Notes

填空题

计算机系统中采用补码运算的目的是（简化计算机设计）
程序计数器PC在（控制器中）
计算机主频周期是指（时钟周期）
I/O接口中数据缓冲器的作用是（解决CPU与外设之间的速度不匹配问题）
直接转移指令的功能是将指令中的地址代码送入（PC程序计数器），以实现程序的跳转或分支
计算机系统的软件可分为（系统软件）和（应用软件）
微程序设计技术是利用（软件）方法设计（硬件）的一门技术，特点是（规整性，可维护性，灵活性）
储存系统的（Cache一主存）和（ 主存—辅存 ）都用到了局部性原理
完整的指令周期包括取指周期，间指周期，（执行周期和中断周期）
DMA技术的出现使得外围设备可通过（DMA控制器）直接访问（内存）

简答题

解释时钟周期，机器周期，指令周期，主机，主存，存储字长，机器字长，指令字长
- 时钟周期：一个节拍脉冲持续时间，是CPU最小的时间单位
- 机器周期：执行一个基本操作所需时间
- 指令周期：CPU从主存中取出并执行一条指令的时间
- 主机：CPU+内存+相关控制电路
- 主存：计算机系统中用于暂时存放数据和指令的部件
- 存储字长：主存储器中一个存储单元的位数。
- 机器字长：计算机一次能够处理的二进制数据的位数。
- 指令字长：指令位数，决定一条指令长度
什么是总线仲裁？集中式仲裁有哪几种方式？

总线仲裁是指在多个主设备同时竞争总线控制权时，通过某种方式选择一个主设备优先获得总线控制权的过程

集中式仲裁的方法：
1. 链式查询方式
2. 计数器定时查询方式
3. 独立请求方式
提高访存速度可采取哪些措施？（6选3即可）
- 采用高速器件
- 采用cache
- 调整主存结构
- 使用大容量内存
- 使用虚拟内存
- 优化内存管理
简述CPU访问IO端口的过程。
1. CPU通过地址总线发送I/O端口的地址
2. 系统中的译码器接收到地址信息后，确定具体的I/O端口地址。
3. CPU通过数据总线将数据发送到选定的I/O端口。
4. I/O设备接收到数据后，根据指令进行相应的操作。
衡量计算机的指标主要有哪些？说明为什么？
- 字长：决定了计算机的处理能力和内存地址空间。
- 运算速度：是计算机在单位时间内能够执行的指令数量，直接影响计算任务的完成时间。
- 主频：是计算机处理器的工作频率，决定了处理器执行指令的速度。
说明SRAM的组成结构，与SRAM相比，DRAM在电路上组成有什么不同？
- SRAM：速度快，数据保持时间长，用于高速缓存。
- DRAM：速度稍慢，容量大成本低，需要定期刷新，用作主存储器。

计算题

求下列各种码对应的真值（正负数原反补移的计算）

先求正数，原反补都一样，再求移码。接着负数原码取负即可（同一个数的话），剩下的按规则转为原码计算即可。本质得记住转换方法，这里只针对本题提高效率，一定不要死板，看好题目要求，记好每一步转换后得到的到底是什么码，只有原码才转数字（真值）

[x]原 = 10001101----------[x]原 = 00001101
[x]反 = 10001101----------[x]反 = 00001101
[x]补 = 10001101----------[x]补 = 00001101
[x]移 = 10001101----------[x]移 = 00001101
符号位除外：
	按位取反，原反
	加一，反补
	从右到左第一个1左边的取反（按位取反加1）原补
符号位：
	取反，补移
[-13]-------[13]
[-114]------[13]
[-115]======[13]
[13]--------[-115]

补充一点：转换规则就三种方式；取反，加一，按位取反。没必要记什么码转什么码用什么方式，自己转完了就知道是什么码了，原反补对数值操作，移码对符号位操作。

总线

总线计算题

微程序

某计算机的控制器采用微程序控制方式，微指令中的操作控制字段采用字段直接编码，共有33个微命令，构成5个互斥类，分别包含：7、3、12、5、6个微命令，则操作控制字段至少有多少位？

