第1章——計算機系統概述
馮諾依曼結構的特點
- 計算機由運算器、存儲器、控制器、輸入輸出設備組成
- 指令和數據以同等地位存儲在存儲器中，按地址訪問
- 指令數據均用二進制表示
- 指令順序存放，順序執行
- 以運算器為中心（現代計算機以存儲器為中心）
高級語言、匯編語言、機器語言之間的關系
編譯和解釋的區別
都是翻譯的方式
編譯：將源代碼轉化成目標代碼文件，然后執行
解釋：邊翻譯邊執行，無目標代碼文件
機器字長、指令字長、存儲字長區別
機器字長：計算機可直接處理的二進制數據位數，一般等於CPU內部寄存器的大小
指令字長：一個指令字包含的二進制代碼位數（一般為存儲字長的整數倍）
存儲字長：一個存儲單元存儲的二進制代碼長度（MDR的位數）
什么是CPI，MIPS
CPI：執行一條指令所需時鍾周期數
MIPS：每秒多少百萬條指令=主頻/CPI
第2章——數據的表示和運算
在計算機中為什么采用二進制表示數據
- 從可行性角度，二進制只有兩種狀態0和1，很多電子元件都能表示這兩種狀態
- 從運算簡易性角度，二進制運算法則少，運算簡單，有利於簡化計算機硬件結構
- 從邏輯角度，0和1對應邏輯代數的假和真，有邏輯代數理論基礎
第3章——存儲系統
存取時間和存取周期的區別
存取時間： 從啟動一次存儲器到完成該操作的時間
存取周期：兩次獨立訪問存儲器操作之間的最小間隔
存取周期=存取時間+恢復時間
SRAM和DRAM的區別
SRAM由雙穩態觸發器構成，速度快，用來做高速緩沖存儲器（Cache）
DRAM由電容來存儲數據，需要刷新，用作內存，采用地址復用技術
高位交叉編址和低位交叉編址的區別
高位：地址中體號在前，連續的地址在同一個模塊中
低位：地址中體號在后，連續的地址分布在不同的模塊中，可以用流水線機制降低存取時間
Cache與主存的映射方式有哪些
- 直接映射：主存塊放在Cache的唯一位置
- 全相聯映射：主存塊可放在Cache的任意位置
- 組相聯映射：將Cache分為若干組，主存塊可放在每組的任意位置
Cache的寫策略
寫直通+非寫分配：命中，則同時寫入Cache和主存，不命中，則只寫入主存，不調塊
寫回+寫分配：命中，則只修改Cache，不寫入主存，不命中，則將主存塊調入Cache，更新這個Cache塊
第4章——指令系統
指令的尋址方式有哪些
-
順序尋址
通過程序計數器(PC)加一，自動生成下一條指令的地址
-
跳躍尋址
通過轉移指令實現，由本條指令給出下一條指令地址的計算方式
數據尋址的方式有哪些
- 隱含尋址
- 立即數尋址：直接給出操作數
- 直接尋址：給出操作數在主存中的地址
- 間接尋址：給出操作數在主存中的地址的地址
- 寄存器尋址：給出存儲操作數的寄存器地址
- 寄存器間接尋址：在寄存器中給出操作數在主存中的地址
- 相對尋址：給出相對於當前指令的位移量
- 基址尋址：給出相對於基址寄存器中地址的位移量，基址寄存器中的值一般不可變
- 變址尋址：給出相對於變址寄存器中地址的位移量，變址寄存器中的值由用戶指定，可變
CISC和RISC的區別
CISC：指令集復雜，數目多，指令長度不固定，尋址方式多，采用微程序控制，可使用的通用寄存器少
RISC：指令集簡單，數目少，定長指令，只有Store/Load指令可以訪存，尋址方式少，采用組合邏輯控制，可使用通用寄存器多
第5章——中央處理器
CPU的組成
- 運算器
- 算數邏輯單元(ALU)
- 累加寄存器(ACC)
- 程序狀態字寄存器(PSW)
- 通用寄存器
- 暫存寄存器、移位器、計數器
- 控制器
- 程序計數器(PC)
- 指令寄存器(IR)
- 指令譯碼器(ID)
- 存儲器地址寄存器(MAR)
- 存儲器數據寄存器(MDR)
- 時序系統、微操作信號發生器
什么是指令周期、機器周期和時鍾周期
指令周期：CPU每取出並執行一條指令所需的全部時間
機器周期：執行指令周期中一步相對完整的操作所需的時間（如取值周期），通常取機器周期為存取周期
時鍾周期：計算機主頻的倒數，是計算機運行的最基本時序單位
指令周期的划分
- 取指周期：根據PC的內容從主存中取出指令放入IR中
- 間址周期：取操作數的有效地址
- 執行周期
- 中斷周期
影響流水線性能的因素
-
資源沖突
多條指令在同一時刻爭用同一資源而形成的沖突
解決：前一條指令訪存時，后一條指令暫停一個時鍾周期
-
數據沖突
必須等待前一條指令執行完才能執行后一條指令
解決：數據旁路技術（前一條指令的結果不用寫回寄存器組，直接作為后一條指令的輸入）、暫停幾個時鍾周期、編譯調整順序
-
控制沖突
轉移指令和其他改變PC值得指令造成斷流
解決：分支預測、預取兩個方向上的目標指令
第6章——總線
數據總線和數據通路的區別
數據總線：承載數據的媒介
數據通路：各個功能部件通過數據總線連接形成的數據傳輸路徑
總線仲裁的方式有哪些
第7章——輸入/輸出系統
磁盤存取時間的構成
- 尋道時間：磁頭移動到目標磁道的時間
- 旋轉延遲時間：磁頭定位到所在扇區的時間
- 傳輸時間：傳輸數據的時間
中斷處理的過程
- 關中斷
- 保存斷點：將PC壓入堆棧
- 中斷服務程序尋址
- 保存現場和屏蔽字（PSW,通用寄存器值）
- 開中斷
- 執行中斷服務程序
- 關中斷
- 恢復現場和屏蔽字
- 開中斷
- 返回斷點
DMA方式和中斷方式的區別
- 中斷響應只在中斷周期時響應，DMA請求的響應可以在每個機器周期結束時
- 中斷傳輸過程中要CPU的干預，DMA不需要
- DMA請求的優先級高於中斷請求