計算機組成原理(概念)

1、1.5. 馮諾依曼計算機的特點是什么？解：馮諾依曼計算機的特點是：P8計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備、輸出設備五大部件組成；指令和數(shù)據(jù)以同同等地位存放于存儲器內，并可以按地址訪問；指令和數(shù)據(jù)均用二進制表示；指令由操作碼、地址碼兩大部分組成，操作碼用來表示操作的性質，地址碼用來表示操作數(shù)在存儲器中的位置；指令在存儲器中順序存放，通常自動順序取出執(zhí)行；機器以運算器為中心（原始馮諾依曼機）。1.8. 解釋下列英文縮寫的中文含義：CPU、PC、IR、CU、ALU、ACC、MQ、X、MAR、MDR、I/O、MIPS、CPI、FLOPS解：全面的回答應分英文全稱、中文名、功能三部分。CPU：Ce

2、ntral Processing Unit，中央處理機（器），是計算機硬件的核心部件，主要由運算器和控制器組成。PC：Program Counter，程序計數(shù)器，其功能是存放當前欲執(zhí)行指令的地址，并可自動計數(shù)形成下一條指令地址。IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放當前正在執(zhí)行的指令。CU：Control Unit，控制單元（部件），為控制器的核心部件，其功能是產生微操作命令序列。ALU：Arithmetic Logic Unit，算術邏輯運算單元，為運算器的核心部件，其功能是進行算術、邏輯運算。ACC：Accumulator，累加器，是運算器中既能存放運算前

3、的操作數(shù)，又能存放運算結果的寄存器。MQ：Multiplier-Quotient Register，乘商寄存器，乘法運算時存放乘數(shù)、除法時存放商的寄存器。X：此字母沒有專指的縮寫含義，可以用作任一部件名，在此表示操作數(shù)寄存器，即運算器中工作寄存器之一，用來存放操作數(shù)；MAR：Memory Address Register，存儲器地址寄存器，在主存中用來存放欲訪問的存儲單元的地址。MDR：Memory Data Register，存儲器數(shù)據(jù)緩沖寄存器，在主存中用來存放從某單元讀出、或要寫入某存儲單元的數(shù)據(jù)。I/O：Input/Output equipment，輸入/輸出設備，為輸入設備和輸出設備

4、的總稱，用于計算機內部和外界信息的轉換與傳送。MIPS：Million Instruction Per Second，每秒執(zhí)行百萬條指令數(shù)，為計算機運算速度指標的一種計量單位。3.1. 什么是總線？總線傳輸有何特點？為了減輕總線負載，總線上的部件應具備什么特點？答：P41.總線是多個部件共享的傳輸部件。（總線是連接多個部件的信息傳輸線，是各部件共享的傳輸介質。）總線傳輸?shù)奶攸c是：某一時刻只能有一路信息在總線上傳輸，即分時使用。為了減輕總線負載，總線上的部件應通過三態(tài)驅動緩沖電路與總線連通。3.2 總線如何分類？什么是系統(tǒng)總線？系統(tǒng)總線又分為幾類，它們各有何作用，是單向的還是雙向的，它們與機器字

5、長、存儲字長、存儲單元有何關系？解：總線按數(shù)據(jù)傳輸方式分為并行傳輸總線和串行傳輸總線；按使用范圍分為計算機（包括外設）總線、測控總線、網(wǎng)絡通信總線；按連接部件分為片內總線、系統(tǒng)總線、通信總線。系統(tǒng)總線是指CPU、主存、I/O設備（通過I/O接口）各大部件之間的信息傳輸線。系統(tǒng)總線按傳輸信息的不同分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。數(shù)據(jù)總線：用來傳輸各功能部件之間的數(shù)據(jù)信息，是雙向傳輸總線，其位數(shù)與機器字長、存儲字長有關，一般為8位、16位或32位，如果數(shù)據(jù)總線的寬度為8位，指令字長為16位，那么CPU在取指階段必須兩次訪問主存。地址總線：主要用來指出數(shù)據(jù)總線上的源數(shù)據(jù)或目的數(shù)據(jù)在主存單元的地址或

