计算机组成原理

（一）解答题：1、存储程序概念：（1）计算机（指硬件）是由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大基本部件组成；（2）计算机内部采用二进制来表示指令和数据；（3）将编好的程序和原始数据事先存入存储器中，然后再启动计算机工作，这就是存储程序的基本含义。
2、什么是指令？什么是微指令？他们之间的关系？
（1）指令是指计算机执行某些操作的命令，一台计算机的所有指令的集合构成该机的指令系统。（2）微指令是指控制存储器中的一个单元的内容，即控制字，是若干个微命令的集合。（3）关系：一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令构成；一条机器指令的功能是若干微指令组成的序列来实现的。
3、总线仲裁方式有几种？优缺点？
（1）总线仲裁方式分集中式控制和分布式控制两种。（2）集中仲裁方式分：链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请求方式，链式查询方式和独立请求方式最常用。（3）优缺点：链式查询方式优点是硬件复杂度低，并很容易扩充；缺点是对查询链的故障很敏感，优先级固定，响应速度慢。（2）计数器定时查询方式优缺点是响应速度快，扩充性不太方便，链路故障敏感度不敏感，优先级特性灵活，硬件复杂度稍复杂。（3）独立请求方式优缺点是响应速度最快，扩充最不方便，两路故障敏感度不敏感，优先级特性由线路控制器定很灵活，硬件复杂度最复杂。
4、RAM芯片内部译码方式：单译码方式和双译码方式。（1）单译码方式对应子结构的存储器，优点是结构简单，缺点使用外围电路多成本昂贵，适合应用于容量不大的存储器；（2）双译码方式对应位结构或字结构的存储器，与单译码方式相比减少了选择线数目和驱动器数目。占用地址位、选择线数、驱动器数：16,65536,65536；8,256,256。
5、组合逻辑型和存储逻辑型的比较：（1）组合逻辑型：这种控制器称为常规控制器或硬连线控制器，是采用组合逻辑技术来实现的，其控制单元是由门电路组成的复杂树形网络。这种方法是分立元件时代的产物，以使用最少器件数和取得最高操作速度为设计目标。特点是速度快，但是控制单元的结构不规整，使得设计、调试、维修较困难，难以实现设计自动化；一旦控制单元构成之后，要想增加新的控制功能是不可能的，因此他收到微程序控制器的强烈冲击。（2）存储逻辑型称为微程序控制器，是采用存储逻辑来实现的，也就是把微操作信号代码化，使每条机器指令转化为一段微程序并存入一个专门的存储器中，微操作控制信号有微指令产生。它的优点是设计

规整、调试、维修以及更改、扩充指令方便，易于实现自动设计化，但是它增加了一级控制存储器，所以执行速度比组合逻辑控制器慢。
（二）选择填空：
1、（1）硬件组成：运算器、存储器、控制器、输入、输出；（2)中央处理器是运算器和控制器的合成；（3）中央处理器和主存储器（内存储器）组成主机。
2、冯诺依曼结构是一种传统的存储器设计思想，即指令和数据是不加区别地混合存储在同一存储器中，共享数据总数；哈佛结构：指令和数据是完全分开的，一个是程序存储器存指令，一个是数据存储器存放数据。
3、计算机系统：硬件系统和软件系统。
4、动态RAM刷新方式：集中式刷新方式、分散、异步。集中式：优点是读写操作时不受刷新工作影响，因此系统的存取速度比较高，缺点是在集中式刷新期间必须停止读写，这一段时间会称为“死区”，而且存储容量越大，死区就越长。分散式刷新方式没有死区，但是增加了系统的存取周期，降低了整机的速度，刷新过于频繁，当存储容量比较小的时候没有充分利用所允许的最大刷新间隔。异步刷新方式充分利用了最大刷新间隔时间，把刷新操作平均分配到整个最大刷新间隔时间内进行，这种方式也有死区，单比集中刷新方式死区小得多，避免CPU连续等待过长，而且减少了刷新次数，是比较实用的方式。
5、CPU的基本功能就是对指令流和数据流在时间和空间上实施正确的控制。CPU包括运算器和控制器。
通用寄存器：用来存放原始数据和运算结果，有的还可以作为变址寄存器、计数器、地址指针等；专用寄存器：完成某一特殊功能的寄存器
CPU中至少有5个专用寄存器：程序计数器PC（存放正在执行的指令地址或要执行的下条指令地址）、指令寄存器IP（存放从存储器取出的指令）、存储器地址寄存器MAR（存放当前CPU所访问的主存单元地址）、存储器数据寄存器MDR（暂时存放有主存储器读出的一条指令或一个数据字），状态标识寄存器PSWR（存放程序状态字）。
6、控制器功能：（1）从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在贮存中的位置；（2）对指令进行译码或测试，产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作；（3）指挥并控制CPU。主存和输入输出设备之间的数据流动方向。
运算器的主要功能：（1）执行所有的算术运算；（2）执行所有的逻辑运算并进行逻辑测试。
7、微程序控制器的基本组成：控制存储器CM（微程序核心部件）、微指令寄存器uIR、微地址寄存器uMAR和微地址形成部件等
8、接口类型分类：（1）按数据传送方式分为串行接口和并行接口；（2）按主机

