第一章 计算机概论
- 1. 冯诺依曼计算机体系结构的基本思想是什么？按此思想设计的计算机硬件系统应由哪些部件组成？他们各起什么作用？
答：基本思想：存储程序，指令执行。顺序存储
组成部件：计算机应包括运算器，存储器，控制器，输入和输出设备五大基本设备
作用：存储器：存放程序和数据的元件
运算器：信息加工，算术运算和逻辑运算
控制器：从存储器取出程序中的控制信息经过加工分析后，按照要求给其他部分发出控制信息
输入设备：把程序和数据等信息转换成计算机所能识别的编码，按顺序送往设备
输出设备：把计算机处理的数据，计算结果等内部信息按人的要求输出
- 2. 什么是CPU？什么是主机？输入输出设备为什么称为外围设备？
中央处理器（CPU）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。
主机是指计算机除去输入输出设备以外的主要机体部分。也是用于放置主板及其他主要部件的控制箱体（容器Mainframe）。通常包括 CPU、内存、硬盘、光驱、电源、以及其他输入输出控制器和接口。
输入输出设备是实现计算机系统与人或其他设备，系统之家进行信息交换的装置。又叫I/O设备。外部设备，外围设备。
- 3. 如何理解软硬件之间的等价性？
用硬件实现的功能，在原理上可以用软件实现；用软件实现的功能，在原理上也可以用硬件来实现，这就是硬件和软件的等价性。例如，硬件可以直接做乘法运算，也可以通过软件用相加和移位的方式实现乘法运算。运行软件可以控制计算机的运行，但也可以把软件固化在ROM芯片中（如BIOS），在开机过程中由硬件直接运行。
- 4. 软硬件之间有什么关系？
计算机硬件与软件相互依存，缺一不可。 具体的说：1、没有安装操作系统软件的计算机是裸机，没有使用价值。硬件的功能无法实现得不到发挥2、有操作系统软件，但是没有计算机硬件就无法运行，操作就无从谈起。没有操作系统的支持， 其他任何应用软件更是无法应用。3、计算机硬件是软件运行的基础，软件是硬件得以发挥功能的平台
- 5. 冯诺依曼结构计算机的特点是什么？它有哪些局限性？
冯诺依曼结构计算机是一种典型的计算机组织结构，将计算机硬件分为运算器，存储器，控制器，输入部件和输出部件，采用存储程序的工作方式。冯诺依曼结构计算机的主要外部特征是：
(1)指令和数据都以字的方式存放在相同的存储器中，没有区别，由计算机的状态来确定从存储器独处的字是指令还是数据。指令送往控制单元译码，，数据送往运算器进行运算。
(2)指令顺序串行地执行，并由控制单元集中控制，采用一个PC计数器对指令进行寻址。
(3)存储器是一个单元定长的一维线性空间。
(4)使用低级机器语言，数据以二级制形式表示。指令中包括操作码和地址码两部分。操作数的编码格式从数据本身不能进行区别。
(5)单处理机结构，以运算器为中心，只有一个数据流和指令流。
冯诺依曼结构计算机的局限性在于它的并行性十分有限，不适合于人工智能和模式识别等
- 6. 存储器中存储的数据和程序是怎样区分的？
解：计算机区分指令和数据有以下2种方法：
（1） 通过不同的时间段来区分指令和数据，即在取指令阶段（或取指微程序）取出的为指令，在执行指令阶段（或相应微程序）取出的即为数据。
（2） 通过地址来源区分，由PC提供存储单元地址的取出的是指令，由指令地址码部分提供存储单元地址的取出的是操作数。
第三章系统总线
1.为什么要有总线判优控制？
答：为了解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题
2.什么是总线裁决？这些总线裁决有哪几种方式？
答：总线裁决：当采用非专用总线时，由于可能有多个设备或部件同时申请使用总线，就应该由总线控制机构来按照某种优先次序裁决，以保证在同一时间内只能有一个高优先级的申请者取得对总线的使用权。
总线裁决方式可分为集中式裁决和分布式裁决两种。
集中式裁决将总线的控制功能用一个专门的部件实现，这个部件可以位于连接在总线的某个设备上。当一个设备需要向共享总线传输数据时，它必须先发出请求，在得到许可时才能发出数据。裁决部件接收来自各个设备的总线使用请求信号，向其中某一个设备发出总线许可信号。
分布式裁决将控制功能分布在连接在总线上的各设备中，一般是固定优 先级的。每个设备分配一个优先号，发出总线请求的设备将自己的优先号送往请求线上，与其他设备的请求信号构成一个合成信号，并将这个合成裁决信号读入以判断是否有优先级更高的设备申请总线。这样可使得优先级最高的设备获得总线使用权。
