计算机组成原理复习
1.简述运算器和控制器的主要功能
运算器的主要功能是完成算数运算和逻辑运算;控制器的主要功能是对指令译码，并产生相应的控制信号。
2.简述输入设备和输出设备的基本功能
输入设备将人们书序的信息(数字.字符、文字、图形、图像、声音)形式转换成计算机能接受并识别的信息(二进制信息)形式，输出设备则将计算机内部信息形式转换成人们熟悉的信息形式。.
3.算术运算和逻辑运算个包括那些运算操作?
算术运算对数据进行算数操作，包括加减乘除四则:运算和数据格式转换;逻辑运算按位对数据进行与或非异或和移位等操作。
4.机器语言汇编语言高级语言有何区别?
机器语言是一种用二进制代码表示的计算机语言，机器可以直接执行用机器语言编写的程序。
汇编语言是一种用助记符表示的与机器语言一一对应的语言，用汇编语言编写的程序需经过汇编后才能执行。
高级语言是一种接近人类自然语言的与计算机结构无关的语言，用高级语言编写的程序要经过解释和编译才能执行。
5.什么是指令?什么是程序?
指令是机器完成某种操作的命令，典型的指令包括操作码和地址码两部分。操作码用来指出执行什么操作(如加、传送),地址码用来指出操作数在什么地方、程序是有序指令的集合，用来解诀某一特定问题。
6.存储器中存储的数据和指令是怎么区分的?
在存储程序的计算机中，指令和数据都是以二进制的形式存放在存储器中。从存储器中存储的内容本身看不出它是指令还是数据，因为它们都是二进制代码。计算机在读取指令时把从存储器中读到的信息都看作是指令,而在读取数据时则把从存储器中读到的信息都看作是操作数，所以为了不产生混乱，在进行汇编程序设计时要注意区分存储器中的信息是程序还是
数据，而用高级语言设计程序一般不会产生上述问题。
7.寄存器的功能是什么?
寄存器在运算时用于保存运算数据和中间运算结果，以提高运算速度。此外，寄存器还可以存放指令、指令地址、程序运行状态等。寄存器还可以作为数据缓存。
8.编译程序和解释程序的区别是什么?
编译程序和解释程序的作用都是将高级语言程序转换成机器语言程序，但转换的过程不同。
编译程序在编译时先检验程序错误,进行结构分析后转换成中间代码，然后将中间代码转换为机器指令代码，最后还需执行机器指令。这种方法编译时间长，运行速度块。
解释程序前先检查错误，然后边解释边执行。这种方法简单，但运行速度慢，主要用于调试程序。
9.什么是存储单元、元地址存储体、存储容量?
存储单元是存储器的基本存储单位，用于存放几个字信息，可以使指令或数据。对存储单元用二进制统一编号，编号就是单元地址，信息存储按地址进行。存储单元的总数乘以每个存储单元的容量称为存储容量。
10.什么是机器字长、指令字长、存储字长?
机器字长是指CPU一次能处理数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。指令字长是指计算机指令中二进制代码的总位数。存储字长是指存储单元中存放二进制代码的总位数。三者可以相当也可以不等，视不同机器而定。
11.计算机的硬件指标有哪些?
(1)机器字长: CPU一次能处 理的数据的位数，通常与CPU寄存器的位数有关。
(2)存储容量:包括主存容量和辅存容量，是存放二进制代码的总和，可用位(Bit)或字节(Byte)来衡量。
(3)运算速度:可用MIPS(每秒执行的百万条指令数)、CPI (没执行一条指令所需的时钟周期数)或FLOPS(每秒浮点运算次数)来衡量运算速度。
12.大数端和小数端两种数据存储方式
当数据的位数超过一个字节时，将低位字节存放在低位地址的存储方式为小数端存储方式；将高低位字节存放在低位地址的存储方式为大数端存储方式。
13.什么是计算机系统硬件与软件之间的界面，其主要功能是什么?
从程序的编制与执行的角度来看，指令规定了计算机的操作类型及操作数地址，它们是产生各种控制信息的基础。另外，从硬件设计的角度看，在设计计算机时先要确定其硬件能够直接执行哪些操作，表现为一组指令的集合，称之为该计算机的指令系统。因此，指令系统体现了一台计算机的软硬件界面。指令系统包含若干指令,它规定了计算机功能的强弱及硬件复杂程度。
14.什么叫指令地址,形式地址,有效地址。
指令地址:指令在内存中的地址;形式地址:指令地址字段给出的地址;有效地址:形式地址经一定的运算而得到的操作数的实际地址。
15.RISC指令系统具有哪些主要特点?
