計算機(jī)組成原理簡答題

1、計算機(jī)組成原理簡答題第四章存儲器的層次結(jié)構(gòu)主要體現(xiàn)在什么地方？為什么要分這些層次？計算機(jī)如何管理這些層 次？答：存儲器的層次結(jié)構(gòu)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(kuò)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(dá)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(diào)度功能全部由硬

2、件自動完成。而主存與輔存層次的調(diào)度目前廣泛 采用虛擬存儲技術(shù)實現(xiàn)，即將主存與輔存的一部分通過軟硬結(jié)合的技術(shù)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(dāng) 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(zhuǎn)換。因此，這兩 個層次上的調(diào)度或轉(zhuǎn)換操作對于程序員來說都是透明的。說明存取周期和存取時間的區(qū)別。解：存取周期和存取時間的主要區(qū)別是：存取時間僅為完成一次操作的時間，而存取周期不僅包 含操作時間，還包含操作后線路的恢復(fù)時間。即：存取周期=存取時間+恢復(fù)時間什么叫刷新？為什么要刷新？說明刷新有幾種方法。解：刷新：對D

3、RAM定期進(jìn)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：在最大刷新間隔時間內(nèi)，集中安排一段時間進(jìn)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。半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有幾種？解：半導(dǎo)體存儲器芯片的譯碼驅(qū)動方式有兩種：線選法和重合法。線選法：地址譯碼信號只選中同一個字的所有位，結(jié)構(gòu)簡單，費器材；重合法：地址分行、列兩部分譯碼，行、列譯碼線的交叉點即為所選單元。這種方法通過 行、列譯碼信號的重合

4、來選址，也稱矩陣譯碼。可大大節(jié)省器材用量，是最常用的譯碼驅(qū)動方式。什么是“程序訪問的局部性”？存儲系統(tǒng)中哪一級采用了程序訪問的局部性原理？解：程序運行的局部性原理指：在一小段時間內(nèi)，最近被訪問過的程序和數(shù)據(jù)很可能再次被訪問； 在空間上，這些被訪問的程序和數(shù)據(jù)往往集中在一小片存儲區(qū)；在訪問順序上，指令順序執(zhí)行比 轉(zhuǎn)移執(zhí)行的可能性大（大約5:1）。存儲系統(tǒng)中Cache-主存層次采用了程序訪問的局部性原理。Cache做在CPU芯片內(nèi)有什么好處？將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開又有什么好處? 答：Cache做在CPU芯片內(nèi)主要有下面幾個好處：1）可提高外部總線的利用率。因為Cache在CPU芯片內(nèi)

5、，CPU訪問Cache時不必占用外部 總線。2）Cache不占用外部總線就意味著外部總線可更多地支持I/O設(shè)備與主存的信息傳輸，增 強了系統(tǒng)的整體效率。3）可提高存取速度。因為Cache與CPU之間的數(shù)據(jù)通路大大縮短，故存取速度得以提高。將指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分開有如下好處：1）可支持超前控制和流水線控制，有利于這類控制方式下指令預(yù)取操作的完成。2）指令Cache可用ROM實現(xiàn)，以提高指令存取的可靠性。3）數(shù)據(jù)Cache對不同數(shù)據(jù)類型的支持更為靈活，既可支持整數(shù)（例32位），也可支持浮點 數(shù)據(jù)（如64位）。補充：Cache結(jié)構(gòu)改進(jìn)的第三個措施是分級實現(xiàn)，如二級緩存結(jié)構(gòu)，即在片內(nèi)Cac

6、he（L1）和主存之間 再設(shè)一個片外Cache（L2），片外緩存既可以彌補片內(nèi)緩存容量不夠大的缺點，又可在主存與片 內(nèi)緩存間起到平滑速度差的作用，加速片內(nèi)緩存的調(diào)入調(diào)出速度。7、解釋概念：主存、輔存、cache、RAM,SRAM,DRAM,ROM,PROM;EPROM,EEPROM,CDROM,FlashMemory Cache:高速緩沖存儲器；RAM：隨機(jī)存儲器；SRAM：靜態(tài)隨機(jī)存儲器；DRAM：動態(tài)隨機(jī)存儲器 ROM：只讀存儲器；PROM:可編程只讀存儲器；MROM:掩模型只讀存儲器；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；FlashMemory:

