計(jì)算機(jī)組成原理復(fù)習(xí)

1、一、 名詞解釋軟件由二進(jìn)制語(yǔ)言（指令）所構(gòu)成的能完成一定任務(wù)的程序。硬件計(jì)算機(jī)硬件是由有形的電子器件等構(gòu)成的，它包括運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、適配器、輸入輸出設(shè)備。（運(yùn)算器和控制器稱為CPU）固件（軟、硬件接口）有硬件特征，有軟件的功能的器件。工藝制程電子經(jīng)過(guò)的線寬A 計(jì)算機(jī)語(yǔ)言通常是一個(gè)能完整、準(zhǔn)確和規(guī)則地表達(dá)人們的意圖,并用以指揮或控制計(jì)算機(jī)工作的“符號(hào)系統(tǒng)”。機(jī)器語(yǔ)言由0和1代碼構(gòu)成的機(jī)器指令匯編語(yǔ)言用一些約定的文字、符號(hào)和數(shù)字按規(guī)定的格式來(lái)表示各種不用的指令，然后再用這些特殊的符號(hào)表示的指令來(lái)編寫(xiě)程序。這就是所謂的“匯編語(yǔ)言”。高級(jí)語(yǔ)言是指按實(shí)際需要規(guī)定好的一套基本符號(hào)以及由這套符號(hào)構(gòu)成

2、程序的規(guī)則。解釋程序逐個(gè)解釋并立即執(zhí)行源程序的語(yǔ)句，它不是編出目的程序后再執(zhí)行，而是直接逐一解釋語(yǔ)句并得出計(jì)算結(jié)果。編譯程序把源程序翻譯成目的程序，然后機(jī)器執(zhí)行目的程序，得出計(jì)算結(jié)果。實(shí)時(shí)控制利用計(jì)算機(jī)及時(shí)搜集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按最佳值對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)控制。實(shí)時(shí)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)主要由傳感器、計(jì)算機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)邏輯和時(shí)序的要求非常嚴(yán)格，如果邏輯和時(shí)序出現(xiàn)偏差將會(huì)引起嚴(yán)重后果。實(shí)時(shí)系統(tǒng)有兩種類型：軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)和硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)僅要求事件響應(yīng)是實(shí)時(shí)的，并不要求限定某一任務(wù)必須在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)完成；而在硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，不僅要求任務(wù)響應(yīng)要實(shí)時(shí)，而且要求在規(guī)定

3、的時(shí)間內(nèi)完成事件的處理。通常，大多數(shù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是兩者的結(jié)合。指令流（IR）取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流，它流向控制器。數(shù)據(jù)流（ALU或AC）執(zhí)行周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流，它由內(nèi)存流向運(yùn)算器。兼容符合產(chǎn)品規(guī)范的某一特定要求，不同廠商的產(chǎn)品，如果能夠在同一環(huán)境下應(yīng)用，我們通常說(shuō)它們是兼容的。仿真計(jì)算機(jī)房正式應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的人的思維和行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)性比較逼真的模仿。模擬模擬就是通過(guò)設(shè)計(jì)與某個(gè)自然現(xiàn)象或過(guò)程相似的模型，來(lái)間接地研究原型的方法。它具有選擇性、形象性、求同性、生動(dòng)性、逼真性等特點(diǎn)，是社會(huì)許多領(lǐng)域經(jīng)常采用的一種科學(xué)方法。 計(jì)算機(jī)模擬就是把一

4、定的認(rèn)知操作理論編譯成計(jì)算機(jī)程序,讓計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的思維過(guò)程的一種方法。數(shù)據(jù)表示直接可以被硬件識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)類型,即:可以直接被計(jì)算器指令運(yùn)算和處理,如整數(shù),浮點(diǎn)數(shù),向量等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由軟件實(shí)現(xiàn)和處理的數(shù)據(jù)類型. 如結(jié)構(gòu),記錄,表,樹(shù),圖等。機(jī)器數(shù)（機(jī)器碼）數(shù)在機(jī)器中的表示形式（相對(duì)于真值）。真值帶符號(hào)數(shù)本身的自然表示。定點(diǎn)數(shù)小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變的數(shù)。浮點(diǎn)數(shù)小數(shù)點(diǎn)的位置是浮動(dòng)的（把一個(gè)數(shù)的有效數(shù)字和數(shù)的范圍在一個(gè)計(jì)算機(jī)的一個(gè)存儲(chǔ)單元中分別予以表示）。位bit 二進(jìn)制代碼位。字節(jié)byte（1 byte=8 bit）字節(jié)是一個(gè)承載信息的基本單元字字是計(jì)算機(jī)中處理數(shù)據(jù)或信息的基本單位。一個(gè)字由若干字節(jié)

