计算机组成原理考点整理

计算机组成原理考点整理
个⼈整理，仅供参考
题型单项选择题每题1分共10分
填空题每空1分共15分
名词解释题每题1分共5分
简答题每题5分共25分
判断改错题每题2分共10分
计算和设计题共35分
第⼀章
冯诺依曼型计算机的⼯作原理【填空题】
冯诺依曼型计算机的⼯作原理是存储程序并按地址顺序执⾏。

第⼆章
IEEE 754 浮点数格式标准【填空题】
考查点：ieee754 标准浮点数由哪⼏个部分组成，将⼀个⼗进制数写成ieee754 标准浮点数的形式
按IEEE754标准，⼀个浮点数由尾数的符号s，阶码E ，尾数m 三部分组成.
当S、E、M全为0时，表⽰0；全为1时，表⽰⽆穷⼤；
例题：⼗进制（20.375）转换为754标准32位浮点数的⼆进制存储格式。

20.375→10100.011→1.0100011*2^4 → e=4;
S=0; E=e+127=131=10000011; M=0100011;
→S+E+M=0 10000011 0100011 0000 0000 0000 0000（补全位）=⼗六进制(41A30000)
原码补码反码移码的定义和互换【填空题或选择题】
考点：已知⼀个数的原码，求其补码；已知⼀个数的补码，求其负数的补码。

从y(补)求-y(补)的法则：对y(补)包括符号位“求反且最末位加1”，即可得到-y(补)。

例题：x=+122 , y=-122
x(原)=01111010 ，x(反)=01111010 ，x(补)=01111010；
y(原)=11111010 ，y(反)=10000101 ，y(补)=10000110，-y(补)=01111001+1=01111010
补码的加减法【计算题】
考点：变形补码做加减法的计算，并说明计算结果是否出现溢出，如果有溢出，是上溢还是下溢（p29 例17 例18）
为了判断‘溢出’是否发⽣，常采⽤双符号位法，即正数符号位‘00’，负数符号位‘11’。

例17、x=+01100 ，y=+01000 ，求x+y。

x(补)=001100 ，y(补)=001000 ，x(补)+y(补)=010100 ；符号位出现‘01’，正溢出。

例18、x=-1100 ，y=-1000 ，求x+y。

x(补)=110100 ，y(补)=111000 ，x(补)+y(补)=101100 ；符号位出现‘10’，负溢出。

不恢复余数法做除法【计算题】
考点：⽤不恢复余数法做除法，写出计算过程（p43 例23）
例23、x=0.101001 ，y=0.111 ，求x/y。

x(补)=0.101001；y(补)=0.111；-y(补)=1.001；
多功能算术/逻辑运算单元【填空题判断题】
考点：74181ALU 和74121ALU 的原理和⼆级，三级先⾏进位的实现（p50 图2.13）
4⽚74181的P、G输出端送⼊74182先⾏进位部件（CLA），可实现16bit⼆级的先⾏进位。

16⽚74181和5⽚74182可以构成64bit具有三级先⾏进位。

浮点加减法运算【计算题】
考点：
浮点加减法计算（p55 例28）
浮点运算流⽔线加速⽐的计算（p60 例32）
例28、设x=（2^010）*0.11011011 ，y=（2^100）*（-0.10101100），求x+y。

例32、假设有⼀个4级流⽔浮点加法器每个过程段所需的时间为：0操作数检查t1=70ns，对阶t2=60ns，相加t3=90ns，规格化t4=80ns，缓冲寄存器L的延时为tl=10ns，求：（1）4级流⽔线加法的加速⽐为多少？（2）如果每个过程段的时间都相同，即都为75ns（包括缓冲寄存器）时，加速⽐为多少？
解：（1）加法器的流⽔线时钟周期⾄少为t=90ns + 10ns = 100ns
如果采⽤同样的逻辑电路，但不是流⽔线⽅式，则浮点加法所需的时间为t1+t2+t3+t4=300ns 因此，4级流⽔线加法器的加速⽐为Ck=300/100 = 3
（2）当每个过程段的时间都是75ns时，加速⽐为Ck=300/75 = 4
第三章
存储器的分级【简答题】
考点：存储器分为哪三级，为什么分三级，每级的作⽤
对存储器的要求是容量⼤、速度快、成本低，但是在⼀个存储器中要求同时兼顾这三⽅⾯是困难的，为了解决这⼀⽭盾，计算机通常采⽤多级存储器体系结构：
1.⾼速缓冲寄存器，计算机利⽤cache来⾼速存取指令和数据。

