计算机组成原理山东建筑大学计算机学院

1.（P10）存储器的任何位置既可以存放数据也可以存放指令，不过一般是将指令和数据分开存放。

将解题的程序（指令序列）存放到存储器中成为存储程序，而控制器依据存储的程序来控制全机协调地完成计算任务叫做程序控制。

存储程序并按地址顺序执行，这就是冯.诺依曼型计算机的设计思想，也是机器自动化工作的关键。

目前将运算器和控制器和存储器放到CPU中成为中央处理器。

2.（P11）通常把取指令的一段时间叫做取指周期；而把执行指令的一段时间叫做执行周期；如果某字代表要处理的数据，则成为数据字；如果某字为一条指令，则称为指令字。

区分指令字和数据字：一般来讲，取指周期中从内存读出的信息流是指令流，它流向控制器；而在执行器周期中从内存读出的信息流是数据流，它有内存流向运算器。

3.（P14）计算机系统的层次结构：第1级是微程序设计级，这是一个实在的硬件级，它有机器硬件直接执行微指令；第2级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。

这一级也是硬件级；第3级是操作系统级，它由操作系统程序实现，这一级称为混合级；第4级是汇编语言级；第5级是高级语言级。

4.（P15）计算机体系结构为机器语言程序员所看到的的传统机器语言所具有的的属性，包含概念性结构和功能特性两个方面。

计算机组织，也译成计算机组成，指的是计算机体系结构的逻辑实现，包括物理机器级内的数据流和控制流的组成以及逻辑设计等。

它着眼于物理机器级内各事件的排序方式和控制方式，各部件的功能以及各部件的联系。

计算机实现指的是计算机组织的物理实现，他着眼于器件技术和微组装技术，其中器件技术在实现技术中起主导作用。

一种计算机组织可以采用多种不同的计算机实现，即一种组织可由多种物理实现。

4.（P20）例题2.1和例题2.25.（P23）一个正整数，当用原码、反码、补码表示时，符号位都固定为0，用二进制表示的数值位都相同，即三种表示方法完全一致。

一个负整数，原码符号位1不变，整数的每一位二进制数位求反得到反码；反码符号位为1不变，反码数值位最低位加1，得到补码。

6.（P24）例题2.67.（P38）例题2.20和例题2.218.（P45）例题2.239.（P55）例题2.2810.（P74）刷新计算题11.（P95）地址映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式。

全相联映射方式：主存中的任一块可以被放置到Cache中的任意一个位置；直接映射方式：主存中的每一块只能被放置到Cache中唯一的一个位置；组相连映射方式：主存中的每一块可以被放置到Cache 中唯一的一个组中的任何一个位置；替换方法：最近最少使用法LRULFU（least frequently used 最不经常使用）：被访问的行计数器增加1，替换值小的行，不能反映近期cache的访问情况，LRU（least recently used 近期最少使用）：被访问的行计数器置0，其他的计数器增加1，替换值大的行，符合cache的工作原理。

12.（P141）例题5.113.（P152）微命令：控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫作微命令，它是构成控制序列的最小单位；微操作：是微命令的操作过程；微指令：把在同一CPU周期内并行执行的微操作控制信息，存储在控制存储器里，称为一条微指令；微程序：一系列微指令的有序集合就是微程序。

CPU周期和微指令周期的关系：微指令周期:在串行方式的微程序控制器中,微指令周期等于读取微指令的时间加上执行该条微指令所需的时间.(为方便控制使之等于CPU周期)14.（P162，课件P132）流水线技术：把一个重复的过程分解为若干个子过程，每个子过程由专门的功能部件来实现。

CPU按流水线方式组织。

通常由三大部分组成：指令部件、指令队列、执行部件。

指令执行包括取指、分析、执行过程（各个过程执行时间相同，t）。

指令执行方式：顺序执行方式：串行执行，总时间T=3nt；一次重叠执行方式：执行第k条指令和取第k+1条指令同时进行，总时间T=(1+2n)t；两次重叠执行方式：分析第k条指令和取第k+1条指令同时进行，执行第k条指令和分析第k+1条指令同时进行，总时间T=(2+n)t。

重叠执行后存在的问题：访存冲突、硬件增加（资源冲突）、单条指令执行时间过长。

流水线中各段的时间应尽可能相等，否则将引起流水线堵塞、断流。

时间长的段将成为流水线的瓶颈。

流水线中这种时间最长的段称为流水线的瓶颈段。

流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端不断地提供任务，才能充分发挥流水线的效率。

流水线需要有通过时间和排空时间。

流水线的通过时间和排空时间于子过程的个数（段数）有关。

吞吐率：在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。

n ：任务数Tk ：处理完成n 个任务所用的时间解决流水线瓶颈问题的常用方法：细分瓶颈段、重新设置瓶颈段（缺点：控制逻辑比较复杂，所需要的硬件增加了）。

15.（P171）RISC （精简指令系统计算机）的三个基本要素：（1）一个有限的简单的指令集，（2）CPU 配备大量的通用寄存器，（3）强调对指令流水线的优化。

