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计算机组成原理学习总结(用于考研复试)

只整理了一小部分,有错误还请各位大哥指正!

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。