组成原理重点.docx
《组成原理重点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组成原理重点.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
组成原理重点
填空
1.中央处理器的四个主要功能是（指令控制、操作控制、时间控制、数据加工）。
2.CPU中，保存当前正在执行的指令的寄存器为（指令寄存器IR），保存下一条指令地址的寄存器为（程序计数器PC），保存CPU访存地址的寄存器为（地址寄存器AR）。
3.CPU从主存取出一条指令并执行该指令的时间叫做（指令周期），它常用若干个（CPU周期）来表示，而后者又包含若干个（T周期）。
4.一条机器指令的执行可以与一段微指令构成的（微程序）相对应，微指令可由一系列（微命令）组成。
5.一般而言，CPU至少有（指令寄存器、程序计数器、地址寄存器、缓冲寄存器、通用寄存器、状态条件寄存器六个寄存器。
6.指令执行过程中，DBUS→MDR→IR所完成的功能是将从存储器中读取的指令经存储器数据线送入（数据缓冲器），在通过总线送入（指令寄存器）。
7.磁盘上访问信息的最小物理单位是（扇区）。
8.磁盘上每个磁道被划分成若干个（扇区），其上面存储有（相同）数量的数据。
9.磁盘存储设备的主要技术指标包括存储密度、（存储容量）、（寻址时间）和数据传输率。
10.对活动磁头磁盘来讲，磁盘地址是由（记录面号）、（磁道号）、（扇区号）组成的，每个区存储一个（记录块）。
沿盘径方向单位长度内的磁道数称为（道密度），而磁道单位长度上记录的二进制代码的位数称为（位密度），两者总称为（存储密度）。
11.填空题：
12.硬磁盘机按盘片结构分成（可换盘片）与（固定盘片）两种；按磁头分为（可移动）和（固定）两种。
13.半导体存储器的速度指标是（存取时间和存取周期），磁盘存储器的速度指标是（平均找道时间）、（平均等待时间）和（数据传输率），其中（平均等待时间和数据传输率）与磁盘的转速有关。
14.温彻斯特磁盘是一种（可移动）磁头的（固定）盘片的磁盘机，它将磁头、盘片、电动驱动部件、读写电路等组装成一个（部可拆卸）的机电一体化整体，成为最有代表的（硬磁盘）存储器
15.光盘是近年来发展起来的一种（外存）设备，它是（多媒体计算机）不可缺少的设备。
按读写性质分（只读）型、（一次）型、（重写）型三类。
16.输入设备的作用是将（外部信息）以一定的数据格式送入（系统内存）。
17.输出设备的作用是将（计算机的处理结果）提供给（外界）。
18.每一种外设都是在它自己的（设备控制器）控制下工作，而（设备控制器）则通过（适配器）和（主机）相连并受（主机）控制。
19.光笔可与（屏幕）上光标配合画出或修改图形，是一种定位输入设备。
20.按显示器件分类，显示器有阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器（LCD）、七段显示器（LED）和等离子显示器。
21.显示器件的主要性能指标是图像的（分辨率）和（灰度级）。
前者的值越高，显示的图像就越清晰。
22.CRT显示器上构成图像的最小单位称为（像素）。
23.激光打印机的工作过程分为（充电）阶段、（曝光）阶段、（显影）阶段、（转印）阶段和（定影）阶段
24.程序控制方式包括（程序查询）方式和（中断）方式。
25.输入输出设备寻址方式有（统一编址）和（独立编址）两种。
26.统一编址方式下，访问输入输出设备使用的是（访问内存）指令，访问输入输出设备和内存将使用（相同）的控制总线。
27.独立编址方式下，输入输出操作使用（专门的输入输出）指令实现，输入输出设备和内存的访问将使用（不同）的控制总线。
