计算机组成原理 2024级焚决

灌注我的同学们有福了 考前看到就是赚了 考后恶心大家 哈哈哈哈哈哈

感谢sssTNT同学提供的部分提纲!!!

1 (只靠简答选填)

1.5 · 诺依曼计算机的特点是什么?

答: 冯 ·诺依曼计算机的特点可归纳为如下六点:

1)计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五大部件组成;

2)指令和数据以同等地位存于存储器,可按地址寻访;

3)指令和数据均用二进制数表示;

4)指令由操作码和地址码组成;

5)采用存储程序思想。指令在存储器内顺序存放,通常自动顺序取出执行;

6)机器以运算器为中心。

1.6 画出计算机硬件组成框图,说明各部件的 作用及计算机硬件的主要技术指标? 答: 1)框图如下:

现代计算机可以认为由三大部分组成:CPU 、I/O 设备及主存储器。其中,CPU 与主存储器合起来,称为主机, I/O 设备又可称为外部设备。

2 )各部件的作用

CPU 包括运算器和控制器两个部分;其中,ALU 是运算器的核心器件,用来完成算数和逻辑运算;CU 是控制器的核心器件,用来解释存储器中的指令,并发出各种操作命令来执行指令。

主存储器用来存放程序和数据,它可以直接与 CPU 交换信息;

I/O 设备受 CPU 控制,用来完成相应的输入输出操作。

3) 主要技术指标

机器字长、存储容量和运算速度。

机器字长:寄存器的位数

存储容量:存储单元个数*存储字长=MAR*MDR

运算速度:主频 MIPS(百万) 时钟周期 CPI

1.11 、计算机是如何区分存储器中的指令和数据的?

参考答案要点:

CPU 可从时间和空间两个层面来区分访存取来的指令和数据。

1)时间层面:在取指周期(或运行取指微程序)内,由 PC 提供访存地址,取来的即为指令;在执行周期(或运行执行周期相对应的微程序段)内,由指令的地址码部分提供访存地址,取来的即为操作数,也就是数据。

2)空间层面:取来的机器指令应存放在指令寄存器,而取来的数据(或操作数)则应该存放在以累加器为代表的通用寄存器内。

4 章(有大题 简答 选填)

4.3 存储器的层次结构主要体现在什么地方?为什么要分这些层次?计算机如 何管理这些 层次?P74

答案要点:

1)存储器的层次结构主要体现在 Cache---主存和主存---辅存这两个存储层次上。

2)Cache---主存层次主要解决 CPU 和主存速度不匹配的问题,在存储系统中主要对 CPU访存起加速作用。从 CPU 的角度看,该层次的速度接近于 Cache,而容量和每位价格却接近于主存。这就解决了存储器的高速度和低成本之间的矛盾;

主存---辅存层次主要解决存储系统的容量问题,在存储系统中主要起扩容作用。从程序员的角度看,其所使用的存储器的容量和每位价格接近于辅存,而速度接近于主存。该层次解决了大容量和低成本之间的矛盾。

3)主存与 Cache 之间的数据调度是由硬件自动完成的,对程序员是透明的。而主存---辅存之间的数据调度,是由硬件和操作系统(采用虚拟存储技术)共同完成的。

4.5 什么是存储器的带宽?P74

存储器的带宽指单位时间内存储器存取的信息量。

4.8 试比较静态 RAM 和动态 RAM 的特 点。

答案要点: 1)静态 RAM:依靠双稳态触发器保存二进制代码,只要不断电,信息就不会丢失;功耗较大,集成度较低,速度快,每位价格高,适合于作 Cache 或存取速度要求较高的小容量主存。

2)动态 RAM:依靠电容存储电荷来保存二进制代码,需刷新电路进行动态刷新,存取速度较慢;功耗小,集成度高,每位价格低,适合于作大容量主存。

4.9 说明动态 RAM 各种刷新方式的特点。P86

答案要点

集中式刷新 :在最大刷新间隔时间内,集中安排一段时间进行刷新。其缺点是进行刷新时必须停止读、写操作。这对主机而言是个"死区"

分散式刷新 :刷新工作安排在系统的存取周期内进行,对主机而言不再有"死区"。但该方式加长了系统的存取周期,存在无谓刷新,降低了整机运行效率。因此,分散方式刷新不适用于高速存储器。

异步式刷新 :结合了上述两种方式的优点,充分利用了最大刷新间隔。相对于分散式刷新而言,它减少了刷新次数;相对于集中方式来说,主机的"死区"又缩短很多。因此, 这种方式使用得比较多。

透明式刷新 :该方式不占用 CPU 时间,对 CPU 而言是透明的操作;但控制线路复杂。

半导体存储器的拓展(没找到)

大题考cache映射(P152题目)

