計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1、計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1. 馮諾依曼計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想：依據(jù)存儲(chǔ)程序，執(zhí)行程序并實(shí)現(xiàn)控制。2. 早期計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分組成。3. 軟件系統(tǒng)爆過(guò)兩大部分：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。4. 計(jì)算機(jī)的層次結(jié)構(gòu)分為：微程序或邏輯硬件、機(jī)器語(yǔ)言、操作系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、應(yīng)用語(yǔ)言。5. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成與實(shí)現(xiàn)之間的區(qū)別與聯(lián)系： 計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)：也稱為計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，是一個(gè)系統(tǒng)在其所處環(huán)境中最高層次的概念；是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各機(jī)器級(jí)之間界面的劃分和定義，以及對(duì)各級(jí)界面上、下的功能進(jìn)行分配。 計(jì)算機(jī)組成：也常譯為計(jì)算機(jī)組織或成為計(jì)算機(jī)原理、計(jì)算機(jī)組成原理。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定了分

2、配給硬件子系統(tǒng)的功能及其概念之后，計(jì)算機(jī)組成的任務(wù)是研究硬件子系統(tǒng)各部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令級(jí)的各級(jí)功能和特性。 計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)：指的是計(jì)算機(jī)組成的物理實(shí)現(xiàn)，主要研究個(gè)部件的物理結(jié)構(gòu)，機(jī)器的制造技術(shù)和工藝等，包括處理機(jī)、主存等部件的物理結(jié)構(gòu)，器件的集成度、速度和信號(hào)。器件、模塊、插件、底板的劃分與連接，專用器件的設(shè)計(jì)，電源、冷卻、裝配等技術(shù)。6. Flynn分類法：按照計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)信息流的特征分為單指令單數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)(SISD)、單指令多數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)(SIMD)、多指令單數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)(MISD)、多指令多數(shù)據(jù)流計(jì)算機(jī)(MIMD).7. 加速比Sp=1/(1-Fe)+Fe/Re

3、,Fe為可改進(jìn)比例，Re為部件加速比。8. 在計(jì)算機(jī)中有兩種信息在流動(dòng)，一種是控制流，即控制命令，由控制器產(chǎn)生并流向各個(gè)部件；另一種是數(shù)據(jù)流，它在計(jì)算機(jī)中被加工處理。9. 摩爾定律得以延續(xù)的理由：集成電路芯片的集成度每18個(gè)月翻一番。10. 馮諾依曼計(jì)算機(jī)的執(zhí)行過(guò)程：將要處理的問(wèn)題用指令編程成程序，并將程序存放在存儲(chǔ)器中，在控制器的控制下，從存儲(chǔ)器中逐條取出指令并執(zhí)行，通過(guò)執(zhí)行程序最終解決計(jì)算機(jī)所要處理的問(wèn)題。11. 數(shù)據(jù)編碼的好處：用更少的數(shù)據(jù)表示更多的信息。12. 定點(diǎn)數(shù)：若約定小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變，則成為定點(diǎn)數(shù)。定點(diǎn)數(shù)分為兩種：定點(diǎn)整數(shù)(純整數(shù)，小數(shù)點(diǎn)在最低有效數(shù)值位之后)和定點(diǎn)小數(shù)(純

4、小數(shù)，小數(shù)點(diǎn)最高有效數(shù)值位之前)。13. 浮點(diǎn)數(shù)：基數(shù)為2的數(shù)F的浮點(diǎn)表示為：F=M*2E.其中M稱為尾數(shù)，E稱為階碼。尾數(shù)為帶符號(hào)的純小數(shù)，階碼為帶符號(hào)的純整數(shù)。14. 補(bǔ)碼：非負(fù)數(shù)整數(shù)的補(bǔ)碼為其原碼，負(fù)數(shù)整數(shù)的補(bǔ)碼在原碼基礎(chǔ)上取反加1.15. n位補(bǔ)碼表示的整數(shù)數(shù)值范圍為-2(n-1)+(2(n-1)-1)，n位補(bǔ)碼表示的小數(shù)數(shù)職的范圍為-1+(1-2(-n+1)。16. 補(bǔ)碼的特點(diǎn)： 0的表示是唯一的。變形碼。求補(bǔ)運(yùn)算。 簡(jiǎn)化加減法。算術(shù)或邏輯左移。算術(shù)右移。17. 反碼：正整數(shù)反碼與原碼相同。負(fù)整數(shù)反碼即原碼取反。18. 漢字編碼分為三類：漢字輸入編碼、國(guó)際碼和漢字內(nèi)碼以及漢字字模碼。