2.主存储器，⽤来存放计算机运⾏期间的⼤量程序和数据。

3.外存储器，通常⽤来存放系统程序和⼤型数据⽂件及数据库。

主存储器的性能指标【名词解释】
考点：存取时间，存储周期
存取时间：⼜称存储器的访问时间，是指⼀次读操作命令发出到该操作完成，将数据读出到数据总线上所经历的时间。

存储周期：指连续启动两次读操作所需时间间隔的最⼩时间，通常略⼤于存取时间。

存储器的扩充【计算题】
考点：p101 习题2 ，3 (3.1考)
这个⾃⼰看吧，例题太复杂了，就不整理了~~~
多模块交叉存储器【计算题】
考点：交叉⽅式的⽚选⽅法，交叉⽅式的地址分配，交叉存取度的概念，交叉存储器的带宽的计算p91 例5
多模块交叉存储器采⽤低位地址做偏选。

模块存取⼀个字的存储周期为T ，总线传送时间为t ，存储器的交叉模块数为m，
称m=T / t为交叉存取度。

例5、存储器容量32字，字长64位，模块数m=4，存储周期T=200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期t=50ns，若连续读出4个字，顺序和交叉的带宽各为多少？
信息总量q=64b*4=256b
所需时间：交叉t1=T +（m-1）*t =350ns ；顺序t2=m*T=800ns；
带宽：交叉W1=q / t1 =730Mb / s ；顺序W2=q / t2 =320Mb / s.
Cache存储器【计算题填空题】
考点：命中率平均存取时间效率的计算；p94 例6
CPU与cache之间的数据交换是以字为单位，⽽cache与主存之间的数据交换是以块为单位。

在⼀个程序执⾏期间，设Nc表⽰cache完成存取的总次数，Nm表⽰主存完成存取的总次数，h定义为命中率，则有
h=Nc/（Nc+Nm）。

若tc表⽰命中时的cache访问时间，tm表⽰未命中时的主存访问时间，1-h表⽰未命中率，则cache/主存系统的平均访问时间ta为
ta=h*tc+（1-h）*tm。

设r=tm/tc，表⽰主存慢于cache的倍率，e表⽰访问效率，则有
e=tc/ta = tc / (h*tc + (1-h)*tm)=1 / (r+(1-r)*h)。

命中率越接近1越好，r值以5-10为宜。

主存和cache的地址映射【简答题】
考点：三种映射⽅式的⼯作原理和特点
1.全相联映射⽅式，将主存中⼀个块的地址（块号）与块的内容（字）⼀起存于cache的⾏中，其中块地址存于cache⾏的标记部分中。

优点：可使主存的⼀个块直接拷贝到cache中的任意⼀⾏上，⾮常灵活。

缺点：⽐较器电路难于设计和实现，因此只适合于⼩容量cache 采⽤。

2.直接映射⽅式，cache将s位的块地址分为两部分：r位作为cache的⾏地址，s-r位作为标记与块数据⼀起保存在该⾏。

优点：硬件简单，成本低。

缺点：每个主存块只有⼀个固定的⾏位置可存放。

3.组相联映射⽅式，将cache分成u组，每组v⾏，主存块存放到那个组是固定的，⾄于存到该组的哪⼀⾏是灵活的。

特点：适度地兼顾了前两种⽅式的优点⼜尽量避免⼆者的缺点。

第四章
数据的寻址⽅式【填空题名词解释】
考点：掌握⼏种数据寻址⽅式的⼯作原理
1.隐含寻址
2.⽴即寻址
3.直接寻址
4.间接寻址
5.寄存器寻址
6.寄存器间接寻址
7.偏移寻址（相对寻址、基址寻址、变址寻址）
8.段寻址⽅式
9.堆栈寻址
⼯作原理的话，还是⾃⼰仔细看喽~~~
第五章
CPU中主要寄存器【填空题名词解释】
考点：⼏个主要寄存器的作⽤和相互之间的关系
1.指令寄存器（IR）保存当前正在执⾏的⼀条指令。