【Cache主存映射方式求地址格式的两种题型(直接映射,组相联映射,全相联映射)计算机组成原理期末速成-哔哩哔哩】 https://b23.tv/6EHNHfz

【一张图解决主存和cache的映射问题-哔哩哔哩】 https://b23.tv/fjdEF85

也可能考Cache替换算法

计算考命中率(P111)或多体访问

【计组强化-第三章(3)低位交叉编址真题解析-哔哩哔哩】 https://b23.tv/8UwiNAj

剩下一个填选考PPT上那四页 就两分


5

考一个计算一个简答

选填:【IO接口及端口概念题全解析!-哔哩哔哩】 https://b23.tv/THMdJo2

计算大概率是三种IO控制方式计算大题P207【三种IO控制方式计算大题解析!-哔哩哔哩】 https://b23.tv/6ysuHj8

注意占用比问题的两种思路 时间角度和频率角度

简答是期中没考的DMA或三种IO对比

DMA与中断的比较

DMA与中断的比较

程序中断与DA的相应有什么区别

单重多重中断的流程和对比

中断与调用子程序的区别

5.3 I/O 设备与主机交换信息时,共有哪几种控制方式?简 述它们的特点。

参考答案要点:

I/O 设备与主机交换信息时,共有 5 种控制方式:程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、I/O 通道方式和 I/O 处理机方式。其中前 3 种方式是基本的且广泛应用的控制方式。

程序查询方式的特点: 控制简单,硬件开销小;CPU 与外设是串行工作的,系统效率低。适用于 CPU 不太忙且传送速度要求不太高的场合。

程序中断方式的特点 :CPU 和外设可并行工作,提高了 CPU 的效率,不仅适于主机和外设之间的数据交换,还特别适于对外界随机事件的处理。适用于 CPU 较忙,传送速度不太高的系统中,尤其适合实时控制及紧急事件的处理。

DMA 方式的特点: 完全由硬件(DMA 控制器)负责完成信息交换,信息传递从以CPU 为中心,转为以内存为中心,CPU 和外设可并行工作,对高速大批量数据传送特别有用。但缺点是只能进行简单数据交换,电路结构复杂,硬件开销大。

5.16 CPU 响应中断的条件是什么 ? 中断隐指令完成哪些 操作 题目改造)

参考答案要点:

CPU 响应中断的条件可以归纳为三条:

1)有中断请求;

2)CPU 允许中断,即中断允许状态 IF=1(或 EINT=1);

3)一条指令执行结束。

中断周期的操作由中断隐指令完成(即由硬件完成),主要包括如下的三项操作:

1)关中断;2)保存程序断点;3)寻找中断服务程序入口地址。

5.20 试比较单重中断和多重中断服务程序的 处理流程,说明它们不同的原因。

参考答案要点:

1)二者的比较可用两种中断的服务程序流程图(见教材 P201)的对比来说明,此处略。

2 单重中断和多重中断的区别在于"开中断"的设置时间不同。对于单重中断,开中断指令设置在最后"中断返回"之前,意味着在整个中断服务处理过程中,不能再响应其他中断源的请求。而对于多重中断,开中断指令提前至"保护现场"之后,意味着在保护现场
之后,若有更高级别的中断源提出请求,CPU 也可以响应,从而实现中断嵌套,这是二者的主要区别。

5.29 结合 DMA 接口电路说明其工作过程。

参考答案要点:

DMA 的数据传送过程可分为预处理、数据传送和后处理 3 个阶段。工作过程如下图所示:
CPU

  1. 预处理阶段 :CPU 执行主程序实现 DMA 传送的初始化设置;

2)数据传送阶段 :由 DMA 控制器实现内存和外设间的数据传送。

3)后处理阶段: 中断处理程序判断传送的正误,对写入主存的数据进行校验,完成善后工作。

补充题 1 :以硬盘读写为例,说明在主机和外设之间进行数据传送,为什么需要采用 DMA 方式?

参考答案要点:

一些高速外设,如硬盘、光盘等 I/O 设备,经常需要和主存进行大批量的数据交换;若采用程序查询方式或程序中断方式来完成,即通过 CPU 执行程序来完成数据交换,数据交换都是以字或字节为单位,速度较慢,极可能造成数据的丢失,因而不能满足批量数据的高
速传递需求。因此,需要借助于硬件,比如 DMA 控制器来实现主存和高速外设之间的直接数据传送。

补充题 2 DMA 方式能取代程序中断方式吗?请说明理由。

参考答案要点:

DMA 方式不能取代程序中断方式,理由如下:

DMA 方式只能用于高速外设与内存之间的简单数据传递,却不能像中断方式那样能够处理复杂的随机事件; 在 DMA 方式的数据传送全过程中,本身需要利用中断方式来完成 DMA 传送的后处理。

端口编制方式

6

第六章简单 一个计算 浮点两位乘除

【浮点运算(浮点数加减运算)计算机组成原理(看了包会)-哔哩哔哩】 https://b23.tv/VIqmn2T

选择应该处在 ALU的功能与组成

7 章(选填+简答)

选填把几种寻址方式搞懂就好 怕考选择【计组-寻址方式套路总结(附选择题精讲)-哔哩哔哩】 https://b23.tv/twWjeCO

指令的基本格式

简答考寻址的含义和有效地址的计算

简洁和复杂指令集的比较

8

8.2 什么是指令周期?指令周期是否有一 个固定值?为什么?

