中选取某几位等操作。计算机中的逻辑运算,重要是指“逻辑非”、“逻辑加”、“逻辑乘”、“逻辑异或”等四种基本运算。这些运算通过在原有加法器上附加上部分线路来实现,因而把用于完毕算术运算与逻辑运算的部件称为算术逻辑单元(ALＵ）。逻辑运算的真值表如下表4—２所示。表4—2逻辑运算真值表┏━━━━┳━━━━┳━━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━━━┓┃xｉ┃yi┃zi(xi)┃ｚi（xi＋ｙi）┃zｉ(xi＋yi)┃zｉ(xiｙi)┣━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫┃逻辑数┃逻辑数┃逻辑求反┃逻辑加┃逻辑乘┃逻辑异或┃┣━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫┃0┃０┃１┃0┃０┃Ｏ┃┣━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫┃0┃1┃1┃1┃0┃1┃┣━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫┃1┃0┃0┃1┃0┃1┃┣━━━━╋━━━━╋━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━━┫┃1┃1┃0┃１┃1┃0┃┗━━━━┻━━━━┻━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┛4．5浮点运算假如有两个浮点数Ｘ和Y,它们分别为：X=Mx∙２My，EX、X±Y=(Mx浮点加、减运算的环节如下:(1)0操作数检查假如判知两个操作数Ｘ或y中有一个数为0，即可以得知运算结束,而没有必要再进行后续的一系列操作,以节省运算时间。(2)对阶两浮点数进行加、减运算，一方面要看两数的阶码是否相同，即小数点位置是否对齐。若两数阶码不同,表达小数点位置没有对齐,此时必须使两数阶码相同,这个过程叫做对阶。对阶的规则是:小阶向大阶看齐(采用这一规则的因素是当阶码小的数的尾数右移并相应增长阶码时，舍去的仅是尾数低位部分，误差比较小）。要使小阶的阶码增大,则相应的尾数每右移一位,阶码加1，直到两数的阶码相等为止。（３)尾数加、减对阶之后,就可以进行尾数加、减运算,方法与定点加、减运算完全同样。(４)结果规格化设尾数用双符号位补码表达，通过加、减运算之后，只要对运算结果的符号位和小数点后的第一位进行比较：假如它们不等，即00.1x..．x或１1.x．．．x就是规格化的数；假如它们相等，即００.1x...x或,11．x.．．ｘ就不是规格化的数,在这种情况下，需要尾数向左移被以实现规格化过程,叫做向左规格化。在浮点加、减运算时,尾数求和的结果也也许得到0１.ｘ…x或10.x…x,即两符号位不相等，这在定点加、减运算中称为溢出，是不允许的。但在浮点运算中,它表白尾数结果的绝对值大于1，此时将结果右移一位,阶码加1即可,称为右规格化(5)舍入解决在对阶或向右规格化时，尾数要向右移位,这样被右移的尾数的低位部分会被丢掉，从而导致一定误差，因此要进行舍入解决。常用的舍人方法有两种：一种是“0舍1入”法，另一一种种是“恒置１”法(6）溢出判断浮点数的溢出是由阶码的符号决定的。若阶码也采用双符号位补码表达,当阶码为01x…ｘ表达上溢,此时浮点数真正溢出,机器需停止运算，作溢出中断解决;当阶码为１0x…x表达下溢，浮点数值趋于零，机器不作溢出解决，而是按机器零解决。4．