5、組成字長(zhǎng)計(jì)算機(jī)一次能處理的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)存儲(chǔ)器由多個(gè)存儲(chǔ)單元組成的器件存儲(chǔ)體存儲(chǔ)單元的集合主存計(jì)算機(jī)的主要存儲(chǔ)器，用來(lái)存放計(jì)算機(jī)運(yùn)算期間的大量程序和數(shù)據(jù)，CPU能直接訪問(wèn)。輔存外存，用來(lái)存放系統(tǒng)程序和大型數(shù)據(jù)文件及數(shù)據(jù)庫(kù)，CPU不能直接訪問(wèn)?？卮婵卮娴刂分鞔娴刂犯呶粌?yōu)先最低地址存放高位字節(jié)，可稱為高位優(yōu)先。低位優(yōu)先最低地址存放低位字節(jié)，可稱為低位優(yōu)先。高位交叉把地址的碼的前一位數(shù)分配給兩個(gè)存儲(chǔ)體，第一個(gè)為0，第二個(gè)為1(如果有四個(gè)存儲(chǔ)體的話，就要分給前面的兩位數(shù)，依次類推)第一個(gè)存儲(chǔ)體里面的單元就是以這個(gè)碼開(kāi)始的編碼：000，001，010，011 (看到第一位數(shù)都是0了嗎)；第二個(gè)存儲(chǔ)體的存

6、儲(chǔ)單元的四個(gè)地址是：100，101，110，111。這樣，當(dāng)訪問(wèn)兩個(gè)地址相鄰存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)時(shí)，比如110和111兩個(gè)單元的數(shù)據(jù)，都放在第二個(gè)存儲(chǔ)體中，只能在這個(gè)體中存取，而第一個(gè)存儲(chǔ)體就閑著沒(méi)人訪問(wèn)了。而一般在存放數(shù)據(jù)時(shí)，多是將數(shù)據(jù)存放在地址連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域中的?，F(xiàn)在可以知道了，為什么高位交叉編址的存儲(chǔ)器適合于多機(jī)系統(tǒng)，就是說(shuō)，因?yàn)楦魈幚頇C(jī)通常訪問(wèn)各自所需的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)放在不同的存儲(chǔ)體中時(shí)，兩個(gè)存儲(chǔ)器可以同時(shí)工作，也就加快了速度。 低位不變，高位地址連續(xù)讀數(shù)。低位交叉地址碼的最后一位就是分配給存儲(chǔ)體的地址碼，第一個(gè)存儲(chǔ)器里的存儲(chǔ)單元就是000，010，100，110(最后一位總是0)， 第二個(gè)

7、存儲(chǔ)器里的存儲(chǔ)單元就是001，011，101，111，這種方法使得相鄰地址的存儲(chǔ)單元分布在不同的存儲(chǔ)體中，所以在訪問(wèn)相鄰單元的數(shù)據(jù)時(shí)，多個(gè)并行存儲(chǔ)體可以同時(shí)工作進(jìn)行存取，因此比較適于單處理機(jī)內(nèi)的高速數(shù)據(jù)存取。 高位不變，低位地址連續(xù)讀數(shù)。存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)體系在存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)中各種存儲(chǔ)器在邏輯上構(gòu)成的一個(gè)整體。相聯(lián)存儲(chǔ)器相聯(lián)存儲(chǔ)器是指以其中某一存儲(chǔ)項(xiàng)內(nèi)容作為地址來(lái)存取的存儲(chǔ)器。虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器只是一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器的邏輯模型，不是任何實(shí)際的物理存儲(chǔ)器。它借助于磁盤(pán)等輔助存儲(chǔ)器來(lái)擴(kuò)大主存容量，使之為更大或更多的程序所使用。直接映射直接映象就是將主存地址映象到Cache中的一個(gè)指定地址。任何時(shí)候

8、，主存中存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)只能調(diào)入到Cache中的一個(gè)位置，這是固定的，若這個(gè)位置已有數(shù)據(jù)，則產(chǎn)生沖突，原來(lái)的塊將無(wú)條件地被替換出去。全相聯(lián)映射全相聯(lián)映象就是任何主存地址可映象到任何Cache地址的方式。在這種方式下，主存中存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)可調(diào)入到Cache中的任意位置。只有在Cache中的塊全部裝滿后才會(huì)出現(xiàn)塊沖突。組相聯(lián)映射組相聯(lián)映象指的是將存儲(chǔ)空間的頁(yè)面分成若干組，各組之間是直接映象，而組內(nèi)各塊之間則是全相聯(lián)映象。地址映射為了把主存塊放到cache中，必須應(yīng)用某種方法把主存地址定位到cache中，稱做地址映射。（直接映射、全相聯(lián)映射、組相聯(lián)映射）地址變換內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換成cache地址。透明程序員

