計算機組成原理期末復(fù)習資料

1、計算機組成原理期末復(fù)習資料（陸瑤編著） 第一章 計算機的系統(tǒng)概述（P1-8）1.1計算機的組成任務(wù)（P1）1.計算機系統(tǒng)由硬件和軟件兩個子系統(tǒng)組成；2.計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有a、研究計算機系統(tǒng)硬件、軟件功能的分配；b、確定硬件和軟件的界面；c、完成提高計算系系統(tǒng)性能的方法；3.計算機的組成是按照計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分配給硬件子系統(tǒng)的功能以及確定的概念結(jié)構(gòu)，研究硬件子系統(tǒng)各組成部分的內(nèi)部構(gòu)造和相互聯(lián)系，以實現(xiàn)機器指令集的各種功能和特性。4.計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)，即按計算機組成制定的方案，制作出實際的 計算機系統(tǒng)，它包括處理器、主存、總線、接口等各部件的物理結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，器件的集成度和速度的選擇

2、和確定，器件、模塊、插件、底板的劃分和連接，專用器件的設(shè)計，電源配置、冷卻、裝配等各類技術(shù)和工藝問題的解決等。1.2計算機的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)P2（1.2.1）5.電子數(shù)字計算機普遍采用馮·諾依曼計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。6. 主機：由CPU、存儲器與I/O接口合在一起構(gòu)成的處理系統(tǒng)稱為主機。7. CPU：中央處理器，是計算機的核心部件，由運算器和控制器構(gòu)成。8.馮·諾依曼計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由運算器、控制器、儲存器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5大部件組成，相互間以總線連接。9.運算器的作用：計算機中執(zhí)行各種算術(shù)和邏輯運算操作的部件。運算器的基本操作包括加、減、乘、除四則運算，與、或、非、異或等邏輯操作

3、，以及移位、比較和傳送等操作，亦稱算術(shù)邏輯部件(ALU)。（算數(shù)邏輯部件（ALU）：用于完成各種算術(shù)運算和邏輯運算（主要用于條件判斷、設(shè)備控制等）。）10.控制器的作用：是計算機的指揮中心,負責決定執(zhí)行程序的順序,給出執(zhí)行指令時機器各部件需要的操作控制命令.由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的"決策機構(gòu)"，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。11儲存器的作用：是計算機系統(tǒng)中的記憶設(shè)備，用來存放程序和數(shù)據(jù)。計算機中的全部信息，包括輸入的原始數(shù)據(jù)、計算機程序、中間運行結(jié)果和最終運行結(jié)果都保存在存儲器中。它根據(jù)控制器指定的位置存入和取

4、出信息。（可分為主（內(nèi)部）存儲器和輔助（外部）存儲器；存儲器以存儲單元進行劃分，一個存儲單元可以容納一個長度為8位的二進制數(shù)據(jù)，稱為一個字節(jié)。）12.輸入設(shè)備的作用：向計算機輸入數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備。是計算機與用戶或其他設(shè)備通信的橋梁。輸入設(shè)備是用戶和計算機系統(tǒng)之間進行信息交換的主要裝置之一.鍵盤,鼠標,攝像頭, 掃描儀,光筆,手寫輸入板,游戲桿,語音輸入裝置等都屬于輸入設(shè)備輸入設(shè)備(Input Device )是人或外部與計算機進行交互的一種裝置，用于把原始數(shù)據(jù)和處理這些數(shù)的程序輸入到計算機中。13.輸出設(shè)備的作用：是人與計算機交互的一種部件，用于數(shù)據(jù)的輸出。它把各種計算結(jié)果數(shù)據(jù)或信息以數(shù)字、字

5、符、圖像、聲音等形式表示出來。常見的有顯示器、打印機、繪圖儀、影像輸出系統(tǒng)、語音輸出系統(tǒng)、磁記錄設(shè)備等。1.4計算機系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)特征 (P5-6)14. 第0層硬聯(lián)邏輯層：是硬件設(shè)計與維護人員眼中的計算機，也是計算機的硬件系統(tǒng)，是計算機的硬件內(nèi)核；15. 第1層微程序控制層：是通過微程序控制信息在各部件之間才傳送，以提供各個計算機指令所需要的操作控制；16. 第2層機器語言層：是實現(xiàn)機器指令系統(tǒng)功能的機器，這一層的機器語言程序員無需了解硬聯(lián)邏輯和控制的細節(jié)，只需掌握機器語言的各種組成成分及使用方法即可；17. 第3層操作系統(tǒng)層：是各種操作系統(tǒng)命令的解釋器；18. 第4層匯編語言層：是匯編語言

