計算機組成原理知識點總結832

計算機組成原理知識點總結第?章：計算機系統(tǒng)概論1、計算機系統(tǒng)由哪兩部分組成？計算機系統(tǒng)性能取決于什么？計算機系統(tǒng)是由“硬件”和“軟件”組成。衡量?臺計算機性能的優(yōu)劣是根據(jù)多項技術指標綜合確定的，既包括硬件的各種性能指標，?包括軟件的各種功能。1）計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。2）計算機系統(tǒng)性能由硬件和軟件共同決定。2、計算機系統(tǒng)5層層次結構從下到上由哪五層組成？哪些是物理機，哪些是虛擬機？1）微程序機器、傳統(tǒng)機器、操作系統(tǒng)機器、匯編語?機器、?級語?機器2）微程序機器和傳統(tǒng)機器是物理機，其他是虛擬機。3、在計算機系統(tǒng)結構中，什么是翻譯？什么是解釋？1）翻譯：將?種語?編寫的程序全部翻譯成另?種語?，然后再執(zhí)?；2）解釋：將?種語?編寫的程序的?條語句翻譯成另?種語?的?條或多條語句，然后執(zhí)?，執(zhí)?完這條語?后，再解釋下?條。4、什么是計算機體系結構？什么是計算機組成？以乘法指令為例說明者區(qū)別。1）計算機體系結構是指那些能夠被程序員看到的計算機的屬性。如指令集、數(shù)據(jù)類型等；2）計算機組成是指如何實現(xiàn)計算機體系結構所體現(xiàn)出來的屬性；3）以乘法指令為例，計算機是否有乘法指令，屬于體系結構的問題。乘法指令是采?專?的乘法器，還是使?加法器和移位器構成，屬于計算機組成的問題。5、馮諾依曼機器的主要特點？1）計算機由運算器、存儲器、控制器、輸?設備和輸出設備五?部分組成；2）指令和數(shù)據(jù)存儲在存儲器中，并可以按地址訪問；3）指令和數(shù)據(jù)均以進制表?；4）指令由操作碼和地址碼構成，操作碼指明操作的性質(zhì)，地址碼表?操作數(shù)在存儲器中的位置；5）指令在存儲器內(nèi)按順序存放，通常按?動的順序取出執(zhí)?；6）機器以運算器為中?，I/O設備與存儲器交換數(shù)據(jù)也要通過運算器。（因此，后來有了以存儲器為中?的計算機結構）6、畫出現(xiàn)代計算機的組成框圖。P10,圖1.97、什么是存儲單元、存儲字、存儲字長、存儲體？存儲單元：存儲?個存儲字并具有特定存儲地址的存儲單位；存儲字：?個存儲單元中存放的所有的進制數(shù)據(jù)，按照某個地址訪問某個存儲單元獲取的進制數(shù)據(jù)。存儲字長：存儲字中進制數(shù)據(jù)的位數(shù)，即按照某個地址訪問某個存儲單元獲取的進制數(shù)據(jù)的位數(shù)；存儲體：由多個存儲單元構成的存儲器件。8、主存儲器中，什么是MAR，什么是MDR，存儲器的最?容量由什么決定？1）MAR：存儲地址寄存器，保存需要訪問的存儲單元地址。反映存儲單元的個數(shù)。2）MDR：存儲數(shù)據(jù)寄存器，緩存讀出/寫?存儲單元的數(shù)據(jù)。反映存儲字長。3）存儲器的最?容量由MAR寄存器的位數(shù)和MDR寄存器的位數(shù)決定。9、什么是機器字長，什么是存儲字長長？機器字長：CPU?次能夠處理的進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。存儲字長：按照某個地址訪問某個存儲單元獲取的10、假設MAR寄存器的位數(shù)為16位，MDR寄存器的位數(shù)為16位，存儲器的最?容量是多少？1）MAR寄存器的位數(shù)為16位，能表?