6运算器运算器重要由算术逻辑单元、通用寄存器、状态字寄存器和有关的判断逻辑(例如判结果是否为０,有无进位，是否溢出等）、局部控制电路和内部等组成。[单选,填空]根据总线所处的位置,可将其分为内部总线和外部总线两类。内部总线是指CPU内各部件的连线,而外部总线是指系统总线，即ＣＰU与存储器、I／O系统之间的连线。按总线的逻辑结构来说,总线可分为单向总线和双向总线。所谓单向总线，就是信息只能一个方向传送；所谓双向总线,就是信息可以向两个方向传送,既可以发送数据，也可以接受数据。第5章中央解决器5．1ＣPＵ的功能与组成[简答]计算机对信息进行的解决(或计算)是通过程序的执行来实现的。CＰU要控制整个程序的执行,它应具有以下几个基本功能。(１)程序控制。程序执行顺序成为程序控制。(2)操作控制。(3)时间控制。对各种微操作实行时间上的控制称为时间控制。(4）数据加工。就是对数据进行算术运算和逻辑运算。除了上述４个基本功能之外，ＣＰU还必须能控制程序的输入和运算结果的输出以及对总线_的管理，甚至能解决机器运营过程中出现的异常情况和特殊请求即应具有中断理能力。[简答]传统的CＰU由运算器和控制器两大部分组成。现代的CPU重要由运算器、控制器和Cache三大部分组成。（1)运算器。运算器是计算机的加工解决部件，是ＣPU的重要组成部分。运算器执行的所有操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的,它是计算机的执行部件。（２)控制器。控制器重要由程序计数器(PC)、指令寄存器(IR)、指令译码器（ＩD)、微命令发生器(ＯC)和时序信号产生器等组成,它负责协调并控制计算机各功能部件执行程序的指令序列。控制器的基本功能是:(１）取指令。(2）分析指令。（3)执行指令。[简答]CＰU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程的中间结果、最终结果以及控制、状态等信息的，可以分为通用寄存器和专用寄存器两大类。１．通用寄存器在ＣPU逻辑结构模型中，有四个（Ａ、B、C、Ｄ)通用寄存器，其功能是:当ALＵ执行算术和逻辑运算时,为AＬU提供一个工作区，以减少CPU与外部的数据互换,提高CPU的运营速度。2．专用寄存器专用寄存器是专门用来完毕某一种特殊功能的寄存器,又称特殊功能寄存器。在ＣPU中至少有五个重要的专用寄存器,如:程序计数器、指令寄存器、状态字寄存器、存储器地址寄存器与存储器数据寄存器。(1)程序计数器。为了保证程序可以连续地执行下去,CPＵ必须具有某种手段拟定下一条指令的地址,而程序计数器(Pｃ)正是起到这种作用的专用寄存器,又称为指令计数器。(2)指令寄存器。指令寄存器（IＲ)用于暂存从存储器取出的当前指令码,以保证在指令执行期间可以向指令译码器(ID)提供稳定可靠的指令码。（3)状态字寄存器。状态字寄存器用来存放程序状态字（ＰSW）。程序状态字用于记录现行程序的运营状态和机器的工作方式,是参与控制程序执行的重要依据之一。它重要涉及两部分内容：_是状态标志,即由运算器根据指令执行的结果所建立的各种状态标志;二是控制标志，是一种用于控制或改变计算机工作方式(或状态）的标志。。(4）存储器地址寄存器。存储器地址寄存器(ＭAR)用来保存当前CPU所要访问的内存单、元或Ｉ/O设备的地址。（5)存储器数据寄存器。存储器数据寄存器(ＭDR)用来暂时存放CＰU与存储器或I/０设备之间待传送的数据。其作用是:起CPＵ和存储器、Ｉ/o设备之间信息传送中转站的作用。缓冲及补偿CＰU和内存、Ｉ/O设备之间在操作速度上的差别。