第一章 計算機系統(tǒng)概述

1. 計算機由哪幾部分組成，以哪部分為中心？

答：計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五部分組成。現(xiàn)代計算機通常把運算器和控制器集成在一塊芯片上，稱作中央處理器。在微處理器面世之前，以運算器為中心，隨著微電子技術(shù)的進步，發(fā)展成以存儲器為中的結(jié)構(gòu)。

2. 翻譯程序、編譯程序、匯編程序、解釋程序的區(qū)別和聯(lián)系？

答：

翻譯程序：把高級語言翻譯成機器語言的軟件，有兩種，一種是解釋程序，一種是編譯程序。

匯編程序：把匯編語言源程序翻譯成機器語言程序。

編譯程序：將高級語言程序一次性翻譯成目標程序。每次執(zhí)行時，只執(zhí)行目標程序。只要源程序不變，就無需再次編譯。目標程序與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)。

解釋程序：將源程序的一條語句翻譯成對應(yīng)的機器代碼并立即執(zhí)行，然后翻譯下一條，直到所有都翻譯完。不會生成目標程序。

3. 什么是透明性？

答：

站在某類用戶的角度，察覺不到某個事物的存在或?qū)傩缘拇嬖?#xff0c;則稱為“對該用戶透明”

4. 機器字長，指令字長、存儲字長的區(qū)別和聯(lián)系？

答：

機器字長：計算機能直接處理的二進制數(shù)的位數(shù)，一般為內(nèi)部寄存器的大小。決定計算機的運算精度。

指令字長：指令中包含的二進制代碼的位數(shù)

存儲字長：一個存儲單元存儲的二進制代碼的位數(shù)

它們都必須是字節(jié)的整數(shù)倍。

指令字長一般取存儲字長的整數(shù)倍，若指令字長是存儲字長的2倍，需兩次訪存。

5. 計算機體系機構(gòu)和計算機組成的區(qū)別和聯(lián)系？

答：計算機體系結(jié)構(gòu)是指機器語言或匯編語言程序員所看得到的傳統(tǒng)機器的屬性，大都是抽象的屬性

計算組成是指如何實現(xiàn)計算機體系結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)的屬性。

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第二章 數(shù)據(jù)的表示與運算

1. 為什么采用二進制表示數(shù)據(jù)？

答：

（1）采用二進制，只有0,1兩種狀態(tài)，能表示0，1兩種狀態(tài)的電子器件很多。使用二進制，電子器件具有實現(xiàn)的可行性。

（2）二進制數(shù)的運算法則少，運算簡單。

（3）二進制的0和1正好和邏輯代數(shù)的真假對應(yīng)，有邏輯代數(shù)基礎(chǔ)。

2. 大端模式和小端模式？

答：

大端存儲：一個字中的高位字節(jié)放在內(nèi)存中這個字區(qū)域的低地址處。（高放低）

小端存儲：一個字中的低位字節(jié)放在內(nèi)存中的低地址處。（低放低）

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第三章 存儲系統(tǒng)

1. 存儲器的層次結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在何處？為何要分層次？計算機如何管理這些層次？

答：體現(xiàn)在Cache-主存，主存-輔存這兩個層次上。

Cache-主存層次在存儲系統(tǒng)中主要對CPU訪存起加速作用。主存-輔存在存儲系統(tǒng)中起擴容作用。綜合以上兩個層次的作用，從整個存儲系統(tǒng)看，達到了速度快、容量大、價位低的優(yōu)化效果。

主存與Cache之間的信息調(diào)度全部由硬件自動完成。主存與輔存采用虛擬存儲器實現(xiàn)，即把主存和輔存的一部分通過軟硬件結(jié)合方式組成虛擬存儲器。

2. 存取周期和存取時間的區(qū)別？

答：存取時間為完成一次操作的時間，而存取周期不僅包含操作時間，還包含操作后線路的恢復時間。

3. cache的基本工作原理

答：高速緩沖技術(shù)利用程序訪問的局部性原理，把程序中正在使用的部分存放在一個高速的、容量較小的Cache中，使CPU的訪存操作大多在cache中進行，從而大大提高程序的執(zhí)行速度。

4. 虛擬存儲器

答：虛擬存儲器把主存或輔存的地址空間統(tǒng)一編制，形成一個龐大的地址空間，在這個空間內(nèi)，用戶可以自由編程，不必在乎實際的主存容量和程序在主存中實際的存放位置。

頁式虛擬存儲器：以頁為單位的虛擬存儲器。虛擬空間與主存空間都被劃分成同樣大小的頁，主存的頁稱實頁，虛存的頁稱虛頁。由頁表實現(xiàn)虛擬地址到實地址的轉(zhuǎn)換。

