计算机组成原理重点汇总

计算机组成原理重点汇总 2

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《计算机组成原理》 考试重点整理

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1.2如何理解计算机系统的层次结构?

解：（1）第一级：实际机器 M1 （机器语言机器），机器语言程序直接在 M1上执行；（2）

二级：虚拟机器M2 （汇编语言机器），将汇编语言程序先翻译成机器语言程序， 再在M1

执行；（3）第三级：虚拟机器M3（高级语言机器），将高级语言程序先翻译成汇编语言程序,

再在M2、M1 （或直接到 M1 ）上执行；（4）第零级：微程序机器 M0 （微指令系统），

硬件直接执行微指令。（5）实际上，实际机器 M1和虚拟机器 M2之间还有一级虚拟机,

它是由操作系统软件构成，该级虚拟机用机器语言解释操作系统。 （6 ）虚拟机器 M3还可

以向上延伸，构成应用语言虚拟系统。

1.5冯•诺依曼计算机的特点是什么?

(1) 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成；

指令和数据以同等地位存放于存储器内，并可以按地址访问；

指令和数据均用二进制表示；

指令由操作码、地址码两大部分组成，操作码用来表示操作的性质，地址码用来表示 （4）

操作数在存储器中的位置;

（5） 指令在存储器中顺序存放，通常自动顺序取出执行；

机器以运算器为中心（输入输出设备与存储器间的数据传送通过运算器完成。

1.6 画出计算机硬件组成框图，说明各部件的作用及计算机硬件的主

要技术指标。

解：现代的计算机组成框图如图 1.1所示: 4

各部件的功能：

(1) 运算器用来完成算术运算和逻辑运算，并将运算的中间结果暂存在运算器内；

(2) 存储器用来存放数据和程序；

(3) 控制器用来控制、指挥程序和数据的输入，运行以及处理运算结果。

⑷输入设备用来将人们熟悉的信息形式转换为机器能识别的信息形式，常见有键盘、 鼠标等。

⑸输出设备可以将机器运算结果转换为人们熟悉的信息形式，如打印机输出，显示器 输出。

硬件的主要技术指标：

机器字长：

存储容量：

计算机的运算速度与许多因素有关，如机器的主频、执行什样的操作、

主存本身的速度。现在机器的运算速度普遍采用单位时间内执行指令的平均条数来衡量， 并

用Ml PS作为计量单位，也可以用CPI，即执行一条指令所需要的时钟周期数或用浮点运算 次数每秒来衡量。

总线的分类：

按数据传送方式可分为并行传输总线和串行传输总线；按总线的适用范围分为： 计算机总线、测控总线网络通信总线；按连接部件分为：片内总线、系统总线(可 分为数据总线、地址总线和控制总线)和通信总线

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总线特性：机械特性、电气特性功能特性和时间特性。

总线性能指标：

1. 总线宽度：通常是指数据总线的根数，用 bit位表示，如8根、16根……

2. 总线带宽：总线的数据传输速率，即单位时间内总线上传输数据的位数用 Mbps表示；

3. 时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称为同步总线，与时钟 不同步的总线称为异步同步；

4. 总线复用：一天信号线上分时传送两种信号； 指CPU —次能处理数据的位数，通常与 CPU的寄存器位数有关。

包括主存容量和辅存容量，存放二进制代码的总数=存储单元个数X存 ⑴

⑵

储字长。

运算速度: 5

5. 信号线数：地址总线、数据总线和控制总线三种总线的总和；

6. 总线控制方式：包括突发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式和计数方式等;

7. 其他指标：如负载能力、电源电压、总线宽度能否扩展。

总线标准：可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互联的标准界面。

3.4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？哪种方式 响应时间最快？哪种方式对电路故障最敏感？