在单累加器结构的运算器中还可兼作为操作数寄存器。[填空]通常把各寄存器之间信息流动的通路，称为“数据通路”5.2指令周期［单选、填空］CPU取出一条指令并分析、执行该指令，都要完毕一系列的操作，完毕这一系列操作所需要的时间称为一个指令周期。指令周期通常用若干个ＣPＵ周期(又称为机器周期）来表达。每个CPＵ周期完毕一项基本任务，例如取指令、取操作数、间接寻址、执行指令或中断响应等。[单选、填空]由于在一个CＰU周期肉要完毕若干个微操作，这些微操作有的可以同时执行，有的需要先后依序执行，所以每一个ＣPＵ周期往往又包含若干个时钟周期（节拍)，在每个时钟周期内机器可完毕一个或几个需同时执行的微操作。1.MＯV指令的指令周期MOV是一条RR型指令，该指令周期包含两个CPU周期，其中取指令需要一个CPU周期,执行指令需要一个ＣPU周期。取指周期中,CPU完毕两件事:一是从内存中取出指令,并对程序计数器PC加1，以便为取下一条措令做好准备;二是对指令的操作码和寻址方式进行译码,以便拟定进行什么操作。执行周期中，CPU根据对指令的译码结果,执行将B寄存器中的数据传送到A寄存器中的操作。２．ＬAD指令的指令周期LＡＤ是一条ＲS型指令,该指令周期由三个CPＵ周期组成。其中，第一个CPU周期为取指周期,而执行周期由两个ＣＰU周期组成；第二个CＰU周期将操作数的地址装人存储器地址寄存器，并完毕地址译码;第三个CPＵ周期从内存取出操作数,并送人B寄存器保存。3.ADD指令的指令周期ADＤ是一条RＲ型指令,该指令周期由两个ＣＰU周期组成。其中，第一个CＰU周期为取指周期，第二个CＰU周期为执行周期。4.SＴA指令的指令周期，ＳTA是一条存储器间接寻址的RS型指令,其指令周期由四个CPU周期组成。其中,一个CＰＵ周期为取指周期，三个ＣＰＵ周期为执行周期。5．JMＰ指令的指令周期JＭＰ是一条无条件转移指令,用来改变程序盼执行顺序，该指令周期需要两个CPU周期,其中第一个CPU周期为取指周期,第二个CＰU＿周期为执行周期。[单选、填空]当计算机运营时，在计算机的各部件之间有指令和数据不断地流动,从而形成了指令流和数据流。指令流指的是ＣPU执行的指令序列,数据流指的是根据指令所提供的地址依次访问的数据序列。因此，数据流是根据指令流的操作而形成的,也就是说,数据流是由指令流来驱动的。在计算机设计时，通常采用方框图(或称为寄存器传送级)语言来描述一条指令的指令周期。其中，一个方框代表二个ＣＰU周期，方框中的内容表达在这个CPU周期中的所有操作或操作的控制。除了方框以外，还需要一个菱形框,它用来表达某种判断或测试,但是时间上它依附于紧接在它前面一个方框的CPU周期,而不单独占用一个ＣPU周期。尚有一个“”符号,我们称它为公操作符号。这个符号表达一条指令已经执行完毕，转入“公操作”。所谓公操作，就是一条指令执行完毕后,CPU所开始进行的一些与指令操作码无关的公共性操作。这些操作重要是ＣＰU对外设请求的解决,如中断解决、DMＡ解决和通道解决等。假如外部设备没有向CＰU请求互换数据,那么ＣPU又转向内存取下一条指令。由于所有指令的取指令阶段是完全同样的，因此取指令也可认为是公操作。一条指令执行结束后,假如没有外设请求,ＣＰＵ一定转入“取指令"操作。5．3时序信号产生器与时序控制方式[填空］CＰU中也有一个类似“作息时间”表的东西，称为时序信号。计算机之所以可以准确、迅速、有条不紊地工作，正是由于在CＰU中有一个时序信号产生器。机器一旦被启动，即CPU开始取指令并执行指令时，控制器运用时序脉冲的顺序和不同的脉冲间隔(节拍)，有条理、有节奏地指挥机器的动作，规定在这个脉冲到来时做什么,在那个脉冲到来时又做什么。