6、的解釋器，需要掌握寄存器、地址、尋址方式、I/O端口等一些硬件系統(tǒng)概念；19. 第5層高級語言層：是高級語言的解釋器。用高級語言編寫的程序需要轉(zhuǎn)換成機器語言程序才能執(zhí)行，這種轉(zhuǎn)換工作是由高級語言的編譯程序來完成的，這一層的高級程序員不需掌握硬件知識。第二章 計算機的數(shù)據(jù)表示 (P9-27)2.1字符數(shù)據(jù)表示(P9)20. 普遍使用的字符代碼是長度為7位ASCII碼（美國信息交換標準代碼）；21. 計算機中只需用一位二進制數(shù)字0和1兩種狀態(tài)，就能滿足邏輯數(shù)據(jù)表示的需要，真用1表示，假用0 表示；（P10）2.4數(shù)值數(shù)據(jù)的表示 （P19）22. 數(shù)值數(shù)據(jù)的計算機中用于各種計算運算的數(shù)據(jù)；23. 計

7、算機中表示數(shù)值數(shù)據(jù)要解決的有效數(shù)字、小數(shù)點、符號的表示，還要便于數(shù)據(jù)的運算；24. 真值表示：是相對于數(shù)在計算機中的編碼表示而言的，也是人們平時所習慣的數(shù)的書面表示形式。25. 定點數(shù)表示：是指小數(shù)點被固定在數(shù)據(jù)的某個特定位置上的數(shù)據(jù)表示方法。26. 原碼表示法：以0表示正號，1表示負號，直接置于數(shù)的最左端（即最高位置），而數(shù)的數(shù)字部分與絕對值一致。如：x=+0.1011,則x原=0.101127. 反碼表示法：正數(shù)的反碼與原碼相同；負數(shù)的反碼，符號位用1表示，后面跟著的數(shù)值位逐位取反，即1變?yōu)?，0變?yōu)?。如：15反 15原 0 000111128. 補碼表示法：正數(shù)的反補碼與原碼相同；負數(shù)

8、的補碼，符號位用1表示，后面跟著的數(shù)值位逐位取反后，末位加1。如：15補 15原 0 0001111。29. 移碼表示法：只要將補碼的符號位取反便可獲得相應(yīng)的移碼表示。30. 浮點數(shù)的表示：浮點數(shù)：指小數(shù)點位置未經(jīng)人為約定的一般的數(shù)，其小數(shù)點可以出現(xiàn)在任意位置；一個浮點數(shù)N可以表示為：N=Re*m（其中指數(shù)是e，基數(shù)是R，有效數(shù)字是m），浮點數(shù)的表示范圍取決于階碼的位數(shù)，而浮點數(shù)的精度表示取決于尾數(shù)的位數(shù)。注：在浮點數(shù)表示中，除了要求尾數(shù)為純小數(shù)外，還進一步規(guī)定：當尾數(shù)的絕對值不為0時，尾數(shù)絕對值（或真值）的最高有效數(shù)字位必須為1，這是浮點數(shù)的規(guī)格化表示；如：+111.0101的規(guī)格化表示形式

9、為23*0.1100101，而不是24*0.01100101。（P24）第三章 運算方法和運算部件（P28-59）31. 計算機中均采用補碼進行加減運算（0表示正數(shù)，1表示負數(shù)，而移碼相反）。32. 正數(shù)的原碼、反碼、補碼都是本身，移碼為補碼的符號位取反；負數(shù)的反碼是原碼的反，即：-101001的反碼是-010110；負數(shù)的補碼：符號位為1，數(shù)字部分取反加一，即：-101001的補碼是1010111；負數(shù)的移碼：在補碼的基礎(chǔ)上加2的n次冪，即把補碼的符號位取反即可；33. 定點整數(shù)補碼加、減運算規(guī)則：x補 + y補 = x + y補 (mod 2n)x補 - y補 = x補 + - y補 =x

10、 - y補 (mod 2n)定點小數(shù)補碼加、減運算規(guī)則：x補 + y補 = x + y補 (mod 21)x補 - y補 = x補 + - y補 =x - y補 (mod 21)34. 變形補碼是具有兩個符號位的補碼；正數(shù)的變形補碼，其兩個符號位為00，負數(shù)的變形補碼，其兩個符號位為11。如：x = +1010110的變形補碼x補 = 001010110。35. 由于補碼減法可以轉(zhuǎn)換成補碼加法進行，因此，補碼加法/減法器的主體是加法器。構(gòu)成加法器的主要器件是全加器；一個全加器是實現(xiàn)帶進位的1位加法的器件。根據(jù)二進制加法運算的特點，有將多個全加器按進位相聯(lián)的方式級聯(lián)起來，即可構(gòu)造一個單純的多位補

