微机原理复习

微机原理复习第一章1 .计算机由大部分硬件和软件组成2 .冯诺伊曼计算机的特点：(1)计算机由运算器、存储器、控制器和输入装置、输出装置这5个部件构成(2)命令和数据以相同的地位存储在存储器中，可以通过地址进行检索。(3)命令和数据均可用二进制代码表示(4)命令由操作码和地址代码组成(5)指令依次存储在存储器内(6)设备以运算器为中心3 .现代的电脑成了记忆体中心4 .计算机各部分的功能：(1)运算器完成算术运算和逻辑运算，将运算的中间结果暂时存储在运算器中(2)内存用于存储数据和程序(3)控制器用于控制、指挥程序和数据输入、运转、运算结果的处理(4)输入机器用于将人们熟悉的信息形式转换成机器能够识别的信息形式，常见的是键盘和鼠标等(5)输出设备能够将机械的运算结果转换为打印输出、显示器输出等众所周知的信息形式5 .机器语言长度是CPU能够一次处理数据的位的数目，并且通常与CPU的位的数目有关第二章1 .微计算机的发展很大程度上依赖于微处理器的发展，微处理器的发展依赖于芯片的集成度和处理器工作频率的提高2. CAD :计算机辅助设计3. CAM :计算机辅助制造4. CIMS :计算机集成制造系统5 .人工智能是用计算机研究人类智能模拟方法的技术第三章1 .计算机五个部件之间的连接方式有两种(1)分散连接：在各部件之间使用个别的连接(2)总线连接：将各部件连接到一组公共信息传输线上2 .通过系统总线传输的信息分为以下3类(1)数据总线(DB ) :在各功能部件之间传输数据信息，双向传输，与机械语言长度、存储语言长度有关(2)地址总线(AB ) :数据总线上的源数据或目标数据表示主存储单元的地址或I/O设备中的地址、单向传输、地址线的位数与存储单元的数量有关(3)控制总线(CB ) :对于单一的控制线来说传输控制命令或状态信息是单方向的，而对于整个控制线来说是双向的3 .总线结构：(1)单总线结构： CPU、主记忆体、I/O设备挂在一组总线上(2)双总线构成：存储器总线连接CPU、主存储器输入输出总线建立CPU与I/O设备的连接(3)三总线：主存储总线用于CPU与主存储装置之间的传输，I/O总线用于CPU与各种I/O装置之间的信息传输，DMA总线用于高速I/O装置(磁盘、磁带等)与主存储装置之间的信息交换4 .总线控制包括仲裁控制(或仲裁逻辑)和通信控制5 .控制常见优先级的仲裁方式有以下三种：(1)链查询：优先级接近公共汽车，容易扩展，敏感(2)计数定时查询：不像链查询那样敏感，控制线增加，方式复杂(3)独立要求方式：响应速度快，优先顺序控制灵活，控制线数多，总线控制复杂6 .完成总线操作的时间称为总线周期，分为以下4个阶段(一)申请分配的阶段；(2)地址阶段(3)传输阶段(4)结束阶段7 .总线通信的四种方式：(1)同步通信：通信双方统一配合时间控制数据传送称为同步通信。(2)异步通信：采用答疑式，无共同时钟标准(3)半同步：同步异步耦合(4)分离式：充分挖掘系统总线每一瞬间的潜力问题3.4为什么要设定巴士的优先控制？ 有多少种常见的集中总线控制？ 有什么特点，用什么方法响应时间最快？ 什么方法对电路故障最敏感？答案：当总线上的设备有主设备和从设备并且多个主设备在总线上时，确定总线需要有极好的控制来解决多个主设备同时申请总线时的使用权分配问题一般的集中总线控制有链查询、计数器查询、独立请求三种链检索方式连接简单，扩展容易，对电路故障最敏感计数器检索方式的优先级设定灵活，对故障不敏感，连接和控制进程复杂独立请求方案最快，但硬件设备使用量大，连接数大，成本高。问题3.14总线的时钟频率设为8MHz，并且总线的周期等于每个时钟的周期。 如果在一个总线周期中并行传输16位数据，总线带宽是多少答案：总线宽度=16位/8=2B总线带宽=8MHz2B=16MB/s第四章1 .存储系统层次主要反映在两个存储层次中：高速缓存主存储和主存储从2 .存储容量是指主存储器能够存储二进制代码的总位数存储容量=存储单元数*存储字长容量也可以用字节数表示存储容量=存储单元数*存储字长/83 .存储速度：用存储时间和存储周期表示4 .内存带宽：表示每单位时间内存访问的信息量5 .