提示
仅供个人回顾参考

1 计算机系统概述

计算机发展历程(不考)
- 计算机硬件发展
  - 第一代(1946-1957年)电子管时代几千次到几万次每秒
  - 第二代(1958-1964年)晶体管时代几万次-几十万次每秒
  - 第三代(1965-1971年)中小规模集成电路时代
  - 第四代(1972年至今)超大规模集成电路时代
- 计算机元件的更新换代
  - 摩尔定律
  - 半导体存储器的发展
  - 微处理器的发展
计算机系统层次结构
- 计算机系统的组成
- 计算机硬件
  - 冯洛伊曼基本思想
    - "存储程序"的概念
  - 计算机功能部件
    - 输入设备
    - 输出设备
    - 存储器
      - MAR 地址存储器
      - MDR 数据存储器
    - 运算器
      - ACC 累加器
      - MQ 乘商寄存器
      - X 操作数寄存器
      - IX 变址寄存器
      - BR 基址寄存器
      - PSW 程序状态寄存器
    - 控制器
      - PC 程序计数器
      - IR 指令寄存器
      - CU 控制单元
- 计算机软件
  - 系统软件和应用软件
    - 系统软件
    - 应用软件
  - 三个级别的语言
    - 机器语言
    - 汇编语言
    - 高级语言
    - 翻译程序
      - 汇编程序(汇编器)汇编->机器
      - 解释程序(解释器)源程序->机器指令
      - 编译程序(编译器)高级语言->汇编语言或机器语言
  - 软件和硬件的逻辑功能等价性
- 计算机系统层次结构
  - M4 高级语言机器编译程序翻译成汇编语言程序
  - M3 汇编语言机器汇编程序翻译翻译成机器语言程序
  - M2 操作系统机器用机器语言解释操作系统
  - ------- 软/硬交界面 ------- (ISA 指令集成体系结构)
  - M1 用机器语言的机器微程序解释机器指令
  - M0 微指令系统硬件直接执行微指令
- 计算机系统的工作原理
  - "存储程序"工作方式
  - 源程序到课执行文件
  - 程序执行过程的描述
  - 指令执行过程的描述
    - 取指令
    - 分析指令
    - 执行指令
考点
- 选择题
  - 2009 cpu工作原理-区分数据与地址
  - 2016 反向考察翻译程序
  - 2015 考察执行程序细节
  - 2019 冯洛伊曼计算机基本思想
  - 2022 考察程序执行过程
计算机的性能指标
- 计算机的主要性能指标
  - 字长
  - 数据通路带宽
  - 主存容量
  - 运算速度
    - 吞吐量与响应时间
      - 吞吐量
      - 响应时间
    - 主频与CPU时钟周期
      - CPU时钟周期
      - 主频
    - CPI (Cycle Per Instruction)一条指令时钟周期
    - CPU 执行时间
    - MIPS(Million Instructions per Second)每秒多少百万指令
    - 每秒多少百万浮点运算
      - MFLOPS $10^6$ 百万
      - GFLOPS $10^9$ 十亿
      - TFLOPS $10^{12}$ 万亿
      - PFLOPS $10^{15}$
      - EFLOPS $10^{18}$
      - ZFLOPS $10^{21}$
  - 基准程序(Benchmarks)
- 术语
  - 系列机
  - 兼容
  - 软件可移植性
  - 固件
考点
- 选择题
  - 2010 缩短执行时间措施
  - 2011 浮点运算速度指标
  - 2012 基准程序耗时比较
  - 2013 MIPS计算
  - 2014 程序CPU执行时间计算
  - 2017 程序CPU执行时间计算
  - 2020 各部件机器字长及位数
  - 2021 浮点操作数
  - 2022 程序CPU执行时间计算