9、看不到，無(wú)需理會(huì)內(nèi)部?jī)?nèi)容。屬性程序員可看得到，對(duì)程序員不透明。命中率在一個(gè)程序執(zhí)行期間，設(shè)Nc表示cache完成存取的總次數(shù)，Nm表示主存完成存取的總次數(shù)，h定義為命中率h = Nc / (Nc + Nm)局部性程序中對(duì)于存儲(chǔ)空間90%的訪問(wèn)局限于存儲(chǔ)空間的10%的區(qū)域中，而另外10%的訪問(wèn)則分布在存儲(chǔ)空間的其余90%的區(qū)域中。這就是通常說(shuō)的局部性原理。存取時(shí)間（訪問(wèn)時(shí)間）是指從啟動(dòng)一次存儲(chǔ)器操作到完成該操作所經(jīng)歷的時(shí)間。存儲(chǔ)周期（訪問(wèn)周期）是指連續(xù)啟動(dòng)兩次讀操作所需間隔的最小時(shí)間。存儲(chǔ)（器）帶寬單位時(shí)間里存儲(chǔ)器所存取的信息量，通常以位/秒或字節(jié)/秒做度量單位。指令計(jì)算機(jī)執(zhí)行某種操作的命令。程

10、序計(jì)算機(jī)的程序是由一系列的機(jī)器指令組成的。微程序一條機(jī)器指令的功能是用許多條微指令組成的序列來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)微指令序列通常叫做微程序。（機(jī)器指令=微程序）微命令控制部件通過(guò)控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令。微操作執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操作。專用寄存器（IR、AR、PC、SP、DR.）通用寄存器（AC、AX、DX、BX.）程序員可以訪問(wèn)的寄存器。數(shù)據(jù)相關(guān)在一個(gè)程序中，如果必須等前一條指令執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行后一條指令，那么兩條指令就是數(shù)據(jù)相關(guān)的。WAR讀后寫(xiě)相關(guān)WAW寫(xiě)后寫(xiě)相關(guān)RAW寫(xiě)后讀相關(guān)時(shí)鐘周期通常稱為節(jié)拍脈沖或T周期，它是處理操作的最基本單位。機(jī)器周期（CPU周期、FSB周期、存儲(chǔ)

11、周期）內(nèi)存中讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間。指令周期CPU從存儲(chǔ)器取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時(shí)間和成為指令周期。標(biāo)量只有一條流水線，每時(shí)鐘周期內(nèi)只可以完成一條指令。超標(biāo)量超標(biāo)量（superscalar）是指在CPU中有一條以上的流水線，并且每時(shí) 鐘周期內(nèi)可以完成一條以上的指令。MIPS（Million Instructions Per Second）百萬(wàn)條指令每秒。串行傳送（位）當(dāng)信息以串行方式傳送時(shí)，只有一條傳輸線，且采用脈沖傳送。在串行傳送時(shí)，按順序來(lái)傳送表示一個(gè)數(shù)碼的所有二進(jìn)制位的脈沖信號(hào)，每次一位。并行傳送（字節(jié)、字、雙字.）用并行方式傳送二進(jìn)制信息時(shí)，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)位都需要單獨(dú)一條傳輸線。信

12、息有多少二進(jìn)制位組成，就需要多少條傳輸線，從而使得二進(jìn)制數(shù)“0”或“1”在不同的線上同時(shí)進(jìn)行傳送。接口廣義地講，接口是指CPU主存、外圍設(shè)備之間通過(guò)總線進(jìn)行連接的邏輯部件。像素“像素”（Pixel） 是由 Picture 和 Element這兩個(gè)字母所組成的，是用來(lái)計(jì)算數(shù)碼影像的一種單位，如同攝影的相片一樣，數(shù)碼影像也具有連續(xù)性的濃淡階調(diào)，我們?nèi)舭延跋穹糯髷?shù)倍，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些連續(xù)色調(diào)其實(shí)是由許多色彩相近的小方點(diǎn)所組成，這些小方點(diǎn)就是構(gòu)成影像的最小單位“像素”（Pixel）。分辨率分辨率是指顯示器所能表示的像素個(gè)數(shù)。色深指一個(gè)設(shè)備能顯示的顏色數(shù)。VRAM為了不斷提供爽心圖像的信號(hào)，必須把一幀圖像信息

13、存儲(chǔ)在刷新存儲(chǔ)器，也叫做視頻存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)密度（道密度、位密度）道密度是沿磁盤(pán)半徑方向單位長(zhǎng)度上的磁道數(shù)，單位為道/英寸。位密度是磁道單位長(zhǎng)度上能記錄的二進(jìn)制代碼位數(shù)，單位為位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘積，單位 位/平方英寸。存儲(chǔ)容量一個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)器所能存儲(chǔ)的字節(jié)總數(shù)，稱為磁盤(pán)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量。平均存取時(shí)間存取時(shí)間是指從發(fā)出讀寫(xiě)命令后，磁頭從某一起始位置移動(dòng)至新的記錄位置，到開(kāi)始從盤(pán)片表面讀出或?qū)懭胄畔⑺枰臅r(shí)間這段時(shí)間由兩個(gè)數(shù)值所決定：一個(gè)是將磁頭定位至所要求的磁道上所需的時(shí)間，成為定位時(shí)間或找道時(shí)間；另一個(gè)是找道完成后至磁道上需要訪問(wèn)的信息到達(dá)磁頭下的時(shí)間，成為等待時(shí)間，這兩個(gè)時(shí)間都