静态SRAM :当电源关闭时，原来的信息会丢失，因此是易失性半导体存储器6 .动态DRAM的基本单元电路有三管式和单管式两种，它们的共同特征是以电容存储电荷的原理登记信息7. Cache家庭地址映射：(1)直接映射： i=j mod C或i=j mod 2*c(2)全相关映射(3)组相关图： i=j mod Q问题4.6某机器语言的长度为32位，其存储容量为64KB，其地址范围为多大，如果主存储器以字节写入，则尝试分配主存储器的字地址和字节地址。答案：内存容量为64KB时，以字节为单位指定地址的范围为64KB此时：字地址范围=64K8/32=16K字问题4.8尝试将静态RAM与动态RAM进行比较。答案：特性SRAMDRAM储存装置触发器静电电容破坏读出是非是的，先生需要更新不要需要地址复用无有的运转速度快点慢集聚度低很贵电力消耗很贵低适用时卡车公司大容量主记忆体问题4.9什么是刷新？ 为什么要更新？ 更新说明有好几种方法。答案：对刷新dram定期执行的所有重写过程由于刷新原因容量泄漏引起的DRAM中存储的信息衰减需要及时补充，因此安排了定期的刷新操作常用的刷新方法有3种： 集中型、分散型、异步型集中：在最大重新整理间隔时间内，集中排定重新整理所需的时间分布式：在读/写周期之后插入刷新周期，没有CPU访问死区时间异步表达式：集中式和分布式权衡。第五章1 .中断服务流程：保护现场中断服务(设备服务) 恢复现场中断返回2 .程序中断克服了程序查询方式中CPU的“脚步”现象，实现了CUP和I/O的并行工作，提高了CPU的资源利用率问题5.1I/O有哪些地址方式？ 有什么特点？答案：常用的I/O地址方式有I/O和存储器的统一地址和I/O独立地址两种特点：统一地址方式的I/O设备占有与主存储器相同的地址空间，不需要配置专用的I/O命令。在I/O独立地址方式的情况下，机器I/O地址和主存储地址是两个独立的空间，CPU需要通过专用的I/O命令来访问I/O地址空间。问题5.3I/O设备与主机交换信息时，有哪些控制方式？ 我会简单叙述那些的特征。答案：(1)程序直接控制方式：也称为查询方式，在该方式中，CPU与外围设备之间的数据的传送完全由计算机程序控制，CPU的操作和外围设备的操作同步，硬件结构简单，但是由于外部设备的动作慢，因此CPU时间多，系统效率低(2)程序中断方式：外部设备准备好后，中断方式猪腹通知CPU，CPU请求对应的I/O设备的中断后，暂停当前程序的执行，转移到I/O设备服务，CPU的利用率显着提高，在某种程度上实现了主机和I/O设备的并行作业(3)DMA方式与中断方式同样，实现主机和I/O设备的并行动作，DMA方式直接依赖硬件来实现存储器和I/O设备之间的数据传输，在传输中不需要CPU程序的干预，CPU能够继续执行原来的程序，因此能够提高CPU利用率问题5.11简要说明I/O接口的功能和基本构成答案：接口的功能包括(1)选址功能(2)传送指令的功能(3)传输数据的功能(4)反映设备状态的功能接口结构是设备选择电路、指令寄存器和指令解码器、数据缓冲寄存器、设备状态标志和控制逻辑电路第七章问题7.1什么是机器指令，什么是指令系统？答案：机器指令：计算机可直接识别指令并执行的指令命令系统：所有计算机命令的集合，一台计算机上的所有命令的集合称为命令系统问题7.2什么是地址方式？答案：地址方法是用于确定命令的数据地址，然后确定要执行的命令地址的方法。问题7.3什么是指令语长、机械语长、记忆语长答案：机器语言长度：CPU能够一次处理数据的最大位数通常与CPU寄存器位数相关联指令语长：指令语中包含的二进制代码的比特数存储字长：存储在一个存储单元中的一系列二进制代码的位数注意：1 .指令由操作码和地址代码构成，操作码指定该指令完成的操作，地址代码指定该指令的原始操作数地址2 .命令语言长度取决于操作码长度、操作数地址的长度和操作数地址的个数问题7.9比较一下间接地址和寄存器间接地址答案：假设存储字长度=机器字长度，两者的地址范围相同(不考虑二次地址)。