的地址個數(shù)為2的16次?，為64K；2）MDR寄存器的位數(shù)為16位，說明存儲字長為16位，也即2個字節(jié)；3）存儲器的最?容量為64K*2B=128KByte第三章系統(tǒng)總線1、為什么要使?總線？在馮諾依曼結構中，各個部件之間均有單獨連線，不僅線多，?且導致擴展I/O設備很不容易。即擴展?個I/O設備，需要連接很多線。因此，引?了總線連接?式，將多個設備連接在同?組總線上，構成設備之間的公共傳輸通道。2、總線的兩?基本特征是什么？1）共享：多個部件連接在同?組總線上，各個部件之間都通過該總線進?數(shù)據(jù)交換。2）分時：同?時刻，總線上只能傳輸?個部件發(fā)送的信息；3、系統(tǒng)總線按照傳輸信息的不同，分成哪?類？是單向的，還是雙向的？1）分成數(shù)據(jù)總線、地址總線以及控制總線。2）數(shù)據(jù)總線：各個功能部件之間傳送數(shù)據(jù)信息，雙向傳輸；3）地址總線：?來指明數(shù)據(jù)總線上，源數(shù)據(jù)或?的數(shù)據(jù)所在的主存單元的地址。單向：由CPU發(fā)出4）控制總線：?來發(fā)送各種控制信號。對于控制總線中的單根線，是單向的，即只能由?個部件發(fā)向另?個部件。??組控制總線中，有輸?也有輸出，因此，控制總線也可以看成是雙向的。3、什么是總線寬度、總線帶寬、總線復?、信號線數(shù)？1）總線寬度：數(shù)據(jù)總線的根數(shù)，?般是8的倍數(shù)。是衡量計算機系統(tǒng)性能的重要指標；2）總線帶寬：即總線數(shù)據(jù)傳輸速率，總線上每秒能夠傳輸?shù)淖?字節(jié)量。3）總線復?：?條信號線上分時傳送兩種信號。例如數(shù)據(jù)總線和地址總線的分時復?；4）信號線數(shù)：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線三種總線的線數(shù)之和。4、假設總線的?作頻率為33MHz，總線寬度為32位，則它最?的傳輸速率是多少？33*（32/8）=132MB/s5、簡要說明單總線結構的概念及缺點？（現(xiàn)代計算機為什么要采?多總線結構？）在單總線結構中，所有的部件（CPU、主存、I/O設備）都連接在?組總線上。但所有的信息傳送都要通過這組總線，同時只能有?個部件向總線上發(fā)送信息，導致總線成為系統(tǒng)的瓶頸。因此，發(fā)展出來了多總線結構，其基本思想均是將速度相近的設備掛接在同?組總線上，總線之間通過總線控制器相連。例如CPU和Cache之間、I/O設備之間等。6、集中式總線判優(yōu)控制有哪三種?式，哪種?式的優(yōu)先級不能改變？1）鏈式查詢、計數(shù)器定時查詢、以及獨?請求。2）鏈式查詢的優(yōu)先級不能改變，離控制器最近的優(yōu)先級最?。7、簡述鏈式查詢、計數(shù)器定時查詢以及獨?請求三種?式的?作原理。（略）8、什么是總線周期，分為哪?個階段？1）總線周期：總線上兩個部件完成?次完整且可靠的數(shù)據(jù)傳輸時間；2）分為四個階段：申請分配階段：申請總線尋址階段：發(fā)出地址及有關命令傳數(shù)階段：進?數(shù)據(jù)交換結束：從總線上撤除信號，讓出總線9、什么是總線通信控制，總線通信控制有哪?種？1）總線通信控制：解決通信雙?如何獲知傳輸開始和傳輸結束，以及如何協(xié)調(diào)配合；2）同步通信、異步通信、半同步通信、分離式通信10、什么是同步通信？其優(yōu)點和缺點？１）同步通信：總線上各個部件由統(tǒng)?的時鐘信號控制；在總線周期中，每個時鐘周期各個部件如何動作都有明確的規(guī)定。２）優(yōu)點：速度快，各個模塊間配合簡單３）缺點：以總線上最慢的部件來設計公共時鐘，影響總線效率。11、什么是異步通信？異步通信分為哪?種類型？1）異步通信：總線上各部件沒有統(tǒng)?的時鐘標準，采?應答式通信；（主模塊發(fā)出請求后，?直等到從模塊反饋回來應答信號之后才開始通信）2）不互鎖、半互鎖、全互鎖。（需要了解各種?式的含義）

