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考前COD看一眼

考前复习计组
参考教材:计算机组成与设计(硬件/软件接口(原书第5版) RISC-V版))

文章目录

  • 一、计算机系统概述
    • 计算机开发过程
      • 错题精选
    • 计算机系统层次结构
      • 计算机硬件的基本组成
      • 计算机软件的分类
      • 计算机工作过程
    • 计算机的多层次结构
      • 错题精选
    • 计算机的性能指标
      • 错题精选
    • 本章小结
        • 计算机由哪些部件组成?以哪一部分为中心?
        • 主频高的CPU必须低于主频CPU快吗?为什么?
        • 不同层次的语言编写程序有什么区别?
    • 常见问题容易混淆知识点(☆☆☆☆☆)
        • 软件和硬件能否实现相同的功能?
        • 翻译程序、汇编程序、编译程序、解释程序的区别和联系是什么?
        • 什么是透明?透明是指什么都能看到吗?
        • 机器字长、指令字长、存储字长的区别和联系是什么?
        • 计算机系统结构与计算机组成的区别和联系是什么?
        • 基准程序执行得越快,机器的性能就越好吗?
  • 二、二。数据的表运算
    • 数制与编码
      • 数制
      • 编码
      • 校验码
        • 奇偶校验码:
        • 海明码
        • 循环冗余( C R C CRC CRC)校验码
      • 错题精选
    • 定点数的表示和操作
      • 错题精选
    • 表示和操作浮点数
      • 标准化浮点数
      • I E E E 754 IEEE\ 754 IEEE754标准
      • 浮点数的加减运算
    • 算术逻辑单元 A L U ALU ALU
    • 本章小结
        • 为什么在计算机中使用二进制来表示数据?
        • 当字长足够时,计算机能准确地表示每个数字吗?
        • 在字长相同的情况下,浮点数和定点数的表示范围和精度有什么区别?
        • 用移码表示浮点数阶码的好处?
    • 常见问题容易混淆知识点
        • 如何表示数值数据?计算机中的数值数据是二进制数吗?
        • 如何判断浮点数是否规格化?
        • 如何舍入浮点数?
  • 三、存储系统
    • 存储器概述
      • 存储器的分类
      • 存储器的性能指标
      • 习题精选
    • 存储器的层次结构
      • 习题精选
    • 半导体随机存储器
      • S R A M SRAM SRAM和 D R A M DRAM DRAM
      • 只读存储器
      • 习题精选
    • 主存储器与 C P U CPU CPU的连接
      • 主存容量的扩展
      • 存储芯片的地址分配和片选
      • 存储器与 C P U CPU CPU的连接
      • 习题精选
    • 双端口 R A M RAM RAM和多模块存储器
      • 双端口 R A M RAM RAM
      • 多模块存储器
    • 高速缓冲存储器
      • 程序访问的局部性原理
      • C a c h e Cache Cache的基本工作原理
      • C a c h e Cache Cache和主存的映射方式
      • C a c h e Cache Cache中主存块的替换算法
      • C a c h e Cache Cache写策略
    • 虚拟存储器
      • 页式虚拟存储器
      • 加快地址转换:快表( T L B TLB TLB)
      • 段式虚拟存储器
      • 段页式虚拟存储器
      • 虚拟存储器和 C a c h e Cache Cache比较
    • 本章小结
        • 存储器的层次结构主要体现在何处?为何要分这些层次?计算机如何管理?
        • 存取周期和存取时间有何区别?
        • 在虚拟存储器中,页面是设置得大一些好还是设置得小一些好?