RISC指令系统通过简化指令,使计算机的结构更加简单合理,并通过减少指令执行周期数的途径，达到提高机器速度的目的。
其特点如下。
(1)选取使用频度较高的一些简单指令。复杂指令的功能由执行频度高的简单指令组合来实
现。
(2)指令长度固定，指令格式和寻址方式种类少。
(3) CPU中通用寄存器数量多，大多数指令操作都在寄存器之间进行，只有取数(LOAD)和存数(STORE)指令访问存储器。
(4)采用流水线技术们大部分指令在--个时钟周期内完成。
(5)控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。
(6)采用优化编译程序。
16.简述CPU的功能
CPU具有控制程序的顺序执行（称指令控制），产生完成每条指令的所需的控制命令（称操作控制），对各种操作加以时间上的控制（称时间控制），对数据进行算术运算和逻辑运算（数据加工）以及处理中断等功能。
17.什么是总线？总线的特点？总线的功能分类
总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。总线实际上是由许多个传输线或通路组成，每条线可一位一位地传输二进制代码，一串二进制代码可在一段时间内逐一传输完成。
总线的特性：机械特性，电气特性，功能特性，时间特性。
机械特性：总线在机械连接方式上地一些性能。
电气特性：总线的每一根传输线上的信号的传递方向和有效的电平范围。
功能特性：总线上每根传输线的功能。
时间特性：总线中任一根线在什么时间内有效。
总线分类：
片内总线，系统总线（数据总线，地址总线，控制总线），通信总线
18.什么是接口？接口的主要功能
接口可以看做是两个系统或两个部件之间的交换部分，它既可以是两种硬设备之间的连接电路，也可以是两个软件之间的共同逻辑边界。
接口的功能：选址功能，传送命令的功能，传送数据的功能，反映I/O设备功能状态的功能。
19.计算机的五大部件，主要功能
计算机由运算器，存储器，控制器，输入设备，输出设备五大部件组成。
运算器用来完成逻辑运算和算术运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内。
存储器用来存放数据和程序。
控制器用来控制，指挥程序和数据的输入，运行以及处理运算结果。
输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见的有键盘，鼠标等。
输出设备可将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出，显示器输出等。
20．什么是总线？总线主要有哪些特性？
(1)总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
(2)总线特性： 机械特性（总线在机械连接方式上的一些性能）、
电气特性（总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围）、
功能特性（总线中每根传输线的功能）、
时间特性（总线中的任一根线在什么时间内有效）
21．简述程序中断方式处理过程流程。
（1）保护现场（一、保护程序的断点；二、保存通用寄存器和状态寄存器的内容）、
（2）中断服务（中断服务程序的主体部分，对不同的中断请求源其中断服务操作内容不同）、
（3）恢复现场（中断服务程序的结尾部分，要求在退出服务程序前，将原程序中断时的“现场”恢复到原来的寄存器中）、
（4）中断返回（中断服务程序的最后一条指令通常是一条中断返回指令，使其返回到原程序的断点处,以便继续执行原程序）
22．在DMA方式中有没有中断请求？为什么？
有；因为当字计数器溢出时，表示一批数据交换完毕，由“溢出信号”通过中断机构向CPU提出中断请求，请求CPU作DMA操作的后处理。
23．简述SRAM和DRAM保存信息原理及其特点。
（1）SRAM:以触发器原理寄存信息；集成度低、芯片引脚多、功耗大、价格高、速度快、刷新无
（2）DRAM:以电容充电放电原理寄存信息；集成度高、芯片引脚少、功耗小、价格低、速度慢、刷新有
24．根据CPU访存的性质不同，可将CPU的工作周期分为哪几类？分别完成什么操作？
(1)取指周期(取指令)、
(2)间址周期(取有效地址)、
(3)执行周期(取（或存）操作数)、
(4)中断周期(将程序断点保存起来)
