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《计算机组成原理》

期末复习知识要点

适用于

江西师范大学2023-2023学年第一学期

第

4

次修订版

主编：陈泽西

I

计算机组成原理期末复习知识要点

计算机组成原理期末复习知识要点

目录

1）冯.诺依曼主要三个思想是什么？22）计算机硬件由哪5部分组成？23）VLSI中文的意思是什么？24）列举出三个计算机应用领域？25）计算机系统分哪两大系统？26）计算机内部信息包括哪两大信息？27）计算机性能主要包括哪三个主要性能？38）现代计算机系统分为五个层次级别是如何划分的？39）机器数是指什么？它主要是解决了数值的什么表示？310）机器数有哪4种表示方法？311）计算机数值有哪两种表示方式？它主要解决了数值的什么表示？412）浮点数在计算机内部表示两种方式是如何安排的？413）尾数是补码表示，其规格化如何表示？414）解释计算机内部数值0和字符0有何不同？415）计算机如何判断加法溢出的？416）半加器与全加器有什么不同？417）ALU中文含义？518）并行进位链有哪两种实现方式？519）浮点加减法运算有哪4个步骤？520）存储器按存储介质分类有哪3种？621）存储器按存取方式分类有哪3种？622）存储器按在计算机系统中的作用分类有哪4种？623）存储器三个分级的结构是什么？624）主存的3个技术指标是什么？725）简述六管静态MOS存储单元工作原理？726）Intel2114是六管静态MOS芯片，一个1KB×4位的静态RAM，地址总线有多少根？选中该芯片一个地址至少可读多少位？827）简述四管动态MOS存储单元工作原理？928）Intel2116四管动态MOS（DRAM），一个16KBX1位DRAM，2根应用行（RAS）、列（CAS）地址选择信号，分两次传送地址，地址引脚应有几根连接地址线上？选中该芯片一个地址至少可读多少位？929）动态MOS存储器刷新方法有哪三种？930）半导体只读存储器有哪4种？1031）存储器与CPU的连接有哪2种方式，它们主要是解决什么问题的？10

II

计算机组成原理期末复习知识要点

32）Cache中文含义？1233）Cache的功能是什么？1234）Cache的目的是什么？1235）Cache存储器的地址映像有哪3种方式？1336）LRU中文含义？1337）多体交织存储器主要作用是什么？1338）虚拟存储器和主存-Cache存储器一致点和不同点？1439）存储区域保护有哪3种？1540）在计算机组成原理中学了哪两种纠错码？1641）海明校验码工作原理？1642）循环码（CRC）工作原理？1743）什么是指令系统？1744）指令系统的性能由哪4个？1845）指令的格式有哪两大部分组成？1846）指令字长度是指什么？1847）长格式指令含义？1948）等长指令字结构含义？1949）变长指令字结构含义？1950）在等长指令字结构，指令操作码合理扩展方法是如何扩展的？1951）寻址方式含义？1952）寻址方式分哪两大类？1953）指令的寻址方式有哪两种基本寻址？1954）操作数的寻址方式有哪些？1955）指令分类有哪些？2056）CPU由哪两部分的组成？2057）控制器中主要寄放器有哪些？它的主要作用是什么？2058）运算器主要作用是什么？2059）CPU的主要功能有哪4个控制？2160）数据通路的含义？2161）操作控制器起什么作用？2162）操作控制器设计方法有哪3种，分别采用什么技术来实现？2163）时序产生器起什么作用？2264）指令周期的含义？2265）CPU周期（机器周期）的含义？2266）节拍脉冲（T周期）的含义？2267）定长的CPU周期的含义？2268）不定长CPU周期的含义？2269）非访问主存储器指令的指令周期工作流程？22

III

计算机组成原理期末复习知识要点

70）直接访问主存储器指令的指令周期工作流程？2371）间接访问主存储器指令的指令周期工作流程？2473）程序控制指令的指令周期工作流程？2474）时序信号的作用？2475）指令周期分为哪2个周期？2576）CPU是如何来区分数据和指令？2577）时序信号最基本的体制是什么？2578）组合规律控制器时序信号采用什么体制？2579）微程序控制器时序信号采用什么体制？2680）时序信号产生器一般由哪4部分组成？2681）CPU的控制方式有哪三种？2682）微程序设计技术设计的思想？2683）微命令和微操作含义？2684）微指令和微命令的关系？2685）微程序和微指令的关系？2786）微指令的基本格式如何？2787）微指令周期与CPU周期的关系？2788）微指令与机器指令的关系？2789）微指令的编码译码控制方法有哪些？2890）微程序流的控制是现行微指令执行完后如何得到后继微地址的过程有哪3种方式？2991）微指令的格式一般分为哪2种？2992）微程序控制器有由3部分组成？2993）硬布线控制器中组合规律线路有哪3类输入？3094）取指令M1=1有效，M4=1，LDA、ADD、AND取操作数有效，则：产生一次主存读操作控制信号C1为多少？3095）硬布线控制器与微程序控制器的从实现方式和性能方面比较优缺？3096）门阵列控制器采用什么器件实现？3097）门阵列控制器基本设计思想是什么？3198）流水线基本工作原理是什么？3199）RISC设计思想是什么？31100）总线有哪三大类？32101）总线的连接方式有哪3种？32102）总线结构对计算机系统性能的影响3个指标？32103）信息的传送方式有哪4种？32104）接口典型功能有哪些？33105）串行通信方式有哪几种？33106）总线的控制有哪2类？33107）集中控制主要有哪三种控制方式？33