因此，肘序信号给计算机各功能部件提供了工作时所需的时间标志[单选、填空］由CPU周期，节拍电位与时钟脉冲组成了计算机的多级时序系统。一般来说，在组合逻辑控制器中,时序信号往往采用CＰＵ周期、节拍电位与时钟脉冲三级体制。在微程序控制器中，一般采用节拍电位与时钟脉冲的两级体制。[简答]时序信号产生的功能是产生指令执行时所需的一系列时钟脉冲和节拍电位信号,以定期指令中各种微操作的执行时间和拟定微操作执行的先后顺序,从而实现对各种微操作执行时间上的控制。它重要由如下几个部分组成。１.脉冲源脉冲源用来产生具有一定频率和宽度的脉冲信号，以作为整个机器的基准时钟信号。只要接通电源，脉冲源立即按照规定的频率反复发出具有一定占空比的时钟脉冲序列,直到关闭电源为止。为了给机器提供频率稳定的脉冲信号,一般都采用石英晶体振荡器作为脉冲源2.节拍信号发生器节拍信号发生器又称为脉冲分派器,可根据需要产生多个节拍电位信号，每个节拍的宽度正好相应的一个时钟周期。节拍电位的宽度取决于CPU完毕一次操作的时间,如ALU执行一次对的的运算时间或寄存器之间的一次传送的时间等。通常,节拍发生器可以用两种方法构成:循环移位寄存器和计数器译码节拍发生器3.CＰU周期信号发生器在计算机中,通常CPU周期可以用一个触发器的状态连续时间来表达。每个CＰU周期都有一个与之相应的“周期状态”触发器。机器运营在不同的CPU周期时，其相应的触发器被置为“1”，以表达机器运营时所处的周期状态。在CPU周期、节拍电位与时钟脉冲三者之间的关系中，节拍电位和时钟脉冲都是反复出现的，节拍的频率为时钟频率的l／n，节拍反复的时间间隔称为CPU周期。4.启/停控制逻辑启/停控制逻辑的作用是根据计算机的规定可靠地开放或封锁时钟信号，以实现对计算机的对的启动或停止。［简答］．计算机的“微操作与时序信号”之间的关系,称为时序控制方式(简称控制方式)，也就是在时间控制上如何安排微操作,用如何的时序方式来形成微操作序列。按照同步或异步的关系，可将控制方式分为同步控制、异步控制和联合控制三类。(2)同步控制方式同步控制方式是指用控制器统一发出的时序信号对各项微操作进行控制，即所有微操作都与时钟同步。其重要特点是:以时钟周期（节拍)作为基本的时序单位，把每条指令所相应的微操作序列按照时序性的规定，将各个微操作分派到各个节拍上去执行。优点：时序关系简朴,时序划分规整，控制不复杂,控制部件在结构上易于集中，设计方便。因此在CPU内部、其他部件或设备内部，广泛采用同步控制方式。缺陷：在时间的安排上不合理，对时间的运用不经济。(2）异步控制方式异步控制方式又称为可变时序控制方式,其各项操作的时间不采用统一的时序信号控制,执行每条指令或每个操作需要多少时间就占用多少时间,因此不规定各项操作必须在统一的“时间段＂内完毕,时序系统也不需要为各项操作预先安排一个固定的“操作时间表"。优点：能按不同部件、不同设备的实际需求分派时间,没有时间上的浪费,时间安排紧凑、合理，提高了机器的工作效率。缺陷：由于没有统一的基准时钟信号,而是由各功能部件自己产生各自的时序信号自我控制,因而规定各个部件要有“应答电路”(故又称为分散控制方式或局部控制方式)，控制比较复杂。(３）联合控制方式这是一种同步控制和异步控制相结合的方式。设计思想是：在部件内部采用同步方式或以同步方式为主的控制方式，在部件之间采用异步控制方式。联合控制方式重要有四种形式：①采用不定长度的指令周期和CPU周期。②中央控制与局部控制结合。③总线周期中允许插人延长周期。④同步方式中引入异步应答。