计算机工作原理(计算机运作的原理)

1.冯·诺依曼计算机有什么特点？

解:冯·诺依曼计算机的特点是:1 >:由计算机运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。指令和数据存储在内存中的相同位置，可以通过地址访问；指令和数据用二进制表示；指令由两部分组成:操作码和地址码。操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在内存中的位置。

指令按顺序存储在存储器中，通常自动地、顺序地取出来执行；以机器运算单元为中心

2.什么是公共汽车？总线传输有什么特点？为了减少总线上的负载，总线上的所有组件应该具有什么特性？

答:总线是连接多个部件的信息传输线，是所有部件共享的传输介质。总线的特点是在某一时刻总线上只能传输一路信息，即可以分时使用。为了减少总线负载，总线上的组件应通过三态驱动电路连接到总线。

3.公交车是如何分类的？什么是系统总线？有多少种公共汽车，单程还是双程？

答:总线分类按数据传输方式分为并行传输总线和串行传输总线。根据连接部位的不同，可分为计算机总线、测控总线和网络通信总线。系统总线是指CPU、主存和I/O设备之间的信息传输线。总线系统分为三种类型:地址总线、数据总线和控制总线。数据的双向传输与机器的字长有关，地址总线的单向传输与地址线和存储单元的位数有关。

4.为什么要设置总线仲裁控制？常见的总线集中控制有几种？有什么特点？哪种方式响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？

答:总线仲裁控制解决了多个组件同时申请总线时的使用权分配问题；

常见的集中式总线控制有三种:链式查询、计数器定时查询和独立请求；

特点:链式查询方式连接简单，易于扩展，对电路故障最敏感；定时器查询模式优先级设置灵活，对故障不敏感，连接和控制过程复杂。独立请求模式最快，但是硬件设备量大，连接多，成本高。

5.什么是刷新？为什么刷新？说明刷新有几种方式。

解决方案:刷新:定期刷新DRAM的所有重写过程；刷新原因:由于电容漏电导致DRAM存储的信息衰减，需要及时补充，所以安排定期刷新操作；常见的刷新方式有三种:集中式、分散式和异步式。集中式:在最大刷新间隔内，集中安排一段时间的刷新，有CPU访问的死区时间。分散式:在每个读写周期后插入一个刷新周期，没有CPU访问内存死区时间。异步:它是集中式和分散式的折衷。

7.什么是中断？设计中断系统时，需要考虑哪些主要问题？

答:在CPU运行的过程中，由于某种内部或外部的随机事件，CPU暂停正在运行的程序，转而执行引起中断事件的程序，完成后返回原程序继续执行。这个过程称为中断]

(1)设置必要的中断源并确定它们的中断请求方式。(2)根据紧急程度设置中断源的优先级，这样当几个中断源同时请求时，处理器可以有一个有序的响应序列。(3)当处理器响应一个中断时，需要保存被中断程序的场景和断点，以便在中断处理后返回原程序。(4)设计中断服务程序。

8.什么是中断隐式指令？有哪些功能？

答:在一个周期内，程序切换由硬件实现，不需要执行程序指令，即不需要程序员编程，所以称为中断隐式指令操作。1)关闭中断；2)将断点保存到堆栈中；3)获取中服入口地址，转中服。

27.试从以下七个方面比较一下程序查询、程序中断、DMA的综合性能。
解决方法:比较如下:
(1)程序查询和程序中断形式的数据传输主要依靠软件，DMA主要依靠硬件。

(2)程序查询和程序中断传输数据的基本单位是字或字节，DMA是数据块。
(3)传输程序查询模式时，CPU与I/O设备串联工作；
程序中断时，CPU与I/O设备并行工作，当前程序与I/O串行传输；
在DMA模式下，CPU与I/O设备并行工作，当前程序与I/O传输并行运行。

(4)在程序查询模式下，CPU主动查询I/O设备状态；
在程序中断和DMA模式下，CPU被动接受I/O中断请求或DMA请求。
(5)程序中断模式因为花费在额外软件上的时间长，所以传输速度最慢；
程序查询模式下软件基本没有多余的时间，所以传输速度比中断快；
DMA模式基本上是硬件传输，所以速度最快；

(6)程序查询接口硬件结构最简单，所以最经济；
程序中断接口的硬件结构略复杂，所以更经济；
DMA控制器的硬件结构最复杂，所以成本最高；
(7)程序中断方式适用于中低速设备的I/O交换；
程序查询方式适合中低速实时处理；
DMA模式适用于高速设备的I/O交换。

30.什么是多重打断？实现多重中断的必要条件是什么？解决方法:多中断是指当CPU执行一个中断服务程序时，发生更高级、更紧急的事件，CPU暂停当前中断服务程序的执行，转而处理事件的中断，并返回当前中断服务程序继续执行的过程。
实现多个中断的必要条件是:当前中断服务期间，中断许可触发为1，即开启中断。