段式虛擬存儲器：按程序的邏輯結(jié)構(gòu)劃分，分為段號和段內(nèi)地址。虛擬地址到實地址的轉(zhuǎn)換由段表實現(xiàn)。

段頁式虛擬存儲器：把程序按邏輯結(jié)構(gòu)分段，每段再劃分為固定大小的頁，主存也劃分大小相同的頁。虛地址分為段號、段內(nèi)頁號、頁內(nèi)地址。

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第四章 指令系統(tǒng)

1. 什么是指令？什么是指令系統(tǒng)？為什么要引入指令系統(tǒng)？

答：指令是計算機執(zhí)行某種操作的命令，一臺計算機中所有機器指令的集合叫指令系統(tǒng)。

引入指令系統(tǒng)，避免用戶和二進制代碼接觸，使編制程序更加方便。

2. 指令分哪些部分？每部分的用處？

答：指令分操作碼和地址碼。

操作碼：指出指令執(zhí)行什么性質(zhì)的操作和具有何種功能。

地址碼：給出被操作信息的地址。

3. 簡述各常見指令尋址方式的特點和適用情況？

答：

立即尋址：操作數(shù)獲取便捷，通常用于給寄存器賦初值

直接尋址：相對于立即尋址，縮短了指令長度

間接尋址：擴大了尋址范圍，便于編制程序，易于完成子程序返回

寄存器尋址：指令字較短，執(zhí)行速度快

寄存器間接尋址：擴大尋址范圍

基址尋址：擴大了操作數(shù)的尋址范圍，適用多道程序設(shè)計，常用于為程序或數(shù)據(jù)分配存儲空間

變址尋址：用于處理數(shù)組問題，適合編制循環(huán)程序

相對尋址：用于控制程序的執(zhí)行順序、轉(zhuǎn)移等

基址尋址和變址尋址區(qū)別：有效地址都是寄存器內(nèi)容+偏移地址。基址中，程序員操作偏移地址，基址寄存器內(nèi)容由操作系統(tǒng)控制。變址中，程序員操作的是變址寄存器內(nèi)容，偏移地址不變。

4. RISC和CISC的區(qū)別

答：RISC：精簡指令集，CISC：復雜指令集

它們的區(qū)別在于不同的CPU設(shè)計理念和方法。CISC設(shè)計目標是用最少的指令來完成操作，這種架構(gòu)會增加CPU結(jié)構(gòu)的復雜性和對CPU工藝的要求，但對于編譯器的開發(fā)十分有利。RISC架構(gòu)要求軟件來指定各個操作步驟，這種架構(gòu)可以降低CPU的復雜性以及允許在同樣的工藝水平下生產(chǎn)出功能更強大的CPU，但對于編譯器的設(shè)計有更高的要求。

從硬件角度來看，CISC處理的是不等長指令集，因此它需要將指令做處理，需要花費一定的時間。RISC處理的是等長指令集，CPU在執(zhí)行指令的時候速度較快且性能穩(wěn)定，在并行處理上RISC明顯優(yōu)于CISC：RISC可以一次執(zhí)行多個指令。

從軟件角度看，大部分操作系統(tǒng)都是基于CISC架構(gòu)的，像Dos還有WIindows操作系統(tǒng)。雖然RISC架構(gòu)也可以運行DOS、Windows，但是需要一個翻譯過程，所以運行速度要慢許多。

RISC對比于CISC的優(yōu)點：
（1）RISC更能充分利用VLSI芯片的面積。CISC的控制器大多采用微程序控制，控制存儲器在CPU所占面積達50%以上，而RISC控制器采用組合邏輯控制，只占10%。

（2）RISC更能提高運算速度，因為RISC的指令數(shù)，尋址方式和種類少，采用流水線技術(shù)，所以運算速度更快。

（3）RISC便于設(shè)計，可降低成本，提高可靠性。

（4）RISC有利于編譯程序代碼優(yōu)化。

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第五章 中央處理器

1. CPU分哪幾部分？分別實現(xiàn)什么功能？

答：CPU分運算器和控制器。運算器負責數(shù)據(jù)的加工，對數(shù)據(jù)進行邏輯和算術(shù)運算。控制器是整個系統(tǒng)的智慧中樞，對整個計算機系統(tǒng)進行有效控制；

2. 指令周期、機器周期、時鐘周期之間的關(guān)系？

答：指令周期：CPU每取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時間

機器周期：在同步控制的機器中，執(zhí)行指令周期中一步相對完整的操作所需的時間。

時鐘周期：指計算機主時鐘的周期時間，是計算機運行時最基本的時序單位，對應(yīng)完成一個微操作所需的時間。

3. 指令和數(shù)據(jù)都存在內(nèi)存中，如何區(qū)分？

答：從時間上講，取指令事件發(fā)生在“取指周期”，取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在“執(zhí)行周期”。從空間上講，從內(nèi)存讀出的指令流流向控制器，從內(nèi)存讀出的數(shù)據(jù)流流向運算器。