28.CPU响应中断时最先完成的两个步骤是（关中断）和（保存现场信息）。
29.外部中断是由（主机外部的中断信号）引起的，如输入输出设备产生的中断。
30.禁止中断由CPU内部设置一个可以由程序设定的（中断允许触发器）实现，当其为
（1）时允许CPU响应中断，否则禁止CPU响应中断。
31.中断屏蔽是靠为每个中断源设置一个（中断屏蔽触发器）实现的，当其为
（1）时禁止该中断源的中断请求，否则允许通过。
32.DMA数据传送过程可以分为（传输前预处理）、数据块传送和（传送后处理）三个阶段。
33.基本DMA控制器主要由（地址计数器）、字计数器、数据寄存器、（控制逻辑）、标志寄存器及地址译码与同步电路组成。
34.DMA控制器中的地址计数器存放内存中要交换数据的（起始地址），每传输一个字后字计数器（自动加1）。
35.根据数据传送方式，可以将通道分为（字节多路）通道、（选择）通道和数组多路通道。
36.CPU内部中断允许触发器对（不可屏蔽）中断不起作用，如掉电就属于此类中断。
37.一个中断向量对应于一个（中断服务程序的入口地址）。
38.按照产生中断的机制，可将中断分为（内中断外中断软中断）
39.由（自陷指令）引起的中断是软件中断，用于调用（操作系统）服务程序。
简答
1.简述采用标志符数据表示方法的主要优缺点。
优点有：
（1）简化了指令系统
（2）由硬件自动实现一致性检查和数据类型的转换。
（3）简化程序设计
（4）简化编译器
（5）方便软件调试
（6）支持数据库系统
缺点有：
（1）数据和指令的长度不能一致
（2）指令的执行速度降低
（3）硬件的复杂性增加
2．有效的缩短地址码的长度，主要采用的有哪些方法？
【答案】
（1）用间址寻址方式缩短地址码长度
（2）用变址寻址方式缩短地址码长度
（3）用寄存器间接寻址方式缩短地址码长度是最有效的方法
3．有关标量RISC或超标量RISC处理机设计的问题：
什么是大型寄存器堆和大型D高速缓存之间的折衷设计方案？
为什么在超标量处理机中需要有保存站或排序缓冲器？
折衷方案可以采用同时使用一个大寄存器堆和分开的I和D高速缓存，这样有利于内部数据定向，而且可以省去多余的中间结果的不必要的存储。
保存站和重排序缓冲器可用于建立指令窗口，目的是为了支持指令先行和内部数据定向，这对于调度多条指令同时通过多条流水线是必须的。
4．试解释指令系统的编译器技术、CPU实现和控制、高速缓存和存储器层次结构如何影响CPU性能，并根据程序长度、时钟速率和有效CPI来说明其影响。
CPU的性能取决于三个方面：
时钟频率、每条指令所花的时钟周期数和指令的条数。
CPU时间=（IC*CPI）/时钟频率
指令系统越丰富则对相同的程序，产生的指令数就越少，即减少IC的总数，从而减少CPU时间，提高CPU的性能。
同样编译技术越先进，可减少产生多余的指令，减少指令的条数，从而提高CPU的性能。
时钟速度高即时钟的频率高，由上式显然提高CPU的性能。
CPU实现和控制，高速缓存和存储器的层次结构都能影响 CPI的值。
从而影响 CPU的性能。
5.数据类型、数据表示和数据结构之间的关系是什么？
在设计一个计算机系统时，确定数据表示的原则主要有哪几个？
数据类型有多种多样，如文件、图、表、树、阵列、队列、链表、栈、向量、串、实数、整数、布尔数、字符等。
数据表示研究的是计算机硬件能够直接识别，可以被指令系统直接调用的那些数据类型。
数据结构研究的是面向系统软件，面向应用领域所需要处理的各种数据类型，研究这些数据类型的逻辑结构和物理结构之间的关系，并给出相应的算法。
确定哪些数据类型用数据表示来实现的原则主要有三个，一是缩短程序的运行时间，二是减少CPU与主存储器之间的通信量，三是这种数据表示的通用性和利用率。
6.存储系统的概念？
设计存储系统的目的?
