计算机组成原理简答题

第1章计算机系统概论

1、冯·诺依曼型计算机的结构特点是什么？计算机硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？各部分之间是怎样联系的？

答：
结构特点：以运算器为中心。
由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成。

运算器：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
存储器：存放数据和程序
控制器：控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果。
输入设备：将人们熟悉的信息形式转换位机器能识别的信息形式。
输出设备：将机器运算结果转换位人们熟悉的信息形式。

运算器连接着数据总线，通过数据总线向主存，I/O设备传输数据;
I/O设备通过接口与总线相连接;
主存、I/O设备从地址总线接收地址信息，从控制总线得到控制信号，通过数据总线与其他部件相连;
控制部件从数据总线接收指令信息，一般是MAR–M–MDR–IR，从运算器部件接收指令转移地址，送出指令地址到地址总线，同时向其他部件提供控制信号。

2、什么叫指令字长、机器字长和存储字长？
指令字长：机器指令中二进制代码的总位数
机器字长：指CPU一次能处理的二进制数据的位数，通常与CPU的寄存器位数有关。
存储字长：一个存储单元所存储的二进制代码的总位数。

第2章计算机的发展及应用

第3章系统总线

第4章存储器

1、试说明 RAM 和 ROM、静态 RAM 和动态 RAM 的异同。
答：RAM即随机存储器，是与CPU直接交换数据的内部存储器，断电后不保留数据；ROM即只读存储器，所存数据一般是装入整机前事先写好的，断电后所存数据不变。
静态RAM是靠双稳态触发器来记忆信息的；动态RAM是靠MOS电路中的栅极电容来记忆信息的。由于电容上的电荷会泄露，需要定时给予补充，所以动态RAM需要设置刷新电路。但动态RAM比静态RAM集成度高、功耗低，从而成本也低，适于大容量存储器。所以主内存通常采用动态RAM，而高速缓冲存储器(Cache)则使用静态RAM。

2、什么是刷新？为什么要刷新？
答：
刷新：对DRAM定期进行的全部重写过程；
刷新原因：因电容泄露而引起的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。

第5章输入输出系统

1、何谓 DMA? DMA 操作几个主要步骤是什么？简述 DMA 传送与中断传送的主要区别
答：DMA即直接存储器存取。一种高速的数据传输操作，无需CPU参与。
主要步骤：预处理、数据传送、后处理。
响应DMA传送是在存取周期结束的时刻，而响应中断传送是在每条指令执行周期结束的时刻。

第6章计算机的运算方法

第7章指令系统

1、什么叫指令？什么叫指令系统？
答：
指令：CPU执行某种操作的命令。
指令系统：CPU全部指令的集合。

2、什么是 RISC？请简述它的主要特点。比较 RISC 和 CISC 的异同之处。
答：
RISC即精简指令系统计算机。
特点：
①选取使用频度较高的一些简单指令以及一些很有用但又不复杂的指令，让复杂指令的功能由频度高的简单指令的组合来实现。
②指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少。
③只有取数/存数(LOAD/SRORE)指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器内完成。
④CPU中由多个通用寄存器。
⑤采用流水线技术，大部分指令在一个时钟周期内完成。采用超标量和超流水线技术，可使每条指令的平均执行时间小于一个时钟周期。
⑥控制器采用组合逻辑控制，不用微程序控制。
⑦采用优化的编译程序。

异同：
①RISC对不常用的功能，常通过组合指令来完成;CISC的指令系统丰富，有专用指令来完成特定的功能。
②RISC对存储器才做有限制，使控制简单化；CISC对机器的存储器操作指令多，操作直接。
③RISC：汇编语言程序一般西药较大的内存空间，实现特殊功能使程序复杂，不易设计；CISC：汇编语言程序编程相对简单，科学计算即复杂操作的程序设计相对容易，效率较高。
④RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；CISC机器是在一条指令执行结束后响应中断。
⑤RISC：CPU包含有较少的单元电路，因而面积小，功耗低；CISC：CPU包含有丰富的电路单元，因而功能强、面积大、功耗大。
⑥RISC：微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；CISC：微处理器结构复杂，设计周期长。
⑦RISC：微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用；CISC：微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。
⑧RISC机器更适合于专用机，而CISC机器更适合于通用机。

3、试比较基址寻址和变址寻址、寄存器寻址方式与寄存器间接寻址方式之间的区别。
答：
变址寻址中变址寄存器提供修改量(可变的),而指令中提供基准值(固定的)； 基址寻址中基址寄存器提供基准值(固定的),而指令中提供位移量(可变的)。变址寻址主要用于处理数组问题，基址变址主要用于多道程序。

区别：寄存器寻址的指令字中，地址码字段直接指出了寄存器的编号，即EA=Ri，其操作数在由Ri所指的寄存器内，无须访存；寄存器间接寻址中，Ri中的内容不是操作数，而是操作数所在主存单元的地址号，需要访存。

第8章 CPU的结构和功能

1、CPU 的基本功能是什么？从实现其功能的角度分析，它应由哪些部件组成？
答：其基本功能是取指令、分析指令和执行指令。它由运算器和控制器组成。

2、简述中断处理过程。CPU 响应中断应具备哪些条件？
中断处理的基本过程包括中断请求、中断判优、中断响应、中断服务和中断返回等五个阶段。
①CPU接收到中断请求信号
②CPU允许中断
③一条指令执行完毕

第9章控制单元的功能

1、异步通信与同步通信的主要区别是什么，说明通信双方如何联络。
答：同步通信有公共时钟。通信双方按约定好的时序联络。异步通信没有公共时钟，通信双方采用应答方式进行联络。

2、计算机为什么要设置时序系统？说明指令周期、机器周期、时钟周期的含义。
原因：为指令的执行提供各种操作定时信号。
指令周期：CPU取出一条指令并执行这条指令的一系列操作所需要的时间为一个指令周期。
机器周期：为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。
时钟周期：定义为时钟脉冲的倒数，是计算机中最基本、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU只完成最基本的动作。

第10章控制单元的设计

1、什么是微指令和微操作？说明程序和微程序、指令和微指令的异同。
微指令：在机器的一个CPU周期中，一组实现一定功能的微命令的组合。
微操作：执行部件接受微命令后进行的操作。

程序由机器指令组成，用户编制，可以修改；微程序是由微指令构成，用于描述机器指令，由计算机设计者编制，而不允许用户修改。
指令由是一段二进制编码，通常由操作码和地址码构成；微指令包括水平型微指令和垂直型微指令，用于完成一个指令的若干操作。
一条指令对应一个微程序，而一个微程序是由若干条微指令组成的。因此，一条指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的。

2、简述微程序控制器和硬布线控制器的设计方法
微程序控制器采用存储逻辑来实现的，把微操作信号代码化，使每条机器指令转化成一段微程序并存入一个专门的存储器中，微操作控制信号由微指令产生。
硬布线控制器由逻辑门组合实现，将控制部件做成产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，产生各种控制信号。