计算机组成复习资料
第⼆章运算⽅法和运算器
金秀炫裴秀智1.简单型汉字为16*16点阵，提⾼型汉字为24*24点阵、32*32点阵、甚⾄更⾼16*16点阵，每个汉字要占⽤32个字节。国标两级汉字要占⽤256k字节
2.双精度浮点数：64位浮点数基数R=2 S符号数占1位E阶码占8位
0 M尾数占52位
在运算过程中如出现⼤于字长绝对值的现象，称为“溢出”
溢出的检测⽅法：
（1）采⽤双符号位法，称为“变形补码”。任何正数，两个符号位都是“0”，任何负数，两个符号位都是“1”。两数相加后，其结果的符号位出现“01”或“10”两种组合时，表⽰发⽣溢出。
（2）采⽤单符号位法。当最⾼有效位产⽣进位⽽符号位⽆进位时，产⽣正溢；当最⾼有效位⽆进位⽽符
号位有进位时，产⽣负溢。
4.⼀位全加器的表达式：S i = A i○+B i○+C i C i+1 =AiBi+BiCi+CiAi=AiBi+(Ai○+ Bi)Ci
⼆进制数字Ai、Bi和进位输⼊Ci相加，产⽣⼀个和输出Si，以及⼀个进位输出
C i+1
5.浮点加减法的操作步骤⼤体分为4步：
第⼀步，0操作数检查；第⼆步，⽐较阶码⼤⼩并完成对阶；第三步，尾数进⾏加或减运算；
第四步，结果规格化并进⾏舍⼊处理。
浮点数乘除运算⼤体分4步：
第⼀步，0操作数检查，如果被除数x为0则商为0，如果除数y为0，则商为∞；第⼆步，阶码加/减操作；第三步，尾数乘/除操作；第四步，结果规格化并进⾏舍⼊处理。
6.舍⼊⽅法有：就近舍⼊、朝0舍⼊、朝+∞舍⼊、朝—∞舍⼊（详见P55）
7.规格化：在浮点运算中，尾数求和结果的绝对值⼤于1，向左破坏了规格化，此时尾数运算结果右移以实现规格化表⽰，称为向右规格化，即尾数右移1位，阶码加1。当尾数不是1.M时须向左规格化。（P54）
8.截断处理：⽆条件地丢掉正常尾数最低位之后的全部数值。
9.CRC码，《计算机⽹络》P69 原码移位乘法：P36 例20
串⾏进位和并⾏进位的表⽰还没到。
第三章内部存储器
1.什么是程序局部性原理？
答：程序的局部性原理是指程序总是趋向于使⽤最近使⽤过的数据和指令，也就是说程序执⾏时所访问的存储器地址分布不是随机的，⽽是相对地簇集；这种簇集包括指令和数据两部分。桃花诺歌词
程序局部性包括程序的时间局部性和程序的空间局部性。
1. 程序的时间局部性: 是指程序即将⽤到的信息可能就是⽬前正在使⽤的信息。
2. 程序的空间局部性: 是指程序即将⽤到的信息可能与⽬前正在使⽤的信息在空间上相邻或者临近。
程序的局部性原理是计算机体系结构设计的基础之⼀。
钢琴陪练课收费2.⽤32K*8位的E2PROM芯⽚组成128K*16位的只读存储器，试问：（或可见书上P73）
（1）数据寄存器多少位？答：系统16位数据，所以数据寄存器16位
（2）地址寄存器多少位？答：系统地址128K＝217，所以地址寄存器17位（3）共需多少个E2PROM芯⽚？答：共需要8⽚
（4）组成框图如下
3.设存储器容量为32字，字长64位，模块数m＝4，分别⽤顺序⽅式和交叉⽅式进⾏组织。存储周期T＝200ns，数据总线宽度为64位，总线传送周期τ＝50ns。问顺序存储器和交叉存储器的带宽各是多少？
解：顺序存储器和交叉存储器连续读出m=4个字的信息总量都是：
q=64位×4=256位
顺序存储器和交叉存储器连续读出4个字所需的时间分别是：
t2=mT=4×200ns=800ns=8×10-7s
t1=T+(m-1)τ=200ns+3*50ns=350ns=3.5×10-7s
顺序存储器和交叉存储器的带宽分别是：
W2=q/t2=256÷(8×10-7)=32×107b/s=320Mb/s
W1=q/t1=256÷(35×10-7)=73×107b/s=730Mb/s
4.什么是cache命中率和未命中？
答：命中率指CPU向CACHE读取数据所命中的机率，通常我们使⽤某个数据必须寻该数据然⽽通过CACHE读取可以提⾼程序执⾏效率免取了寻数据的⿇烦，未命中就是所要的数据不在cache中。
在⼀个程序执⾏期间，设Nc表⽰cache完成存取的总次数，Nm表⽰主存完成存取的总次数，h定义为命中率，有
h=Nc/(Nc+Nm)。
5.主存与cache的地址映射有哪些？
答：全相联映射⽅式、直接映射⽅式、组相联映射⽅式。
6.页⾯淘汰算法（具体看操作系统书：P125~126）
1.最佳算法：选择距下次被引⽤时间间隔最⼤的页⾯来淘汰。
2.先进先出算法：⾸先选择在内存中驻留时间最长的⼀页进⾏淘汰。
3.最近最久未使⽤算法：把到⽬前为⽌最长时间没有被使⽤的页淘汰。
4.时钟算法：寻⼀个从上次检查以来没有被访问过的页⾯