11、碼加法器。對減法，由于A補 - B補 = A補 + -B補，且因此，可以在做減法時，先求得-B補，再送入加法器相加；而在做加法時不做這種轉(zhuǎn)換，直接使用B補相加。這樣，就得到了補碼加法/減法器。3.4 定點運算器的組成與結(jié)構(gòu)3.4.1 邏輯運算與移位操作36. 邏輯運算是計算機進行判斷、實現(xiàn)控制等操作的重要手段。37. 邏輯非：“邏輯非”運算也稱“非”運算，其邏輯表達式為小結(jié)：F為A或者B的反38. 邏輯加：“邏輯加”運算也稱“或”運算，其邏輯表達式為 小結(jié)：AB全為0時F為0，其余為1，即只要有一個1，則F為1；39. 邏輯乘：“邏輯乘”運算也稱“與”運算，其邏輯表達式為小結(jié)：,當AB全為1時

12、，F(xiàn)為1，其余全為0（A=B=1，=1）40. 邏輯異：“邏輯異”運算也稱“異或”運算，其邏輯表達式為小結(jié)：A=B=0or1，F(xiàn)=0；否則為1；41. 算術(shù)邏輯單元（ALU）：是組成運算器的核心器件，其主要功能是執(zhí)行定點數(shù)算術(shù)加/減法運算及各種邏輯運算。早期的乘法器和除法器也以ALU為主，配合移位寄存器等輔助電路構(gòu)成。3.4.3 定點運算器的基本結(jié)構(gòu)P5142. 定點運算器由ALU、陣列乘法器、陣列除法器、通用寄存器、專用寄存器、緩沖寄存器、多路開關(guān)、三態(tài)緩沖器、數(shù)據(jù)總線等組成。43. 根據(jù)不同的性能要求，運算器大體有單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和三總線結(jié)構(gòu)等三種結(jié)構(gòu)形式。44. 單總線結(jié)構(gòu)特點:所

13、有部件都接到同一總線上。在同一時間內(nèi),只能有一個操作數(shù)放在單總線上。把兩個操作數(shù)輸入到ALU,需要分兩次來做,而且還需要兩個緩沖寄存器。缺點是數(shù)據(jù)傳輸速度慢45. 雙總線結(jié)構(gòu)特點:兩個操作數(shù)同時加到ALU進行運算,只需要一次操作控制就可以得到運算結(jié)果。但是因為兩條總線都被輸入數(shù)占據(jù)，因而ALU的輸出不能直接加到總線上去，而必須在ALU輸出端設(shè)置緩沖寄存器。顯然，雙總線結(jié)構(gòu)比單總線結(jié)構(gòu)具有更高的數(shù)據(jù)傳輸效率和靈活性，但是控制復(fù)雜。46. 三總線結(jié)構(gòu)特點:ALU的兩個輸入端分別由兩條總線供給,而ALU的輸出則與第三條總線相連。這樣,算術(shù)邏輯操作就可以在一步的控制之內(nèi)完成。總結(jié)：以上三種結(jié)構(gòu)的運算器

14、在數(shù)據(jù)傳輸效率上的差異，主要表現(xiàn)在ALU與寄存器之間的數(shù)據(jù)傳輸上。如果操作數(shù)取自主存，則三種結(jié)構(gòu)的運算器在數(shù)據(jù)傳輸效率上沒有多少差別；因為，運算器與主存之間只有一套數(shù)據(jù)總線，一次只能傳輸一個數(shù)據(jù)。需要特別指出的是：ALU無數(shù)據(jù)暫存能力；要避免總線上的數(shù)據(jù)沖突；一次運算過程是分成多個步驟來完成的，如傳送操作數(shù)、計算、傳送運算結(jié)果等。每個步驟都是在控制器所發(fā)出的控制信號的控制下進行的。（P53）3.5 浮點運算（P53-57）3.5.1 浮點加法、減法運算47. 設(shè)有兩個規(guī)格化浮點數(shù) x 和 y，分別表示為 顯然，計算x±y的基礎(chǔ)是Ex = Ey 。如果ExEy ，則需要先將它們調(diào)整為相

15、等；這個操作稱為“對階”。48. 計算機中，浮點加減運算的過程大體分為以下幾步：0操作數(shù)檢查；比較階碼大小并完成對階；尾數(shù)相加或相減；對結(jié)果進行處理，包括規(guī)格化、舍入處理和溢出處理。 0操作數(shù)檢查。即檢查 x 或 y 是否為0。 比較階碼大小并完成對階。要求“小階向大階看齊”。 尾數(shù)相加或相減。尾數(shù)運算即為一般的定點補碼加減運算，通常采用雙符號位的變形補碼進行運算。如設(shè)Mx補 = 11.0011010，My補 = 11.1010011則Mx補 + My補 為1 1 . 0 0 1 1 0 1 0+ 1 1 . 1 0 1 0 0 1 1=1 0 . 1 1 0 11 0 1運算結(jié)果規(guī)格化。尾數(shù)

