计算机组成原理学习总结（用于考研复试)

 

1.计算机系统=硬件（物理实体）+软件（程序及相关资料）

2.如何理解计算机的层次结构？

硬件、系统软件和应用软件。
（1）硬件系统是整个计算机系统的基础和核心。
（2）系统软件有操作系统，数据库管理系统等，用于管理整个计算机系统。
（3）应用软件是按需要编制成的各种程序。如qq微信。
上层是下层的扩展，下层是上层的基础。

3.说明高级语言、汇编语言和机器语言的差别及其联系。
答：机器语言是计算机硬件能够直接识别的语言，汇编语言是机器语言的符号表示，高级语言是面向算法的语言。高级语言编写的程序必须翻译成汇编语言，再由汇编程序汇编成机器语言之后才能被执行。

4.冯·诺依曼计算机的特点是什么（五一俩顺中）

由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；

指令和数据以同一形式（二进制形式）存于存储器中；

指令由操作码、地址码两大部分组成；

指令顺序存放

 

以运算器为中心（原始冯氏机）

5. 五大部件（硬件）的作用如下：

控制器：计算机的指挥中心。

运算器：用来进行算术运算和逻辑运算。

存储器：存放程序和数据。

输入设备：将人们熟悉的信息转换成计算机可以识别的信息的设备。

输出设备：将计算机处理的结果转换成人们熟悉的信息的设备。

6. 指令和数据都存于存储器中,计算机如何区分它们？

主要通过不同的时间段来区分指令和数据，即：取指周期取出的为指令，执行周期取出的为数据。

7.计算机的工作过程

程序和数据装入内存

源程序转换成可执行文件

逐条执行指令

8.相关概念解释

CPU——Central  Processing  Unit，中央处理器。

PC——Program  Counter，程序计数器，存放当前欲执行指令的地址，并可自动指向下一条指令地址。

IR——Instruction  Register，指令寄存器，存放当前正在执行的指令的寄存器。

MAR——Memory  Address  Register，存储器地址寄存器，内存中用来存放欲访问存储单元地址的寄存器；

MDR——Memory  Data  Register，存储器数据寄存器，内存中用来存放读出或即将写入数据的寄存器；

机器字长——CPU能同时处理的二进制代码位数；

指令字长——一条指令的二进制代码位数；

存储字长——一个存储单元所存二进制代码位数；

9.存储器的层次结构主要体现在什么地方？为什么要分这些层次？计算机如何管理这些层次？

存储器的层次结构主要体现在Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

Cache-主存层次主要对CPU访存起加速作用。主存-辅存层次主要起扩容作用。从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、价位低的优化效果。

主存与CACHE之间的信息调度功能全部由硬件自动完成。而主存与辅存层次的调度目前广泛采用虚存技术实现。程序员可使用这个比主存实际空间大得多的虚拟地址空间编程，当程序运行时，再由软、硬件结合将虚拟地址转换为物理地址。对于程序员来说都是透明的。

10.半导体随机存储器

有RAM和ROM

RAM（随机存储器）：断电易失，主要用于内存。

ROM（只读存储器）：结构简单；非易失性，可靠性高。

11.动态RAM和静态RAM（RAM：断电易失，随机存储器，主要用于内存）

SRAM用触发器存储信息。速度快所以用来组成高速缓冲存储器。

DRAM用电容存储信息。容量大价位低功耗小所以用来组成大容量主存系统。

12.什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。

刷新:对DRAM进行定期重写的过程；

刷新原因：因电容泄漏使得所存信息衰减需要及时补充。

常用的刷新方法有三种——集中式、分散式、异步式。

集中式：在规定刷新周期内，集中一段时间进行刷新；

分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期

异步式：是集中式和分散式的折中。

13.何谓Cache的地址映像？一般有哪几种方法？替换算法？

Cache：存放主存块的一些副本，由SRAM组成，速度快，可以大大提高CPU访问主存的速度,

Cache的地址映像是指由主存地址映射到Cache地址的方式

主要有直接映射（主存的每一块只能装入Cache中的唯一位置）、全相联映射（可装入Cache中的任意位置）和组相联映射（将Cache分为若干组，组间直接映射，组内全相联映射）。

 Cache的替换算法：随机算法；先进先出；最近最久未使用（往左找）。

14.提高CPU访存速度

双端口存储器：存储器有左右两个独立端口，支持两个独立的CPU同时访问内存。

多模块存储器：同时从内存中取出n条指令。

15.虚拟存储器

虚拟存储器是指具有请求调入和置换功能，在逻辑上对内存容量加以扩存的一种存储器系统。

页式虚拟存储器：将程序和内存进行分页。在进程开始运行之前，装入部分页面，之后根据进程运行的需要，动态装入其他页面，当内存空间已满，又需要装入新的页面时，根据某种算法淘汰某个页面，以便装进新的页面。

段式虚拟存储器：原理同上，只不过将程序分段而不是分页。

段页式虚拟存储器：按程序逻辑先分段，段内再分页。

TLB(快表)：采用虚存后，需要访问内存的页表，访存的次数因此增加。为了减少访存的次数，往往将页表中最活跃的几个页表项复制到高速缓存中（CPU中的寄存器）。这种在高速缓存中的页表项称为快表。

16.通常情况下一条指令格式由哪两部分组成？各部分起什么作用？

指令格式包括操作码和地址码。操作码用来指明该指令所要完成的操作。地址码用来指出操作数的地址。

17. 指令流水线

是提升指令运行效率和速度的一种技术。

特点：把一个任务分解成几个子任务，每一个子任务由一个专门的部件来执行，并依靠多个子部件并行工作来提高效率。

18.为什么要设置总线判优控制？常见的集中式总线控制有几种？各有何特点？
总线判优控制解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题；
常见的集中式总线控制有三种：链式查询、计数器定时查询、独立请求
特点：链式查询方式连线简单，易于扩充，对电路故障最敏感；
计数器查询方式优先级设置较灵活，连线及控制过程较复杂；
独立请求方式判优速度最快，但硬件器件用量大，连线多，成本较高。

19.引入总线的好处

减少了连线数目，提高可靠性。便于系统扩充。便于诊断和维修。

20.CPU具有的功能：

指令控制;操作控制;时间控制;数据加工;中断处理

21. 什么是指令周期？具体包括哪四个周期？
指令周期是指从内存取出一条指令并执行该指令所需的全部 时间。
取指周期、间址周期、执行周期和中断周期。

22.中断向量 向量地址

一个是中断服务程序入口地址；一个是中断服务程序入口地址的地址。