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组合逻辑电路:
输出状态仅仅和当前的输入状态有关。
(不但和当前有关,还和上一次输入的状态有关叫时序逻辑电路)
加法器,译码器,数据选择器等电路
12.三态门优势
三态门电路是一种最重要的总线接口电路,它保留了图腾输出结构电路信号传输速度快、驱动能力强的特性,又有集电极开路电路的输出可以“线与”的优点,是构建计算机总线的理想电路。
13.如何提高加法器工作速度
解决办法之一:
只有改变进位逐位传送的路径,采用“超前进位产生电路”,来同时产生各位进位,从而实现快速加法,这种加法器称为“超前进位加法器”。
14.ALU是什么
ALU是一种功能较强的组合电路。
它能实现多种算术运算和逻辑运算。
ALU的基本组合逻辑结构是超前进位加法器。
4位的ALU一般型号SN74181(美国)
15.译码器的作用
把某组编码翻译为唯一的输出,实际应用中要用到的有地址译码器和指令译码器。
16.数据选择器
数据选择器又称多路开关
是以“与-或”门、“与-或-非”门实现的电路
在选择信号的控制下,实现从多个输入通道中选择某一个通道的数据作为输出。
17.时序逻辑电路
时序逻辑电路不但与当前的输入状态有关,而且还与电路以前的输入状态有关。
时序电路内必须有存储信息的记忆元件---触发器。
18.触发器的触发方式(画图题,填空题)
(1)电位触发:
由‘0’或‘1’电平直接触发
(2)边沿触发:
由正跳变(上升沿)触发或负跳变(下降沿)触发
(3)主从触发:
主从分级触发,主要用于组成计数器
19.D触发器(画图)
又称边缘触发器,延时触发器,常用于构建寄存器,移位寄存器,计数器等部件。
当时钟脉冲CP为某一约定跳变(正跳变或负跳变)到来时接收数据;
在CP=1及CP=0期间以及非约定跳变到来时,触发器不接收数据
20.主-从J-K触发器
由两个电位触发器级联而成,接受输入数据的是主触发器,接受主触发器输出的的是从触发器,主、从触发器的同步控制信号是互补的(CP和/CP)
21.寄存器
用于暂存数据指令等。
由触发器和一些控制门组成。
22.计数器功能及用途
功能:
记忆输入脉冲个数叫计数,实现计数操作的电路称为计数器。
用途:
1、累计脉冲个数
2、定时
23.计数器分为哪几种?
计数器分为:
同步计数器和异步计数器;
二进制和十进制计数器。
同步计数器:
各触发器的时钟信号由同一时钟提供。
优点是各触发器同时翻转,无延时,频率高。
缺点是电路结构复杂。
异步计数器:
高位触发器的时钟信号是由低一位触发器的输出来提供的,电路结构简单。
第三章
24.什么叫真值,机器数?
•真值:
在现实生活中,用正号、负号加绝对值表示数值的数称为真值,如123、-128等。
•机器数:
在计算机内部使用的、连同符号一起数码化了的数,称为机器数。
一般用“0”表示正号,“1”表示负号,正号有时可省略
25.原码特点
•表示简单,易于同真值之间进行转换
•进行加减运算十分麻烦,本来是加法运算却可能要用减法器实现。
•0的表示不惟一
26.各种码的表示范围(定点整数)
n是除了符号位的个数,即数据位个数
定点整数:
原码、反码–(2n–1
)
~2n–1
表示数的个数
:
2n+1
–1
补码、移码–2n
~2n
–1表示数的个数
2n+1
定点小数:
原码、反码–(1
–2-n
)~1
补码、移码–1
~1–2-n
27.补码的优点及缺点
优点
实现加、减运算方便。
可以将减法运算变为加法,运算器中的加、减运算可以采用一个加法电路。
缺点
真值与原码之间的换算不够直接。
实现乘法运算不方便。
28.什么是溢出,什么情况下会溢出
当运算结果超出机器数所能表示的范围时,称为溢出。
显然,两个异号数相加或两个同号数相减,其结果是不会溢出的。
仅当两个同号数相加或者两个异号数相减时,才有可能发生溢出的情况。
29.什么是正溢,什么是负溢?
