1.冯诺依曼机 特点：
1.计算机硬件系统由运算器、存储器、控制器、输入设备、输出设备5大部件组成
2.指令和数据以同等地位存储在存储器中，并可按地址寻访
3.指令和数据均用二进制代码表示
4.指令由操作码和地址码组成，操作码表示操作的性质，地址码表示操作数在存储器中的位置
5.指令在存储器中按序存放，通常指令顺序执行，特定条件下可改变运算顺序
6.早期冯诺依曼机以运算器为中心，输入输出设备通过运算器与存储器传送数据
2.存储器
主存储器（主存）：cpu可直接访问的存储器，工作方式是按存储单元的地址存取；地址寄存器MAR 数据寄存器MDR。
辅助存储器（辅存）：信息调入主存后才能被cpu调用【CPU+主存=主机】
3.指令执行过程描述
取指令->分析指令->执行指令 （例：取数指令）
取指：PC->MAR->M->MDR->IR 根据PC取指令到IR（pc内容送MAR，MAR中内容送地址线，控制器送读信号到控制线，主存从指定位置读指令送数据线，MDR从数据线接受指令，送IR）
析指：OP(IR)->CU 指令译码并送出控制信号（控制器根据IR中指令操作码生成相应控制信号送到不同执行部件）
执行指令：AD(IR)->MAR->M->MDR->ACC 取数操作（IR中指令地址码送MAR，MAR内容送地址线，控制器送读信号到控制线，从主存读操作数送数据线，MDR读数据送ACC）
4.计算机层次结构
层次结构
5.计算机主要性能指标
机器字长：计算机一次整数运算能处理的二进制数据位数，通常与CPU寄存器位数、加法器有关
对比：｛指令字长：一个指令字包含的二进制代码的位数；存储字长：一个存储单元存储的二进制代码的长度｝ 都是字节的整数倍
数据通路宽带：数据总线一次能并行传递信息的位数
主存容量：主存所能存储信息的最大容量
吞吐量：系统单位时间内处理请求的数量
响应时间：从用户提交请求到系统首次产生响应并获得其需要的结果所用时间
主频：机器内部主时钟的频率，时钟周期的倒数
CPI ：执行一条指令所需的时钟周期数
执行时间：运行一个程序所花费的时间
MIPS ：每秒执行多少百万条指令
FLOPS ：每秒执行多少次浮点运算
透明性：用户看不到的
6.纠错与检错编码
1.奇偶校验码
奇校验：整个校验码的1的个数为奇数
偶校验：整个校验码的1的个数为偶数
检测出奇数位错误，没有纠错能力
2.循环冗余校验码CRC
利用多项式生成校验码
检测出奇数位错误和双比特错误，选择合适的生成多项式才有纠错能力
3.海明校验码
本质是分组偶校验，多个校验位可以反应出错位置
海明码有1位纠错能力，2位检错能力
7.原码反码补码移码
0的补码是唯一的，如果机器字长为8那么[0]补=00000000。
正数的原、反、补码都一样：0的原码跟反码都有两个，因为这里0被分为+0和-0。
8.Cache与主存映射的原理
将主存和cache划分为等大的块，将主存中常用的数据存放在cache中，两者通过地址形成映射关系。映射方式包括全相联映射，直接相连映射，和组相联映射。
全相联映射：主存中的块可以存放在任意一个cache块中，地址划分为标记和块内地址
直接相联映射：主存中的块只能被映射到唯一一块cache中，地址划分为标记，行号，块内地址
组相联映射：主存张总的块只能被映射到某一组cache块中，但是在组内可以随意放置，地址划分为标记，组号，和块内地址
9.什么是机器字长，什么是存储字长长？
机器字长：CPU一次能够处理的二进制数据的位数。
存储字长：按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据的位数。
10.主存储器中，什么是MAR，什么是MDR，存储器的最大容量由什么决定？
1）MAR：存储地址寄存器，保存需要访问的存储单元地址。反映存储单元的个数。
2）MDR：存储数据寄存器，缓存读出/写入存储单元的数据。反映存储字长。
