2020年《计算机组成原理》课程期末考卷（A卷）附答案

《计算机组成原理》是计算机科学与技术领域的重要基础课程，主要研究计算机系统的基本组成和工作原理。本课程期末考卷的题目涵盖了计算机组成原理的核心概念，包括I/O外设与主机的交互、控制单元CU的功能、主存与I/O设备的数据传输、Cache与主存的地址映射等关键知识点。 1. I/O外设与主机的反馈线是计算机系统中实现通信和控制的重要手段。例如，CPU通过总线协议与I/O接口进行数据交换时，可能会发送BG信号表示总线同意，而外设通过BS信号反馈总线状态。在DMA方式中，DREQ和HRO是外设与CPU通信的握手信号，确保数据传输的同步。此外，状态线如'ready'和'busy'用于告知主机外设的工作状态。 2. 控制单元CU是计算机系统的心脏，负责发出各种控制信号以协调各个组件的操作。对主存，它会产生R/W信号指示读写操作，并通过片选CS信号选择特定的内存芯片。对ALU，CU会设置运算器工作方式的控制信号S1S2S3S4以及运算脉冲。对I/O设备，CU会发送INTR中断请求信号和HLDA保持允许信号。 3. 主存与I/O设备直接通信通常采用DMA方式，这需要在两者之间设立数据总线，以实现数据的快速、无CPU干预的传输。 4. 图2描述了输入设备与CPU的同步数据输入传输过程。在这个过程中，总线周期的四个时钟周期分别用于地址传输、读命令、数据提供和撤销命令。地址信号需要保持整个总线周期以确保正确寻址，读命令在地址信号之后出现是为了避免地址错误。如果改为CPU与输出设备间的传输，需要将读命令变为写命令，数据会提前出现在数据总线上。若总线周期不足，可以采用异步或半同步方式。当涉及CPU与存储器间传输时，需要增加片选CS信号，以确保正确选择存储芯片。 5. 在全相联映射的Cache与主存地址映射中，因为主存的任何一块都可以映射到Cache的任何位置，所以主存地址不需要包含Cache字块地址。在比较主存字块标记和Cache标记时，需要遍历Cache的所有标记位，以查找匹配项，为了提高速度，可以采用硬件加速机制，如硬件比较器或哈希表。 以上内容详细解析了考卷中涉及的计算机组成原理知识点，包括I/O交互机制、控制单元的作用、数据传输方式以及Cache地址映射等，这些都是理解计算机系统基本运作的关键。学习这些内容有助于深入理解计算机系统的内部工作流程。