IV

计算机组成原理期末复习知识要点

①计算机处理采用二进制或二进制代码

②存储程序

③硬件五大部分：输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器

2）计算机硬件由哪5部分组成？

①存储器：存放程序和数据

②运算器：用于信息加工的部件，又称为执行部件，是对数据进行算术运算和规律运算

③控制器：全机的指挥中心，它使计算机各部件自动协调地工作。实质上是解释程序

④输入设备：如键盘、鼠标、扫描仪等

⑤输出设备：如显示器、打印机等

3）VLSI中文的意思是什么？

超大规模集成电路(VLSI,VeryLargeScaleIntegration)

5）计算机系统分哪两大系统？

硬件系统、软件系统

6）计算机内部信息包括哪两大信息？

①控制信息，即操作命令，其发源地为控制器

②数据流，它受控制信息的控制，从一部件流向另一部件，边滚动边加工处理

2

★复习资料计算机组成原理期末复习知识要点

1）冯.诺依曼主要三个思想是什么？

4）列举出三个计算机应用领域？

①科学技术计算②数据信息处理③计算机控制④计算机辅助技术⑤家庭电脑化

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7）计算机性能主要包括哪三个主要性能？

①基本字长：参与运算的数的基本长度，用二进制数位的长短来衡量，取决寄放器、加法器、

数据总线等部件的位数。

②主存容量：可以用字节，有的用字长，K、M、G、T。

③运算速度：是每秒能执行的指令条数来表示，单位是条/秒。（MIPS）

8）现代计算机系统分为五个层次级别是如何划分的？

第五级

第一级微程序设计级：硬件级其次级一般机器级：机器语言级

第三级操作系统级(混合级)：是操作系统程序实现。第四级汇编语言级：一种符号形式语言。第五级高级语言级各层关系：

①上层是下层功能的扩展，下层是上层的基础

高级语言级

编译程序

汇编语言级

第四级

汇编程序

第三级

操作系统级(混合级)

操作系统

其次级

一般机器级

微程序

第一级

微程序设计级

②站在不同的层次观测计算机系统，会得到不同的概念③层次划分不是绝对的。

微程序直接由硬件

图7：计算机系统层次结构

9）机器数是指什么？它主要是解决了数值的什么表示？

机器数是把符号\数字化\的数，可将正负号用一位数码0和1来表代替的数值，一般这种符号位放在数的最高位。它主要是解决了数值在计算机中的二进制表示形式。10）机器数有哪4种表示方法？

①原码表示法：是一种比较直观的机器数表示法，原码的最高位作为符号位，用“0〞表示正，

用“1〞表示负，有效数值部分用二进制的绝对值表示。

②补码表示法：对正数来说，其补码和原码的形式一致；对于负数，补码为其反码的末位加1。③反码表示法：对于正数来说，反码与原码、补码表示一致。对于负数来说，符号位与原码、

补码符号定义一致，只是将原码的数值位按位变反。④移码表示法：移码是补码的符号位取反。

3

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11）计算机数值有哪两种表示方式？它主要解决了数值的什么表示？

真值和机器码表示，解决了数值的编码问题。12）浮点数在计算机内部表示两种方式是如何安排的？

浮点数表示把字长分成阶码（表示指数）和尾数（表示数值）两部分,其格式有：

第一种表示：

J阶符S数符

基数R隐含，一般为2，数的存储为X=D×2E

一般阶码采用补码或移码定点整数表示，尾数用补码表示。13）尾数是补码表示，其规格化如何表示？

补码的规格化后：正数：0.1X…X的形式；负数：1.0X…X的形式。（X表示1或0）14）解释计算机内部数值0和字符0有何不同？

计算机内部一般根据电压波形也就是电平高低来判断规律值为0或1，数值0表示低电平；而字符0表示字符‘0’的ASCII值即48（十进制），即一种数的编码。15）计算机如何判断加法溢出的？

①双符号位（变形补码法）：利用数据的最高两位来表示数的符号记为Sf1和Sf2，若Sf1Sf2为

00：表示正数，01：表示正溢出，11：表示负数，10：表示负溢出。

②进位判断法：当两个单符号位的补码进行加减运算时，若最高数值向符号位进位值C与符号

位产生的进位输出值S一致，则没有产生溢出，否则就有溢出。即S⊕C=0时溢出。

16）半加器与全加器有什么不同？

半加器：半加器有两个二进制的输入，其将输入的值相加，并输出结果到和（Sum）和进制

（Carry）。半加器虽能产生进制值，但半加器本身并不能处理进制值。

全加器：全加器三个二进制的输入，其中一个是进制值的输入，所以全加器可以处理进制值。

全加器可以用两个半加器组合而成。

4

计算机组成原理期末复习知识要点

EM-1…E1阶码值

SEM-1…E1阶码值

数符

D-1…D-(n-1)D-1…D-(n-1)尾数值尾数值

其次种表示：J阶符

例题：设浮点数的阶码为4位（含阶符），尾数为6位（含数符），X、Y中的指数，小数项均为二进制真值。X=201×0.1101，Y=211×(-0.1010)，求X+Y。解：[X]补=0001，0.11010;[Y]补=0011，1.01100

Ⅰ.对阶：△E=[m]补-[n]补=0001+1101=1110,其真值为-010，则X小阶要向Y阶码对齐，

即：[X]补=0011,0.00111(0舍1入)

Ⅱ.尾数相加：即[X尾]补+[Y尾]补=00.00111+11.01100=11.10011

Ⅲ.结果规格化：由于尾数为11.1XXXX,应左规格化，阶码减小，

结果[X+Y]补=0010，1.00110，X+Y=2023×(-0.11010)

Ⅳ.溢出判断：阶码无溢出。

5

17）ALU中文含义？

算术规律运算单元(ArithmeticLogicUnit)即运算器，是对数据进行加工处理的部件，具体任务是实现数据的算术运算和规律运算。18）并行进位链有哪两种实现方式？