16、運算的結(jié)果可能出現(xiàn)非規(guī)格化狀態(tài)，需要重新規(guī)格化。規(guī)格化時，對尾數(shù)左移稱為向左規(guī)格化（簡稱“左規(guī)”），反之，稱為向右規(guī)格化（簡稱“右規(guī)”）。尾數(shù)移位的同時，階碼也必須做相應(yīng)的修改。尾數(shù)用補碼表示時，判斷是否規(guī)格化的方法是：當尾數(shù)未溢出時，若尾數(shù)的符號位與最高有效數(shù)字位不同，則已規(guī)格化，反之，則未規(guī)格化；當尾數(shù)溢出時，則必為非規(guī)格化狀態(tài)。設(shè)尾數(shù)M1、M2 和M3 的變形補碼表示分別為M1補 = 11.0011010M2補 = 11.1010011M3補 = 10.1101101 其中，M1補 和M2補 未溢出，M1補 已規(guī)格化，M2補 未規(guī)格化；M3補溢出，故未規(guī)格化。 對未規(guī)格化的尾數(shù)，規(guī)格化處

17、理的原則是：如尾數(shù)未溢出，則進行左規(guī)處理，直至滿足規(guī)格化要求為止；如尾數(shù)溢出，則作右規(guī)處理，只需將尾數(shù)算術(shù)右移1位，階碼加1即可。 上述M2補和M3補分別左規(guī)1位和右規(guī)1位后，得M2補 = 11.0100110，M3補 = 11.0110110 (1)舍入處理。在對階或規(guī)格化處理過程中，由于尾數(shù)右移，會使尾數(shù)的低位部分被移出，形成保護位；對保護位所做的處理，稱為舍入處理。 舍入處理的方法很多，選擇時主要考慮以下三方面的因素：本身的誤差要?。环e累誤差要??；容易實現(xiàn)。 恒舍法：也稱截斷法，是一種最容易實現(xiàn)的舍入處理方法。其做法就是直接舍去保護位。 恒置1法：其做法是，不論保護位中的數(shù)字是什么，總是

18、將尾數(shù)有效數(shù)字的最低位置為1。此法無論在正數(shù)區(qū)還是負數(shù)區(qū)的積累誤差都比較小，而且絕對值相等，符號相反，正好能達到平衡。0舍1入法：在尾數(shù)以真值或原碼表示時，0舍1入法的規(guī)則是：如果保護位中的最高位為0，則將保護位舍去，否則向尾數(shù)的最低有效位進1（即加上1）。 在尾數(shù)以補碼表示時，對于正數(shù)，仍按上面針對原碼的規(guī)則處理；對于負數(shù)，則需將0舍1入法修改為： 當保護位中的最高位為0，或保護位中的最高位為1，但其余各位均為0時，作“舍”處理；只有在保護位中的最高位為1，且其余位不全為0時，才作“入”處理。優(yōu)點是精度更高，正、負數(shù)區(qū)的積累誤差更小，且能達到平衡。但0舍1入法實現(xiàn)起來比較困難。 溢出處理。只

19、有階碼溢出，浮點數(shù)才會溢出。若階碼下溢，機器自動將運算結(jié)果當作0（即機器零）；若階碼上溢，則需報告運算錯誤。由于對浮點數(shù)有規(guī)格化表示的要求，所以，無論是運算數(shù)據(jù)，還是運算結(jié)果，都必須是規(guī)格化的；只有在運算過程中，允許暫時出現(xiàn)非規(guī)格化現(xiàn)象。（例題P56）第四章 存儲器系統(tǒng)4.1 概述4.1.1 存儲器分類（P60）可從不同的角度，對存儲器進行分類。1） 按存儲介質(zhì)分類。存儲介質(zhì)是指能明顯體現(xiàn)兩種不同狀態(tài)的材料或元器件；這兩種不同的狀態(tài)用于表示二進制代碼0和1。目前，最常用的存儲介質(zhì)有半導(dǎo)體器件、磁性材料和光盤，對應(yīng)的存儲器分別為半導(dǎo)體存儲器、磁表面存儲器（包括磁盤和磁帶）和光盤存儲器。2） 按存

20、取方式分類。有隨機存儲器、順序存儲器、半順序存儲器等。3） 按數(shù)據(jù)的可讀寫性分類。有讀寫存儲器、隨機讀寫存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）等。4） 按保存數(shù)據(jù)是否需要電源支持分類。有易失性存儲器和非易失性存儲器。5） 按在計算機系統(tǒng)中的作用分類?？梢苑譃橹鞔鎯ζ鳎▋?nèi)部存儲器）、輔助存儲器（外部存儲器）、高速緩沖存儲器（cache）、控制存儲器等。4.1.2 存儲器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)（P61）49. 計算機系統(tǒng)對存儲器的要求主要體現(xiàn)在三個方面：存取速度快，存儲容量大，位價格低。50. 存儲器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)：層次越往上，存儲器的容量越小、速度越快、位價格越高，同時，與CPU的關(guān)系也越密切。越是CP