12、什么是波特率？什么是?特率？（需要掌握如何計算波特率、?特率）波特率：單位時間內(nèi)傳送的?進制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位bps?特率：單位時間內(nèi)傳送的有效的?進制位數(shù)。13、異步通信時，常規(guī)需要設置的參數(shù)有哪些？波特率、停?位（1/2/1.5）、校驗位（奇校驗、偶校驗、?校驗）14、簡述半同步通信的基本原理。半同步通信結合同步通信和異步通信。同步通信：采?統(tǒng)?的時鐘，規(guī)定了在?定的時鐘周期?什么事情；異步通信：如果從模塊沒有準備好，增加?個“等待響應”信號。15、簡述分離式通信的基本原理。主模塊發(fā)出地址和命令之后，放棄總線，在從模塊準備數(shù)據(jù)期間，使得總線可以被其他設備所?。提?總線利?率。但是，這種?式控制?較復雜。16、奇偶校驗可以糾錯嗎？漢明碼可以糾錯碼？1）奇偶校驗只能檢錯，不能糾錯。2）漢明碼可以糾錯。第四章存儲器1、存儲器按存取?式，可以分成哪四類？哪些屬于隨機訪問存儲器，哪些屬于串?訪問存儲器？1）可以分為隨機存儲器、只讀存儲器、順序存儲器和直接存儲器；2）隨機存儲器和只讀存儲器屬于隨機存儲器，即存取時間與物理地址?關；3）順序存儲器（典型的如磁帶）和直接存儲器（典型的如磁盤）屬于串?存儲器，即存取時間與物理地址有關。2、衡量存儲器使?哪三個指標？寄存器、緩存、主存中，哪個速度最快？哪個最便宜？1）速度、容量、位價格。2）寄存器速度最快，主存最便宜。3、常見的存儲系統(tǒng)層次結構有哪兩種？透明性如何？各??來解決什么問題的？1）緩存-主存層次：?來緩解CPU和主存速度不匹配的問題，由硬件來完成，對所有的程序員完全透明。2）主存-輔存層次：?來解決主存容量不夠的問題，由操作系統(tǒng)和硬件共同完成，對應?程序設計者透明，對系統(tǒng)程序設計者不透明。（現(xiàn)在?般存儲器都即能按字訪問，也能按照字節(jié)訪問，因此，存儲器編址時，每個字節(jié)都有?個獨?的地址。）4、字在存儲單元中有兩種存儲?式，?端?式和?端?式。各是什么含義？x86采?的是哪種存儲?式？1）?端?式：字的低位存在內(nèi)存的?地址中，?字的?位存在內(nèi)存的低地址中；2）?端?式：字的低位存在內(nèi)存的低地址中，?字的?位存在內(nèi)存的?地址中。3）x86CPU采?的是?端?式。5、主存的三個主要技術指標存儲容量、存取速度和存儲帶寬6、什么是存取時間？什么是存取周期？哪個?？1）存取時間：啟動?次存儲器完成本次操作（讀或?qū)懀┧璧臅r間；2）存取周期：連續(xù)兩次啟動存儲器所需要的最?間隔時間；3）存取周期包含存取時間；7、什么是存儲器帶寬？（要了解如何計算存儲器帶寬）單位時間內(nèi)存儲器存取的信息量；8、半導體存儲芯?譯碼驅(qū)動包含哪兩種?式，請簡要說明。1）線選法：所有的地址芯?通過?個譯碼器譯碼，選擇?個存儲單元的各位，適合于存儲容量不?的芯?；2）重合法：將地址分為兩組，每組通過?