计算机组成原理要点.doc

计算机组成原理要点1. 按计算机内所处理的信号性质的不同，可将计算机分为数字计算机和模拟计算机，现实中我们所常用的计算机都属于数字计算机。2. 数字计算机与模拟计算机的主要区别3. 世界上最早的微处理器是Intel公司的Intel4004。4. 计算机主要性能指标l 吞吐量l 响应时间l 利用率l 处理机字长l 总线宽度l 存储器容量l 存储器带宽l 主频/时钟周期l CPU执行时间l MIPSl MFLOPSl TFLOPS5. 冯诺依曼型计算机l 存储程序l 按地址自动执行l 五大部件：包括控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备l 以运算器为中心6. 计算机硬件中五大部分的各自功能简述。7. 冯.诺依曼体系结构计算机的核心思想是：程序存储和程序控制。8. 计算机主机通过适配器与外围设备相联以实现不同设备之间速度的匹配及数据格式的转换。9. 计算机各部件之间通过总线相互联结。10. 计算机软件主要有两大类：l 系统软件：用来简化程序设计，简化使用方法，提高计算机的使用效率，发挥和扩大计算机的功能及用途。它包括以下四类：各种服务性程序，如诊断程序、排错程序、练习程序等语言程序，如汇编程序、编译程序、解释程序等操作系统数据库管理系统l 应用软件：用户利用计算机来解决某些问题而编制的程序，如工程设计程序、数据处理程序、自动控制程序、企业管理程序、情报检索程序、科学计算程序等。11. 计算机系统的层次结构l 第一级是微程序设计级。硬件级。l 第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。硬件级。l 第三级是操作系统级。软件级。l 第四级是汇编语言级。软件级。l 第五级是高级语言级。软件级。12.软件与硬件的逻辑等价性l 随着大规模集成电路技术的发展和软件硬化的趋势，计算机系统的软、硬件界限已经变得模糊了。因为任何操作可以由软件来实现，也可以由硬件来实现；任何指令的执行可以由硬件完成，也可以由软件来完成。任何操作可以由软件来实现也可以有硬件来实现（设计计算机系统时，应考虑各个方面的因素：价格、速度、可靠性、存储容量、变更周期）l 实体硬件机功能的扩大l 固件的概念（功能上是软件，形态上是硬件）13.IEEE754标准l S为符号位。l M是尾数，采用纯小数表示l E是阶码，8位，采用移码表示。l 规格化。l 32位的浮点数中符号位1位，阶码域8位，尾数域23位，指数偏移值是127。l 64位的浮点数中符号位1位，阶码域11位，尾数域52位，指数偏移值是1023。14. 假定机器数为8位定点整数(符号位1位)，分别写出以下十进制数的原码、补码、反码、移码：-35,127,127，-1，同时指明四种不同机器数各自的取值范围。15. 分别写出27/64及-27/64各自按IEEE754标准的32位浮点规格化数。16.溢出判断的两种方法：双符号位法和单符号位法。17.假定机器数为8位，采用双符号位法，请计算x-y的结果，并判断是否发生溢出及发生了什么溢出（正溢出或负溢出）：l x=+111001 y=+111111l x=+111001 y=-11111118. 74181是一种4位的多功能ALU。19. 定点运算器的三种基本结构及各自优缺点。20. 海明码。设要传输的信息码为0100，完成以下操作：l 请确定最短的传输码长度（信息码加校验码的总长度）l 如果采用海明码进行校验，请写出正确的海明码21.CRC码设要传输的信息码为001，生成多项式为11101，求其CRC。22. 流水线技术原理及优缺点23. 三态门电路中的三态是指高电平状态、低电平状态和高电阻状态。24. 存储器的分类l 按存储介质分类：磁表面/半导体存储器l 按存取方式分类：随机/顺序存取（磁带）l 按读写功能分类：ROM，RAMl RAM：双极型/MOSl ROM：MROM/PROM/EPROM/EEPROMl 按信息的可保存性分类：永久性和非永久性的l 按存储器系统中的作用分类：主/辅/缓/控25. 存储器的体系结构采用层次结构的最终目的是达到最佳的性能价格比。26. 主存储器的技术指标字存储单元：存放一个机器字的存储单元，相应的单元地址叫字地址。l 存储容量：l 存取时间：l 存储周期：l 存储器带宽：27. DRAM几种不同刷新方式的差别28. 双端口存储器原理29. 多模块交叉存储器原理30.CACHE原理31. CPU执行一段程序时，cache完成存取的次数为1900次，主存完成存取的次数为100次，已知cache存取周期为50ns，主存存取周期为250ns，求cache/主存系统的效率和平均访问时间。32. 主存与cache的三种地址映射方式：全相联映射方式；直接映射方式；组相联映射方式。33. CACHE的三种写操作策略：写回法；全写法；写一次法。34. 由128KX8的存储芯片组成1024KX32的存储器，要求完成如下功能：l 共需多少芯片l 画出此存储器与CPU的连接框图l 写出各芯片的地址范围35. 一条机器指令由两部分组成：操作码（表明要进行的操作）和地址码（表明要操作的具体对象）36. 对指令系统的要求l 完备性：l 有效性：l 规整性：l 兼容性：37. 指令的寻址方式l 顺序方式l 跳跃方式38. 操作数基本寻址方式l 隐含寻址l 立即寻址l 直接寻址l 间接寻址l 寄存器寻址l 寄存器间接寻址l 偏移寻址l 段寻址方式39. 指令的分类l 数据传送类指令l 运算类指令l 程序控制类指令l 输入和输出指令l 字符串处理指令l 特权指令l 其他指令40. CISC与RISC的差别比较：l CISC：CISC中，通过增强指令系统的功能，简化了软件，增加了硬件的复杂程度。然而指令复杂了，指令的执行时间必然加长，从而使整个系统的执行时间反而增加，因而在计算机体系结构设计中，软硬件的功能分配必须恰当。l RISC：简单而统一格式的指令译码；大部分指令可以单周期执行；只有LOAD/STORE可以访问存储器；简单的寻址方式；采用延迟转移技术；采用LOAD延迟技术；三地址指令格式；较多的寄存器；对称的指令格式。41.CPU的功能l 指令控制（程序的顺序控制）l 操作控制（一条指令有若干操作信号实现）l 时间控制（指令各个操作实施时间的定时）l 数据加工（算术运算和逻辑运算）42.CPU中的主要寄存器及其功能简介：l 数据缓冲寄存器(DR)l 指令寄存器(IR)l 程序计数器(PC)l 数据地址寄存器(AR)l 通用寄存器(R0)l 状态字寄存器(PSW)43. 