计算机组成原理（白中英）简答题复习

1. 双端口存储器高速读写的原因是什么？

具有两组相互独立的读写控制线路，能够进行并行的独立操作，所以是一种高速工作的存储器。

2. 多模块交叉存储器高速读写的原因是什么？

CPU同时访问多个模块，由存储器控制部件控制它们分时使用数据总线进行信息传递。对每一个存储模块来说，从CPU给出访存命令直到读出信息仍然使用了一个存取周期时间，而对CPU来说，它可以在一个存取周期内连续访问多个模块。各模块的读写过程将重叠进行，所以多模块交叉存储器是一种并行存储器结构。

3. 引入Cache的理论依据是什么？

程序访存的局部性原理。局部性原理描述了一个进程中程序和数据引用的集簇倾向。大部分程序的执行方式是顺序执行，所需要的数据也都顺序排列。程序运行时在大部分时间内对存储器的访问局限在一个较小的区域内，这就是局部性规律。依据这个规律，在CPU和主存之间设立高速缓存，将主存中被频繁访问区域内的数据调入高速缓存，CPU从高速缓存中获得所需的数据，可大大提高主存的访问速度。

4. 引入Cache的目的是什么？

为了提高CPU对存储器的读写速度，解决CPU与主存之间速度不匹配问题。

5. Cache与主存之间的地址映射方式有哪几种？

直接映射、全相联映射和组相联映射。

6. Cache的替换策略有哪些？

随机法（RAND法）
先进先出法（FIFO法）
最近最少使用法（LRU法）
最不经常使用法（LFU法）

7. 硬磁盘上的信息是如何分布的？

硬盘是一种采用磁介质的数据存储设备，数据存储在密封于洁净的硬盘驱动器内腔的若干个磁盘片上。这些盘片一般是在以铝为主要成分的片基表面涂上磁性介质所形成，在磁盘片的每一面上，以转动轴为轴心、以一定的磁密度为间隔的若干个同心圆就被划分成磁道，每个磁道又被划分为若干个扇区，信息就按扇区存放在硬盘上。

8. 硬磁盘由哪几部分组成？

硬磁盘主要由磁记录介质、磁盘控制器、磁盘驱动器三大部分组成。

9. 硬磁盘存储器的技术指标有哪些？

存储器容量：存储器容量是指存储器存放信息的总量。
存储密度：分为道密度、位密度和面密度。道密度是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数；位密度是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数；面密度是位密度和道密度的乘积。
存取周期：存取周期是指从存储器中取出（或存入）一个字到再能取出（或存入）下一个字所需要的时间。
存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量，也称数据传输率。

10. 如果某文件长度超过一个磁道的容量，应将它记录在同一个存储面上，还是记录在同一个柱面上？为什么？

记录在同一个柱面上，因为不需要重新找道，数据读写速度快。

11. 光盘的扇区标识由哪几部分组成？

光盘的扇区地址编码不同于磁盘，它是以分（MN），秒（SC）和分数秒（FR）时间值作为地址，ID区的MD为模式控制，用于控制数据区和校验区的使用。

12. 指令格式是指令字用二进制代码表示的结构形式，它有哪两部分？分别指出了指令的什么内容？

一条指令由操作码和地址码组成。操作码说明了操作的性质及功能，即反映机器做什么操作；地址码通常指定参与操作的操作数的地址，即表示要对谁进行操作。

13. 请把二地址指令格式中的三种类型按照指令执行速度从快到慢排序。

寄存器-寄存器（RR）型指令，寄存器-存储器（RS）型指令，存储器-存储器（SS）型指令。

14. CPU具有哪些基本功能？

CPU具有四个基本功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工。

15. CPU由哪几部分组成？

CPU的三大组成部分分别是运算器、控制器和寄存器。

16. CPU中的六类寄存器各是什么寄存器？它们中存放的内容是什么？

数据寄存器（DR）：用来暂时存放由主存储器读出的一条指令或一个数据字；
指令寄存器（IR）：用来保存当前正在执行的一条指令；
程序计数器（PC）：用来存放下一条指令在主存储器中的地址；
地址寄存器（AR）：用来保存CPU当前所访问的主存单元的地址；
累加寄存器（AC）：是一个通用寄存器，可以为ALU暂时保存一个操作数或运算结果；
程序状态字寄存器（PSW）：用来保存由算术/逻辑指令运行或测试的结果所建立起来的各种条件码内容。