5.4微操作及其实现计算机在执行指令时,大部分的操作是按照指令的需要控制数据在机器各部件之间的传送及各部件的操作。一方面电控制器发出读指令的命令;存储器接到这个命令后从存储器的指定位置读出指令；在控制器的指令寄存器中进行分析，按照时间的需要结合机器的数据能路路结构,把指令分解成一系列简朴的控制信号和操作,通过控制线路发往各功能部件，在时钟脉冲的作用下，完毕对寄存器级、总线级和各功能部件中各控制点的操作。这些微操作是计算机硬件结构中最基本的、不可再分解的操作，称为微操作。５.５组合逻辑控制器控制器是计算机系统工作的指挥控制中心，是计算机中解决指令的部件。它按特定的顺序取出并解释每一条指令，产生对运算器、存储器或其他部件的操作控制命令(又称为微命令)，完毕指令所规定的操作。控制器的綦本组成涉及:(1）指令部件。重要任务是取指令并分析指令,它重要涉及程序计数器PC、指令寄存器IR,指令译码器ID和地址形成部件等。(2)时序信号发生器。时序信号发生器涉及脉冲源、节拍信号发生器、CＰU周期发生器和启停控制逻辑。(3)微命令发生器。微命令发生器是控制器的核心部件，用来产生各种微操作控制命令(信号)。(4)中断控制逻辑。中断控制逻辑是用来控制中断解决的硬件逻辑。(5)操作控制台。操作控制台是所有计算机系统中实现人机联系的桥梁，从启、停机器到操作过程中的人机干预或对机器进行测试等,都必须通过操作控制台来实现。控制器产生微命令的基本依据是时间条件(如ＣPU周期、节拍和脉冲等时序信号)，指令条件(如操作码、寻址方式、寄存器号)、机器工作状态（如CPＵ内部的程序状态字、外部设备的状态)和外部请求(如控制台请求、外部中断请求、ＤＭＡ请求)信息等。将这些信息作为输入条件（逻辑变量)，通过组合逻辑电路直接产生微命令序列。根据产生微命令的方式不同控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型和门阵列型三类。第一类称为组合逻辑控制器，第二类称为微程序控制器，第三类称为门阵列控制器。.[单选、填空］根据产生微命令的方式不同，控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型和门阵列型三类。第一类称为组合逻辑控制器，采用组合逻辑技术来直接产生微命令；第二类称为微程序控制器，采用存储逻辑(微程序)来产生微命令；第三类称为门阵列控制器，它吸取了前两类控制器的设计思想，即组合逻辑技术与存储逻辑技术相结合的控制器。[简答］在计算机系统中，当指令系统、时序系统、中断系统等拟定后,就可以进行CPＵ模型的设计工作。CPＵ设计环节如下：(1）拟定指令系统。设计ＣPU时,一方面要拟定它的用途,关键就是要使CＰU的解决能力和它所执行的任务相匹配。（2)拟定总体结构。为了实现指令系统的功能，在CPU中需要设立哪些寄存器、设立多少寄存器、采用什么样的运算部件、如何为信息的传送提供数据通路，这些问题都是在拟定CＰＵ总体结构时需要解决的重要问题。因此，总体结构设计就是要根据指令系统的功能拟定组成CＰU模型的各种部件的设立，以及建立它们之间的数据通路结构。(3)安排时序。组合逻辑控制器一般采用三级时序，而微程序控制器多采用两级时序。(4)拟定指令操作流程和微命令序列。这是设计中最关键的环节，需要根据这一步的设计结果形成最后的控制逻辑。这步设计有两种可供选择的设计线索:一种方法是以CPU周期为线索,另一种方法是以指令为线索。(5）形成控制逻辑。这是设计的最后一步，视组合逻辑方式或微程序控制方式的不同而采用不同的设计方法。5．6微程序控制器[简答］微程序控制器的实质就是将程序设计技术和存储技术相结合,运用程序设计的思想方法来形成微操作的控制逻辑。