什么是指令周期、机器周期和时钟周期？三者有何关系？（8分） 答：指令周期通常是指计算机执行一条指令所用的时间。机器周期是所有指令执行过程中的一个基准时间，通常以存取周期作为机器时间，时钟周期是机器主频的倒数，也称为节拍，它是控制计算机操作的最小单位时间。 一个指令周期包含若干个机器周期，一个机器周期包含若干个时钟周期，每个指令周期内的机器周期数可以不等，每个机器周期内的时钟周期数也可以不等。
什么是指令周期？举例说明一个指令周期往往要包含哪几个执行步骤？ 答：指令周期通常是指计算机执行一条指令所用的时间。一个指令周期往往要包含几个执行步骤，例如可能包括读取指令、指令译码和读寄存器组、ALU执行运算、读写内存或接口、数据写回寄存器组这5个步骤。
什么是总线周期？ 答：总线周期，通常指的是通过总线完成一次内存读写操作或完成一次输入／输出设备的读写操作所必需的时间。依据具体的操作性质，可以把一个总线周期分为内存读周期，内存写周期，I/O读周期，I/O写周期4种类型。
同步通信与异步通信的主要区别是什么？说明通信双方如何联络？ 答：同步通信与异步通信的主要区别是前者有公共时钟，总线上的所有设备按统一的时序、统一的传输周期进行信息传输，通信双方按事先约好的时序联络。后者没有公共时钟，没有固定的传输周期，采用应答方式通信。
微程序控制器通常运用于什么场合？为什么？ 答：微程序控制器通常在性能要求不是特别高的系列计算机系统得到普遍应用，相对硬连线控制器其运行速度较慢，难以使用在性能要求特别高的计算机系统中
一条指令通常有哪些部分组成？简述各部分的功能。 答：通常情况下，一条指令是由操作码和操作数地址两部分内容组成。第一部分是指令的操作码，它确定了本条指令是执行算术、逻辑、读写等多种操作中的哪一种功能，计算机为每条指令分配了一个确定的操作码。第二部分是指令的操作数地址，用于给出被操作的信息(指令或数据)的地址，包括参加运算的一或多个操作数所在的地址、运算结果的保存地址、程序的转移地址，被调用的子程序的入口地址等。
已知某8位机的主存采用半导体存储器，其地址码为18位，若使用4K×4位的静态RAM芯片组成该机所允许的最大主存空间，并选用模块板结构形式，问： ⑴ 若每个模块板为32K×8位，共需几个模块板？ ⑵ 每个模块板内共有多少片RAM芯片？ ⑶ 主存共需多少RAM芯片？ 答：总的存储容量=218×8位 ⑴. 模块板数=总的存储容量/模块存储容量=(218×8)/(32K×8)=8块 ⑵. 每模块内芯片数=模块存储容量/芯片存储容量=(32K×8)/ (4K×4)=16个 ⑶. 主存所需芯片数=每模块内芯片数×模块板数=16×8=128个
硬连线控制器是使用什么子部件来区分和表示指令不同的执行步骤的？它的基本工作原理是什么？ 答：在硬连线控制器中，由节拍发生器来区分指令不同的执行步骤的。 节拍发生器是由几个触发器电路实现的典型的时序逻辑电路，它为指令的每一个执行步骤提供一个节拍状态信号，而节拍状态的变换标明了一条指令执行步骤的次序关系。
在计算机中采用多级结构的存储器系统，是建立在程序的什么原理之上的?一原理主要体现在哪些方面? 答:多级结构的存储器系统的运行原理是建立在程序运行的局茹性原理之上的。它主要 体现在如下3个方面: (1)时间方面，在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问; (2) 空间方面，这些最近被访问过的程序和数据，往往集中在一小片存储区域中; (3) 在指令执行顺序方面，指令的顺序执行比转移执行的可能性要大。 2. 串行传输和并行传输有何区别?各应用于什么场合? (7 分) 答:串行传输是指数据在一条线路上按位依次进行传输，线路戚本低，速度慢，适合于远距 离的数据传输。 并行传输是每个数据位都有一条独立的传输线，所有的数据位同时传输，传输速度快，成本低，适用于近距离、高速传输的场合。
