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计算机组成原理网上教学活动文本(2005.4.19)

点击数:479更新时间:2010-07-03

计算机组成原理网上教学活动文本(2005.4.19)





计算机组成原理网上教学活动文本(2005.4.19) 2005-04-28








宁晨:同学们,欢迎参加本次活动。王老师和我在这里将用一个半小时回答大家有关计算机组成原理课程学习中遇到的问题,欢迎大家踊跃提问。
问:为什么在二-十进制编码中会出现多种编码方案?各方案有什么不同和特点?有权和无权编码系统的区别的应用范围?
王诚:信息编码和数据表示:计算机是加工处理数据的计算工具,在计算机内部,所有的数据都是用二元码(或二进制代码)表示的,不同数据有不同的表示方法,这种不同的表示方法就体现为不同的编码方案,也就是通过对二元码选用不同的组合规则,来表示不同的数据。需要熟练掌握这些组合规则,例如,如何表示纯小数、整数、浮点数等。有权码通常用来表示数值。
问:老师,组成原理的作业是不是占总成绩的20分?
王诚:作业和平时实验占20分。
问:如何学好这门课程?如何理论联系实际?
王诚:在开始答疑之前,先简单地说明一两个问题。首先大家应该关心一下在网上发布的复习指导的内容,在那里分章地说明了每一章教学内容的重点,对不同知识点要求掌握的程度,还有自我测试的试题等。其次是学习方法,一定要重视实验,也就是教学的实践环节,在计算机组成原理课程中有原理性的知识,还有许多大体属于技术性、工程性的问题,前者是理论基础,后者是设计与实现中的技术,前者可以在课堂上讲解并到实验中深化理解,后者则更多地要通过实践才能真正学到手,并且有助于透彻理解原理。正如同学习游泳,课堂讲解是必要的,更重要的是要下到水中实际练习,下到水中扑通一番,再联想一下听到的讲课内容才可以有所认识,反复多次,道理也懂了,在水里也真的可以游几十米,这才算入了门,接下来则进入继续提高的阶段。同样的道理,仅靠听课、主要靠增加讲课学时是难以学好计算机组成原理课程的。
问:动态和静态存储器芯片的读写原理要很清楚的知道吗?
王诚:一般了解即可。
问:考试有什么辅导书吗?
王诚:网上有个计算机组成原理教学辅导材料。
问:计算机内为什么要用加法器完成减法运算?
王诚:在计算机内部,只使用加法器而不使用减法器,线路更简单,在使用补码运算时,把减法运算变成被减数加上负的减数就可以了,规则简单并且线路实现方便,何乐而不为呢!
问:冯·诺伊曼计算机体系的主要特点是什么啊?
王诚:存储程序的计算机即运行的程序首先放到存储器中。
问:掌握“指令流程”很难,应该注意什么?
王诚:执行一条指令通常要经过读取指令、分析指令、执行本指令的具体功能、判断中断请求等4个步骤。其中执行本指令的具体功能需要依据不同的指令,完成复杂程度不同、具体操作步骤数目也不同的处理过程。当对所有指令都选用相同的步骤完成时,对那些处理简单的指令就要浪费一些步骤(处于空闲状态),影响系统的运行效率。若按各自的实际需要分配不同的步骤数,虽然设计与线路实现稍复杂,但有利益提高系统的运行效率。
  指令的完全串行执行,是指前一条指令完全结束之前,不会开始下一条指令的执行过程,优点是控制简单,缺点是系统运行效率低,计算机的各功能部件不能充分发挥效用,我们的教学计算机就是这样处理的,把基本原理体现清楚,线路实现简单是我们追求的主要目标。
  指令的并行执行,是指在同一时间里有多条指令都处在执行过程中,但不同指令处在不同的执行步骤中,各自使用计算机的不同部件在完成不同的处理功能,这通常被称为指令流水技术,其优点是系统运行效率高,缺点是控制复杂,计算机的各功能部件可以充分发挥效用,而不是一个部件工作,其他部件空闲,在RISC计算机中就是这样处理的,追求的目标是尽可能地每一个步骤都有一条指令结束执行过程,有更高的性能/价格比和市场竞争能力。
问:组成的实验也考吗!谢谢
王诚:具体实验内容不考,还是考原理,但是把实验做好了,对原理理解更深入。
问:对输入输出设备这部分内容要求掌握到什么程度?
王诚:了解最基本的组成和简单工作原理即可。
问:磁盘阵列中的raid0、raid1、raid5,哪种阵列比较好
王诚:raid5功能最强,略复杂。raid0根本就没有容错,raid1是镜像,按需要选用。
问:简答题的比例是多少?
王诚:35%左右。
问:AGP接口将是以后主板的标准接口吗?
王诚:PCI是通用局部总线。AGP是加速图形接口。
问:我对变址寻址,相对寻址的工作过程理解的不好,能不能指导一二点,谢谢
