简答题
第22页的第1、2、3、4、5、9题
1．什么是计算机系统、计算机硬件和计算机软件？硬件和软件哪个更重要？
答：计算机系统是能按照人的要求接受和存储信息，自动进行数据处理和计算，并输出结果信息的 机器系统。计算机系统由两大部分组成：硬件（子）系统和软件（子）系统，其中硬件子系统是系统 赖以工作的实体，它是有关的各种物理部件的有机的结合。软件子系统由各种程序以及程序所处理的 数据组成，这些程序的主要作用是协调各个硬件部件，使整个计算机系统能够按照指定的要求进行工 作。
硬件子系统包括中央处理器、主存存储器、输人输出控制系统和各种外围设备。 软件子系统包括 系统软件 、支援软件 、应用软件 三个部分。 硬件是基础,软件是灵魂
2．如何理解计算机系统的层次结构？
答：计算机系统存在着层次结构，从功能上看，现代计算机系统可分为五个层次级别，每一层都能进行程序设计，如图所示。 1. 微程序设计级
这一级是由硬件直接实现的，是计算机系统最底层的硬件系统。由机器硬件直接执行微指令。
只有采用微程序设计的计算机系统，才有这一级。如果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行应用程序。 2. 一般机器级
也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级，是软件系统和硬件系统之间的纽带。硬件系统的操作由此级控制，软件系统的各种程序，必须转换成此级的形式才能执行。
3. 操作系统级
由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令是操作系统定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混合级。计算机系统中硬件和软件资源由此级管理和统一调度，它支撑着其它系统软件和应用软件，使计算机能够自动运行，发挥高效率的特性。 4. 汇编语言级
给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和执行。
如果应用程序采用汇编语言编写，则机器必须要有这一级的功能；如果应用程序不采用汇编语言编写，则这一级可以不要。 5. 高级语言级
面向用户，为方便用户编写应用程序而设臵的。这一级由各种高级语言编译程序支持和执行。
计算机系统各层次之间的关系十分紧密，上层是下层的扩展，下层是上层的基础。除第一级外，其它各级都得到它下面级的支持，同时也受到运行在下面各级上的程序的支持。第一级到第三级编写程序采用的语言，基本是二进制数字化语言，机器执行和解释容易。第四、五两级编写程序所采用的语言是符号语言，用英文字母和符号来表示程序，因而便于大多数不了解硬件的人们使用计算机。
3．说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别和联系。 答：同上
4．计算机的层次结构如何划分？计算机组织与结构有什么不同含义？ 答：计算机的层次结构如何划分同2题。
计算机体系结构，程序设计者所看到的计算机系统的属性，是计算机的外特性，概念性结构和功能特性，研究计算机系统的硬、软件的功能划分和接口关系。
计算机组成，计算机各功能部件的内部构造和相互之间的联系（部件配臵、相互连接和作用），强调各功能部件的性能参数相匹配；实现机器指令级的各种功能和特性，是计算机系统结构的逻辑实现。
5．冯〃诺依曼计算机的主要特点是什么？计算机有哪几部分组成？ 特点包括： 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)
使用单的处理部件来完成计算、存储以及通信的工作 存储单元是定长的线性组织 存储空间的单元式直接寻址的
使用低级机器语言，指令通过操作码来完成简单的操作 对计算进行集中的顺序控制
计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备五大部件组成，并规定了他们的基本功能 以二进制形式表示数据和指令