正溢:
两正数相加,结果为负。
负溢:
两负数相加,结果为正。
30.什么是浮点数
定义:
浮点数是指小数点位置可浮动的数据,通常以下式表示:
N=M*RE
M(尾数)越大精度越高,E(阶码)越大范围越大
31.什么是规格化以及规格化的原则
规格化:
为了在尾数中表示最多的有效数据位,同时使浮点数具有唯一的表示形式,尾数应当采用规格化表示方法。
原则:
1.尾数为原码表示时,小数点后的第一位数一定要为1。
2.尾数用补码表示时,小数点后最高位应与数符符号位相反。
32.计算机中数值范围和精度的定义
•数值范围:
机器所能表示的一个数的最大值和最小值之间的范围。
•数据精度:
指一个数的有效位数。
•数值范围和数据精度是两个不同的概念。
33.浮点数的运算步骤
1.“对阶”--使两数阶码相等(对齐两数的小数点)
对阶的规则:
是小阶向大阶看齐(使得误差很小)
2.尾数加/减
3.结果规格化(尾数用双符号位补码表示)
4.舍入
5.判溢(检查阶码是否溢出)
34.双符号位判溢
在原有移码符号位的前面(即高位)再增加位符号位,并规定该位恒用“0”表示,而加数或减数的补码的两位符号位则一致。
–溢出的条件是运算结果移码的最高符号位为1。
此时若低位符号位为0,表示上溢;
低位符号位为1,表示下溢。
–如果运算结果移码的最高符号位为0,即表明没溢出。
此时若低位符号位为1,表明结果为正:
低位符号位为0,表示结果为负。
35.奇偶校验(选择题)
1.奇偶校验码是一种开销最小,能发现数据代码中一位出错情况的编码。
2.常用于存储器读写检查,或ASCII字符传送过程中的检查。
3.编码方法:
加一位校验位,使奇校验为奇数个1,偶校验为偶数个1。
36.奇偶校验优缺点
缺点:
这种方案只能发现一位错或奇数个位错,但不能确定是哪一位错,也不能发现偶数个位错。
优点:
该方案还是有很好的实用价值。
37.循环冗余校验(CRC)码的特点和用途
特点:
CRC码可以发现并纠正信息串行读写、存储或传送过程中出现的一位、多位错误
在磁介质存储器读写和计算机之间通信方面得到广泛应用。
海明码判别:
?
第四章
38.半导体存储器的分类(按使用属性)
-随机存取存储器RAM:
可读可写、断电丢失
-只读存储器ROM:
正常只读、断电不丢失
39.主存储器的主要技术指标(填空/简答)
主存储器的主要技术指标为:
容量、存取时间、存储周期。
1、容量:
计算机可寻址的最小单位是一个存储字,一个存储字所包括的二进制位数称为字长。
2、存储器存取时间(MemoryAccessTime),启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。
有读出时间和写入时间组成。
3、存储周期(MemoryCycleTime)(又称读/写周期,或访问周期)连续启动两次独立的存储器操作(例如连续两次读操作)所需间隔的最小时间。
通常存储周期略大于存取时间。
40.半导体存储器的分类(选择/填空)
41.SRAM和DRAM的比较(选择/填空)
组成单元
速度
集成度
应用
SRAM
触发器
快
低
小容量系统
DRAM
极间电容
慢
高
大容量系统
42.只读存储器ROM(非易失性存储器)有哪些?