5、19. 漢字內(nèi)碼是漢子在設(shè)備或信息處理系統(tǒng)內(nèi)部最基本的表達(dá)方式。20. 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)可以發(fā)現(xiàn)并糾正信息在存儲(chǔ)或傳送過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。21. 溢出的判定：雙符號(hào)位判決法，兩符號(hào)位是否一致，一致未溢出，反之溢出。22. 存儲(chǔ)器的功能：存儲(chǔ)程序和各種數(shù)據(jù)，并能在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中高速、自動(dòng)地完成程序或數(shù)據(jù)的存取。23. 存儲(chǔ)器的層次結(jié)構(gòu)：脫機(jī)光盤、磁帶存儲(chǔ)器聯(lián)機(jī)磁盤存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器CacheCOU內(nèi)部通用寄存器24. 存儲(chǔ)器的分類： 存儲(chǔ)信息的介質(zhì) 在計(jì)算機(jī)中的用途 存放信息的易失(揮發(fā))性：RAM(易失)、磁盤存儲(chǔ)器、半導(dǎo)體ROM(非易失)。 存取方式：隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM，順序讀寫存儲(chǔ)器

6、。 存儲(chǔ)器的讀寫功能25. 其他存儲(chǔ)器：多端口存儲(chǔ)器、多體交叉存儲(chǔ)器、相聯(lián)存儲(chǔ)器。26. 高速緩沖存儲(chǔ)器的作用：為緩和存儲(chǔ)器訪問(wèn)速度遠(yuǎn)低于CPU程序執(zhí)行速度之間的矛盾。27. 地址映射和變換的三種方式：全相聯(lián)，直接映射、組相聯(lián)。28. 替換算法有：隨機(jī)替換算法(RAND)、先進(jìn)先出算法(FIFO)、近期最少使用算法(LRU)、最不經(jīng)常使用算法(LFU)、最優(yōu)替換算法(OPT)。29. 虛擬存儲(chǔ)器的作用：使計(jì)算機(jī)具有海量存儲(chǔ)器，以便支持多用戶、多任務(wù)程序的開(kāi)發(fā)。30. 虛擬存儲(chǔ)器的管理方式有：頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器、段式虛擬存儲(chǔ)器、段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)器。31. 記錄面：磁盤中能夠記錄信息的磁介質(zhì)表面。32.

7、 磁道：在磁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一個(gè)記錄面上都分布著若干由磁頭畫出的同心的閉合圓環(huán)。33. 扇區(qū)：為了便于存取信息，磁盤上的每個(gè)磁道又分為若干段，每一段稱為一個(gè)扇區(qū)。34. 掉電以后，ROM中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。35. 指令系統(tǒng)：也稱為指令集，指能被一臺(tái)計(jì)算機(jī)執(zhí)行的全部指令的集合。36. 設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)指令系統(tǒng)一般從以下幾方面考慮： 完備性：常用指令齊全，編程方便。 高效性：程序占主存空間少，運(yùn)行速度快。 規(guī)整性：指令和數(shù)據(jù)使用規(guī)則統(tǒng)一簡(jiǎn)單，易學(xué)易記。 兼容性：同一系列的抵擋計(jì)算機(jī)程序能在高檔計(jì)算機(jī)上直接運(yùn)行，即向后兼容。37. 主存的隨機(jī)讀寫特性：對(duì)于主存的大部分空間，允許在任何時(shí)間對(duì)其中的任何存儲(chǔ)單元進(jìn)行

8、讀寫操作，且讀寫時(shí)間相同。38. 堆棧是一種數(shù)據(jù)項(xiàng)按迅排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只能在棧頂對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行插入和刪除操作。39. 堆棧用于過(guò)程或子程序調(diào)用或返回、中斷處理程序的進(jìn)入和返回。40. 變長(zhǎng)操作碼：對(duì)不同類型的指令操作碼用不固定長(zhǎng)度的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼即為變長(zhǎng)操作碼編碼方式，也稱作擴(kuò)展操作碼編碼方式。41. 尋址方式：指令獲取操作數(shù)的方式。42. 尋址方式的分類：隱含尋址立即尋址寄存器尋址直接尋址間接尋址寄存器間接尋址相對(duì)尋址基址尋址變址尋址堆棧尋址43. CISC：Complicated instruction set computer architecture,復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。44. RI

9、SC:Reduced instruction set computer architecture,精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。45. 早期CISC設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn)： 指令系統(tǒng)復(fù)雜，即指令多、尋址方式多、指令格式多； 絕大多數(shù)指令執(zhí)行需要多個(gè)時(shí)鐘周期。 有多種指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器。 CPU控制器采用問(wèn)程序控制方式實(shí)現(xiàn)。 寄存器數(shù)量有限。46. RISC結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)具有如下特點(diǎn)： 之設(shè)置使用頻率高的簡(jiǎn)單指令，所以指令的操作種類少，尋址方式少； 指令格式股則，長(zhǎng)度固定，便于簡(jiǎn)單統(tǒng)一的譯碼，可使控制器簡(jiǎn)化、硬件結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)； 今年通過(guò)Load和Store指令訪問(wèn)主存； 通用存儲(chǔ)器數(shù)量多，一般有幾十甚至幾百個(gè)，大多數(shù)操

