計算機體系結(jié)構(gòu)復習資料

1、注：本復習資料由【考試特攻隊】整理袁學東給的復習范圍進行編寫，背完即可，相關(guān)計算題即掌握HUFFMAN、尋址方式等。Chapter 01引言1. 什么是ISA？指令集體系結(jié)構(gòu)（ISA）：ISA是在機器上運行的所有軟件和執(zhí)行這些軟件的硬件之間的協(xié)定接口。2. 計算機的硬件和軟件等原理有什么重要性？硬件和軟件等效原理：任何可以利用軟件實現(xiàn)的事情可以利用硬件來實現(xiàn)。反之，任何可以利用硬件來實現(xiàn)的事件也同樣可以利用軟件來實現(xiàn)。3. 列舉計算機的三種基本部件用來解釋和執(zhí)行程序的處理器用來存儲數(shù)據(jù)和程序的存儲器與外界進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C制4. 通常用來測量計算機時鐘頻率的單位是什么？時鐘頻率的度量單位為每秒周

2、數(shù)，或稱為赫茲。5. 列舉兩種類型的計算機存儲器RAM/ROM（主存/硬盤）6. 解釋SSI、MSI、LSI、VLSI的區(qū)別小規(guī)模集成電路（SSI）：每塊芯片上只有10-100個元件；1.2中規(guī)模集成電路（MSI）：每塊芯片上集成100-1000個元件；2.3大規(guī)模集成電路（LSI）：每塊芯片上集成的元件多達1000-10000個；3.4超大規(guī)模集成電路(VLSI)：每塊芯片上集成的元件超過10000。57. 馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)與它以前的計算機體系結(jié)構(gòu)有什么不同在最早起的電子計算機器中，編程就是利用各種導線進行接插連線，由于沒有計算機的分層結(jié)構(gòu)，對早起的計算機進行變成工程浩大。而馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)

3、是有三大硬件（CPU,ALU,Main-memory system）構(gòu)成的存儲器體系結(jié)構(gòu)，其工作原理是取值-譯碼-執(zhí)行。8. 取指-譯碼-執(zhí)行周期的工作原理是怎樣的？控制單元從計算機的存儲器中提取下一條程序指令，并利用程序計數(shù)器來決定這條執(zhí)行的所在位置對提取的指令進行譯碼，變成ALU能夠理解的一種語言從存儲器中取出執(zhí)行指令所需的各種操作數(shù)的數(shù)據(jù)，并把它們放入CPU的寄存器中ALU執(zhí)行指令，并將執(zhí)行的結(jié)果存放到寄存器或存儲器中Chapter 04 MARIE:簡單計算機模型1. CPU的主要功能是什么？中央處理器的任務(wù)就是提取程序指令，并對指令進行譯碼，然后按程序規(guī)定的順序?qū)φ_的數(shù)據(jù)執(zhí)行各種操

4、作。2.控制單元的任務(wù)是什么？控制單元負責監(jiān)視所有指令的執(zhí)行和各種信息的傳送過程從內(nèi)存提取指令,對這些指令進行譯碼，確保數(shù)據(jù)適時地出現(xiàn)在正確的地方通知ALU應該使用哪一個寄存器，執(zhí)行哪些中斷服務(wù)程序，以及對所需執(zhí)行的各種操作接通ALU中的正確電路使用程序計數(shù)器來尋找下一條要執(zhí)行的指令的位置，并使用一個狀態(tài)寄存器來存放某些特殊的操作狀態(tài)，比如溢出3. 寄存器安置在什么位置？有何種不同類型的寄存器？寄存器位于處理器內(nèi)部。存儲信息的寄存器進行數(shù)值移位的寄存器進行數(shù)值比較的寄存器計數(shù)寄存器“中間結(jié)果”寄存器變址寄存器堆棧指針寄存狀態(tài)寄存器通用寄存器4. 什么是總線周期？總線周期是完成總線信息傳送所需的

5、時鐘脈沖間的時間間隔。5. 舉出三種不同類型的總線，并指出這些總線在計算機中的位置典型地包括數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、電源線。按種類：處理器-內(nèi)存總線（處理器與機器匹配內(nèi)存系統(tǒng)之間）、I/O總線（連接各種不同帶寬的各種設(shè)備）、底板總線（將計算機的所有部件在主板上連接起來）6. 總線仲裁的4種方式是什么？菊花鏈仲裁方式集中式平行仲裁方式采用自選擇的分配式仲裁方法采用沖突檢測的分配時仲裁方法7. 說明取指譯碼-執(zhí)行周期的各個步驟。CPU首先提取一條指令，即將指令從主存儲器轉(zhuǎn)移到指令寄存器；接著對指令進行譯碼，即確定指令的操作碼和提取執(zhí)行該指令所需的數(shù)據(jù)；然后執(zhí)行這條指令，即執(zhí)行指令規(guī)定的各種操