在执行程序和处理数据是必须将程序和数据从外存储器装入主存储器中，然后才能使计算机在工作时能够自动从存储器中取出指令并加以执行
计算机必须具备五大基本组成部件，包括： 输人数据和程序的输入设备，记忆程序和数据的存储器，完成数据加工处理的运算器，控制程序执行的控制器，输出处理结果的输出设备 9．简述计算机的解题过程。 答：略。
参考：取指阶段中，计算机根据程序计数器PC存放的当前欲执行指令的地址，通过存储器地址寄存器MAR，访问主存，并且自动加1.分析阶段，指令寄存器IR通过访问存储器数据寄存器MDR
取出指令内容，IR中的操作码（OP（IR））送至控制单元CU分析指令，地址码（Ad（IR））作为操作数的地址送至MAR。执行阶段，CU分析当前指令所需完成的操作，并发出各种微操作命令序列，用以控制所有被控对象，完成某种操作。 第118~119页的第1、2、3、11、13、19、27题
1．一个典型的CPU通常包括哪几个主要部分？各部分的作用是什么？
答：一个典型的CPU通常包括：寄存器组、算术逻辑单元、控制器及内部总线。 各部分作用如下：
寄存器组：用于存放指令、指令地址、操作数及运算结果，它是CPU内部特别快速的存储单元。 算术逻辑单元：用于执行指令中所需的算术、逻辑和移位操作。
控制器：产生一系列控制信号，以控制计算机中各部件从存储器中取出将要执行的指令、进行译码、然后执行该指令的操作。 内部总线：在CPU内部，用于连接寄存器组、ALU和CU，为数据和控制信号的传输提供通路。 2．CPU的功能具体包括哪几个方面？请详细说明。
答：CPU的功能具体包括：指令控制功能、操作控制功能、时间控制功能、数据加工 功能和处理中断功能等。 各功能详细说明如下：
指令控制：CPU必须具有控制程序的执行顺序的功能。按照“存储程序控制”的概念， 程序被装入主存后，计算机应能按其预先规定的顺序有序地执行，这样才能完成程序指定的 功能。
操作控制：CPU必须具有产生完成每条指令所需的控制命令的功能。一条指令的执行，需要计算机中的若干个部件协同工作，CPU必须产生相应的控制命令传送给这些部件，并能检测这些部件的状态，使他们有机的配合起来，共同完成指令的功能。
时间控制：CPU必须具有对各种操作实施时间上控制的能力。由于计算机高速地进行工作，每一个动作的时间是非常严格的，不能有任何差错，因此对各种操作信号的产生时间、稳定时间、撤消时间及相互之间的关系都必须有严格的规定，才能保证计算机的正常工作。
数据加工：CPU必须具有对数据进行算术运算和逻辑运算的功能。数据加工处理是完成程序功能的基础，它是CPU最基本的任务。
处理中断：CPU必须具有对异常情况和外来请求处理的功能。当机器出现某些异常情况，诸如算术运算的溢出和数据传送的奇偶错等；或者某些外来请求，诸如设备完成、程序员从键盘上送入命令等，那么CPU应能在执行完当前指令后，响应这些请求。
3．计算机运行程序遵循什么样的一个循环过程？PC寄存器和IR寄存器在这个过程中 起的作用是什么？
答：计算机运行程序的过程遵循“取指—译码—执行”这样一个基本的循环过程。PC寄存器在这个过程中用来保存下一条要取出指令的地址，当取出一条指令后，系统会修改PC寄存器的内容，使其指向下一条指令。当执行转移指令时，系统也会将要转移的地址送入PC，使系统始终按照PC寄存器内容所指的地址取指令。IR寄存器在这个过程中用来保存取指阶段取出的指令，并为指令译码提供相关的信息，取出的指令直到执行完一直呆在IR寄存器中。 11．三级时序系统中的三级是指哪三级？每一级的作用是什么？
答：三级时序系统中的三级是指工作周期（又称为机器周期或CPU周期）、节拍和脉冲这三级。
通常把指令周期分为几个工作阶段，每个工作阶段也称为一个工作周期。每个工作周期完成一个基本操作，例如，取指周期完成取指操作；取源操作数周期完成取源操作数操作；执行周期完成具体的运算操作等。
把一个工作周期等分成若干个时间区间，每一时间区间称为一个节拍。一个节拍对应一个电位信号，控制一个或几个微操作的执行。 在一个节拍内，有时需要设臵一个或几个工作脉冲，用于寄存器的复位和接收数据等。 13．指令和数据都存放在主存中，计算机在执行程序时是怎样区分哪个地址单元存的是 指令，哪个地址单元存的是数据？