個譯碼器譯碼，選擇?或列，?、列交叉處就是要訪問的存儲位。9、隨機存儲器包含哪兩?類？哪個需要刷新？請從速度、容量、價格等??進?簡要?較。1）靜態(tài)RAM：采?鎖存器原理實現(xiàn)；2）動態(tài)RAM：采?電容原理實現(xiàn)，需要刷新。3）相?于動態(tài)RAM，靜態(tài)RAM的速度快、容量?、價格?，?般?于緩存，?動態(tài)RAM?般?于內(nèi)存。10、只讀存儲器有哪?種？1）掩模ROM（MROM）：出?后內(nèi)容不能被更改。2）PROM：可編程只讀存儲器，可以進??次性編程；3）EPROM：可擦除只讀ROM，?紫外線照射；4）EEPROM：電可擦除只讀ROM。6）FLashMemory：采?EEPROM的?易失性存儲器。11、單?存儲器芯?的容量有限，很難滿?實際需要，因此必須將若?存儲芯?連接在?起才能組成?夠容量的存儲器。存儲器的擴展通常有位擴展和字擴展，什么是字擴展，什么是位擴展？請舉例簡要說明1）位擴展：增加存儲器的字長，例如兩個1K*4位的存儲芯?構成1個1K*8位的存儲器；2）字擴展：增加存儲器的字數(shù)，例如兩個1K*8位的存儲芯?構成1個2K*8位的存儲器；通常字擴展和位擴展兩種?式混合使?。12、熟慮掌握存儲器的擴展，包括地址空間分配、地址線的連接、數(shù)據(jù)線的連接、?選信號的產(chǎn)?及連接等；參看P94頁，例4.113、假設欲檢測的?進制代碼為n位，為了使其具有1位的糾錯能?，需添加K位檢測位，組成n+k位的代碼。問，應添加多少位檢測位？應添加的檢測位位數(shù)：2的k次??于等于n+k+1。因為要使其有1位的檢測能?，必須使?k位來說明n+k位到底哪?位出現(xiàn)了錯誤，k位能表達的數(shù)量為2的k次?，?n+k位到底哪?位出現(xiàn)了錯誤或者是全部正確，共有n+k+1種狀況，因此，k的取值需要滿?：2的k次??于等于n+k+114、對于漢明碼，應熟練掌握漢明碼的編碼?式（按照配偶或配奇的原則），以及給出漢明碼，得到要傳送的原始信息（包括糾錯過程）。15、提?訪存速度的三種?式。1）采??速元器件；2）采?存儲層次結構：cache-主存結構；3）調(diào)整主存結構：包括單體多字，多體并?兩種?式。16、簡述單體多字的存儲系統(tǒng)的?作原理，及其優(yōu)點。1）單體多字存儲系統(tǒng)?次訪存取出多個CPU字，即存儲字為CPU字的n倍（假設?次訪存取出n個cpu字）。2）優(yōu)點是：顯著提?了存儲器帶寬。17、多體并?系統(tǒng)有哪兩種編址?式？請簡要說明其編址?式及其優(yōu)點。1）?位交叉編址?式：存儲體的編址?式為順序存儲，即?個存儲體存滿后，再存?下?個；存儲單元地址的?位為存儲體的編號。?位交叉編址并不能提?單次訪存速度，但能使多應?并?訪存，提?系統(tǒng)的并發(fā)性。2）低位交叉編址?式：存儲體的編址?式為交叉存儲。即程序連續(xù)存放在相鄰的存儲體之中。存儲單元地址的低位為存儲體的編號。低位交叉編址能顯著提?單次訪存速度。19、在四位低位交叉編址中，假設存取周期為T，總線傳輸周期為τ，為了實現(xiàn)流?線?式存儲，應滿?什么條件？如果連續(xù)讀取四個字，所需要的時間是多少？1）T=4τ2）連續(xù)讀取四個字，所需要的時間為T+（4-1）τ注意：假設不是低位交叉編址，?是?位交叉編址，連續(xù)讀取四個字所需要的時間仍然為4T。20、需要?家掌握多體并?存儲器在?位交叉編址（順序存儲）和低位交叉編址（交叉存儲）的情況下，存儲器帶寬的計算?式。21、在CPU和內(nèi)存之間引?cache的原因。1）避免cpu空等I/O訪存；2）緩解CPU和主存速度不匹配的問題。22、什么是程序的局部性原理。CPU從主存取指令或數(shù)據(jù)，在?定時間內(nèi)，只是對主存局部地址區(qū)域訪問。