14、是隨機(jī)變化的，因此往往是用平均值來(lái)表示。平均存取時(shí)間等于平均找到時(shí)間與平均等待時(shí)間之和。數(shù)據(jù)傳輸率磁盤(pán)存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，叫數(shù)據(jù)傳輸率。同步定時(shí)方式在同不定時(shí)協(xié)議中，事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)刻由總線時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確定。異步定時(shí)方式在異步定時(shí)協(xié)議中，后一事件出現(xiàn)在總線上的時(shí)間取決于前一事件的出現(xiàn)。DMA直接內(nèi)存訪問(wèn)（Direct Memory Access），是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器從CPU完全接管對(duì)總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò)CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進(jìn)行。中斷中斷是外圍設(shè)備用來(lái)“主動(dòng)”通知CPU，準(zhǔn)備送出輸入數(shù)據(jù)或接收輸出數(shù)據(jù)

15、的一種方法。周期挪用當(dāng)I/O設(shè)備沒(méi)有DMA請(qǐng)求時(shí)，CPU按程序要求訪問(wèn)內(nèi)存；一旦I/O設(shè)備有DMA請(qǐng)求，則由I/O設(shè)備挪用一個(gè)或幾個(gè)內(nèi)存周期。選擇通道選擇通道又稱高速通道，在物理上它可以連接多個(gè)設(shè)備，但是這些設(shè)備不能同時(shí)工作，在某一段時(shí)間內(nèi)通道只能選擇一個(gè)設(shè)備進(jìn)行工作。字節(jié)多路通道利用通道在傳送兩個(gè)字節(jié)之間的空閑時(shí)間為其他設(shè)備服務(wù)。數(shù)組多路通道當(dāng)某設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通道只為該設(shè)備服務(wù)；當(dāng)設(shè)備在執(zhí)行尋址等控制行動(dòng)作時(shí)，通道暫時(shí)斷開(kāi)與這個(gè)設(shè)備的連接，掛起該設(shè)備的通道程序，去為其他設(shè)備服務(wù)，既執(zhí)行其他設(shè)備的通道程序。二、 簡(jiǎn)答題1. 何謂Moore定律？制約其延續(xù)的主要因素是什么？有哪些理論依據(jù)？

16、集成于處理器裸片內(nèi)的晶體管數(shù)量每18個(gè)月翻一番，制約Moore定律延續(xù)的主要因素是工藝制程（電子經(jīng)過(guò)的線寬），其原理是這樣的：電子通道至少需要3個(gè)電子寬度（=3*10nm=30nm），當(dāng)小于它時(shí)，就需用量子理論描述，而不能用牛頓力學(xué)來(lái)解釋電子的運(yùn)動(dòng)及它的導(dǎo)電機(jī)理。（量子計(jì)算機(jī)就不屬于馮諾依曼結(jié)構(gòu)）2. 評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有哪幾個(gè)？并簡(jiǎn)述它們的內(nèi)涵？A. 支持CPU的類型和頻率范圍B. 對(duì)內(nèi)存的支持C. 對(duì)顯卡的支持D. 對(duì)硬盤(pán)和光驅(qū)的支持E. 擴(kuò)展性能和外設(shè)F. BIOS技術(shù)3. 馮、諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想？它包括哪些主要組成部分？答：馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的主要設(shè)計(jì)思想是存儲(chǔ)程序并

17、按地址順序執(zhí)行，它包括運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)。4. 簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作原理（如以IA32微機(jī)系統(tǒng)為例）5. “計(jì)算機(jī)應(yīng)用”與“應(yīng)用計(jì)算機(jī)”在概念上等價(jià)嗎？用學(xué)科角度和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明你的觀點(diǎn)。答：不等價(jià)的?！皯?yīng)用計(jì)算機(jī)”以人為主導(dǎo)因素，在層次結(jié)構(gòu)上可以表達(dá)為某一級(jí)的平臺(tái)，每一級(jí)的平臺(tái)使用計(jì)算機(jī)，開(kāi)發(fā)軟件?！坝?jì)算機(jī)應(yīng)用”強(qiáng)調(diào)計(jì)算為主導(dǎo)因素，在哪一個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，指計(jì)算機(jī)可在哪些領(lǐng)域中得到應(yīng)用。6. 何謂計(jì)算機(jī)的“實(shí)時(shí)系統(tǒng)”？用你所學(xué)習(xí)過(guò)的專業(yè)知識(shí)（如操作系統(tǒng)、組成原理等知識(shí)）闡述。答：計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)主要由傳感器、計(jì)算機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。實(shí)時(shí)

18、系統(tǒng)對(duì)邏輯和時(shí)序的要求非常嚴(yán)格，如果邏輯和時(shí)序出現(xiàn)偏差將會(huì)引起嚴(yán)重后果。實(shí)時(shí)系統(tǒng)有兩種類型：軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)和硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)僅要求事件響應(yīng)是實(shí)時(shí)的，并不要求限定某一任務(wù)必須在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)完成；而在硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，不僅要求任務(wù)響應(yīng)要實(shí)時(shí)，而且要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成事件的處理。通常，大多數(shù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)是兩者的結(jié)合。7. 何謂先行進(jìn)位發(fā)生（加法）器？導(dǎo)出其進(jìn)位產(chǎn)生方式。（提示：根據(jù)全加器的真值表）答： 先行進(jìn)位加法器就是并行加法器?；舅枷耄涸O(shè)全加器的行輸入Xi（加數(shù)），Yi（加數(shù)），Ci（進(jìn)位）先行進(jìn)位加法器把進(jìn)位的實(shí)現(xiàn)分成兩部分產(chǎn)生Gi=Xi Yi當(dāng)Xi=Yi=1時(shí)，即加法器有進(jìn)位出現(xiàn)傳送部分Pi，P