    • 常见问题和易混淆知识点
        • 存取时间 T a T_a Ta​就是存储周期 T m T_m Tm​吗?
        • C a c h e Cache Cache行的大小和命中率有什么关系
        • 发生指令 C a c h e Cache Cache缺失的处理过程是什么?
  • 四、指令系统
    • 指令格式
      • 指令的基本格式
      • 定长操作码的指令格式
      • 扩展操作码的指令格式
      • 错题精选
    • 指令的寻址方式
      • 指令寻址和数据寻址
      • 常见的数据寻址方式
      • 错题精选
    • C I S C CISC CISC和 R I S C RISC RISC的基本概念
      • 复杂指令系统计算机( C I S C CISC CISC)
      • 精简指令系统计算( R I S C RISC RISC)
    • 常见问题和易混淆知识点
        • 装入/存储指令有什么特点?
  • 五、中央处理器
    • C P U CPU CPU的功能和基本结构
      • CPU的功能
      • CPU的基本结构
      • 错题精选
    • 指令执行过程
      • 指令周期
      • 指令周期的数据流
        • 取指周期
        • 间址周期
        • 执行周期
        • 中断周期
      • 指令执行方案
    • 数据通路的功能和基本结构
      • 数据通路的功能
      • 数据通路的基本结构
    • 控制器的功能和工作原理
      • 控制器的结构和功能
      • 硬布线控制器(暂略)
    • 指令流水线
      • 指令流水线的基本概念
      • 流水线的分类
        • 部件功能级,处理机级和处理机间级流水线
        • 单功能流水线和多功能流水线
        • 动态流水线和静态流水线
        • 线性流水线和非线性流水线
      • 影响流水线的因素
      • 流水线的性能指标
      • 超标量流水线的基本概念
    • 本章小结
        • 什么是指令周期、机器周期和时钟周期?
        • 什么是指令流水线?指令流水线的的优势?加速比?
    • 常见问题和易混淆知识点
        • 流水线越多,并行度就越高,是否流水段越多,指令执行越快?
        • 有关指令相关、数据相关的几个概念
  • 六、总线
    • 总线概述
      • 总线的基本概念
      • 总线的分类
      • 系统总线的结构
      • 总线的性能目标
    • 总线仲裁
      • 集中仲裁方式
        • 链式查询方式
        • 计数器定时查询方式
        • 独立请求方式
        • 总结
      • 分布仲裁方式
    • 总线操作和定时
      • 总线传输的4个阶段
      • 同步定时方式
      • 异步定时方式
    • 总线标准
    • 本章小结
        • 引入总线结构有什么好处?
        • 引入总线会导致什么问题?如何解决?
    • 常见问题和易混淆知识点
        • 同一个总线不能即采用同步方式又采用异步方式通信吗?
        • 一个总线再某一时刻可以有多对主从设备进行通信吗?
  • 七、输入/输出系统
    • I/O系统基本概念
      • 输入/输出系统
      • I/O控制方式
    • 外部设备
      • 输入设备
      • 输出设备
    • I/O接口
    • I/O方式
      • 程序查询方式
      • 程序中断方式
      • DMA方式
    • 本章总结
        • I/O设备有哪些编址方式?各有何特点
        • CPU响应中断需要哪些条件?
    • 常见问题和易混淆知识点
        • 中断响应优先级和中断处理优先级分别指什么?
        • 向量中断、中断向量、向量地址三个概念什么关系?
        • 程序中断和调用子程序有何区别?
        • I/O指令和通道指令有何区别?

