考研复试问答（计算机组成原理部分）

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1、计算机系统层次结构？
    答：微程序机器层、传统机器语言层、操作系统层、汇编语言层、高级语言层

2、什么是存储程序原理？
    答：存储程序指将指令以代码的形式事先输入主存储器，然后按其在存储器中的首地址执行程序的第一条指令，以后就按该程序的规定顺序执行指令，直至程序结束

3、机器 存储 指令字长分别是什么？
    答：机器字长：CPU一次能处理的二进制数据的位数
        存储字长：一个存储单元存储二进制代码的长度
        指令字长：一个指令字中包含的二进制代码的位数

4、大端模式和小端模式？
    答：大端模式：数据高字节保存在内存低地址
        小端模式：数据高字节保存在内存高地址

5、数据存储“边界对齐”和“边界不对齐”的区别
    答：边界对齐能提高访存速度但牺牲主存空间，边界不对齐节省主存空间但牺牲访存速度

6、什么是码距？
    答：任意两个合法码字之间最少变化的二进制位数称为校验码的码距

7、算数移位、逻辑移位、循环移位的区别？
    答：算术移位：算术移位的对象是有符号数，在移位过程中符号位保持不变，对空位的添补规则需要区分原码、补码和反码
        逻辑移位：逻辑移位的对象是无符号数，移位后出现的空位均添0
        循环移位：分为带进位（大循环）和不带进位（小循环）两种

8、什么是规格化？
    答：通过调整一个非规格化浮点数的尾数和阶码的大小，使非零的浮点数在尾数的最高位上保证是一个有效值

9、机器零是什么？
    答：正下溢和负下溢统称为下溢，数据下溢时，浮点数值趋于零，计算机将其当作机器零处理

10、为何IEEE754标准中阶码用移码表示？为什么偏移码是127？
    答：移码便于比大小（便于规格化对阶）
        范围-126~127，偏置值为127，空出8为全1来表示无穷大；若偏置值选128，则不能区分无穷大。

11、Dram的存储原理，优缺点和刷新策略？
    答：存储原理：动态随机存储器是利用存储元电路中栅极电容上的电荷来存储信息的
        优点：容易集成、成本低、容量大、功耗低
        缺点：存储速度慢于SRAM
        刷新策略：集中刷新（2ms内集中安排时间全部刷新）、分散刷新（每次读写完都刷新一行）、异步刷新（每个时间间隔内安排0.5us刷新一行）

12、要提高访存速度有哪些方式？
    答：双端口ram、单体多字、多体并行

13、介绍一下cache？cache的作用？cache的交换单位？cache映射方式？cache替换策略？cache写策略？cache缺失率？
    答：cache即高速缓冲存储器，利用程序的局部性原理，把程序中正在使用的部分存放在一个高速的、容量较小的cache中，使CPU的访存操作大多数针对cache进行，从而大大提高程序的执行速度。
        作用：用于解决cpu和主存速度不匹配的问题
        交换单位：与cpu之间数据交换以字为单位，与主存之间数据交换以cache块为单位
        映射方式：1.直接映射 2.全相联映射 3.组相联映射
        替换策略：随机算法、先进先出算法、近期最少使用算法、最不经常使用算法
        写策略：全写法（搭配非写分配法），写回法（搭配写分配法）
        cache缺失率：即cache未命中的概率，由物理地址得到主存字块标记后在cache中找不到对应的cache行

14、在同时具有虚拟存储器、TLB和cache的系统中，访问顺序是什么样的？
    答：访问顺序为TLB->页表->Cache->主存
        1.先访问TLB和Page，将逻辑地址转换为物理地址
        2.再查找对应的Cache块（与主存块并行查找）

15、虚拟存储器和cache比较？
    答：目的：虚拟存储器主要是为了解决主存容量，cache主要是为了提高系统速度
        实现：虚拟存储器由os和硬件共同实现，cache全由硬件实现
        交互：虚拟存储器不能直接和cpu交互数据，cache可以