在计算机中采用多级结构的存储器系统，是建立在程序的什么原理之上的?这一原理 主资体现在哪些方面? 答：多级结构的存俺器系统的运行原理是建立在程序运行的局部性原理之上的。它主要 体现在如下3个方面:(1)时间方面，在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问(2)空间方面，这些最近被访问过的程序和数据，往往集中在一小片存储区域中 (3)在指令执行服序方面，指令的顺序执行比转移执行的可能性要大。
在教学计算机的总线设计中，提到并实现了内部总线和外部总线，这指的是什么含义？他们是如何连接起来的？如何控制二者之间的通断以及数据传送的方向？ 答：在教学计算机的总线设计中，CPU一侧使用的数据总线被称为内部总线，在内存储器和I/O接口一侧使用的数据总线被称为外部总线，他们经过双向三态门电路实现相互连接，而双向三态门电路本身就有一个选择接通或断开两个方向的数据信息的控制信号，还有另一个选择数据传送方向的控制信号，只要按照运行要求正确地提供出这2个控制信号即可。
在三级存储体系中，主存、外存和高速缓存各有什么作用？各有什么特点？ 答：多级存储器系统，是围绕读写速度尚可、存储容量适中的主存储器来组织和运行的, 并由高速缓冲存储器缓解主存读写速度慢、不能满足CPU运行速度需要的矛盾；用虚拟存储器更大的存储空间，解决主存容量小、存不下规模更大的程序与更多数据的难题，从而达到使整个存储器系统有更高的读写速度、尽可能大的存储容量、相对较低的制造与运行成本。高速缓冲存储器的问题是容量很小，虚拟存储器的问题是读写速太慢。追求整个存储器系统有更高的性能/价格比的核心思路，在于使用中充分发挥三级存储器各自的优势，尽量避开其短处。
总线的信息传输有哪几种方式？具体说明几种方式的特点。 答：总线信息有串行、并行、复用和数据包等4种传输方式。 串行传输方式是n位字长信息通过一条通信信号线一位一位传送。串行传输方式又分为单工、半双工及全双工，其中全双工需要两条通信信号线。传输速度慢，但传输距离远。并行传输方式是n位字长信息由n位通信信号线同时传送。传输速度快，但传输距离近。 复用传输方式是将信息分时分组传送，由同步信号控制，在一组通信线上采用分时但方法轮流地并行传送不同组的信号。相对并行传输方式，该方式减少了信号线的数目，提高了总线的利用率，降低了成本，但也影响了整体传输速度。 数据包传输方式是被传输的信息组成一个固定的数据结构，包括数据、地址和时钟等信息，这样可以减少通信中同步操作的时间，提高了整体传输速度。
什么是计算机系统中的硬件系统和软件系统？---答：计算机硬件系统是一种高度复杂的、由多种电子线路、精密机械装置等构成的、能自动并且高速地完成数据处理、计算的装置或者工具。----计算机软件系统是由完成计算机资源管理、方便用户使用的系统软件（厂家提供），和完成用户对数据的预期处理功能（用户设计，自己使用）的程序这样两大部分构成的。
3．已知X＝0.1101，Y＝－0.0111，求[X]原、[Y]原、[X]补、[Y]补、[X+Y]补。
答：本题中X和Y是真数，依据真数与原码和补码的关系，便可得到各自的数值表示。加减法运算是计算机中最基本的运算，通常选用补码实现。而两个数的真值之和的补码，等于两个数的真值的补码之和。所以有：
[X]原=01101，[Y]原=10111 [X]补=01101，[Y]补=11001 [X+Y]补=00110
2．在16位定点原码整数中，什么是能表示的最大正数和最小负数的机器数形式？对应的十进制数的数值范围是什么？
答：无论是定点小数和整数的编码，机器数的最高一位都是代表符号。正数的符号位为0，负数的符号位为1。对于原码表示，其余各位给出数值绝对值；对于补码表示，正数同原码，负数的数值位为原码求反加1（末尾加1）；对于反码表示，正数同原码，负数的数值位为原码求反。本题是16位的机器数，最高一位代表符号，数值位是15位，所以有：