2 数据的表示与运算

数制与编码
- 进位计数制及其相互转化
  - 进位计数法
    - 二进制
    - 八进制
  - 不同进制相互转化
    - 二进制转十六进制
    - 任意进制转换为十进制
    - 十进制转换为任意进制
  - 真值与机器数
- BCD码(不考)
- 定点数的编码表示
  - 机器数的定点表示
    - 定点小数
    - 定点整数
  - 原码,补码,反码,移码
    - 原码表示法
    - 补码表示法
    - 反码表示法
    - 移码表示法
- 整数的表示
  - 无符号整数表示
  - 带符号整数表示
考点
- 选择题
  - 2015 补码范围
  - 2018 冯洛伊曼体系设计
  - 2021 补码比较
  - 2022 补码范围
运算方法和运算电路
- 基本运算部件
  - 一位全加器
  - 串行进位加法器
  - 并行计算加法器
  - 带标志加法器
  - 算术逻辑单元
- 定点数的移位运算
  - 算术移位
  - 逻辑移位
  - 循环移位
- 定点数的加减法运算
  - 补码的加减法运算
  - 补码加减运算电路
  - 溢出判别方法
  - 原码的加减法运算(了解)
- 定点数的乘除运算
  - 定点数的乘法运算
    - 原码一位乘法
    - 无符号数乘法运算电路
    - 补码一位乘法
    - 补码乘法运算电路
  - 定点数的除法运算
    - 符号扩展
    - 原码除法运算(不恢复余数法)
    - 补码除法运算(加减交替法)
    - 除法运算电路
- c语言整数类型及类型转换
  - 有符号和无符号的转换
  - 不同字长整数之间的转换
- 数据的存储和排列
  - 数据的大端方式和小端方式存储
  - 数据按边界对齐方式存储
考点
- 选择题
  - 2009 类型转换精度问题
  - 2010 补码运算溢出问题
  - 2012 边界对齐地址
  - 2012 类型机器数
  - 2014 定点补码溢出问题
  - 2016 无符号数类型转换
  - 2018 溢出问题下机器数
  - 2018 小端方式机器代码
  - 2018 逻辑右移算术右移机器数
  - 2019 类型转换溢出问题
  - 2020 边界对齐存储单位地址
浮点数表示与运算
- 浮点数表示
  - 浮点数的表示格式
  - 浮点数的表示范围
  - 浮点数的规格化
  - IEEE754标准
  - 定点,浮点表示的区别
    - 数值表示范围
    - 精度
    - 数的运算
    - 溢出问题
- 浮点数的加减运算
  - 对阶
  - 尾数求和
  - 规格化
  - 舍入
  - 溢出判断
  - c语言中浮点类型
考点
- 选择题
  - 2009 浮点数计算,结果
  - 2010 浮点数计算
  - 2011 浮点数计算(IEEE754单精度格式)
  - 2012 浮点数最大整数(IEEE754单精度)
  - 2013 浮点数IEEE754单精度数值
  - 2014 浮点数IEEE754符号问题
  - 2015 浮点加减运算辨析
  - 2018 浮点数规格化
  - 2020 浮点数IEEE754机器数对应值
  - 2021 浮点数IEEE754精确表示的范围
  - 2022 浮点数机器数互相转换
- 问答题
  - 2017 浮点数IEEE754 精度确实问题,机器数问题,溢出问题,最大值问题

