计算机组成原理

第一章1.说明计算机系统的层次结构。

第一级是微程序级，第二级是传统机器级，第三级是操作系统级，第四级是汇编语言级，第五级是高级语言级，第六级是应用语言级2.冯诺依曼计算机的特点计算机由运算器、存储器、控制器、输入输出设备五大部分组成指令和数据以同等地位存放在存储器，并可按地址寻访指令和数据均用二进制数表示指令由操作码和地址码组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示操作数在存储器中的位置指令在存储器内按顺序存放，通常指令是顺序执行的，在特定条件下，可根据运算结果或根据设定条件改变执行顺序机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。

3.计算机的工作步骤（1）上机前的准备：建立数学模型、确定计算方法、编制解题程序（2）上机运行4.指令和数据都存储于存储器中，计算机如何区分他们？计算机区分指令和数据有以下2种方法：通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。

通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址取出的是操作数。

第三章1、什么是总线，特点，为了减轻总线的负载，总线上的部件都应具备什么特点总线是链接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质特点：某一时刻只能有一路信息在总线上传输总线上的部件应通过三态驱动缓冲电路与总线连通2、总线的分类：片内总线；系统总线（数据总线，地址总线）；控制总线；通信总线3、总线的特性：机械特性，电气特性，功能特性，时间特性4、总线的性能指标：总线宽度，总线带宽，时钟同步/异步，总线复用，信号线数，总线控制方式，其他指标5、为什么要设置总线判优控制；常见的集中式总线控制有几种，特点，哪种方式响应最快，哪种方式对电路故障最敏感总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题，集中式总线控制有三种：链式查询，计数器定时查询，独立请求方式特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；计数器定时查询方式优先级设置较灵活，对故障不敏感，连线及控制过程较复杂；独立请求方式速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

独立请求方式响应最快链式查询最敏感6、总线周期：申请分配阶段，寻址阶段，传数阶段，结束阶段6、试比较同步通信和异步通信解：同步通信：指通信双方由统一时钟控制的通信，控制方式简单，灵活性差，当系统中各部件工作速度差异较大时，总线工作效率明显下降。

适合于总线长度较短、各部件存取时间比较一致的场合。

异步通信：指没有统一时钟控制的通信，部件间采用应答方式进行联系，控制方式较同步复杂，灵活性高，当系统中各部件工作速度差异较大时，有利于提高总线工作效率。

7、为什么半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输时间不一致，因此工作效率介于两者之间。

8、什么是总线标准，为什么设置总线标准，目前流行的总线标准有哪些，什么是即插即用，哪些总线有这一特点：所谓总线标准，可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。

总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题；ISA总线，EISA总线，VESI总线，PCI总线，AGP总线，RS-232c总线，USB总线即插即用：任何扩展卡只要插入系统便可工作USB总线9、什么是总线的数据传输速率，他与哪些因素有关第四章1、存储器的存储结构主要体现在什么地方，为什么要分这些层次，计算机如何管理这些层次主要体现在缓存-主存和主存-辅存这两个层次缓存-主存主要处理cpu和主存速度不匹配的问题主存-辅存解决存储系统的容量问题2、存取周期和存取时间的区别存取时间有称为存储器的访问时间，是指启动一次存储器操作到完成该操作所用的时间存取周期是指存储器进行连续两次独立的存储器操作所需的最小间隔时间，通常存取周期大于存取时间3、存储器的分类（1）按介质分类：半导体存储器，磁表面存储器，磁芯存储器，光盘存储器（2）按存储方式分类：随机存储器，只读存储器，串行访问存储器（3）按在计算机中的作用分类：主存。

，辅存。

，缓冲。

4、主存的技术指标：存储容量和存储速度（主要技术指标）存储器带宽5、提高存储器的带宽：缩短存取周期，增加存储字长，增加存储体6、什么叫刷新，为什么刷新，有几种方法对DRAM定期进行的全部重写过程由于存储单元被访问时随机的，有可能某些存储单元长期得不到访问，不进行存储器的读写操作，存储单元内的原信息会慢慢消失，所以必须采用刷新的方法。

三种方法：集中刷新，分散刷新，异步刷新7、什么是程序访问的局部性，存储系统中哪一级采用了程序访问的局部性原理所谓程序访问的局部性即在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大(大约5:1 )。

存储系统的Cache—主存级和主存—辅存级都用到程序访问的局部性原理。

对Cache —主存级而言，把CPU最近期执行的程序放在容量较小速度较高的Cache中。

对主存—辅存级而言，把程序中访问频度高、比较活跃的部分放在主存中，这样既提高了访存速度又扩大了存储器容量。

8、提高访存速度可采取的措施解：提高访存速度可采取的措施：(1)采用高速器件，选取存取周期短的芯片，可提高存储器的速度；(2)采用Cache，CPU将最近期要用的信息先调入Cache，而Cache的速度比主存快得多，这样CPU每次只需从Cache中取出或存入信息，从而缩短了访存时间，提高了访存速度。

