计算机组成原理复习

2018年的第一篇博客，发现CSDN也有了很大的变化，还是归纳考试重点，明天就考试了，希望能顺利通过就行！

1.冯诺依曼机主机主要特点。

1计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部件组成。

2.指令和数据一同等地位存放于存储器内，并可按地址寻访。

3.指令和数据均用二进制表示。

4.指令由操作吗和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置。

5.采用存储控制原理，指令在存储器内按顺序存放。通常指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定的条件改变执行顺序。

6.机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传说通过运算器完成。

2.计算机硬件主要技术指标，软件定义与分类。

  计算机硬件主要技术指标：机器字长、存储容量、运算速度、主频等。

  软件定义：看不见摸不着，由人们事先编制的具有各类特殊功能的程序组成。

  分类：系统软件和应用软件。

3.计算机组成部分与各部分作用。

  运算器：用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。

  存储器：用来存放数据和程序。

  控制器：用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理器运算结果。

  输入设备：用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘、鼠标等。

  输出设备：可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出，显示器输出等。

4.总线定义与分类方法，系统总线定义与分类方法。

 总线

   定义：总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。

   分类：片内总线   系统总线   通信总线

 系统总线

定义：系统总线是指CPU、主存、I/O设备（通过I/O接口）各大部件之间的信息传输线。

  分类：  数据总线  地址总线  控制总线

5.什么是总线标准，目前流行的总线标准有哪些。

  所谓总线标准可视为系统与各模块，模块与模块之间的一个互连的标准界面。

  ISA总线、EISA总线、PCI总线、RS—232C总线、IEEE-488(并行通信总线又称GP-IP总线)USB总线。

6.三级存储器系统中各级存储器特点与用途，分哪两个层次。

1主存  特点：随机访问、速度快。容量大。用途：存放CPU使用的程序和数据。

  辅存  特点：容量大、速度慢、价格低、可脱机保存信息。用途：存放大量后备数据

缓存  特点：速度快、容量小、价格高 用途：用于主存与辅存之间作为缓冲，正在使用的程序和数据的付本。

 2缓存-----主存层次和主存---辅村层次。

7.半导体存储器RAM与ROM特点与用途。

RAM特点：可读可写掉电后信息丢失，存临时信息。用途：主要做内存

ROM特点：只读不写掉电后信息不丢失，存长期信息。用途：主要做控制存储器

8.动态RAM与静态RAM特点与用途，DRAM刷新方式与主要优点。

静态RAM特点：信息读出后，仍保持其原有状态，不需要再生。用途：用于Cache

动态RAM特点：靠电容存储电荷的原理来寄存信息。用途：组成内存/主存。

DRAM刷新方式

    集中刷新：集中刷新是在规定的一个刷新周期内对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此刻必须停止读写操作。

    分散刷新：分散刷新是指对每行存储单元的刷新分散到每个存储周期内完成。

异步刷新：异步刷新是前两种方式的结合，它即可缩短“死时间”，又充分利用最大刷新间隔2ms的特点。

优点：单个MOS管组成，集成度高，速度较SRAM慢，价格低，

9.Cache工作原理特点，地址映射方式与替换算法。

原理：利用程序访问的局部性，近期用到信息存于cache。

地址映射方式：直接映射、全相联映射、组相联映射、

替换算法：先进先出算法（FIFO）、近期最少使用算法（LRU）、随机法。

10.主机与外设交换信息采用中断与DMA方式特点与应用场合。

中断方式：

特点：CPU与外设并行工作，效率高

应用场合：管理多种外设并行工作、进行实时处理、进行故障自动处理

DMA方式：

特点：

1从数据传送看，程序中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送。

2从CPU响应时间看，程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，而DMA方式可在指令周期内的任一存取周期结束时响应。

3程序中断方式有处理异常事件能力，DMA方式没有这种能力，主要用于大批数据的传送，如硬盘存取、图像处理、高速数据采集系统等，可提高数据吞吐量。

4程序中断方式需要中断现行程序，故需保护现场；DMA方式不中断现行程序，无须保护现场。

5DMA的优先级比程序中断的优先级高。

应用场合：高速设备 如硬盘

11.I/O端口与接口的区别，I/O接口分类方法。

端口：接口内部寄存器有I/O地址号。一般分为数据口、命令口和状态口。

接口：若干端口加上相应的控制电路组成。

接口分类：按数据传送方式分串行接口和并行接口

          按功能选择的灵活性分为可编程接口和不可编程接口

          按通用性分为通用接口和专用接口

          按数据传送的控制方式分为程序型接口和DMA接口。

12.中断处理过程分成哪两个阶段各完成哪些任务

响应阶段：关中断、保护断点地址、转入中断服务入口地址

处理阶段：保护现场、执行用户编写的中断服务程序、恢复现场。

13.与中断方式比较MDA方式主要特点是什么。

  1从数据传送看，程序中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送。

2从CPU响应时间看，程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，而DMA方式可在指令周期内的任一存取周期结束时响应。

