# 填空题
1. 存储程序原理是指
a. 计算机由存储器、控制器、运算器、输入设备、输出设备、组成
b. 计算机内部采用二进制来表示指令和数据
c. 将编好的程序和原始数据先存入存储器中，然后再启动计算机工作，
它是冯诺依曼型计算机体系结构的核心思想
2. 如浮点数阶码格式的底一定，且未熟采用规格化表示法，则浮点数的表示范围取决于阶码的位数，而精度取决于尾数的位数
3. 半导体随机读写存储器包括 SRAM (静态存储器) 和 DRAM (动态存储器)，前者的速度比后者快，但集成度不如后者高。
3. 存储系统中，cpu 能直接访问的是高速缓冲器（cache）和主存储器，但不能直接访问磁盘和光盘
4. 中断周期前的 cpu 工作周期是 -- 执行周期，中断周期后的的 cpu 工作周期是 -- 取值周期
5. 移码表示法主要用于表示浮点数的阶码，以利于再加减运算的对阶操作中表示大小
6. 寄存器间接寻址方式中，操作数放在主存，寄存器中存放的是操作数的有效地址
7.cpu 从内存中取出一条指令并执行这条指令的时间称为指令周期
8. 微程序中的微指令是指控制存储器中的每个单元的内容，即控制字，是若干微命令的集合
9. 当前正在执行的指令保存在 cpu 的 ** 指令寄存器（IR）中，运算结果如溢出，为负，为零，等状态标志保存在 cpu 的程序状态字寄存器（PSW）** 中
10. 为构造运算器的简单性，运算方法中常采用补码加减法，原码乘除法或补码乘除法
11. 组合逻辑控制器的基本思想是：某一微操作控制信号是译码器译码输出，
时序信号和各种状态信号的逻辑函数
12. 组合逻辑控制器所采用的三级时序是指机器周期，节拍，和脉冲等
13. 指令一般分为电位型和脉冲型两种电信号
14.cpu 的四个主要功能是指令处理、执行操作、控制时间、处理数据。
15. 层次存储体系涉及到主存、辅存、cache 和寄存器，按存取时间由短至长的顺序为：寄存器、cache、主存、辅存
16.cpu 响应中断是需要保护线程，这里的现场指的是 PC (程序计数器) 寄存器、和 PSW（状态）寄存器
16. 微指令中的顺序控制部分是用来决定下一条微指令的地址。
17.cpu 从主存中取得的一条指令并执行该指令的时间叫指令周期、他常用若干个机器周期来表示，而后者又包含若干个时钟周期。
18. 单处理器系统中的总线可以分为三类，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，、低速 I/O 设备之间相互连接到总线称为 I/O 总线，同一台计算机西庸健的告诉功能部件之间的相互连接的总线称为系统总线。
19. 浮点数运算器由阶码运算器和尾数运算器组成 ，他们都是定点运算器。前者要求能执行加减运算，后者要求能进行乘除运算。
20. 统一编址方式是将内存和外设统一进行编址。
21. 当指令取至指令寄存器之后，每一条机器指令微程序入口地址是根据机器指令操作码通过微地址形成电路形成。
22. 同一微周期中不可能同时出现的微命令，称之为互斥微命令，再用一微周期中可以同时出现的微命令，称之为相容微命令。显然相容微命令不可以放在一起译码
23.SRAM 的工作原理是双稳态触发器，DRAM 的工作原理是栅极电容上的电荷；
24.n 路组相联映射，cache 有 M 块，n=1,cache 是全相联映射，n=M 时是直接映射
25. 定点数运算时，一般采用溢出判断电路，通常是用异或门实现
26. 能够实现功能的微命令构成微指令
27. 定点加法必须有溢出电路，用异或门实现
28. 计算机能够直接运行的语言是机器语言，汇编语言程序员与计算机交流最密切
29. 多模块存储器采用多个结构完全相同的存储模块，并行工作来增加存储器的吞吐率，其地址编排方式分为独立编址和统一编址
30. 组相连，如果每组只含有一个模块，则为直接映射，如果 cache 只有一个组则为，全相联映射
31. 控制器有两种设计方案，组合逻辑电路设计的方式为硬布线控制器，仿程序设计的方式为微程序控制器
32. 高级流水线技术充分利用指令级并行 ILP 来提高流水线的性能，提高指令集并行 ILP 有一次重叠和二次重叠
33. 同步总线采用时钟信号来进行定时，异步总线采用各部件或设备内部的定时操作来进行定时
34.IO 地址空间的编址方式有独立编址和统一编址