最大正数：0111 1111 1111 1111 最小负数：1111 1111 1111 1111
用十进制数表示，数值范围：?(2?1)~?(2?1) 4．定点小数中，原码表示有哪些优缺点？
答：优点：在数的真值和它的原码表示之间的对应关系简单，相互转换容易，用原码实现乘除运算的规则简单。 缺点：用原码实现加减运算很不方便，既要比较参与加减运算两个数的确良符号，比较两个数的绝对值的大小，还要确定运算结果的正确的符号等。
5．若将浮点数的阶码用移码、尾数用原码来表示，它有哪些优点？
答：尾数的符号位在浮点数表示的最高位，比较两个数的大小时，符号非常重要，正数一定大于负数。阶码的位置在机器表示中，处在符号位和尾数之间，阶码大的，其移码形式的机器数也大，便于比较浮点数的大小。
移码的最小值是各位均为0，它被用来表示机器0，即当阶码的值小于或等于移码所能表示的最小值时，认为浮点数的值为0。此时的机器0的阶码和尾数均为0的形式，给硬件的判0带来很大的方便。
6．海明码是如何实现检错的？
答：海明码是对多个数据位使用多个校验位的一种检错纠错编码方案。对每个校验位采用偶校验技术计算校验位的值，通过把每个数据位分配到几个不同的校验位的计算中去，若任何一个数据位出错，必将引起相关的几个校验位的值发生变化。通过检查这些检验位取值的不同情况，不仅可以判断是否出错，还能发现是哪一位出错并能恢复该出错位的正确值。
1．什么是MIPS计算机系统的运算器？
答：MIPS计算机是上个世纪八十年代中期推出的典型RISC结构、非常成功的系统，国内外许多教材都把MIPS的指令系统和实现技术选为教学内容。
它主要包括两个重要部分，一个是由128个寄存器组成的寄存器堆，另一个是执行数据运算的ALU。这个运算器被用于多周期CPU系统（对不同类型的指令选用不同的周期数）时，ALU既用于计算数据，又用于计算数据和指令在存储器中的地址，故还需要向ALU提供计算指令地址的相关信息。
3．简述计算机运算器部件的主要功能。
答：运算器部件是计算机五大功能部件中的数据加工部件。运算器的首要功能是完成对数据的算术和逻辑运算，由其内部的ALU承担。运算器的第二项功能是暂存将参加运算的数据和中间结果，由其内部的一组寄存器承担。另外，运算器通常还作为处理机内部传送数据的重要通路。
15152．MIPS的运算器中ALU的三种操作功能是如何实现的？
答：数据运算、数据和指令在内存中的地址计算是ALU的三种基本操作功能。
（1）数据运算（rs+rt→rd）：3个寄存器的编号(rs、rt、rd)由指令寄存器提供。需要3步完成： 第1步用rs 和 rt 选择并读出两个寄存器的内容，分别保存到寄存器A和B； 第2步选择A和B作为运算数据，控制ALU执行加法运算，结果存寄存器C； 第3步把结果C中内容送到DI端，用rd选择寄存器，写结果到寄存器堆。 （2）数据在内存中的地址计算（pc+Immed_2 →pc）：1步完成：
选择pc和Immed_2 作为运算数据，控制ALU执行加法运算，把计算结果R送pc输入端并控制pc完成写入操作。
（3）指令在内存中的地址计算（rs + Immed_1→c）：2步完成计算内存地址： 第1步用rs 选择并读出寄存器的内容并保存到寄存器A； 第2步ALU实现A+Immed_1 送寄存器C 。
4．简述浮点数的阶码用移码、尾数用原码表示的优点。
答：尾数的符号位在浮点数表示的最高位，比较两个数的大小时，符号非常重要，正数一定大于负数。阶码的位置在机器表示中，处在符号位和尾数之间，阶码大的，其移码形式的机器数也大，便于比较浮点数的大小。
移码的最小值是各位均为0，它被用来表示机器0，即当阶码的值小于或等于移码所能表示的最小值时，认为浮点数的值为0。此时的机器0的阶码和尾数均为0的形式，给硬件的判0带来很大的方便。
