計(jì)算機(jī)組成原理基本概念

基本概念1.設(shè)計(jì)一個(gè)指令集主要包含哪些內(nèi)容？2.指令集結(jié)構(gòu)主要包括什么內(nèi)容？3.計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)是什么？它主要與哪些硬件部件相關(guān)？它與指令集類型及尋址方式有何關(guān)系？4.處理器(CPU)如何確定指令與操作數(shù)的存放位置？5.在處理器(CPU)的數(shù)據(jù)路徑上流動(dòng)什么信息？它們的流動(dòng)受什么控制？6.計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)表示的范圍受什么限制？7.主存的主要性能指標(biāo)是什么？CACHE的主要性能指標(biāo)是什么？虛擬存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)是什么？8.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器SRAM與DRAM在位單元組成與性能上主要有哪些不同？9.主存由哪兩種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器組成，它們分別用于存放什么內(nèi)容？10.設(shè)計(jì)三級(jí)存儲(chǔ)器系統(tǒng)主要為了解決什么問(wèn)題？各級(jí)存儲(chǔ)器都由那些物理存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)？11.IEEE754單精度浮點(diǎn)數(shù)表示由幾部分組成？它所能表示的的真值范圍是多少？12.CPU可以直接訪問(wèn)其中的哪級(jí)存儲(chǔ)器？13.虛擬存儲(chǔ)器的分頁(yè)與分段管理方式中，各自如何實(shí)現(xiàn)由虛地址至實(shí)地址的變換？14.Cache有幾種映像方法？哪種映像方法哪種映像方法性能最高？為什么？15.虛擬存儲(chǔ)器管理由誰(shuí)共同承擔(dān)？它們分別實(shí)現(xiàn)什么功能？16.計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備分為哪兩類？它們的作用分別是什么？17.何謂數(shù)據(jù)相關(guān)與轉(zhuǎn)移相關(guān)問(wèn)題？它們對(duì)流水線處理器有什么影響？18.RISC與CISC指令集的四點(diǎn)主要特征各是什么？19.在存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制編碼形式存儲(chǔ)，CPU讀取時(shí)如何區(qū)分它們？20.Cache三種映像方法各自如何實(shí)現(xiàn)？一、問(wèn)答題1.設(shè)計(jì)一個(gè)指令集主要包含哪些內(nèi)容？答：指令集類型、指令格式、尋址方式、指令類型。2.指令集結(jié)構(gòu)主要包括什么內(nèi)容？答：主要包括：指令集(指令格式、類型、尋址方式等)、處理器內(nèi)部可供程序員編程使用的寄存器及與存儲(chǔ)器交互的接口信息(地址與數(shù)據(jù)位數(shù))。3.計(jì)算機(jī)的主要性能指標(biāo)什么？它主要與哪些硬件部件相關(guān)？它與指令集類型及尋址方式有何關(guān)系？（CPU的主要性能指標(biāo)是主頻和字長(zhǎng)。）答：計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)是執(zhí)行速度。主要與CPU、存儲(chǔ)器和系統(tǒng)總線相關(guān)；RISC指令集有利于提高計(jì)算機(jī)性能；采用寄存器尋址方式最有利于該指標(biāo)；采用直接或間接尋址方式最不利于該指標(biāo)。4.處理器(CPU)如何確定指令與操作數(shù)的存放位置？答：PC指向指令的存放位置；指令的尋址方式確定其操作數(shù)的存放位置。5.在處理器(CPU)的數(shù)據(jù)路徑上流動(dòng)什么信息？它們的流動(dòng)受什么控制？答：在處理器(CPU)的數(shù)據(jù)路徑上流動(dòng)的信息分別是指令、操作數(shù)和地址，它們并不是同時(shí)在數(shù)據(jù)路徑上流動(dòng)，而是分時(shí)流動(dòng)的；它們的流動(dòng)受控制信號(hào)控制。6.計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)表示的范圍受什么限制？答：受數(shù)據(jù)類型、表示數(shù)據(jù)的單元長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)編碼限制。7.主存的主要性能指標(biāo)是什么？CACHE的主要性能指標(biāo)是什么？虛擬存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)是什么？答：主存的性能指標(biāo)是其存儲(chǔ)容量、存取時(shí)間、存儲(chǔ)周期和存儲(chǔ)器帶寬。CACHE的主要性能指標(biāo)是命中率和平均訪問(wèn)時(shí)間。虛擬存儲(chǔ)器的主要性能指標(biāo)是8.半導(dǎo)體存儲(chǔ)器SRAM與DRAM在位單元組成與性能上主要有哪些不同？答：SRAM位單元由六管構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成；DRAM位單元由單管電容電路組成。前者較后者具有相對(duì)的穩(wěn)定性和高速度；后者較前者具有較高的集成度。9.主存由哪兩種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器組成，它們分別用于存放什么內(nèi)容？