16、存储时间和存取周期的区别？
    答：存取时间是完成一次访存操作的时间
        存取周期不仅包括操作时间，还包含线路恢复时间，即存取周期=存取时间+恢复时间

17、定长操作码指令和扩展操作码指令格式的区别？
    答：定长操作码指令的操作码字段的位数固定
        扩展操作码指令的操作码字段的位数不固定，且分散地放在指令字的不同位置上

18、指令的寻址方式？
    答：指令寻址：顺序寻址和跳跃寻址
        数据寻址：隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址、堆栈寻址

19、基址寻址和变址寻址的区别？
    答：基址寻址面向操作系统，程序执行时，基址寄存器的内容作为基地址不变，形式地址作为偏移量可变
        变址寻址面向用户，程序执行时，变址寄存器的内容作为偏移量可由用户改变，形式地址作为基地址不变

20、cisc（复杂指令系统计算机）和risc（精简指令系统计算机）的区别？
    答：控制方式：cisc主要采用微程序控制器，risc主要采用硬布线控制器
        指令系统：cisc指令多且不定长，难以编译优化，risc指令少且定长，便于编译优化
        访存指令：cisc访存指令不受限制，risc只有load/store指令访存
        流水线：cisc可以通过一定方式实现流水线，risc必须实现流水线

21、CPU有哪些功能？有哪几部分组成？
    答：功能：1.指令控制 2.操作控制 3.时间控制 4.数据加工 5.中断处理
        组成：运算器和控制器

22、什么是指令周期、机器周期、总线周期、时钟周期？四者有何关系？
    答：指令周期是cpu从主存取出并执行一条指令所需要的全部时间（CPU完成一条指令的时间），对应完成一个微程序的时间
        机器周期又称为cpu周期，是执行指令周期中一步相对完整的操作所需的时间，通常等于存取周期，对应完成一个微指令的时间
        总线周期又称为总线传输周期，指一次总线操作所需的时间（包括申请阶段，寻址阶段、传输阶段、结束阶段）
        时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个微操作所需的时间

23、指令周期各个阶段分别完成什么任务？访存目的是什么？
    答：取值周期：任务是根据PC中的内容从主存中取出指令代码并存放到IR中，访存目的是取指令
        间址周期：任务是取操作数有效地址，访存目的是取有效地址
        执行周期：任务是根据IR指令字的操作码和操作数通过ALU产生执行结果，访存目的是取操作数（访存指令）
        中断周期：任务是处理中断请求，访存目的是保存断点

24、指令和数据都存于存储器中，计算机如何区分它们？
    答：计算机通过指令周期的不同阶段来区分从存储器取出的是指令还是数据，取值周期取出的指令，执行周期取出的是数据

25、微命令，微指令，微程序的概念？
    答：微命令是微操作的控制信号；微指令是若干微命令的集合；微程序是微指令的有序集合（对应一条机器指令）

26、微指令有哪些编码方式？微指令的地址形成方式？
    答：编码方式：1.直接编码方式：微命令字段中每一位都代表一个微命令
                  2.字段直接编码方式：互斥性微命令组合在同一字段
                  3.字段间接编码方式：某些微命令需要另一个字段中的微命令来解释
        地址形成方式：直接由微指令的下地址字段指出、根据机器指令的操作码形成

27、微指令的格式？各自的优缺点？
    答：1.水平型微指令：微指令长但微程序短，编写微程序麻烦，但执行速度快
        2.垂直型微指令：微指令短但微程序长，编写微程序容易，但执行速度慢
        3.混合型微指令：综合水平型和垂直型微指令的优缺点

28、微程序控制器和硬布线控制器的对比？
    答：工作原理：微程序控制器中微操作控制信号以微程序的形式存放在控制存储器中，执行指令时读出；硬布线控制器微操作控制信号由组合逻辑电路根据当前的指令码、状态和时序即时产生
        执行速度：微程序控制器慢；硬布线控制器快
        应用场合：微程序控制器主要用于CISC；硬布线控制器主要用于RISC
        易扩充性：微程序控制器易扩充修改；硬布线控制器不易扩充修改

