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試談?wù)勈裁词谴鎯?chǔ)系統(tǒng)的高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache), 畫出“主存- Cache”這一存儲(chǔ)層次與CPU連接的結(jié)構(gòu)框圖。答案: 答:高速緩沖存儲(chǔ)器是介于CPU與主存之間的用于存放當(dāng)前最活躍的程序塊和數(shù)據(jù)的高速、小容量的存儲(chǔ)器。程序中包括指令和要處理的數(shù)據(jù),在執(zhí)行時(shí)先必須調(diào)到內(nèi)存中才能執(zhí)行,CPU直接從內(nèi)存中將指令或數(shù)據(jù)取來并加以執(zhí)行的。CPU是如何知道取來的是指令還是數(shù)據(jù)?說明理由。答案: 答:取指周期中從內(nèi)存讀出的信息流是指令流,它流向控制器;而在執(zhí)行器周期中從內(nèi)存讀出的信息流是數(shù)據(jù)流,它由內(nèi)存流向運(yùn)算器。完整的計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)按功能劃分,可分為哪些基本類型的指令?并就每種基本指令簡(jiǎn)單舉例說明。答案: 答:指令系統(tǒng)按功能劃分的種類:數(shù)據(jù)傳送類、算邏運(yùn)算類、程序控制類、I/O指令類及其它類。1) 數(shù)據(jù)傳送指令 存、取數(shù)指令,傳送指令,成組傳送,字節(jié)交換,清累加器AC等。功能:MM、RR、MR。2) 算邏運(yùn)算指令功能:實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的加工,代碼的轉(zhuǎn)換、判斷等。. 算術(shù)運(yùn)算指令定點(diǎn)-浮點(diǎn)加減乘除、求補(bǔ)、算術(shù)移位、比較等。 邏輯運(yùn)算指令、邏輯移位、裝配、拆卸等。3) 程序控制指令功能:控制程序的轉(zhuǎn)向包括:無條件轉(zhuǎn)移,條件轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)子和返主,中斷返回等指令。4) I/O指令功能: 控制外設(shè)的動(dòng)作 測(cè)試外設(shè)的工作狀態(tài) 實(shí)現(xiàn)外設(shè)與主機(jī)間的數(shù)據(jù)交換5) 其它指令PSW的位置、復(fù)位,測(cè)試指令,堆棧指令,特權(quán)指令,停機(jī)指令,控制臺(tái)指令等。目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常所采用的多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)是什么?并簡(jiǎn)述各級(jí)存儲(chǔ)器承擔(dān)的職能。答案: 答:目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通常所采用的多級(jí)存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)是:高速緩沖存儲(chǔ)器(cache)、主存儲(chǔ)器和外存儲(chǔ)器。各級(jí)存儲(chǔ)器承擔(dān)的職能各不相同。其中cache主要強(qiáng)調(diào)快速存取,以便使存取速度和CPU的運(yùn)算速度相匹配;外存儲(chǔ)器主要強(qiáng)調(diào)大的存儲(chǔ)容量,以滿足計(jì)算機(jī)的大容量存儲(chǔ)要求;主存儲(chǔ)器介于cache與外存之間,要求選取適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)容量和存取周期,使它能容納系統(tǒng)的核心軟件和較多的用戶程序。在微命令的分段編碼方式中,分段的原則是什么?答案: 答:A、相互有一定關(guān)系又不能在同一微周期出現(xiàn)(相斥性)的微命令可編在同一字段內(nèi);可能在同一微周期出現(xiàn)(相容性)的微命令應(yīng)編在不同的字段內(nèi);B、分段應(yīng)與數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)相適應(yīng),便于微命令的設(shè)計(jì)、修改、查找。C、每個(gè)字段的位數(shù)不能太多(24位)。精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC,其指令系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是什么?