21、U經(jīng)常要用到的程序指令或數(shù)據(jù)，其存放的層次就越高，訪問的速度就越快。這樣做，可以使整個存儲器系統(tǒng)的平均速度盡可能接近最快的一級存儲器。4.2 主存儲器（P62）51. 主存的主體由半導(dǎo)體隨機讀寫存儲器（RAM）構(gòu)成，一般還包含少量半導(dǎo)體只讀存儲器（ROM）。RAM又分為靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM（DRAM）兩類。52. 主存作為計算機的主要存儲器，不僅要有較大的容量，也要有較高的速度，才能滿足計算機系統(tǒng)的性能要求。主存的主要技術(shù)指標有：1） 存儲容量。存儲容量的計算單位主要采用字節(jié)（用“B”表示）或位（用“b”表示），用 來表示容量的大小。2） 存取時間。存取時間也稱為存儲器訪問時間（

22、memory access time），是指從啟動一次存儲器操作到完成該操作所需的時間。存取時間分為讀操作時間和寫操作時間兩種情況。存取時間反映了存儲器件的工作速度。3） 存儲周期（memory cycletime）。存儲周期是指連續(xù)啟動兩次獨立的存儲器操作所需的最小間隔時間。存儲周期略大于存取時間。4） 存儲器帶寬。存儲器帶寬是指單位時間內(nèi)，存儲器存取的信息量，以字節(jié)/秒或位/秒為單位。帶寬是衡量數(shù)據(jù)傳輸率的重要技術(shù)指標。存儲器帶寬不僅與存儲器件本身的速度有關(guān)，也與存儲器的組織方式、存儲系統(tǒng)的構(gòu)造等有關(guān)。53. 主位：計算機中的一個二進制數(shù)據(jù)代碼，計算機中數(shù)據(jù)的最小表示單位。 54. 字：數(shù)

23、據(jù)運算和存儲的單位，其位數(shù)取決于具體的計算機。55. 字節(jié)：衡量數(shù)據(jù)量以及存儲容量的基本單位。1字節(jié)等于8位二進制信息。56. 字長：一個數(shù)據(jù)字中包含的位數(shù)，反應(yīng)了計算機并行計算的能力。一般為8位、16位、32位或64位。57. 字長：一個數(shù)據(jù)字中包含的位數(shù)，反應(yīng)了計算機并行計算的能力。一般為8位、16位、32位或64位。58. 地址：給主存器中不同的存儲位置指定的一個二進制編號。無論對主存作讀操作還是寫操作，都要指定存儲單元的地址。59. 地址譯碼器：用于按地址確定存儲單元位置的器件。它以存儲單元的地址作為輸入，輸出即為存儲單元的選擇信號。4.2.1 靜態(tài)隨機讀寫存儲器（SRAM）（P63）

24、60. SRAM與DRAM的比較（優(yōu)缺點）：（P72）1） DRAM基本單元電路簡單，芯片容量大，功耗低，位價格低；但由于其為動態(tài)元件，所以讀寫速度較慢，且由于其需要刷新，外圍電路也較為復(fù)雜。2） SRAM基本單元電路較復(fù)雜，芯片容量較小，功耗較高，位價格也較高；但SRAM的讀寫速度較快，且不用刷新，因此，工作效率高。計算機中，利用DRAM容量大、價格低的特點，用其作為構(gòu)造主存的主要器件；同時，利用SRAM讀寫速度快的特點，用其構(gòu)造容量較小的高速緩沖存儲器（cache）61. 存儲芯片或主存容量字數(shù)×字長，例如，某存儲芯片的容量為16K×4，則表示該芯片中集成了16K（21

25、4）個字，每個字的長度為4位。62. 一個SRAM存儲芯片上，需要安排四類信號引腳，分別是地址引腳、數(shù)據(jù)引腳、控制引腳（包括片選引腳和讀/寫控制引腳）和電源引腳。（P64）63. 地址引腳和數(shù)據(jù)引腳的數(shù)量與存儲芯片的容量直接相關(guān)，通過存儲芯片的字數(shù)和字長，可以計算出芯片上所需的地址引腳和數(shù)據(jù)引腳的數(shù)量。如16K×4的SRAM芯片，其字數(shù)為 ，即芯片上需要14位地址；字長為4，則說明芯片上需要4個雙向數(shù)據(jù)引腳。64. 根據(jù)存儲器操作的特點，對任何存儲單元的讀/寫，總是需要先傳送地址信號，再傳送控制信號（包括片選和讀/寫控制），最后傳送數(shù)據(jù)信號。65. 存儲器的讀周期或?qū)懼芷冢侵笇Υ鎯?/p>

