《计算机组成原理》重点

1.计算机的性能指标：

    主频，字长，运算速度，存储容量，可靠性，可维护性，可用性，兼容性。

2.冯.诺依曼型计算机原理
采用二进制表示程序和指令，指令由操作码和地址码组成。
将程序和数据放在存储器中，“存储程序”和“程序控制”。

3.总线概念:

      计算机通常将部件之间数据交换通路加以归并,组成多位总线结构,不同部件的信息可以在共用传输总线上分时传送。

内部总线：指CPU内各部件之间的连线；

外部总线：指系统总线,  即CPU与存储器、I/O系统之间的连线。

数据总线 地址总线 控制总线

4.运算器组成：包括ALU、阵列乘/除法器、寄存器组、多路开关、三态缓冲器、数据总线等逻辑部件。运算器通常集成在CPU芯片中。
控制器：（IR PC AR 同步 异步 联合）指令部件，时序部件，中断控制逻辑。
作用：指令的读出识别解释，协调各部件执行指令。

5.DRAM芯片需要定时对整个存储单元进行刷新。

【逐行刷新操作】：由行地址选中的某行，该行上的所有存储单元（存储元）被同时刷新。

集中式刷新方法的特点：

1.   每个刷新周期的大部分时间内，存储器的正常读写操作，无需考虑“刷新”操作及其影响；

2.   由于刷新工作的集中进行，会造成芯片“死时间”过长的问题。

分散式刷新特点：

1. 分散式刷新既在要求的时间内，完成了整个芯片的刷新，又消除了“死时间”问题。

6.SRAM，DRAM比较

*存储原理 集成度 *芯片引脚 功耗 价格/位 速度 *刷新

7.双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器。前者采用空间并行技术，后者采用时间并行技术（流水线处理技术），即：在一个存储器访问周期T内，可以启动多个存储体的读写操作。

8.页式管理方式中：虚拟空间分成若干页（称为：逻辑页）；主存空间也按同样大小分成若干页（称为：物理页）

优点：页面的起点和终点地址是固定的，页表结构简单，新页调入主存也容易装载、管理方便，主存空间浪费较小。

缺点：每页信息的逻辑独立性和完整性不强，因而处理、保护和共享都不是很方便。

9.关于TLB表：

  TLB是一个专用的硬件高速缓冲器CAM，用于存放近期最经常使用的页表项，其可实现快速检索查询。

  TLB中的内容是页表Page部分内容的一个副本，所以：若TLB命中，则Page必然命中。

  TLB一般比Cache的标记存储器（块表）容量更小、检索查询速度更快。

10.在段式虚拟存储系统中，“段”是按照程序的逻辑结构划分的，各个段的长度因逻辑功能而异。

优点：“段”具有较好的逻辑独立性和完整性，其易于编译、管理、修改和保护，也便于多道程序共享。

缺点：因为各段的长度各不相同，各段起点和段长不固定，段表结构稍复杂。同时，段结构给主存空间装载与分

配带来麻烦，而且容易在各段间留下较多空余的零碎存储空间，造成主存空间的浪费。

11.段页式虚拟存储器: 它把程序按逻辑单位分段以后，再把每段分成固定大

小的页。程序对主存的调入调出是按页面进行的，但它又可以按段实现共享和保护，兼备页式和段式的优点。
12.一个较完善的指令系统应当包含：数据传送类指令、算术运算类指令、逻辑运算类指令、程序控制类指令、I/O类指令、字符串类指令、系统特权类指令等8类典型指令。（前四种为：基本指令系统）
指令的寻址方式：顺序寻址和跳跃寻址。
操作数的寻址：
1.隐含寻址（将其地址隐含，不明显给出操作数地址）
2.立即寻址（操作数在指令中）
3.直接寻址（操作数地址在指令中）
4.寄存器寻址（操作数在寄存器中）
5.寄存器间接寻址（操作数地址在寄存器中）
6.基址寻址，变址寻址，相对寻址（操作数为某一寄存器与位移量之和）