25．中断周期前和中断周期后各是CPU的什么工作周期？中断周期完成什么操作？
(1)中断周期前为执行周期，中断周期后为取指周期。
(2)中断周期完成下列操作：保存程序断电；硬件关中断；将向量地址送至程序计数器（硬件向量法）或将中断识别程序入口地址送至程序计数器（软件查询法）。
26．简述主存与高速缓冲存储器之间的三种映射方式及其特点。
（1）直接映射：实现简单，但不够灵活，命中率低。
（2）全相联映射：方式灵活，命中率高，但成本较高。
（3）组相联映射：块的冲突概率比较低，块的利用率大幅度提高，块失效率明显降低。但实现难度和造价要比直接映象方式高。
27．试说明产生后继微指令地址的4种主要方式及其特点。
（1）直接由微指令的下地址字段指出（由微指令的下地址字段直接指出了后续微指令的地址，又称为断定方式）；
（2）根据机器指令的操作码形成（当机器指令取至指令寄存器后，微指令的地址由操作码经微地址形成部件形成）；
（3）增量计数器法（在很多情况下，后续微指令的地址是连续的，因此对于顺序地址，微指令了采用该方式）；
（4）分支转移（当遇到条件转移指令时微指令出现了分支，必须根据各种标志来决定下一条微指令的地址）。
28．串行传输和并行传输有何区别？各应用于什么场合？
（1）串行传输是指数据在一条线路上按位依次进行传输，线路成本低，但速度慢，适合于远距离的数据传输的场合。
（2）并行传输是每个数据位都有一条独立的传输线，所有的数据位同时传输，其传输速度快、成本高，适应于近距离、高速传输的场合。
29．DMA方式中的中断请求和程序中断方式中的中断请求有何区别？
（1）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；
（2）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方式可在指令周期内的任一存取周期结束时响应；
（3）程序中断方式有处理异常事件的能力，DMA方式没有这种能力；
（4）程序中断方式需要中断现行程序，故需保护现场，
DMA方式不中断现行程序，无需现场保护；
（5）DMA的优先级比程序中断的优先级高。
30.试说明微指令中的操作控制字段的4种主要编码方式及其特点。
（1）直接编码方式（含义清晰，速度快，但控存容量极大）、
（2）字段直接编码方式（缩短了微指令的长度，但微指令的执行速度减慢）、
（3）字段间接编码方式（进一步缩短微指令字长，但削弱了微指令的并行控制力）、
（4）混合编码（综合考虑微指令的字长、灵活性和执行微指令的速度）
31.冯诺依曼结构的特点
- 计算机由运算器、存储器、控制器、输入输出设备组成
- 指令和数据以同等地位存储在存储器中，按地址访问
- 指令数据均用二进制表示
- 指令顺序存放，顺序执行
- 以运算器为中心（现代计算机以存储器为中心）
32.编译和解释的区别
都是翻译的方式
编译：将源代码转化成目标代码文件，然后执行
解释：边翻译边执行，无目标代码文件
33.机器字长、指令字长、存储字长区别
机器字长：计算机可直接处理的二进制数据位数，一般等于CPU内部寄存器的大小
指令字长：一个指令字包含的二进制代码位数（一般为存储字长的整数倍）
存储字长：一个存储单元存储的二进制代码长度（MDR的位数）
34.什么是CPI，MIPS
CPI：执行一条指令所需时钟周期数
MIPS：每秒多少百万条指令=主频/CPI
35.在计算机中为什么采用二进制表示数据
- 从可行性角度，二进制只有两种状态0和1，很多电子元件都能表示这两种状态
- 从运算简易性角度，二进制运算法则少，运算简单，有利于简化计算机硬件结构
- 从逻辑角度，0和1对应逻辑代数的假和真，有逻辑代数理论基础
36.存取时间和存取周期的区别
存取时间：从启动一次存储器到完成该操作的时间
存取周期：两次独立访问存储器操作之间的最小间隔
存取周期=存取时间+恢复时间
37.SRAM和DRAM的区别
SRAM由双稳态触发器构成，速度快，用来做高速缓冲存储器（Cache）
DRAM由电容来存储数据，需要刷新，用作内存，采用地址复用技术
38.高位交叉编址和低位交叉编址的区别
高位：地址中体号在前，连续的地址在同一个模块中
低位：地址中体号在后，连续的地址分布在不同的模块中，可以用流水线机制降低存取时间
39.Cache与主存的映射方式有哪些
- 直接映射：主存块放在Cache的唯一位置