32.采用屏蔽技术有什么作用？

答:1 >:在多中断系统中，cpu在响应中断后，不希望受到不同层次的其他中断请求的干扰。使用屏蔽技术可以屏蔽同级和下级的中断请求，使中断处理能够可靠地进行。

2 & gt更改中断处理的优先级。

3 & gt部分中断请求的选择性阻塞使程序控制更加灵活。

36.I/O与主机交换信息有几种方式，每种方式都有自己的特点。

答:I/O与外设之间的信息交换方式主要有:

程序查询模式(特点:简称为程序控制模式，是主机与外设通信的一种主要模式。但对于一些低速外设或外设的随机通信请求，程序控制模式会不断查询，会降低CPU利用率，使其无法与外设并行工作。)

②中断模式(特点:也称程序中断模式，中断前，外设准备好与主机通信，比如一个数据需要及时传输到主机，数据准备好；或者在执行了主机的任务之后，请求主机发送另一数据等。，它向主机发出中断请求。这是中断模式提高CPU利用率的处理思路。)

③ DMA模式(特点:直接内存访问模式，是一种直接依靠硬件在主存和I/O设备之间传输数据的工作模式。在传输过程中，CPU不需要参与传输操作。CPU节省了大量的时间，因为它节省了取指令、取数据和发送数据的操作。而且主存和外设之间的数据传输速度并不比CPU慢，是一种非常好的数据块传输方式。)

35.几种I/O寻址模式的特点是什么？

答:程序直接控制模式、程序中断传输模式、直接内存访问(DMA)模式、I/O通道控制模式和外围处理器模式

18.比较RAM和ROM。

答:RAM是一种随机存取存储器，在程序执行过程中可以读写。ROM是只读存储器，只能读取信息，不能写入信息。

19.比较静态RAM和动态RAM。

答:静态RAM和动态RAM都属于随机存取存储器，即在程序执行的过程中可以读写信息。而静态RAM是靠触发原理存储信息的，只要不断电，信息就不会丢失；RAM通过电容器存储电荷的原理来动态存储信息。即使电源没有断电，信息也会丢失，因为电容会放电，所以需要再生刷新。

27.CPU中断周期前是什么阶段，中断周期后是什么阶段，中断周期完成什么操作？

答:CPU在中断周期前执行中断隐式指令，中断周期后执行返回指令，中断周期完成后执行中断服务程序。

23.简述主存的读写过程。

答:存储器的读取过程是:CPU先给出有效地址，然后给出片选(通常由CPU访问信号控制)信号和读命令，使所选存储单元中的每一位信息都能读到存储芯片的数据线上，读操作完成。

存储器的写过程是:CPU先给出有效地址，然后给出片选(通常由CPU存储器访问信号控制)信号和写命令，把要写的信息送到存储器的数据线上，这样就可以把信息写到选中的存储单元上。

12.指令字长、存储字长、机器字长是多少？

答:指令字长度:一个指令字所占的位数。存储字长:一个存储单元可以存储一串二进制代码，称为一个存储字，这些二进制代码的个数称为存储字长。机器字长:计算机能直接处理的二进制数据的位数，决定了计算机的计算精度。

99.关于CU的几种控制方法？答:常见的控制方式有四种:同步控制、异步控制、联合控制和手动控制。

8.微指令的操作控制有多少种编码方法？有什么特点？哪个控制速度最快？

微指令编码有三种类型:直接编码、场直接编码和场间接编码。微指令的格式与微指令的编码格式有关，通常分为水平微指令和垂直微指令。水平微指令的特点是可以同时定义和执行多个并行操作的微指令。直接编码最快。垂直微指令的特点是采用类似于机器指令操作码的方式，在微指令中设置为操作码字段，微指令功能由操作码指定。

两种格式的对比？与垂直微指令相比，水平微指令具有更强的并行运算能力，效率高，灵活性强。水平微指令并行运算能力强，效率高，灵活性强，垂直微指令较差。由水平微指令解释的微程序具有微指令长而微程序短的特点。垂直微指令则相反，但微指令字短，微程序长。横向微指令和机器指令差别很大，纵向微指令和机器指令差不多。