29、什么是指令流水线？影响流水线的因素？
    答：指令流水线指把指令分解为若干子过程，通过将每个子过程与其他子过程并行执行，来提高计算机的吞吐率的技术。
        影响因素：1.结构相关：由于多条指令在同一时刻争用同一资源而形成的冲突（解决办法：暂停相关指令、资源重复配置）
                  2.数据相关：必须等待前一条指令执行完才能执行后一条指令的情况（解决办法：暂停相关指令、数据旁路技术、编译优化调整指令顺序）
                  3.控制相关：遇到转移指令和其他改变PC值的指令而造成断流（解决办法：分支预测、预取两个方向指令、提前形成条件码）

30、流水线越多，并行度越高。是否流水段越多，指令执行越快？
    答：错误，因为如下：
        1.流水段缓冲之间的额外开销增大，加长了一条指令的整个执行时间（流水线每个功能段后面都有一个缓冲寄存器，保存本流水段的执行结果，供下一流水段使用）
        2.流水段间控制逻辑变多、变复杂，可能导致用于流水段间控制的逻辑比段本身的控制逻辑更复杂

31、流水线的性能指标？
    答：1.吞吐率：单位时间内流水线所完成的任务数量
        2.加速比：完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间和使用流水线所用的时间之比
        3.效率：流水线设备的利用率，即n个任务占用时空图有效面积/n个任务所用的时间与k个流水段所围成的总面积

32、总线的定义和特点？
    答：总线是一组能为多个部件分时共享的公共信息传送线路。分时和共享是总线的两个特点。

33、系统总线的结构？
    答：单总线结构：CPU、主存、IO设备都挂在一组总线上
        双总线结构：一条主存总线连通CPU、主存、通道；一条IO总线连通多个外设和通道（支持猝发传送，即送出一个地址，收到多个地址连续的数据）
        三总线结构：主存总线、IO总线和DMA总线

34、总线仲裁方式分类？
    答：集中仲裁方式（总线控制部件）：1.链式查询方式 2.计数器定时查询方式 3.独立请求方式
        分布仲裁方式每个潜在的主模块都有自己的仲裁号和仲裁器

35、总线周期分为哪几个阶段？
    答：申请分配阶段：主设备向总线提出使用请求
        寻址阶段：通过总线发出本次要访问的从模块的地址及有关命令
        传输阶段：主模块和从模块进行数据交换
        结束阶段：主模块的信息从系统总线上撤除，让出总线使用权

36、同步通信和异步通信的特点？同一个总线可以即采用同步通信又采用异步通信吗？
    答：同步通信传送速度快，总线控制逻辑简单；不能及时进行数据校验；仅适用于总线长度较短及总线所接部件存取时间比较接近的系统
        异步通信传送速度慢于同步，总线控制逻辑复杂；适合两个工作速度相差很大的部件进行可靠的数据交换（不互锁，半互锁，全互锁）
        半同步通信总线同时支持同步和异步通信

37、介绍一下IO控制方式？哪些方式不需要程序的干预？
    答：程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式；只有DMA方式是靠硬件电路实现的，不需要程序的干预

38、介绍一下RAID磁盘阵列？
    答：RAID是指将多个独立的物理磁盘组成一个独立的逻辑盘，数据在多个物理盘上交叉存储、并行访问，具有更好的存储性能、可靠性、安全性。
        RAID0：无冗余和无校验的磁盘阵列，采用条带化技术（原理类似低位交叉）
        RAID1：通过磁盘镜像实现数据冗余，在成对的独立磁盘上产生互为备份的数据。
        RAID2~5：各种校验码实现数据冗余

39、什么是I/O接口？有哪些功能？
    答：I/O接口即I/O控制器，是主机和外设之间的交接界面，通过接口可以实现主机和外设之间的信息交换。
        功能：1.设备选址
              2.传送命令
              3.传送数据
              4.反映设备状态

40、什么是I/O端口？有哪些编址方式？
    答：I/O端口是指接口电路中可被CPU直接访问的寄存器，主要有数据端口，状态端口和控制端口
        编址方式：1.统一编址（存储器映射方式） 2.独立编址（I/O映射方式）

