计算机组成原理计算题

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1、为什么外围设备要通过接口与CPU相连？接口有哪些功能？（6分）答：外围设备要通过接口与CPU相连的原因主要有：（1）一台机器通常配有多台外设，它们各自有其设备号（地址），通过接口可实现对设备的选择。（2）I/O设备种类繁多，速度不一，与CPU速度相差可能很大，通过接口可实现数据缓冲，达到速度匹配。（3）I/O设备可能串行传送数据，而CPU一般并行传送，通过接口可实现数据串并格式转换。（4）I/O设备的入/出电平可能与CPU的入/出电平不同，通过接口可实现电平转换。（5）CPU启动I/O设备工作，要向外设发各种控制信号，通过接口可传送控制命令。（6）

2、I/O设备需将其工作状况（“忙”、“就绪”、“错误”、“中断请求”等）及时报告CPU，通过接口可监视设备的工作状态，并保存状态信息，供CPU查询。可见归纳起来，接口应具有选址的功能、传送命令的功能、反映设备状态的功能以及传送数据的功能（包括缓冲、数据格式及电平的转换）。六、问答题（共15分）1．设CPU中各部件及其相互连接关系如下图所示。图中W是写控制标志，R是读控制标志，R1和R2是暂存器。（8分）（1）假设要求在取指周期由ALU完成(PC)+1→PC的操作（即ALU可以对它的一个源操作数完成加1的运算）。要求以最少的节拍写出取指周期全部微操作命

3、令及节拍安排。答：由于(PC)+1→PC需由ALU完成，因此PC的值可作为ALU的一个源操作数，靠控制ALU做＋1运算得到(PC)+1，结果送至与ALU输出端相连的R2，然后再送至PC。此题的关键是要考虑总线冲突的问题，故取指周期的微操作命令及节拍安排如下：T0PC→MAR，1→RT1M(MAR)→MDR，(PC)+1→R2T2MDR→IR，OP(IR)→微操作命令形成部件T3R2→PC（2）写出指令ADD#α（#为立即寻址特征，隐含的操作数在ACC中）在执行阶段所需的微操作命令及节拍安排。答：立即寻址的加法指令执行周期的微操作命令及节拍安排如下：

4、T0Ad(IR)→R1；立即数→R1T1(R1)+(ACC)→R2；ACC通过总线送ALUT2R2→ACC；结果→ACC2．DMA接口主要由哪些部件组成？在数据交换过程中它应完成哪些功能？画出DMA工作过程的流程图（不包括预处理和后处理）答：DMA接口主要由数据缓冲寄存器、主存地址计数器、字计数器、设备地址寄存器、中断机构和DMA控制逻辑等组成。在数据交换过程中，DMA接口的功能有：（1）向CPU提出总线请求信号；（2）当CPU发出总线响应信号后，接管对总线的控制；（3）向存储器发地址信号（并能自动修改地址指针）；（4）向存储器发读/写等控制信号，

5、进行数据传送；（5）修改字计数器，并根据传送字数，判断DMA传送是否结束；（6）发DMA结束信号，向CPU申请程序中断，报告一组数据传送完毕。DMA工作过程流程如图所示。七、设计题（10分）设CPU共有16根地址线，8根数据线，并用作访存控制信号（低电平有效），用作读写控制信号（高电平为读，低电平为写）。现有下列芯片及各种门电路（门电路自定），如图所示。画出CPU与存储器的连接图，要求：（1）存储芯片地址空间分配为：最大4K地址空间为系统程序区，相邻的4K地址空间为系统程序工作区，最小16K地址空间为用户程序区；（2）指出选用的存储芯片类型及数量；

6、（3）详细画出片选逻辑。（1）主存地址空间分配：6000H～67FFH为系统程序区；6800H～6BFFH为用户程序区。答：（1）主存地址空间分配。（2分）A15…A11…A7……A0最大4K2K×8位ROM2片相邻4K4K×4位RAM2片最小16K8K×8位RAM2片（2）合理选用上述存储芯片，说明各选几片？2）根据主存地址空间分配最大4K地址空间为系统程序区，选用2片2K×8位ROM芯片；（1分）相邻的4K地址空间为系统程序工作区，选用2片4K×4位RAM芯片；（1分）最小16K地址空间为用户程序区，选用2片8K×8位RAM芯片。（1分）（3）

7、详细画出存储芯片的片选逻辑图。4．（5分）答：（1）根据IR和MDR均为16位，且采用单字长指令，得出指令字长16位。根据105种操作，取操作码7位。因允许直接寻址和间接寻址，且有变址寄存器和基址寄存器，因此取2位寻址特征，能反映四种寻址方式。最后得指令格式为：727OPMAD其中OP操作码，可完成105种操作；M寻址特征，可反映四种寻址方式；AD形式地址。这种格式指令可直接寻址27=128，一次间址的寻址范围是216=65536。（1）双字长指令格式如下：727OPMAD1AD2其中OP、M的含义同上；AD1∥AD2为23位形式地址。这种格式指令

8、可直接寻址的范围为223=8M。（2）容量为8MB的存储器，MDR为16位，即对应4M×16位的存储器。可采用双字长指令，