对数取整求和秒了，不懂，,没啥好说

微程序指令计算

为啥取2的对数？想想也知道7得用3个二进制位表示。

计算机性能计算

两台计算机A和B采用不同主频的CPU，而片内逻辑电路相同。

（1）若A机的主频为8MHz，B机为12MHz，则两机的CPU时钟周期各是多少？

（2）如果A机的平均指令执行速度为0.4MIPS，那个A机的平均指令执行时间是多少？

（3）B机的平均指令执行速度MIPS是多少？

答案：
记一个名词CPI（执行一条指令所需的时间，是个时间单位）两个关系：时间都是频率倒数；主频 = CPI * MIPS

1，2题都是知道频率求时间，取倒即可。时间单位默认us。第三题清楚片内逻辑相同的条件就代表CPI相同，带公式即可，实在记不住，1，2题数据设x求比值也能做。

（1）A机的CPU时钟周期=1/主频=1/8=0.125us，B机的CPU时钟周期=1/主频=1/12=0.083us

（2）这里指定MIPS=0.4，即每秒执行0.4百万条指令，所以平均指令执行时间为1/MIPS=1/0.4=2.5us

（3）A机的MIPS=0.4，所以其CPI=主频/MIPS=8/0.4=20，由于A机和B机的片内逻辑电路完全相同，所以两者的CPI也相同，即B机的CPI=20。因此B机的MIPS=主频/CPI=12/20=0.6MIPS

应用题（指令流）

除了第一题，剩余题答案都是代码框中的内容

M代表内存，（）括号代表某个寄存器内的内容，（PC）代表pc寄存器内的内容

指令流

请写出图中a、b、c、d 4个寄存器的名称。

a: MDR（数据寄存器）
b: IR（指令寄存器）
c: MAR（地址寄存器）
d: PC（程序计数器）
看到+1写pc，+1加的是地址，所以下一节点和地址有关MAR，主存储器接两玩意，A没了就选D（MDR），排除法最后IR

简述图中取指令的数据通路。
(PC)→ MAR
M(MAR)→ MDR
(MDR)→IR
取指令的数据通路大致如下：
- PC 中存储着下一条指令的地址。
- 这个地址通过地址总线送到 MAR。
- MAR 通过地址总线从主存储器（M）中取出指令，存入 MDR。
- MDR 中的指令通过数据总线送到 IR。
简述数据在运算器和主存之间进行存/取访问的数据通路。
存/取的数据放到ACC中
设数据地址已放入MAR
取:
M(MAR)→MDR
(MDR)→ALU→ ACC
存:
(ACC)→ MDR
(MDR)→ M(MAR)
数据在运算器（ALU）和主存之间进行存/取访问的数据通路如下：
- 取数据：
  - 从主存储器（M）中的数据通过地址总线到 MAR，然后数据通过数据总线到 MDR，最后从 MDR 送到 ACC（累加器）或者直接送到 ALU 进行运算。
- 存数据：
  - 从 ACC 或 ALU 送出数据，通过数据总线到 MDR，然后通过地址总线和数据总线送到 MAR，再存入主存储器（M）。
简述完成指令 LDA X 的数据通路（X 为主存地址）。
X → MAR
M(MAR) → MDR
(MDR)→ALU → ACC
指令 LDA X（装载地址为x的数据到累加器）的数据通路如下：
- PC 将指令地址送到 MAR。
- 从主存（M）中取出指令送到 MDR，然后送到 IR。
- 解释指令 LDA X 后，X 地址送到 MAR。
- 从主存（M）中取出 X 地址的数据送到 MDR，然后送到 ACC。
简述完成指令 ADD Y 的数据通路（Y 为主存地址）。
Y → MAR
M(MAR) → MDR
(MDR)→ ALU,(ACC) →ALU
ALU→ ACC
指令 ADD Y（将主存地址 Y 的数据加到累加器）的数据通路如下：
- PC 将指令地址送到 MAR。
- 从主存（M）中取出指令送到 MDR，然后送到 IR。
- 解释指令 ADD Y 后，Y 地址送到 MAR。
- 从主存（M）中取出 Y 地址的数据送到 MDR。
- MDR 中的数据送到 ALU，与 ACC 中的数据进行加法运算，结果存回 ACC。
简述完成指令 STA Z 的数据通路（Z 为主存地址，将ACC运算的解果存进z地址内存）。
Z → MAR
(ACC)→ MDR
(MDR)→ M(MAR)
指令 STA Z（将累加器的数据存入主存地址 Z）的数据通路如下：
- PC 将指令地址送到 MAR。
- 从主存（M）中取出指令送到 MDR，然后送到 IR。
- 解释指令 STA Z 后，Z 地址送到 MAR。
- ACC 中的数据送到 MDR。
- MDR 中的数据通过数据总线存到主存（M）的 Z 地址。