(选择/填空)
•掩膜ROM:
信息制作在芯片中,不可更改
•PROM:
允许一次编程,此后不可更改
•EPROM:
用紫外光擦除,擦除后可编程;
并允许用户多次擦除和编程
•EEPROM(E2PROM):
采用加电方法在线进行擦除和编程,也可多次擦写
•FlashMemory(闪存):
能够快速擦写的EEPROM,但只能按块(Block)擦除
43.存储器的主要应用(选择/填空)
存储器应用
SRAMcache(高速缓冲存储器)
DRAM计算机主存储器
ROM固定程序,微程序控制存储器,字库
PROM用户自编程序,用于工业控制机或电器中
EPROM用户编写并可修改程序,或产品试制阶段试编程序
EEPROMIC卡上存储信息
FlashMemory固态盘,IC卡
第五章
44.什么是指令
使计算机完成基本运算所需信号的组合,包括数据信息、地址信息和控制信息。
指令是用户使用计算机和计算机本身运行的最小功能单位。
45.什么是指令系统
一台计算机使用和支持的全部指令构成该机的指令系统。
CPU所能执行的全部指令的集合
46.简述指令格式并加以解释(按第一个背)
操作码(operationcode):
用来表示指令所要完成的操作(如加、减、乘、除、数据传送等),其长度取决于指令系统中指令的条数。
地址码(操作数):
用来描述指令的操作对象。
或者直接给出操作数、或者指出操作数的存储地址或寄存器地址(即寄存器名)。
47.指令操作码的扩展技术
指令操作码的长度决定了指令系统中完成不同操作的指令条数。
48.固定格式操作码
操作码长度固定
优点:
有利于简化硬件设计,减少译码时间
49.可变格式操作码
通常在指令字中用一个固定长度的字段来表示基本的操作码,而对于一部分少地址指令则把它们的操作码扩充到该指令的地址字段,即操作码长度可以改变。
这种方法在不增加指令字长度的情况下可表示更多的指令,但增加了译码和分析难度,需更多硬件支持。
微机中常使用此方式
50.字长的定义与位数
字长:
指计算机能直接处理的二进制数据的位数,它是计算机的一个重要技术指标。
作用:
字长决定了计算机的运算精度,字长越长,计算机的运算精度越高。
51.指令的长度取决于哪些东西?
指令的长度:
主要取决于操作码的长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数。
指令的长度通常为字节的整数倍。
52.寻址方式的分类(笔记p143)
•直接寻址
地址码字段直接给出操作数在内存的地址
特点是简单直观,便于硬件实现
•寄存器寻址
操作数在CPU的内部寄存器中
这种方式数据传送快,计算机中多采用。
•基址寻址
将整个存储空间分成若干个段,段的首地址存放在基址寄存器中,操作数的存储地址与段的首地址的距离即段内偏移量由指令直接给出。
操作数存储单元的实际有效地址就等于基址寄存器的内容与段内偏移量之和。
•变址寻址
将指令地址码部分给出的地址A和指定的变址寄存器R的内容通过加法器相加,所得和作为地址从存储器中读出操作数。
•间接寻址
R单元的内容是操作数的地址,R是操作数地址的地址
改变寄存器Rn中的内容就可访问内存的不同地址。
修改十分方便。
缺点:
二次寻址速度慢。
•相对寻址
是相对于当前指令的位移量(可正可负,补码)
A的位数决定操作数的寻址范围,广泛用于转移指令
•立即数
地址码字段是操作数本身
53.指令类型
(1)算术逻辑运算指令
(2)移位指令(算术移位,逻辑移位)
(3)浮点运算指令
(4)十进制运算指令
(5)字符串处理指令
(6)数据传送指令
54.特权指令
某些指令使用不当会破坏系统或其他用户的信息,因此为了安全起见,种类指令只能用于操作系统或其他系统软件,而不提供给用户使用,称为特权指令。
55.什么是复杂指令系统计算机?
1.更多的指令和复杂的指令有利于提高操作系统的效率,缩短指令系统与高级语言的语义差别。
2.为了向下兼容而只能扩充不能减去任意一条指令。
3.缺点:
研制周期变长,调试和维护难度加大,系统性能下降。
56.RISC的特点(精简指令集计算机)
•选用简单指令。
•指令长度固定,寻址方式少。
•除取数/存数外,其他指令都在寄存器之间进行,不涉及存储器访问。
•CPU中通用寄存器数量多。
•大部分指令在<
=1个机器周期内完成。
•主要为硬布线控制逻辑、少用微码控制。
•高级语言编程,优化编译,提高程序运行。
第七章
57.控制器的功能
按每条指令的要求产生所需的控制信号。
58.产生控制信号的方法
产生控制信号一般有微程序控制和硬布线控制两种方法。
59.微操作(微命令)
实现一条指令的功能按一定次序执行一系列基本操作,这些基本操作称为~。
60.微指令
由同时发出的控制信号所执行的一组微操作称为微指令,它含控制命令(信号)与下一条执行的微指令地址。
61.微程序
执行一条机器指令所对应的多条微指令构成一段微程序。
62.控制存储器
存放所有微程序的存储器。
它可以用只读存储器实现。
63.微指令的格式
64.控制存储器的工作原理
依据从内存中读取的指令的操作码,找到与该条机器指令相对应的一段微程序的入口地址,并按下址字段提供的微地址逐条从控制存储器中读出微指令,由控制字段提供的微命令控制计算机各功能部件工作(接收、输出、执行算术或逻辑运算)。
65.执行机器指令的实质是什么?
