第一章 引言
1. 什么是ISA？
2. 计算机的硬件和软件等效原理？
硬件和软件等效原理：任何可以利用软件实现的事情可以利用硬件来实现。反之，任何可以利用硬件来实现的时间也同样可以利用软件来实现。
3. 列举计算机的三种基本部件（在最基本的层次上）
①用来解释和执行程序的处理器 ②用来存储数据和程序的存储器 ③与外界进行数据传输的机制
4. 通常用来测量计算机时钟频率的单位是什么？
时钟频率的度量单位为每秒周数，或称为赫兹。
5. 列举两种类型的计算机存储器
RAM（随机存取存储器）/ROM（只读存储器） 主存/硬盘
6. 解释SSI、MSI、LSI、VLSI的区别
小规模集成电路（SSI）：每块芯片上只有10-100个元件；中规模集成电路（MSI）：每块芯片上有100-1000个元件；大规模集成电路（LSI）：每块芯片上集成的元件多达1000-10000个；超大规模集成电路（VLSI）：每块芯片上集成的元件超过10000。
7. 冯·诺依曼体系结构与以前的计算机体现结构有什么不同？
在最早期的电子计算机中，编程就是利用各种导线进行接插连线，由于没有计算机的分层结构，对早期的计算机进行编程工程浩大。而冯·诺依曼体系结构是①三大硬件系统（中央处理器CPU（包含一个控制单元、一个算术逻辑单元、若干个寄存器）、主存储器系统Main-memory system、输入输出系统I/O）构成②具有执行顺序指令的处理能力，③在主存储器与CPU的控制单元之间，包含一条物理上的或者是逻辑上的单一信道，可以强制改变指令和执行的周期【冯·诺依曼瓶颈】的存储器体系结构，其工作原理是取指-译码-执行。
8. 取指-译码-执行周期（fetch-decode-execute cycle）的工作原理是怎样的？
①控制单元从计算机的存储器中提取下一条程序指令，并利用程序计数器来决定这条指令的所在位置 ②对提取的指令进行译码，变成算术逻辑单元（ALU）能够理解的一种语言 ③从存储器中取出执行指令所需的各种操作数的数据，并把它们放入CPU的寄存器中 ④ALU执行指令，并将执行的结果放到寄存器或存储器中。
●晶体管（transistor）是英文单词转移电阻（transfer resistor）的缩写。事实上，晶体管是一种利用固体硬件制造的真空三极管。
●摩尔定律：硅芯片的密度每18个月翻一番。
●计算机的分层组织结构：
6、用户层，由各种应用任务组成。
5、高级语言层，由各种高级编程语言组成
4、汇编语言层，包含某种类型的汇编语言。
3、系统软件层，主要处理操作系统的命令。
2、指令集体系结构（Instruction Set Architecture），或者称为机器层，由特殊的计算机系统结构所能识别的机器语言组成。
1、控制层。在这一层次上，控制单元将确保正确地译码并执行指令，并且适时地将数据传送到正确的位置。
0、数字逻辑层，在这里我们面对的是计算机系统的物理构成：各种逻辑门和引线。
第四章 MARIE简单计算机模型
1. CPU的主要功能是什么？
中央处理器的任务就是提取程序指令，并对指令进行译码，然后按程序规定的顺序对正确的数据执行各种操作。
2. 控制单元的任务是什么？
控制单元负责 ①监视所有指令执行和各种信息的传送过程 ②从内存提取指令，对这些指令进行译码，确保数据适时地出现在正确的地方 ③通知ALU应该使用哪一个寄存器，执行哪一些中断服务程序，以及接通ALU中正确的电路 ④使用程序计数器来寻下一条要执行的指令的位置，并使用一个状态寄存器来存放默写特殊的操作状态（溢出、进位、借位等）。
3. 寄存器安置在什么位置？有何种不同类型的寄存器？
寄存器位于处理器内部。包括：存储信息的寄存器、进行数值移位的寄存器、进行数值比较的寄存器和计数寄存器、还有“中间结果”寄存器【用来存储临时数据值】、变址寄存器【用来控制程序的循环操作】、堆栈指针寄存器【用于管理所处理的信息堆栈】、状态寄存器【用于保持各种工作状态或操作模式（如溢出、进位或一些零条件等）】、通用寄存器【程序员可以访问的寄存器】。
4. 什么是总线周期？
总线周期是完成总线信息传送所需的时钟脉冲间的时间间隔。
5. 列举出三种不同类型的总线，并指出这些总线在计算机中的位置
典型的总线包括数据总线【传递在计算机不同位置之间移动的信息】、地址总线【指出数据读写的位置】、控制总线【指示哪个设备允许使用总线，以及使用总线的目的；传递有关总线的请求、中断和时钟同步信号的响应】、电源线。
按种类：处理器-内存总线（处理器与机器匹配内存系统之间）、I/O总线（连接各种不同的带宽的各种设备）、底板总线（将计算机的所有部件在主板上连接起来）。
6. 总线仲裁的4种方式是什么？
①菊花链仲裁方式 ②集中式平行仲裁方式 ③采用自选择的分配式仲裁方法 ④采用冲突检测的分配式仲裁方法
7. 说明取址-译码-执行周期的各个步骤。
CPU首先提取一条指令，即将指令从主存储器转移到指令寄存器；接着对指令进行译码，即确定指令的操作码和提取执行该指令需要的数据（并且把它们放到寄存器中）；然后执行这条指令，即执行指令规定的各种操作（并且将执行结果存放到寄存器或者存储器中）
