计算机组成原理_组成篇
- 2020 年 4 月 2 日
- 筆記
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01 计算机的总线就像是计算机的离速公路，你是否可以说出总线主要的功能和分类？
功能：将计算机的各个部件连接在一起，一般用来连接 CPU、存储器和 I/O 设备
分类：片内总线、系统总线；系统总线可以分为数据总线、地址总线、控制总线
02 什么是总线标准，为什么需要总线标准，现在有哪些常见的总线标准？
总线标准是用来规范系统与各模块、模块与模块之间的一个互联的标准
有了总线标准，不同的厂商就可以按照同样的标准和规范来生产设备，达到互通互联的目的
常见标准：ISA、PCI、USB、PCIe
03 常见的输入设备可以分为什么种类？
字符输入：键盘
图像输入：鼠标、数位板、扫描仪
04 常见的输出设备可以分为什么种类？
输出设备的分类：屏幕、打印机。
05 输入输出接口—般需要完成什么工作，可以把接口的线路分为什么线路？
将外部设备与CPU连接起来，进行信息交换
线路分类：数据线、状态线、命令线、地址线
06 DMA 的全称是什么？
直接存储器访问
07 程序中断和 DMA 相比，有什么优劣？
优势：程序中断实现简单，DMA 设备成本较高
劣势：需要频繁中断 CPU，降低 CPU 的处理效率
08 你是否可以清晰的表述计算机存储器的层次结构？存储器的层次结构是为了解决什么问题的？
存储器的层次结构：缓存、主存、辅存
缓存 – 主存为了解决主存速度不够的问题，主存 – 辅存为了解决主存容量不够的问题
09 什么是局部性原理，局部性原理对计算机存储系统的设计产生了什么影响？
局部性原理包括时间局部性和空间局部性，时间局部性：一个被使用的内存块可能在不远的将来被再次使用；空间局部性：一个被使用过的内存块的附近的内存可能被使用
影响：计算机存储器层次结构的每一层都会缓存下一层（更慢一层）的一部分数据
10 计算机存储系统的每一个层次分别有什么特点？
速度越快，成本越高；离 CPU 越远，速度越慢
11 计算机的辅助存储器一般是指计算机硬盘，你了解计算机磁盘的物理结构吗？
了解，磁盘一般有多个盘片，每个盘片上有一个磁头，各磁头之间是同步移动的。每个盘片又被划分为磁道（柱面）、扇区。 磁盘读取时间 = 寻道 + 旋转 + 传输
12 磁盘的调度算法有哪些？分别有什么特点？
磁盘的调度算法：
先来先服务算法 FIFO：根据进程请求访问磁盘的先后顺序进行调度
最短寻道时间 SSTF：在请求队列中，找到最近的进行服务
电梯算法（扫描算法）SCAN：摆动式扫描算法、每次移动的方向单一，只能向里或者向外
循环扫描算法 C-SCAN：磁头单向移动、访问到一端的终点后，立即回到另一端点
LOOK 和 C-LOOK
13 计算机的主存一般是指计算机内存，内存有什么特点？
内存是 CPU 能直接寻址的存储单元，存取速度快，一般采用 RAM 存储，停电时数据丢失
14 请解释概念： 主存、辅存、Cache、RAM、ROM?
主存：直接给 CPU 提供存储的设备，高速，断电无法保存
辅存：一般指外部存储器，比如硬盘、光盘等等，这类存储器断电后仍然可以保存数据
Cache：缓存，设于 CPU 与内存之间
RAM：随机访问存储器，断电丢数据
ROM：只读存储器，存储后无法修改或删除
15 什么是字？什么是字块？
字：一个存储单元中的二进制单元，字长就是字的位数
字块：存储于连续的存储单元中被看作一个单元的一组字
16 计算机的高速缓存一般是指 Cache，Cache 一般位于计算机的什么硬件设备上？
位于主板或者 CPU 上
17 —般使用什么指标去评估主存－高速缓存的性能？
命中率、访问效率
18 命中率是怎么定义的？
访问缓存的次数 / 总访问次数
19 访问效率是怎么定义的？
访问缓存的时间 / 总访问时间
20 假设 CPU 执行某段程序共计访问 Cache 命中 4800 次，访问主存 200 次，已知 Cache 的存取周期是 30ns, 主存的存取周期是 150ns, 求 Cache – 主存系统的平均访问时间和效率，试问该系统的性能提高了多少？
命中率 = 4800 / 5000 = 0.96
平均访问时间 = 30ns * 0.96 + 150ns * 0.04 = 34.8ns
访问效率 = 30 / 34.8 = 0.8621 = 86%
提高了 (150-34.8）/150 * 100% = 76.8%
21 谓描述 LFU 、LRU 、FIFO 缓存置换算法的过程
LFU：最少使用算法，淘汰使用频次最小的内存块
LRU：最近使用算法，淘汰最近没有使用的页面
FIFO：先进先出算法，最先进入的内存块被最早替换出去
22 计算机的指令一般由操作码和地址码组成，那么计算机指令可以分类为几种类型？
指令类型：移位操作指令、数据传输指令、控制指令和算术逻辑操作指令
23 对计算机指令数据的寻址有哪几种方式？
立即寻址、直接寻址、间接寻址。
24 计算机的运算器主要由什么组成？控制器呢？
运算器组成：ALU、状态寄存器、累加器（数据缓冲器）、通用寄存器
控制器组成：程序计数器 PC、控制单元 CU、指令寄存器 IR
25 请简述计算机指令的执行过程
主要分为取指令、分析指令、执行指令
从 PC 中取指令地址放到 MAR 中，控制单元根据 MAR 中的地址到内存中取指令，取回的指令放在 MDR 中，MDR 将指令交给译码器 ID 进行解析，然后执行指令