答：首先从空间上，将指令和数据在主存中分开存放；
另一方面，在时间上将一条指令的执行分为多个工作周期，取指令是在取指周期按程序计数器PC的内容所指定的地址访存来取出的，当取出一条指令后，PC的值自动增量而指向下一条指令，使PC中始终存的是下一条指令的地址；取数据是在取操作数周期按指令规定的寻址方式计算出数据存放的有效地址，然后再用这个有效地址访存取出数据的。这样计算机就能在执行程序时区分主存中哪个单元存的是指令，哪个单元存的是数据。
19．什么是组合逻辑控制？什么是微程序控制？它们的特点是什么？
答：组合逻辑控制又称为硬连线控制，它将控制部件看作产生固定时序控制信号的逻辑电路，而此逻辑电路以使用最少的元件和取得最高操作速度为设计目标。
微程序控制是将机器指令的操作分解为若干个更基本的微操作序列，并将有关的控制信号（微命令）以微码形式编成微指令输入到控制存储器中。这样，每条机器指令将与一段微程序对应，取出微指令就产生微命令，实现机器指令要求的信息传送与加工。微程序控制又称为存储逻辑控制。 组合逻辑控制速度快，但设计不规整，不可调整，难以形式化。 微程序控制设计规整、可调整、可形式化，但速度慢。
27．什么是RISC机？什么是CISC机？它们各自的特点是什么？ 答：RISC机指精简指令系统计算机；CISC机指复杂指令系统计算机。 RISC机的特点如下：
① 一个时钟周期完成一条指令。
② 固定的指令长度，通常为一个字。 ③ 仅LOAD和STORE指令访问内存。
④ 采用简单的寻址方式，通常为2~3种简单的寻址方式。 ⑤ 指令数量少，且简单。 ⑥ CPU中通用寄存器数量相当多。
⑦ 控制器设计以组合逻辑设计为主，不用或少用微指令控制。
⑧ 一般用高级语言编程，特别重视编译优化工作，并采用指令流水线调度。 CISC机的特点如下：
① 指令系统复杂庞大，指令数目一般多达200~300条。 ② 寻址方式多。 ③ 指令格式多。 ④ 指令字长不固定。 ⑤ 可访存指令不受限制。 ⑥ 各种指令使用频率相差很大。 ⑦ 各种指令执行时间相差很大。 ⑧ 大多数采用微程序控制器。 第162页的第1、2、3、4题 1. 什么是“程序可见”的寄存器?
程序可见寄存器是指在用户程序中用到的寄存器，它们由指令来指定。 2. 80x86微处理器的基本结构寄存器组包括那些寄存器？各有何用途？ 基本结构寄存器组按用途分为通用寄存器、专用寄存器和段寄存器3类。 通用寄存器存放操作数或用作地址指针；
专用寄存器有EIP和EFLAGS，分别存放将要执行的下一条指令的偏移地址和条件码标志、控制标志和系统标志； 段寄存器存放段基址或段选择子。
3．80x86微处理器标志寄存器中各标志位有什么意义? 常用的7位：
CF进位标志： 在进行算术运算时，如最高位(对字操作是第15位，对字节操作是第7位)产生进位或借位时，则CF臵1；否则臵0。在移位类指令中，CF用来存放移出的代码(0或1)。 PF奇偶标志： 为机器中传送信息时可能产生的代码出错情况提供检验条件。 当操作结果的最低位字节中1的个数为偶数时臵1，否则臵0。 AF辅助进位标志： 在进行算术运算时，如低字节中低4位(第3位向第4位)产生进位或借位时，则AF臵1；否则AF臵0。 ZF零标志：如指令执行结果各位全为0时，则ZF臵1；否则ZF臵0。
SF符号标志：其值等于运算结果的最高位。 如果把指令执行结果看作带符号数，就是结果为负，SF臵1；结果为正，SF臵0。 OF溢出标志： 将参加算术运算的数看作带符号数，如运算结果超出补码表示数的范围N，即溢出时，则OF臵1；否则OF臵0。
DF方向标志： 用于串处理指令中控制处理信息的方向。 当DF位为1时，每次操作后使变址寄存器SI和DI减小；当DF位为0时，则使SI和DI增大，使串处理从低地址向高地址方向处理。 4．画出示意图，简述实模式下存储器寻址的过程。
第229~232页的第1、4、8、12、13、18、19题 1. 指令语句、伪指令语句和宏指令语句有何区别?