10、作在寄存器之間進(jìn)行。 在非流水線RISC中，單條指令可在單機(jī)器周期內(nèi)完成；在流水線RISC中，對(duì)于大多數(shù)指令有CPI=1； 采用硬布線控制器，不使用微代碼(即微程序)，有利于提高時(shí)鐘頻率和CPU速度，能更好的響應(yīng)中斷； 可簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，降低成本及便于超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)。 有利于多流水線、多核CPU實(shí)現(xiàn)； 適宜高度優(yōu)化編譯器(即編譯程序)； 精簡(jiǎn)的指令使程序閱讀、分析難度加大；不能同CISC兼容。47. 指令長(zhǎng)度的確定方法：指令長(zhǎng)度=操作碼長(zhǎng)度+第1段地址碼長(zhǎng)度+第i段地址碼長(zhǎng)度48. 指令長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的一般原則是： 短的操作碼與多地址碼字段配合，長(zhǎng)的操作碼與簡(jiǎn)單地址碼組合。 指令長(zhǎng)度一般設(shè)計(jì)為總

11、線寬度的兩倍。 指令長(zhǎng)度為存儲(chǔ)器最小可尋址單位的整數(shù)倍。49.寄存器直接尋址：操作數(shù)在寄存器中的尋址方式。 寄存器間接尋址：操作數(shù)地址在寄存器中的尋址方式。 立即尋址：操作數(shù)在指令中的尋址方式。 直接尋址：操作數(shù)地址在指令中的尋址方式。 變址尋址：操作數(shù)的地址為某一寄存器內(nèi)容與位移量之和的尋址方式。50. CPU主要是負(fù)責(zé)獲取程序中的每條指令、譯碼所獲取的指令、針對(duì)指令指定的數(shù)據(jù)完成指定順序的操作，它是通過(guò)執(zhí)行各種指令來(lái)完成不同的操作。51. 執(zhí)行周期：在執(zhí)行一條指令的過(guò)程中，由CPU完成的操作序列構(gòu)成一個(gè)指令周期。52. 微操作：CPU的基本或原子操作。53. 設(shè)計(jì)控制器的兩種通用方法：硬布

12、線設(shè)計(jì)法，微程序控制設(shè)計(jì)法(微碼控制)。54. 微程序控制器與硬布線控制器的比較：微程序的控制功能是在存放微程序存儲(chǔ)器當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令的寄存器直接控制下實(shí)現(xiàn)的，而硬布線控制器的控制功能則由邏輯門組合實(shí)現(xiàn)。55. CPI是指每條指令執(zhí)行時(shí)間的周期數(shù)。56. 提高CPU的策略： 采用更先進(jìn)的硅加工制造技術(shù)； 縮短指令執(zhí)行路徑的長(zhǎng)度； 簡(jiǎn)化組織結(jié)構(gòu)來(lái)縮短時(shí)鐘周期； 采用并行處理技術(shù)。57. CPU中的新技術(shù)有：多核技術(shù)、多線程技術(shù)、多核+多線程技術(shù)。58. 流水線是增加處理器吞吐量、提高處理器工作速度的一種常用的有效的技術(shù)。59. 流水技術(shù)：若將一重復(fù)的處理過(guò)程分解為若干子過(guò)程，每個(gè)子過(guò)程都可在

13、專用設(shè)備構(gòu)成的流水線功能段上實(shí)現(xiàn)，并可與其他子過(guò)程同時(shí)進(jìn)行的技術(shù)。60. 流水線的特點(diǎn)： 流水過(guò)程由多個(gè)相聯(lián)系的子過(guò)程組成，每個(gè)字過(guò)程由專用的功能設(shè)備實(shí)現(xiàn)。 流水線需要有“通過(guò)時(shí)間”，也稱裝入時(shí)間，在此之后流水線才進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，每一個(gè)時(shí)鐘周期(節(jié)拍)流出一個(gè)結(jié)果。 流水線不能縮短單個(gè)任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間，但可以提高吞吐量。 流水線速度受限于最慢流水線斷的運(yùn)行速度，所以，各個(gè)功能段所需要時(shí)間應(yīng)盡量相等(典型為一個(gè)時(shí)鐘周期)，否則，時(shí)間長(zhǎng)的功能段將成為流水線的瓶頸，造成流水線的阻塞、斷流或停頓。 流水技術(shù)適合于大量重復(fù)的處理過(guò)程，只有流水線的輸入能連續(xù)地提供任務(wù)，流水線的效率才能充分發(fā)揮。 流水線的多個(gè)任務(wù)是并發(fā)的。61. 根據(jù)流水線時(shí)是否有反饋回路劃分，流水線可以分為線性流水線和非線性流水線。62. 指令處理的步驟：指令獲取、操作數(shù)加載、執(zhí)行指令、寫操作數(shù)。63. 深度指令流水線結(jié)構(gòu)是指將指令的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)一步細(xì)化，使處理器執(zhí)行指令的速度更快，效率更高。64. Pentium架構(gòu)具有RISC內(nèi)核，CISC外殼。65. 緩沖器條目由狀態(tài)、存儲(chǔ)器地址、微操作、重命名寄存器四個(gè)域組成。66. 內(nèi)存編址方式中i/O編址方式的區(qū)別：統(tǒng)一編制(存儲(chǔ)器映射方式)：內(nèi)存和外設(shè)的編址一起規(guī)劃，被外設(shè)用了的地址就不能給內(nèi)存。獨(dú)