7、閃速存儲器主存：計算機(jī)中存放正在運行的程序和數(shù)據(jù)的存儲器，為計算機(jī)的主要工作存儲器可隨機(jī)存儲8、計算機(jī)中哪些部件可用于存儲信息，按其速度、容量和價格/位排序說明9、計算機(jī)中設(shè)置Cache的作用是什么？能不能把Cache的容量擴(kuò)大，最后取代主存為什么？第五章1、I/O設(shè)備有哪些編址方式，各有何特點？統(tǒng)一編址和獨立編址。統(tǒng)一編址是在主存地址中劃出一定的范圍作為I/O地址，這樣通過訪存指 令即可實現(xiàn)對I/O的訪問。但主存的容量相應(yīng)減少了。獨立編址，I/O地址和主存是分開的，I/O 地址不占主存空間，但訪存需專門的I/O指令。2、簡要說明CPU與I/O設(shè)備之間傳遞信息可采用哪幾種聯(lián)絡(luò)方式，他們分別用于

8、什么場合？（1）答：CPU與I/O之間傳遞信息常采用三種聯(lián)絡(luò)方式：直接控制（立即響應(yīng)）、同步、異步。 適用場合分別為：直接控制適用于結(jié)構(gòu)極簡單、速度極慢的I/O設(shè)備，CPU直接控制外設(shè)處于某種狀態(tài)而無 須聯(lián)絡(luò)信號。同步方式采用統(tǒng)一的時標(biāo)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，適用于CPU與I/O速度差不大，近距離傳送的場合。異步方式采用應(yīng)答機(jī)制進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，適用于CPU與I/O速度差較大、遠(yuǎn)距離傳送的場合。3、I/O設(shè)備與主機(jī)交換信息時，共有哪幾種控制方式。簡述他們的特點。五種：1、程序查詢方式 是由CPU通過程序不斷查詢I/O設(shè)備是否已做好準(zhǔn)備，從而控制I/O 設(shè)備與主機(jī)交換信息。2、程序中斷方式 倘若CPU在啟動I/O設(shè)備

9、后，不查詢設(shè)備是否已準(zhǔn)備 就緒，繼續(xù)執(zhí)行自身程序，只是當(dāng)I/O設(shè)備準(zhǔn)備就緒并向CPU發(fā)出中斷請求后予以響應(yīng)，這將大 大提高CPU的工作效率。3、直接存儲器存取方式（DMA） 主存與I/O設(shè)備之間有一條數(shù)據(jù)通 路，主存與I/O設(shè)備交換信息時，無需調(diào)用中斷服務(wù)程序4、I/O通道方式、5、I/O處理機(jī)方式4、試比較程序查詢方式、程序中斷方式和DMA方式對CPU工作效率的影響。程序查詢方式使CPU和I/O設(shè)備處于串行工作狀態(tài)，CPU工作效率不高程序中斷方式CPU效率較高DMA方式進(jìn)一步提高了 CPU的資源利用率。5、說明中斷向量地址和入口地址的區(qū)別和聯(lián)系。中斷向量地址和入口地址的區(qū)別：向量地址是硬件電

10、路（向量編碼器）產(chǎn)生的中斷源的內(nèi)存中斷向量表表項地址編號， 中斷入口地址是中斷服務(wù)程序首址。中斷向量地址和入口地址的聯(lián)系：中斷向量地址可理解為中斷服務(wù)程序入口地址指示器（入口地址的地址），通過它訪存 可獲得中斷服務(wù)程序入口地址。（兩種方法：在向量地址所指單元內(nèi)放一條業(yè)指令；主存中 設(shè)向量地址表。參考8.4.3）6、在什么條件下，I/O設(shè)備可以向CPU提出中斷請求？I/O設(shè)備向CPU提出中斷請求的條件是：I/O接口中的設(shè)備工作完成狀態(tài)為1（D=1），中斷屏蔽 碼為0（MASK=0），且CPU查詢中斷時，中斷請求觸發(fā)器狀態(tài)為1（INTR=1）。7、什么是中斷允許觸發(fā)器？他有何作用？中斷允許觸發(fā)器是

11、CPU中斷系統(tǒng)中的一個部件，他起著開關(guān)中斷的作用（即中斷總開關(guān)，則中 斷屏蔽觸發(fā)器可視為中斷的分開關(guān)）。8、在什么條件和什么時間，CPU可以響應(yīng)I/O的中斷請求？CPU響應(yīng)I/O中斷請求的條件和時間是：當(dāng)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(yīng)中斷。9、試比較單重中斷和多重中斷服務(wù)程序的處理流程，說明他們不同的原因。10、什么是多重中斷？實現(xiàn)多重中斷的必要條件是什么？多重中斷是指：當(dāng)CPU執(zhí)行某個中斷服務(wù)程序的過程中，發(fā)生了更高級、更緊迫的事件，CPU 暫?，F(xiàn)行中斷服務(wù)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去處理該事件的中斷，處理完返回現(xiàn)行中斷服務(wù)程序繼續(xù)執(zhí) 行的過程