王诚:变址寻址是把一个变址寄存器的值加一个偏移量作为内存地址,主要用于访问数组类型的数据。相对寻址是把指令寄存器中的内容加一个偏移量作为访问一条指令的地址,适用于动态存储器管理的方案。
问:运算器和控制器的电路实现部分要求到什么程度?
王诚:线路本身不作为考试的内容。运算器和控制器的组成和运行原理应该掌握,这与线路当然有关。主要应该掌握原理。
问:掌握“指令流程”应该注意什么?
王诚:与教学计算机为例,读取指令和判断中断请求公用于所有指令,每条指令的具体执行功能有所不同,执行步骤数也可以有所差异。指令的执行步骤的次序是重要的。运算器中的累加器之间的运算在取指之后可一步完成,读写接口和读写内存通常要经过送地址和读写数据两步完成。能一步完成的功能不要分成两步,完成不同功能有冲突时就分到不同的执行步骤中。
问:王老师:现在我们开放教育的期末考试能不能改革一下,采用网络考试或以论述题为主的开卷考试.
王诚:这由中央电大领导决定,还取决于一些实际的条件。
问:中央电大的形成性考核册编制的很好,既然是开放教育以网上、媒体自主学习为主,为什么不能将作业题传到网上完成呢?
王诚:作业题目可以在网上公布啊。
问:微程序应该掌握到怎样的深度?
王诚:任何事情都是随着需要和可否实现而发展变化的。在计算机中的发展过程中,追求更高的性能/价格比是一个永无休止的话题。在早期的计算机中,只能选用组合逻辑的控制器,因为找不到满足作为控制存储器使用的存储介质。当有了性能和价格都可以接受的半导体存储器器件之后,微程序控制器便于实现系列机、便于变更设计方案、线路实现容易的优点就占了上风,成为商用计算机中的流行方案。但微程序控制器运行速度较组合逻辑控制器要慢的问题,使其难以在追求更高处理速度的计算机中(例如巨型机或者RISC机)中正常使用。两种控制器方案各有自己的优缺点和使用场合。在教学计算机中就同时实现了这两种控制器方案,期望在教学过程中收到事半功倍的效果。
  微程序控制器的基本组成包括程序计数器、指令寄存器,控制存储器、微指令寄存器和微指令下地址逻辑部件这样5个基本部分。
  组合逻辑控制器的基本组成包括程序计数器、指令寄存器,节拍发生器和时序控制信号产生部件这样4个基本部分.
问:王老师:在网上能不能上一些《计算机组成原理》课程中有实践性的视频课件?
王诚:尚未制作这种课件,有此想法。
问:信息编码、数据表示的内容需要掌握到什么程度?
王诚:信息编码和数据表示:计算机是加工处理数据的计算工具,在计算机内部,所有的数据都是用二元码(或二进制代码)表示的,不同数据有不同的表示方法,这种不同的表示方法就体现为不同的编码方案,也就是通过对二元码选用不同的组合规则,来表示不同的数据。需要熟练掌握这些组合规则,例如,如何表示纯小数、整数、浮点数等。
问:在外设中普遍应用点阵方式的好处是什么?
王诚:灵活性高,这是最大的好处,可以简单的表示图形图像文字等。
问:如何理解段式和页式存储的异同?
王诚:段式是程序本身的结构特性,便于按段执行权限管理。页式是从管理方便的角度人为划分的,不存在碎块。
问:这门课真是太难了,要会的东西太多了。
宁晨:但又是计算机科学中最最基本的内容。
问:里面2进制的运算占的分有多少啊
宁晨:可能会有20分,每次不同。
问:老师今年我们的考试重点的内容在哪几章啊? 具体要细看理解的包括什么呢?谢谢
王诚:重点三四五六章。
问:计算机内部为什么要用加法器完成加减法运算?
王诚:在计算机内部,只使用加法器而不使用减法器,线路更简单,在使用补码运算时,把减法运算变成被减数加上负的减数就可以了,规则简单并且线路实现方便,何乐而不为呢!
问:在计算机内为什么要用检错纠错码技术,海明码和奇偶校验码有什么关系?
王诚:在计算机内使用检错纠错码的目的在于期望以比较小的冗余线路为代价,得以发现最可能出现的硬件错误,或者还可以自动纠正某些最可能遇到的错误,以提高计算机系统的可靠性和连续运行能力。
  奇偶校验码是对k个数据位配备一个校验位,以期发现一位出错(比多位同时出错更常见)的情况,代价最低,发现错误的能力也低且无改错能力。
  海明检错纠错码,通常是指能发现并改正一位错,也能发现两位错的编码方案。与奇偶校验码相比,所花代价较略高,检错能力也略强且有改错能力。它要为k个数据位配备r个校验位,其关系是:2r-1 >= k+r ;通常它对每一个校验位使用一个偶校验表达式,并确保形成每个校验位所使用的数据位的集合各不相同,一个数据位会出现在几个偶校验表达式中,以期做到任何一个数据位出错会得到不同的校验结果,并能区分出是奇数个位出错还是偶数个位出错。海明检错纠错码是通过组合应用几个偶校验码方案实现的。
问:我感觉C++容易学,而本门课太难了,不知到时考试题难不难?