7.间接寻址（两次访存）
13.RISC

选用使用频度较高的一些简单指令，复杂指令的功能由简单指令来组合实现

指令长度固定、指令格式种类少、寻址方式少，指令执行速度快

采用 “硬连线组合逻辑” 实现控制器，

指令结构简单、工整，有利于采用优化的编译程序和流水处理技术。

14.CISC

指令系统完善、功能齐全，但各种指令使用频度相差较大。

指令长度不固定、指令格式种类多、寻址方式多。访存指令不受限制，可以灵活地加以使用。

通常采用“微程序控制器” 实现控制功能，“优化编译”生成高效目的代码的复杂度较高。  

15.RISC CISC 区别
RISC能更充分利用 VLSI芯片的面积；RISC更便于提高计算机运算速度；RISC便于设计，可降低成本，提高可靠性；RISC由于有利于编译程序代码优化，所以有利于流水线技术的使用；
CISC在指令系统兼容性、完备性等方面比RISC更全面。
16.CPU（运算器+控制器+片内Cache）四大功能
指令控制，操作控制，时间控制，数据加工，I/O交互。
指令系统里的四种典型指令：数据处理指令，数据加工指令，数据传送指令，程序控制指令。
例如：数据传送，逻辑运算，算术运算，程序控制，I/O类
17.数据通路:  是指CPU内部部件之间或CPU与存储器、外设之间交换信息的通路。
18.时序信号的功能:  

  OC用时序信号来协调、指挥机器的工作时序；

  CPU通过时钟脉冲T，对各种OC信号进行严格的时间约束；

  CPU可以用时序信号的周期信息，来辨认从内存中取出的代码是指令还是数据。
19.时序信号的体制：
  计算机组成的硬件器件（寄存器、触发器）特性，时序信号的基本体制是“电位—脉冲制”
20.微程序控制 基本思想：用代码方法直接产生出各种硬件命令。

方法：把指令的取出与执行所需的各步操作控制信号，编成所谓的“微指令”，依次存放到快速ROM中。
21.什么是总线：计算机系统中连接各个功能部件的信息传输线，统称为“总线”。

  —— 各部件共享的传输介质，数据或信息交互的公共通路。
22.总线仲裁控制

一、集中式仲裁：

！链式查询：各设备通过单一的共享请求线，向中央仲裁器发出总线请求“BR ”。在总线不忙（BS=0 ）的条件下，仲裁器向外发出总线授权信号“BG”。

优缺点：只用很少几根线,  就能实现按一定优先次序实现多个设备的总线仲裁，并且很容易扩充设备。授权速度较慢、对查询链电路(单线)的故障很敏感。

！计数器定时查询：总线上的任一设备要求使用总线时，仍然通过共享的BR线向中央仲裁器发出总线请求。仲裁器接到请求信号以后，在总线不忙（BS=0 ）的情况下，启动仲裁地址计数器开始计数，并把计数值作为授权码，通过一组地址线发向各设备。

特点：1. 优先级的顺序是固定的。

      2. 若每次计数器启动都从上次的中止点开始计数，每个设备使用总线的优先权均等。

      3. 若计数器的初值可预置，则可以改变优先授权顺序。

！独立请求方式（现代机器常用方式）：每个设备都可以独立地向仲裁器发出自己的请求信号BRi，并可独立地接受总线授权BGi 。

特点：1. 响应时间快。2. 优先顺序既可以预先固定，也可以通过程序来方便地改变。3. 可以用屏蔽(禁止)请求的办法，封锁来自某些无效设备的请求。4. 仲裁器的结构相对复杂。

二、分布式仲裁：

取消中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁单元电路。

23.【集中式仲裁和分布式仲裁的区别】

     集中式仲裁方式必有一个中央仲裁器，它受理所有功能模块的总线请求，并按优先原则或公平原则进行裁决，然后仅给一个功能模块发出授权信号。

     分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。通过分配优先级仲裁号，每个仲裁器将仲裁总线上得到的仲裁号与自己的仲裁号进行比较，从而决定是否可以获得总线控制权。

