計算機原理體系與結構 考試簡答題

1、 簡要說明計算機系統(tǒng)結構、計算機組成與計算機實現(xiàn)的概念及它們之間的相互關系？ 如在設計主存系統(tǒng)時，確定主存容量、編址方式，尋址范圍等屬于計算機體系結構。 確 定主存周期，邏輯上是否采用并行主存，邏輯設計等屬于計算機組成。 選擇存儲芯片類 型，微組裝技術，線路設計等屬于計算機實現(xiàn)。 計算機組成是計算機系統(tǒng)結構的邏輯實現(xiàn)。計算機實現(xiàn)是計算機組成的物理實現(xiàn)，一種 體系結構可以有多種組成。一種組成可以有多種實現(xiàn)。 2、 簡述指令、指令系統(tǒng)的概念及指令的基本格式。 指令是要求計算機進行基本操作的命令，一臺計算機所能執(zhí)行的全部指令的集合稱為該 計算機的指令系統(tǒng)。每條指令由操作碼和地址碼兩部分組成。 3、 何為RISC？何為CISC？ CISC復雜指令系統(tǒng)計算機、RISC精簡指令系統(tǒng)計算機 4、 什么叫尋址方式？試最少舉例3種常見的尋址方式。 確定指令操作數(shù)有效地址的方法 舉例：直接尋址、間接尋址、立即尋址、寄存器直接尋址與寄存器間接尋址、隱含尋址、 相對尋址、變址尋址、基址尋址 5、 簡述CPU的主要功能。 CPU具有以下4個方面的基本功能：指令順序控制，操作控制，時間控制，數(shù)據(jù)加工。 6、 控制器的控制方式通常分為哪兩種實現(xiàn)方法？各有何優(yōu)缺點？ 控制器的控制方式分為異步控制和同步控制。 同步控制的方式指機器有統(tǒng)一的時間信號，所有的微操作控制信號都與時鐘信號同步。缺 點是浪費時間，優(yōu)點是時序關系簡單，控制方便，而且便于調試，系統(tǒng)較為可靠。 異步控制的方式中各部件之間沒有統(tǒng)一的時鐘和節(jié)拍，而且各部件有自己的時鐘。優(yōu)點是 幾乎沒有浪費時間，效率高。缺點是設計比較復雜所需的器件較多，系統(tǒng)調試難度較大，且 工作過程中的可靠性不能保證。 7、 什么叫刷新？ DRAM是利用電容上的保存的電荷來存儲信息的，由于存在漏電阻，即使電源不掉 電，時間長了，電容上的電荷也會慢慢泄露，DRAM內存儲的信息會自動消失。為維持DRAM 所存的信息不變，需要定時對DRAM中電容充電，以補充泄露的電荷。這個過程稱為刷新。 8、 試比較DRAM和SRAM的差別。 SRAM是利用觸發(fā)器來存儲二進制信息的?；敬鎯ξ辉娐分兴w管較多，故集 成度較低，功耗較大。但工作速度快，穩(wěn)定可靠，不需要外加刷新電路。 而DRAM是利用MOS晶體管的管級電容來存儲二進制信息的。基本存儲位元電路中所 含晶體管數(shù)目少。故集成度高，成本低，功耗小。但它需要外加刷新電路。由于破壞性讀出 且需要刷新，因此DRAM的工作速度比SRAM慢得多。 9、 何為總線？簡述計算機采用總線結構有哪些優(yōu)點。 總線是構成計算機系統(tǒng)的互連機構，是多個系統(tǒng)功能部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。 優(yōu)點：（1）降低了部件互連的復雜性，減少了連線的數(shù)量，從而降低了成本。 （2）可擴展性好。 10、 簡述鏈式集中式仲裁的工作原理并分析其優(yōu)缺點。 工作原理： 3根控制線BS、BR和BG分別表示總線忙、總線請求、總線允許。在這種方式中，優(yōu)先級 由主設備在總線上的位置決定，離總線控制器越近，設備的優(yōu)先級越高?？偩€允許線BG） 按從最高優(yōu)先級設備到最低優(yōu)先級設備的順序依次串行相連，如果BG到達的設備有總線請 求，BG信號就不在往下傳，該設備產生總線忙（BS）信號，表示它已獲得了總線使用權， 占用了總線。若BG到達的設備沒有總線請求，則將BG傳給下一個設備。 優(yōu)點：結構簡單，容易擴充設備。 缺點：對電路故障敏感；優(yōu)先級固定，當優(yōu)先級高的 設備頻繁提出請求時，優(yōu)先級低的設備可能長期無法獲得總線使用權。 11、 什么叫接口？并簡述I/O接口的基本功能。 接口即I/O設備適配器，具體指CPU和主存、外圍設備之間通過總線進行連接的邏輯部件。 基本功能有：數(shù)據(jù)格式轉換、數(shù)據(jù)緩存和傳送、設備尋址、提供外設和接口的狀態(tài)、實現(xiàn)主 機對外設的通信和控制功能。（P214） 12、 外圍設備的I/O數(shù)據(jù)傳送控制方式分哪幾類？ 程序查詢方式、程序中斷方式、直接內存訪問（DMA）方式 通道方式、外圍處理機方式 14、什么是DMA？什么樣的I/O設備與主機交換信息時采用DMA方式？ DMA，即直接內存訪問方式，是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。這種方式既考 慮到中斷響應，同時又要節(jié)約中斷開銷。此時，DMA控制器從CPU完全接管對總線的控制， 數(shù)據(jù)交換不經過CPU，而直接在內存和外圍設備之間進行，以高速傳送數(shù)據(jù)°DMA方式適 用于內存和高速外圍設備之間大批數(shù)據(jù)交換的場合。 16、 計算機為什么要引入多級存儲層次？并簡述現(xiàn)代計算機采用的三級存儲系統(tǒng)的內容。 ① 存儲系統(tǒng)的性能直接影響到整個計算機系統(tǒng)的性能，為了解決價格、成本、容量和速度之 間的矛盾問題，采用多級存儲參次結構； ② 目前大多數(shù)計算機都采用了 Cache、主存儲器和輔存構成的三級存儲系統(tǒng)。這個存儲系統(tǒng) 可以看成是由Cache-主存層次和主存-輔存層次構成的系統(tǒng)。 17、 簡述指令周期、機器周期和時鐘周期的概念和相互關系。 指令周期：CPU從內存取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時間總和。 機器周期：CPU訪問一次內存所花的時間較長，因此用從內存讀取一條指令字的最短時間 時鐘周期：通常稱為節(jié)拍脈沖或T周期。一個CPU周期包含若干個時鐘周期。 一個指令周期包含若干個機器周期，而一個機器周期包含若干個時鐘周期。 18、簡述Cache的替換策略近期最少使用（LRU）算法原理。 Cache中分若干個塊，每塊中設置一個計數(shù)器，CPU訪問的時，被訪問的數(shù)據(jù)塊計數(shù)器清零， 其他數(shù)據(jù)計數(shù)器加1，當需要替換的時，將計數(shù)器值最大的換出。