①组内并行、组间串行的进位链：将n位全加器分成若干小组，小组内的进位同时产生，小组

与小组之间采用串行进位。

②组内并行、组间并行的进位链：将n位全加器分若干大组，大组中又包含若干小组。每个大

组中小组的最高位进位同时产生。大组与大组之间采用串行进位。

19）浮点加减法运算有哪4个步骤？

①：求出两阶码差：对阶E=m-n；

若△E=0，尾数不移位；若△E>0，Y的尾数右移m-n位，n增加m-n位；

若△ETA

25）简述六管静态MOS存储单元工作原理？

T7I/O

D

T5

A

T1

接Y地址译码器

B

T2

T6

D

I/O

T8

图25：六管静态MOS存储单元电路图

说明：T1、T2是工作管，使得A、B点为互补（一个为1，另一个一定0）。

T3、T4是负载管，起限流电阻作用

T5、T6、T7、T8为控制管或开门管，由它们实现按地址选择存储单元。

①写操作。在字线上加一个正电压的字脉冲，使Ｔ2、Ｔ3管导通。写入过程是字线上的字脉

冲和位线上的位脉冲相重合的操作过程。

②读操作。只需字线上加高电位的字脉冲，使Ｔ2、Ｔ3管导通，把节点Ａ、Ｂ分别连到位线。

在相应的线上产生电压降，经差动放大器检测出是0还是1。

7

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26）Intel2114是六管静态MOS芯片，一个1KB×4位的静态RAM，地址总线有多少根？选中该

A364X64.行VcA4芯片一个地址至少可读多少位？存储矩阵A5GND.选

A664X64A7择.存储A8该芯片上共有212=4096个……I/O1▽输六管存储元电路，排成64×64的入列I/O电路I/O2▽数

列选择缓冲据I/O3▽控矩阵，有地址总线10根（A0~A9），

制

I/O4

▽

其中六根（A3~A8）用于行译码，产生64根行选择线，四根用于列译

码，产生16条列选择线，每条线同

时接矩阵的4位，即至少可读4位。

27）简述四管动态MOS存储单元工作原理？

①写入过程：I/O与I/O线加互为相反的电平（0和1），字线为高电平

时开启T5、T6管，所存的信息送到A、B端，将信息存储在T1、T2管的栅极电容上，当T5、T6管截止时，靠T1、T2管的栅极电容存储，可以保存一定时间(2ms)。

②读出过程：在读出时，先给出预充信号，使T9、T10管导通。于是电源就向位线D和D电容充电使它们达

T7I/OCd预充

A0A1A2A3

▽

▽▽

CSWE

&

&

▽

图26：Intel2114静态MOS芯片规律结构图

EdT9

接X地址译码器（字线）

Ed

T10

预充

T5

AT1

B

T2

T6

D

D

Cd

接Y地址译码器(位线)

T8

I/O图27：四管动态MOS存储单元结构图

到电源电压，当字线上T5、T6导通后就可读出，并可刷新（读的过程同时是刷新）

③刷新（再生）过程：先给出预充信号，使T9、T10管导通，向Cd和Cd充电，字线给一脉冲使T5和T6导通，就能补充A和B点的电容电压。

8

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28）Intel2116四管动态MOS（DRAM），一个16KBX1位DRAM，2根应用行（RAS）、列

（CAS）地址选择信号，分两次传送地址，地址引脚应有几根连接地址线上？选中该芯片一个地址

29）动态MOS存储器刷新方法有哪三种？

①集中式：在最大刷新间隔时间内，集中安排一段时间进行刷新，存在一段中止读/写操作的

死时间。寻常用在实时要求不高的场合；

②分散式：把一个存储系统周期分成读/写和刷新两部分，每一次读/写后就顺序对其中某行刷

新，不存在中止读/写操作的死时间，寻常用在低速系统中；

③异步式：前两者的结合，每隔一段时间刷新一次，保证刷新周期内对整个存储器刷新一遍，

用在大多数计算机中。

例题：64K×1位DRAM芯片中，存储电路由4个独立的128×128的存储矩阵组成。设存储器存储周期为500ns，单元刷新间隔是2ms。分别计算集中式、分散式、异步式的刷新周期。①集中式：在2ms单元刷新间隔时间，集中对128行刷新一遍，所需时间128×500ns=64

μs，2ms/500ns=4000次，其余时间则用于访问操作。在内部刷新时间（64μs）内，不64128??允许访存，这段时间被称为死时间。死时间率????0.032??3.2%。至少可读多少位？

行、列地址选择信号，分两次传送地址，地址引脚有7根连接地址线上；

选择行时，同时将某行的128选中，选择列时将某列128选中，交织处的1个地址即最后选中的地址，即至少可读1位。

20004000②分散式：在任何一个存储周期内，分为访存和刷新两个子周期。访存时间内，供CPU和其他主设备访问。在刷新时间内，对DRAM的某一行刷新。存储周期为存储器存储周期的两倍，即500ns×2＝1μs。刷新周期缩短，为128×1μs＝128μs。在2ms的单元刷新间隔时间内，对DRAM刷新了2ms÷128μs遍。③异步式：异步刷新采取折中的方法，在2ms内分散地把各行刷新一遍。避免了分散式刷新中不必要的屡屡刷新，提高了整机速度；同时又解决了集中式刷新中“死区〞时间过长的问题。刷新信号的周期为2ms/128=15.625μs。让刷新电路每隔15μs产生一个刷新信

号，刷新一行。9

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30）半导体只读存储器有哪4种？

①掩模式只读存储器(MROM)②可编程只读存储器(PROM)

③紫外光线可擦除可编程只读存储器(EPROM)④电可擦除电可改写只读存储器(EEPROM)