3程序中断方式有处理异常事件能力，DMA方式没有这种能力，主要用于大批数据的传送，如硬盘存取、图像处理、高速数据采集系统等，可提高数据吞吐量。

4程序中断方式需要中断现行程序，故需保护现场；DMA方式不中断现行程序，无须保护现场。

5DMA的优先级比程序中断的优先级高。

14.什么是寻址方式，数据寻址方式有哪几种。

寻址方式：是指确定本条指令的数据地址以及下一条将要执行的指令地址的方法，它与硬件结构紧密相关，而且直接影响指令格式和指令功能。

数据寻址方式：立即寻址、直接寻址、隐含寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址寻址、变址寻址、相对寻址、堆栈寻址。

15.RISC主要特点与CISC相比较RISC主要优点。

特点：

    选用使用频率较高的一些简单指令以及一些很有用但又不复杂的指令，让复杂指令的功能由频度高的简单指令的组合来实现；

指令长度固定指令格式种类少，寻址方式种类少；

只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器内完成；

采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成；

控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制；

采用优化的编译程序。

 1充分利用VLSI芯片的面积。

 2提高计算机运算速度。

3便于设计可降低成本提高可靠性。

4有效支持高级语言程序。

16.组合逻辑与微程序设计主要特点与应用。

组合逻辑：特点：速度快、复杂不灵活。应用：适用于RISC机。

微程序：特点：引入程序设计与存储逻辑技术，硬件软化，把一条机器指令用一段微程序来实现，存放控制存储器CM中。应用：系列机。

17.什么是指令周期、机器周期、时钟周期  三者的关系如何。

  指令周期：完成一条指令的时间，由若干机器周期组成。

机器周期：完成摸个独立操作，由若干时钟周期组成。

时钟周期：最基本时间单位，由主频决定。

关系：时钟周期是最基本时间单位，由若干时钟周期组成机器周期，由若干机器周期组成指令周期。

18.微程序设计基本思想，微程序指令主要编码方式。

思想：引入程序设计与存储逻辑技术硬件软化把一条机器指令用一般微程序来实现，存于控制存储器中。

编码方式：直接编码（直接控制）方式、字段直接编码方式、字段间接编码方式、混合编码方式。

19.简述计算机工作的流程图？

20.信息的数字化含义有哪些？

答：①用数字代码表示各种信息；

       ②用数字信号表示各种数字代码。

21.用数字化方法表示信息的主要优点有哪些？

答：①在物理上容易实现信息的表示与存储；

       ②抗干扰能力强、可靠性高；

       ③数值的表示范围大、表示精度高；

       ④表示的信息类型极其广泛；

       ⑤能用数字逻辑技术进行信息处理。

22.如何区分指令和数据？

答：①约定不同，指令代码按指令格式约定，数据按数据格式约定；

       ②取指周期取出的是指令，它送往控制器的指令寄存器IR，由控制器解释而发出一系列微操作信息；而执行周期从内存中读出或送入内存的信息是数据，它流向运算器或由运算器流向内存；

       ③一般指令存放在主存程序区，数据存放在内存的数据区。

23.为什么系统总线与输入/输出设备之间设置接口部件？

答：因为计算机系统通常采用标准的系统总线，每种总线标准都规定了其地址线和数据线的位数、控制信号线的种类和数量等。计算机系统所连接的各种设备并不是标准的，在种类与数量上都是可变的。为了将标准的系统总线与各具特色的输入/输出设备连接起来，需要在系统总线与输入/输出设备之间设置一些部件，它们具有缓冲、转换、连接等功能，这些部件称为输入/输出接口。

24.总线结构有哪些特点？

答：①数据通路结构简洁；②数据传送控制方便；③系统扩展易于实现。

25.什么是硬、软件在功能上的逻辑等价？

答：在计算机中，实际上有许多功能既可以直接由硬件实现，也可以在硬件支持下依靠软件来实现，对用户而言，在功能上是等价的。这种情况称为硬、软件在功能上的逻辑等价。

26.什么是硬件软化？什么是软件硬化？

答：原来由硬件实现的功能用软件实现，称为硬件软化。

原来由软件实现的功能用硬件实现，称为软件硬化。

27.什么是机器语言物理机？什么是虚拟机？

答：计算机硬件的物理功能是执行机器语言程序，因此相对于实际机器的这一级就成为机器语言物理机。

所谓虚拟机，一般是指通过配置软件、扩充机器功能所形成的一台计算机，而实际硬件在物理功能上并不具备这种语言功能，在汇编语言这一级，用户看到计算机能将接收并执行用汇编语言编写的程序，但实际的物理机只能执行机器语言，它通过配置汇编程序后才能处理汇编语言程序。所以用户在汇编语言这一级看到的是一台能够执行汇编语言功能的虚拟机。