5．运算器中使用多累加器有什么好处？
答：运算器中使用多累加器有利于减少运算器执行运算过程中访问内存储器的次数，即可以把一些中间结果暂存在累加器中，有利于提高计算机的运行效率。
1．按指令所完成的功能进行分类，一般可以分为哪几类？
答：（1）算术与逻辑运算指令 这是每台计算机都必须具有的指令，它通常用于在计算机的运算器部件中完成对一或两个数据的算术运算或逻辑运算功能。
（2）移位操作类指令 包括算术移位、逻辑移位、循环移位三种，用于把指定的一个操作数左移或右移一（多）位。
（3）数据传送类指令 用于实现通用寄存器之间、通用寄存器与内存储器存储单元之间、内存储器不同存储单元之间、寄通用存器与外围设备（接口）之间（有些场合也可以单独划分为输入/输出指令）的数据传送功能。
（4）转移类指令、子程序调用与返回指令 用于解决变动程序中指令执行次序的需求。
（5）特权指令 指仅用于操作系统或其它系统软件的指令，为确保系统与数据安全起见，这一类指令不提供给用户使用。
（6）其它指令 如动态停机指令、空操作指令、置条件码指令、开中断指令、关中断指令、堆栈操作指令等，用于完成某些特定的处理功能。
2．计算机指令中要用到的操作数一般可以来自哪些部件？ 答：一般来自三个方面：
第一个来源（或去处），可以是CPU内部的通用寄存器，此时应在指令字中给出用到的寄存器编号（寄存器名）。通用寄存器的数量一般为几个、十几个，故在指令字中须为其分配2、3、4、5或更多一点的位数来表示一个寄存器。
第二的来源（或去处），可以是外围设备（接口）中的一个寄存器，通常用设备编号、或设备入出端口地址、或设备映像地址（与内存储器地址统一编址的一个设备地址编号）来表示。
第三个来源（或去处），可以是内存储器的一个存储单元，此时应在指令字中给出该存储单元的地址。 3．什么是指令字长和指令格式？
答：指令字长：通常与计算机字长一致，但可以更短或更长。 指令格式：指令字中包括操作码字段和操作数地址字段两部分。
操作码用于指明指令的运算和操作功能，不同指令的操作码要有唯一性，其位数取决于指令条数和设计要求，有定长和变长2种实现方案。
操作数地址字段用于给出被操作信息（指令或数据）的地址信息，包括参加运算的一个或多个操作数所在的地址，运算结果的保存地址，程序的转移地址,被调用的子程序的入口地址等。设计这一部分需要了解指令中用到的操作数的个数，可能的来源与去向，存放数据的介质的读写原理与过程等，要合理考虑，要适当折中与平衡。
4．计算机的微程序控制器和组合逻辑控制器（硬连线）在组成和运行原理上有何相同和不同之处？它们各有哪些优缺点？
答：微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。
共同点：①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。
不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。
微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。
组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。
5．指令系统分哪两大类？它们各有什么特点？
答：指令系统有简化指令系统(RISC)和复杂指令系统(CISC)两大类。RISC是对CISC发展过程中的某些问题进行反思的结果，是通过简化硬件实现、提高软件技巧追求更高的计算机性能的有效途径。其中非常成功的典型RISC结构的是MIPS计算机。
大量的统计结果表明，在CISC机器的上百条、几百条指令中，只有功能简单、所用硬件更节省的约20%的指令，将占用程序80%的运行时间，反过来说，另外的约80%的功能更复杂、硬件实现代价很高的指令并不被经常使用。