执行一段放在控存中的微程序
66.以执行一条加法指令为例,它由四条微指令解释执行
(1)取指微指令
(2)计算地址微指令
(3)取数微指令
(4)加法运算和送结果微指令
67.微程序控制计算机的工作过程
1、机器加电后,首先由reset信号在PC内置入开机后执行的第一条指令的地址,同时在微指令寄存器内置入一条“取指”微指令,并将其他一些有关的状态位或寄存器置于初始状态。
当电压达到稳定值后,自动启动机器工作,产生节拍电位T1,T2和CP。
2、机器开始执行程序,不断地取出指令、分析指令、执行指令。
程序可以存放在固定存储器中,也可以利用一小段引导程序(在固存中)将要执行的程序和数据从外部设备调入主存。
68.微程序控制存储器和动态微程序设计
1.微程序控制存储器
存储介质类型:
RAM、ROM等。
2.动态微程序设计
能够根据用户的要求来改变微程序的设计称动态微程序设计。
69.时序控制信号产生控制信号的方式
在运算控制器逻辑图,“时序控制信号形成部件”产生控制计算机各部分操作所需的控制信号,这个部件组成有两种方式:
(1)微程序控制方式
(2)硬布线控制方式
70.硬布线控制方式
通过逻辑电路直接连线而产生的,所以又称为组合逻辑控制方式。
71.时序与节拍(分知识点)
一条指令的实现可分成:
取指、计算地址、取数及执行等几个步骤。
在微程序控制方式中,每一步由一条微指令实现,而硬布线控制方式则由指令的操作码直接控制并产生实现上述各步骤所需的控制信号。
一条指令的每一步由一个机器周期实现,如何区分一条指令的四个机器周期呢?
方法有两种:
方法1.两位计数器的译码输出产生的四个状态来表示当前所处的机器周期,(2-4译码器)如图6.31所示;
方法2.用四位触发器来分别表示四个周期,当机器处于某一周期时,相应的触发器处于“1”状态,而其余三个触发器则处于“0”状态,四位移位寄存器即可实现此功能。
72.程序计数器和中断控制逻辑
程序计数器的输入:
有四种来源。
(1)开机后的reset信号,将PC置以初始地址;
(2)顺序执行指令:
由PC+1形成下一条指令地址;
(3)转移:
由ALU送来转移地址(通过ALU部件计算有效地址)
(4)外来中断请求信号:
若CPU响应中断,则由中断控制逻辑部件产生中断入口地址。
73.硬布线逻辑的实现途径
用PLA(可编程逻辑阵列)、PAL(可编程阵列逻辑)、GAL(通用阵列逻辑)或半定制电路门阵列(GA)来实现。
74.硬布线控制与微程序控制的比较
1.
实现
微程序控制通过控制存储器内的代码来实现,调试、修改方便;
硬布线控制通过组合电路实现,调试、修改复杂。
2.
性能
微程序控制速度较慢;
硬布线控制速度很快,主要用于高速和RISC机器中。
75.简述控制器的控制方式
1.同步控制方式
所有指令的执行都受相同时间节拍(机器周期)的控制。
2.
异步控制方式
所有指令的执行都只受本指令自己的时间需求来控制,执行完成后通过应答信号告知CPU。
3.联合控制方式
大部分指令的执行都受相同时间节拍(机器周期)的控制,少数不规整指令的执行通过应答信号控制。
4.人工控制
reset按键、连续或单条转换开关、符合停机(设断点)。
76.流水线工作原理
各条指令在执行过程中,机器的各部分在某些周期内在进行操作,而在某些周期内是空闲的。
。
如果控制器调度恰当,让各个部件紧张工作,可提高计算机运行速度---从而产生了流水线结构。
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