減少指令種類的一種有效做法是指令的替代實(shí)現(xiàn),試舉例說明。答案: 解:RISC指令系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:(1) 指令數(shù)目較少,一般都選用使用頻度最高的一些簡(jiǎn)單指令。(2) 指令長(zhǎng)度固定,指令格式種類少,尋址方式種類少。(3) 大多數(shù)指令可在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。(4) 通用寄存器數(shù)量多,只有存數(shù)指令或取數(shù)指令訪問存儲(chǔ)器,而其余指令均在寄器之間進(jìn)行操作。什么是微命令間的相容和互斥?微命令主要有哪幾種編碼方式,各有什么特點(diǎn)?答案: 答:(1)相容性是可能同時(shí)出現(xiàn)的微命令, 相斥性是不能同時(shí)出現(xiàn)的微命令。(2) A、直接表示法 優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單,直觀,快速。缺點(diǎn):微指令字太長(zhǎng),位信息利用率低。 B、編碼表示法 優(yōu)點(diǎn):微指令字長(zhǎng)適中,譯碼器不龐大,能實(shí)現(xiàn)并行操作,速度較快。 C、混合表示法: 把直接表示法和編碼表示法相混合使用。什么是同步定時(shí),異步定時(shí)?比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。答案: 答:(1)同步定時(shí),總線上所有部件都在公共時(shí)鐘線上的同步信號(hào)協(xié)調(diào)下工作。其特點(diǎn)是有公共時(shí)鐘。異步定時(shí),總線上的設(shè)備(部件)有各自的時(shí)鐘,它們之間通常采用“應(yīng)答”方式進(jìn)行通信。其特點(diǎn)是無公共時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。(2) 同步定時(shí)方式具有較高的傳輸頻率,但不適合存取時(shí)間差別大的設(shè)備之間的通信。異步定時(shí)方式具有可靠性高,適用于存取時(shí)間不同的部件之間的通信。但傳輸效率較低。什么叫虛擬存儲(chǔ)器?PC的虛存地址是46位,按字節(jié)編址,則其虛存空間有多大?答案: 答:虛擬存儲(chǔ)器是一個(gè)容量非常大的存儲(chǔ)器的邏輯模型,借助于磁盤等輔存來擴(kuò)大主存容量,是指“主存外存”的存儲(chǔ)層次。PC的虛存地址是46位,按字節(jié)編址,則其虛存空間有64TB。什么叫Cache的命中率?在有Cache的計(jì)算機(jī)中,CPU訪問內(nèi)存的平均周期與哪些因素有關(guān)? 答案: 答:CPU在Cache中訪問到的次數(shù)n1與總的訪問次數(shù)n的比,稱為命中率H。不命中率(脫靶率):1H 有Cache時(shí)的CPU訪存平均周期tAtA=Htc +(1-H)tm 式中:tc - Cache存儲(chǔ)周期,tm - 主存存儲(chǔ)周期可見,CPU訪問內(nèi)存的平均周期與Cache的命中率、Cache的存儲(chǔ)周期tc、主存存儲(chǔ)周期tm有關(guān);而Cache的命中率又與映射方式、替換策略以及Cache的容量大小等有關(guān)。什么叫堆棧?計(jì)算機(jī)中有哪兩種形式的堆棧?常用的是哪一種?有何優(yōu)點(diǎn)?答案: 答:按后進(jìn)先出方式工作的存儲(chǔ)單元的集合叫堆棧。計(jì)算機(jī)中堆棧的實(shí)現(xiàn)有二種結(jié)構(gòu),一種是寄存器堆棧(串聯(lián)堆棧、下壓堆棧),另一種是存儲(chǔ)器堆棧。前者是在CPU中設(shè)置一組專門的具有對(duì)位串聯(lián)的若干個(gè)寄存器組成,配合堆棧指令實(shí)現(xiàn)堆棧操作;后者則是在內(nèi)存開辟專門用于堆棧的存儲(chǔ)區(qū),另加堆棧指針SP組成,配合堆棧指令實(shí)現(xiàn)其操作。由于存儲(chǔ)器堆棧是使用容量較大的內(nèi)存部分存儲(chǔ)區(qū),因此具有堆棧區(qū)的位置靈活和容量可變等特點(diǎn),是常用的一種。計(jì)算機(jī)中時(shí)序信號(hào)的作用是什么?設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)啟停電路的基本要求是什么?答案: 答:時(shí)序信號(hào)的作用:為計(jì)算機(jī)各部分的協(xié)調(diào)工作提供時(shí)序標(biāo)志。