发布时间 : 星期六 文章计算机组成与系统结构试卷集合更新完毕开始阅读
5、流水线中的结构相关：是指令在重叠执行的过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，发生硬件资源冲突而产生的相关。
6、计算机体系结构：通常是指涉及机器语言或者汇编语言的程序设计人员所见到的计算机系统的属性，更多说的是计算机的外特性，是硬件子系统的概念结构及其功能特性。 7、ROM:可编程序的只读存储器(programmable ROM,简称PROM),一次性写入的存储器，写入后，只能读出其内容，而不能再进行修改。
8、寻址方式：寻址方式(或编址方式)指的是确定本条指令的数据地址及下一条要执行的指令地址的方法。
9、虚拟存储器：虚拟存储器是由主存储器和辅助存储器（外存）组成的存储系统，从整体看，其速度接近于主存的速度，其容量则接近于辅存的容量，而每位平均价格也接近于廉价的辅存平均价格。
10、寄存器寻址方式：计算机的中央处理器一般设置有一定数量的通用寄存器，用以存放操作数、操作数的地址或中间结果。假如指令地址码部分给出某一通用寄存器地址，而且所需的操作数就在这一寄存器中，则称为寄存器寻址。
11、组合逻辑电路：组合逻辑电路的定义：电路的输出只取决于当前的输入，与过去的输入无关。
12、时序逻辑电路：电路的输出不仅和当前的输入有关，还与以前的输入有关，甚至与很久以前的输入有关。
13、ULSI：特大规模集成电路。
四、简答题（共30分，每小题10分）
1、冯·诺依曼计算机具有哪些基本特点？
(1) 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成。
(2) 采用存储程序的方式，程序和数据放在同一个存储器中，指令和数据一样可以 送到运算器运算，即由指令组成的程序是可以修改的。 (3) 数据以二进制码表示。
(4) 指令由操作码和地址码组成。
(5) 指令在存储器中按执行顺序存放，由指令计数器(即程序计数器PC)指明要执行 的指令所在的单元地址，一般按顺序递增，但可按运算结果或外界条件而改变。 (6) 机器以运算器为中心，输入输出设备与存储器间的数据传送都通过运算器。 2、什么叫计算机流水线？它有哪些特点？
计算机中的流水线是把一个重复的过程分解为若干个子过程，每个子过程与其他子过程并行进行。由于这种工作方式与工厂中的生产流水线十分相似，因此称为流水线技术。 特点：
第一，把一个任务（一条指令或一个操作）分解为几个有联系的子任务，每个子任务由一个专门的功能部件来实现。
第二，流水线每一个功能段部件后面都要有一个缓冲寄存器，或称为锁存器，其作用是保存本流水段的结果。
第三，流水线中各功能段的时间应尽量相等，否则将引起堵塞、断流。要求流水线的时钟周期不能快于最慢的流水段。
第四，只有连续不断地提供同一种任务时才能发挥流水线的效率，所以在流水线中处理的必须是连续任务。
第五，流水线需要有装入时间和排空时间。装入时间是指第一个任务进入流水线到输出流水线的时间。排空时间是指第n个（最后一个）任务进入流水线到输出流水线的时间。 3、什么叫多周期处理机？其设计思想是什么？
多周期处理机执行一条指令要用多个时钟周期，依据指令类型的不同，所用的时钟周期的数量也不相同。 设计思想：
把指令的操作分成若干个周期，并力图使每个周期完成的操作基本上达到平衡；时钟周期的时间长度最好以某种器件的延迟时间为基准，如ALU、寄存器堆、存储器等，且以较长延迟时间为基准。
4、主存与CACHE之间通常使用哪3种地址映像方式？简述每种映像方式的原理和特点。 直接映像方式：是指主存的一个字块只能映像到CACHE的一个确定的字块中。 直接映像方式特点：
主存的字块只可以和固定的Cache字块对应，不够灵活，利用率低。 标志位较短，比较电路的成本低。
全相联映像方式：是指主存的任何一个字块可以映像到整个CACHE的任何一个字块中。 全相联映像方式特点：
主存的字块可以和Cache的任何字块对应，利用率高，方式灵活。 标志位较长，比较电路的成本太高。 组相联映像
是介于全相联映像和直接映像之间的一种折衷的处理方案。既不在主存和CACHE之间实现字块的完全随意对应，也不在主存和CACHE之间实现字块的多对一的硬性对应，而是实现一种有限度的随意对应。
