计算机组成原理基本概念

基本概念1.设计一个指令集主要包含哪些内容？2.指令集结构主要包括什么内容？3.计算机的主要性能指标是什么？它主要与哪些硬件部件相关？它与指令集类型及寻址方式有何关系？4.处理器(CPU)如何确定指令与操作数的存放位置？5.在处理器(CPU)的数据路径上流动什么信息？它们的流动受什么控制？6.计算机内部数据表示的范围受什么限制？7.主存的主要性能指标是什么？CACHE的主要性能指标是什么？虚拟存储器的主要性能指标是什么？8.半导体存储器SRAM与DRAM在位单元组成与性能上主要有哪些不同？9.主存由哪两种半导体存储器组成，它们分别用于存放什么内容？10.设计三级存储器系统主要为了解决什么问题？各级存储器都由那些物理存储器实现？11.IEEE754单精度浮点数表示由几部分组成？它所能表示的的真值范围是多少？12.CPU可以直接访问其中的哪级存储器？13.虚拟存储器的分页与分段管理方式中，各自如何实现由虚地址至实地址的变换？14.Cache有几种映像方法？哪种映像方法哪种映像方法性能最高？为什么？15.虚拟存储器管理由谁共同承担？它们分别实现什么功能？16.计算机的外围设备分为哪两类？它们的作用分别是什么？17.何谓数据相关与转移相关问题？它们对流水线处理器有什么影响？18.RISC与CISC指令集的四点主要特征各是什么？19.在存储器中，指令和数据都以二进制编码形式存储，CPU读取时如何区分它们？20.Cache三种映像方法各自如何实现？一、问答题1.设计一个指令集主要包含哪些内容？答：指令集类型、指令格式、寻址方式、指令类型。2.指令集结构主要包括什么内容？答：主要包括：指令集(指令格式、类型、寻址方式等)、处理器内部可供程序员编程使用的寄存器及与存储器交互的接口信息(地址与数据位数)。3.计算机的主要性能指标什么？它主要与哪些硬件部件相关？它与指令集类型及寻址方式有何关系？（CPU的主要性能指标是主频和字长。）答：计算机的性能指标是执行速度。主要与CPU、存储器和系统总线相关；RISC指令集有利于提高计算机性能；采用寄存器寻址方式最有利于该指标；采用直接或间接寻址方式最不利于该指标。4.处理器(CPU)如何确定指令与操作数的存放位置？答：PC指向指令的存放位置；指令的寻址方式确定其操作数的存放位置。5.在处理器(CPU)的数据路径上流动什么信息？它们的流动受什么控制？答：在处理器(CPU)的数据路径上流动的信息分别是指令、操作数和地址，它们并不是同时在数据路径上流动，而是分时流动的；它们的流动受控制信号控制。6.计算机内部数据表示的范围受什么限制？答：受数据类型、表示数据的单元长度和数据编码限制。7.主存的主要性能指标是什么？CACHE的主要性能指标是什么？虚拟存储器的主要性能指标是什么？答：主存的性能指标是其存储容量、存取时间、存储周期和存储器带宽。CACHE的主要性能指标是命中率和平均访问时间。虚拟存储器的主要性能指标是8.半导体存储器SRAM与DRAM在位单元组成与性能上主要有哪些不同？答：SRAM位单元由六管构成的双稳态触发器组成；DRAM位单元由单管电容电路组成。前者较后者具有相对的稳定性和高速度；后者较前者具有较高的集成度。9.主存由哪两种半导体存储器组成，它们分别用于存放什么内容？答：主存是由DRAM和ROM两种半导体存储器组成。DRAM是易失性存储器，仅用于存储执行或待执行的程序和数据；ROM是非易失性存储器，用来存放软硬系统之间的映像程序，包括系统自检与启动引导等。10.设计三级存储器系统主要为了解决什么问题？各级存储器都由那些物理存储器实现？答：主要为了解决提高存储器速度，以匹配处理器，扩大存储器容量，以满足用户编程空间大的需求。CACHE由相联存储器或SRAM存储器实现；主存由半导体ROM和DRAM存储器实现；虚拟存储器由硬盘实现。11.IEEE754单精度浮点数表示由几部分组成？它所能表示的的真值范围是多少？答：三部分组成:1位符号位s，8位阶码e和23位尾数f。它所能表示的的真值范围是：-(2-2-23)2+127~-2-126及+2-126~+(2-2-23)□2+12712.CPU可以直接访问其中的哪级存储器？答：可直接访问主存,cache13.虚拟存储器的分页与分段管理方式中，各自如何实现由虚地址至实地址的变换？答：分页管理方式下，MMU根据虚地址中的页号查页表，找到相应的帧号将其与虚地址中的偏移量相拼即得到实地址；分段管理下，MMU根据虚地址中的段号查段表，得到段表中的基地址，将其与虚地址中的偏移地址相加得到实地址。14.Cache有几种映像方法？哪种映像方法哪种映像方法性能最高？为什么？答：有三种映像方法：全相联映像、直接映像、多路组相联映像；其中全相联映像法性能最高，因为此法可充分利用Cache空间，减少替换。15.虚拟存储器管理由谁共同承担？它们分别实现什么功能？答：由操作系统和MMU共同管理；操作系统实现数据在内存与外存之间的交换，MMU实现将处理器发出的虚拟地址转换成相应的实地址。16.计算机的外围设备分为哪两类？它们的作用分别是什么？答：分为输入输出设备和外部存储器设备；其中输入输出设备用作实现主机与外部世界交互；而外部存储器设备用来实现计算机的辅助存储功能。17.何谓数据相关与转移相关问题？它们对流水线处理器有什么影响？答：数据相关问题指后续指令用到前面指令的执行结果，该问题会导致流水线使用不正确的数据值；转移相关问题指由于分支指令导致一个不正确的指令执行，从而破坏指令序列的正确执行。18.RISC与CISC指令集的四点主要特征各是什么？答：（1）RISC指令集相对简单、较小，CISC指令集则庞大、复杂；（2）RISC中每条指令的位数相同，CISC中有多种位数不同的指令；（3）RISC中只有LOAD和STORE类指令访问存储器，CISC中有多类指令可以访问存储器；（4）RISC中仅包含可以快速处理的寻址方式，CISC中寻址方式复杂，多样；19.在存储器中，指令和数据都以二进制编码形式存储，CPU读取时如何区分它们？答：CPU在指令执行的取指阶段从存储器中读取的是指令，此时以PC为地址，读取的指令存入指令寄存器IR；CPU在指令执行的执行阶段从存储器中读取的是数据，此时由寻址方式确定数据地址，读取的数据存入数据寄存器。20.Cache三种映像方法各自如何实现？答：全相联映像：主存被映像单位(字节、块/行)对应Cache的任意映像单位。单位地址作为标记，内容作为数据一起影响到Cache