31）存储器与CPU的连接有哪2种方式，它们主要是解决什么问题的？

①位并联（位扩展）法：当芯片的容量和主存容量一致，而位数不足时，就要对位数进行扩展。②地址串联（字扩展）法：当芯片字长与主存一致，而容量不足时，就需要用几片存储器芯片

组成合起来的存储空间即地址空间进行扩展，称为字扩展。

③字位扩展法：当芯片容量和主存容量、芯片字长与主存均不同时进行字和位同时扩展。

芯片数=(M／m)·(N/n)

其中，M:存储器存储单元数；m:芯片存储单元数；N:计算机字长；n:芯片存储字长87

6I/O5I/O4I/O中3

I/O2央地址总线A0I/O1I/O…处8K×1I/OA12I/O中理央

器器处理

D0（CPU）

CPU

数据总线数据总线D7

图31-1：存储器与CPU的连接——位并联（位扩展）法

10

计算机组成原理期末复习知识要点

15中A央

14处A

理CPU器A0CA13PU

WED0-D72:4译码器3210CE16×8WE

…CE

…CE

…CE16×8WE…16×8WE16×8WE

图31-2：存储器与CPU的连接——地址串联（字扩展）法

A12A11

２／４码

译

A10~A0

器

R/W

CPU

D15~D0

R/WACS

２Ｋ

×８

A

２Ｋ×８

A

２Ｋ×８

A

２Ｋ×８

A

２Ｋ×８

A

２Ｋ×８

A

２Ｋ×８

A

２Ｋ×８

D15~D8

D7~D0D15~D8

D7~D0D15~D8

D7~D0D15~D8

D7~D0

图31-3：存储器与CPU的连接——字位扩展法

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32）Cache中文含义？

Cache中文含义是高速缓冲存储器，它指位于CPU和主存之间的一个高速小容量的存储器。

33）Cache的功能是什么？

用于弥补CPU和主存之间的速度差异，提高CPU访问主存的平均速度。

34）Cache的目的是什么？

①加快读取速度：在Cache中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即

将访问的，当CPU调用大量数据时，就可避开内存直接从Cache中调用。使主存的平均

读出时间尽可能接近Cache的读出时间。

②高效的解决方案：在CPU中参与Cache，这样整个内存储器（Cache+内存）就变成了既

有Cache的高速度，又有内存的大容量的存储系统了。

35）Cache存储器的地址映像有哪3种方式？

地址映象是应用某种函数把主存地址映象到Cache中定位，把信息放到Cache存储器中。

这种函数称为映象函数。

①直接映象：直接映象函数为i=jmod2C，其中i是Cache页号，j是主存页号。主存的页以

2C为模映象到Cache的固定位置上。由映象函数还可以看出，主存页号的低C位

（即jmod2C）正好是它要装入的Cache的页号。优点是实现简单，其缺点是不够灵活。

出现Cache中还有好多空页，也必需对指定的Cache页进行替换。

②全相联映象：主存中任一页面可装入Cache内任一页面的位置。采用存放于相联存储器中

的目录表来实现地址映象；以加快“主存—Cache〞地址变换速度。优点是页面冲突概率

最低；但查表速度难以提高。几乎没有单纯采用全相联映象法。

③组相联映象：全相联映象法和直接映象法结合起来，将Cache空间分成若干组，每组包含

若干页，组间采用直接映象，组内各页则是全相联映象。

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36）LRU中文含义？

LRU(LeastRecentlyUsed)是近期最少使用算法，它是将近期内长久未被访问过的行换出。

每行也设置一个计数器，Cache每命中一次，命中行计数器清零，其它各行计数器增1。

需要替换时，将计数值最大行换出。它保护了刚拷贝到Cache的新数据行，有较高命中率。

37）多体交织存储器主要作用是什么？

①出发点：能够实现同时从存储器取出n条指令

②特点：通过改进主存的组织方式，在不改变存储器存取周期的状况下，提高存储器的带宽。

③结构特点：多体交织存储器由M个的存储体（或称存储模块）组成，每个存储体有一致的

容量和存取速度，又有各自独立的地址寄放器、地址译码器、读写电路和驱动电路。

④基本结构：每个模块各自以等同的方式与CPU传送信息。CPU同时访问四个模块，由存储

器控制部件控制它们分时使用数据总线进行信息传递。这是一种并行存储器结构。

38）虚拟存储器和主存-Cache存储器一致点和不同点？

一致处：

①化为大量信息块；

①作用不同：速度(主存-Cache)和容量(虚拟)；

②信息块长度不同；

③主存-Cache速度比为5~10：1,而主存-辅存速度为1：100~1000；

④CPU读取的时间相差较大；

⑤存取信息、地址变换和替换策略（主存-Cache用硬件，虚拟用操作系统的软件加适当

的硬件）

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计算机组成原理期末复习知识要点

②从慢存储器传递快存储器调度；不同处：

③有替换策略；

④映射关系和变换地址

39）存储区域保护有哪3种？

存储区域保护分为页表保护和段表保护、键式保护、环保护三种方式。

①页表保护和段表保护：每个程序有自己的页表或段表保护，就有一定保护功能，虚页号是固

定的，经过虚地址向实地址变化后的主存页号也是固定的，不管虚地址如何出错，也只能

影响到相对的几个主存页面。是在未形成主存地址前的保护。

②键式保护：为主存的每一页配上一个键，称为存储键（相当于一把锁），是操作系统赋予的。

每个用户的主存页面的键都一致。为了开启这个锁，必需有钥匙，称为访问键，访问键赋

予给这个用户每道程序，并把它保存在该道程序的状态寄放器中。当数据要写入主存时，

要比较两键（访问键和存储键）是否相符，是，则允许访问该页，否则拒绝访问。

③环保护：对当前正在执行的程序本身的核心部分或关键部分进行保护。在现行程序运行前，

由操作系统定好各页的环号，并放入页表中，然后将该程序的开始环号送入CPU的现行

程序寄放器中，并把操作系统为其规定的上限环号也放入相应的寄放器中。程序可以跨层

访问任何外层（环号大于现行环号）空间，但假使企图向内层（环号小于现行环号）空间

访问，则需由操作系统的环控例行程序判断这个向内访问是否合法。假使合法，则允许访

问，否则按出错进入保护处理。但确定现行程序不能访问低于上限环号的存储区域。当允

许现行程序访问其他层时，相应的要改变现行环号寄放器。

现行环号寄放器

上行环号寄放器

图39-3：存储区域保护——环保护方式

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环控例行程序

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40）在计算机组成原理中学了哪两种纠错码？

①海明校验码：可自动改正一位或几位的错误；

②循环码（CRC）：是一种建立在模2运算的编码规律的校验码，它可以通过模2运算来建立

有效信息和校验位之间的约定关系，即要求N=K+R位的某数能被某一约定的除数除尽。

41）海明校验码工作原理？

在数据中参与几位校验位，将数据代码的码距比较均匀地拉大，并把数据的每一个二进制

位分派在几个奇偶校验组中，某一位出错会引起有关的几个校验位的值发生变化，它不但可以

发生出错，还能指出哪一位出错，为自动改正提供依据。

例题：设有效信息有4位，校验位有3位，组成７位（7=4+3）有校验码，则:位号iPi占位1P12P23B14P35B26B3备注1=12=23=1+24=45=1+46=2+47=1+2+47B4第i位位号可由校验位位号之和组成，可得到如下表海明码位号1234567占用的校验位号121、241、42、41、2、4由此可得出分组（3组，每组一位校验位）校验位号被校验位位号备注1、3、5、71（P1）P1=B1⊕B2⊕B42、3、6、72（P2）P2=B1⊕B3⊕B44、5、6、73（P3）P3=B2⊕B3⊕B4查错和纠错：G1=P1⊕B1⊕B2⊕B4G2=P2⊕B1⊕B3⊕B4G3=P3⊕B2⊕B3⊕B4例:B1B2B3B4=1011，P1=0，P2=1，P3=0（偶校验）在传送的过程中得到数据为：P1P2B1P3B2B3B4=0100011则:G1=P1⊕B1⊕B2⊕B4=1G2=P2⊕B1⊕B3⊕B4=1G3=P3⊕B2⊕B3⊕B4=0可得出G3G2G1=011是P1P2B1P3B2B3B4中第3位出，即B1。只将B1取反就可。