19、i=XiYi當(dāng)Xi，Yi僅有一個(gè)為1，則Pi=1，而Pi，Ci的值即為另一種有進(jìn)位的情況。所以，像高位產(chǎn)生進(jìn)位（Ci+1）的邏輯表達(dá)式為：Ci+1 = Gi + Pi Ci8. 什么是數(shù)據(jù)表示？什么是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？?jī)烧哂泻侮P(guān)系？為什么要學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？答：數(shù)據(jù)表示：直接可以被硬件識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)類型,即:可以直接被計(jì)算器指令運(yùn)算和處理,如整數(shù),浮點(diǎn)數(shù),向量等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：是由軟件實(shí)現(xiàn)和處理的數(shù)據(jù)類型. 如結(jié)構(gòu),記錄,表,樹(shù),圖等。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)表示的擴(kuò)充。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是為了增強(qiáng)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理的能力。9. 寄存器與三態(tài)緩沖器在數(shù)據(jù)總線中有何不同的作用？答： 三態(tài)緩沖器允許多個(gè)器件掛在一條總線上，它控制

20、器件對(duì)總線是否占用。寄存器保存輸入到數(shù)據(jù)總線的信號(hào)。10. 人們對(duì)存儲(chǔ)器有哪些要求？如何才能滿足這些要求？答： 人們對(duì)存儲(chǔ)器的基本要求：快，大，便宜?？墒悄壳皼](méi)有任何一種存儲(chǔ)滿足三個(gè)指標(biāo)。解決方法：存儲(chǔ)器層次結(jié)構(gòu)構(gòu)成存儲(chǔ)體系。11. 扼要說(shuō)明存儲(chǔ)器系統(tǒng)和存儲(chǔ)器體系有何異同之處。答： 存儲(chǔ)器系統(tǒng)和存儲(chǔ)器體系都是由多種存儲(chǔ)器構(gòu)成的一個(gè)整體。存儲(chǔ)器系統(tǒng)在邏輯上不是一個(gè)整體，對(duì)程序員不透明，存儲(chǔ)器體系多種存儲(chǔ)器在邏輯上構(gòu)成一個(gè)整體。12. cache主存分支和主存外存分支相同之處和不同之處。答： 兩者都是為了解決上下兩層存儲(chǔ)器速度不匹配而引入的存儲(chǔ)器分支，不同點(diǎn)在于cache是為解決cpu速度與主存速

21、度不匹配而引入的，主存是為解決cache與外存速度不匹配而引入的。13. U盤(pán)與主存有何異同之處？答： 兩者都是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，U盤(pán)獨(dú)處數(shù)據(jù)快，擦除也快。U盤(pán)不能進(jìn)行字節(jié)快的刪除，主存可以。14. 什么是RISC、CISC、EPIC？它們各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答： RISC的指令少，控制單元簡(jiǎn)單，但是編譯程序需要更多的指令。CISC的指令多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頻繁使用的指令少。但是這些復(fù)雜性不需要增加開(kāi)發(fā)的成本。15. 何謂I/O獨(dú)立編址、I/O統(tǒng)一編址？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？答： 1.獨(dú)立編址（專用的I/O端口編址）存儲(chǔ)器和I/O端口在兩個(gè)獨(dú)立的地址空間中。（1）優(yōu)點(diǎn)：I/O端口的地址碼較短，譯碼電路簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)器同I

22、/O端口的操作指令不同，程序比較清晰；存儲(chǔ)器和I/O端口的控制結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，可以分別設(shè)計(jì)。（2）缺點(diǎn)：需要有專用的I/O指令，程序設(shè)計(jì)的靈活性較差。2.統(tǒng)一編址（存儲(chǔ)器映像編址）存儲(chǔ)器和I/O端口共用統(tǒng)一的地址空間，當(dāng)一個(gè)地址空間分配給I/O端口以后，存儲(chǔ)器就不能再占有這一部分的地址空間。（1）優(yōu)點(diǎn)：不需要專用的I/O指令，任何對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的指令都可用于I/O端口的數(shù)據(jù)操作，程序設(shè)計(jì)比較靈活；由于I/O端口的地址空間是內(nèi)存空間的一部分，這樣，I/O端口的地址空間可大可小，從而使外設(shè)的數(shù)量幾乎不受限制。（2）缺點(diǎn)：I/O端口占用了內(nèi)存空間的一部分，影響了系統(tǒng)的內(nèi)存容量；訪問(wèn)I/O端口也要