多路组相联映像方式的特点：
折衷方案。组间为直接映像，组内为全相连映像。 集中了两个方式的优点。成本也不太高。
5、计算机控制器由哪些部件组成？各组成部件的功能是什么？ 控制器的组成 1.程序计数器(PC)
即指令地址寄存器。在某些计算机中用来存放当前正在执行的指令地址；而在一些计算机中则用来存放即将要执行的下一条指令地址；而在有指令预取功能计算机中，一般还需要增加一个程序计数器用来存放下一条要取出的指令地址。 2.指令寄存器(IR)
用以存放当前正在执行的指令，以便在指令执行过程中，控制完成一条指令的功能。 3.指令译码器或操作码译码器
对指令寄存器中的操作码进行分析解释，产生相应的控制信号。 4.脉冲源及启停线路
脉冲源产生一定频率的脉冲信号作为整个机器的时钟脉冲，是机器周期和工作脉冲的基信号，在机器刚加电时，还应产生一个总清信号(reset)。启停线路保证可靠地送出或封锁钟脉冲，控制时序信号的发生或停止，从而启动机器工作或使之停机。 5. 时序控制信号形成部件
当机器启动后，在CLK时钟作用下，根据当前正在执行的指令的需要，产生相应的时序控信号，并根据被控功能部件的反馈信号调整时序控制信号。 6、何为内部数据前推法？
流水线数据相关问题的本质在于一条指令执行时要用到上面指令的执行结果，但在该指令从寄存器堆读取数据时，上面指令的结果尚未被写入寄存器堆。实际上源操作数真正被使用是在ALU计算周期，而此时源操作数可能已经计算出来了，只是还没有保存到寄存器堆，而是保存在某个流水线寄存器中，如果我们将这个流水线寄存器直接连接到ALU的数据输入端，则这个源操作数马上就可以被使用，从而消除数据相关。这种方法就称为内部前推法。
7、简述RISC和CISC的主要思想，并对二者进行比较。 复杂指令系统计算机CISC
随着VLSI技术的发展，计算机的硬件成本不断下降，软件成本不断提高，使得人们热衷于在指令系统中增加更多的指令和复杂的指令，来提高操作系统的效率，并尽量缩短指令系统与高级语言的语义差别，以便于高级语言的编译和降低软件成本。 精简指令系统RICS
要求指令系统简化，尽量使用寄存器—寄存器操作指令，出去访存指令外，其他指令的操作均在单周期内完成，指令格式力求一致，寻址方式尽可能减少，并提高编译的效率，最终达到加快处理机处理速度的目的。 比较：（1）指令系统：RICS设计者把主要精力放在那些常用的指令上，尽可能使它们具有简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC机器上实现特殊功能时，效率可能比较低。但可以利用流水线技术和超标量技术加以改进和弥补。而CISC计算机的指令系统比较丰富，有专用的指令来完成特定的功能。因此，处理特殊任务效率高。
（2）存储器操作。RISC对存储器操作有限制，使控制简单化；而CISC机器的存储器操作指令多，操作直接。
（3）程序。RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计相对容易，效率较高。
（4）中断。RISC机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而CISC机器是在一条指令执行结束后响应中断。
（5）CPU。RISC CPU包含有较少的单元电路，因而面积小、功耗低；而CISC CPU包含有丰富的电路单元，因而功能强、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，且易于采用最新技术；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，指令规整，性能容易把握，易学易用；CISC微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。
（8）应用范围。由于RISC指令系统的确定与特定的应用领域有关，故RISC机器更适合于专用机；而CISC机器则更适用于通用机。