9实现多个中断需要什么硬件支持？

1中断请求触发器2中断屏蔽触发器3向量地址生成单元4允许中断触发器5中断标志触发器6堆栈7中断查询信号电路8队列

9.1控制单元的功能是什么？是什么控制了它的输入？

功能:发出各种控制信号序列的功能。控制单元的输入由指令寄存器、时钟、标志和控制总线控制。

0.6具有反转的已知指令的含义如下:完成反转指令后，写出并整理取值阶段和执行阶段所需的所有微操作和节拍。

1.简述记忆的三级结构和特点？

答:存储器的层次结构如下:① cache简称cache，是计算机系统中高速小容量的半导体存储器。

②主存，简称主存，是计算机系统的主存，用于存储计算机运行过程中的大量程序和数据。

③外存简称外存，是一种大容量的辅助存储器。特点:①快速存储器价格贵，容量小；

②低价内存速度慢，容量大。

2.操作数的寻址方式是什么？数字通常放在哪里？

答:形成操作数有效地址的方法叫做寻址。①操作数包含在指令中；②操作数包含在CPU的内部寄存器中；

③操作数包含在主存中；④操作数包含在I/O设备的端口中。

3.简述RISC机器的五个特点？

答:①寻址方式少；(2)只有提取和存储指令访问存储器；③控制器多为硬连线；

④配备大量寄存器；⑤支持流水线，强调指令流水线的优化使用。

4.简述外围设备与CPU信息交换的四种方式及应用？

答:①程序控制法，适用于单片机等硬件结构简单的场合；②中断控制法，多用于实时控制和故障处理；

③DMA，直接内存访问，控制内存与外设之间的数据传输，整个传输过程不需要CPU参与；

④通道，处理器。用于大型计算机场合。

1.什么是堆栈？

答:堆栈是片内RAM中的一个特殊区域，数据访问基于& # 34；后进先出& # 34；在结构上。本质上，堆栈是遵循& # 34；后进先出& # 34；一个组织的记忆区域。

2.单片机的机器周期、状态周期、振荡周期、指令周期是什么？他们之间是什么关系？

答:一条指令的执行周期由若干个机器周期组成，一个机器周期包含六个状态周期(也叫时钟周期)，一个状态周期包含两个振荡周期。指令执行周期或长或短，但一个机器周期总是等于6个状态周期或12个振荡周期。

3.MCS-51单片机通常包含哪些主要的逻辑功能元件？

答:51单片机通常由以下几个部分组成:微处理器、具有一定存储容量的程序存储器和数据存储器、I/O接口、定时器/计数器、时钟电路和一些其他外围电路。

4.MCS-51单片机芯片256B的数据存储器可以分为几个区域？各有什么作用？

答:MCS-51单片机的片上数据存储器可分为两个区域:级别较低的128B的片上RAM区和级别较高的128B的专用寄存器区。下部128B RAM区分为工作寄存器区、位寻址区和用户RAM区。工作寄存器区可以用作通用寄存器，用户RAM区可以用作堆栈和数据缓冲区。专用寄存器区也称为专用功能寄存器，

5.程序状态存储器PSW的作用是什么？有哪些常见的状态标志？功能是什么？

答:PSW是用来标记程序的运行状态的。

p:平价马克。如果加法器A中“1”的个数是奇数，则将P设置为1，否则将P设置为0。

F1:用户标志。

OV:溢出标志。有符号数运算时，如果发生溢出，OV置1，否则清零。

RS0、RS1:工作寄存器组选择位，用于选择指令当前工作的寄存器组。用户通过软件改变RS0和RS1的组合来切换当前选择的工作寄存器组。

Cy:进位标志位。如果有进位，它被识别为“1”

AC:辅助进位标志。如果第四位数携带或借用了上面四位数，则设置“1”

6.什么是指令？什么是程序？

答:命令是控制计算机执行特定操作的命令。指令用二进制代码表示。指令由两部分组成:操作码和操作数。

为了完成一项规定的任务，将计算机指令按一定顺序排列组合而成的指令集称为程序。

7.什么是寻址模式？MCS-51有多少种寻址方式？

答:寻址是在指令中找到操作数或操作数地址的方法。即如何找到存储操作数的地址，如何提取操作数。

MCS51的寻址方式包括立即地址、直接地址、寄存器地址、寄存器间接地址、索引地址、相对地址和位地址。

8.什么是中断和中断系统？MCS-51的中断源有哪些？

答:CPU在处理某件事的时候，外面发生的某件事请求CPU去处理。于是，CPU暂时终止当前工作，转而处理发生的事情，处理完事件后，回到原来终止的地方，继续原来的工作。这个过程叫做中断。实现这一功能的部件称为中断系统。

MCS-51有以下中断源:外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串口中断。

9.MCS-51响应中断的条件是什么？

答:(1)有来自中断源的中断请求。

(2)总允许中断位EA=1，即CPU开启中断。

(3)申请中断的中断源的中断使能位为1，即中断没有被屏蔽。

(4)没有同等级或更高等级的中断在服务中。

(5)当前指令周期已经结束。

(6)如果当前指令是RETI或访问IE或IP指令，则这条指令和下一条指令已经执行。

10.MCS-51定时器有哪些工作模式？有什么区别？

答:(1)模式0:选择一个由定时器的高8位和低5位组成的13位计数器。

时间t=(213-初始值)*机器周期

(2)模式1:计数器为16位。

时间t=(216-初始值)*机器周期

(3)模式2:可自动重载的8位计数器。

时间t=(28-初始值)*机器周期

(4)模式3:仅适用于计数器T0，T1没有此操作模式。TL0和TH0被分成两个独立的8位计数器。

11.串行数据传输的主要优点和用途是什么？

答:串行数据传输是一种逐位传输数据的方式。它的主要优点是所需的传输线数量少。对于长距离数据传输，串行模式更经济。因此，串行模式主要用于计算机和远程终端之间的数据传输。