3）存储器的最大容量由MAR寄存器的位数和MDR寄存器的位数决定。
假设MAR寄存器的位数为16位，MDR寄存器的位数为16位，存储器的最大容量是多少？
1）MAR寄存器的位数为16位，能表示的地址个数为2的16次方，为64K；
2）MDR寄存器的位数为16位，说明存储字长为16位，也即2个字节；
3）存储器的最大容量为64K * 2B = 128K Byte
11.什么是存储单元、存储字、存储字长、存储体？
存储单元：存储一个存储字并具有特定存储地址的存储单位；
存储字：一个存储单元中存放的所有的二进制数据，按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据。
存储字长：存储字中二进制数据的位数，即按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据的位数；
存储体：由多个存储单元构成的存储器件。
12.什么是机器字长，什么是存储字长长？
机器字长：CPU一次能够处理的二进制数据的位数。
存储字长：按照某个地址访问某个存储单元获取的二进制数据的位数。
13.系统总线
为什么要使用总线？
在冯诺依曼结构中，各个部件之间均有单独连线，不仅线多，而且导致扩展I/O设备很不容易。即扩展一个I/O设备，需要连接很多线。因此，引入了总线连接方式，将多个设备连接在同一组总线上，构成设备之间的公共传输通道。
总线的两大基本特征是什么？
1）共享：多个部件连接在同一组总线上，各个部件之间都通过该总线进行数据交换。
2）分时：同一时刻，总线上只能传输一个部件发送的信息；
系统总线按照传输信息的不同，分成哪几类？是单向的，还是双向的？
1）分成数据总线、地址总线以及控制总线。
2）数据总线：各个功能部件之间传送数据信息，双向传输；
3）地址总线：用来指明数据总线上，源数据或目的数据所在的主存单元的地址。单向：由CPU发出
4）控制总线：用来发送各种控制信号。对于控制总线中的单根线，是单向的，即只能由一个部件发向另一个部件。而一组控制总线中，有输入也有输出，因此，控制总线也可以看成是双向的。
什么是总线宽度、总线带宽、总线复用、信号线数？
1）总线宽度：数据总线的根数，一般是8的倍数。是衡量计算机系统性能的重要指标；
2）总线带宽：即总线数据传输速率，总线上每秒能够传输的最大字节量。
3）总线复用：一条信号线上分时传送两种信号。例如数据总线和地址总线的分时复用；
4）信号线数：地址总线、数据总线和控制总线三种总线的线数之和。
简要说明单总线结构的概念及缺点？（现代计算机为什么要采用多总线结构？）
在单总线结构中，所有的部件（CPU、主存、I/O设备）都连接在一组总线上。
但所有的信息传送都要通过这组总线，同时只能有一个部件向总线上发送信息，导致总线成为系统的瓶颈。
因此，发展出来了多总线结构，其基本思想均是将速度相近的设备挂接在同一组总线上，总线之间通过总线控制器相连。
例如CPU和Cache之间、I/O设备之间等。
集中式总线判优控制有哪三种方式，哪种方式的优先级不能改变？
1）链式查询、计数器定时查询、以及独立请求。
2）链式查询的优先级不能改变，离控制器最近的优先级最高。
什么是总线周期，分为哪几个阶段？
1）总线周期：总线上两个部件完成一次完整且可靠的数据传输时间；
2）分为四个阶段：
申请分配阶段：申请总线
寻址阶段：发出地址及有关命令
传数阶段：进行数据交换
结束：从总线上撤除信号，让出总线
什么是总线通信控制，总线通信控制有哪几种？
1）总线通信控制：解决通信双方如何获知传输开始和传输结束，以及如何协调配合；
2）同步通信、异步通信、半同步通信、分离式通信
什么是同步通信？其优点和缺点？
１）同步通信：总线上各个部件由统一的时钟信号控制；在总线周期中，每个时钟周期各个部件如何动作都有明确的规定。
２）优点：速度快，各个模块间配合简单
３）缺点：以总线上最慢的部件来设计公共时钟，影响总线效率。