同组合逻辑控制相比，微程序控制具有规整性、灵活性、可维护性及便于自动化设计等许多优点。[简答]微程序控制器的基本术语有：(１)微命令。微令是控制计算机各部件完毕某个基本操作的命令，它是构成控制序列的最小单位。微命令有相容和互斥之分。相容的微命令是指那些可以同时产生，共同完毕某些微操作的微命令；而互斥的微命令是指在机器中不允许同时出现的微命令。(2)微操作。微操作是由执行部件接受微命令后所进行的最基本的操作。(３)微指令、微地址。微指令是一组实现一定操作功能的微命令的组合，通常用二进制编码表达。存放微指令的控制存储器的单位地址就是微地址。（４)微周期。微周期是指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应的操作环节所需的肘间。微周期和指令周期之间的差别是,微周期的时间一般是固定的,指令周期往往是可以变化的。(5)微程序。微程序是一系列微指令的有序集合，每一条机器指令都相应一个微程序。1．微程序控制器的基本组成(1)控制存储器ＣM。(2)微指令寄存器μＩR。(3)微地址寄存器μAR。(4)微地址形成电路。2.微程序控制器的工作过程（1)控制存储器ＣM。控制存储器是微程序控制器的核心部件,用来存放所有机器指令的微程序,其性能(涉及容量、速度和可靠性等)与计算机的性能密切相关。（2）微指令寄存器μＩR。该寄存器用来存放从CM中读出的微指令，它包含两大部分：一部分是提供微指令的微操作控制字段，另一部分称为顺序控制字段。(3)微地址寄存器μAＲ。在从CＭ中读取微指令时,微地址寄存器中保存着CＭ的地址，指向相应的CM单元。（4)微地址形成电路。根据微程序执行顺序的需要，应当有多种后继微指令地址的形成方式。3．微指令编码(1）直接表达法（不译码法）。（２)分段直接编码法。（3）分段间接编码法。（４）混合编码法。４.微地址的拟定方法(1)计数器方式(增量方式)。(２)断定方式。５．7现代CPU设计技术多媒体技术是指计算机把各种不同的电子媒体集成起来,统一进行存储、解决和传输。这些电子媒体涉及计算机屏幕显示、CD-ROＭ、视频光盘以及语言、声音和图像的综合。多媒体技术解决的重要问题涉及以下几个方面：(1)图像与声音的压缩技术。（2)适应多媒体技术的软件技术。（3)计算机系统结构方面的技术。MMX是一种多媒体扩展结构技术,它极大地提高了计算机在多媒体和通信应用方面的功能。带有ＭMX技术的ＣPU特别适合于数据量很大的图形、图像数据解决,从而使三维图形、动画为目的的MPEG视频、音乐合成、语音辨认、虚拟现实等数据解决的速度有了很大提高。第６章存储器与存储系统6.1概述[单选、填空、简答］存储器是计算机系统中用来存储程序和数据的存储器件。要据不同的特性,可对存储器进行如下分类。根据存储介质的不同,可以把存储器分为半导体存储器、磁表面存储器和光材料存储器。按照存储器存取方式的不同,可将存储器分为随机存取存储器（RAＭ)、顺序存取存储器、直接存取存储器和只读存储器(ROＭ)(３）根据存储器中信息的可保护性,可将存储器分为易失性存储器和和非易失型存储器。(4）按存储器所处的位置及功能,可将存储器分为内部存储器和外部存储器。[单选、填空］目前在计算机系统中通常采用高速缓冲存储器,主存和外存三级存储器体系结构，称为存储器系统。（１）高速缓冲存储器。商速缓冲存储器(Caｃhe)是处在主存储器和CPU之间的一个快速小容量的存储器，用来保存CPU正在运营的程序和数据中的活跃部分。与主存储器相比,它的在存取速度快,但存储容量小,位成本较高。(２）主存储器。