计算机组成原理

Posted 2021-01-08 zhukaixin

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第1章：计算机系统概论

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“硬件”和“软件”组成。衡量一台计算机性能的优劣是根据多项技术指标综合确定的，既包括硬件的各种性能指标，又包括软件的各种功能。

1）计算机系统由硬件和软件两部分组成。

2）计算机系统性能由硬件和软件共同决定。

2、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？
1）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
2）微程序机器和传统机器是物理机，其他是虚拟机。

3、在计算机系统结构中，什么是翻译？什么是解释？
1）翻译：将一种语言编写的程序全部翻译成另一种语言，然后再执行；
2）解释：将一种语言编写的程序的一条语句翻译成另一种语言的一条或多条语句，然后执行，执行完这条语言后，再解释下一条。

4、什么是计算机体系结构？什么是计算机组成？以乘法指令为例说明二者区别。
1）计算机体系结构是指那些能够被程序员看到的计算机的属性。如指令集、数据类型等；
2）计算机组成是指如何实现计算机体系结构所体现出来的属性；
3）以乘法指令为例，计算机是否有乘法指令，属于体系结构的问题。乘法指令是采用专用的乘法器，还是使用加法器和移位器构成，属于计算机组成的问题。

5、冯诺依曼机器的主要特点？
1）计算机由运算器、存储器、控制器、输入设备和输出设备五大部分组成；
2）指令和数据存储在存储器中，并可以按地址访问；
3）指令和数据均以二进制表示；
4）指令由操作码和地址码构成，操作码指明操作的性质，地址码表示操作数在存储器中的位置；
5）指令在存储器内按顺序存放，通常按自动的顺序取出执行；
6）机器以运算器为中心，I/O设备与存储器交换数据也要通过运算器。（因此，后来有了以存储器为中心的计算机结构）

6、画出现代计算机的组成框图。
P10,图1.9

7、什么是存储单元、存储字、存储字长、存储体？
存储单元：存储一个存储字并具有特定存储地址的存储单位；
存储字：一个存储单元中存放的所有的二进制数据，按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据。
存储字长：存储字中二进制数据的位数，即按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据的位数；
存储体：由多个存储单元构成的存储器件。

8、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？
1）MAR：存储地址寄存器，保存需要访问的存储单元地址。反映存储单元的个数。
2）MDR：存储数据寄存器，缓存读出/写入存储单元的数据。反映存储字长。
3）存储器的最大容量由MAR寄存器的位数和MDR寄存器的位数决定。

9、什么是机器字长，什么是存储字长长？
机器字长：CPU一次能够处理的二进制数据的位数。
存储字长：按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据的位数。

10、假设MAR寄存器的位数为16位，MDR寄存器的位数为16位，存储器的最大容量是多少？
1）MAR寄存器的位数为16位，能表示的地址个数为2的16次方，为64K；
2）MDR寄存器的位数为16位，说明存储字长为16位，也即2个字节；
3）存储器的最大容量为64K * 2B = 128K Byte

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第三章 系统总线
1、为什么要使用总线？
在冯诺依曼结构中，各个部件之间均有单独连线，不仅线多，而且导致扩展I/O设备很不容易。即扩展一个I/O设备，需要连接很多线。
因此，引入了总线连接方式，将多个设备连接在同一组总线上，构成设备之间的公共传输通道。

2、总线的两大基本特征是什么？
1）共享：多个部件连接在同一组总线上，各个部件之间都通过该总线进行数据交换。
2）分时：同一时刻，总线上只能传输一个部件发送的信息；

3、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？
1）分成数据总线、地址总线以及控制总线。
2）数据总线：各个功能部件之间传送数据信息，双向传输；
3）地址总线：用来指明数据总线上，源数据或目的数据所在的主存单元的地址。单向：由CPU发出
4）控制总线：用来发送各种控制信号。对于控制总线中的单根线，是单向的，即只能由一个部件发向另一个部件。而一组控制总线中，有输入也有输出，因此，控制总线也可以看成是双向的。

3、什么是总线宽度、总线带宽、总线复用、信号线数？
1）总线宽度：数据总线的根数，一般是8的倍数。是衡量计算机系统性能的重要指标；
2）总线带宽：即总线数据传输速率，总线上每秒能够传输的最大字节量。
3）总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。例如数据总线和地址总线的分时复用；
4）信号线数：地址总线、数据总线和控制总线三种总线的线数之和。

4、假设总线的工作频率为33MHz，总线宽度为32位，则它最大的传输速率是多少？
33 * （32/8） = 132 MB/s

5、简要说明单总线结构的概念及缺点？（现代计算机为什么要采用多总线结构？）
在单总线结构中，所有的部件（CPU、主存、I/O设备）都连接在一组总线上。
但所有的信息传送都要通过这组总线，同时只能有一个部件向总线上发送信息，导致总线成为系统的瓶颈。
因此，发展出来了多总线结构，其基本思想均是将速度相近的设备挂接在同一组总线上，总线之间通过总线控制器相连。
例如CPU和Cache之间、I/O设备之间等。


6、集中式总线判优控制有哪三种方式，哪种方式的优先级不能改变？
1）链式查询、计数器定时查询、以及独立请求。
2）链式查询的优先级不能改变，离控制器最近的优先级最高。

7、简述链式查询、计数器定时查询以及独立请求三种方式的工作原理。
（略）


8、什么是总线周期，分为哪几个阶段？
1）总线周期：总线上两个部件完成一次完整且可靠的数据传输时间；
2）分为四个阶段：
申请分配阶段：申请总线
寻址阶段：发出地址及有关命令
传数阶段：进行数据交换
结束：从总线上撤除信号，让出总线

9、什么是总线通信控制，总线通信控制有哪几种？
1）总线通信控制：解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及如何协调配合；
2）同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信

10、什么是同步通信？其优点和缺点？
１）同步通信：总线上各个部件由统一的时钟信号控制；在总线周期中，每个时钟周期各个部件如何动作都有明确的规定。
２）优点：速度快，各个模块间配合简单
３）缺点：以总线上最慢的部件来设计公共时钟，影响总线效率。

11、什么是异步通信？异步通信分为哪几种类型？
1）异步通信：总线上各部件没有统一的时钟标准，采用应答式通信；（主模块发出请求后，一直等到从模块反馈回来应答信号之后才开始通信）
2）不互锁、半互锁、全互锁。（需要了解各种方式的含义）

12、什么是波特率？什么是比特率？（需要掌握如何计算波特率、比特率）
波特率：单位时间内传送的二进制数据数据的位数，单位bps
比特率：单位时间内传送的有效的二进制位数。

13、异步通信时，常规需要设置的参数有哪些？
波特率、停止位（1/2/1.5）、校验位（奇校验、偶校验、无校验）

14、简述半同步通信的基本原理。
半同步通信结合同步通信和异步通信。
同步通信：采用统一的时钟，规定了在一定的时钟周期干什么事情；
异步通信：如果从模块没有准备好，增加一个“等待响应”信号。

15、简述分离式通信的基本原理。
主模块发出地址和命令之后，放弃总线，在从模块准备数据期间，使得总线可以被其他设备所用。提高总线利用率。
但是，这种方式控制比较复杂。

16、奇偶校验可以纠错吗？汉明码可以纠错码？
1）奇偶校验只能检错，不能纠错。
2）汉明码可以纠错。
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