41、什么是中断？什么是断点？
    答：中断是由于有特殊事件（中断事件）发生，计算机暂停当前的任务（即程序），转而去执行另外的任务（中断服务程序），然后再返回原先的任务继续执行
        断点就是程序被中断的地方，即程序计数器PC的内容。

42、cpu响应中断需要满足哪些条件？
    答：1.中断源有中断请求 2.CPU开中断 3.一条指令执行结束且没有更紧迫的任务

43、中断向量和中断向量地址是什么？
    答：中断向量是中断服务程序的入口地址
        中断向量地址是中断服务程序的入口地址的地址

44、讲讲中断处理的过程？
    答：关中断、保存断点、引出中断服务程序、保存现场和屏蔽字、开中断、执行中断服务程序、关中断、恢复现场和屏蔽字、开中断和中断返回

45、dma方式与程序中断方式的区别？
    答：DMA即直接存储器访问，在I/O设备与主存之间开辟直接数据通路的方式
        区别：1.中断方式在每个数据需要传输时中断CPU，DMA方式是在所要求传送的一批数据传送结束后才中断CPU
              2.中断方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成的，DMA方式是在DMA控制器的控制下完成的
              3.中断方式每次读写一个字，DMA方式每次读写一个或多个连续块

46、dma的传送方式和传送过程？
    答：传送方式：1.停止cpu访问主存 2.dma和cpu交替访存 3.周期挪用（）
        传送过程：1.预处理 2.数据传送 3.后处理

47、call和return具体做了哪些工作？
    答：call：参数压栈、返回地址压栈、保存现场
        return：保存返回值、弹出返回地址、恢复现场

48、程序中断和子程序调用的区别？
    答：发生时间：程序中断的发生时间是随机的；子程序调用的发生时间是已知的
        程序关系：程序中断和主程序两者无关联，平行关系；子程序完全为主程序服务，主从关系
        控制系统：中断系统是一个软硬件结合的系统；子程序调用是一个软件处理过程
        嵌套级数：中断系统嵌套级数由中断优先级决定；子程序调用嵌套级数由栈的大小决定

49、硬中断和软中断是什么，区别是什么？各中断优先级是怎么样的？
    答：软中断是通过某条指令产生的中断，这种中断是可以编程实现的，属于内中断
        硬中断是通过外部的硬件产生的中断，属于外中断
        区别：1.软中断发生的时间是由程序控制的，而硬中断发生的时间是随机的
              2、软中断是由程序调用发生的，而硬中断是由外设引发的
              3、硬中断是可屏蔽的，软中断不可屏蔽。
        优先级由高到低：硬件故障中断（掉电、内存校验出错）、访管中断、程序性中断（缺页、溢出、越界）、外部中断、I/O中断

50、程序中断方式进行数据传输的缺点？
    答：1.中断方式只适合低速设备的数据传送，不适合高速设备。若中断次数过于频繁，会降低CPU的工作效率。
        2.中断方式是在每条指令执行完检查中断，而DMA方式在每个机器周期结束后都可以执行。

51、通道方式和dma方式的相同点和不同点？
    答：相同点：通道控制方式与DMA方式类似，也是一种以内存为中心，实现设备和内存直接交换数据的控制方式。
        不同点：1.在DMA方式中，数据的传送方向、存放数据的内存始址以及传送的数据块长度等都由CPU控制，而在通道方式中，这些都由通道来进行控制。
                2.DMA方式每台设备至少需要一个DMA控制器，一个通道控制器可以控制多台设备。

52、数据相关分为几种？举出一个RAW的例子？
    答：RAW,WAR,WAW
        举例：ADD R3, R4, R5
              ADD R1, R2, R3

53、如何从外存中取一个数？
    答：以read系统调用举例，open系统调用打开文件返回一个文件描述符fd并将其加入到内核的文件打开表中，read函数根据fd得到文件打开表的索引，到文件打开表中取出相关文件信息，其中就有文件的物理地址，根据物理地址初始化DMA控制器，并给DMA发指令