24.当代的总线标准大都能支持以下数据传送模式：

(1)读/写操作；(2)块传送操作；(3)写后读 、读修改写操作；(4)广播、广集操作。

25.总线定时。为了同步主方、从方的操作。通常采用同步定时和异步定时两种协议。

26.分辨率和灰度级： 显示器一帧平面所包含的像素个数，常以每英寸多少个像素(PPI)的形式来表示。分辨率越高，图像越清晰。

    刷新存储器：用来存储一帧图像所有像素的信息，所以，刷存要具有与显示像素数相对应的存储空间。

　　灰度级：像素点的亮暗等级。在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。

       灰度级取决于每个像素对应亮度等级位数和显示器本身的性能。只有两级灰度的显示器称为单色显示器。具有多种灰度级的显示器为多灰度级显示器。图像显示器的灰度级一般在256级以上。

27.CPU对I/O设备管理与信息交换的实现，主要有以下几种方式：

1、程序查询方式2、程序中断方式3、直接内存访问（DMA）方式4、通道方式（IOP方式）

28.主机与I/O设备之间的定时，有以下三种情况：

① 无需定时方式；   （极慢速设备）

② 异步定时方式；   （慢、中速设备）

③ 同步定时方式；   （高速设备）

29.与程序查询方式相比，程序中断方式的优势在于：

在外设准备数据期间，CPU与外设是并行工作的。CPU无须查询和等待外设的状态，只需响应其“中断请求”即可，进而节省CPU大量宝贵的时间

30.DMA数据交换不需经过CPU！因此，既减轻了CPU负担，又使得成组数据的传送效率和速度大大提高（数据传送速率仅受到内存访问时间的限制）。

 当然：与中断方式相比，DMA方式需要更多的硬件支持。

DMA方式主要适用于内存和高速外围设备之间成批成组数据的快速交换。

31.程序中断方式：

特点：

1.每条指令执行完毕，CPU会自动检查“中断请求”信号。

2.CPU在执行中断服务之前要“保存现场”，以便完成中断服务后，能准确地返回到“断点”

3.在CPU的中断管理部件中通常设有一个“中断屏蔽触发器(IM)”，它可以对中断请求是否受理进行干预。

     IM=0 清“0”：允许中断，中断请求可被受理。

     IM=1 置“1”：屏蔽中断，中断请求暂不被受理。

4.一般处理紧急事件。

32.中断向量：当CPU响应中断时，由硬件电路直接产生的一个固定代码，称为：向量地址。

  中断控制部件可以通过“向量地址”，自动形成对应中断源设备的中断服务程序入口地址。

33.已知：

(1)CPU“中断批准”机构在响应一个新的中断之前，必须先要将当前的指令执行完毕；

(2)TDC为查询链中每个设备的延迟时间；

(3) TA、TB、TC分别为设备A、B、C的服务程序所需的执行时间；

(4) TS、TR为保存现场和恢复现场所需的时间；

(5) 机器(CPU)周期为TM。

试问：在这个中断请求环境下，系统的中断极限频率fm为多少?

tA = 2TM + TDC + （TS + TA + TR）

tB = 2TM + 2TDC + （TS + TB + TR ）

tC = 2TM + 3TDC + （TS + TC + TR ）  T=tA+tB+tC   fm =1/T

34.DMA(直接内存访问)是一种完全由硬件控制执行 I/O信息交换的工作方式。

DMA实现方法：(1) 停止CPU访内；   (2) 访内周期挪用；  (3) DMA与CPU交替访内。

与程序中断方式区别：

（1）中断方式通过程序(软件)实现数据传送，所以需要CPU介入；而DMA则是通过硬件电路来实现数据交换传送，无需CPU介入，节省了CPU的效能。

（2）CPU对于中断的响应是在当前指令执行完毕之后；而对DMA传送的响应由于不打断CPU现场，因此,  DMA中断可以在指令执行过程中的任何两个机器周期之间进行。