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计算机组成原理期末复习知识要点

42）循环码（CRC）工作原理？

循环码是一种建立在模2运算的编码规律的校验码，它可以通过模2运算来建立有效信息

和校验位之间的约定关系，即要求N=K+R位的某数能被某一约定的除数除尽。

设待编码的有效信息以多项式M(x)表示，用约定的一个多项式G(x)去除，可用以下式子

表示：M(x)=Q(x)G(x)+R(x)，M(x)－R(x)=Q(x)G(x)；因而可将M(x)－R(x)作为编好的码送

目标部件，若在目标部件中能除约定的G(x)余数为0，说明数据传送正确。若不是说明有错误，

再进一步确定哪一位错。

43）什么是指令系统？

指令系统是一台计算机的所有指令的集合。按计算机层次来划分有微指令、机器指令和宏指令。

①微指令：是微程序级的命令，属于硬件。

②宏指令：是由若干条机器指令组成的软件指令，属于软件。

③机器指令：则介于微指令与宏指令之间，寻常称为指令，每一条指令可完成一个独立的算术

运算或规律运算操作。

44）指令系统的性能有哪4个？

①完备性：指令系统丰富、功能齐全、使用便利；

②高效性：占储存空间少、执行速度快；

③规整性：含对称性、匀齐性以及指令格式和数据格式的一致性

[1]对称性是在指令系统中所有的寄放器和存储器单元都可同等对待，所有指令都可使用各

种寻址方式。

[2]匀齐性是指一种操作性质的指令可以支持各种数据类型。

[3]指令格式和数据格式的一致性是指指令长度和数据长度有一定关系，以便利存取，寻常

为字节的整数倍。

④兼容性：系列机做到“向上兼容〞。

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计算机组成原理期末复习知识要点

45）指令的格式有哪两大部分组成？

指令的格式由操作码和地址码组成

①操作码：是表征指令操作的性质和功能。

其格式设定一般与机器的字长、存储器容量以及指令的功能有关。

46）指令字长度是指什么？

指令字长度指令字中的二进制代码的位数，它与机器字长、存储器容量以及指令的功能有关。

还与操作码的长度、地址码的长度和地址码的个数有关。

47）长格式指令含义？

指令字长度大于机器字长的指令，称为长格式指令，否则称为短格式，一台机器可同时存在。

[1]单字长指令：指令字长度与机器字长长度相等的指令

[2]半字长指令：指令字长度是机器字长长度一半的指令

[3]双字长指令：指令字长度是机器字长长度两倍的指令

48）等长指令字结构含义？

等长指令指在一个指令系统中，各种指令长度是相等的。

49）变长指令字结构含义？

变长指令指在一个指令系统中，若各种指令长度不是完全相等的。

50）在等长指令字结构，指令操作码合理扩展方法是如何扩展的？

在指令字寻常有一个固定不变的长度来表示基本操作码，而对一部分不需要的某个地址码的指

令，则把它们的操作码的长度扩展到该地址字段，这样既能充分利用指令字的各字段，又能在不增

加指令长度的状况下扩展操作码的长度，从而能表示更多的指令。

短格式

长格式

②地址码：指定参与操作的操作数的地址。

指令格式：操作码字段

地址码字段

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51）寻址方式含义？

寻址方式即寻觅并确定本条指令的数据（操作数）地址及下一条要执行的指令地址的方式。

52）寻址方式分哪两大类？

寻址方式的两大类：指令寻址和数据寻址。

53）指令的寻址方式有哪两种基本寻址？

指令的寻址方式是确定下一条将要执行指令地址的方法，分为顺序寻址方式和腾跃寻址方式。

54）操作数的寻址方式有哪些？

①隐含寻址方式

④直接寻址方式（寄放器直接和存储器直接）

⑤间接寻址方式（寄放器间接和存储器间接）

⑩复合型寻址方式（相对间接、间接相对、变址间接、间接变址）

55）指令分类有哪些？

①数据传送指令

③移位操作指令

⑤输入输出指令

⑦堆栈操作指令

除以上各类指令外，还有状态寄放器置位、复位指令、测试指令、暂停指令，空操作指令，以

及其他一些系统控制用的特别指令。

56）CPU由哪两部分的组成？

CPU由控制器和运算器两个主要部件组成。

②算术/规律运算指令

④程序控制指令

⑥字符串处理指令

⑧特权指令

⑥相对寻址方式（基址和变址以及PC相对寻址）

⑦基址寻址方式⑧变址寻址方式

⑨堆栈寻址方式

②马上寻址方式

③寄放器寻址方式

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57）控制器中主要寄放器有哪些？它的主要作用是什么？

①程序计数器PC：存放指令的地址（当前指令或者下一条指令地址）。

②地址寄放器AR：用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。

③指令寄放器IR：用来保存当前正在执行的一条指令。

④指令译码器ID：对指令寄放器中的指令操作码字段进行译码。