- 全相联映射：主存块可放在Cache的任意位置
- 组相联映射：将Cache分为若干组，主存块可放在每组的任意位置
40.Cache的写策略
写直通+非写分配：命中，则同时写入Cache和主存，不命中，则只写入主存，不调块
写回+写分配：命中，则只修改Cache，不写入主存，不命中，则将主存块调入Cache，更新这个Cache块
41.指令的寻址方式有哪些
-
顺序寻址
通过程序计数器(PC)加一，自动生成下一条指令的地址
-
跳跃寻址
通过转移指令实现，由本条指令给出下一条指令地址的计算方式
42.数据寻址的方式有哪些
- 隐含寻址
- 立即数寻址：直接给出操作数
- 直接寻址：给出操作数在主存中的地址
- 间接寻址：给出操作数在主存中的地址的地址
- 寄存器寻址：给出存储操作数的寄存器地址
- 寄存器间接寻址：在寄存器中给出操作数在主存中的地址
- 相对寻址：给出相对于当前指令的位移量
- 基址寻址：给出相对于基址寄存器中地址的位移量，基址寄存器中的值一般不可变
- 变址寻址：给出相对于变址寄存器中地址的位移量，变址寄存器中的值由用户指定，可变
43.CISC和RISC的区别
CISC：指令集复杂，数目多，指令长度不固定，寻址方式多，采用微程序控制，可使用的通用寄存器少
RISC：指令集简单，数目少，定长指令，只有Store/Load指令可以访存，寻址方式少，采用组合逻辑控制，可使用通用寄存器多
44.CPU的组成
- 运算器
- 算数逻辑单元(ALU)
- 累加寄存器(ACC)
- 程序状态字寄存器(PSW)
- 通用寄存器
- 暂存寄存器、移位器、计数器
- 控制器
- 程序计数器(PC)
- 指令寄存器(IR)
- 指令译码器(ID)
- 存储器地址寄存器(MAR)
- 存储器数据寄存器(MDR)
- 时序系统、微操作信号发生器
45.什么是指令周期、机器周期和时钟周期
指令周期：CPU每取出并执行一条指令所需的全部时间
机器周期：执行指令周期中一步相对完整的操作所需的时间（如取值周期），通常取机器周期为存取周期
时钟周期：计算机主频的倒数，是计算机运行的最基本时序单位
46.指令周期的划分
- 取指周期：根据PC的内容从主存中取出指令放入IR中
- 间址周期：取操作数的有效地址
- 执行周期
- 中断周期
47.影响流水线性能的因素
-
资源冲突
多条指令在同一时刻争用同一资源而形成的冲突
解决：前一条指令访存时，后一条指令暂停一个时钟周期
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数据冲突
必须等待前一条指令执行完才能执行后一条指令
解决：数据旁路技术（前一条指令的结果不用写回寄存器组，直接作为后一条指令的输入）、暂停几个时钟周期、编译调整顺序
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控制冲突
转移指令和其他改变PC值得指令造成断流
解决：分支预测、预取两个方向上的目标指令
48.数据总线和数据通路的区别
数据总线：承载数据的媒介
数据通路：各个功能部件通过数据总线连接形成的数据传输路径
49.总线仲裁的方式有哪些
50.磁盘存取时间的构成
- 寻道时间：磁头移动到目标磁道的时间
- 旋转延迟时间：磁头定位到所在扇区的时间
- 传输时间：传输数据的时间
51.中断处理的过程
- 关中断
- 保存断点：将PC压入堆栈
- 中断服务程序寻址
- 保存现场和屏蔽字（PSW,通用寄存器值）
- 开中断
- 执行中断服务程序
- 关中断
- 恢复现场和屏蔽字
- 开中断
- 返回断点
52.DMA方式和中断方式的区别
- 中断响应只在中断周期时响应，DMA请求的响应可以在每个机器周期结束时
- 中断传输过程中要CPU的干预，DMA不需要
- DMA请求的优先级高于中断请求
参考：
- https://www.cnblogs.com/xxxxxiaochuan/p/12625990.html
- https://blog.csdn.net/qq_42167587/article/details/103227729
- https://blog.csdn.net/qq_17623363/article/details/94405458
- https://www.cnblogs.com/xkf97/p/12742948.html