间接地址EA=(A )，寄存器间接地址EA=(Ri )寄存器间接地址能有效地缩短命令字长寄存器间接地址方式可以减少访问次数问题7.10比较一下基地址和索引寻址答案：相同：能够有效扩大命令地址范围；有效地址计算如下： EA=A (BR )和EA=A (IX )。差异：(1)在基地址的情况下，BR不变，a可变，在索引修饰的情况下，a不变，IX可变。(2)基本地址寄存器的内容通常由系统程序设定，索引寄存器的内容通常由用户设定。(3)基地址适用于程序的动态再配置，索引地址适用于排列和字符串处理。问题7.20什么是RISC？ 简述其主要特点。答案：精简指令集计算机(1)选择使用频度高的简单命令和有用且不复杂的命令，通过频度高的简单命令的组合来实现复杂命令的功能。(2)指令长度一定，指令格式的种类少，地址方式的种类少。(3)访问存储器只有读取/存储器命令，该剩馀命令的操作全部在寄存器内完成.(4) CPU具有多个通用寄存器。(5)采用流水线技术，大部分命令按时钟周期完成。 通过采用超标量和超流水线技术，每个指令的平均执行时间可以小于一个时钟周期。(6)控制器采用组合逻辑控制，无需微程序控制。(7)采用优化的编译器。问题7.21RISC与CISC的比较答案：(1)指令系统： RISC设计者集中于频繁使用的指令，尽可能具有简单高效的特色。 很少使用的功能常常是通过命令的组合来实现的。 因此，在RISC机器中实现特殊功能的情况下，有可能会降低效率。 但是，流水技术和超标量的技术可以得到改善和补充。 CISC计算机命令系统丰富，具有完成特定功能的专用命令。 因此，处理特殊任务的效率很高。(2)存储器动作： RISC存储器动作有限制，简化控制的CISC设备的存储器操作命令多，操作直接。(3)程序： RISC汇编语言程序一般需要大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，设计困难的CISC汇编语言编程比较简单，科学计算和复杂操作编程比较容易，效率高。(4)中断： RISC机器在执行指令的适当位置可以响应中断的CISC设备，在指令执行结束后，响应中断。(5) CPU:RISC CPU包含较少的单元电路，面积较小，功耗较低的CISC CPU包含丰富的电路单元，功能强，面积大，功耗大。(6)设计周期： RISC微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，采用最新技术的CISC微处理器结构复杂，设计周期长。(7)用户使用： RISC微处理器结构简单、指令规则、性能易于掌握、易于学习的CISC微处理器结构复杂、功能强大、易于实现特殊功能。(8)应用范围： RISC指令系统的决定与特定的应用领域有关，因此RISC设备适用于专用设备的CISC设备适用于通用设备。第八章1. CPU的寄存器中可见的是通用寄存器、数据寄存器、地址寄存器、条件寄存器2. CPU的寄存器中可见的是MAR (存储器地址寄存器)、MDR (存储器数据寄存器)、PC (程序计数器)、IR (指令寄存器)3. CPU实质上包括两大部分运算器控制器4 .指令周期： CPU取出并执行一个指令所需的全部时间，即CPU完成一个指令的时间5 .完整的指令周期包括四个子周期：读取、地址、执行和中断问题8.1CPU有什么功能？答案：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工、处理中断相应部件：寄存器、控制器、运算器、中断系统问题8.2什么是指令周期？ 指令周期有固定值吗？ 为什么？答案：命令循环是指从开始读取命令到完成执行命令的时间。 由于执行计算机内的各种指令所需的时间大不相同，因此每个指令的指令周期长度不同，也就是说指令周期不是每个指令的固定值。问题8.3描绘命令周期的数据流，分别说明图中的各子周期的作用。答案：取值周期：从存储器中读取指令，放入指令寄存器地址周期：有地址操作时，计算操作数的地址执行周期：指令的执行中断周期：保护中断点，关闭中断，寻找中断服务程式的入口位址。问题8.7什么是系统并行性？ 粗粒度并行和细粒度并行的区别是什么？答案：系统并行性是在相同或相同时段实现具有相同性质或不同性质的两个或更多个功能。粗粒度并行性一般用算法(软件)来实现，细粒度并行性一般用硬件来