什么是异步通信？异步通信分为哪几种类型？
1）异步通信：总线上各部件没有统一的时钟标准，采用应答式通信；（主模块发出请求后，一直等到从模块反馈回来应答信号之后才开始通信）
2）不互锁、半互锁、全互锁。（需要了解各种方式的含义）
什么是波特率？什么是比特率？（需要掌握如何计算波特率、比特率）
波特率：单位时间内传送的二进制数据数据的位数，单位bps
比特率：单位时间内传送的有效的二进制位数。
奇偶校验可以纠错吗？汉明码可以纠错码？
1）奇偶校验只能检错，不能纠错。
2）汉明码可以纠错。
14.存储器
什么是存取时间？什么是存取周期？哪个大？
1）存取时间：启动一次存储器完成本次操作（读或写）所需的时间；
2）存取周期：连续两次启动存储器所需要的最小间隔时间；
3）存取周期包含存取时间；
什么是存储器带宽？（要了解如何计算存储器带宽）
单位时间内存储器存取的信息量；
带宽＝（总线频率×数据位宽）÷8
位宽32 频率1000000000/200＝50000000＝50MHZ
那么带宽＝32×50/8＝200
随机存储器包含哪两大类？哪个需要刷新？请从速度、容量、价格等方面进行简要比较。
1）静态RAM：采用锁存器原理实现；
2）动态RAM：采用电容原理实现，需要刷新。
3）相比于动态RAM，静态RAM的速度快、容量小、价格高，一般用于缓存，而动态RAM一般用于内存。
只读存储器有哪几种？
1）掩模ROM（MROM）：出厂后内容不能被更改。
2）PROM：可编程只读存储器，可以进行一次性编程；
3）EPROM：可擦除只读ROM，用紫外线照射；
4）EEPROM：电可擦除只读ROM。
6）FLash Memory：采用EEPROM的非易失性存储器。
单片存储器芯片的容量有限，很难满足实际需要，因此必须将若干存储芯片连接在一起才能组成足够容量的存储器。
存储器的扩展通常有位扩展和字扩展，什么是字扩展，什么是位扩展？请举例简要说明
1）位扩展：增加存储器的字长，例如两个1K * 4位的存储芯片构成1个1K*8位的存储器；
2）字扩展：增加存储器的字数，例如两个1K * 8位的存储芯片构成1个2K * 8位的存储器；
通常字扩展和位扩展两种方式混合使用。
假设欲检测的二进制代码为n位，为了使其具有1位的纠错能力，需添加K位检测位，组成n+k位的代码。问，应添加多少位检测位？
应添加的检测位位数：2的k次方大于等于n+k+1。
因为要使其有1位的检测能力，必须使用k位来说明n+k位到底哪一位出现了错误，k位能表达的数量为2的k次方，而n+k位到底哪一位
出现了错误或者是全部正确，共有n+k+1种状况，因此，k的取值需要满足：2的k次方大于等于n+k+1
汉明码掌握
多体并行系统有哪两种编址方式？请简要说明其编址方式及其优点。
1）高位交叉编址方式：存储体的编址方式为顺序存储，即一个存储体存满后，再存入下一个；存储单元地址的高位为存储体的编号。
高位交叉编址并不能提高单次访存速度，但能使多应用并行访存，提高系统的并发性。
2）低位交叉编址方式：存储体的编址方式为交叉存储。即程序连续存放在相邻的存储体之中。存储单元地址的低位为存储体的编号。
低位交叉编址能显著提高单次访存速度。
在四位低位交叉编址中，假设存取周期为T，总线传输周期为τ，为了实现流水线方式存储，应满足什么条件？如果连续读取四个字，所需要的时间是多少？
1）T= 4τ
2）连续读取四个字，所需要的时间为T + （4-1）τ
注意：假设不是低位交叉编址，而是高位交叉编址，连续读取四个字所需要的时间仍然为4T。
需要大家掌握多体并行存储器在高位交叉编址（顺序存储）和低位交叉编址（交叉存储）的情况下，存储器带宽的计算方式。
https://blog.csdn.net/qq_40627648/article/details/83625869
在CPU和内存之间引入cache的原因。
1）避免cpu空等I/O访存；