28.什数字计算机的特点有哪些？

答：①自动连续的执行程序；②运算速度快；③运算精度高；④存储能力强；⑤通用性好。

29.计算机的主要性能指标有哪些？

答：①基本字长；②运算速度；③数据通路宽度与数据传输率；④存储容量；⑤外围设备配置；⑥软件配置。

30.指令采用隐含地址的优点是什么？

答：①简化指令的地址结构；②减少指令的显地址数；③减小指令的长度；④节省程序所占的存储空间；⑤减小读取与执行指令所需时间；⑥提高程序的运行速度。

31.什么是同步控制方式？其有何优、缺点？

答：同步控制方式是指用统一发出的时序信号对各项操作进行同步控制。

优点：①时序关系简单；②时序划分规整；③控制不复杂；④控制部件在结构上易于集中；⑤设计方便。

缺点：①在时间的安排上可能不合理；②对时间的利用不经济。

32.什么是异步控制方式？其有何优、缺点？

答：异步控制方式是指各项操作不受同一时序信号的约束，而是根据实际需要安排不同的时间。

优点：①时间安排紧凑、合理；②能按不同部件、不同设备的实际需要分配时间。

缺点：控制比较复杂。

33.什么是直接程序传送？其有何优、缺点？

答：直接程序传送，是指CPU在现行程序中通过直接执行I/O指令来实现数据的传送。由于启动外设和数据交换均在统一程序中进行，因此CPU在启动外设后只能查询外设的状态，等待外围设备准备好或完成一次操作，再用I/O指令与外设进行数据交换。

优点：①不需要增加CPU硬件；②控制简单。

缺点：①CPU启动外设后只能查询等待，不能做其他的事情，因而CPU与外设不能并行工作，使CPU的利用率降低；②从启动设备到数据交换，所有操作均由程序实现安排，CPU不能响应随机请求，无实时处理能力。

34.什么是程序中断传送方式？其有何优、缺点？

答：程序中断传送方式，是指在程序运行中，CPU收到随机中断请求后，暂停中止现行程序的执行，转去执行为该随机事件服务的中断处理程序，处理完毕后自动恢复原程序的执行。

优点：①能够处理比较复杂的随机事件；②可以并行工作。

缺点：程序的执行以及原程序与服务程序之间的切换都需要花费一定的时间，影响到中断处理的速度。所以，中断处理方式适用于中、低速的I/O操作。

35.什么是DMA初始化？DMA初始化包括哪些信息？

答：DMA初始化：虽然DMA传送本身是直接依靠硬件实现的，但为了实现有关控制，CPU需要实现向DMA控制器传送出有关控制信息。在调用I/O设备时，通过程序所做的这些准备工作称作DMA初始化，即向DMA控制器与接口设置初始信息。

DMA初始化包括4种信息：①传送方向；②主存缓冲区首址；③交换量；④外设寻址信息。

36.什么是DMA方式？其有何优、缺点？

答：DMA方式：直接依靠硬件在主存与I/O设备之间传送数据的一种工作方式，在传送期间不需要CPU执行程序进行干预。

优点：①传送速度快；②传送操作简单。 缺点：难以识别和处理复杂事态。

37.请分别写出三种溢出逻辑判断表达式，并解释一下？

答：（1）溢出逻辑判断一

“溢出”=

说明：、分别表示两数数符，用表示结果的符号。只有同号数相加才可能产生溢出，而溢出的标志是结果数符与操作数符相反。

（2）溢出逻辑判断二

“溢出”=

说明：用表示符号位产生的进位，用C表示最高有效位。当与C不同时表明溢出。

（3）溢出逻辑判断三

“溢出”=

说明：用、分别表示第一符号位、第二符号位。双符号位的含义：00——结果为正，无溢出；01——结果正溢；10——结果负溢；11——结果为正，无溢出。

38.响应中断的条件有哪些？

答：①有中断请求信号发生。②该中断请求未被屏蔽。③CPU处于开中断状态。④没有更重要的的事要处理。⑤CPU刚刚执行的指令不是停机指令。⑥在一条指令结束时响应。

39.依靠硬件实现程序中断响应过程，需要哪4项操作？

答：①关中断。

②保存断点。将程序计数器PC的内容保存起来，一般是压入堆栈。此时，PC内容为恢复原程序后的后继指令地址，称为断点。

③获取服务程序的入口。被批准的中断源接口通过总线向CPU送入向量地址。CPU据此在中断周期中访问中断向量表，从中读取服务程序的入口地址。

④转向程序运行状态，以此开始执行中断服务程序。