一、计算机系统概述

  • 计算机发展历程
  • 计算机系统层次结构
  • 计算机性能指标

计算机发展历程

  • 电子管时代==>晶体管时代==>中小规模集成电路时代==>超大规模集成电路时代
  • 计算机语言的发展经历了面向机器的机器语言和汇编语言、面向问题的高级语言。
  • 计算机按指令和数据流分为
    • 单指令流和但数据流系统( S I S D SISD SISD):冯·诺依曼体系结构
    • 单指令流和多数据流系统( S I M D SIMD SIMD):包括阵列处理器和向量处理器系统
    • 多指令流和单数据流系统( M I S D MISD MISD):实际不存在
    • 多指令流和多数据流系统( M I M D MIMD MIMD):包括多处理器和多计算机系统
  • 计算机发展两极分化
    • 更微型化、网络化、高性能、多用途
    • 更巨型化、超高速、并行处理、智能化

错题精选

  • 只有当程序执行时才将源程序翻译成机器语言,并且一次只能翻译一行语句,边翻译边执行的是()程序,将汇编语言源程序转变为机器语言程序的过程是(),把高级语言转化为汇编语言的过程是()

计算机系统层次结构

  • 硬件系统和软件系统共同构成了一个完整的计算机系统。
  • 是指有形的物理设备,是计算机系统中实际物理装置的总称
  • 是指在硬件上运行的程序和相关的数据及文档

计算机硬件的基本组成

  • 计算机硬件系统由组成
  • 早期存储器容量小,以运算器为中心的结构

在这里插入图片描述

  • 随着微电子技术进步,发展为以存储器为中心的结构

  • 输入设备:将程序和数据以机器所能识别和接受的信息形式输入计算机

  • 输出设备:将计算机处理的结果以人们所能接受的形式或其他系统所要求的信息形式输出

  • 存储器:计算机的存储部件,用来存放程序和数据

    • 主存储器:CPU能够直接访问

    • 辅助存储器:用于帮助主存储器记忆更多信息,需要调入主存后,才能为CPU所访问

    • 主存储器由许多组成,每个存储单元包含若干,每个存储元存储,存储单元这串代码的位数称为

    • 主存储器的工作方式是按存储单元的地址进行存取,称为(相联存储器是)

    • 地址存储器( M A R MAR MAR)用于寻址,其对应,数据存储器( M D R MDR MDR)的相等

    • 注:现代 C P U CPU CPU中 M A R MAR MAR和 M D R MDR MDR存在于 C P U CPU CPU中,但是是存储器的一部分。

  • 运算器:计算机的执行部件,用于进行算术运算或逻辑运算

    • 核心是
    • 运算器包含若干(累加器( A C C ACC ACC)、乘商寄存器( M Q MQ MQ)、操作数寄存器( X X X)、变址寄存器( I X IX IX)、基址寄存器( B R BR BR)),前三个必须有
    • 运算器内还有,存放 A L U ALU ALU运算得到的一些标志信息或处理机的状态信息
  • 控制器:计算机的指挥中心

    • 控制器由**程序计数器( P C PC PC)、指令寄存器( I R IR IR)、控制单元( C U CU CU)**组成
    • P C PC PC用来存放当前欲执行的指令,与主存的 M A R MAR MAR有一条直接通路
    • I R IR IR用来存放当前的指令,其内容来自主存的 M D R MDR MDR
    • 指令中的送至 C U CU CU,来分析指令并发出各种微操作命令序列;送往 M A R MAR MAR
  • 一般运算器和控制器集成到同一个芯片上,称为中央处理器( C P U CPU CPU), C P U CPU CPU和主存储器共同构成,除主机其他硬件装置为

  • C P U CPU CPU和主存通过总线相连,总线有3组信号线

计算机软件的分类

  • 系统软件:保证计算机系统高效、正确运行的基础软件(数据库管理系统(DBMS)、操作系统(OS)、语言处理程序、分布式软件系统、网络软件系统、标准库程序、服务性程序)

  • 应用软件:用户为解决某个应用领域中的各类问题而编制的程序

  • :二进制代码

  • :易于记忆和理解,使用汇编语言编辑的程序,需要经过汇编程序软件的

  • :需经过编译程序成汇编语言,再经过汇编操作得到机器语言程序,或直接到位

计算机的工作过程

  • 把程序和数据装入存储器
  • 源程序到可执行文件
    • 预处理阶段(解决#开头命令等)
    • 编译阶段
    • 汇编阶段
    • 连接阶段
  • 可执行文件到执行指令
    • 取指令
    • 分析指令
    • 执行指令

计算机的多级层次结构

  • 第1级是微程序机器层,是一个实在的硬件层,由机器硬件执行
  • 第2级是传统机器语言层,由微程序解释系统
  • 第3级是操作系统层,由定义和解释软件指令
  • 第4级是汇编语言层,由支持和执行
  • 第5级是高级语言曾,由各种编译程序支持和执行
  • 注:下层是上层的基础,上层是下层的扩展