2）缓解CPU和主存速度不匹配的问题。
Cache命中率、平均访问时间以及访问效率的计算
https://blog.csdn.net/qq_43627631/article/details/106627685
Cache写操作有哪两种方式？
1）写直达法：写操作既写入Cache又写入主存；
2）写回法：只把数据写入Cache而不写入主存，当Cache中数据被替换出去之后才写入主存。
将主存地址映射到Cache地址称为地址映射，常见的Cache映射方式有哪几种？
直接映射、全相联映射、组相联映射。
https://blog.csdn.net/Ace_bb/article/details/106420469
直接映射的优缺点？
优点：地址变换速度快。缺点：cache利用率不高，块冲突率高；
全相联映射的优缺点？
优点：cache利用率高，块冲突率低。缺点：地址变换复杂，需要较多的硬件。
需要大家掌握各种映射方式之下，写出主存地址格式、cache地址格式，以及主存地址向cache地址的转换。
Cache常用的替换算法有哪些？哪个命中率最高？
1）先进先出、近期最少使用算法和随机替换算法；
2）命中率最高的是近期最少使用算法；
磁盘的三地址结构包括哪些？
柱面、磁头号和扇区号
15.IO
什么是中断？
计算机在执行程序过程中，当出现异常清空或特殊请求时，计算机停止现行程序的运行，转去处理这些异常清空或特殊请求，处理结束后，再返回现行程序的间断处，继续执行原程序，即为中断。
中断服务程序的基本流程包括哪四部分？
1）保护现场
2）中断服务
3）恢复现场
4）中断返回
什么是单重中断和多重中断？
1）单重中断：不允许中断现行的中断服务程序；
2）多重中断：允许级别更高的中断源中断现行的中断服务程序，也称为中断嵌套；
10、CPU响应中断的时机？
当前指令执行完毕后，cpu发出中断查询信号，也就是说，中断响应一定是在每条指令执行结束之后进行的，不可能在指令执行过程中响应中断。
什么是DMA？
DMA：直接内存访问。在主存和I/O设备之间建立独立的总线连接。
在DMA方式中，由于DMA接口与CPU共享主存，可能会出现两者争用主存的冲突，为解决冲突，DMA和主存交换数据时，通常采用哪三种工作方式？
1）停止CPU访问主存：DMA访存优先级高；
2）周期挪用（窃取）：DMA挪用存储或窃取总线使用权一个或几个主存存取周期；
3）DMA和CPU交替访问：将CPU工作周期分成两部分，一部分供DMA访存，一部分供CPU访存。
DMA工作过程包括哪三部分？
1）预处理
2）数据传输
2）后处理
16.指令
假设指令中有四个地址、三个地址、两个地址以及一个地址，各自需要访存几次？
1）四地址：访存4次；
2）三地址：访存4次；
3）两地址：访存3次；
4）一地址：访存2次；
当使用寄存器代替指令字中的地址码字段后，有哪些优点？
1）扩大指令字的寻址范围；
2）缩短指令字长；
3）减少访存次数
数据在存储器中存储时，为什么要按照边界对齐？
减少访存次数
寻址方式包括哪两类？
1）指令寻址：下一条将要执行的指令的指令地址；
2）数据寻址：确定本指令的操作数地址。
什么是形式地址？什么是有效地址？
1）形式地址：指令的地址码字段通常都不代表操作数的真实地址，成为形式地址，记为A；
2）有效地址：操作数的真实地址，记为EA，由寻址特征和形式地址共同决定；
了解各种寻址方式的概念及根据形式地址形成有效地址的方式。
立即寻址、直接寻址、隐含寻址、间接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址寻址（隐式或显式）、变址寻址、相对寻址、堆栈寻址
12、什么是RISC？什么是CISC？
RISC：精简指令集；
CISC：复杂指令集；
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