主存器简称主存,它介于Cache与外部存储器之间，用来保存CPU正在运营和将要运营的程序和数据。(３)外存储器简称外存，用来存放当前暂不参与运营的程序和数据,以及一些需要永久性保存的信息。和主存相比，外存储器的容量大、速度慢、每位价格低。由Cache、主存和外存组成的三级存储系统，通常又可分为两个存储层次：cacｈｅ/主存层次(Cache存储系统)和主存/外存层次(虚拟存储系统)。[单选、填空］主存的性能指标有:(1)存储容量。(2)存取时间。(3)存储周期。(4）存储器带宽。6．2随机存取存储器随机存取存储器(RAＭ)可分为静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DＲＡＭ)两种。ＳRAＭ存储器的组成一个SＲAM存储器由存储体、地址译码器、读／写放大器与I/O电路和控制逻辑等组成。(1)存储体是所有存储单元的集合体。。(2)地址译码器的功能是通过把二进制表达的地址转换成输出端的有效电平来选中所要的访问的存储单元。地址译码器有两种形式:单译码方式和双译码方式（3)读／写放大器与I/O电路对写入存储单元的信号进行驱动或将存储单元中读出的信号进行放大整形，并且具有数据缓冲的作用。(4)控制逻辑用于控制该芯片是否已被选中。２.ＤRAＭ存储器的组成ＤRAＭ的存储原理是:将存储信息以电荷的形式存于电容之中，这种电容可以是MOS管栅极电容或是专用MＯS电容。通常定义电容充电至高电平时为“1’’状态,放电至低电平时为“0”状态。采用存储电荷方式存储信息，不需要双稳态电路,因而可以简化结构。DRAM存储器由存储体、地址译码器、读/写放大器、I／O电路、刷新逻辑和控制逻辑等组成。3．CPU与存储器的连接当CＰＵ对存储器进行读/写时，其过程重要分为三步：(1)由地址总线给出地址信号。(2)通过控制总线发出相应的读操作信号或写操作信号。(3)在数据总线上实现数据传送。因此，ＣPU与存储器的连接也要实现相应的三类信号的连接，地址的连接、控制线的连接、数据线的连接。[计算]根据存储器所规定的容量和选定存储芯片的容量,可以计算出芯片数，即：芯片数=总容量÷芯片容量将多个芯片组合起来构成一个存储器，有三种方法:位扩展、字扩展和字位同时扩展。1.位扩展位扩展,即存储器芯片的字数够了，但是每个字的位数不够,需要扩展。位扩展的连接方式是将各存储芯片的地址线、片选线和读写线相应的并联起来,而将各芯片的数据线单列。2．字扩展字扩展,即存储器芯片的每个字的位数够了,但是字数不够时,需要扩展。字扩展将芯片的地址线、数据线、读写控制线并联，由片选信号来区分各个芯片。3．字位同时扩展若使用L×K位的芯片组成一个容量为N×M位的存储器（L<N,K<M)，则需要在字向和位向同时进行扩展。此时,总芯片数为:(N/Ｌ)×(M／K）。片选信号的产生方法有：(1)线选法。（2)全译码法。(3)部分译码法。6.３只读存储器只读存储器的最大特点是只读不写，具有非易失性，因此ＲOM通常用来保存一些不让用户修改或需要永久保存的系统程序。ROM工作时只能读出，不能写人。RＯＭ通常分为：（１)掩模式RＯＭ。.(2)一次编程RＯＭ(PRＯM）。‘(3）多次可编程ROM。这类ＲOM有光擦除编程只读存储器(EＰＲOＭ)和电擦除编程只读存储器（ＥＥＰ-ROM)两类。(4）闪速存储器(Flａｓh)。6．4高速存储器高速存储可以分为：双端口存储器。多模块交叉存储器。相联存储器。６.5高速缓冲存储器主存与Cachｅ的三种基本地址映射方法为：(1）直接映射。(2)全相联映射。(3)组相联映射。[填空、简答]常用的替换算法有三种：最不经常使用（LEU）算法、近期最少使用（LRU)算法和随机替换。