RISC（reduced instruction set computer）技术：RISC技术产生于80年代中期，其主要思想是简化指令格式和寻址方式，从而提高指令的运行速度。采用RISC技术的处理机更容易实现流水线操作，从而使处理机在每个时钟周期能执行的指令条数接近于1。
CISC（complex instruction set computer）技术：RISC技术出现以后，人们便把原来具有复杂指令系统的处理机称为CISC。统计表明复杂指令的出现频率很低，计算机程序中20%的指令(简单指令)占据了80%的处理机时间，而复杂指令的实现又占用了相当多的芯片资源。
RISC与CISC的比较：RISC技术通过提高每条指令的执行速度加快程序的执行，CISC技术通过减少程序中的指令条数来加快程序的执行。
8、计算机硬件系统由哪些功能部件构成？各部件的功能如何？ 计算机硬件系统五大功能部件包括：
运算器、控制器（合称中央处理单元或微处理器，CPU或microprocessor）存储器（高速缓存、主存储器、硬盘、光盘、软盘等，ROM/RAM/SRAM/DRAM/CACHE）输入设备、输出设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等，统称为I/O设备）。
运算器部件是计算机中进行数据加工的部件；控制器是计算机中控制指令执行的部件，向
计算机各功能部件提供每一时刻协同运行所需要的控制信号；由高速缓冲存储器、主存储器、硬盘等所组成的多级存储器系统，是计算机中用于存储程序和数据的部件；输入设备是向计算机中送入程序和数据的具有一定独立功能的设备，通过接口和总线与计算机主机连通，用于人机交互联系，如计算机键盘和鼠标等。输出设备是计算机中用于送出计算机内部信息的设备，例如打印机、显示器等。
9、多级结构存储器系统的设计思想是什么？多级结构存储器之间应满足哪些原则？
选用生产与运行成本不同的、存储容量不同的、读写速度不同的多种存储介质，组成一个统一的存储器系统，使每种介质都处于不同的地位，发挥不同的作用，充分发挥各自在速度、容量、成本方面的优势，从而达到最优性能价格比，以满足使用要求。 原则： 一致性原则 包含性原则
10、指令应该包括哪些信息？ 一条指令必须包含下列信息：
(1)操作码，具体说明了操作的性质及功能。一台计算机可能有几十条至几百条指令，每一条指令都有一个相应的操作码，计算机通过识别该操作码来完成不同操作。 (2)操作数的地址。CPU通过该地址就可以取得所需的操作数。 (3)操作结果的存储地址。把对操作数的处理所产生的结果保存在该地址中，以便再次使用。 (4)下一条指令的地址。一般来说，当程序顺序执行时，下条指令的地址由程序计数器(PC)指出，仅当改变程序的运行顺序(如转移、调用子程序)时，下条指令的地址才由指令给出。 11、设计处理机控制电路有哪两种常用的方法？两者之间的区别是什么？
12、微指令的编译法有哪几种？分别简述其原理。 1.直接控制法
在微指令的控制字段中，每一位代表一个微命令，在设计微指令时，是否发出某个微命令，只要将控制字段中相应位置成“1”或“0”，这样就可打开或关闭某个控制门，这就是直接控制法。
2.字段直接编译法
在计算机中的各个控制门，在任一微周期内，不可能同时被打开，而且大部分是关闭的(即相应的控制位为“0”)。如果有若干个(一组)微命令，在每次选择使用它们的微周期内，只有一个微命令起作用，那么这若干个微命令是互斥的。 3.字段间接编译法
字段间接编译法是在字段直接编译法的基础上，进一步缩短微指令字长的一种编译法。如果在字段直接编译法中，还规定一个字段的某些微命令，要兼由另一字段中的某些微命令来解释，称为字段间接编译法。 4.常数源字段E
在微指令中，一般设有一个常数源字段E，就如指令中的直接操作数一样。E字段一般仅有几位，用来给某些部件发送常数，故有时称为发射字段。该常数有时作为操作数送入ALU运算；有时作为计算器初值，用来控制微程序的循环次数等。 5.其他 诸如微操作码编译法。 13、何为程序运行的局部性原理？ 程序运行的局部性原理表现在三方面
时间方面：在一小段时间内，最近被访问过的程序和数据很可能再次被访问，例如：程序循环
空间方面：在空间上这些被访问的程序和数据往往集中在一小片存储区，例如：数组存放