3.集中式总线裁决有哪几种方式？这些总线裁决各有哪些特点？
答：方式：链式查询方式：各申请总线的设备合用一条总线作为请求信号线，而总线控制设备的响应信号线则串接在各设备间。
计数器定时查询方式：，设备要求使用总线时通过一条公用的请求线发出，总线控制器按技术的值对各设备进行查询。
独立请求方式：每个设备都有一个独立的总线请求方式送到总线控制器，控制器也给各设备分别发出一个总线响应信号
独立请求方式可以与链式查询方式结合某称分组查询方式
4.总线的同步传输方式与异步传输方式有何区别？各适合与哪些场合？
答：总线通信方式规定来，实现总线数据传输的定时规则，也就是总线协议。在同步方式中，所有的设备都从同一个公共的时钟信号中获得定时信息，数据的传输在一个共同的时钟信号控制下进行，总线的操作由固定的时序。这种方式时序关系简单，实现也比较简单，有利于提高总线传输速度，适用于系统中各个设备，各种总线的操作嘟嘟固定而且一直的场合。
异步通信采用握手信号代替时钟信号，总线操作周期不是固定的，操作的每个步骤都有一个信号表示。异步方式允许总线周期有较大变化范围，可适合各种工作速度的设备，缺点是对噪声较敏感
5.分析和归纳集中式串行链接，定时查询和独立请求这3种总线控制方式的优缺点
串行链接：优点（1）选择算法简单（2）控制线数少，只需要3跟，且不取决于于部件数量（3）可扩充性好。
缺点：（1）对“总线可用”线及其有关电路失效敏感（2）灵活性差，如果高优先级的部件频繁要求使用总线，高总先控制器远的部件难以获得总线使用权（3）“总线可用”信号顺序脉动的通过各个部件，总线的分配速度慢（4）受总线长度的限制，增减和移动部件受限制。
定时查询：优点（1）灵活性强，部件的优先次序由程序控制（2）可靠性高，不会因某个部件失效而影响其他部件使用总线
缺点：（1）总显得分配速度不能很高（2）控制较为复杂（3）控制线数多，需要2+log2N根。（4）可扩充性差
独立请求：优点（1）灵活性强，部件的优先次序由程序控制。（2）能方便地隔离失效部件的请求（3）总线的分配速度快
缺点：（1）控制较为复杂（2）控制线数多，要控制N个设备，需要有2N+1根控制线
二．分析题
1.为什么要有总线判优控制？
答：为了解决多个部件同时申请总线时的使用权分配问题
2.同一个总线不能既采用同步方式又采用异步方式通信，是吗，为什么？
答：半同步总线可以，这类总线既保留了同步通信的特点，又能采用异步应答方式连接速度相差较大的设备。通过在异步总线中引入时钟信号，其就绪和应答等信号都在时钟上升沿或下降沿有效，而不受其他时间信号干扰，采用Wait，若无效，则说明数据未准备好，下个时钟到来时，再采样Wait信号，直到检测有效，再去数据线上取数据，PCI总线也是一种半同步总线妈的所有时间在时钟下降沿同步，总线设备在时钟开始的上升沿采样总线信号。
3.考虑一个带有16位外部数据总线的32位微处理器，时钟频率为50HZ，假定总线的最短周期是4个时钟周期，处理器最大数据传输率是多少？为了提高数据传输率，是采用32位外部数据好？还是加倍外部时钟频率好？还有其他什么好的措施？
答：（1）设一个总线周期能够传输的数据量用D表示(D=2B)，时钟周期为T1=1/f，f为时钟频率50HZ，总线周期为T2（T2=4*T1），故处理器的最大传输数据率为：D/T2=D/4*f=2/4*50*106
/s=25MB/s
（2）若采用32位外部总线，则处理器的最大数据传输率为50MB/s。
（3）若倍频，从上述共识推导可以看出两种措施结果相同。
4．（1）某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数据，假设一个总线周期等于两个时钟周期，总线时钟周期频率位66MHZ，求总线带宽是多少？
（2）如果一个总线周期中并行 传送64位数据，总线时钟频率升为88MHZ，求总线带宽是多少？
解：（1）设总线带宽用Dr表示，总线时钟周期用T=1/f表示，一个总线周期的数据量用D表示，根据定义可得
Dr=D/T=D*2/T=D*f
=4B*33*1000000/s=132MB/s
(2)64位=8B，Dr=D*f
=8B*88*1000000/s=704MB/s