3 存储系统

存储概述
- 存储器的分类
  - 作用分类
    - 主存储器
    - 辅助存储器
    - 高速缓冲存储器
  - 介质分类
    - 磁表面存储器(磁盘,磁带)
    - 磁芯存储器
    - 半导体存储器(MOS型存储器,双极型存储器)
    - 光存储器(光盘)
  - 存取分类
    - 随机存储器RAM
    - 只读存储器ROM
    - 串行访问存储器
  - 信息可保存性分类
    - 易失性存储器(RAM)
    - 非易失性存储器(ROM,磁表面存储器,光存储器)
    - 非破坏性读出
    - 破坏性读出
- 性能指标
  - 存储容量,单位成本,和存储速度
- 多级层次存储系统
  - Cache
  - 主存
  - 磁盘
考点
- 选择题
  - 不能随机存取的存储器
主存储器
- 主存储器DRAM实现, Cache由SRAM实现
- SRAM芯片,DRAM芯片
  - SRAM
    - 双稳态触发器(非破坏性读出,六晶体管MOS)
    - 存取速度快,集成度低,功耗大,价格贵
  - DRAM(动态随机存储器)
    - 通常一个晶体管
    - 容易集成,价位低,容量大,功耗低,速度比SRAM慢
    - 电荷维持时间只能1-2ms
      - 集中刷新
      - 分散刷新
      - 异步刷新
  - DRAM读写周期
  - SRAM,DRAM比较
  - 存储器芯片的内部结构
    - 存储体
    - 地址译码器
    - I/O控制电路
    - 片选控制信号
    - 读/写控制信号
- 只读存储器
  - 只读存储器(ROM)特点
    - 结构简单,位密度比可读写存储器高
    - 非易失性
  - ROM类型
    - 掩模式只读存储器 (MROM)
      - 只接写入无法更改其内容
    - 一次可编程只读存储器(PROM)
      - 实现一次性编程的只读存储器
    - 可擦除可编程只读存储器(EPROM)
      - 可多次改写,既可读又可写
      - 编程次数有限,写入时间过长
    - Flash存储器
      - 不加电的情况下长期保存信息
      - 价格便宜,集成度高,又有E^2PROM电可擦除重写的特点,擦除重写速度快
    - 固态硬盘(Solid State Drives SSD)
      - 控制单元+存储单元(Flash芯片)
      - 保留了Flash长期保存信息,快速擦除与重写
      - 速度快,低功耗,价格较高
- 主存储器的基本组成
  - 主存储器 (Main Memory MM)
- 多模块存储器
  - 概念
    - 空间并行技术,利用多个结构完全相同的存储模块并行工作来提高存储器的吞吐率
  - 单体多字存储器
  - 多体并行存储器
    - 高位交叉编址
    - 低位交叉编址
考点
- 2010 RAM ROM 辨析
- 2012 闪存辨析
- 2014 DRAM地址引脚数据引脚
- 2015 存储器性质
- 2015 交叉编址存储器
- 2017 交叉编址存储器存取周期
- 2022 字节编址,突发传送
主存储器与cpu的连接
- 连接原理
- 主存容量的扩展
  - 位扩展法
  - 字扩展法
  - 字位同时扩展法
- 存储芯片的地址分配和片选
  - 线选法
  - 译码片选法
- 存储器与CPU的连接
  - 合理选择存储芯片
  - 地址线连接
  - 数据线连接
  - 读写命令线连接
  - 片选线连接
考点
- 选择题
  - 2009 设计存储器,所需芯片数
  - 2010 有指定芯片,组成存储器,最小地址
  - 2011 字节编址,有指定芯片,组成存储器,最小地址
  - 2016 字节编址,有指定芯片,组成存储器,最小地址,芯片数量
  - 2018 存储阵列,设计行列,引脚数集刷新开销少
  - 2021 指定地址线,数据线,设计存储器,RAM芯片数?
外部存储器
- 磁盘存储器
  - 磁盘存储器
    - 磁盘设备组成
      - 硬盘存储器组成
        
        磁盘存储器组成
        
        磁盘驱动器
        
        磁盘控制器
        
        盘片
      - 存储区域
        
        磁头数(Heads)
        
        柱面数(Cylinders)
        