58）运算器主要作用是什么？

①取指令：从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。

②指令译码：对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。

③控制指令执行：根据分析指令时产生的操作命令和操作数地址形成相应的操作控制信号序

列，通过运算器、存储器及输入／输出设备的执行，实现每条指令的功能。不断重复执行取指、译

码、执行，直至遇到停机或外来的干预。

④控制程序和数据的输入与结果输出：根据程序的规定或人为干预，向输入／输出设备发出一

些相应的命令来完成I／O功能。

⑤处理异常状况和请求：当计算机出现异常状况，如除数为零和数据传送的奇偶错等，或者出

现外部中断请求和DMA请求的时候，控制器可以中止当前执行的程序，转去执行异常处理或者响

应中断和DMA请求并进行相关处理。

59）CPU的主要功能有哪4个控制？

①指令控制：程序是指令的有序集合，保证机器按规定的顺序执行程序。

②操作控制：CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号，并把各种操作信号送往相

应的部件，从而控制这些部件按指令的要求进行动作。

③时间控制：对各种操作实施时间上的控制，计算机中各种指令的操作信号均受到时间的严格

控制。

④数据加工：对数据进行算术运算和规律运算处理。完成数据的加工处理，这是CPU的根本

的任务。

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计算机组成原理期末复习知识要点

据通路，从而完成取指令和执行指令的控制的部件。

62）操作控制器设计方法有哪3种，分别采用什么技术来实现？

①硬布线控制器：采用组成规律技术来实现控制的操作控制器；

②微程序控制器：采用存储规律技术来实现控制的操作控制器；

③门阵列控制器：采用规律技术和存储规律技术相结合的操作控制器。

63）时序产生器起什么作用？

时序产生器由时钟源、环形脉冲发生器、节拍脉冲和读/写时序译码规律、启停控制规律等部

分构成。它是对各种操作实施时间上的严格控制的部件。

64）指令周期的含义？

CPU每取出并执行一条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需用的时间寻常叫做

一个指令周期。

65）CPU周期（机器周期）的含义？

CPU周期（机器周期）寻常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定。指令周期往往用若

干个CPU周期数来表示。

66）节拍脉冲（T周期）的含义？

时钟周期：一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期（寻常称为节拍脉冲或T周期，它是

处理操作的最基本单位）。这些时钟周期的总和则规定了一个CPU周期的时间宽度。时序信号一

般采用电位-节拍脉冲制，一个节拍电位表示一个CPU周期。

计算机组成原理期末复习知识要点

60）数据通路的含义？

数据通路是寄放器之间传送信息的通路，由操作控制器完成。61）操作控制器起什么作用？

操作控制器是根据指令操作码和时序信号的要求，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数

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67）定长的CPU周期的含义？

定长的CPU周期是以最繁杂的机器周期为准定节拍数，每一节拍的长短也以最繁的微操作作

为标志。这种方法采用统一的、具有一致时间间隔和一致数码的节拍，使得所有的机器周期长度都

相等。

68）不定长CPU周期的含义？

不定长CPU周期是依照机器周期的实际需要安排节拍数，需要多少节拍，就发出多少节拍，

这样可以避免浪费，各机器周期长度不同，提高时间利用率。

69）非访问主存储器指令的指令周期工作流程？

非访问主存储器指令的指令周期一般分为两个CPU周期：

①第一个CPU周期，即取指令阶段，CPU完成三件事：

[1]从内存取出指令；

[2]对程序计数器PC加1，以便为取下一条指令做好准备；

[3]对指令操作码进行译码或测试，以便确定进行什么操作。

②其次个CPU周期，即执行指令阶段

[1]操作控制器送一控制信号给算术规律运算单元ALU；

开始

[2]ALU响应当控制信号。

一个CPU周期

取指令PC+1

一个CPU周期

取下条指令PC+1

执行指令

对指令译码

图69：非访问主存储器指令的指令周期工作流程图

21

计算机组成原理期末复习知识要点

开始

一个CPU周期

70）直接访问主存储器指令的指令周期工作流程？

①第一个CPU周期为取指令阶段，其过程与非访问主存储器指令完全一致；②其次个CPU周期中将操作数的地址送往地址寄放器并完成地址译码；③第三个CPU周期中从内存取出操作数并执行计算的操作。

