计算机专业课877——计算机组成原理

计算机组成原理

• IEEE754浮点数标准：
  IEEE754标准规定
• 各种周期整理：
  指令周期：是指从取指令、分析指令到执行完所需的时间，一个指令周期中包含取指周期、取数周期、执行周期、中断周期等。
  机器周期（CPU周期）：取指周期、取数周期、执行周期等等这些周期都属于机器周期。
  时钟周期（节拍）：最小单位，一个机器周期中包含若干个时钟周期。
  时长：指令周期>CPU周期>时钟周期
  总线周期：一次总线操作所需的时间，通常由若干个时钟周期构成，与机器周期类似。
• DMA相关知识点：
  DMAC（DMA控制器）向CPU发出总线请求，CPU将在当前总线周期结束时响应，而中断请求只能在当前指令的执行周期结束之后。
  DMA方式适合高速大批量数据的传输，而通道既可用于慢速设备，也可用于快速设备。
  DMA传送方式：
  1. 停止CPU访问内存：CPU停下，让DMA访问主存。
  2. DMA与CPU交替访存：将CPU的工作周期分为两部分，一部分CPU访存，另一部分DMA访存。
  3. 周期挪用方式：当CPU与DMA同时请求访存时，CPU让出一个总线周期给DMA控制器。
• MIPS：是指每秒执行多少百万条指令，是计算机系统的指令执行速度，不是运算速度
  MFLOPS：每秒执行多少百万次浮点运算，是运算速度。
• IO控制方式中的IOP方式是指：输入输出处理机方式。
• 主存与辅存的区别是能否被CPU直接访问。
• 双端口存储器拥有两套相互独立的读写电路，可以并行地独立工作。
• Cache用于提高访问速度，IO缓冲buffer用于减少响应次数。
• USB是通用串行总线。
• 流水线分类：
  1. 按处理机级别分：操作部件级，指令级，处理机级
  2. 按功能分：单功能流水线，多功能流水线
  3. 按工作方式分：静态流水线，动态流水线
  4. 按流水线结构分：线性流水线，非线性流水线
• 总线仲裁方式按其仲裁控制机构的设置可分为集中仲裁方式和分布仲裁方式。
• CRC码生成多项式的条件：
  1. 任何一位发生错误都应该使余数不为0
  2. 不同位发生错误应使余数不同
  3. 对余数作模2除法，应能使余数循环
• 除法运算中，定点小数要求|被除数|<|除数|，定点整数要求|被除数|>|除数|。
• 计算机的主要性能指标：
  • 吞吐量：单位时间内处理请求的数量。
  • 响应时间：从发出请求到系统响应并获得所需结果的等待时间。
  • CPU时钟周期：主频的倒数。
  • 主频（CPU时钟频率）：机器内部主时钟的频率。
  • CPI：执行一条指令所需的时钟周期数。
  • MPIS：每秒钟执行多少百万条指令。
• 磁盘存储阵列（RAID）是并行处理技术在磁盘系统中的应用，是为了增大容量并提高I/O性能。
• SRAM（双稳态触发器）：速度快、集成度低、功耗大、用于高速缓存。
• DRAM（栅极电容）：集成度高、速度慢、功耗低、用于大容量主存储器。
• 真值零的原码和反码表示不唯一，原码：00000和10000，反码：00000和11111 。
• 真值零的补码和移码表示是唯一的，补码：00000，移码：100000 。
• 浮点数的运算是可以提高计算机的运算速度的。
• 中断判优中可以用硬件实现排队也可以用软件查询的方式实现排队，硬件排队的优先级是固定的，软件查询是按优先顺序依次访问各个中断源，改变查询顺序也就改变了优先级。
• 只有RAM是随机方式存取的存储器，ROM，CD-ROM只能随机读。
• cache和主存都可以被CPU直接访问。
• 动态流水线是在同一时间执行不同功能的流水线，并且功能数可以变化，所以动态流水线必定是多功能流水线。
• 集中式总线仲裁方式包括：独立请求方式，计数器定时查询方式，链式查询方式，其中响应速度最快的是独立请求方式
• 码距d与 检错个数e，纠错个数t的关系：
  d>=e+1, d>=2t+1, d>=e+t+1(e>t)

简答题

DMA的特点，能否代替程序中断？

特点：
以响应随机请求的方式，实现主存与I/O设备的快速数据传送
仅占用系统总线，不切换程序，所以不影响CPU执行状态，提高了CPU利用率
只能做简单的数据传送，难以识别与处理复杂情况

因为DMA不能处理复杂事态，所以不能代替程序中断。

组合逻辑控制器与微程序控制器的不同之处

组合逻辑控制器是根据控制要求和状态，采用组合逻辑技术来实现的，其微操作信号发生器是由专门电路组成的复杂树形网络构成的。

微程序控制器是采用存储逻辑来实现的，微程序控制器是将微操作信号代码化，使每条机器指令转化成为一段微程序存入控制存储器中，执行指令时，读出控存中的微指令，由微指令产生微操作控制信号。

什么是软硬件逻辑功能等效？提高软件比例会怎样？

……等效：任何由硬件实现的操作，在原理上均可用软件模拟来实现，同样，任何由软件实现的操作，在原理上都可由硬件来实现。

提高软件比例，会使系统灵活性增强，实现容易，实现成本降低，速度降低。

现代计算机机构为什么要以存储器为中心？

随着半导体存储器代替磁芯存储器，存储器容量成倍地扩大，加上需要计算机处理、加工的信息量与日俱增，以运算器为中心的结构已不能满足计算机发展的要求，甚至会影响计算机的性能。

在“右移-加减”迭代的原码两位乘法运算过程中，为什么至少要安排三位符号位？

要用到2x，即需要将x左移一位，这时被乘数的绝对值可能会大于2，侵占符号位，又因为做加法所得到的正常进位不得丢失。

DMA方式传送数据的主要过程：

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中断处理流程：

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