23、Cache命中率、平均訪問時間以及訪問效率的計算。24、Cache寫操作有哪兩種?式？1）寫直達法：寫操作既寫?Cache?寫?主存；2）寫回法：只把數(shù)據(jù)寫?Cache?不寫?主存，當Cache中數(shù)據(jù)被替換出去之后才寫?主存。25、將主存地址映射到Cache地址稱為地址映射，常見的Cache映射?式有哪?種？直接映射、全相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射。26、直接映射的優(yōu)缺點？優(yōu)點：地址變換速度快。缺點：cache利?率不?，塊沖突率?；27、全相聯(lián)映射的優(yōu)缺點？優(yōu)點：cache利?率?，塊沖突率低。缺點：地址變換復雜，需要較多的硬件。28、需要?家掌握各種映射?式之下，寫出主存地址格式、cache地址格式，以及主存地址向cache地址的轉換。29、Cache常?的替換算法有哪些？哪個命中率最?？1）先進先出、近期最少使?算法和隨機替換算法；2）命中率最?的是近期最少使?算法；30、磁盤的三地址結構包括哪些？柱?、磁頭號和扇區(qū)號第五章輸?輸出系統(tǒng)1、I/O系統(tǒng)的發(fā)展?致可以分為哪4個階段？1）早期（分散連接、串??作、程序查詢）2）接?模塊和DMA階段（總線連接、并??作、中斷及DMA）3）通道階段（通道是具有特殊功能的處理器）4）I/O處理機階段I/O系統(tǒng)的發(fā)展實際上是逐步將CPU從繁重的I/O?作中解放出來的過程；2、I/O設備編址有哪兩種?式？各有什么優(yōu)缺點？1）統(tǒng)?編址?式：和存儲器統(tǒng)?編址，I/O地址作為存儲器地址的?部分；?須?專?的I/O指令，但占?存儲器空間。2）獨?編址?式：和存儲地址分開編址，需?專?的I/O指令。3、I/O設備與主機的聯(lián)絡?式有哪?種？I/O設備與主機間交互信息時必須了解彼此的狀態(tài)。根據(jù)I/O設備?作速度的不同，可以分為3類：1）?即響應：不管其狀態(tài)（認為其時刻準備好），適?于慢速設備。2）應答信號：通過應答信號來進?交互；3）同步時標：采?統(tǒng)?的時鐘信號。4、I/O總線包括哪四類？數(shù)據(jù)線、設備選擇線、狀態(tài)線、命令線5、I/O設備通常使?D觸發(fā)器（完成觸發(fā)器）和B觸發(fā)器（?作觸發(fā)器）來標識設備所處的狀態(tài)。D=0，B=0：暫停狀態(tài)；D=0，B=1：準備狀態(tài)D=1，B=0：就緒狀態(tài)6、程序查詢的基本?作原理。cpu不斷去查詢I/O設備狀態(tài)，導致CPU和I/O設備串??作。7、什么是中斷？計算機在執(zhí)?程序過程中，當出現(xiàn)異常清空或特殊請求時，計算機停?現(xiàn)?程序的運?，轉去處理這些異常清空或特殊請求，處理結束后，再返回現(xiàn)?程序的間斷處，繼續(xù)執(zhí)?原程序，即為中斷。8、中斷服務程序的基本流程包括哪四部分？1）保護現(xiàn)場2）中斷服務3）恢復現(xiàn)場4）中斷返回9、什么是單重中斷和多重中斷？1）單重中斷：不允許中斷現(xiàn)?的中斷服務程序；2）多重中斷：允許級別更?的中斷源中斷現(xiàn)?