一个CPU周期

一个CPU周期

取指令PC+1

取出操作数

取下条指令PC+1

对指令译码

送操作数地址

执行操作

图70：直接访问主存储器指令的指令周期工作流程图

71）间接访问主存储器指令的指令周期工作流程？

开始

①第一个CPU周期为取指令阶段，其过程与非访问主存储器指令类似，只是此阶段中程序计数器加1后变为指令指定的地址，为取第四条指令做好了准备；

②其次个CPU周期中将指令寄放器中地址码部分的形式地址装到地址寄放器中；

③第三个CPU周期中CPU将地址寄放器的内容发送到地址总线上，即（AR→ABUS）后把存储单元的内容读出到数据总线上，即（M→DBUS）然后又将把数据总线上的数据装入地址寄放器，替代了原先的内容，即（DBUS→AR）。

④第四个CPU周期中取出操作数并执行计算的操作。

一个CPU周期一个CPU周期一个CPU周期

一个CPU周期

取指令PC+1

取下条指令PC+1

取出操作数执行操作

对指令译码送地址指示器

传送操作数

图71：间接访问主存储器指令的指令周期工作流程图

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计算机组成原理期末复习知识要点

开始

73）程序控制指令的指令周期工作流程？

一个CPU周期

一个CPU周期

取指令PC+1

取下条指令PC+1

传送转移地址

时序信号的作用是开始取指令并执行指令时，操作控制器就利用定时脉冲的顺序和不定时脉冲

的间隔，有条不絮，有节奏地指挥机器各部件按规定的时间动作，提供计算机各工作部件工作时的

时间标志。

75）指令周期分为哪2个周期？

指令周期分为取指和执行两个阶段：

时间角度：取指发生在第一个CPU周期，执行发生在后面若干个CPU周期。

空间角度：取出的代码是指令一定送往指令寄放器，若取出的代码是数据一定送往运算器。

76）CPU是如何来区分数据和指令？

CPU比较简单的通过时序控制信号从时间和空间上识别出是数据还是指令

从时间上来说，取指令事件发生在指令周期的第一个CPU周期中，即发生在“取指令〞阶段，

而取数据事件发生在指令周期的后面几个CPU周期中，即发生在“执行指令〞阶段。

从空间上来说，假使取出的代码是指令，那么一定送往指令寄放器，假使取出的代码是数据，

那么一定送往运算器。

23

对指令译码

图73：程序控制指令的指令周期工作流程——JMP转移指令

74）时序信号的作用？

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77）时序信号最基本的体制是什么？

计算机硬件的器件特性决定了：时序信号最基本的体制是电位—脉冲制。

用这种体制进行寄放器之间的数据传送时，具体如下：

①将数据加在触发器的电位输入端，

②将参与数据的控制信号加在触发器的时钟输入端。

③电位的高低分别表示数据1、0。

④为保证参与到寄放器中的数据可靠，必需先建立电位信号，并且要求电位信号在参与数据的

控制信号到来之前必需已经稳定。

78）组合规律控制器时序信号采用什么体制？

采用主状态周期-节拍电位-节拍脉冲制。主状态周期（含若干个节拍脉冲电位（又含若干节拍

脉冲））可以用一个触发器的状态持续时间来表示，一个节拍电位表示一个CPU周期。

79）微程序控制器时序信号采用什么体制？

采用电位-节拍脉冲制。一个节拍电位表示一个CPU周期，节拍脉冲就是时钟脉冲。

80）时序信号产生器一般由哪4部分组成？

①时钟源：用来为环形脉冲发生器提供频率稳定且电平匹配的方波时钟脉冲信号。

②环形脉冲发生器：产生一组有序的间隔相等或不等的脉冲序列，以便通过译码电路来产生最

后所需的节拍脉冲。

③节拍脉冲和/读写时序译码规律

④启停控制规律

81）CPU的控制方式有哪三种？

①同步控制方式：在任何状况下给定的指令在执行时所需的机器周期和时钟周期数是固定不变

的控制方式。

②异步控制方式：每条指令的指令周期数且完成执行后CPU有“回复〞信号

③联合控制方式：同步与异步的结合。

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计算机组成原理期末复习知识要点

82）微程序设计技术设计的思想？

就是依照设计解题程序的思路，把操作控制信号编成微指令，并将微指令代码存放到只读存储

器里；当机器运行时，一条一条地读出这些微指令，产生计算机所需要的各种操作控制信号，使相

应部件执行规定的操作。

83）微命令和微操作含义？

由控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令，执行部件接受后，按一定顺序执行一系

列最基本操作完成，这些控制命令寻常称为微命令，最基本的操作称为微操作。

84）微指令和微命令的关系？

微指令：是一组微命令的集合，用于完成一个功能相对完整的操作。

微命令：是组成微指令的最小单位，也就是控制微操作实现的控制信号。一般用于控制数据通

路上门的开启/关闭，或者功能选择。

85）微程序和微指令的关系？

微程序：微指令的有序集合，用于实现机器指令的功能。

微指令：是一组微命令的集合，用于完成一个功能相对完整的操作。微命令是组成微指令的最

小单位，也就是控制微操作实现的控制信号。

86）微指令的基本格式如何？

↓↓↓

②顺序控制部分：用来决定产生下一条微指令的地址。顺序控制字段的若干位直接给出下一条

微指令的地址，其余各位则做为判别测试状态的标志，

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操作控制部分

控制信号

↓↓W/R

测试标志S1—S0

顺序控制部分

顺序地址

下一条微指令地址

①操作控制部分：用来发出指挥计算机工作的控制信号。

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87）微指令周期与CPU周期的关系？

在串行方式的微程序控制器中，微指令周期等于读出微指令的时间加执行该条微指令的时间，