        扇区数(Sectors)
    - 磁记录原理
      - 磁头磁性记录介质相对运动,通过电磁转换完成读/写操作
    - 磁盘性能指标
      - 记录密度
      - 磁盘的容量
      - 平均存取实际爱你
      - 数据传输率
    - 磁盘地址
    - 硬盘的工作过程
  - 磁盘阵列
    - RAID(独立冗余磁盘阵列)
- 固态硬盘
  - SSD 基于闪存技术的存储器,和U盘没本质区别
考点
- 选择题
  - 2013 读取扇区平均实际时间
  - 2013 RAID可靠性措施
  - 2015 读取扇区存取时间计算
  - 2018 磁盘存储器辨析
高速缓冲存储器
- 程序访问的局部性原理
- Cache的基本工作原理
- Cache和主存的映射方式
  - 直接映射
  - 全相联映射
  - 组相联映射
- Cache 主存块的替换算法
  - 随机算法(RAND)
  - 先进先出算法(FIFO)
  - 近期最少使用算法(LRU)
- Cache 写策略
  - 写命中
    - 全写法(write-through)
    - 回写法(write-back)
  - 写不命中
    - 写分配法(write-allocate)
    - 非写分配法(not-write-allocate)
考点
- 选择题
  - 2009 cache命中率计算
  - 2009 cache字节编址,组号
  - 2012 二路相联映射,LRU替换策略命中cache次数
  - 2014 指令cache,数据cache分离辨析
  - 2016 缓存缺失率计算
  - 2017 局部性辨析
  - 2021 回写策略,cache位数
  - 2022 8路组相联映射,cache个数与位数
- 问答题
  - 2010 cache 总容量设计
  - 2010 cache 行号计算
  - 2010 命中率,及程序执行时间对比
  - 2013 CPU总线时钟周期,带宽多少(最大传输速率)
  - 2013 cache缺失,需要几次突发总线事务完成主存块读取?
  - 2013 一次突发传送总线事务所需时间多少
  - 2013 指定缺失率,指令,访存次数,cpu执行时间多少
  - 2016 二路相联方式,位数多少,TLB存放的信息
  - 2016 块号装入cache, cache组号多少,缓存标记多少
  - 2016 cache缺失,缺页时间开销辨析
  - 2016 cache直写策略,修改页面总是回写策略辨析
  - 2020 缓存标记几位,LRU几位,是否有修改位
  - 2020 cache缺失次数
  - 2020 cache访问指令过程,cache缺失处理过程简述
虚拟存储器
- 概念
  - 主存和辅存共同构建虚拟存储器
- 虚拟存储器的基本概念
  - 虚拟存储器的基本概念
  - 页式虚拟存储器
    - 页表
    - 块表(TLB)
    - 具有TLB和Cache的多级存储系统
  - 段式虚拟存储器
  - 段页式虚拟存储器
  - 虚拟存储器与cache比较
    - 相同
      - 目标提高系统性能
      - 数据划分小信息块,并作为基本的传递单位,虚存信息块大
      - 都有地址映射,替换算法,更新策略
    - 不同
      - cache解决系统速度,虚拟存储器解决主存容量
      - cache全由硬件实现,虚拟存储由OS和硬件共同实现,逻辑上的存储器
      - 不命中性能影响,cpu为cache10倍,主存与硬盘100倍,虚拟存储对系统影响更大
      - cpu cache 主存都有直接访问的通路,辅存与cpu没有直接通路;
考点
- 选择题
  - 2010 访存辨析
  - 2013 虚实地址变换
  - 2015 TLB,直写方式,访问主存次数
  - 2015 回写方式,指定设计下,cache总容量位数
  - 2019 缺页辨析
  - 2020 tlb cache辨析
  - 2022 虚实地址转换
- 问答题
  - 2011 虚拟地址几位,虚页号,物理地址几位,页框号
  - 2011 物理地址位置
  - 2011 是否命中cache,虚实地址转换
  - 2011 虚拟地址存在主存中,思路组相联TLB
  - 2018 主存物理地址位数
  - 2018 按图,TLB什么映射方式
  - 2018 按图,Cache什么映射方式,什么策略(LRU替换,回写),cache总容量,有效位作用,附加位
  - 2018 虚实地址转换,是否命中擦车,映射组号多少
  - 2021 二路组相联,LRU替换策略,虚页号表示,页内地址
  - 2021 虚拟地址哪几位TLB组号
  - 2021 TLB 虚页号替换
  - 2021 虚拟地址位数变化32位,TLB位数增加几位