23、同訪問(wèn)內(nèi)存一樣，由于內(nèi)存地址較長(zhǎng)，導(dǎo)致執(zhí)行時(shí)間增加。16. 簡(jiǎn)述在并行處理技術(shù)中，并行性的兩種含義。答： 一是同時(shí)性，指兩個(gè)以上食物在同一時(shí)刻發(fā)生；二是并發(fā)行，是指兩個(gè)以上時(shí)間在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。17. 扼要說(shuō)明媒體和多媒體技術(shù)的物理意義。答： 多媒體CPU是帶有MMX技術(shù)的處理器。MMX是一種多媒體擴(kuò)展結(jié)構(gòu)技術(shù)，特別適合于圖像數(shù)據(jù)處理，極大地提高了計(jì)算機(jī)在多媒體和通信應(yīng)用方面的功能。18. 請(qǐng)分別指出在磁盤(pán)存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)中，存儲(chǔ)密度、存儲(chǔ)容量、平均存取時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸率的物理意義。答： 存儲(chǔ)密度表示磁盤(pán)存儲(chǔ)器單位面積存放數(shù)據(jù)的多少。存儲(chǔ)容量表示磁盤(pán)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。平均存取時(shí)間表示磁盤(pán)

24、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的快慢。數(shù)據(jù)傳輸率表示磁盤(pán)存儲(chǔ)器向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的快慢。19. 扼要說(shuō)明CDROM光盤(pán)的存儲(chǔ)機(jī)理。答： 光盤(pán)上的信息以坑點(diǎn)形式分布，有坑點(diǎn)表示為“1”，無(wú)坑點(diǎn)表示為“0”，一系列的坑點(diǎn)（存儲(chǔ)元）形成信息記錄道，讀出時(shí)，當(dāng)激光束聚焦點(diǎn)照射在凹坑上時(shí)將發(fā)生衍射，反射率低；而聚焦點(diǎn)照射在凸面上時(shí)大部分光將返回。根據(jù)反射光的光強(qiáng)變化并進(jìn)行光-電轉(zhuǎn)換，即可讀出記錄信息。20. 闡述CPU與輸入輸出系統(tǒng)信息交換的幾種方式。答：程序查詢方式：很少使用。數(shù)據(jù)傳送完全靠計(jì)算機(jī)程序控制。 程序中斷方式：外圍設(shè)備“主動(dòng)”通知CPU，準(zhǔn)備送出輸入數(shù)據(jù)或接收輸出數(shù)據(jù)的一種方法。 直接內(nèi)存訪問(wèn)方式：DMA控制

25、器從CPU完全接管對(duì)總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò)CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進(jìn)行。 通道方式：通道實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的統(tǒng)一管理和外圍設(shè)備與主存之間的數(shù)據(jù)傳送。 外圍處理機(jī)方式：外圍處理機(jī)基本上獨(dú)立于主機(jī)工作，承擔(dān)I/O控制、通信、維護(hù)診斷等任務(wù)。三、 計(jì)算題l 機(jī)器數(shù)的運(yùn)算（補(bǔ)碼的加、減、乘、除）X補(bǔ) + Y 補(bǔ) = X + Y補(bǔ)X - Y補(bǔ) = X補(bǔ) - Y 補(bǔ) = X補(bǔ) + - Y 補(bǔ)（其中 - Y 補(bǔ) = Y 補(bǔ) + 2-n）l 浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算馮諾依曼浮點(diǎn)數(shù)EsE1 E2. EmMsM1 M2 .Mn32位的IEEE754標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)數(shù)31 30 23 22 0SE（階碼E= e + 127

26、）Ml 數(shù)的轉(zhuǎn)換( 浮點(diǎn)數(shù) )x = ( -1 )s * ( 1.M ) * 2E-127l 流水線的加速比、吞吐率、時(shí)空?qǐng)D加速比：SP = kn / ( k + n - 1)吞吐率：TP = n / ( k + n - 1) * t 其中k為流水線的級(jí)數(shù)，n為指令的條數(shù)，t為CPU時(shí)鐘周期指令流水線有取指（IF），譯碼（ID），執(zhí)行（EX），訪存（MEM），寫(xiě)回寄存器堆（WB）五個(gè)過(guò)程段，共有20條指令連續(xù)輸入流水線。（1） 畫(huà)出流水處理的時(shí)空?qǐng)D，假設(shè)時(shí)鐘周期為100ns（2） 求流水線的實(shí)際吞吐率（單位時(shí)間里執(zhí)行完畢的指令數(shù)）（3） 求流水線的加速比。用時(shí)空?qǐng)D法證明流水計(jì)算機(jī)比非流水計(jì)算機(jī)