错题精选

  • 冯·诺依曼的基本工作方式是()

  • 说法错误的是:软件的功能不能用硬件取代

  • C P U CPU CPU不包括()

  • 若一个8位计算机系统以16位来表示地址,则该计算机系统有()个地址空间

  • 关于相联存储器,说法正确的是

  • 依存储程序的原理,计算机应具有5大功能:


计算机的性能指标

  • :是计算机进行一次整数运算所能处理的二进制数据的位数
  • :数据总线一次能并行传送信息的位数
  • :主存储器所能存储信息的最大容量
    • 吞吐量和响应时间
      • :指系统再单位时间内处理请求的数量,主要取决于主存的存取周期。
      • :包括 C P U CPU CPU时间(运行程序所需时间)与等待时间(磁盘访问、I/O操作等)
    • 主频和时钟周期
      • :通常为节拍脉冲,是的时间单位,主频的倒数
      • :对同一型号,主频越高,完成指令的执行步骤所用时间越短
      • 注: C P U 时 钟 周 期 = 1 / 主 频 CPU时钟周期=1/主频 CPU时钟周期=1/主频,1 Hz代表每秒1次
    • :执行一条指令所需的时钟周期数
    • : C P U 执 行 时 间 = C P U 时 钟 周 期 数 / 主 频 = ( 指 令 条 数 × C P I ) / 主 频 CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=(指令条数\times CPI)/主频 CPU执行时间=CPU时钟周期数/主频=(指令条数×CPI)/主频
    • M I P S 、 M P L O P S 、 G F L O P S 、 T F L O P S MIPS、MPLOPS、GFLOPS、TFLOPS MIPS、MPLOPS、GFLOPS、TFLOPS
      • M I P S MIPS MIPS:每秒执行多少百万条指令。 M I P S = 指 令 条 数 / ( 执 行 时 间 × 1 0 6 ) = 主 频 / C P I MIPS=指令条数/(执行时间\times 10^6)=主频/CPI MIPS=指令条数/(执行时间×106)=主频/CPI
      • M F L O P S MFLOPS MFLOPS:每秒执行多少百万次浮点运算
      • G F L O P S GFLOPS GFLOPS:每秒执行多少十亿次浮点运算
      • T F L O P S TFLOPS TFLOPS:每秒执行多少万亿次浮点运算
  • :具有基本相同的体系结构,使用相同基本指令系统的多个不同型号的计算机组成
  • :计算机软件硬件的通用性
  • :某系列计算机中,软件直接或很少修改能在另一系列计算机运行
  • :将程序固定在 R O M ROM ROM中组成的部件称为固件,介于软件和硬件之间。

错题精选

  • 在CPU的寄存器中,()对用户是完全透明的
  • 计算机操作的最小单位时间是()
  • 假定基准程序 A A A在某计算机上的运行时间为100s,其中90s为CPU时间,其余为I/O时间,若CPU速度提高50%,I/O速度不变,则运行基准程序A所耗费时间是 90 1 + 50 % + 10 = 70 s \frac{90}{1+50\%}+10=70s 1+50%90​+10=70s

本章小结

计算机由哪几部分组成?以那部分为中心?

  • 运算器、控制器、存储器、输入设备及输出设备
  • 前期运算器,现期存储器,使I/O操作尽可能绕过CPU,提高整体运行效率

主频高的CPU一定比主频低的CPU快吗?为什么?

  • CPU的主频表示CPU内数字脉冲信号振荡的速度。主频和实际的运算速度存在一定关系,但没有确定公式。主频并不直接代表运算速度。

不同级别的语言编写程序有什么区别?

  • 机器语言和汇编语言与机器指令对应,而高级语言不与指令直接对应,具有较好的可移植性。其中机器语言可以被硬件直接执行。

常见问题和易混淆知识点(☆☆☆☆☆)

同一个功能既可以由软件实现,又可以由硬件实现吗?

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