6、I/O設備的地址，單向傳輸，其位數(shù)與存儲單元的個數(shù)有關，若地址線為20根，則對應的存儲單元個數(shù)為2（20）?？刂瓶偩€：用來發(fā)出各種控制信號的傳輸線，單向傳輸。4.1 解釋概念：主存、輔存、Cache、RAM、SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、CDROM、Flash Memory。解：主存（主存儲器）、輔存（輔助存儲器）、Cache（高速緩沖存儲器）、RAM（隨機存儲器）、SRAM（靜態(tài)RAM）、DRAM（動態(tài)RAM）、ROM（只讀存儲器）、PROM（可編程只讀存儲器）、EPROM（可擦除可編程只讀存儲器）、EEPROM（用電可擦除可編程只讀存儲器）、CDROM、F

7、lash Memory（閃速存儲器）。4.3. 存儲器的層次結構主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計算機如何管理這些層次？答：存儲器的層次結構主要體現(xiàn)在Cache-主存和主存-輔存這兩個存儲層次上。Cache-主存層次在存儲系統(tǒng)中主要對CPU訪存起加速作用，即從整體運行的效果分析，CPU訪存速度加快，接近于Cache的速度，而尋址空間和位價卻接近于主存。主存-輔存層次在存儲系統(tǒng)中主要起擴容作用，即從程序員的角度看，他所使用的存儲器其容量和位價接近于輔存，而速度接近于主存。綜合上述兩個存儲層次的作用，從整個存儲系統(tǒng)來看，就達到了速度快、容量大、位價低的優(yōu)化效果。主存與CACHE之間的信息調

8、度功能全部由硬件自動完成。而主存與輔存層次的調度目前廣泛采用虛擬存儲技術實現(xiàn)，即將主存與輔存的一部分通過軟硬結合的技術組成虛擬存儲器，程序員可使用這個比主存實際空間（物理地址空間）大得多的虛擬地址空間（邏輯地址空間）編程，當程序運行時，再由軟、硬件自動配合完成虛擬地址空間與主存實際物理空間的轉換。因此，這兩個層次上的調度或轉換操作對于程序員來說都是透明的。4.9. 什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。解：刷新：對DRAM定期進行的全部重寫過程；刷新原因：因電容泄漏而引起的DRAM所存信息的衰減需要及時補充，因此安排了定期刷新操作；常用的刷新方法有三種：集中式、分散式、異步式。集中式：

9、在最大刷新間隔時間內，集中安排一段時間進行刷新，存在CPU訪存死時間。分散式：在每個讀/寫周期之后插入一個刷新周期，無CPU訪存死時間。異步式：是集中式和分散式的折衷。5.1. I/O有哪些編址方式？各有何特點？ 解：常用的I/O編址方式有兩種： I/O與內存統(tǒng)一編址和I/O獨立編址； 特點： I/O與內存統(tǒng)一編址方式的I/O地址采用與主存單元地址完全一樣的格式，I/O設備和主存占用同一個地址空間，CPU可像訪問主存一樣訪問I/O設備，不需要安排專門的I/O指令。 I/O獨立編址方式時機器為I/O設備專門安排一套完全不同于主存地址格式的地址編碼，此時I/O地址與主存地址是兩個獨立的空間，CPU

10、需要通過專門的I/O指令來訪問I/O地址空間。5.3 I/O設備與主機交換信息時，共有哪幾種控制方式，簡述它們的特點。解：共有5種控制方式：程序查詢方式、程序中斷方式、直接存儲器存取方式（DMA）、I/O通道方式、I/O處理機方式。程序查詢方式：使CPU和I/O設備處于串行工作狀態(tài)，CPU的工作效率不高。程序中斷方式：CPU執(zhí)行程序與I/O設備做準備是同時進行的，使CPU的資源得到了充分的利用，提高CPU的工作效率。DMA方式：主存與I/O設備之間有一條數(shù)據(jù)通路，在其交換信息時無需調用中斷服務程序，進一步提高CPU資源利用率。511 簡述I/O接口的功能和基本組成。解：選址功能、傳送命令的功能

