计组简答题整理九题

1、简单描述计算机的层次结构，说明各层次的主要特点。

解：现代计算机系统是一个硬件与软件组成的综合体，可以把它看成是按功能划分

多级层次结构。

第 0 级是硬联逻辑级，由计算机的内核，由门、触发器等逻辑电路组成。

第 1 级是微程序级。机器语言是微指令集，用微指令编写的微程序直接由硬件执行。

第 2级是传统机器级。机器语言是该机的指令集，用机器指令编写的程序可以由微程序进行解释。

第 3 级是操作系统级。它既要直接管理传统机器的软硬件资源，又是传统机器的延伸。第 4级是汇编语言级。机器语言是汇编语言，完成汇编语言翻译的程序叫做汇编程序。第5 级是高级语言级。机器语言就是各种高级语言，通常用编译程序来完成高级语言翻译的工作。

第 6级是应用语言级。这级语言就是各种面向问题的应用语言。

2请例举5种或以上常用的数据寻址方式，并阐述各自的操作数所在的位置和地址的形成方法。

解：寄存器寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、相对寻址、基址寻址、变址寻址等。立即寻址：位置：地址码字段。方法：只要取出指令就取出了可以立即使用的操作数。

寄存器寻址：位置：指定的寄存器。方法：地址码部分给出某一个通用寄存器的编号，这个指定的寄存器中存放着操作数。

直接寻址：位置：主存储器。方法：指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的有效地址。

间接寻址：位置：主存储器。方法：按指令的地址码字段先从主存中取出操作数的有效地址。变址寻址：位置：主存储器。方法：变址寄存器中的内容与指令中给出的形式地址A相加，形成操作数有效地址。

基址寻址：位置：主存储器。方法：基址寄存器的内容与指令中给出的位移量D相加，形成操作数有效地址。

相对寻址：位置：主存储器。方法：由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为位移量D，两者相加后得到操作数的有效地址。

3、请简述cache的地址映射方式，简述各自的特点，并比较优缺点。解：直接映射、全相联映射、组相联映射。

直接映射：

特点：主存中每一个块只能被放置到Cache中唯一的一个指定位置，若这个

位置已有内容，产生块冲突，原来的块将无条件被替换出去。

优点：成本低，易实现，地址变换速度快。

缺点：不够灵活，Cache的块冲突概率最高，空间利用率最低。

全相联映射：

特点：让主存中任何一个块均可以装入到Cache中任何一个块的位置上。

优点：方式灵活，Cache的块冲突概率最低、空间利用率最高。

缺点：地址变换速度慢，成本高。

组相联映射：

特点：将Cache分成若干组，主存中的块直接映像装入Cache中对应组内的

任何一块位置上（组间采取直接映射，组内采取全相联映射）

优缺点：介于全相联映射和直接映射的优缺点之间。

4、请简述RISC和CISC计算机的指令集特点，并比较它们的优缺点。

解：RISC是精简指令集计算机的简称，其特点是指令集简单、指令编码较为规范、易用流水线的技术提高性能、一般采用load-store结构、通用寄存器的个数较多，优点是设计简单、主频高，缺点是程序较大、依赖编译器的优化。

CISC是复杂指令集计算机的简称，其特点是指令集复杂、指令条数多、指令编码不规范、流水线的实现较复杂、一般支持多种寻址方式，优点是程序较小、编译器的要求较低，缺点是设计复杂、主频较低。

5、为什么要设立总线仲裁机构？集中式总线控制常用哪些方法？各有什么优缺点？

解：由于总线是公共的，为了保证同一时刻只有一个申请者使用总线，总线控制机构中设置有总线判优和仲裁控制逻辑，即按照一定的优先次序来决定哪个部件首先使用总线，只有获得总线使用权的部件，才能开始数据传送。

集中式总线控制有3种常见的优先权仲裁方式：链式查询方式、计数器定时查询方式、

和独立请求方式。它们各自的优缺点是：

链式查询的优点是只用很少几根线就能按一定的优先次序来实现总线控制，并易于

扩充。缺点是对查询链的故障很敏感，查询的优先级是固定的。

计数器定时查询方式可以方便地改变优先次序，增加系统的灵活性，但控制线数稍多。独立请求方式的优点是响应时间快，然而这是以增加控制线数和硬件电路为代价的。此方式对优先次序的控制也是相当灵活的，它可以预先固定，也可以通过程序来改变优先次序。

6、试概况通道控制方式和DMA方式的异同点？

解：DMA和通道控制方式最基本的相同点是从CPU中接管外设与主存交换数据过程的控制权，使外设能与主机并行工作。它们之间主要的不同之处在于：

① DMA与通道的工作原理不同。DMA通过专门设计的硬件控制逻辑来控制数据交换的过程；而通道则是一个具有特殊功能的处理器，它具有自己的指令和程序，通过执行通道程序来控制数据交换的过程。

② DMA与通道的功能不同。通道是在DMA的基础上发展起来的，因此通道要比DMA的功能更强。

③ DMA与通道所控制的外设类型不同。DMA只能控制速度较快、类型单一的外设；而通道则可以支持多种类型的外设。

7、试比较Cache与虚拟存储器的异同？

解：

同：都需要对地址或标记进行判断。当Cache或主存已满都要使用替换算法。

异：Cache的容量小，保存的信息只是主存中最急需执行的若干块的副本。虚拟存储器将主存或辅存的地址空间统一编址，形成一个庞大的存储空间。在这个大空间里，用户可以自由编程。虚拟存储器是利用辅助硬件找出虚地址和实地址之间的对应关系，并判断这个虚地址指示的存储单元内容是否已装入主存。Cache 是用主存地址的块号字段访问Cache标记，并将取出的标记和主存地址的标记字段相比较。若相等，说明访问Cache有效，称Cache命中；若不相等，说明访问Cache无效，称Cache不命中或失效。虚拟存储器的判断是如果已在主存中，则通过地址变换，CPU可直接访问主存的实际单元；如果不在主存中，则把包含这个字的一页或一个程序段调入主存后再由CPU访问。

8、指令中地址，地址码的位数与直接访问的主存容量和最小寻址单

位有什么关系？说明什么是基址寻址，有什么作用？

解：关系：主存容量越大，所需的地址码位数越长。对于相同容量来说，如果以字节为最小寻址单位，地址码的位数就需要长些，但是可以方便地对每一个字符进行处理；如果以字为最小寻址单位，地址码的位数可以减少，但对字符操作比较困难。

基址寻址：基址寄存器的内容与指令中给出的位移量D相加，形成操作数有效地址，再从有效地址到主存储器中取操作数。作用：基址寻址面向系统，主要用于逻辑地址和物理地址的变换，用以解决程序在主存中的再定位和扩大寻址空间等问题。