26、器做一次讀操作或?qū)懖僮髦辽傩枰?jīng)歷的時間。66. 無論讀周期或?qū)懼芷?，都定義為從地址有效，到地址失效（即可以改變?yōu)槠渌刂罚┑臅r間。也就是說，地址必須在整個讀或?qū)懼芷谥幸恢北３植蛔儭?.2.2 動態(tài)隨機讀寫存儲器（DRAM）（P67）67. 為什么刷新電路：對于存有“1”的基本單元，在執(zhí)行讀操作后，其電容C上所存的電荷會泄放掉，使存儲的信息遭到破壞。因此，每次讀操作之后，必須對所讀的基本單元進行再生，使其存儲的信息恢復(fù)原狀。再生工作由刷新電路自動完成。68. 怎么進行刷新：在對DRAM芯片刷新時，是對其存儲陣列按行刷新的，即需要在一個刷新周期內(nèi)，對存儲陣列逐行刷新一遍。這種逐行刷新，使用一個刷

27、新計數(shù)器自動順序產(chǎn)生刷新行號。69. 多個DRAM芯片組成怎么刷新：采取所有芯片統(tǒng)一刷新的方式。即用一個統(tǒng)一的刷新計數(shù)器，將產(chǎn)生的刷新行號送到每個芯片，使每個芯片同時刷新各自的存儲陣列的同一行。70. 刷新單個和集體所需的時間是一樣的。71. 對整個存儲陣列的刷新，主要有兩種方式：1） 集中刷新方式。這種方式在一個刷新周期內(nèi)，集中一段時間（如刷新周期開始后或結(jié)束前的一段時間）逐行刷新整個存儲陣列。2） 分散刷新方式，將對存儲陣列各行的刷新操作均勻分散在整個刷新周期內(nèi)進行，相鄰兩行的刷新間隔時間為：刷新周期/存儲陣列行數(shù) 。72. 為了在定時刷新期間阻止數(shù)據(jù)的讀出和寫入，刷新操作時，只允許行地址

28、譯碼器工作，并接收刷新行號作為行地址，不允許列地址譯碼器工作。73. DRAM芯片容量大，芯片所需的地址位數(shù)也多。為了減少芯片上的引腳數(shù)，若芯片需要n位地址，則芯片上只設(shè)置 個地址引腳，全部地址需要分兩次傳送，先傳送的部分地址作為行地址，后傳送的部分地址作為列地址。4.2.3 只讀存儲器（ROM）（P72）74. 掩膜ROM的特點：掩膜ROM芯片中所存的信息，是在芯片生產(chǎn)過程中制作進去的。一旦制成后，其內(nèi)容固定，不可改變。75. 可編程ROM的特點：在特殊條件下向ROM寫入數(shù)據(jù)的過程，稱為對ROM編程?？删幊蘎OM有PROM，EPROM和EEPROM（E2PROM）三種。1） PROM是一種只

29、能進行一次編程的只讀存儲器。2） EPROM是一種可擦除可編程只讀存儲器，只能整片擦除，擦除后的EPROM芯片可以重新編程；EPROM的重復(fù)擦、寫次數(shù)不受限制。3） EEPROM（E2PROM）是采用電擦除的可擦除可編程只讀存儲器。并可實現(xiàn)按字節(jié)編程和擦除（只需10ms）；若按全片擦除，則需要20ms。EEPROM（E2PROM）的重復(fù)擦、寫次數(shù)一般在一萬次左右。4.2.4 存儲器與CPU的連接 （P75）76. 存儲器容量的擴展：1）位擴展法。如果存儲芯片的字數(shù)已達到存儲器字數(shù)的要求，但芯片的字長不能滿足存儲器字長的要求時，可將多個芯片拼接起來，即用各個芯片內(nèi)地址編碼相同的字，拼接成一個符合

30、存儲器字長要求的字，這就是位擴展。用于位擴展的若干個芯片，構(gòu)成一個存儲芯片組。位擴展只擴展字長，不擴展字數(shù)。如：用16K×4的存儲芯片組成16K×16的存儲器。2）字擴展法。當存儲芯片的字長已達到存儲器字長的要求，但字數(shù)少于存儲器的字數(shù)要求時，可用多個存儲芯片迭加，來擴充存儲器的字數(shù)；即將多個存儲芯片的字數(shù)相加，來滿足存儲器字數(shù)的要求。這就是字擴展。字擴展只擴充存儲器字數(shù)，不改變字長。 如：用2K×8的存儲芯片組成8K×8的存儲器。3）字、位擴展法。如果存儲芯片在字長和字數(shù)上均不能滿足存儲器的要求，就要對字長、字數(shù)都作擴展。具體做法是：先進行位擴展，確定

31、組成一個存儲芯片組所需的芯片數(shù)，然后，再以存儲芯片組為單位，進行字擴展，確定整個存儲器所需的芯片組數(shù)。4.3 高速緩沖存儲器（cache）（P87）77.為什么cache能穩(wěn)定地提高CPU訪存的平均速度：cache與主存相結(jié)合，構(gòu)成一個cache -主存系統(tǒng)，以此提高CPU訪存的速度。4.3.1 cache的工作原理（P87）78. cache的工作原理:1） cache 是一種高速緩沖存儲器，由高速SRAM器件構(gòu)成，其存取速度比用DRAM構(gòu)成的主存快得多。2） 程序運行時對主存的訪問具有明顯的局部性特征，這稱為程序訪問的局部性原理。3） 根據(jù)局部性原理，如果此次訪問了主存地址為i的單元，則可