6、作。8. 中斷驅(qū)動的I/O是如何工作的？CPU收到一個來自I/O設(shè)備的中斷信號，表示輸入或輸出的準備工作已經(jīng)完成。利用某些方法可以使CPU從正常的取指-譯碼-執(zhí)行周期轉(zhuǎn)去識別“識別”這個中斷請求。9. 解釋硬連線控制和微編程控制的區(qū)別硬連線控制:優(yōu)點是 速度快缺點是 指令集和控制邏輯通過特殊的電路直接連接，使得電路變得比較復雜，設(shè)計或修改都比較困難微編程控制：優(yōu)點是如果指令集需要修改，只需要簡單地更新微程序，而實際的硬件部分不需要做任何改變?nèi)秉c是所有指令都需要經(jīng)過一次額外的翻譯過程，這樣會減慢整個程序的執(zhí)行速度10. 編譯程序的任務(wù)使用助記符號將匯編語言轉(zhuǎn)換成機器語言Chapter 05指令系

7、統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)1. 什么是擴展操作碼？指令總長度固定的指令體系結(jié)構(gòu)，但是卻可以允許操作數(shù)域的位數(shù)根據(jù)需要而改變2. 設(shè)計指令系統(tǒng)可采用的三種體系結(jié)構(gòu)。堆棧體系結(jié)構(gòu)、累加器體系結(jié)構(gòu)、通用寄存器（GPR）體系結(jié)構(gòu)。3. 固定長度和可變長度的指令結(jié)構(gòu)各有什么優(yōu)點？固定長度：使用這種格式的指令系統(tǒng)會浪費一些存儲空間，但是指令執(zhí)行的速度快?？勺冮L度：這種指令系統(tǒng)的譯碼會變得比較復雜，但是卻可以節(jié)省存儲空間。4. 什么是尋址方式？尋址方式是制定指令中操作數(shù)的位置的方法。5. 解釋有關(guān)流水線體系結(jié)構(gòu)的基本概念有些CPU會講取指-譯碼-執(zhí)行周期分為一些較小的步驟，其中的某些較小的步驟可以并行執(zhí)行。這種時間上的交替

8、可以加快CPU的執(zhí)行速度。這種方法稱為流水線。Chapter 06 存儲器1. SRAM和DRAM哪一個速度更快？SRAM2. 直接映射的高速緩存中地址的三個域分別是什么？全關(guān)聯(lián)高速緩存的地址分成哪三個域？組關(guān)聯(lián)高速緩存的地址分成哪三個域？標記域、塊域、字域。 標記域、字域。標記域、組域、字域。3. 嚴格來說，什么是有效存取時間（EAT)？EAT是使用命中率與相連存儲器層次的相對訪問時間產(chǎn)生的加權(quán)平均值4. 說明如何導出有效存取時間的公式。EAT=HAccessC+(1-H)AccessMM 其中H為高速緩存命中率，AccessC是高速緩存的訪問時間，AccessMM是主存儲器的訪問時間5.

9、什么是臟塊？已經(jīng)被修改過的數(shù)據(jù)塊。6. 引用的局部性分為什么?時間局部性、空間局部性、順序局部性Chapter 07 輸入/輸出和存儲系統(tǒng) 1. 用文字描述Amdahl定律計算機系統(tǒng)整體性能的速度提升取決于某個特定部件本身的加速率和部件在系統(tǒng)中的使用率。2. 什么是加速率性能的速度提升3. 四種I/O控制方法。程序控制的I/O、中斷控制的I/O、直接存儲器存取、通道控制的I/O4. 解釋程序控制的I/O與中斷控制的I/O之間有什么不同。程序控制的I/O需要為每個I/O設(shè)備至少準備一個專用的寄存器，CPU通過輪詢每個寄存器，等待數(shù)據(jù)到達。而中斷控制的I/O與其相反，不需要持續(xù)地查詢其附屬設(shè)備是否

10、有任何輸入請求，而實有數(shù)據(jù)發(fā)送需求時由外部設(shè)備來通知CPU，如果沒有外部設(shè)備發(fā)出服務(wù)請求來中斷CPU，CPU就可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。5. 直接存儲器訪問（DMA）的工作原理是什么?使用某個專用的芯片來編程完成I/O設(shè)備移入和移出數(shù)據(jù)6. 通道控制的I/O與中斷控制的I/O有什么不同？與中斷控制的I/O相比，通道控制的I/O只需要很少的CPU參與7. 通道控制的I/O域DMA有何相似之處？一個I/O處理器必須從CPU中竊取存儲器周期。8. 什么是尋道時間？尋道時間是指磁盤驅(qū)動臂定位到指定的磁道上所需的時間。9. 什么是旋轉(zhuǎn)延遲？讀寫頭定位到指定的扇區(qū)上方所需要的時間10. 旋轉(zhuǎn)延遲和尋道時間的總和叫做什么？存取時間11. 哪一種RAID技術(shù)能夠提供最好的性能？RAID-012. 哪一種RAID技術(shù)最經(jīng)濟，而又可以提供足夠的冗余量？RAID-513. 哪一種RAID技術(shù)使用鏡像磁盤組？RAID-1Chapter 09 可選擇的體系結(jié)構(gòu)1. Flynn分類法是基于哪兩大特性來分類計算機體系結(jié)構(gòu)的？指令的數(shù)目和流入處理器的數(shù)據(jù)流的數(shù)目。缺點：對于MISD機器，能夠運行的應用程序很少Flynn假定并行執(zhí)行都是同構(gòu)的，然后一組處理器的集合可能是同構(gòu)，也可能是異構(gòu)的。Chpater 10