指令周期44.双总线结构机器的数据通路图要求用方框图写出以下两种指令的指令周期流程：l ADDR2,R0l SUBR1,R345. 组成计算机硬件的器件特性决定了时序信号的基本体制是电位脉冲制。l 硬布线控制器：主状态周期节拍电位节拍脉冲三级体制l 微程序控制器：节拍电位节拍脉冲二级体制46. 时序信号产生器l 时钟源l 环形脉冲发生器l 节拍脉冲和读写时序译码逻辑l 启停控制逻辑47. 控制不同操作序列时序信号的方法分为以下几种：l 同步控制方式l 异步控制方式l 联合控制方式48. 微程序控制器基本思想：仿照解题的方法，把操作控制信号编制成微指令，存放到控制存储器里，运行时，从控存中取出微指令，产生指令运行所需的操作控制信号。从上述可以看出，微程序设计技术是用软件方法来设计硬件的技术。49. 微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫做微命令，它是构成控制序列的最小单位。微命令是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。50. 微操作：是微命令的操作过程。51. 微命令和微操作是一一对应的。l 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。l 微操作是执行部件中最基本的操作。l 互斥的微操作，是指不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的微操作。可以编码l 相容的微操作，是指能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操作。52. 微指令：把在同一CPU周期内并行执行的微操作控制信息，存储在控制存储器里，称为一条微指令（Microinstruction）。53. 微程序：一系列微指令的有序集合就是微程序。一段微程序对应一条机器指令。54. 微指令基本格式55.微程序控制器原理框图56. 微程序的设计以十进制加法指令为例57. CPU周期和微指令周期的关系58. 机器指令与微指令的关系59. 微命令编码的三种方法：直接表示法/编码表示法/混合表示法。60. 微地址的形成方法：计数器的方式，多路转移的方式。61. 微指令格式分为两类：水平型微指令和垂直型微指令62. 动态微程序设计：采用EEPROM作为控制存储器，可以通过改变微指令和微程序来改变机器的指令系统，这种微程序设计技术称为动态微程序设计。63. 硬连线控制器结构方框图64. 并行性（Parrelism）含义：只要在同一时刻（同时性）或在同一时间间隔内（并发性）完成两种或两种以上性质相同或不同的工作，他们在时间上相互重叠，都体现了并行性。65. 并行性三种形式：时间并行（重叠），空间并行（资源重复），时间+空间并行。66. 总线定义：计算机的若干功能部件之间的公共信息通道，即总线。67. 总线分类：l 内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线。l 系统总线：外部总线。CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线。l I/O总线：中低速I/O设备相互连接的总线。68. 总线的特性可分为：物理特性、功能特性、电气特性、时间特性。69. 总线带宽：总线本身所能达到的最高传输速率。70. 总线的连接方式：通过接口(适配器)与设备相联，有以下两种连接方式：l 单总线：l 多总线：71. 计算机系统中，传输信息基本有三种方式：l 串行传送l 并行传送l 分时传送72. 适配器是CPU和主存、外设之间通过总线进行连接的逻辑部件。一个适配器的两个接口：一个同系统总线相连，采用并行方式，另外一个同设备相连，可能采用并行方式或是串行方式。73.总线的仲裁l 集中式仲裁有三种：? 链式查询方式：? 计数器定时查询方式：? 独立请求方式l 分布式仲裁：74. 磁盘相关性能指标：l 道密度：沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道/英寸。l 位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数，单位为位/英寸。l 面密度：位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。l 存储容量：一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称为磁盘存储器的存储容量。l 存取时间：存取时间是指从发出读写命令后，磁头从某一起始位置移动至新的记录位置，到开始从盘片表面读出或写入信息加上传送数据所需要的时间。取决于以下三个因素决定：? 一个是将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间，称为找道时间；? 第二个是找道完成后至磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间，称为等待时间，这两个时间都是随机变化的，因此往往使用平均值来表示，平均找道时间是最大找道时间与最小找道时间的平均值。平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示。? 第三个是数据传送时间。l 数据传输率：磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，叫数据传输率，传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。从主机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度向设备接收/发送信息。从存储设备考虑，假设磁盘旋转速度为n转/秒，每条磁道容量为N个字节，则数据传输率：Dr=nN(字节/秒)或Dr=Dv(字节/秒)75. 磁盘组有6片磁盘，每片有两个记录面，最上最下两个面不用。存储区域内径22cm，外径33cm，道密度为40道/cm，内层位密度400位/cm，转速6000转/分。问：l (1)共有多少柱面?l (2)盘组总存储容量是多少?l (3)数据传输率多少?l (4)采用定长数据块记录格式，直接寻址的最小单位是什么?寻址命令中如何表示磁盘