7.替换策略P98
(1)最不经常使⽤(LFU)算法：将⼀段时间内被访问次数最少的那⾏数据换出。
(2)近期最少使⽤(LRU)算法：将近期内长久未被访问过的⾏换出。
(3)随机替换：从特定的⾏位置中随机的选取⼀⾏换出即可。
8. 总线握⼿是分时占⽤总线实现数据通信的⼀种⽅法。
第四章指令系统
1.指令格式：操作码字段OP+地址码字段A（书上的）
操作码+与操作数有关的的信息（⽼师说的）
2. 指令字长度的操作码必须要8位，159个功能。
变长指令字：指令格式是可变（操作码可变长）的：有8、16、32、64位等。3.什么是堆栈（名词解释）？
答：堆栈是⼀种数据项按序排列的数据结构，只能在⼀端(称为栈顶(top))对数据项进⾏插⼊和删除。要点：堆：顺序随意栈：后进先出(Last-In/First-Out)
⽼师说的：堆栈是内存开辟的⼀个区域，只有⼀个进出⼝（先进后出，后进先出），只有push、pop命令。
5.什么是精简指令系统（RISC）？
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答：是⼀种执⾏较少类型计算机指令的微处理器。
(1)选取使⽤频率最⾼的⼀些简单指令，指令条数少；
(2)指令长度固定，指令格式种类少；
(3)只有取数/存数指令访问存储器，其余指令的操作都在寄存器之间进⾏。
6.数据的寻址⽅式(计算题：P118)
第五章中央处理机
1.什么是指令周期、什么是CPU周期，两者⼀样吗？
答：指令周期是取出⼀条指令并执⾏这条指令的时间。指令周期常常⽤若⼲个CPU周期来表⽰，CPU周期也称机器周期。⼀条指令的取出阶段（通常称之为取指）需要⼀个CPU周期时间。⽽⼀个CPU周期时间⼜包含有若⼲个时钟周期。任何⼀条指令，它的指令周期⾄少需要两个CPU周期。所以两者是不⼀样的。
2.什么是控制存储器？
控制存储器⽤来存放实现全部指令系统的微程序，它是⼀种只读型存储器。控制存储器的字长就是微指令字的长度，其存储容量视机器指令系统⽽定，即取决于微程序的数量。对控制存储器的要求是速度快，读出周期要短。
3.操作控制器可分为时序逻辑型和存储逻辑型两种。第⼀种称为硬布线控制器，它是采⽤时序逻辑技术来实现的；第⼆种称为微程序控制器，它是采⽤存储逻辑来实现的。
4.硬布线控制器
硬布线控制器，它是采⽤时序逻辑技术来实现的，⽤⽼师的话来说就是：把指令分解成器件，哪个指令在什么时间段⽤什么器件。
5.微程序控制器
微程序控制器同硬布线控制器相⽐较，具有规整性、灵活性、可维护性等⼀系列优点，因⽽在计算机设计中逐渐取代了早期采⽤的硬布线控制器，并已⼴泛地应⽤。在计算机系统中，微程序设计技术是利⽤软件⽅法来设计硬件的⼀门技术。微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解题程序的⽅法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到⼀个只读存储器⾥。
6. 什么叫微操作：控制部件通过控制线向执⾏部件发出各种控制命令，通常把这种控制命令叫做微命
令，⽽执⾏部件接受微命令后所进⾏的操作，叫做微操作。
7.控制部件与执⾏部件的⼀种联系，就是通过控制线，另⼀种联系是反馈信息。
8.微操作可分为相容性和相斥性两种。所谓相容性的微操作，是指在同时或同⼀个CPU周期内可以并⾏执⾏的微操作。所谓相斥性的微操作，是指不能在同时或不能在同⼀个CPU周期内并⾏执⾏的微操作。
9.在机器的⼀个CPU周期中，⼀组实现⼀定操作功能的微命令的组合，构成⼀条微指令。微指令字长为23位，由17位操作控制和6位顺序控制组成。操作控制部分⽤来发出管理和指挥全机⼯作的控制信号，该字段为17位，每⼀位表⽰⼀个微命令。当操作控制字段某⼀位信息为“1”时，表⽰发出微命令；⽽某⼀位信息为“0”时，表⽰不发出微命令。微指令格式中的顺序控制部分⽤来决定产⽣下⼀条微指令的地址。
10.机器指令与微指令的关系：
第⼀，⼀条机器指令对应⼀个微程序，这个微程序是由若⼲微指令序列组成的。第⼆，从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的⼀⼀对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关。
第三，每⼀个CPU周期就对应⼀条微指令。
微程序包含⼏步，就要有⼏个CPU周期，就由⼏条微指令构成。
11.微命令编码就是对微指令中的操作控制字段采⽤的表⽰⽅法。通常有以下三种⽅法。