由不同速度不同容量不同价格的各种存储器组成的整体。
采用多级结构的存储器系统的目的，是通过把读写速度高，但容量较小，存储的单位成本最高的高速缓存存储器，与读写速度略慢，但容量可以更大，价格适中的主存储器，和读写速度最慢，但容量可以极大，存储价格最低的高速磁盘空间（虚拟存储器），组织成统一管理与调度的一体化的存储器系统，以便达到高速度、大容量、低价格的目的，即得到具有更高的运行性能/价格比的存储器系统。
7.串行存储器分几种？
各有什么特点？
顺序存取存储器和直接存取存储器。
8.请说明存储器层次结构，各层的用途特点。
高速缓冲存储器、主存储器和外存储器。
高速缓冲存储器、主存储器解决速度与价格之间的矛盾。
主存储器和外存储器（主存储器和虚拟存储器）解决容量与价格之间的矛盾。
9.高速缓冲存储器（cache）的功能？
形成cache–主存层次
存放使用概率较高的信息
是主存部分内容的副本
加快CPU和主存信息传输率
10.请说明cache的工作原理。
基于程序运行的局部性原理，程序运行时的局部性原理表现在：
（1）在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问；
（2）在空间上，这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区；
（3）在访问顺序上，指令顺序执行比转移执行的可能性大（大约5:
1）。
6.直接映射方式的有缺点是什么？
不够灵活，即主存的多个字块只能对应唯一的cache存储器字块，因此，即使cache存储器别的许多地址空着也不能占用。
7.全相联映射方式的特点是什么？
这种方法可使主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一行上，非常灵活。
它的主要缺点是比较器电路难于设计和实现,因此只适合于小容量cache采用。
8.组相联映射方式的特点是什么？
这种方式是直接映射方式与全相联映射方式的折衷方案，主存块存放到哪个组是固定的，至于存到该组哪一行是灵活的，组相联映射方式中的每组行数v一般取值较小，这种规模的v路比较器容易设计和实现。
而块在组中的排放又有一定的灵活性,冲突减少。
9.解释替换算法的概念？
cache的内容已满，又要调入新的内容时，决定不要哪一块的算法。
10.FIFO是什么算法，解释该算法？
FIFO算法总是把一组中最先调入cache存储器的字块替换出去，他不需要随时记录个个字块的使用情况，所以实现容易，开销小。
11.LFU是什么算法，解释该算法？
LFU算法将一段时间内被访问次数最少的那行数据换出。
每行设置一个计数器。
从0开始计数，每访问一次，被访行的计数器增1。
当需要替换时，将计数值最小的行换出，同时将这些行的计数器都清零。
这种算法将计数周期限定在对这些特定行两次替换之间的间隔时间内，不能严格反映近期访问情况。
12.LRU是什么算法，解释该算法？
LRU算法将近期内长久未被访问过的行换出。
每行也设置一个计数器，cache每命中一次，命中行计数器清零，其它各行计数器增1。
当需要替换时，将计数值最大的行换出。
这种算法保护了刚拷贝到cache中的新数据行，有较高的命中率。
13.RAND是什么算法，解释该算法？
RAND算法从特定的行位置中随机地选取一行换出。
在硬件上容易实现，且速度也比前两种算法快。
缺点是降低了命中率和cache工作效率。
14.单一cache与双cache（同层）各有什么特点？
1）单一cache：
cache存放指令、数据。
特点是利用率高，速度低。
2）双cache（同层次）：
一个用来存放指令—指令cache;
一个用来存放数据—数据cache。
特点是并行存取速度快，单元利用率低。
15.存储保护主要包括哪些方面？
并简要说明。
存储保护主要包括两个方面：
存储区域保护和访问方式保护。
存储区域保护：
