電腦組成原理_組成篇
- 2020 年 4 月 2 日
- 筆記
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01 電腦的匯流排就像是電腦的離速公路，你是否可以說出匯流排主要的功能和分類？
功能：將電腦的各個部件連接在一起，一般用來連接 CPU、存儲器和 I/O 設備
分類：片內匯流排、系統匯流排；系統匯流排可以分為數據匯流排、地址匯流排、控制匯流排
02 什麼是匯流排標準，為什麼需要匯流排標準，現在有哪些常見的匯流排標準？
匯流排標準是用來規範系統與各模組、模組與模組之間的一個互聯的標準
有了匯流排標準，不同的廠商就可以按照同樣的標準和規範來生產設備，達到互通互聯的目的
常見標準：ISA、PCI、USB、PCIe
03 常見的輸入設備可以分為什麼種類？
字元輸入：鍵盤
影像輸入：滑鼠、數位板、掃描儀
04 常見的輸出設備可以分為什麼種類？
輸出設備的分類：螢幕、印表機。
05 輸入輸出介面—般需要完成什麼工作，可以把介面的線路分為什麼線路？
將外部設備與CPU連接起來，進行資訊交換
線路分類：數據線、狀態線、命令線、地址線
06 DMA 的全稱是什麼？
直接存儲器訪問
07 程式中斷和 DMA 相比，有什麼優劣？
優勢：程式中斷實現簡單，DMA 設備成本較高
劣勢：需要頻繁中斷 CPU，降低 CPU 的處理效率
08 你是否可以清晰的表述電腦存儲器的層次結構？存儲器的層次結構是為了解決什麼問題的？
存儲器的層次結構：快取、主存、輔存
快取 – 主存為了解決主存速度不夠的問題，主存 – 輔存為了解決主存容量不夠的問題
09 什麼是局部性原理，局部性原理對電腦存儲系統的設計產生了什麼影響？
局部性原理包括時間局部性和空間局部性，時間局部性：一個被使用的記憶體塊可能在不遠的將來被再次使用；空間局部性：一個被使用過的記憶體塊的附近的記憶體可能被使用
影響：電腦存儲器層次結構的每一層都會快取下一層（更慢一層）的一部分數據
10 電腦存儲系統的每一個層次分別有什麼特點？
速度越快，成本越高；離 CPU 越遠，速度越慢
11 電腦的輔助存儲器一般是指電腦硬碟，你了解電腦磁碟的物理結構嗎？
了解，磁碟一般有多個碟片，每個碟片上有一個磁頭，各磁頭之間是同步移動的。每個碟片又被劃分為磁軌（柱面）、扇區。 磁碟讀取時間 = 尋道 + 旋轉 + 傳輸
12 磁碟的調度演算法有哪些？分別有什麼特點？
磁碟的調度演算法：
先來先服務演算法 FIFO：根據進程請求訪問磁碟的先後順序進行調度
最短尋道時間 SSTF：在請求隊列中，找到最近的進行服務
電梯演算法（掃描演算法）SCAN：擺動式掃描演算法、每次移動的方向單一，只能向里或者向外
循環掃描演算法 C-SCAN：磁頭單向移動、訪問到一端的終點後，立即回到另一端點
LOOK 和 C-LOOK
13 電腦的主存一般是指電腦記憶體，記憶體有什麼特點？
記憶體是 CPU 能直接定址的存儲單元，存取速度快，一般採用 RAM 存儲，停電時數據丟失
14 請解釋概念： 主存、輔存、Cache、RAM、ROM?
主存：直接給 CPU 提供存儲的設備，高速，斷電無法保存
輔存：一般指外部存儲器，比如硬碟、光碟等等，這類存儲器斷電後仍然可以保存數據
Cache：快取，設於 CPU 與記憶體之間
RAM：隨機訪問存儲器，斷電丟數據
ROM：只讀存儲器，存儲後無法修改或刪除
15 什麼是字？什麼是字塊？
字：一個存儲單元中的二進位單元，字長就是字的位數
字塊：存儲於連續的存儲單元中被看作一個單元的一組字
16 電腦的高速快取一般是指 Cache，Cache 一般位於電腦的什麼硬體設備上？
位於主板或者 CPU 上
17 —般使用什麼指標去評估主存－高速快取的性能？
命中率、訪問效率
18 命中率是怎麼定義的？
訪問快取的次數 / 總訪問次數
19 訪問效率是怎麼定義的？
訪問快取的時間 / 總訪問時間
20 假設 CPU 執行某段程式共計訪問 Cache 命中 4800 次，訪問主存 200 次，已知 Cache 的存取周期是 30ns, 主存的存取周期是 150ns, 求 Cache – 主存系統的平均訪問時間和效率，試問該系統的性能提高了多少？
命中率 = 4800 / 5000 = 0.96
平均訪問時間 = 30ns * 0.96 + 150ns * 0.04 = 34.8ns
訪問效率 = 30 / 34.8 = 0.8621 = 86%
提高了 (150-34.8）/150 * 100% = 76.8%
21 謂描述 LFU 、LRU 、FIFO 快取置換演算法的過程
LFU：最少使用演算法，淘汰使用頻次最小的記憶體塊
LRU：最近使用演算法，淘汰最近沒有使用的頁面
FIFO：先進先出演算法，最先進入的記憶體塊被最早替換出去
22 電腦的指令一般由操作碼和地址碼組成，那麼電腦指令可以分類為幾種類型？
指令類型：移位操作指令、數據傳輸指令、控制指令和算術邏輯操作指令
23 對電腦指令數據的定址有哪幾種方式？
立即定址、直接定址、間接定址。
24 電腦的運算器主要由什麼組成？控制器呢？
運算器組成：ALU、狀態暫存器、累加器（數據緩衝器）、通用暫存器
控制器組成：程式計數器 PC、控制單元 CU、指令暫存器 IR
25 請簡述電腦指令的執行過程
主要分為取指令、分析指令、執行指令
從 PC 中取指令地址放到 MAR 中，控制單元根據 MAR 中的地址到記憶體中取指令，取回的指令放在 MDR 中，MDR 將指令交給解碼器 ID 進行解析，然後執行指令