11、、傳送數(shù)據(jù)的功能、反映I/O設備工作狀態(tài)的功能。5.16. 在什么條件和什么時間，CPU可以響應I/O的中斷請求？ 解：CPU響應I/O中斷請求的條件和時間是：當中斷允許狀態(tài)為1（EINT=1），且至少有一個中斷請求被查到，則在一條指令執(zhí)行完時，響應中斷。7.2. 什么叫尋址方式？為什么要學習尋址方式？解：尋址方式是指確定本條指令的數(shù)據(jù)地址以及下一條將要執(zhí)行的指令地址的方法，它與硬件結構緊密相關，而且直接影響指令格式和指令功能。7.3. 什么是指令字長、機器字長和存儲字長？ 解：指令字長:一個指令字中包含二進制代碼的位數(shù)。機器字長：是指計算機能直接處理的二進制數(shù)據(jù)的位數(shù)。存儲字長：一個存儲單元

12、存儲一串二進制代碼（存儲字）的位數(shù)。7.9. 試比較間接尋址和寄存器間接尋址。答：寄存器間接尋址，有效地址放在存放在寄存器中，比間接尋址少了訪存一次。7.10. 試比較基址尋址和變址尋址。解： 1）都可有效地擴大指令尋址范圍。2）基址尋址時，基準地址由基址寄存器給出，地址的改變反映在位移量A的取值上；變址尋址時，基準地址由A給出，地址的改變反映在變址值的自動修改上，變址值由變址寄存器給出。3）基址寄存器內容通常由系統(tǒng)程序設定，變址寄存器內容通常由用戶設定。4）基址尋址適用于程序的動態(tài)重定位，變址尋址適用于數(shù)組或字符串處理，適用場合不同。7.20. 什么是RISC，簡述它的主要特點。解：RISC

13、即精簡指令系統(tǒng)計算機。特點：1、讓復雜的指令功能由頻度高的簡單指令的組合來實現(xiàn)； 2、指令長度固定、指令格式種類少，尋址方式種類少； 3、只有取數(shù)/存數(shù)指令訪問存儲器，其余指令的操作都在寄存器內完成； 4、CPU中有多個通用寄存器； 5、采用流水線技術，大部分指令在一個時鐘周期內完成； 6、控制器采用組合邏輯控制，不用微程序控制； 7、采用優(yōu)化的編譯編譯程序。7.21. 比較RISC和CISC。 解：同RISC比較，CISC的指令系統(tǒng)復雜龐大，各種指令使用頻度相差很大；指令字長不固定，指令格式多，尋址方式多；可以訪存的指令不受限制；CPU中沒有專用寄存器；絕大多數(shù)指令需要多個時鐘周期方可執(zhí)行完

14、畢；采用微程序控制器；難以用優(yōu)化編譯生成高效的目標代碼。8.1. CPU有哪些功能？畫出其結構框圖并簡要說明各個部件的作用。解：CPU必須具有控制程序的順序執(zhí)行（指令控制）、產生完成每條指令所需的控制命令（操作控制）、對各種操作加以時間上的控制（時序控制）、對數(shù)據(jù)進行算術運算和邏輯運算（數(shù)據(jù)加工）以及處理中斷等功能。參考P338圖8.2。8.2. 什么是指令周期？指令周期是否有一個固定值？為什么？解：指令周期是指取出并執(zhí)行完一條指令所需的時間。 由于計算機中各種指令執(zhí)行所需的時間差異很大，因此為了提高CPU運行效率，即使在同步控制的機器中，不同指令的指令周期長度都是不一致的，也就是說指令周期對于不同的指令來說不是一個固定值。8.18 什么是中斷隱指令，有哪些功能？解：中斷隱指令即在機器指令系統(tǒng)中沒有的指令，它是CPU在中斷周期