在虚拟存储系统中，通常采用页表保护、段表保护和键式保护方法。
以上保护方式都是保护别的程序区域不受破坏，而正在运行的程序本身则受不到保护，环保护方式则可以对正在执行的程序本身进行保护。
访问方式保护：
对主存信息的使用可以有三种方式:
读（R）、写（W）和执行（E），相应的访问方式保护就有R，W，E三种方式形成的逻辑组合。
这些访问方式保护通常作为程序状态寄存器的保护位，并且和区域保护结合起来实现。
16.cache一致性保证措施是如何实现的？
在cache的每一行加二位标志，由硬件来决定四种不同的状态。
每一cache行处于4种状态之一，各状态的意义如下：
⑴修改：
本cache行中的数据已被修改（与主存的内容不同），仅在本cache中的数据是正确的。
⑵排它：
本cache行中的数据与主存中的数据相同，但不存在于其它cache中。
⑶共享：
本cache行中的数据与主存中的数据相同，且可存在于其它cache中。
⑷无效：
本cache行中的数据无效。
17.相联存储器的概念及组成
相联存储器不按地址访问存储器，而按所存数据字的全部内容或部分内容进行查找（或检索）的存储器。
1）4个寄存器：
CR关键字寄存器
MR屏蔽字寄存器
SRR结果标志寄存器
WSR字允许寄存器
2）相联存储体：
W个字，字长n位。
18.请说明虚拟存储器的工作过程。
一、CPU送虚地址
二、地址映射电路将虚地址转换成是主存实地址
三、访问主存：
命中：
直接访问；
失败：
DOS发缺项中断，将辅存内容所在的块调入主存。
19.画出页式虚拟存储器地址映射电路结构框图。
20.页式虚拟存储器的页表一般包含那几部分及各部分的作用是什么？
虚页号：
将要使用的虚页号
实页号：
将要使用的虚页内容在主存的页号
P：
存在标志：
P=1表示已在主存中，否则不在主存中。
C：
修改标志：
C=1表示主存已修改过。
第八章
一、填空题：
1、磁盘上由一系列同心圆组成的记录轨迹称为（磁道），最外圈的轨迹是第（0）
：
1、辅助存储器的种类
磁表面存储器、光存储器
磁表面存储器：
数字式磁记录存储器：
硬磁盘存储器、软磁盘存储器、磁带存储器；模拟式磁记录存储器：
录音设备、录像设备。
2、辅助存储器的主要技术指标
辅助存储器的主要技术指标是存储密度、存储容量、寻址时间。
3、存储密度的概念
是指单位长度或单位面积磁层表面所存储的二进制信息量。
磁盘：
用道密度和位密度表示，也可以用两者的乘积—面密度表示。
磁带：
主要用位密度表示
4、磁道的概念
指的是存储介质表面上的信息的磁化轨迹。
磁盘：
是磁盘表面上的许多同心圆。
磁带：
是沿着磁带长度方向的直线。
5、存储容量的概念
是指磁表面存储器所能存储的二进制信息总量。
一般用字节为单位。
6、寻址时间的概念
1.磁盘寻址时间：
包括两部分
⑴ts：
磁头寻找目标磁道所需的找道时间。
⑵tw：
找到磁道以后，磁头等待所需要读写的区段旋转到它的下方所需的等待时间。
平均寻址时间：
Ta=Tsa+Twa
2.磁带寻址时间：
是指磁带空转到磁头应访问记录区所在的位置的时间。
7、数据传输率的概念
1、汉字在存储器是以什么码存储的？
它是怎么求得的？
机内码――国际区位码＋A0A0H
2、键盘有几种类型？
各有什么特点？
键盘可分为两大类，它们是：
编码键盘：
按键时由硬件自动产生键码，结构复杂，速度快。
非编码键盘：
按键时由软件产生键码，简单灵活，但速度慢。
3、打印机有几大类？
各有什么特点？
常用的打印机大致分为三大类，它们是：
针式打印机：
成本低，简单，慢，噪声大。
喷墨打印机：
成本较高，速度快较快，噪声较小。
激光打印机：
成本高，速度快，结构复杂。
4、键盘防抖有几种方法？
说明工作过程？
键盘防抖有两种方法：
软件防抖、硬件防抖。
软件防抖：
发现键按下后，延时10ms时间待抖动过后再读键值，此时信息是可靠的。
硬件防抖：
电路如图所示：