4 指令系统

1 指令系统
- 概念
  - 计算机执行某种操作的命令
  - 计算机所有指令的集合构成指令系统(指令集)
  - 指令体系结构(ISA)
    - 指令格式
    - 数据类型
    - 格式
    - 操作数
- 指令的基本格式
  - 一般操作数和地址码字段两部分
    - 操作码:执行什么性质,何种功能 (比如指出是算术加运算还是算术减少)-类似方法签名
    - 地址码:给出操作信息(指令或数据)地址 -类似方法入参值
  - 零地址指令
  - 一地址指令
  - 二地址指令
  - 三地址指令
  - 四地址指令
- 定长操作码指令格式
- 扩展操作码指令格式
- 指令的操作类型
  - 数据传送
  - 算术和逻辑运算
  - 移位操作
  - 转移操作
  - 输入输出操作
考点
- 选择题
  - 2017 三地址条数,二地址条数,地址字段位数,指令字长数多少
  - 2022 ISA辨析
  - 2022 指定零地址,一地址,二地址指令条数,零地址指令条数?
2 指令的寻址方式
- 指令寻址和数据寻址
  - 指令寻址
    - 指令寻址
    - 跳跃寻址
  - 数据寻址
- 常见的数据寻址方式
  - 隐含寻址
  - 立即寻址
  - 直接寻址
  - 间接寻址
  - 寄存器寻址
  - 寄存器间接寻址
  - 相对寻址
  - 基址寻址
  - 变址寻址
  - 堆栈寻址
考点
- 选择题
  - 2009 相对寻址,目标地址?
  - 2011 偏移寻址辨析
  - 2011 标志寄存器,转移条件信号
  - 2013 变址寻址,操作数
  - 2014 直接寻址和基址寻址,偏移量取值范围
  - 2016 先变址,后间址,操作数有效地址
  - 2017 寻址方式与具体数据结构设计匹配
  - 2018 变址寻址,变址寄存器内容
  - 2019 大端方式,基址寻址,操作数地址
  - 2020 直接寻址可寻范围
- 问答题
  - 2010 按指定格式,指令系统最多指令条数?多少通用寄存器?数据存储器和存储器数据寄存器需要多少位?
  - 2010 转移指令目标地址范围多少
  - 2010 操作码对应机器码多少?哪些寄存器和存储单元内容变化,变化后内容是什么
  - 2013 字节编址,字编址,条件转移最多跳转多少指令
  - 2013 条件转移指令 PC值多少?执行时某状态后,PC值多少
  - 2013 信号输出各表示什么?
  - 2013 部件名称和功能说明
  - 2015 指定指令格式下指令系统,可以多少条指令
  - 2015 指定代码下机器代码什么?
  - 2015 指定代码下控制信号,控制信号取值
  - 2015 指令对应时钟周期计算
  - 2021 ALU宽度多少,可寻址主存空间大小多少字节,指令寄存器,主存地址寄存器和主存数据寄存器有多少位
  - 2021 指定格式下,多少种操作,通用寄存器最多少个
  - 2021 指令功能是什么,通用寄存器内容,结果是否溢出
  - 2021 指定格式下偏移量带符号整数,选择零扩展,还是符号扩展?
  - 2021 无条件转移指令使用哪种指令格式
3 程序的机器级代码表示
- 常用汇编指令介绍
  - 相关寄存器
  - 汇编指令格式
  - 常用指令
    - 数据传送指令
      - push 指令
      - pop 指令
      - mov 指令
    - 算术和逻辑运算指令
      - add/sub指令
      - inc/dec指令
      - imul指令
      - idiv指令
      - and/or/xor指令
      - not指令
      - neg指令取负指令
      - shl/shr指令逻辑移位指令
    - 控制流指令
      - jmp指令
      - jcondition指令
      - cmp/test指令
      - call/ret指令
- 过程调用的机器级表示
  - 执行步骤
- 选择语句机器级表示
  - if-then if-then-else case等
  - 条件码(标志位)
    - CF 进位/借位标志
    - ZF 零标志
    - SF 符号标志
    - OF 溢出标志
  - if 语句
- 循环语句机器级表示
  - while for do-while
  - do-while循环
  - while循环
  - for循环
考点
- 问答题
  - 2017 RISC CISC概念
  - 2017 机器指令代码字节占用计算
  - 2017 cmp指令执行后,CF进位借位标志内容,计算过程
  - 2017 shl指令是否可实现指定功能
  - 2019 按代码,指定指令调用次数
  - 2019 条件转移指令识别,哪几个指令一定程序跳转执行
  - 2019 call指令下虚拟地址,识别大端方式还是小端方式,计算相对寻址方式,指定指令偏移量;
  - 2019 识别程序值计算异常问题,修改机器级代码
  - 2019 imul指令乘积满足条件,of=1溢出?溢出转异常,编译器加什么指令
  - 2019 4路组相联映射方式,主存地址中,哪些是快内地址,哪几位是cache组号,哪几位是tag信息,读取时call指令,指令cache的哪一组命中
4 CISI和RISC的基本概念
- CISC 复杂指令系统计算机
- RISC 精简指令系统计算机
- CISC RISC 比较
考点
- 选择题
  - RISC辨析
  - 指令流水线等作用,RISC CISC 作用辨析