参考答案要点:

1)指令周期是指 CPU 每取出并执行一条指令所需的全部时间。

2)由于计算机中各种指令执行所需的时间差异很大,因此为了提高 CPU 运行效率,即使在同步控制的机器中,不同指令的指令周期长度都是不一致的,也就是说指令周期对于不同的指令来说不是一个固定值。
3)指令周期长度不一致的根本原因在于设计人员,为了提高 CPU 运行效率而这样安排的,指令功能不同,需完成的微操作复杂程度亦不同,因此,不同指令的指令周期也不同。

8.3 画出指令周期的流程图,分别说明 图中每个子周期的作用。

参考答案要点:

流程图如下:

取指周期:完成取指令和分析指令的操作。

间址周期:取操作数的有效地址。

执行周期:执行指令的操作。

中断周期:将程序断点保存到存储器。

8.5 中断周期前是什么阶段?中断周期后又是什么阶段?在中断周期 CPU 应完成什么操

参考答案要点:

中断周期前是指令的执行阶段(处于执行周期)。中断周期后是取指令阶段(处于取指周期)。在中断周期中,CPU 应完成关中断、保存断点和转中断服务程序入口三个操作。

指令流水是什么?为什么?

中断判优如果要考应该是大题,但是考纲说这一张没有大题,看着办吧

9

必考有

指令周期数据流(比第一章要细化)要加上经过的总线

9.3 什么是指令周期、机器周期和时钟 周期?三者有何关系?

参考答案要点:
CPU 每取出并执行一条指令所需的全部时间叫指令周期;机器周期是在同步控制的机器中,所有指令执行过程中(执行一步相对完整的操作)的一个基准时间,通常以访问一次存储器所需的时间作为一个机器周期;时钟周期是指计算机主工作时钟的周期时间,它是计算机运行时最基本的时序单位,通常时钟周期=计算机主频的倒数。

三者之间的关系:指令周期常常用若干个机器周期数来表示,机器周期也叫 CPU 周期;而一个机器周期又包含若干个时钟周期(也称为节拍脉冲或 T 周期)。

控制方式

同步控制方式

1)采用 定长 的机器周期

2)采用不定长的机器周期

3)采用中央控制和局部控制相结合的方法

异步控制

1)采用应答方式 无固定的周期节拍和严格的时钟同步 无基准时间信号

联合控制方式

人工控制方式 (调试方式)

这一章没有计算,但不保把计算扔选择里,虽然很阴,但你最好有准备

10

【微程序控制器解题方式解析-哔哩哔哩】 https://b23.tv/KktDfGh

10.9 试比较组合逻辑控制器 和微程序控制器的特点。

参考答案要点

1)产生微命令的方法及核心器件:组合逻辑控制器由组合逻辑电路提供微命令,其核心器件是由各种门电路构成的复杂树形网络;微程序控制器由存储逻辑(微指令)提供微命令,其核心器件是控制存储器。

2)规整性:组合逻辑控制器设计不规整,微程序控制器设计规整;

3)可扩展性:组合逻辑控制器不易修改和扩充,后者则易于修改和扩充;

4)组合逻辑控制器执行指令快,微程序控制器执行指令速度慢;

补充题 1 :简述微指令和微操作的关系,微指令和机器指令的关系,微程序和程序之间的关

参考答案要点

1)微指令是若干个微命令的组合,微命令是构成控制信号序列的最小单位;而微操作是由微命令控制实现的最基本操作。

2)微指令是若干个微命令的集合,一系列微指令的有序集合构成一段微程序。微程序是机器指令的实时解释器,每一条机器指令都对应着一段微程序,由微程序负责解释。

3)微程序是由微指令组成的,用于描述机器指令,由计算机设计人员事先编制好并存放在控制存储器中的,一般不提供给用户;程序是由机器指令组成的,由程序员事先编制好并存放在主存储器中。

补充题 2 :说明微程序控制器的基本工作原理。

参考答案要点

将控制器所需要的微操作命令,以微代码的形式编成微指令,存在专门的控制存储器中, CPU执行机器指令时,从控制存储器中取出微指令,对微指令中的操作控制字段进行解释,即产生执行机器指令所需的微操作命令序列。(见下图)

应用题很可能是组合逻辑设计 或 节拍安排(如10.1)

1、安排每条指令中微操作的节拍
2、列出微操作命令的操作时间表
3、写出每一个微操作命令的逻辑表达式
4、画出相应的组合逻辑电路图

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