磁表面存储器在单位时间内与主机之间传送数据的位数或字节数。
8、说明硬磁特性和软磁特性的特点
硬磁特性：
励磁电流消失后，仍然存在剩磁。
软磁特性：
励磁电流次消失后，剩磁为0。
9、磁表面存储器存取信息的原理是什么？
通过电-磁变换，利用磁头写线圈中的脉冲电流，可把一位二进制代码转换成载磁体存储元的不同剩磁状态；反之，通过磁-电变换，利用磁头读出线圈，可将由存储元的不同剩磁状态表示的二进制代码转换成电信号输出。
10、评价一种记录方式优劣的标准
编码效率、自同步能力、检读分辨力、信息相关性、抗干扰能力、信道带宽、编码译码电路的复杂性等。
11、硬磁盘机的概念和分类
硬磁盘存储器指的是记录介质为硬质圆形盘片的辅助存储器系统。
根据磁头的工作方式分类：
分为可移动磁头和固定磁头两种。
根据磁盘可换与否分类：
分成可换盘片式与固定盘片式两种；
12、可移动磁头固定盘片的磁盘机的特点
特点是一片或一组盘片固定在主轴上，盘片不可更换。
盘片每面只有一个磁头，存取数据时磁头沿盘面径向移动。
13、固定磁头磁盘机的特点
特点是磁头位置固定，磁盘的每一个磁道对应一个磁头，盘片不可更换。
优点是存取速度快，省去磁头找道时间，缺点是结构复杂。
14、可移动磁头可换盘片的磁盘机的特点
盘片可以更换，磁头可沿盘面径向移动。
优点是盘片可以脱机保存，同种型号的盘片具有互换性。
15、温彻斯特磁盘机的特点
温彻斯特磁盘简称温盘，是一种采用先进技术研制的可移动磁头固定盘片的磁盘机。
它是一种密封组合式的硬磁盘，即磁头、盘片、电机等驱动部件乃至读写电路等组装成一个不可随意拆卸的整体。
工作时高速旋转在盘面上形成的气垫将磁头平稳浮起。
优点是防尘性能好，可靠性高，对使用环境要求不高。
16、硬磁盘机的基本结构
它主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成。
磁盘控制器包括控制逻辑与时序、数据并-串变换电路和串-并变换电路。
磁盘驱动器包括写入电路与读出电路、读写转换开关、读写磁头与磁头定位伺服系统等。
18、解释磁盘控制器
磁盘控制器是主机与磁盘驱动器之间的接口。
由于磁盘存储器是高速外存设备，故与主机之间采用成批交换数据方式。
作为主机与驱动器之间的控制器，它需要有两个方面的接口：
一个是与主机的接口，控制外存与主机总线之间交换数据；另一个是与设备的接口，根据主机命令控制设备的操作。
前者称为系统级接口，后者称为设备级接口。
19、主机从磁盘驱动器中读取数据的过程
磁盘上的信息经读磁头读出以后送读出放大器，然后进行数据与时钟的分离，再进行串-并变换、格式变换，最后送入数据缓冲器，经DMA（直接存储器传送）控制将数据传送到主机总线。
20、磁盘阵列技术快速发展的因素
1.CPU速度的增长大大超过了磁盘驱动器数据传输率的增长。
2.小盘径阵列磁盘驱动器与大型磁盘驱动器相比具有成本低、功耗小、性能好等优点。
3.能保证极高的可靠性和数据的可用性。
21、磁盘驱动器提高性能采取的主要技术
1.采用浮动磁头，降低浮动高度；
2.采用伺服机构，提高磁道密度；
3.采用温彻斯特技术；
4.采用MR磁头和PRML信号处理方法；
5.改进存储介质和盘基，提高记录密度；
6.缩短平均存取时间，提高数据传输率；
7.HDD的微小型化。
22、软磁盘存储器和硬磁盘存储器在结构和性能上存在差别是什么？
（1）硬盘转速高，每分钟可达6000转以上，存取速度快；软盘转速低，每分钟只有300转，存取速度慢。
（2）硬盘有固定头、固定盘、盘组等结构；软盘都是活动头，是可换盘片结构。
（3）硬盘是浮动磁头读写，磁头不接触盘片；软盘磁头是接触式读写。
（4）硬盘系统及硬盘片价格都比较贵，大部分盘片不能互换；软盘造价低，盘片保管方便，使用灵活，且具有互换性。
（5）硬盘对环境要求苛刻，要有超净措施；软盘则对环境要求不太严格。
23、常用磁记录方式中不归零制（NRZ）的特点