5 中央处理器

1 cpu 的功能和基本结构
- cpu 的功能
  - 指令控制
  - 操作控制
  - 时间控制
  - 数据加工
  - 中断处理
- cpu 的基本结构
  - 运算器
    - 算术逻辑单元
    - 暂存寄存器
    - 累加寄存器
    - 通用寄存器组
    - 通用寄存器组
    - 程序状态字寄存器
    - 移位器
    - 计数器
  - 控制器
    - 程序计数器
    - 指令寄存器
    - 指令译码器
    - 存储器地址寄存器
    - 存储器数据寄存器
    - 时序系统
    - 微操作信号发生器
考点
- 选择题
  - 2010 寄存器辨析
  - 2016 程序计数器,指令寄存器位数识别
2 指令执行过程
- 指令周期
- 指令周期数据流
  - 取指周期
  - 间址周期
  - 执行周期
  - 中断周期
- 指令执行方案
  - 单指令周期
  - 多指令周期
  - 流水线方案
考点
- 选择题
  - 2009 指令和数据区分依据
  - 2011 cache和指令预取技术,"开中断",辨析
3 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
  - 基本结构
    - cpu内部单总线方式
    - cpu内部多总线方式
    - 专用数据通路方式
  - 寄存器之间数据转送
  - 主存与cpu之间数据传送
  - 执行算术或逻辑运算
考点
- 选择题
  - 2016 单周期处理器辨析
  - 2021 数据通路辨析
- 问答题
  - 2009 表格列出指令执行阶段,每个节拍的功能和有效控制信号
  - 2015 寄存器程序可见问题;指定的暂存器作用;控制型号位数判断;部件功能和作用;端点中控制部件的输出端连接;完善单总线数据通路,添加连线来表示数据的流动方向;二路选择器输入端为什么是2
  - 2022 1 符号标志位中逻辑表达式是什么;进行指定操作后,溢出标记位逻辑表达式是是什么;
  - 2022 2 为什么设置指定暂存器
  - 2022 3 地址译码器连接选择
  - 2022 4 取指令阶段至少需要几个时钟周期
  - 2022 5 控制信号由什么部件产生,寄存器输出信号连接到部件的输入端
4 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
  - 微程序控制器
- 硬布线控制器
  - 硬布线控制单元图
  - 硬布线控制器时序系统和微操作
    - 时钟周期
    - 机器周期
    - 指令周期
    - 微操作命令分析
  - CPU的控制方式
    - 同步控制方式
    - 异步控制方式
    - 联合控制方式
  - 硬布线控制单元设计步骤
    - 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
- 微程序控制器
  - 微程序控制的基本概念
    - 微命令与微操作
    - 微指令与微周期
    - 主存储器与控制存储器
    - 程序与微程序
    - 寄存器
      - 地址寄存器(MAR)
      - 微地址寄存器(CMAR)
      - 指令寄存器(IR)
      - 微指令寄存器(CMDR UID)
  - 微程序控制器组成和工作过程
    - 基本组成
      - 控制存储器
      - 微指令寄存器
      - 微地址形成部件
      - 微地址寄存器
    - 工作过程
    - 微程序和机器指令
  - 微指令编码方式
    - 直接编码(直接控制)方式
    - 字段直接编码方式
    - 字段间接编码方式
  - 微指令地址形成方式
  - 微指令格式
    - 水平型微指令
    - 垂直型微指令
    - 混合型微指令
    - 水平型微指令和垂直型微指令比较
  - 微程序控制单元设计步骤
    - 写出机器指令的微操作命令与节拍
