计算机组成原理简答

1. 根据三原色原理，由三种颜色的颜料就可以配出任意色彩，为什么彩色喷墨打印机需要6种颜色的墨盒？
   虽然可以配出任意色彩，但是表现力差，色域的宽广度和人眼的要求相差甚远，即使加入黑色墨盒，成为4色墨盒，形成四色打印机，其色彩还原能力仍无法与冲印的相片相比，所以添加了淡青色和淡品红，成为六色打印机

2. 计算机控制器的功能有哪些？分别是由什么对应的部件实现的？
   计算机控制系统由计算机和工业对象两部分组成，其中包括硬件和软件。计算机控制系统是指用计算机或数字控制器装置来实现自动控制系统中控制器的功能。

3. 简述总线接口的功能有哪些？
   ①控制：传递总线上的控制信息，主设备会通过总线接口向从设备发出控制信息。②数据缓存：在总线传递信息时，在总线接口中临时存放数据。③状态设置通过总线和转换从设备的工作信息，便于主设备了解从设备的信息。④数据转换：某些总线接口需要对传递的数据进行转换。⑤整理：对接口本身进行调整。⑥程序中断。

4. 计算机体系改进的目标是什么？对冯.诺依曼计算机体系结构改进的具体措施都有哪些？
   答：目标是并行与共享。
   改进有：
   （1）从以运算器为中心到以存储器为中心。
   （2）指令执行的并行与共享。
   （3）处理器并行与共享。

5. 算盘和算筹与现代计算机的差距主要体现在哪些方面？成为现代计算机应具备哪些功能？
   答：算盘和算筹主要由人——外动力进行拨珠、布筹，不具有内动力；且算盘和算筹的计算程序由人脑下达，不能自动计算，不具有内程序。
   成为现代计算机应具备哪些功能：
   （1）具有适合工作原件的内动力
   （2）具有内程序执行机制
   （3）具有与内程序相适应的数据和程序存储与表示形式
   （4）可以实现系统运行中的自我管理

6. 简述I/O接口的功能？（本小题5分）
   （1）设备选择。即通过地址译码选择要操作的设备。
   （2）数据缓冲与锁存，以实现外部设备与计算机之间的速度匹配。
   （3）数据格式转换。如串-并变换、数据宽度变换等。
   （4）信号特性匹配。当计算机的信号电平与外部设备的信号电平不同时，实现信号电平匹配变换。
   （5）接收CPU的控制命令，监视外设的工作状态。

7. 在向现代计算机的发展过程中，最具有代表性的计算机有哪几个？
   答：中国古代提花机和提花机、巴贝奇分析机、帕斯卡的加法器、莱布尼茨的乘法器

8. 为什么I/O总线均采用串行总线的形式，而不是采用系统总线那样的并行总线形式？并以USB串行总线为例，都采用了哪些技术措施？
   答：并行总线的每个数据位都需单独一条传输线，所有数据位同时进行传输，会造成干扰，数据容易丢失；
   而串行总线的数据传输是在一条线路上按位进行，抗干扰性强，数据不易丢失；为了规避并行总线在高速下的串扰和同步问题，I/O总线均采用串行总线的形式。USB(通用串行总线)是用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线结构,其主要是用在中速和低速的外设

9. 简述I/O过程中，程序查询控制方式的特点与不足之处是什么？
   特点：CPU定时启动一个查询程序，看哪个设备有I/O需求。
   不足：
   (1) CPU进行I/O控制的工作效率很低。

   (2) 只适合预知或预先估计到的I/O事件。

   (3) 只允许CPU与外设串行工作。

10. 什么是机器数？它的表示形式都有哪些？为什么需要这么多种形式？
    答：一个数在机器内的表示形式称为机器数，这个数本身的值称为该机器数的真值。
    它的表示形式有：原码、反码、补码、移码。
    为了解决机器内负数的符号位参加运算的问题。

11. 计算机控制器的功能有哪些？分别是由什么对应的部件实现的？
    解：
    （1）定序:组成程序的指令必须按照一定的顺序被执行。[指令控制器]
    （2）定时:①统一的时间标准——时钟和节拍②时钟频率。[时序控制器]
    （3）操作控制：控制器应能按指令规定的内容，在规定的节拍向有关部件发出操作控制信号。[总线控制器]

12. 在中断处理的过程中，执行中断服务前后为什么需要保护和恢复现场和断点，现场和断点的具体内容是什么？存放在什么地方了？用的是什么指令？
    现场通常指中断发生前程序的运行状态, 一般主要指系统标志寄存器中的内容。
    断点通常指被中断的主程序的下一条待运行的指令的存放地址。
    存储在放到堆栈
    保护现场用 ( PUSH )指令,恢复现场用 ( POP )指令。

13. 计算机的存储器为什么实现分级存储的方式？一般分为几级？各级之间的关系是什么？
    答：存储器实现分级存储的方式是为了解决速度不匹配以及主存容量不足的问题。一般分为3级：辅助存储器、
    主存储器、高速缓冲寄存器。各级之间的关系是：辅助存储器作为主存储器的后援；主存储器可以与CPU 通信，也可以作为Cache的后援；Cache存储CPU最常使用的信息。

14. 计算机的存储器为什么实现分级存储的方式？一般分为几级？各级之间的关系是什么？P60，P136-137.
    答：存储器实现分级存储的方式是为了解决速度不匹配以及主存容量不足的问题。一般分为3级：辅助存储器、
    主存储器、高速缓冲寄存器。各级之间的关系是：辅助存储器作为主存储器的后援；主存储器可以与CPU 通信，也可以作为Cache的后援；Cache存储CPU最常使用的信息。