RISC 机器的特征：（1）使用等长指令，目前的典型长度是4个字节。

（2）寻址方式少且简单，一般为2~3种，最多不超过4中，绝不会出现存储器间接寻址方式。

（3）只有取数指令、存数指令访问存储器。

指令中最多出现RS 型指令，绝不出现SS 型指令。

（4）指令集中KT n TP的指令数目一般少于100种，指令格式一般少于4种。

（5）指令功能简单，控制器多采用硬连接方式，以期更快的执行速度。

（6）平均而言，所有指令的执行时间为一个处理时钟周期。

（7）指令格式中，用于指派整数寄存器的个数不少于32个，用于浮点数寄存器的个数不少于16个。

（8）强调通用寄存器资源的优化使用。

（9）支持指令流水并强调指令流水的优化使用。

（10）RISC技术的复杂性在于它的编译程序，因此软件系统开发时间比CISC机器长。

16.（P183）总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通路。

（填空）一个单处理器系统中的总线，大致分为三类：（1）CPU 内部连接各寄存器及运算部件之间的总线，称为内部总线。

（2）CPU 同计算机系统的其他高速功能部件，如存储器、通道等相互连接的总线，称为系统总线。

（3）中、低速I/O设备之间互相连接的总线，称为I/O总线。

17.（P184）例题6.118.（P187）计算机系统中采用三种方式：串行传送：信息以串行方式传送，只有一条传输线，且采用脉冲传送；并行传送：用并行方式传送二进制信息时，对每个数据位都需要单独一条传输线。

信息有多少二进制位组成，就需要多少条传输线。

并行传送一般采用电位传送；分时传送：分数传送有两种概念：一是采用总线复用方式，某个传输线上既传送地址信息，又传送数据信息。

为此必须划分时间片，以便在不同的时间间隔中完成传送地址和传送数据的任务。

分时传送的另一种概念是共享总线的部件分时使用总线。

19.（P190）一个I/O接口模块有两个接口：（1）是和系统总线的接口。

CPU和I/O接口模块的数据交换一定是并行方式。

（2）是和外设的接口。

I/O接口模块和外设的数据交换可能是并行方式，也可能是串行方式。

因此，根据外围设备供求串行数据或并行数据的方式不同，I/O接口模块分为串行数据接口和并行数据接口两大类。

20.（P190）对多个主设备提出的占用总线请求，一般采用优先级或公平策略进行仲裁。

按照总线总裁电路的位置不同，仲裁方式分为集中式仲裁和分布式仲裁。

集中式仲裁：链式查询方式；计数器定时查询方式；独立请求方式：独立请求方式的优点是响应时间快，即确定优先响应的设备所花费的时间少，用不着一个设备接一个设备的查询。

其次，对优先次序的控制相当灵活。

它可以预先固定，也可以通过程序来实现优先次序，还可以用屏蔽来实现某个请求的办法，不响应来自无效设备的请求。

因此当代总线标准普遍采用独立请求方式。

21.（P115）基本寻址方式：隐含寻址：不是明显的给出操作数的地址，而是在指令中隐含着操作数的地址；立即寻址：指令指出的是操作数本身；直接寻址：在指令格式中的地址字段中直接指出擦作数在内存的地址；间接寻址：指令地址字段中是操作数地址的指示器；寄存器寻址：操作数不放在内存中，而是放在CPU的通用寄存器中；寄存器间接寻址：指令格式中的寄存器内容是操作数的地址；偏移寻址：、段寻址、堆栈寻址？？？？？？？？22.（P117）段寻址方式的创新点23.（P120）例题4.324.（P125）RISC指令系统的最大特点：（1）选取使用频率最高的一些简单的指令，指令条数少；（2）指令长度固定，指令格式种类少，寻址方式种类少；（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。

25.（P237）在计算机系统中，CPU管理外围设备的信息交换方式：（1）程序查询方式；（2）程序中断方式；（3）直接内存访问（DMA）方式：DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设备之间进行；（4）通道方式。

26.（P241）中断概念：在程序中断方式中，某一外设的数据准备就绪后，它“主动”向CPU发出请求中断的信号，请求CPU暂时中断目前正在执行的程序而进行数据交换。

当CPU相应这个中断是，便暂停运行主程序，并主动转移到该设备的中断的中断服务程序。

当中断服务程序结束以后，CPU又回到原来的主程序。

CPU和外围设备的一些操作是并行进行的。