27、具有更高的吞吐率。（下面有）用定量描述法證明流水計(jì)算機(jī)比非流水計(jì)算機(jī)具有更高的吞吐率。（下面有）l 帶寬計(jì)算存儲(chǔ)器設(shè)存儲(chǔ)器容量為32字，字長(zhǎng)64位，模塊m=4，分別用順序方式和交叉方式進(jìn)行組織。存儲(chǔ)周期T=200ns，數(shù)據(jù)總線寬度為64位，總線傳送周期t=50ns，未能順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬各是多少？解：順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出m=4 個(gè)字的信息總量都是64 * 4 = 256(位)順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器連續(xù)讀出4個(gè)字所需要的時(shí)間分別是：t2 = mT = 4 * 200ns = 8 * 10-7 st1 = T + (m-1)t = 200ns + 3 * 50ns = 3.5

28、* 10-7s順序存儲(chǔ)器和交叉存儲(chǔ)器的帶寬分別是W2 = 256 / t2 = 32 * 10-7( 位/ s )W2 = 256 / t1 = 73 * 10-7( 位/ s )并行AGP、PCI某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為33MHz，總線帶寬是多少？如果一個(gè)總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率升為66MHz，總線帶寬是多少？Dr = D / T = D* f = 4B * 33 * 106/s = 132MB/sDr = D * f = 64/8 B * 66 * 106/s = 528 MB/s串行Moden帶寬

29、利用串行方式傳送字符，每秒鐘傳送的比特（bit）位數(shù)常稱為波特。假設(shè)數(shù)據(jù)傳送速率是120個(gè)字符/秒，每一個(gè)字符格式規(guī)定包含10個(gè)比特位（起始位，停止位，8個(gè)數(shù)據(jù)位），問(wèn)傳送的波特率是多少？每個(gè)比特位占用的時(shí)間是多少？解：波特率為：位波特每個(gè)比特位占用的時(shí)間是波特率的倒數(shù)：秒VRAM與分辨率、色深、存儲(chǔ)器帶寬刷存的重要性能指標(biāo)是他的帶寬，實(shí)際工作時(shí)顯示適配器的幾個(gè)功能部分要爭(zhēng)用刷存的帶寬。假定總貸款的用于刷新屏幕，保留帶寬用于其他非刷新功能。若顯示工作方式采用分辨率為，顏色深度為，幀頻（刷新速率）為，計(jì)算刷存總帶寬應(yīng)為多少？為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施？解：刷新所需帶寬分辨率每個(gè)像

30、素點(diǎn)顏色深度刷新速率刷存總帶寬為：（）為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，可采取如下技術(shù)措施：使用高速的芯片組成刷存；刷存采用多體交叉結(jié)構(gòu)；刷存至顯示控制器的內(nèi)部總線寬度由位提高到位，甚至位；刷存采用雙端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，將其刷新端口與更新端口分開(kāi)。l Cache的命中率、效率、平均訪問(wèn)時(shí)間的計(jì)算命中率：= Nc / (Nc + Nm) (Nc:訪問(wèn)次數(shù)，訪問(wèn)內(nèi)存次數(shù))主存系統(tǒng)平均訪問(wèn)時(shí)間：（）訪問(wèn)效率：（）（）（）執(zhí)行一段程序時(shí)，完成存取的次數(shù)為次，主存完成存取的次數(shù)為次，已知存取周期為，主存存取周期為，求主存系統(tǒng)的效率和平均訪問(wèn)時(shí)間。解：（）（）（）（）（）l 根據(jù)寄存器堆棧、存儲(chǔ)器堆棧的算法計(jì)算執(zhí)行入（

31、PUSH）、出（POP）棧指令后的指針位置。進(jìn)棧操作：（），（）出棧操作：（），（）l 硬盤(pán)、CDROM的存儲(chǔ)機(jī)理和容量的計(jì)算磁盤(pán)組有片磁盤(pán)，每片有兩個(gè)記錄面，最上最下兩個(gè)面不用，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑，外徑，道密度為道，內(nèi)層位密度位，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)分，問(wèn)：（） 共有多少柱面？（） 盤(pán)組總存儲(chǔ)容量是多少？（） 數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（） 采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么？尋址命令中如何表示磁盤(pán)地址？（） 如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在一個(gè)存儲(chǔ)面上，還是記錄在一個(gè)柱面上？解：（）有效存儲(chǔ)區(qū)域（）因?yàn)榈烂芏鹊?，所以道，即個(gè)柱面（）內(nèi)層磁道周長(zhǎng)為（）每道信息量位位每面信息量盤(pán)組信息量（）（

32、）數(shù)據(jù)傳輸率為每道容量為磁盤(pán)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)秒秒（）采用定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個(gè)記錄塊（扇區(qū)），每個(gè)記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長(zhǎng)記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動(dòng)頭磁盤(pán)組的編址方式可用如下格式：17 16 15 873 0臺(tái)號(hào)柱面（磁道）號(hào)盤(pán)面（磁頭）號(hào)扇區(qū)號(hào)此地址格式表示有臺(tái)磁盤(pán)，每臺(tái)有個(gè)記錄面，每面有個(gè)磁道，每道有個(gè)扇區(qū)。（） 如果某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一個(gè)柱面上，因?yàn)椴恍枰匦抡业?，?shù)據(jù)讀寫(xiě)快。光盤(pán)的恒定線速度是每秒鐘讀出個(gè)扇區(qū)光盤(pán)的外緣有寬的范圍因記錄數(shù)據(jù)困難，一般不使用，故標(biāo)準(zhǔn)的播放時(shí)間為分鐘。計(jì)算模式和模式情況下光盤(pán)存儲(chǔ)容量是多少？解：扇區(qū)總數(shù)分鐘秒扇區(qū)秒（扇