(1)最不经常使用(LFU)算法认为应将一段时间内被访问次数最少的那块从Cacｈｅ中置换出去。这种算法将计数周期限定在对这些特定块两次替换之间的间隔时间内，故而不能严格反映近期访问情况。(２)近期最少使用（ＬRU)算法是将遍期内长期未被访问过的Ｃaｃｈe块置换出去。这种算法保护了刚复制到Cache中的新数据块，符合Ｃaｃhｅ工作原理，可使Cacｈe有较高的命中率(3)随机替换算法的功效只是稍逊于前两种算法,是最简朴的替换算法,根据一个随机数选择一块替换掉。采用前两种算法后可使Cacｈe的命中率达成90%左右。6.６虚拟存储器[单选]虚拟存储器是建立在主存/外存层次上的,由操作系统存储管理软件及附加硬件装置(存储器管理部件MMU）组成的存储体系。它以透明的方式给用户提供了一个访问速度接近(略慢)于主存储器，而存储空间比实际主存空间大得多的虚拟存储器。[单选、填空]以页为基本单位的虚拟存储器叫页式虚拟存储器。虚存空间和主存空间都提成同样大小的页，分别称为虚页和实页。[单选、填空]段式虚拟存储器是一种能与模块化程序相适应的虚拟存储器。程序中的每个模块作为一个段,用段号表达程序各段的编号,各段的长度不等。各段仍以虚地址编址，虚地址由段号和段内地址组成。[单选、填空]为充足发挥段式和页式虚拟存储器各自的优点,可把两者结合起来，形成“段页式虚拟存储器”的方式，即每个程序按模块分段,每段再划分为页,页面大小与实存页面相同,虚地址的格式涉及段号、页号和页内地址三部分,实地址只有页号和页内地址。虚存与实存之间信息高度以页为基本传送单位。第7章输入输出系统输入输出系统是执行计算机主机与外界之间信息互换任务的软件和硬件的总称，简称Ｉ/０系统。I／O系统的硬件涉及I/O设备及其与主机进行数据互换的I／Ｏ接口,软件涉及各种I/O接口与I/O设备的驱动程序。７．1输入输出系统概述［简答]一个完整的接口不仅包含一些硬件电路,还涉及相关的软件驱动程序模块。在PＣ系统中，这些软件称为基本输人输出系统(BIOS)。接口的分类可以从不同的角度考虑:(1）按数据传送方式分类,有串行接口和并行接口。(２)按功能选择的灵活性分类,有可编程接口和不可编程接口。(3)按通用性分类．行通用接口和专用接口。(4)按输入，输出的信号分类,有数字接口和模拟接口。(5)按输人／输出的控制方式分类，可分为程序直接控制方式式接口、程序中段控制方式接口、直接存储器存取(DMA)方式接口,以及更复杂一些的通道控制方式接口等。[单选、填空]CＰU和外设互换的基本信息是数据信息。数据信息大体分为三种：(1)数字量。（2)模拟量。(3)开关量。CPＵ通过I／0指令可实现的具体操作如下：（1)置位或复位设备接口的某些控制寄存器，用于控制I/O设备执行某些动作。(2)测试设备的某些状态。’（3）传送数据。在CＰU与外设之间进行一次数据互换。I/O端口的编址方式有:统一编址方式和独立编址方式。（1）统一编址方式所谓统一编址,就是把I／O端口和存储单元统一编址。统一编址方式的优点是：CPU对I/O端口的操作与对存储单元的操作采用完全相同的指令,任何存储器操作指令都可以用来操作I/O端口，CPＵ不必设立专门的I/O指令。、统一编址方式的缺陷是：I/Ｏ端口占用了一部分存储器的地址空间，使存储器的地址空间减少；存储器操作指令长度比专门的I/O指令要长,因而执行Ｉ/O操作的时间较长;并且,从指令上不易区分是访问主存单元还是用于输入/输出操作，程序可读性差。(２)独立编址方式所谓独立编址,就是把I/Ｏ端口和存储单元分别独立编址。独立编址方式的优点是:I/O端