    - 确定微指令格式
    - 编写微指令码点
  - 动态微程序设计和毫微程序设计
    - 动态微程序设计
    - 毫微程序设计
  - 硬布线和微程序控制器特点
    - 硬布线控制器特点
    - 微程序控制器的特点
考点
- 选择题
  - 2009 硬布线特点
  - 2012 微程序控制方式,控制字段至少个数
  - 2014 微程序控制方式,断定法,地址字段位数
  - 2017 主存储器,控制寄存器辨析
  - 2019 时钟脉冲信号辨析
  - 2019 指定指令功能,所需的组件
  - 2021 汇编程序可见寄存器
5 异常和中断机制
- 异常和中断的基本概念
- 异常和中断的分类
  - 异常的分类
    - 故障(Fault)
    - 自陷(Trap)
    - 终止(Abort)
  - 中断的分类
    - 可屏蔽中断
    - 不可屏蔽中断
  - 异同
    - 本质是一样的
    - 缺页,溢出等异常是由特定指令在执行过程中产生的
    - 异常的检测由cpu自身完成,不必通过外部信号通知cpu;对于中断必须通过中断请求线获取中断源的信息,才能知道哪个个设备发生了何种异常中断
    - 一般,异常在当前指令执行过程中检测,中断在当前指令执行后检测
- 异常和中断的响应过程
  - 关中断
  - 保存断点和程序状态
  - 识别异常和中断并转到相应的处理程序
考点
- 选择题
  - 2015 内部异常辨析
  - 2016 中断或异常辨析
  - 2020 自陷(Trap)叙述
  - 2021 必须回到当前指令重新执行的是
6 指令流水线
- 指令流水线基本概念
  - 指令流水定义
  - 流水线的表示方式
- 流水线的基本实现
  - 流水线的数据通路
  - 流水线的控制信号
  - 流水线的执行过程
    - 取指
    - 译码/读寄存器ID
    - 执行/计算地址EX
    - 访存(MEM)
    - 写回(WB)
  - 流水线的冒险与处理
    - 结构冒险
    - 数据冒险
      - 写后读
      - 读后写
      - 写后写
    - 控制冒险
  - 流水线的性能指标
    - 流水线的吞吐率
    - 流水线的加速比
  - 高级流水线技术
    - 超标量流水线技术
    - 超长指令字技术
    - 超流水线技术
考点
- 选择题
  - 2009 cpu周期
  - 2013 流水线吞吐率
  - 2016 数据冒险指令对
  - 2017 超标量流水线特性辨析
  - 2017 指令流水线数据通路辨析
  - 2018 cpu时钟周期
  - 2019 数据冒险
  - 2020 处理器类型CPI,流水线与单周期,多周期
- 问答题
  - 2014 1 存储器编码地址单位
  - 2014 2 指定指令下,数据结构对应元素位数
  - 2014 3 offset字段值,相对寻址方式,pc中指定的指令指令地址;指令转移目标地址计算公式
  - 2014 4 流水线(IF/ID/EXE/MEM/WB)哪些指令会发生流水线阻塞,哪些会发生控制冒险,指令为什么不会数据相关而发生阻塞
  - 2014 1 程序P执行结束,组件中值多少
  - 2014 2 指令cache/数据cache分离,数据区容量设计;执行P程序,命中率多少;
  - 2014 3 哪些会溢出异常,哪些可能缺页异常,数组A访问,读磁盘,TLB各多少次;
7 多处理器基本概念
- SISD SIMD MIMD 基本概念
  - 单指令流单数据SISD结构
  - 单指令流多数据流SIMD结构
  - 多指令流单数据流MISD结构
  - 多指令流多数据流MIMD结构
- 硬件多线程的基本概念
  - 细粒度多线程
  - 粗粒度多线程
  - 同时多线程
- 多核处理器的基本概念
- 共享内存多处理器的基本概念
  - 具有共享的单一物理地址空间的多处理器称为共享内存多处理器SMP
考点
- 选择题
  - 2022 并行处理技术辨析