（3）中断方式的特点是特别适应快速处理“随机事件”、少量数据的交换；而DMA的特点则主要适用于“成块数据”的高速批量传送（数据传送速度只取决于内存访问周期）。

（4）中断方式必须切换程序，所以CPU需要进行现场保护、现场恢复等操作；而DMA只需占用内存周期来进行数据传送，不改变CPU现场，所以无需现场保护。

（5）DMA请求的优先级比中断请求高。

35.指令周期 : CPU从内存中取出一条指令，并执行完这条指令所需的时间总和。

   CPU周期 : 又称机器周期。在CPU的工作过程中，通常其访问内存所花的时间较长，因此定义：CPU从内存读取一条指令字的所需的最短时间，称为机器周期（CPU周期）。

   时钟周期 :  通常又称为时钟T周期或节拍脉冲。 一个机器周期通常包含若干个时钟T周期。

36.

微命令：控制部件向执行部件发出的最基本操作命令（如：打开或关闭某个三态控制门的电位信号、某个寄存器的锁存脉冲信号、运算控制信号、复位信号等）
微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。

    微指令： 在一条微指令中，实现一种具体、完整操作功能的若干微命令的组合，即组成一条微指令。
微程序：计算机设计者编好放在放在程序控制器中，每一条机器指令由一段微指令编成的微程序执行。
程序：由机器指令组成，由程序员编写放在主存里。
机器指令：一串二进制代码。

37.流水线存在的主要问题
资源相关：指多条指令进入流水线后，在同一机器周期内争用同一个功能部件所发生的冲突问题。
① 若存在资源相关，采用延迟IF法 避开相关
② 将指令和数据分别放在两个存储器中（哈弗结构）
③ 采用双端口存储器等并行存储器结构

数据相关：前一条指令还没有执行结束，后面的指令就陆续地开始工作。
①在流水CPU的运算器中，设置若干运算结果缓冲寄存器，暂时保留运算结果，可供后继指令直接使用。

控制相关：控制相关冲突是由转移指令引起的。当执行转移指令时，可能会跳转到新的目标地址取指令，从而使已经进入流水线的后继指令的操作“作废”，既：流水线发生“断流”。
①延迟转移法        ② 转移预测法。
38.CPU至少要有如下六类寄存器：指令寄存器IR（保存当前正在执行的指令）、程序计数器PC（确定下一条指令的地址）、地址寄存器AR（用来保存当前CPU所访问的内存单元地址）、缓冲寄存器DR（作为CPU和内存、外部设备间消息传送的中转站并补偿速度上的差异）、通用寄存器AC（为ALU提供工作区）、 状态条件寄存器PSW（保存测试的结果和各种中断和系统工作的状态）。
39.三种并行流水形式：(1)时间并行，(2)空间并行， (3)时间并行+空间并行。

40.cache的特点
位于CPU和主存之间，存储器层次结构的最高一级。
容量在数KB到数MB之间。其容量是主存的副本。
速度比主存要快5-10倍，通常由SRAM组成。

可用来存放指令也可用来存放数据，功能全由硬件实现，对程序员透明。
41.存储周期和存取时间
存储周期是主存进行完整的一次读写操作的所需时间，连续两次访问存储器操作之间最短时间间隔。
存取时间是从启动一次存储器到完成该操作的时间。（存储周期一定大于存储时间）
42.中断的概念
当计算机执行正常的程序时，系统出现某些异常情况或请求，CPU暂停它在执行的程序而转去处理发生的事件，CPU处理完毕后，自动返回到原来被中断的程序继续运行。
作用：主机与外部设备并行工作；实现实时处理；硬件故障处理；实现多道程序和分时操作。

43.磁表面存储器的特点
存储密度高，价格低
记录介质可以重复使用，记录信息长时间不丢失，非破坏性读出。
存储速度慢，机械结构复杂，对工作环境要求严格。

 

 仅供参考，O(∩_∩)O