访问I/O设备的控制方式分为程序查询式接口、程序中断接口、DMA接口、通道控制器等；（3）按功能选择的灵活性分为：可编程接口和不可编程接口；（4）按输入输出的信号分类：数字接口和模拟接口；（5）按应用来分类：运行辅助和用户交互接口；传感和控制接口。
9、CPU和外部交换方式：程序控制、中断控制、DMA、通道方式。
10、精简指令RISC和复杂指令CISC系统：精简指令：指令系统简单精简，指令数目少于100条，指令字长等长，寻址方式一般小于4，可访存指令只有LOAD/STORE指令，各种指令执行时间巨大多数在一个周期内完成通用寄存器数量多，控制方式绝大多数为硬布线控制；精简指令：指令系统复杂庞大，指令数目大于200条，指令字长不固定，寻址方式一般大于4，可访存指令不加限制，各种指令执行时间相差较大通用寄存器数量较少，控制方式绝大多数为微程序控制；
11、寻址方式：立即寻址、寄存器寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器间接寻址、变址寻址、基址寻址、相对寻址、页面寻址。
12、程序局限性：时间和空间
13、Cache解决的问题是利用程序的局部性原理，把程序中正在使用的部分存放在一个高速的容量较小的Cache中，是CPU的访问操作大多数针对Cache进行，从而是程序的执行速度大大提高。
虚拟存储器是将主存或辅存的地址空间统一编制，形成庞大的存储空间。
14、微操作是计算机中最基本，不可分解的操作。微命令是控制计算机各部件完成某个基本未操作的命令。
15、总线的功能是多个部件分时共享的公共信息传送线路。共享：总线上可以接受多个部件，各个部件之间相互交换信息，可以通过这组公共线路传送。分时：同一时刻总线上只能传送一个部件的信息。
16、I/O端口编址方式：I/O映射方式，把端口地址与存储器地址分别独立编制（必须设置专门I/O指令）；存储器映射方式：把端口地址与存储器地址统一编制（可以不设专门的I/O指令。
17、流水线技术：（1）控制方式：顺序方式、重叠方式、先行控制、流水线控制方式。（2）原理：流水线处理技术是在重叠、先行控制方式的基础上发展起来的，它基于重叠的原理，但却是在更高的程度上的重叠。
18、堆栈：（1）寄存器堆栈（硬堆栈）是用一组专门的寄存器构成，栈顶固定（2）存储器堆栈（软堆栈）栈底固定，栈顶浮动，需要一个专门的硬件寄存器作为栈顶指针，简称栈指针。
堆栈主要用来暂存中断断点、子程序调用时的返回地址、状态标志及现有信息等。
19、显示器的基本参数：点距、行频和场频、视频宽度、最高分辨率、刷新率、屏幕尺寸

20、输入输出指令：独立编址方式（专门的输入输出指令）和统一编址方式（一般数据）指令。
21、运算器的基本组成：实现基本算术、逻辑运算功能的ALU，提供操作数与暂存结果的寄存器组，有关的判别逻辑和控制电路等。
22、地址映射：（1）全相联映射比较灵活，冲突概率低，但速度慢，成本高，实现困难。（2）直接映像：不够灵活，冲突概率最高，空间利用率低，但速度快，成本低，易实现。（3）组相联映像：介于全映像和直接映像之间。
23、替换算法：随机算法、先进先出算法（FIFO）、近期最少使用LRU算法、
24、指令部件：程序计数器、指令寄存器、指令译码器、地址形成部件
25、CPU中断条件：（1）CPU接收到中断信号，（2）CPU允许中断，（3）一条指令执行完毕。
26、中断隐指令，并不是指令系统中的一条指令，他没有操作码，所以隐指令是一种不允许而且也不可能为用户使用的特殊指令。
完成的操作：保护断点、暂不允许中断、引出中断服务程序。
27、DMA方式是为了在主存与外设之间实现高速批量数据交换而设置的。
28、描述浮点数性能指标：