的中斷服務程序，也稱為中斷嵌套；10、CPU響應中斷的時機？當前指令執(zhí)?完畢后，cpu發(fā)出中斷查詢信號，也就是說，中斷響應?定是在每條指令執(zhí)?結束之后進?的，不可能在指令執(zhí)?過程中響應中斷。11、什么是DMA？DMA：直接內(nèi)存訪問。在主存和I/O設備之間建?獨?的總線連接。12、在DMA?式中，由于DMA接?與CPU共享主存，可能會出現(xiàn)兩者爭?主存的沖突，為解決沖突，DMA和主存交換數(shù)據(jù)時，通常采?哪三種?作?式？1）?CPU訪問主存：DMA訪存優(yōu)先級?；2）周期挪?（竊取）：DMA挪?存儲或竊取總線使?權?個或?個主存存取周期；3）DMA和CPU交替訪問：將CPU?作周期分成兩部分，?部分供DMA訪存，?部分供CPU訪存。13、DMA?作過程包括哪三部分？1）預處理2）數(shù)據(jù)傳輸2）后處理第六章計算機的運算?法1、掌握有符號數(shù)的原碼計算?法，以及通過原碼求真值；2、掌握補碼計算的?法，以及通過補碼求原碼，然后求真值的?法。1）通過原碼求補碼：符號位不變，各位取反，末位加1；2）通過補碼求原碼：符號位不變，各位取反，末位加1；3、原碼中0有2種表??法（正零和負零），補碼中0只有?種表??法（正零和負零的表??法?致）4、假設有符號數(shù)的位數(shù)為8（包括符號位），補碼能表?的真值的范圍？補碼能表?的真值范圍為-128~+127（參見補碼定義）5、掌握求反碼以及移碼的?法。6、什么是定點表?？什么是浮點表?？１）定點表?：?數(shù)點固定在某?位置的數(shù)為定點數(shù)；２）浮點表?：?數(shù)點位置可以浮動的數(shù)。7、浮點數(shù)在機器中的表?形式，由哪?部分組成？由尾數(shù)、數(shù)符、階碼、階符四部分組成。8、掌握規(guī)格化浮點數(shù)的表?范圍（最?正數(shù)、最?正數(shù)、最?負數(shù)、最?負數(shù)）的計算?法。9、IEEE754標準規(guī)定的浮點數(shù)由哪?部分組成？由數(shù)符、階碼（含階符）以及尾數(shù)組成。10、IEEE754標準規(guī)定的浮點數(shù)中，階碼和尾數(shù)?什么形式表?？階碼?移碼表?，其偏移量是2^(n-1)，尾數(shù)?原碼表?。11、float占多少位？double占多少位？float為短實數(shù)，占32位，其中階碼8位，尾數(shù)23位。double為長實數(shù)，占64位，其中階碼占11位，尾數(shù)為52位。12、對正數(shù)進?算術移位，當正數(shù)采?源碼、補碼、反碼時，左移或右移時，低位或?位添補什么代碼？對于正數(shù)，其源碼、補碼、反碼均等于真值，左移時，低位添補0，右移時，?位添補0。13、對負數(shù)進?算術移位，當負數(shù)采?源碼、補碼、反碼時，左移或右移時，低位或?位添補什么代碼？對于源碼，左移或右移時，低位或?位均添補0；對于補碼：左移時，低位添補0，右移時?位添補1對于反碼：左移或右移時，低位或?位均添補1；14、什么是邏輯移位？邏輯移位是對?符號數(shù)的移位，由于?符號數(shù)不存在符號位，左移時，?位移丟，低位補零。右移時，低位移丟，?位補零。15、加法和減法時，什么情況下可能發(fā)?溢出？如何簡單判斷發(fā)?溢出？1）正數(shù)加正數(shù)，正數(shù)減負數(shù)，負數(shù)加負數(shù)，負數(shù)減正數(shù)時，可能會發(fā)?溢出。2）如果參加操作的兩個數(shù)符號相同（轉換成補碼的加法），