7 输入/输出系统

1 I/O系统基本概念(不考)
- 输入/输出系统
  - 外部设备
  - 接口
  - 输入设备
  - 输出设备
  - 外存设备
    - I/O软件
    - I/O硬件
- I/O控制方式
  - 程序查询方式
  - 程序中断方式
  - DMA方式
  - 通道方式
- 外部设备
  - 输入设备
    - 键盘
    - 鼠标
  - 输出设备
    - 显示器
    - 打印机
  - 外部存储器
    - 磁表面存储器
    - 固态硬盘(SSD)
    - 光盘存储器
考点
- 选择题
  - 2010 显存带宽计算
2 I/O接口
- I/O接口功能
  - 地址译码和设备选择
  - 主机与外设的通信联络控制
  - 实现数据缓冲
  - 信息格式的转换
  - 传送控制命令和状态信息
- I/O接口的基本结构
  - I/O指令只能在操作系统内核的底层I/O软件中使用,是一种特权指令
  - 辨析:接口,端口不通;端口是接口电路上读写寄存器,端口及控制路基组成接口
- I/O接口类型
  - 按数据传送方式
    - 并行接口
    - 串行接口
  - 主机访问I/O设备控制方式
    - 程序查询接口
    - 中断接口
    - DMA接口
  - 功能选择的灵活性
    - 可编程接口
    - 不可编程接口
- I/O端口及其编址
  - 统一编址,又称存储器映射方式
  - 独立编址,又称I/O映射方式
- I/O方式
  - 主机和I/O设备之间数据传送,可以采用不同的控制方式,各种方式代价,性能,解决问题的着重点不同;
  - 程序查询,程序中断,DMA和通道等
  - 程序查询方式
  - 程序中断方式
    - 程序中断基本概念
    - 程序中断的工作流程
      - 中断请求
      - 中断响应判优
      - cpu响应中断的条件
      - 中断响应过程
        
        关中断
        
        保存断点
        
        引出中断服务程序
      - 中断向量
      - 中断处理过程
        
        关中断
        
        保存断点
        
        中断服务程序寻址
        
        保存现场和屏蔽字
        
        开中断
        
        执行中断服务程序
        
        关中断
        
        恢复现场和屏蔽字
        
        开中断,中断返回
    - 多重中断和中断屏蔽技术
  - DMA 方式
    - DMA方式特点
    - DMA控制器组成
      - DMA控制器(DMA接口)
      - 主存地址计数器
      - 传送长度计数器
      - 数据缓冲寄存器
      - DMA请求触发器
      - "控制/状态"逻辑
      - 中断机构
    - DMA传送方式
      - 停止cpu访存
      - 周期挪用(周期窃取)
      - DMA与cpu交替访存
    - DMA传送过程
      - 预处理
      - 数据传送
      - 后处理
    - DMA方式和中断方式区别
考点
- 选择题
  - 2009 外部中断触发
  - 2010 中断服务程序执行顺序
  - 2011 中断屏蔽字
  - 2011 设备I/O时间占比
  - 2012 响应外部中断过程
  - 2013 辨析中断I/O方式和DMA方式
  - 2014 设备I/O时间占比
  - 2015 中断I/O方式
  - 2017 辨析多重中断系统
  - 2018 辨析外部I/O中断
  - 2019 设备I/O时间占比
  - 2019 辨析DMA方式
  - 2020 辨析外部中断事件
  - 2020 辨析外部中断,不可屏蔽中断,可屏蔽中断
  - 2020 辨析DMA方式细节
  - 2021 辨析多重响应中断系统
  - 2022 辨析中断I/O方式
- 问答题
  - 2009 1 设备I/O在cpu运行时间占比
  - 2009 2 DMA方式下设备I/O在cpu运行时间占比
  - 2012 1 MIPS数多少,cache缺失次数多少?主存带宽多少满足cpu访存要求
  - 2012 2 cache缓存缺失时访问主存,DMA周期挪用方式,DMA请求次数至少多少
  - 2012 3 cpu和dma控制器同时访问存储器总线,哪个优先级高
  - 2012 4 低位交叉存储模式,存储周期50ns,主存提供的最大带宽
  - 2016 1 异步串行通信传输多少位,每秒向I/O端口送入多少字符
  - 2016 2 中断方式,读取1000字符,需要多少个时钟周期,cpu完成时间多少时钟周期,中断响应,cpu进行了什么操作
  - 2018 1 设备定时查询I/O方式,多少间隔不丢数据,CPU占总时间的百分比至少多少
  - 2018 2 中断I/O方式,判断在中断处理总时钟周期400,设备是否能采用I/O方式
  - 2018 3 DMA方式,输入输出,占cpu总时间百分比多少
  - 2022 1 扇区数据及地址信息,地址信息对应3个字段,名称;磁盘,各字段占多少位
  - 2022 2 一个扇区平均访问时间
  - 2022 3 DMA 周期挪用方式,DMA向cpu发送了多少次总线请求,是否可以获得总线使用权

【计算机组成原理】总览

1 计算机系统概述

2 数据的表示与运算

3 存储系统

4 指令系统

5 中央处理器

7 输入/输出系统