17. 如何确定一个指令周期需要多少个CPU周期？

指令周期由取指周期和执行周期组成，取指周期需要一个CPU周期，执行周期根据每个指令的操作功能不同，执行周期的CPU周期也各不相同，最短的执行周期为一个CPU周期。

18. 一个微程序中包含几条微指令如何确定？

通过微程序流程图可以确定，每条微指令用一个长方框表示。

19. 微程序控制器由哪几部分组成？

控制存储器、微指令寄存器、微地址形成部件以及微地址寄存器。

20. 流水CPU中什么是资源相关、数据相关和控制相关？如何解决这些相关？

（1）资源相关是指多条指令进入流水线后在同一个时钟周期内争用同一功能部件所发生的相关。解决方法为：

从时间上推后下一条指令的访存操作；
让操作数和指令分别存放于两个独立编址且可同时访问的主存储器中；
仍然维持指令和操作数混存，但采用多模块交叉主存结构。

（2）数据相关是指由于相邻的两条或多条指令使用了相同的数据地址而发生的关联。解决方法为：

推后相关单元的读；
设置相关专用通路，又称采用定向传送技术。

（3）控制相关是指由转移指令引起的相关。解决方法为：

延迟转移技术；
转移预测技术。

21. RISC处理器的三要素是什么？

一个有限的简单的指令集；
CPU配备大量的通用寄存器；
强调对指令流水线的优化。

22. 总线的一次信息传送过程大致分哪几个阶段？

五个阶段：请求总线、总线仲裁、寻址（目的地址）、信息传送、状态返回（错误报告）。

23. 简述HOST总线、PCI总线、LEGACY总线的功能。

HOST总线：连接“北桥”芯片与CPU之间的信息通路，它是一个64位数据线和32位地址线的同步总线。
PCI总线：连接各种高速的PCI设备。PCI是一个与处理器无关的高速外围总线，又是至关重要的层间总线。它采用同步时序协议和集中式仲裁策略，并具有自动配置能力。
LEGACY总线：可以是ISA，EISA，MCA等这类性能较低的传统总线，以便充分利用市场上丰富的适配器卡，支持中、低速I/O设备。

24. 链式查询总线仲裁方式的工作原理和优缺点？

工作原理：总线上所有的部件共用一根总线请求线，当有部件请求使用总线时，需经此线发总线请求信号到总线控制器，总线控制器便查询总线是否忙碌，如不忙碌便立即发总线响应信号到BG线串行地从一个部件传送到下一个部件，依次查询，直到某个部件有总线请求便不再传下去。

优点：优先级固定，只需较少的控制线就能按一定优先次序实现总线控制，结构简单，扩充容易。

缺点：对硬件电路的故障敏感，且优先级不能改变，这会极易导致当优先级高的部件频繁请求总线时，优先级低的部件长期不能使用总线。

25. 计数器定时查询总线仲裁方式的工作原理和优缺点？

工作原理：采用一个计数器来控制总线使用权，因此增加了一组设备地址线，少了总线响应线，仍是共用一根总线请求线。工作原理如下，当总线控制器收到总线请求信号并判断总线空闲时，计数器开始计数，计数值通过设备地址线发向各个部件，当地址线上的计数值与请求使用总线设备的地址一致时，该设备获得总线控制权，同时中止计数器的计数及查询。

优点：计数器计数可从000开始，当设备优先次序固定，则设备优先级就按0,1…0,1\dots0,1…的顺序排列，固定不变；计数可以从上一次的终点开始，即采用一种循环方法，此时设备使用总线的优先级相等；计数器的初值还可由程序设置，因此优先次序可以改变，且这种方式对电路的故障不那么敏感。

缺点：增加了控制线，若设备有NNN个，则大致需要⌈log2⁡N⌉+2\lceil log_2⁡N\rceil +2⌈log2⁡N⌉+2条控制线，控制也比链式查询复杂。

26. 独立请求总线仲裁方式的工作原理和优缺点？

工作原理：每个设备都有一对总线请求线和总线允许线，当部件需要使用总线时，经各自的总线请求线向总线控制器发送总线请求信号，在控制器中排队，总线控制器按一定的优先次序决定批准某个部件的请求，并经该部件的总线允许线向该部件发送总线响应信号，将总线控制权交给该部件。