指令语句就是汇编指令，它们能汇编成机器代码，由CPU执行完成一定的操作功能。 伪指令指句不由CPU执行，只为汇编程序在汇编源程序时提供有关信息。
宏指令语句可看成是由若干条指令语句形成的语句，一条宏指令语句的功能相当于若干条指令语句的功能。 4. 说明宏是如何定义、调用和展开的。
宏定义包含3个部分：宏名、宏伪指令(MACRO与ENDM)和宏体。在进行了宏定义后，就可在源程序的任何位臵上调用宏指令语句。宏展开是由宏汇编程序完成，把宏定义中宏体的程序段目标代码插入宏指令语句所在位臵处；如果是带参数的宏指令语句则还要用实参替换掉宏体的对应部分。
8. 是否多分支结构程序都可通过双分支结构来实现? 试举例说明在什么条件下用地址表法或转移表法实现多分支转移能有较高的运行效率。 答： 是。如果问题中的多个分支可以用连续的编号进行划分(指编号不需额外计算的情形)， 用地址表法或转移表法实现多分支转移能有较高的运行效率。参考例题5－28。 .CODE START: MOV AX,@DATA MOV DS,AX MOV AX,2 INT 10H CH1: CLEAR DISP 0CH,1AH,MESG1 DISP 17,1FH,ENDMES MOV AH,7 INT 21H JMP AGAIN AGAIN: CLEAR DISP 05,00,L1 DISP 0BH,00,L7 CH2: CLEAR DISP 0CH,1AH,MESG2 DISP 17,1FH,ENDMES MOV AH,7 INT 21H JMP AGAIN MOV AH,1 INT 21H AND AL,3 XOR AH,AH MOV BX,AX SHL BX,1 JMP J_TAB[BX] CH3: CLEAR MOV AH,4CH INT 21H END START CH0: JMP AGAIN 12. 循环程序由几部分构成?各部分的功能是什么?
初始化部分：设臵循环的初始值，如设臵地址指针、循环计数器、累加器和标志位的初 值等。
工作部分：通常也叫作循环体。 它是循环程序核心部分，动态地执行功能相同的操作。
修改部分：与工作部分协调配合，完成对地址指针及控制量的修改，为下次循环或退出做好准备。 通常每执行循环体一次，都要作相应的修改。 控制部分：判断并控制结束还是继续循环。
结束处理部分：对循环结果的操作，比如对运算结果的存储与传输等。 13. 常用的循环程序的控制方法有哪几种?分别适用于什么场合?
控制循环结束与否主要有两类方法：用计数器控制循环和用条件控制循环。
如果循环次数已知，就可以利用循环次数来控制循环结束与否。当实际的循环次数未知或不确定时，用某些条件(即根据某些标志位)来控制循环结束与否。 18. 调用程序与子程序间传递参数有几种常用方式?各有何特点?
参数传递方式主要有三种：通过寄存器传递、通过堆栈传递和通过内存单元传递。用寄存器传递参数方便、执行速度快，但由于寄存器个数有限，只适用于参数较少的情况。使用堆栈或内存单元传递参数时，由于需要访存，执行速度比不上寄存器传递参数的方式，但便于处理多个参数的情形。 19. 试比较子程序与宏指令。
子程序与宏指令的共同点：都可简化程序设计，增强程序的可读性。
子程序与宏指令的不同点：使用子程序编程可减小目标代码的体积，从而节省内存存储 空间(存储程序的空间，不包括运行运行子程序所占用的堆栈空间)，而且子程序的调用是由 CPU在运行程序时完成；宏指令不能减小目标代码的体积和节省内存存储空间，宏指令是 在汇编时完成展开的。
第308~310页的第2、4、5、6、8、9、10、20题； 2. 说明存储器的存取时间与存取周期之间的联系与区别。
解：存取时间是指存储器从接收到CPU发来的读写命令和单元地址开始，到读出或写入数据所需的时间。 存取周期是指连续两次读写存储器所需的最小时间间隔。
两者都是反映存储器存取速度的指标，显然存取周期大于存取时间。在存储器进行读写操作时，由于存储元件本身的性能，做完一次存或取后，不能马上进行另外的存或取，需要一段稳定和恢复时间。存取周期就是存取时间加上存储单元的恢复稳定时间。
4. 指出下列存储器哪些是易失性的？哪些是非易失性的？哪些是读出破坏性？哪些不是？ DRAM，SRAM，ROM，Cache，磁盘，光盘
解：易失性：DRAM、SRAM和Cache；非易失性：ROM、磁盘和光盘 读出破坏性：DRAM，其余都不是读出破坏性。
5. ROM和RAM两者的差别是什么？