2.程序计数器（PC）确定下⼀条指令的地址。

3.数据地址寄存器（AR）保存当前CPU所访问的数据cache存储器中单元的地址。

4.缓冲寄存器（DR）A作为ALU运算结果和通⽤寄存器之间信息传送中时间上的缓冲；
B补偿CPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别。

5.通⽤寄存器（R0~R3）当ALU执⾏算数或逻辑运算时，为ALU提供⼀个⼯作区。

6.状态寄存器（PSW）保存算术指令和逻辑指令运算或测试结果建⽴的各种条件代码。

指令的执⾏过程【计算题】
考点：给出⼀个数据通路图，写出给定指令的执⾏过程和需要的微操作控制信号，以及在什么时间内信号有效。

(p140 例1）考
这个不怎么好整理，就不整理了~~~~
考点：微指令格式的设计（p182 习题11）
这个也是~~~~
流⽔CPU 【填空题，简答题】
考点：流⽔中三种相关的概念；写后读相关，读后写相关，写后写相关的判断
1.资源相关，多条指令进⼊流⽔线后在同⼀机器时钟周期内争⽤同⼀个功能部件所发⽣的冲突。

2.数据相关，必须等待前⼀条指令执⾏完毕后，才能执⾏下⼀条指令，这两条指令数据相关。

3.控制相关，控制相关冲突是由转移指令引起的。

处理⽅法：延迟转移法、转移预测法。

第六章
集中式总线仲裁【简答题】
考点：集中式总裁的三种⽅式的⼯作原理和格式的优缺点。

1.链式查询⽅式
⼯作原理：总线授权信号BG串⾏地从⼀个I/O接⼝传到下⼀个I/O接⼝，假如BG到达的接⼝⽆总线请求，则继续往下查询，否则便不再往下查询。

优点：只⽤很少⼏根线就能按⼀定优先次序实现总线仲裁，并且这种链式结构很容易扩充设备。

缺点：对询问链的电路故障很敏感；优先级是固定的，优先级低的设备可能长期不能使⽤总线，不可通过可编程改变优先级。

2.计数器定时查询⽅式
⼯作原理：每个设备接⼝都有⼀个设备地址判别电路，当地址线上的计数值与请求总线的设备地址相⼀致时，该设备置‘1’BS线，获得总线使⽤权，并中⽌计数查询。

优点：能通过可编程改变优先级。

缺点：改变优先级的代价是增加线数。

3.独⽴请求⽅式（效率最⾼）
⼯作原理：总线仲裁器中有⼀个排队电路，它根据⼀定的优先次序决定⾸先响应那个设备的请求，给设备以授权信号BG。

优点：响应时间快，对优先级的控制相当灵活。

缺点：~~~~
第七章
磁盘存储器【填空题】
考点：道密度位密度⾯密度平均存取时间
道密度：是沿磁盘半径⽅向单位长度上的磁道数。

位密度：是磁道单位长度上能记录的⼆进制代码位数。

⾯密度：是位密度和道密度的乘积。

平均存取时间：存取时间是指指令发出读写命令后，磁头从某⼀起始位置移动⾄新的记录位置，到开始从盘⽚表⾯读出或写⼊信息加上传送数据所需要的时间。

由三个因素决定：找道时间、等待时间、数据传送时间。

考点：刷新存储器容量和带宽的计算p230 例4
点阵1024*768 ，颜⾊深度3B（24位），帧率72Hz，
刷新存储器容量1024*768*3=2034KB
刷新带宽1024*768*3*72=162MB/s
第⼋章
信息交换⽅式【填空题】
考点：程序查询⽅式中断⽅式DMA⽅式通道⽅式
这个⾃⼰看看，要记也不多，理解就好了~~~~
DMA⽅式【填空题】
考点：DMA⽅式的⼯作流程；选择型DMA和多路型DMA的区别
DMA控制器与CPU分时使⽤内存⽅式：1停⽌CPU访问内存；2周期挪⽤；3 DMA与CPU 交替访问。

选择型DMA：物理上可以连接多个设备，逻辑上只允许连接⼀个设备，在某段时间内只能为⼀个设备服务。

适合数据传输率很⾼以⾄接近内存存取速度的设备。

多路型DMA：物理和逻辑上都允许连接多个设备，允许多个设备同时⼯作，适合于同时为多个慢速外围设备服务。