①一条机器指令对应一个微程序，一个微程序对应若干条微指令序列。

②指令、程序和地址是与主存储器有关微指令、微程序和微地址是与控制存储器有关。

③一个CPU周期对应一条微指令，上次所讲的4条典型的指令的指令周期图，也是微程序的

流程图。

地址寄存器AR微地址寄存器…微命令寄存器可将一个微指令周期设计得恰好等于一个CUP周期。

执行微指令T1T2T3T4微指令周期T1T2T3读微指令T4CPU周期88）微指令与机器指令的关系？

CPU周期控制存储器地址译码器指令寄存器IR缓冲寄存器DR主存储器地址译码+1程序计数器PC

图88：微指令与机器指令的关系

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计算机组成原理期末复习知识要点

89）微指令的编码译码控制方法有哪些？

①位直接控制法：在微指令的控制字段中，每一位表示一个微命令。在设计微指令时，是否发出某个微命令，只要将微指令控制字段中相应位置成“1〞或“0〞，即开启对应控制门，便可发出或阻止某个微命令。

②字段直接译码控制法：假使在若干个（一组）微命令中，在选择使用它们的微周期内，每次只能有一个微命令有效，则这一组微命令是相互排斥的。字段直接译码控制法就是把一组相斥性的微命令信号组成一个字段（一个小组），然后通过字段译码器对每一个微命令信号进行译码，译码输出作为操作控制信号。

③字段间接译码控制法：在字段直接译码控制法的基础上，进一步缩短微指令字长的方法。在字段直接译码控制法中规定一个字段的某些命令由另一个字段中的某些微命令来解释。

④混合编码译码控制法：这种方法是将位直接控制法与字段译码控制法混合使用的方法，能综合考虑微指令字长、灵活性和执行微程序速度等方面的要求。

⑤常数字段控制法：这种方法在微指令中附设一个常数字段，就象指令中的马上数一样，用它来给某些执行部件直接发送常数。该常数有时作为操作数送入ALU参与运算，有时也作为计数器的初值来控制微程序循环次数。

90）微程序流的控制是现行微指令执行完后如何得到后继微地址的过程有哪3种方式？

①计数器方式：在顺序执行微指令时，后继微地址由现行微地址加上一个增量来产生；在非顺序执行微指令时，必需通过转移方式，使现行微指令执行后，转去执行指定的后继微地址的下一条微指令。

②增量方式与断定方式相结合的方法：这种方法将微指令顺序控制部分分成两部分：条件选择字段和转移地址字段。当微程序转移时，将转移地址送微程序计数器(μPC)，否则顺序执行下一条微指令(μPC加1)。

③多路转移方式：一条微指令具有多个转移分支功能的状况称为多路转移。在多路转移方式中，当微程序不产生分支时，后继微地址直接由微指令的顺序控制字段给出；当微程序出现分支时，将有若干个候选微地址可供选择，按顺序控制字段的“判别测试〞标志和“状态条件〞信息来选择其中一个微地址。

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计算机组成原理期末复习知识要点

91）微指令的格式一般分为哪2种？

①水平型微指令：一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令。又分为三种：全水平型(不译法)微指令、字段译码法水平型微指令、直接和译码相混合的水平型微指令。

水平型微指令的一般格式如下：

控制字段

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判别测试字段下一地址字段②垂直型微指令：设置微操作码字段时，采用微操作码编译法来规定微指令的功能的微指令。垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构，有操作码，在一条微指令中只有1～2个微操作命令，每条微指令的功能简单。实现一条机器指令的微程序要比水平型微指令编写的微程序长得多。它采用较长的微程序结构来换取较短的微指令结构。92）微程序控制器有由3部分组成？

①控制存储器：控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，它是一种只读存储器。一旦微程序固化，机器运行时则只读不写。

②微指令寄放器：微指令寄放器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。

③地址转移规律：在一般状况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下一条微指令的地址，寻常简称微地址，这个微地址信息就存放在微地址寄放器中。93）硬布线控制器中组合规律线路有哪3类输入？

①来自指令操作码译码器的输出I1～Im，译码器每根输出线表示一条指令，译码器的输出反映出当前正在执行的指令。

②来自执行部件的反馈信息B1～Bj。

③来自时序产生器的时序信号，包括节拍电位信号M1—Mi和节拍脉冲信号T1～Tk，其中节拍电位信号是机器周期信号，节拍脉冲信号是时钟周期信号。

94）取指令M1=1有效，M4=1，LDA、ADD、AND取操作数有效，则：产生一次主存读操作控制信号C1为多少？

产生一次主存读操作的控制信号C1，当节拍电位M1＝1，取指令时被鼓舞；而当节拍电位M4＝1，三条指令(LDA，ADD，AND)取操作数时，也被激活，此时指令译码器的LDA、ADD、SUB输出均为1，因此，C1的规律表达式为：C1＝M1+M4(LDA+ADD+AND)

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门阵列控制器由大量的与门、或门阵列等电路构成的器件实现。

97）门阵列控制器基本设计思想是什么？

采用门阵列器件设计控制器的基本设计思想与早期的硬布线控制器一样：

首先写出每个操作控制信号的规律表达式；然后选用某种门阵列芯片，并通过编程来实现这些

表达式。

98）流水线基本工作原理是什么？

传统计算机中各条机器指令之间是串行执行的，即按指令的顺序执行完一条指令再执行下一条

指令。一条指令