35.IO 操作控制方式有 程序查询方式，DMA 控制方式，程序中断方式，IO 通道控制方式
36. 程序员在程序中所使用的存储地址为逻辑地址，cpu 在执行过程中所使用的存储器地址为物理地址
37. 微程序控制器的核心部件是控制存储器，他一般用 ROM 构成
38.cpu 的工作周期 取指周期，间指周期，执行周期，中断周期
39.cpu 从响应中断时需要保护现场，这里现场指的是断点和有关寄存器，他们被保存在堆栈中
40. 直接使用西文键盘输入汉字进行处理并显示打汉字，要解决汉字的输入，内码和字模三种不同用途的编码
41. 在统一微周期中，不能同时出现的微命令叫做互斥的微命令，在同一微周期中，可以同时存在的微命令叫做相容的微命令，显然，相容微命令不能放在一起译码
42. 主存储器的性能指标主要是存储容量，存期时间，存储带宽
43. 在组合逻辑控制器中，微操作控制器由指令操作码，时序，状态条件决定
44.DMA 的出现，使得外围设备可以通过 DMA 控制器直接访问内存
45. 一个较完善的指令系统，应当有数据处理、数据存储、数据传送、程序控制 四大类指令
46.cpu 的四个主要功能时间控制、指令控制、操作控制和数据加工
# 简答题
1. 什么是时间局部性和空间局部性？并分别给出一个程序执行中符合两种局部性原理的例子
答：时间局部性是指如果程序终点某条指令一旦执行，在不久后可能再次被执行。例如：cache
空间局部性是指一旦程序访问了某个存储单元，则不久后其附近的存储单元也将被访问。例如：for 循环体
2. 指令和数据均存放在内存中，计算机如何从时间和空间上区分它们是指令还是数据？
答：从时间上讲，取指令事件发生在取指周期，取数据事件发生在执行周期，从空间上来讲，从内存中读出的指令流向控制器（指令寄存器），从内存读出的数据流向运算器（通用寄存器）
3. 什么是指令周期，机器周期和时钟周期？他们之间有何关系
答：
指令周期 --cpu 每取出并执行一条指令所需的全部时间
机器周期 -- 再同步控制的机器中，执行指令周期中一步相对完整的操作（指令步）所需的时间，通常安排机器周期长度 = 主存周期
时钟周期 -- 计算机主时钟的周期时间，他是计算机运行时最基本的时序单位，对应完成一个位操作所需的时间，通常时钟周期 = 计算机主频的倒数
4. 什么是软件和硬件的逻辑等效性，并举出两个实例
答：在计算机中部分功能既可以有硬件直接实现也可以在硬件的支持下依靠软件来是实现
例子：乘除法既可以用乘法阵列来实现，也可以在寄存器的指出下由程序实现
控制器既可以由硬逻辑实现也可以由程序实现
5. 画出微程序控制器的构成狂徒，并说明各部分的功能
答：图见蒋本山 184
控制存储器：这是微程序控制器的核心部件，用来存放微程序，其性能包括（容量速度可靠性等）与计算机的性能密切相关
微指令寄存器：用来存放从 CM 中取出的微指令，他的位数同微指令的子长相等
微地址形成部件：用来产生初始微地址和后继微地址，以保证微指令的连续执行
微指令寄存器：他接受微地址形成部件送来的微地址，为在 CM 中读取微指令做准备
6. 当指令系统和数据通路结构确定后，给出组合逻辑控制器的设计步骤，比较组合逻辑控制器和微程序控制器的特点
答：组合逻辑设计控制单元时，首先根据上述微操作的节拍安排，列出微操作命令的操作时间表，然后写出每一个微操作命令的逻辑表达式，最后根据相应的逻辑表达式画出对应的组合逻辑电路图
从实现方式上说，组合逻辑控制方法由逻辑门电路组合实现，而微程序控制器的控制功能则是在存放微程序的控制存储器和存放当前微指令的微指令寄存器的直接控制之下实现的
从性能上来比较，在同样的半导体工艺条件下，组合逻辑控制方式比微程序控制的速度快。这是因为执行每一条微指令都要从控制存储器中读取一次微指令，从而影响了速度，而组合逻辑控制方式的速度则仅取决于电路的延迟。
7. 以打印机输出为例说明中断的全过程，并比较中断方式和 DMA 方式的特点
答：启动打印，当打印机准备就绪时，就通过打印机接口向 cpu 发出中断请求，若 cpu 满足中断条件，则允许该中断级别最高，且在一个指令执行结束的条件下，响应该中断。即暂停当前程序的执行，关中断，并至少要保存 pc，psw 并将中断处理程序入口地址送入 pc，进行中断处理程序，进一步保存断点，执行输出指令，把要打印的数据送给打印机接口进行打印，在适当的时候开中断，恢复断点并返回被中断的程序。
