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计算机组成原理

1、计算机系统由哪两部分组成?计算机系统性能取决于什么?
计算机系统是由软件和硬件组成的,衡量一个计算机系统的优劣是根据多个指标综合确定的,有包含硬件部分的功能,也有包含软件部分的。

2、为什么现在计算机以存储器为中心?
早期计算机存储容量小,数据经过运算器较少,在效率上对系统没有明显的影响。

但是现在存储器容量越来越大,且外部设备的速度远小于CPU的速度,所以数据经过运算器会拖慢系统的效率。

以存储器为中心,让IO绕过运算器,可极大的提高系统的效率。

3、按照“存储程序”原理,计算机应该有哪五大功能
数据传递、数据存储、数据处理、操作控制、操作判断
4、计算机工作的步骤?
(1)把指令和程序装入主存储器
(2)从程序的首地址运行程序
(3)取出第一条指令,然后译码、执行,控制计算机各个部件协同运行,完成这条指令后,计算下一条指令的地址。

(4)用新得到的指令地址,继续读取第二条指令执行。

每条指令都是取指、译码、执行直到结束
5、计算机主要性能指标:
机器字长、数据通路带宽、主存容量、运算速度。

运算速度包括:吞吐量、响应时间、主频、CPU周期、CPI等
6、计算机系统5层层次结构从下到上由哪五层组成?哪些是物理机,哪些是虚拟机?
微程序机器、传统机器、操作系统机器、汇编语言机器、高级语言机器
微程序机器和传统机器是物理机,其他是虚拟机。

7、在计算机系统结构中,什么是翻译?什么是解释?
翻译就是把一种编程语言全都换成另一种语言,解释就是一句一句的解释和执行,总的来说就是一股脑和一下一下的区别。

8、冯诺依曼机器的主要特点?
是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构
有五个特点:(1)由运算器,存储器,控制器,输入设备、输出设备这五大部件组成(2)指令和数据以二进制形式存储在存储器中
(3)整个系统以运算器为中心
(4)指令有操作码和地址码
(5)指令按顺序存在,并按一定顺序输出
9、有哪些常用BCD码
BCD码是用二进制表示十进制的编码方式。

有8421码、余三码等
10、ASCII码
国际上用7位二进制码标识一个ASCII码,包括数字、字符、还有不可印刷的字符。

11、主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗?
不一定,对于计算机运算速度,CPU的主频只是其中的一个指标。

没有明显的公式表明,主频越高计算速度越快。

12、高速缓存的作用
连接CPU和内存。

13、cache和寄存器区别?
寄存器是暂时存储的CPU组成部分,cache用来做高速CPU和低速的主存之间的加速带。

14、指令系统
CISC复杂指令集,RISC是精简指令集。

15、流水线
流水线技术是一种显著提高指令执行速度与效率的技术,方法是:指令取指完成后,不等该指令执行完毕即可取下一条指令。

将重复性的过程分为若干个子过程来完成。

16、总线和I/O
总线是指数据通信的连接线,有地址,数据,控制指令。

I/O的方式有程序性,中断性,通道,DMA
17、主存储器中,什么是MAR,什么是MDR,存储器的最大容量由什么决定?
MAR是地址寄存器,MDR是数据寄存器,存储器的最大容量由地址寄存器和数据寄存器的位数来决定的。

18、什么是机器字长,什么是存储字长,什么是指令字长?
机器字长是CPU执行一次操作的二进制位数
存储字长是一个存储单元存的最长位数
指令字长是机器指令中二进制的最长位数
19、系统总线按照传输信息的不同,分成哪几类?是单向的,还是双向的?
分为数据总线,地址总线和控制总线,其中,数据总线和控制总线是双向的,而地址总线是单向的,由CPU发出。

20、存储器按存取方式,可以分成哪四类?哪些属于随机访问存储器,哪些属于串行访问存储器?
可以分为随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、顺序存储器(SAM)和直接存储器(DAM);
随机存储器和只读存储器属于随机存储器,即存取时间与物理地址无关;
顺序存储器(典型的如磁带)和直接存储器(典型的如磁盘)属于串行存储器,即存取时间与物理地址有关。

21、衡量存储器使用哪三个指标?
分别是容量,速度和价格。

其中寄存器速度最快,主存最便宜
22、常见的存储系统层次结构有哪两种?
一个是主存和辅存的层次结构,主要是用来解决主存容量不足的问题,对应用程序设计者透明,对系统程序设计者不透明。

另一个是主存和cache的层次结构,主要是用来解决主存和CPU速度不匹配的问题,对所有程序员透明。

23、字在存储单元中有两种存储方式,大端方式和小端方式。

各是什么含义?x86采用的是哪种存储方式?
大端方式:字的低位存在内存的高地址中,而字的高位存在内存的低地址中;
小端方式:字的低位存在内存的低地址中,而字的高位存在内存的高地址中。

x86CPU采用的是小端方式。

24、什么是存取时间?什么是存取周期?哪个大?
存取时间是启动一次存储器从开始到结束的过程,存取周期是两次启动存储器的时间间隔,其中存取周期包含存取时间。

25、随机存储器包含哪两大类?哪个需要刷新?
静态SRAM:采用锁存器原理实现;
动态DRAM:采用电容原理实现,需要刷新。

相比于动态RAM,静态RAM的速度快、容量小、价格高,一般用于缓存,而动态RAM 一般用于内存(总之就是静态的RAM的价值更高)
26、提高访存速度的三种方式。

硬件方面:采用高速元器件;
软件方面:采用存储层次结构:主存--cache结构;
调整主存结构:包括单体多字,多体并行两种方式(软件方面)
27、什么是中断?
总的来说,就是系统在运行过程中,遇到了异常。

系统就开始采取中断措施。

停止当前的运行,并保存对应的现场,随后去处理该异常,之后恢复现场,继续执行。

28、中断服务程序的基本流程包括哪四部分?
保护现场——中断服务——恢复现场——中断返回
29、CPU响应中断的时机?
当前指令结束之后
30操作码长度有固定长度和可变长度两种,各自有什么优点?
固定长度:便于硬件设计,指令译码时间短;
可变长度:压缩了操作码平均长度;
31、什么是DMA?
从输入输出设备这里,直接访问内存,在主存和I/O设备之间建立独立的总线连接。

32、什么是形式地址?什么是有效地址?
形式地址:指令的地址码字段通常都不代表操作数的真实地址,记为A;
有效地址:操作数的真实地址,记为EA,由寻址特征和形式地址共同决定;
33、数据在存储器中存储时,为什么要按照边界对齐?
为了减少访存次数
34、当使用寄存器代替指令字中的地址码字段后,有哪些优点?
减少访存次数
提高寻址范围。

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