解：RAM是随机存取存储器，ROM是只读存储器。RAM是易失性的，一旦断电，则保存的信息全部消失，ROM为非易失性的，其信息可以长期保存，常用于存放一些固定的数据和程序，如计算机的自检程序、BIOS、BASIC解释程序等。
6. 简述“Cache-主存”和“主存-辅存”层次的区别。 解： 目 的 存储管理实现 访问速度的比值 （第一级比第二级） 大小 典型的块（页） CPU对第二级的访问方式 失效时CPU是否切换 几十个字节 可直接访问 不切换 几百到几千个字节 均通过第一级 切换到其它进程 “Cache-主存” 为了弥补主存速度的不足 全部由专用硬件实现 几比一 “主存-辅存” 为了弥补主存容量的不足 主要由软件实现 几百比一 8. 在存储层次中应解决哪四个问题？ 解：(1) 映象规则
当把一个块调入高一层存储器时，可以放到哪些位臵上? (2) 查找算法
当所要访问的块在高一层存储器中时，如何找到该块? (3) 替换算法
当发生失效时，应替换哪一块? (4) 写策略
当进行写访问时，应进行哪些操作?
9. 地址映象方法有哪几种？它们各有什么优缺点？ 解：(1) 全相联映象
实现查找的机制复杂，代价高，速度慢。Cache空间的利用率较高，块冲突概率较低，因而Cache的失效率也低。 (2) 直接映象
实现查找的机制简单，速度快。Cache空间的利用率较低，块冲突概率较高，因而Cache的失效率也高。 (3) 组相联映象
组相联是直接映象和全相联的一种折衷。
10. 存储系统采用层次结构的目的是什么？实现存储器层次结构的先决条件是什么？
解：存储器采用层次结构可以提高计算机系统的性能/价格比，即在速度方面接近最高一级的存储器，而在容量和价格方面接近最低一级的存储器。 实现存储器层次结构的先决条件是程序的局部性原理。 20. 在虚拟存储器中，物理空间和逻辑空间有何联系和区别？
解：物理空间是主存的实际空间，也称为实存空间；逻辑空间是程序员编程时可用的虚拟地址对应的地址空间，也称为虚存空间。通常情况下，逻辑空间远远大于物理空间。物理空间是运行程序时，计算机能提供的真正的存储空间，而逻辑空间用户编程时可以运用的虚拟空间，程序运行过程中，必须把逻辑地址映射到物理地址，才能真正访存(包括读取指令和读写数据)。 第342~344页的第1、2、3、6、7、8、10、13、15、16、19、22、32、33题； 1．计算机的I/O系统的功能是什么？它由哪几个部分组成？
答：计算机的I/O系统，主要用于解决主机与外部设备间的信息通讯，提供信息通路，使外围设备与主机能够协调一致地工作。
计算机的I/O系统由I/O硬件和I/O软件两大部分组成。其中I/O硬件包括：系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。I/O软件包括：用户的I/O程序、设备驱动程序、设备控制程序。 2．I/O硬件包括哪几个部分？各部分的作用是什么？
答：I/O硬件包括：系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。
系统总线的作用是为CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输提供通路。
I/O接口通常是指主机与I/O设备之间设臵的一个硬件电路及其相应的控制软件。它用于在系统总线和外设之间传输信号，并起缓冲作用，以满足接口两边的时序要求。 I/O设备的作用是为主机与外部世界打交道提供一个工具。
设备控制器用来控制I/O设备的具体动作，不同的I/O设备需要完成的控制功能不同。 3．什么是用户I/O程序？什么是设备驱动程序？什么是设备控制程序？
答：用户I/O程序是指用户利用操作系统提供的调用界面编写的具体I/O设备的输入输出程序。例如用户编写的用打印机输出文本的程序。
设备驱动程序是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。可以说相当于操作系统与硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备的工作，假如某设备的驱动程序未能正确安装，便不能正常 工作。
设备控制程序就是驱动程序中具体对设备进行控制的程序。设备控制程序通过接口控制逻辑电路，发出控制命令字。命令字代码各位表达了要求I/O设备执行操作的控制代码，由硬件逻辑解释执