15. 计算机体系结构发展的目标是什么？采取的技术路线是什么？对冯.诺依曼计算机体系结构改进的具体措施都有哪些？
    答：计算机体系结构发展的目标是并行与共享。
    采取的技术路线是：在实现以存储器为中心的过程中，形成分时操作系统、中断控制技术、DMA控制技术 等；采用指令流水线实现指令执行的并行与共享；使用处理器级的并行性技术。
    对冯诺依曼体系结构的改进有：（1）从以运算器为中心到以存储器为中心。（2）指令执行的并行与共享。 （3）处理器并行与共享。

16. 磁盘和光盘相对的优缺点分别是什么？磁光盘是如何对他们的优缺点进行扬弃的？
    答：磁盘是一种具有存储容量大、信息保存时间长、读出时不需要再生等特点的辅助存储器。
    磁盘相对光盘的优点是既可以读又可以写，缺点是记录密度小。
    光盘具有记录密度高，成本低廉，存储容量大，体积小等技术特点。
    光盘相对磁盘的优点是记录密度高，缺点是只能读不能写。
    磁光盘的存储介质是由光磁材料做成的易于垂直磁化的磁性薄膜，它兼有磁盘和光盘两方面的优点，磁光 盘既可以读又可以写，而且它的记录密度很大。

17. 在总线上进行通信的主从双方对时序的控制方式有哪几种？分别适用于什么场合？
    答：
    （1）同步通信。特点是模块之间的配合简单一致，采用了公共时钟，每个部件什么时候发送或接受信息都有统 一的时钟规定，因此有较高的传输效率。
    （2）异步通信。双方的操作不依赖基于共同时钟的时间标准，而是一方的操作依赖于另一方的操作，形成一种 “请求-应答”方式，采用的通信协议称为握手协议。
    （3）半同步通信。特点是用系统时钟同步，但对慢速设备可延长传输数据的周期。适用于系统工作速度不高， 但又包含了许多速度差异较大的设备的简单系统。
    （4）分离式通信。基本思想是将一个传输周期分解为两个子周期。特点是每个模块占用总线使用权都必须提出 申请。各模块在准备数据的过程中都不占用总线，总线可以接受其他模块的请求。总线被占用时都在做有效 工作，从而实现了在多个主、从模块间进行交叉重叠并行式传送。这种控制方式比较复杂，一般普通微型计算 机系统很少采用。

18. 简述I/O接口的功能。P201-203.
    答：
    （1）设备选择，即通过地址译码选择要操作的设备。
    （2）数据缓冲与锁存，以实现外部设备与计算机之间的速度匹配。
    （3）数据格式转换。如串-并转换、数据宽度转换。
    （4）信号特性匹配。当计算机的信号电平与外部设备的信号电平不同时，实现匹配变换。
    （5）接收CPU的控制命令，监视外设的工作状态。

19. 简述I/O过程中CPU对数据交换的常用控制方式有几种？各有什么特点与不足？
    答：
    （1）I/O 过程的程序直接控制：
    特点：I/O过程完全处于CPU指令控制下。
    不足：CPU进行I/O控制的效率很低。
    （2）I/O过程的程序中断控制：
    特点：提高了计算机的工作效率。
    不足：可能丢失数据。
    （3）I/O过程的DMA控制：
    特点：高速大批量传送数据。
    不足：只能实现简单的数据传送。
    （4）I/O过程的通道控制：
    特点：CPU通过简单的输入输出指令控制通道工作。
    不足：对硬件的要求较高。

20. I/O接口需要具备数据格式转换和信号特性匹配功能的起因是什么？
    答：由于并行传输的抗干扰性不好，容易出现错误，所以I/O总线采用串行方式，而系统总线采用的是并行
    方式，故I/O接口需要进行数据格式转换。
    I/O总线采用串行方式，信息传输远，信号衰减速度就会很快，且易受到干扰，计算机的信号电平与外设
    的信号电平不同，故I/O接口需 要具备信号特性匹配功能。

21. 计算机的内动力和内程序分别是由谁首先解决的？是用什么方法解决的？
    答：内动力是由帕斯卡首先解决的；帕斯卡发明了帕斯卡加法器，它的内部是一系列齿轮组成的装置，内动力
    非常简单，就是使用了钟表中的发条。
    内程序是由巴贝奇首先解决的；巴贝奇从提花机中得到灵感，发明了差分机，进而提出了巴贝奇分析机，
    按工厂模式将分析机分为5部分：仓库、作坊、控制机构、印刷厂、穿孔卡片。

22. 中断和DMA方式分别适合于什么类型的外设？
    答：中断适合于需要CPU与外设在大部分时间并行工作，只有少部分时间用于相互交换信息，从而提高
    CPU资源利用率的外设，例如：键盘、打印机等。
    DMA方式只能控制速度较快、类型单一的外设，它适合于与存储器之间的数据进行直接传递的外设。

23. 计算机的存储器如何实现分级存储的？它们之间的关系如何什么？
    答：存储器实现分级存储的方式是为了解决速度不匹配以及主存容量不足的问题。一般分为3级：辅助存储器、
    主存储器、高速缓冲寄存器。各级之间的关系是：辅助存储器作为主存储器的后援；主存储器可以与
    CPU通信，也可以作为Cache的后援；Cache存储CPU最常使用的信息。

24. 激光打印机的工作过程主要经历了哪几个步骤？
    答：第一步：要打印的图案经过“曝光”形成静电潜影。
    第二步：带负电荷的碳粉在电压作用下，吸附在硒鼓有正电荷的区域，这个过程叫做“显影”。
    第三步：再施以反向的静电电荷，把碳粉吸附到纸上，这个过程称为“转印”。
    第四步：加电辊熔化碳粉，将碳粉固化在纸上，这个过程叫做“定影”。