解：总线判优控制（或称仲裁逻辑）解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题，

分为集中式和分布式两种， 前者将控制逻辑集中在一处 （如在CPU中），后者将控制逻辑分

散在与总线连接的各个部件或设备上。

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；计数器定时查询方式

优先级设置较灵活， 对故障不敏感，连线及控制过程较复杂； 独立请求方式速度最快， 但硬

件器件用量大，连线多，成本较高。

1. 申请分配阶段：由需要使用总线的主模块提出申请， 经总线仲裁机构决定下一传输周期的 总线使用权授予某一申请者；

2. 寻址阶段：取得了使用权的主模块通过总线发出本次要访问的从模块的地址及有关命令，

启动参与本次传输的从模块；

4. 结束阶段：主模块的有关信息均从系统总线上撤出，让出总线使用权

总线通信控制主要解决通信双方如何获知传输开始和传输结束， 以及通信双方如何协调如何

分配。通常主要有四种方式：同步通信、异步通信、半同步通信和分离式通信。

3.8为什么说半同步通信同时保留了同步通信和异步通信的特点？

解：半同步通信既能像同步通信那样由统一时钟控制，又能像异步通信那样允许传输 时间不一致，因此工作效率介于两者之间。

4.3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？

答：存储器的层次结构主要体现在

Cache-主存层次在存储系统中主要对

析，CPU访存速度加快，接近于 Cache

主存-辅存层次在存储系统中主要起扩容作用，即从程序员的角度看，他所使用的存储 器其容量和位价接近于辅存，而速度接近于主存。

综合上述两个存储层次的作用，从整个存储系统来看，就达到了速度快、容量大、位 价低的优化效果。

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 Cache-主存和主存-辅存这两个存储层次上。

CPU访存起加速作用，即从整体运行的效果分 的速度，而寻址空间和位价却接近于主存。 6

目前广泛采用虚拟存储技术实现，即将主存与辅存的一部分通过软硬结合的技术组成虚拟存 储器，程序员可使用这个比主存实际空间 （物理地址空间）大得多的虚拟地址空间 （逻辑地

址空间）编程，当程序运行时，再由软、硬件自动配合完成虚拟地址空间与主存实际物理空 间的转换。因此，这两个层次上的调度或转换操作对于程序员来说都是透明的 （即程序员不

知道）。

4.9什么叫刷新？为什么要刷新？说明刷新有几种方法。

解：刷新：对 DRAM定期进行的全部重写过程。

刷新原因：因电容泄漏而引起的 DRAM所存信息的衰减需要及时补充，因此安排了定

期刷新操作。

常用的刷新方法有三种：集中式、分散式、异步式。

集中式：在最大刷新间隔时间内， 集中安排一段时间进行刷新， 存在CPU访存死时间。

分散式：在每个读/写周期之后插入一个刷新周期，无 CPU访存死时间。

异步式：是集中式和分散式的折衷。

动态 RAM 和静态 RAM 的比较:

1. 在同样大小的芯片中，动态 RAM的集成度远高于静态 RAM;

2. 动态RAM行、列地址按先后顺序传送，减少了芯片引脚，封装尺寸也减少;

3.动态RAM 的功耗比静态 RAM 的小;

4..动态RAM的价格比静态 RAM 的便宜;

动态RAM的缺点：1.速度慢；2.动态RAM需要再生，需要配置再生电源，也需要消 耗一部分功率。

4.33简要说明提高访存速度可采取的措施。

（1）采用高速器件，选取存取周期短的芯片，可提高存储器的速度;

⑵ 采用Cache，CPU将最近期要用的信息先调入 Cache，而Cache的速度比主存

快得多，这样CPU每次只需从Cache中取出或存入信息，从而缩短了访存时间, 7

提高了访存速度。

（3）调整主存结构，如采用单体多字结构（在一个存取周期内读出多个存储字，可增

加存储器的带宽），或采用多体结构存储器。

Cache的基本结构：Cache存储体、地址映射变换机构、替换机构、

地址映射方式：直接映射、全相联隐射和组相连映射。

输入输出系统的发展 4阶段：早期阶段（早期的I/O设备比较少，I/O 通过CPU ）接口模块和DMA阶段、具有通道结构的阶段、具有 I/O

I/O设备与主机信息传送的控制方式： 程序查询方式、程序中断方式、直接存储器存取方式

传送；

工作时，处理总线控制权的转交，避免因进入 DMA工作而影响

CPU正常活动或引起总线竞争；

3. 在DMA期间管理系统总线，控制数据传输；

4. 确定数据传送的起始地址和数据长度，修正数据传送过程中的数据地址和数据长度；

5. 在数据块传送结束时，给出 DMA操作完成的信号。

DMA接口基本组成：主存地址寄存器（AR）、字计数器（WC ）、数据缓冲寄存器（BR ）、

DMA控制逻辑、中断机构、设备地址寄存器（

送，DMA方式靠硬件传送；（2）从CPU响应时间看，程序中断方式在一条指令执行结束

Cache的读写操作。

与主存交换信息必须

处理机的阶段。

（DMA ） \1/0通道方式、 I/O处理机方式。 DMA接口的功能：

1. 向CPU申请 DMA

2. 在cpu允许DMA

DAR )o

5.35试从5方面比较程序中断方式和 DMA 方式的区别。

解：DMA方式和程序中断方式的区别为: （1 ）从数据传送看，程序中断方式靠程序传

时响应，而DMA方式在存取周期结束时 CPU才能响应，即将总线控制权让给 DMA传送;

（3 ）程序中断方式有处理异常事件的能力, DMA方式没有这种能力；（4）程序中断方式

需要中断现行程序，故需保护现场，DMA 方式不必中断现行程序， 无需保护现场；（5 ）DMA

的优先级比程序中断高。