(3)调整主存结构，如采用单体多字结构（在一个存取周期内读出多个存储字，可增加存储器的带宽），或采用多体结构存储器。

9、主存地址映射方式：直接映射，全相连映射，组相连映射10、简要说明提高访存速度可采取的措施单体多字系统，多体并行系统，高性能存储芯片第五章1、IO设备有哪些编址方式，各有何特点统一编址或不统一编址统一编址就是将IO地址看做存储器地址的一部分。

不统一编址就是指IO地址和存储器地址是分开的，所以对IO设备的访问必须有专用的IO 指令2、什么是IO接口，它与端口有何区别，为什么设置IO接口，如何分类是指主机与IO设备之间设置的一个硬件电路及其相应的软件控制端口是指接口电路中的一些寄存器，这些寄存器分别用来存放数据信息、控制信息和状态信息，相应的端口分别称为数据端口、控制端口和状态端口。

若干个端口加上相应的控制逻辑才能组成接口。

CPU通过输入指令，从端口读入信息，通过输出指令，可将信息写入到端口中。

理由：通过接口可实现IO设备的选择；达到速度匹配；可实现数据串并转换；实现电平转换；通过接口可传送控制命令；IO设备需将其工作状态及时向CPU报告，通过接口可监视设备的工作状态，并可保存状态信息，供CPU查询。

分类：按数据的传送方式分类分为并行接口和串行接口按功能选择的灵活性分类分为可编程接口和不可编程接口按通用性分为通用接口和专用接口按数据传送的控制方式分类分为程序型接口和DMA型接口3、简述IO接口的功能和基本组成功能：选址功能，传送命令，传送数据，反应IO设备工作状态基本组成：数据缓冲寄存器DBR、设备状态标记、控制逻辑电路、设备选择电路、命令寄存器和命令译码器。

每台外设都必须配置一个中断请求触发器INTR，当其为1时……4、在什么条件和什么时间，CPU可响应IO的中断请求5、试从五个方面比较程序中断方式和DMA方式的区别从数据传送看，程序中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送从cpu 响应时间看，程序中断方式是在一条指令执行结束时响应，而DMA在指令周期内的任一存取周期结束时响应程序中断方式有处理异常事件的能力，DMA没有程序中断方式需要中断现行程序，需要保护现场；DMA不需要。

不需要。

DMA优先级比程序中断的高第六章1、什么是机器零，若要求全零表示机器零，浮点数的阶码和尾数应采用什么机器数形式第七章1、比较RISC和CISC答：RISC相对于CISC的优点：（1）充分利用VLSI芯片的面积；（2）提高计算机的速度；（3）便于设计，可降低成本，提高可靠性；（4）有效支持高级语言程序。

RISC缺点：CISC大多能实现软件兼容。

但RISC机简化了指令系统，指令数量少，格式也不同于老机器，因此大多数RISC机不能与老机器兼容。

第八章1、当遇到什么情况时流水线将受阻？举例说明P349解：流水线受阻一般有三种情况：（1）在指令重叠执行过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行要求，发生资源冲突。

如在同一时间，几条重叠执行的指令分别要取指令、取操作和存结果，都需要访存，就会发生访存冲突。

（2）在程序的相邻指令之间出现了某种关联，如当一条指令需要用到当前指令的执行结果，而这些指令均在流水线中重叠执行，就可能引起数据相关。

（3）当流水线遇到分支指令时，如一条指令要等前一条指令作出转移方向的决定后，才能进入流水线时，便发生控制相关。

第九章1、什么是指令周期，机器周期和时钟周期？三者有何关系解：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期；机器周期是在同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需时间，通常安排机器周期长度=主存周期；时钟周期是指计算机主时钟的周期时间，它是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个微操作所需时间，通常时钟周期=计算机主频的倒数=节拍电平有效时间。

2、试比较同步控制、异步控制和联合控制的区别同步控制是指任何一条指令或指令中任何一个微操作的执行都是事先确定的，并且都受统一基准时标信号控制。

异步控制无基准时标信号，微操作的时序是由专门的应答线路控制，即控制单元发出执行某一微操作的控制信号后，等待执行部件完成了该操作后发回“回答”或“结束”信号，再开始新的微操作。

联合控制是同步控制和异步控制相结合的方式，即大多数操作（如CPU内部各操作）在同步时序信号的控制下进行，少数时间难以确定的微操作（如涉及I/O操作）采用异步控制。

第十章1、微指令的操作控制有几种编码方式，各有何特点，哪一种控制速度最快解：（1）直接编码方式：在微指令的操作控制字段中，每一位代表一个微操作命令。

这种方式含义清晰，而且只要微指令从控存读出，即刻可由控制字段发出命令，速度快。

但由于机器中微操作命令甚多，可能使微指令操作控制字段达几百位，造成控存容量极大。

（2）字段直接编码：这种方式就是将微指令的操作控制字段分成若干段，将一组互斥的微操作命令放在一个字段内，通过这个字段译码，便可对应每一个微命令。

采用字段直接编码方法可用较少的二进制信息表示较多的操作命令信号。

但由于增加了译码电路，使微程序的执行速度稍减慢。