4. 什么是指令流水線？指令流數(shù)線對傳統(tǒng)計算機體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是什么？

答：指令流水線是把指令分解為若干子過程，通過將每個子過程與其他子過程并行執(zhí)行，來提高計算機的吞吐率的技術(shù)。采用流水線技術(shù)只需增加少量硬件就能把計算機的運算速度提高幾倍，使得利用率提高。

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第六章 總線

1. 引入總線結(jié)構(gòu)有什么好處？

答：

（1）簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于系統(tǒng)設(shè)計制造

（2）減少了連線數(shù)目，便于布線，減小體積，提高系統(tǒng)可靠性

（3）便于接口設(shè)計

（4）便于系統(tǒng)的擴充、更新與靈活配置，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化

（5）便于設(shè)備的軟件設(shè)計

（6）便于故障診斷和維修，同時也能降低成本

2. 引入總線會導致什么問題？如何解決？

答：引入總線后，總線上各個設(shè)備分時共享同一總線，當總線上多個設(shè)備同時要求使用總線時就會導致總線的沖突。為解決多個主設(shè)備同時競爭總線控制權(quán)的問題，采用總線總裁部件。

3. 總線仲裁

答：為解決多個主設(shè)備同時競爭總線控制權(quán)的問題，采用總線仲裁部件，以某種方式選擇一個主設(shè)備優(yōu)先獲得總線控制權(quán)。總線仲裁分 集中仲裁和分布仲裁。

集中仲裁：總線控制邏輯集中于一個設(shè)備中。將所有總線請求集中起來，利用一個特定的裁決算法進行裁決。

（1）鏈式查詢（2）計數(shù)器定時查詢方式（3）獨立請求方式

分布總裁不需要中央仲裁器，每個潛在的主模塊有自己的仲裁號和仲裁器。當有請求，把自己的仲裁號發(fā)到共享的仲裁總線上，進行比較。獲勝者的仲裁號保留在仲裁總線上。

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第七章 輸入/輸出系統(tǒng)

1. I/O設(shè)備的編址方式，各自特點？

答：統(tǒng)一編址和獨立編址。統(tǒng)一編制是在內(nèi)存地址劃出一部分地址作I/O地址。獨立編址是I/O地址和內(nèi)存地址分開，需要專門的I/O指令。

2. CPU響應(yīng)應(yīng)具備哪些條件？

答：

（1）CPU內(nèi)部中斷屏蔽觸發(fā)器必須是開放的

（2）外設(shè)有中斷請求時，中斷請求觸發(fā)器處于“1”狀態(tài)，保持中斷請求信號

（3）外設(shè)中斷允許觸發(fā)器必須為“1”，才能送至CPU

3. 向量中斷、中斷向量、向量地址三個概念是什么關(guān)系？

答：

向量中斷：指一種識別中斷源的技術(shù)或方式

中斷向量：每個中斷源有對應(yīng)的中斷處理程序，此處理程序叫做中斷服務(wù)程序，入口地址稱中斷向量。所有入口地址構(gòu)成一個表，叫中斷向量表。

向量地址：中斷向量表中每個表現(xiàn)所在的內(nèi)存地址或表項的索引值。

4. I/O指令和通道指令有什么區(qū)別？

答：I/O指令是CPU指令系統(tǒng)的一部分，是CPU用來控制輸入/輸出操作的命令，由CPU譯碼后執(zhí)行。在具有通道結(jié)構(gòu)的機器中，I/O指令不實現(xiàn)I/O數(shù)據(jù)傳送，完成啟停I/O設(shè)備，查詢通道和I/O設(shè)備的狀態(tài)。

通道指令是通道本身的命令，用來執(zhí)行I/O操作。

5. I/O方式（詳細看）

（1）程序查詢：設(shè)備數(shù)據(jù)緩沖寄存區(qū)和設(shè)備狀態(tài)寄存器。主機進行I/O操作時，先發(fā)出詢問信號，讀取設(shè)備狀態(tài)。再決定下一步的步驟。

（2）程序中斷：計算機執(zhí)行程序的過程中，出現(xiàn)一些異常情況，CPU暫時中止現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去處理這些異常。處理完后又返回到現(xiàn)行程序的中斷點繼續(xù)執(zhí)行。

（3）DMA：完全由硬件進行成組信息傳送的控制方式。信息傳送不再經(jīng)過CPU。I/O與主機并行工作。

總結(jié)

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