特点是磁头线圈中始终有电流，不是正向电流（代表1）就是反向电流（代表0），因此不归零制记录方式的抗干扰性能较好。
24、常用磁记录方式中见“1”就翻不归零制（NRZ1）的特点
与NRZ制的相同处：
磁头线圈中始终有电流通过。
不同处：
记录“0”时电流方向不变，只有遇到1时才改变方向。
25、常用磁记录方式中调相制（PM）的特点
特点是在一个位周期的中间位置，电流由负到正为0，由正到负为1，即利用电流相位的变化进行写“1”和“0”，所以通过磁头中的电流方向一定要改变一次，这种记录方式中“1”和“0”的读出信号相位不同，抗干扰能力较强。
另外读出信号经分离电路可提取自同步定时脉冲，所以具有自同步能力。
磁带存储器中一般采用这种记录方式。
26、常用磁记录方式中调频制（FM）的特点
记录“1”时电流要在位周期开始时改变一次，在位周期中间还要改变一次方向，写“0”时只在位周期开始时改变一次方向。
这种记录方式的优点是记录密度高，具有自同步能力。
FM可用于单密度磁盘存储器。
27、常用磁记录方式中改进调频制（MFM）的特点
与调频制的区别在于只有连续记录两个或两个以上“0”时，才在位周期的起始位置翻转一次，而不是在每个位周期的起始处都翻转，因而进一步提高了记录密度。
MFM可用于双密度磁盘存储器。
28、用户对磁盘输出／入系统的四大要求
（1）增加存取速度。
（2）很高的容错性，即安全性。
（3）有效的利用磁盘空间。
（4）尽量的平衡CPU，内存及磁盘的性能差异，提高电脑的整体工作性能。
计算
7.某工作站采用时钟频率f为15MHz，处理速率为10MIPS的处理机来执行一个已知混合程序。
假定每次存储器存取为1周期延迟。
如果假定将处理机的时钟频率f提高到30MHz，但存储器子系统速率不变。
这样，每次存储器存取需要两个时钟周期，如果30%指令每条只需要一次存储存取，而另外5%每条需要两次存储存取，还假定已知混合程序的指令数不变，并与原工作站兼容，试求改进后的处理机性能。
【答案】
（a）如题所述，30％的指令需要一次存储存取，则这些指令在处理器提高时钟频率之后需要增加一个时钟周期；同样，另外5％的指令需要增加两个时钟周期。
CPInew=（改进前执行混合程序的所需时钟周期数+30%×1×指令数+5%×2×指令数）/指令数=改进前有效CPI+30%×1+5%×2=1.5+0.3+0.1=1.9
处理速率MIPS=fnew/（CPInew×106）=30×106/（1.9×106）=15.79MIPS
假设混合程序的指令数为IC,则有
可见,改进后工作站性能提高了。
★★
8.用一台40MHz处理机执行标准测试程序，它含的混合指令数和相应所需的时钟周期数如下：
指令类型
指令数
时钟周期数
整数运算
45000
1
数据传送
32000
2
浮点
15000
2
控制传送
8000
2
求有效CPI、MIPS速率和程序的执行时间。
【答案】
CPI=
=（45000*1+32000*2+15000*2+8000*2）/（45000+32000+15000+8000）
=1.55
MIPS
程序执行时间
★★
9.假设在一台40MHz处理机上运行200,000条指令的目标代码，程序主要由四种指令组成。
根据程序跟踪实验结果，已知指令混合比和每种指令所需的指令数如下：
指令类型
CPI
指令混合比
算术和逻辑
1
60%
高速缓存命中的加载/存储
2
18%
转移
4
12%
高速存储缺失的存储器访问
8
10%
（a）计算在单处理机上用上述跟踪数据运行程序的平均CPI。
（b）根据（a）所得的CPI,计算相应的MIPS速率。
【答案】
（a）平均
=2.24
（b）
★★
★
13.设有两个浮点数，
，
将x，y的尾数转换为二进制补码形式。
【答案】
设S1为x的尾数，S2为y的尾数，则
补=1.001，
补=0.101
★★
14.设有两个浮点数，
，
设尾数3位，符号位1位，阶码2位，阶
升级会员 