8. 中断驱动的I/O是如何工作的？
CPU收到一个来自I/O设备的中断信号，表示输入或输出的准备工作已经完成。利用某些方法可以使CPU从正常的取指-译码-执行周期转去“识别”这个中断请求。
9. 解释硬连线控制和微编程控制的区别（控制单元的两种设计方式）
定义？
硬连线控制的速度快，缺点是指令集和控制逻辑通过特殊的电路直接连接，使得电路变得比较复杂，设计或者修改都比较困难。微编程（利用某种低级语言进行编写）控制的优点是如果指令集需要修改，只需要简单地更新微程序，而实际的硬件部分不需要做任何改变，缺点是所有指令都需要经过一次额外的翻译过程，这样会减慢整个程序的执行速度。
10. 编译程序的任务
使用助记符号将汇编语言转换成机器语言。
●CPU的组成部分：
⏹寄存器是一种存储二进制数据的硬件设备。用来存储如地址、程序计数器或者是程序执行所需要的数据等各种数据。
⏹算术逻辑单元（Arithmetic Logic Unit，ALU）在程序执行过程中用来进行逻辑运算和算术运算。
⏹控制单元（Control Unit）见第2题。
●总线（bus）是一组导电线路的组合，它作为一个共享和公用的数据通道将系统内的各个子系统连接在一起。【CPU通过总线与其他组件通信】总线可以是点到点的，也可以是共享通道。
●中断（interrupt），改变（或中断）系统正常执行流程的各种事件，包括I/O请求、出现算术错误、算术溢出、硬件故障、用户定义的中断点、页面错误、非法指令等。
●大部分计算机采用的中断处理方法是：在机器的每一个取指-译码-执行周期的开始处，先检查是否有中断请求存在。如果有，CPU先处理中断任务，中断处理完成后，CPU会继续进行机器的指令执行过程；如果没有，CPU则进行正常的程序执行过程。
●两种方法正确设置各条控制线：优缺点见第9题
1. 硬连线控制，从物理上将各条控制线与实际的机器指令连接起来。
2. 微编程控制，即用软件来进行控制。所有的机器指令都被放置到一个专用的程序（微程序）中，然后将这些指令转换成规定的控制信号。
●两种编址方式：
1. 按字节编址，每一个字节（8为二进制数）都有一个唯一的地址。
2. 按字编址，每一个机器字（不是一个字节，可能是2个或者4个等）都有一个唯一的地址。
●时钟周期与时钟频率互为倒数。1MHz = 1 million cycles per second
CPU time =
第五章 指令系统体系结构
1. 什么是扩展操作码？
指令总长度固定的体系结构，但是却可以允许操作数域的位数根据需要而改变。
计算机软件的组成2. 设计指令系统可以采用的三种体系结构
堆栈体系结构，累加器体系结构，通用寄存器（GPR）体系结构
3. 固定长度和可变长度的指令结构各有什么优点？
固定长度：指令执行速度快，但是会浪费一些存储空间。
可变长度：可以节约存储空间，但是译码会变得比较复杂
4. 什么是寻址方式？
寻址方式是指定指令中操作数的位置的方法。
5。 解释有关流水线体系结构的基本概念
有些CPU会将取址-译码-执行周期分为一些较小的步骤，其中某些较小的步骤可以并行执行。这种时间上的交替可以加快CPU的执行速度。这种方法称为流水线。
●计算机指令由操作码和操作数组成。操作码指定要执行的操作类型，操作数指出数据所处的寄存器和内存单元。
●衡量指令体系结构（ISA）的性能的因素：
程序执行指令时占用内存空间的大小
指令系统的复杂程度，主要指指令执行所需要的译码数量和指令执行的任务的复杂性
指令的长度
指令系统中指令的总数目
●三种设计CPU存储方式（区分指令系统的体系结构的基本方法）：
堆栈体系结构，使用一个堆栈来执行各种指令，而且指令那个的操作数就隐含地存放在堆
栈的顶部。具有好的编码密度和一个简单的表达式估值模型。但是由于不能对堆栈进行随机访问，很难产生高效率的编码。【适用于存储器速度快】
累加器体系结构：将其中一个操作数隐含在累加器中。大幅降低了机器的内部复杂性，而且允许使用非常短的指令。但是由于累加器只是临时存储，对存储器访问非常频繁。
通用寄存器（GPR）体系结构：采用多个通用寄存器组，访问速度比存储器快得多，非常方便编译器进行处理，并且可以十分有效和高效地使用。【适用于存储器速度慢】
●寻址方式：
立即寻址（immediate addressing），在指令中操作代码后面的数值会被立即引用。
直接寻址（direct addressing），在指令中直接指定要引用的数值的存储器地址。
间接寻址（indirect addressing），地址域中的二进制数用来指定一个存储器地址，该地址中的内容将被用作一个指针。操作数的有效地址就是通过访问这个存储器地址来获取的。
寄存器寻址（register addressing），采用一个寄存器来代替存储器存储操作数。
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