12、。實現(xiàn)多重中斷的必要條件是：在現(xiàn)行中斷服務(wù)期間，中斷允許觸發(fā)器為1，即開中斷。11、DMA方式有什么特點？什么樣的I/O設(shè)備與主機(jī)交換信息時采用DMA方式，舉例說明。由于主存和DMA接口之間有一條數(shù)據(jù)通路，因此主存和設(shè)備交換信息時，不通過CPU，也不需用 CPU暫?，F(xiàn)行程序為設(shè)備服務(wù)，省去了保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場，因此工作效率比程序中斷方式的效 率高。適合于高速I/O或輔存與主存之間的信息交換。因為高速I/O設(shè)備若每次申請與主機(jī)交換 信息時，都要等待CPU作出中斷響應(yīng)后再進(jìn)行，很可能因此使數(shù)據(jù)丟失。12、CPU對DMA請求和中斷請求的響應(yīng)時間是否相同？為什么？解：CPU對DMA請求和中斷請求的響應(yīng)

13、時間不相同，因為兩種方式的交換速度相差很大，因此 CPU必須以更短的時間間隔查詢并響應(yīng)DMA請求（一個存取周期末）。第七章什么叫機(jī)器指令？什么叫指令系統(tǒng)？為什么說指令系統(tǒng)與機(jī)器的主要功能以及與硬件結(jié)構(gòu) 之間存在著密切的關(guān)系？答：人們習(xí)慣把每一條機(jī)器語言的語句稱為機(jī)器指令，而又將全部機(jī)器指令的集合稱為機(jī)器的指 令系統(tǒng)。什么叫尋址方式？為什么要學(xué)習(xí)尋址方式？答：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(jié) 構(gòu)緊密相關(guān)，而且直接影響指令格式和指令功能。尋址方式分為指令尋址和數(shù)據(jù)尋址什么是指令字長、機(jī)器字長和存儲字長？答：機(jī)器字長：CPU 一次能處理數(shù)據(jù)的位數(shù)，通常

14、與CPU的寄存器位數(shù)有關(guān)。零地址指令的操作數(shù)來自哪里？各舉一例說明。答：零地址指令的操作數(shù)來自ACC，為隱含約定。在一地址指令中，另一個操作數(shù)的地址通常可采用ACC隱含尋址方式獲得。對于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在什么地方？舉例說明。答：對于二地址指令而言，操作數(shù)的物理地址可安排在寄存器內(nèi)、指令中或內(nèi)存單元內(nèi)等。第八章：CPU有哪些功能？畫出其結(jié)構(gòu)框圖并簡要說明各個部件的作用。答：取指令、分析指令，執(zhí)行指令什么是指令周期？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(jī)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

15、同步 控制的機(jī)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。3、什么是中斷隱指令，有哪些功能？CPU響應(yīng)中斷之后，經(jīng)過某些操作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這些操作是由硬件直接實現(xiàn)的， 我們把它稱為中斷隱指令。它不是指令系統(tǒng)中的一條真正的指令，沒有操作碼，所以是一種不允 許、也不可能為用戶使用的特殊指令。4、中斷系統(tǒng)中采用屏蔽技術(shù)有何作用？5、為實現(xiàn)多重中斷，需要哪些硬件支持?6、CPU在處理中斷過程中，有幾種方法找到中斷服務(wù)程序的入口地址？舉例說明。第九章1、控制單元的功能是什么？其輸入受什么控制？控制單元具有發(fā)出各種微操作命令序列的功能2、什么是指

16、令周期、機(jī)器周期和時鐘周期？三者有何關(guān)系？CPU每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間叫指令周期；機(jī)器周期是在同步控制的機(jī)器中，執(zhí) 行指令周期中一步相對完整的操作（指令步）所需時間，通常安排機(jī)器周期長度=主存周期；時 鐘周期是指計算機(jī)主時鐘的周期時間，它是計算機(jī)運行時最基本的時序單位，對應(yīng)完成一個微操 作所需的時間，通常時鐘周期=計算機(jī)主頻的倒數(shù)。3、能不能說CPU的主頻越快，計算機(jī)的運行速度就越快？為什么？不能說機(jī)器的主頻越快，機(jī)器的速度就越快。因為機(jī)器的速度不僅與主頻有關(guān)，還與數(shù)據(jù)通路 結(jié)構(gòu)，時序分配方案、ALU運算能力、指令功能強弱等多種因素有關(guān)，要看綜合效果。4、試比較同步控制、異步控制和聯(lián)合控制的區(qū)別。同步控制方式：任何一條指令