32、以預(yù)測后續(xù)若干次的訪問，極可能集中在包含i單元在內(nèi)的一個局部存儲區(qū)域內(nèi)。據(jù)此，可將該存儲區(qū)域內(nèi)的信息預(yù)取到cache中，使以后多次訪存操作能在cache中完成。這種做法，可以有效減少CPU對主存的直接訪問，只有在cache中的訪問失敗時，才會訪問主存，而且每次訪問主存，都會對cache實施一次預(yù)取操作。注：cache-主存系統(tǒng)中，cache只是起高速緩沖的作用，沒有擴充存儲容量的作用，因此，cache -主存系統(tǒng)的容量仍是主存的容量。79. cache -主存系統(tǒng)的主要性能指標有：1） cache的命中率h。cache的命中率是指訪存操作在cache中實現(xiàn)的比例。若設(shè)Nc為在cache中實現(xiàn)訪

33、問的次數(shù)，Nm為直接訪問主存的次數(shù)，則2） cache -主存系統(tǒng)的平均訪問時間ta。若設(shè)tc為cache的存儲周期，tm為主存的存儲周期，h是cache的命中率，則3） cache的訪問效率e。定義e = tc / ta ，則式中，r = tm / tc ，表示cache的訪問速度相對于主存訪問速度的倍數(shù)。通常，r的取值在510之間比較合適。4.3.2 地址映射與地址轉(zhuǎn)換（P89）80. 地址映射：是指把主存地址空間映射到cache地址空間，具體而言，就是把主存塊按某種規(guī)則裝入到cache中，并建立起主存地址與cache地址的對應(yīng)關(guān)系。81. 地址映射方式有全相聯(lián)映射方式、直接映射方式和組相

34、聯(lián)映射方式三種。82. 全相聯(lián)映射方式僅要求主存和cache均按塊劃分。其映射規(guī)則是：1） 主存任意一個塊可以映射到cache任意一個空閑的塊位置。2） 每個cache塊都要附設(shè)一個標記（tag）字段，用于記錄存放于其中的主存塊的塊號，這樣就建立起了主存塊與cache塊之間的映射關(guān)系。3） cache每個塊還需要一個稱為“有效位”的標記位，用于確認對應(yīng)的cache塊與主存塊之間的映射關(guān)系是否有效。4） 全相聯(lián)映射方式的優(yōu)點：是cache空間利用率高，只有在所有cache塊均被占用后，才會發(fā)生替換，因此cache命中率也高。5） 全相聯(lián)映射方式的缺點是：相聯(lián)比較器需要將主存塊號與所有cache塊

35、的標記同時比較，其代價高、實現(xiàn)困難，整個地址轉(zhuǎn)換邏輯復(fù)雜、工作速度慢。83. 直接映射方式下，cache與主存先以塊為單位劃分（設(shè)cache塊數(shù)為Cb ，主存塊數(shù)為Mb），然后，主存再分區(qū)，一個區(qū)的容量與整個cache的容量相等；主存區(qū)的編號稱為區(qū)號（從0號開始），區(qū)內(nèi)各塊的編號采用區(qū)內(nèi)相對塊號（0 Cb-1）。 直接映射方式的規(guī)則是：主存任一區(qū)內(nèi)的第k塊（k = 0，1，Cb-1）在裝入cache時，只能裝入到cache的第k塊位置。1） 直接映射方式的優(yōu)點是：比較器簡單，工作速度快；2） 直接映射方式的缺點是： cache空間利用率低， 塊沖突率高，塊替換較為頻繁，使得命中率較低。增大ca

36、che的容量，可以降低cache的塊沖突率，提高cache的工作效率。84. 組相聯(lián)映射方式是前兩種映射方式的有機結(jié)合，是一種比較平衡的映射方式。組相聯(lián)映射方式下，cache先分塊，然后再分組，每組包含若干塊（塊數(shù)必須為2的冪）；主存也先分塊，然后再分區(qū)，每個區(qū)所含的塊數(shù)等于cache所分的組數(shù)。設(shè)cache被分為c個組，則組相聯(lián)映射規(guī)則是：主存任一區(qū)內(nèi)的第k（k = 0，1，c -1）塊只能固定映射到cache 第k組（體現(xiàn)直接映射方式的特點）；但一個主存塊在cache的指定組范圍內(nèi)，可以映射到任何一個空閑的cache塊位置（體現(xiàn)全相聯(lián)映射方式的特點）。組相聯(lián)映射方式有效地結(jié)合了前兩種映射方