設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)啟停電路的要求:1)啟動(dòng)時(shí)一定要從第一個(gè)節(jié)拍電位的前沿開始工作;2)停機(jī)時(shí)一定要在指令最末一個(gè)節(jié)拍脈沖結(jié)束后,才關(guān)閉時(shí)序發(fā)生器。按中斷源與CPU的關(guān)系不同,中斷可分為內(nèi)中斷和外中斷兩大類,試說明這兩類中斷一般包括哪些方面的中斷。答案: 答:按中斷源性質(zhì)與CPU的關(guān)系分: 處理機(jī)內(nèi)的中斷(內(nèi)中斷) 系統(tǒng)內(nèi)外設(shè)的中斷(外中斷)集中式總線仲裁方式有哪三種,其特點(diǎn)是什么?答案: 答:(1)鏈?zhǔn)讲樵兎绞?。BG按優(yōu)先級(jí)由高至低依次傳送的總線查詢方式。所需傳輸線少,便于更改和擴(kuò)充。(2)計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式。優(yōu)先次序可靈活變動(dòng)。(3)獨(dú)立請(qǐng)求方式。響應(yīng)速度快,對(duì)優(yōu)先次序的控制靈活。馮諾依曼型計(jì)算機(jī)主要由哪幾個(gè)功能部件組成?簡(jiǎn)述它們的主要功能。答案: 答:馮諾依曼型計(jì)算機(jī)的硬件主要有:1)存儲(chǔ)器,其功能是存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)信息;2)運(yùn)算器(ALU),實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能的部件,其功能有運(yùn)算即完成數(shù)字信息的加工和寄存、移位等;3)控制器(Control Unit),向計(jì)算機(jī)各部件發(fā)出控制信息的部件,其功能:控制指令的讀出、解釋和執(zhí)行、中斷事件的處理等;4)輸入/輸出(I/O)設(shè)備,其功能是輸入程序和有關(guān)的數(shù)據(jù),輸出計(jì)算機(jī)的有關(guān)信息及運(yùn)算結(jié)果等;5)適配器(I/O接口): I/O設(shè)備與主機(jī)之間互相連接(緩沖)的部件。此外,硬設(shè)備還有控制臺(tái),電源等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的,試說明硬件和軟件在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的作用,并舉例說明軟件和硬件在邏輯功能上是等效的。答案: 答:硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ),軟件是解題的靈魂。 例如早期的計(jì)算機(jī)基于計(jì)算機(jī)必有加法器和移位等操作的硬件而沒有乘除法器,可編寫乘除運(yùn)算子程序用于實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算功能,后來的計(jì)算機(jī)普遍用硬件乘除法器實(shí)現(xiàn)乘除運(yùn)算功能,這說明了軟件和硬件功能的等效性。試說明組合邏輯(硬布線)控制器通常采用哪三級(jí)的時(shí)序信號(hào)?在計(jì)算機(jī)中,總清信號(hào)的作用是什么?答案: 答:組合邏輯控制器通常采用三級(jí)的時(shí)序體制:即主狀態(tài)(CPU)周期-節(jié)拍電位-節(jié)拍脈沖。總清信號(hào)的作用主要是使計(jì)算機(jī)處于正常的初始狀態(tài),例如把時(shí)序電路的有關(guān)觸發(fā)器和I/O接口電路中的設(shè)備狀態(tài)觸發(fā)器預(yù)置為正確的初始狀態(tài)等,這些觸發(fā)器的狀態(tài)在開機(jī)時(shí)是隨機(jī)的,不能保證啟動(dòng)后計(jì)算機(jī)能正常工作。為此必須有總清信號(hào),它在機(jī)器啟動(dòng)時(shí)由電源電路產(chǎn)生或按下總清開關(guān)產(chǎn)生。試談?wù)勈裁词谴鎯?chǔ)系統(tǒng)的高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache), 畫出“主存- Cache”這一存儲(chǔ)層次與CPU連接的結(jié)構(gòu)框圖。答案: 答:高速緩沖存儲(chǔ)器是介于CPU與主存之間的用于存放當(dāng)前最活躍的程序塊和數(shù)據(jù)的高速、小容量的存儲(chǔ)器。試畫出三地址指令、二地址指令和一地址指令的指令格式,

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