DMA 与中断方式的区别
1. 中断方式是程序切换，需要保护和恢复现场。而 DMA 方式除了预处理和后处理，其他时候不占用 CPU 资源
2. 对中断请求的响应只能发生在每条指令执行完毕时（即指令的执行周期后）。而对 DMA 请求的响应可以发生在每个机器周期结束时（在取值周期，间址周期，执行周期后均可），只要 cpu 不占用总线就可被响应
3. 中断传送过程需要 cpu 的干预；而 DMA 传送过程不需要 cpu 的干预，因此数据传输率非常高，适合于高速外设的成组数据传送。
4.DMA 优先级高于中断请求
5. 中断方式具有对异常事件的处理能力，而 DMA 方式仅局限于传送数据块的 I/O 操作
6. 从数据传送上来看，中断方式靠程序传送，DMA 方式靠硬件传送。
8. 比较 cache 和虚拟存储器，说明他们的相似点和不同。
相同点
- 都是基于程序局部性原理，把程序中最近常用的部分驻留在高速存储器中
- 一旦这部分程序不常用，把它们送回到低速存储器中
- 这种换入、换出操作是由硬件或操作系统完成，对用户透明
- 都力图使存储系统的性能接近高速存储器，而价格接近低速存储器。
不同点
- cache 是用硬件实现的，对操作系统透明；虚拟存储用操作系统与硬件结合的方式实现。
- cache 是一个物理存储器，而虚拟存储器是一个逻辑存储器，其物理结构建立在主存 - 辅存的结构基础上。
- 在虚拟存储中未命中的性能损失要大于 cache 系统中未命中的损失。
9. 说明软、硬件的特点，如何理解软、硬件之间的等价性
答：硬件执行速度快，软件则更灵活，软件和硬件在逻辑功能上是等效的，同一逻辑功能可以用软件也可以用硬件实现，从原理上来讲，软件实现的功能完全可以用硬件或固件完成，同样，硬件实现的逻辑功能也可以由软件的模拟来完成，只是性能价格以及实现的难易程度不同而已，
例如在计算机中实现十进制乘法这一功能，既可以用硬件来实现，也可以用软件来实现，再如，浮点运算既可以用硬件实现，也可以用软件来完成。
10. 在定点小数机器中，请说明溢出判断的三种方法，列出逻辑表达式
11.cpu 的功能有哪些？
答：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工、中断处理
12. 为什么指令流水线中的一条指令比不采用流水席难道一条指令执行的时间长？
答：因为在确定一个流水线的流水段数时，是从最复杂的指令执行过程所需的个数为标准设计的，在确定流水线段宽度时，是从最复杂的流水线段所需宽度设计的，此外，流水线断之间的信息缓存很传递也增加了额外的额执行时间开销 13. 当指令系统和数据通路结构确定后，给出组合逻辑控制器设计的步骤
答：
- 列出微操作命令的操作时间表
- 进行微操作信号综合
- 画出微操作命令的逻辑图
# 99-08 简答题
1、简述 DMA 的全过程，并比较查询方式，中断方式，和 DMA 方式的特点
- 1. 初始化：CPU 执行程序，将控制字、主存缓冲区首址、送交换量接口给 DMA 控制器
- 2.IO 向 DMA 控制器发送 DMA 请求，DMA 控制器向 CPU 发送总线请求，CPU 让出总线控制权时交给 DMA 控制器，DMA 控制器控制主存和 IO 通过总线进行数据传输，没传送一个数据，交换量减一，主存缓冲区地址加一，当交换量减为 0 时，结束传送并向 CPU 发出 DMA 结束请求。
- 3. 进行相关中断处理
2. 比较查询方式，DMA 控制方式，和中断方式的特点
- 查询方式接口简单，CPU 效率低，适用于只有少量低速 IO 设备的情况
- 中断方式接口较复杂，CPU 效率高，适用于有较多低速 IO 设备的情况
- DMA 接口最为复杂，CPU 效率最高，适用于有较多的高速 IO 批量传输的情况
3. 解释总线和总线总裁的概念
- 总线：一组能够为各个部件分时共享的公共信息传输线路
- 总线仲裁：为了解决各个设备之间同时竞争总线的使用权，必须由总线控制部件按某种方式选择一个设备作为总线的下一次主方。
4. 什么叫真值，机器数，试举出三例
- 真值：把正解加绝对值，在计算机中称为真值机器数
- 机器数：在计算机中连同数符位一起被数字化的数叫做机器数，ex：原码补码反码