37、式的優(yōu)點，且沒有突出的缺點，是一種優(yōu)點比較全面，缺點又不明顯的比較平衡的映射方式，在實際應(yīng)用中被廣泛采用。4.3.4 cache的寫策略（P97）85. cache寫命中時，有以下兩種操作策略： 寫回法（write back）：這種方法只寫被命中的cache塊，不寫對應(yīng)的主存塊；只有在該cache塊被替換出去時，才將其寫回主存原來的塊位置。為了指出cache中一個塊被替換出去時，是否要寫回主存，需要給每個cache塊設(shè)置一個“修改位”。 回法減少了對主存的訪問，能充分利用cache的高存取速度，對提高CPU的訪存速度有利。但寫回法會在一定的時間內(nèi)，造成cache信息副本與主存信息正本之間的不一

38、致。單處理機系統(tǒng)多采用寫回法。 全寫法（write through）：全寫法也稱寫直達法，這種方法同時對命中的cache塊和其在主存中的對應(yīng)主存塊進行寫操作。因此，全寫法可以隨時保持cache信息副本與主存信息正本的一致。全寫法在寫操作上不能發(fā)揮cache的速度優(yōu)勢。多處理機系統(tǒng)幾乎都采用全寫法。86. cache寫不命中時，也有兩種操作策略：按寫分配法：這種方法在完成對主存的寫操作后，會將寫操作所涉及的主存塊裝入cache。這樣做的目的，是為了遵循程序訪問的局部性原理，充分發(fā)揮cache的作用。不按寫分配法：這種方法在完成對主存的寫操作后，不將寫操作所涉及的主存塊裝入cache。這樣做的目的

39、，是為了減少信息的副本，維護信息版本的一致性。一個計算機系統(tǒng)在選擇cache的寫策略時，通常將寫回法搭配按寫分配法；全寫法搭配不按寫分配法。名詞解釋：a) 軟件：由程序構(gòu)成的系統(tǒng)，分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。b) 程序：完成某種功能的指令序列。c) 寄存器：是運算器中若干個臨時存放數(shù)據(jù)的部件，由觸發(fā)器構(gòu)成，用于存儲最頻繁使用的數(shù)據(jù)。d)主存：一般采用半導(dǎo)體存儲器件實現(xiàn)，速度較高成本高且當電源斷開時存儲器的內(nèi)容會丟失。e)輔存：一般通過輸入輸出部件連接到主存儲器的外圍設(shè)備，成本低，存儲時間長。f)指令流：在計算機的存儲器與CPU之間形成的不斷傳遞的指令序列。從存儲器流向控制器。g)數(shù)據(jù)流：在計算機的

40、存儲器與CPU之間形成的不斷傳遞的數(shù)據(jù)序列。存在于運算器與存儲器以及輸入輸出設(shè)備之間。h)接口：計算機主機與外圍設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù)與控制信息的電路。計算機可以與多種不同的外圍設(shè)備連接，因而需要有多種不同的輸入輸出接口。計算機組成原理參考試題（一）一、選擇題 1 馮·諾依曼機工作的基本方式的特點是（B ）。 A 多指令流單數(shù)據(jù)流 B 按地址訪問并順序執(zhí)行指令C 堆棧操作 D 存儲器按內(nèi)容選擇地址 2 在機器數(shù)（BC ）中，零的表示形式是唯一的。P(22) A 原碼 B 補碼 C 移碼 D 反碼 3 在定點二進制運算器中，減法運算一般通過（ D ）來實現(xiàn)。 A 原碼運算的二進制減法器 B

41、補碼運算的二進制減法器C 原碼運算的十進制加法器 D 補碼運算的二進制加法器 4 某計算機字長32位，其存儲容量為256MB，若按單字編址，它的尋址范圍是（ D ）。 A 064MB B 032MB C 032M D 064M 5 主存儲器和CPU之間增加Cache的目的是（A ）。A 解決CPU和主存之間的速度匹配問題B 擴大主存儲器容量 C 擴大CPU中通用寄存器的數(shù)量 D 既擴大主存儲器容量，又擴大CPU中通用寄存器的數(shù)量 6 單地址指令中為了完成兩個數(shù)的算術(shù)運算，除地址碼指明的一個操作數(shù)外，另一個常需采用（C ）。 A 堆棧尋址方式 B 立即尋址方式C 隱含尋址方式 D 間接尋址方式 7 同步控制是（C ）。A 只適用于CPU控制的方式 B 只適用于外圍設(shè)備控制的方式C 由統(tǒng)一時序信號控制的方式 D 所有指令執(zhí)行時間都相同的方式 8 描述PCI總線中基本概念不正確的句子是（CD ）。 A PCI總線是一個與處理器無關(guān)的高速外圍設(shè)備B PCI總線的基本傳輸機制是猝發(fā)式傳送C PCI設(shè)備一定是主設(shè)備 D 系統(tǒng)中只允許有一條PCI總線 9 CRT的分辨率為1024×1024像素，像素的顏色數(shù)為256，則刷新存儲器的容量為（B ）。 A 512KB B 1MB C 256KB