答：主存是由DRAM和ROM兩種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器組成。DRAM是易失性存儲(chǔ)器，僅用于存儲(chǔ)執(zhí)行或待執(zhí)行的程序和數(shù)據(jù)；ROM是非易失性存儲(chǔ)器，用來(lái)存放軟硬系統(tǒng)之間的映像程序，包括系統(tǒng)自檢與啟動(dòng)引導(dǎo)等。10.設(shè)計(jì)三級(jí)存儲(chǔ)器系統(tǒng)主要為了解決什么問(wèn)題？各級(jí)存儲(chǔ)器都由那些物理存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)？答：主要為了解決提高存儲(chǔ)器速度，以匹配處理器，擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量，以滿足用戶編程空間大的需求。CACHE由相聯(lián)存儲(chǔ)器或SRAM存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)；主存由半導(dǎo)體ROM和DRAM存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)；虛擬存儲(chǔ)器由硬盤實(shí)現(xiàn)。11.IEEE754單精度浮點(diǎn)數(shù)表示由幾部分組成？它所能表示的的真值范圍是多少？答：三部分組成:1位符號(hào)位s，8位階碼e和23位尾數(shù)f。它所能表示的的真值范圍是：-(2-2-23)2+127~-2-126及+2-126~+(2-2-23)□2+12712.CPU可以直接訪問(wèn)其中的哪級(jí)存儲(chǔ)器？答：可直接訪問(wèn)主存,cache13.虛擬存儲(chǔ)器的分頁(yè)與分段管理方式中，各自如何實(shí)現(xiàn)由虛地址至實(shí)地址的變換？答：分頁(yè)管理方式下，MMU根據(jù)虛地址中的頁(yè)號(hào)查頁(yè)表，找到相應(yīng)的幀號(hào)將其與虛地址中的偏移量相拼即得到實(shí)地址；分段管理下，MMU根據(jù)虛地址中的段號(hào)查段表，得到段表中的基地址，將其與虛地址中的偏移地址相加得到實(shí)地址。14.Cache有幾種映像方法？哪種映像方法哪種映像方法性能最高？為什么？答：有三種映像方法：全相聯(lián)映像、直接映像、多路組相聯(lián)映像；其中全相聯(lián)映像法性能最高，因?yàn)榇朔沙浞掷肅ache空間，減少替換。15.虛擬存儲(chǔ)器管理由誰(shuí)共同承擔(dān)？它們分別實(shí)現(xiàn)什么功能？答：由操作系統(tǒng)和MMU共同管理；操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在內(nèi)存與外存之間的交換，MMU實(shí)現(xiàn)將處理器發(fā)出的虛擬地址轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的實(shí)地址。16.計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備分為哪兩類？它們的作用分別是什么？答：分為輸入輸出設(shè)備和外部存儲(chǔ)器設(shè)備；其中輸入輸出設(shè)備用作實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外部世界交互；而外部存儲(chǔ)器設(shè)備用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的輔助存儲(chǔ)功能。17.何謂數(shù)據(jù)相關(guān)與轉(zhuǎn)移相關(guān)問(wèn)題？它們對(duì)流水線處理器有什么影響？答：數(shù)據(jù)相關(guān)問(wèn)題指后續(xù)指令用到前面指令的執(zhí)行結(jié)果，該問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致流水線使用不正確的數(shù)據(jù)值；轉(zhuǎn)移相關(guān)問(wèn)題指由于分支指令導(dǎo)致一個(gè)不正確的指令執(zhí)行，從而破壞指令序列的正確執(zhí)行。18.RISC與CISC指令集的四點(diǎn)主要特征各是什么？答：（1）RISC指令集相對(duì)簡(jiǎn)單、較小，CISC指令集則龐大、復(fù)雜；（2）RISC中每條指令的位數(shù)相同，CISC中有多種位數(shù)不同的指令；（3）RISC中只有LOAD和STORE類指令訪問(wèn)存儲(chǔ)器，CISC中有多類指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器；（4）RISC中僅包含可以快速處理的尋址方式，CISC中尋址方式復(fù)雜，多樣；19.在存儲(chǔ)器中，指令和數(shù)據(jù)都以二進(jìn)制編碼形式存儲(chǔ)，CPU讀取時(shí)如何區(qū)分它們？答：CPU在指令執(zhí)行的取指階段從存儲(chǔ)器中讀取的是指令，此時(shí)以PC為地址，讀取的指令存入指令寄存器IR；CPU在指令執(zhí)行的執(zhí)行階段從存儲(chǔ)器中讀取的是數(shù)據(jù)，此時(shí)由尋址方式確定數(shù)據(jù)地址，讀取的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)寄存器。20.Cache三種映像方法各自如何實(shí)現(xiàn)？答：全相聯(lián)映像：主存被映像單位(字節(jié)、塊/行)對(duì)應(yīng)Cache的任意映像單位。單位地址作為標(biāo)記，內(nèi)容作為數(shù)據(jù)一起影響到Cache