33、區(qū)）模式存放計(jì)算機(jī)程序和數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)容量為四、 分析題l 分析主存與cache的三種地址映射算法及示意圖。并能分析地址變換原理。全相聯(lián)方式：將主存中一個(gè)快的地址（塊號(hào)）與字的內(nèi)容（字）一起存于cache的行中，其中塊地址存于cache行的標(biāo)記部分中。CPU訪存指令指定了一個(gè)內(nèi)存地址（包括主存和cache），為了快速檢索，指令中的塊號(hào)與cache中所有行的標(biāo)記同時(shí)在比較器中進(jìn)行比較。如果塊號(hào)命中，則按字地址從cache中讀取一個(gè)字；如果塊號(hào)未命中，則按內(nèi)存地址從主存中讀取這個(gè)字。直接映射方式：一個(gè)內(nèi)存塊只能拷貝到cache的一個(gè)特定行位置上去。Cache的行號(hào)i和主存的塊號(hào)j有如下函數(shù)關(guān)系：i=

34、j mod m（其中m為cache的行數(shù)）cache將s位的塊地址分成兩部分：r位作為cache的行地址，s r位作為標(biāo)記（tag）與塊數(shù)據(jù)一起保存在該行。當(dāng)CPU以一個(gè)給定的內(nèi)存地址訪問(wèn)cache時(shí)，首先用r位行號(hào)找到cache中的此一行，然后用地址中的s - r位標(biāo)記部分與此行的標(biāo)記在比較器中作比較。若相符，則命中，在cache中找到了所要求的塊，爾后用地址中最低的W為讀取所需求的字。若不符，則未命中，有主存讀取所要求的字。組相聯(lián)方式：將cache分成u組，每組v行。主存塊存放到哪個(gè)組是固定的，至于存到該組哪一行是靈活的，有如下函數(shù)關(guān)系：m = u * v組號(hào)q = j mod u當(dāng)CPU

35、給定一個(gè)內(nèi)存地址訪問(wèn)cache時(shí)，首先用塊號(hào)域的低d位找到cache的相應(yīng)組，然后將塊號(hào)域的高s d位與該組v行中的所有標(biāo)記同時(shí)進(jìn)行比較。哪行的標(biāo)記與之相符，哪行即命中。l Cache的一致性、替換策略、寫(xiě)入策略要注意cache與CPU、cache與主存之間的關(guān)系。一致性主要是考慮數(shù)據(jù)的一致性，要我們分析的也就是分析當(dāng)數(shù)據(jù)修改時(shí)cache與主存之間數(shù)據(jù)的一致性。替換策略：（） 最不經(jīng)常使用算法（LFU）：將一段時(shí)間內(nèi)被訪問(wèn)次數(shù)最少的哪行數(shù)據(jù)換出。（） 近期最少使用算法（LRU）：將近期內(nèi)長(zhǎng)久未被訪問(wèn)過(guò)的行換出。（） 隨機(jī)替換：從特定的行位置中隨機(jī)地選取一行換出。寫(xiě)入策略：（） 寫(xiě)回法：當(dāng)CPU

36、寫(xiě)cache命中時(shí)，只修改cache的內(nèi)容，而不立即寫(xiě)入主存；只有當(dāng)此行被換出時(shí)才寫(xiě)回主存。（） 全寫(xiě)法：當(dāng)寫(xiě)cache命中時(shí)，cache與主存同時(shí)發(fā)生些修改。（） 寫(xiě)一次法：只是第一次寫(xiě)命中時(shí)要同時(shí)寫(xiě)入主存。l 分析存儲(chǔ)器的正確R/W時(shí)序圖如圖示SRAM的寫(xiě)入時(shí)序圖。其中R/W是讀/寫(xiě)命令控制線，當(dāng)R/W線為低電平時(shí)，存儲(chǔ)器按給定地址把數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器。請(qǐng)指出圖中寫(xiě)入時(shí)序中的錯(cuò)誤，并畫(huà)出正確的寫(xiě)入時(shí)序圖。 解：寫(xiě)入存儲(chǔ)器的時(shí)序信號(hào)必須同步。通常，當(dāng)R/W線加負(fù)脈沖時(shí)，地址線和數(shù)據(jù)線的電平必須是穩(wěn)定的。當(dāng)R/W線達(dá)到低電平時(shí)，數(shù)據(jù)立即被存儲(chǔ)。因此，當(dāng)R/W線處于低電平時(shí)，如果數(shù)據(jù)線改變了數(shù)值，那么存儲(chǔ)器將存儲(chǔ)新的數(shù)據(jù)。同樣，當(dāng)R/W線處于低電平時(shí)地址線如果發(fā)生了變化，那么同樣數(shù)