宁晨:这两门课程同为计算机专业的基础课,但前者是语言类课程,后者是硬件类课程,必须理论联系实际来学,还应有起码的学习兴趣,否则会感到难一些。
问:现在感觉在上课的过程中,有时候无法跟上老师讲课的进程,但是回家后看教材等又无法理解,因为本身不是专门搞计算机的,所以怕时间长了不懂的越来越多,请问老师怎么才能联系好,把这门课顺利通过。谢谢老师
宁晨:你好,作为原来不是学计算机的尤其不是学电子信息类专业的学生,学习本课程肯定比别人遇到的困难多一些,看来你只能多看几遍书,随时向辅导老师提问,否则确实会跟不上的,另外,象数字电路这门课程若以前没学过,还应该补一下,只要有学会的决心,多下点功夫还是能学通的。
问:今年的考试题都有几种题型,最后的几道的分数和题型分别是什么?
宁晨:今年的题型还是选择题、填空题、计算题和简答题。每套题的分数比例略有差别,大致为30:15:15:40。
问:老师,能否具体解释“堆栈”是什么意思吗?
宁晨:堆栈通常是指一片特定用法的存储区,对这个区域中的存储单元要按照“后进先出”的原则处理,即最后一个写进去的内容要首先读出来,这是通过使用一个特定的寄存器(堆栈指针)给出地址并在读写过程中修改堆栈指针来完成的,主要用在处理子程序调用与返回处理的场合。
问:计算机内为什么要用加法器完成减法运算?
宁晨:在计算机内部,只使用加法器而不使用减法器,线路更简单,在使用补码运算时,把减法运算变成被减数加上负的减数就可以了,规则简单并且线路实现方便,何乐而不为呢!
问:计算机内部为什么要用补码完成加减法运算?判断补码完成加减法运算溢出的3种表述之间是什么关系?
宁晨:补码加法是把数据位和符号位同等对待并同时运算,在不出现溢出时,符号位和数据位都得到正确的结果,处理起来最简单;判断溢出的规则也简单,线路实现容易;加、减法使用同一套线路,规则简单并且线路实现方便。
  判断补码加法运算是否溢出,有3种不同的表述,说明的是同一件事情、同一个道理。例如,第一种表述说“正数加正数结果为负是溢出”,正数的符号位为0,两个正数的符号位相加是0+0,肯定不产生进位;结果为负,即符号位变成1了,肯定是最高数据位向符号位送了进位值,这对应的就是“数据位向符号位送了进位,但符号位不产生向更高位的进位”,这正好是判断加法运算溢出的第二种表述。若计算中选用双符号位,符号位本身相加是00+00,此时若出现结果的两个符号位不同,只可能是01,这两位上的这个1肯定是最高数据位向符号位送来进位值,依据表述二知道属于溢出,“双符号位中的两个符号位不同值时是溢出”就是判断加法运算溢出的第三种表述。同样,对于两个负数相加也可以得出相同的结论,此处不必赘述。
问:在计算机中为什麽有两个控制器,组成原理在实际应用中有什么作用?对我们有何帮助?谢谢您。
宁晨:任何事情都是随着需要和可否实现而发展变化的。在计算机中的发展过程中,追求更高的性能/价格比是一个永无休止的话题。在早期的计算机中,只能选用组合逻辑的控制器,因为找不到满足作为控制存储器使用的存储介质。当有了性能和价格都可以接受的半导体存储器器件之后,微程序控制器便于实现系列机、便于变更设计方案、线路实现容易的优点就占了上风,成为商用计算机中的流行方案。但微程序控制器运行速度较组合逻辑控制器要慢的问题,使其难以在追求更高处理速度的计算机中(例如巨型机或者RISC机)中正常使用。两种控制器方案各有自己的优缺点和使用场合。在教学计算机中就同时实现了这两种控制器方案,期望在教学过程中收到事半功倍的效果。
问:老师好!一般PC的ROM区有多大?
宁晨:各机型不一样,没有统一规定必须多大。
问:怎样才能学好计算机组成原理这门课。重点是什么,对实践的要求高吗?
宁晨:学好本课程必须理论联系实际,即完成必做的几个实验,教材的前两章作为基础知识,尽管不要求考试,但对理解和掌握后几章有帮助,所以必须全面掌握。
问:为什么会出现动态存储器和静态存储器两类不同的芯片?各自是用在什么场合?
宁晨:半导体生产工艺不同。动态存储器由于集成度高、生产成本低,广泛用于实现更大容量的主存储器,而静态存储器读写速度快、生产成本高,多用于容量要求较小的高速缓存。
问:组合逻辑与微程序的两种控制器的功能与组成有何不同?
宁晨:两种控制器的基本功能相同,优缺点各有不同。
  微程序控制器的基本组成包括程序计数器、指令寄存器,控制存储器、微指令寄存器和微指令下地址逻辑部件这样5个基本部分。
  组合逻辑控制器的基本组成包括程序计数器、指令寄存器,节拍发生器和时序控制信号产生部件这样4个基本部分。
王诚:答疑到此结束。


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