1）直接表⽰法。其特点是操作控制字段中的每⼀位代表⼀个微指令。
2）编码表⽰法。编码表⽰法是把⼀组相斥性的微命令信号组成⼀个⼩组（即⼀个字段），然后通过⼩组（字段）译码器对每⼀个微命令信号进⾏译码，译码输出作为操作控制信号。
3)混合表⽰法。这种⽅法是把直接表⽰法与字段编码法混合使⽤，以便能综合考虑微指令字长、灵活性、执⾏微程序速度等⽅⾯的要求。
12.资源相关：是指多条指令进⼊流⽔线后在同⼀机器时钟周期内争⽤同⼀个功能部件（器件）所发⽣的冲突。
13.数据相关：在⼀个程序中，如果必须等前⼀条指令执⾏完毕后，才能执⾏后
⼀条指令，那么这两条指令就是数据相关的。
P182 .第五章课后习题第8题
流⽔CPU 串⾏时、⼀个重叠时、深度重叠时所需要的时间。PS ：图不会画。
第六章总线系统
1.南桥：主要负责控制整个主板的输⼊、输出系统。（另⼀种说法：主要负责外部设备的数据处理与传输）
2.北桥：主要负责管理中央微处理器（CPU ）和主内存还有AGP 显卡，在正常⼯作时和它们进⾏必要地三⼤信号（控制信号，地址信号，数据信号）的正常传输。
3.计算机系统中，传输信息采⽤三种⽅式：串⾏传送、并⾏传送和分时传送。系统总线上传送的信息必须采⽤并⾏传送⽅式。
4.总线接⼝的基本概念：
I/O 功能模块通常简称为I/O 接⼝，也叫适配器。
5.主⽅可以启动⼀个总线周期，⽽从⽅只能响应主⽅的请求。
为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件，以某种⽅法选择其中⼀个主设备作为总线的下⼀次主⽅。
6.总线仲裁是总线系统的核⼼问题之⼀。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件。它通过采⽤优先级策略或公平策略，选择其中⼀个主设备作为总线的下⼀次主⽅，接管总线控制权。按照总线仲裁电路的位置不同，总
线仲裁分为集中式仲裁和分布式仲裁。集中式仲裁⽅式必有⼀个中央仲裁器，它受理所有功能模块的总线请求，按优先原则或公平原则进⾏排队，然后仅给⼀个功能模块发出授权信号。分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个功能模块都有⾃⼰的仲裁号和仲裁器。
7.按照总线仲裁电路的位置不同，仲裁⽅式分为集中式仲裁和分布式仲裁两类。集中式仲裁⽅式分为菊花链式查询⽅式、计速器定时查询⽅式、独⽴请求⽅式三种。P194
第六章课后习题中的选择题P208
第七章外围设备
1.解释硬盘：（百度的）
计算机的存储器有两类，⼀类是内部存储器，⼀断电就信息也随之消失了，⼀类是外部存储器，断了电信息还保存在这⾥。这两类存储器对应的电脑实体就是内存和磁盘
内存的特点：存储信息速度快，断电后存储内容全部丢失。
磁盘的特点：存储信息不受断电的影响，存取速度相对于内存慢得多了。现在的磁盘主要是指硬盘和优盘。
硬盘容量都是⽐较⼤，能记录的信息很多，是电脑的主要存储设备，⼀般直接装在电脑⾥⾯, 还有⼀种移动硬盘, ⽤的要经常⽤的不同电脑的情况.
2.计算题：P234
已知某磁盘存储器转速为2400转/分，每个记录⾯道数为200道，平均道时间为60ms ，每道存储容量为96Kb ，求磁盘的存取时间与数据传输率。
答：
ms 5.721000*2400
60*2160=+=+=平均等待时间
平均查时间存取时间
s KB Dr /48060
那种化妆品好用2400*北大校草叶钦达
96== P234习题答案
1．D 2．C 、D 、C 、A 第⼋章输⼊输出系统
1.公操作：是指⼀个指令执⾏结束后CPU 所进⾏的操作。如中断处理，直接内存传送，取下条指令等。（P243）
（下⾯百度上的）
2.中断（Interrupt ）：指当出现需要时，CPU 暂时停⽌当前程序的执⾏转⽽执⾏处理新情况的程序和执⾏过程。即在程序运⾏过程中，系统出现了⼀个必须由CPU ⽴即处理的情况，此时，CPU 暂时中⽌程序的执⾏转⽽处理这个新的情况的过程就叫做中断。
3.中断源：凡是能引起中断的设备或事件均称为中断源。
通常中断源有以下⼏种：
（1）外部设备请求中断（2）故障强迫中断。（3）实时时钟请求中断。（4）数据通道中断。（5）程序⾃愿中断。
中断全过程分为5个阶段：中断请求、中断判优、中断响应、中断处理和中断返回。
（理解）中断处理过程基本上由3部分组成，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。
4.DNA 和CPU 如何合理分配内存：采⽤三种⽅式：
1，停⽌CPU 访问。2，周期挪⽤。3，DMA 与CPU 交替访问。