优点：响应速度快，对优先次序的控制相当灵活。

缺点：控制线数量多，若有设备NNN个，则需要2N+12N+12N+1条控制线，其中的111是指反馈线，用于让设备向总线控制器反馈已经使用完总线，总线控制逻辑复杂。

27. 多总线系统中桥起什么作用？

桥连接两条总线，使彼此间相互通信。桥又是一个总线转换部件，可以把一条总线的地址空间映射到另一条总线的地址空间上，从而使系统中任意一个总线主设备都能看到同样的一份地址表。

28. 外围设备由哪三部分组成？

存储介质：它具有保存信息的物理特征。
驱动装置：它用于移动存储介质。
控制电路：它向存储介质发送数据或从存储介质接收数据。

29. 名词解释：分辨率，灰度等级，刷新存储器。

分辨率：分辨率是指显示器所能表示的像素个数。像素越密，分辨率越高，图像越清晰。
灰度等级：灰度等级是指黑白显示器中所显示的像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。
刷新存储器：为了不断提供刷新图像的信号，必须把一帧图像信息存储在刷新存储器中，也叫视频存储器。其存储容量MMM由图像分辨率和灰度级决定。

30. 简述中断处理过程是怎样的？

第一部分为准备部分，其基本功能是保护现场，对于非向量中断方式则需要确定中断源，最后开放中断，允许更高级的中断请求打断低级的中断服务程序；

第二部分为处理部分，即真正执行具体的为某个中断源服务的中断服务程序；

第三部分为结尾部分，首先要关中断，以防止在恢复现场过程中被新的中断请求打断，接着恢复现场，然后开放中断，以便返回原来的程序后可响应其他的中断请求。中断服务程序的最后一条指令一定是中断返回指令。

31. 中断向量中存放的内容是什么？

中断向量即中断源的识别标志，可用来存放中断服务程序的入口地址或跳转到中断服务程序的入口地址。

32. DMA控制器与CPU分时使用内存二者如何分配内存时间？

停止CPU访存
周期挪用
交替访存

33. 通道的基本功能是什么？

通道的基本功能是执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输，按I/O指令要求启动外围设备，向CPU报告中断等。

34. 通道分为哪三种类型？

选择通道、数组多路通道、字节多路通道。

35. 计算机的存储器为什么要采用分级结构？

对存储器的要求是容量大、速度快、成本低，但是在一个存储器中要求同时兼顾这三方面是困难的。为了解决这方面的矛盾，目前在计算机系统中，通常采用多级存储器体系结构，即使用高速缓冲存储器（Cache）、主存储器和外存储器。

36. 提高存储器速度的方法有哪些？

采用高速器件
采用Cache
采用多体交叉存储器
采用双端口存储器
采用相联存储器，加长存储器的字长

37. 存储器的五个分类标准是什么？

按在计算机中的作用可分为：寄存器型存储器、高速缓冲存储器、主存储器和辅助存储器；
按存储介质可分为：半导体存储器、磁表面存储器和光盘存储器；
按存储方式可分为：随机存储器和顺序存储器；
按存储器的读写功能可分为：只读存储器和随机读写存储器；
按存储器中信息的可保存性可分为：挥发性存储器（易失性存储器）和非挥发性存储器（非易失性/永久性存储器）。

38. DRAM存储器为什么需要刷新操作？

DRAM存储器是利用芯片内部各个记忆点的微小电容记忆逻辑电平的。而电容是会通过周围电路放电的，因此DRAM为了保持数据，必须隔一段时间刷新一次，如果存储单元没有被刷新，数据就会丢失，刷新电路会定时给各个记忆点的微小电容重新充电。

39. Cache的命中率与哪些因素有关？

Cache的容量、Cache块的大小、Cache与主存的映射方式。

40. 一个完善的指令系统应满足哪四方面的要求？

完备性、有效性、规整性、兼容性。

41. CPU对外围设备的管理方式有哪几种？

程序查询方式：程序查询方式是一种最简单的输入输出方式，数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制。
程序中断方式：中断是外围设备用来“主动”通知CPU，准备送出输入数据或接收输出数据的一种方法。
直接内存访问（DMA）方式：DMA方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式，这种方式既考虑到中断响应，同时又要节约中断开销。
通道方式：通道是一个具有特殊功能的处理器，某些应用中称为输入输出处理器（IOP），它可以实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存之间的数据传送。通道的出现进一步提高了CPU的效率。

42. 总线传输信息有哪三种方式？

串行传送、并行传送、分时传送（总线分时复用）。

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