本文最后更新于：December 27, 2017 pm

汕大计算机系2017年的计组课最后期末的复习提纲，我个人整理各类资料和PPT总结，有部分可能会有错漏或不足，这里分享给有需要的同学。

01讲

词汇

ACM：Association for Computing Machinery，美国计算机协会

ENIAC：Electronic Numerical Integrator And Computer，电子数字积分计算机

ALU：算术逻辑部件，Arithmetic and Logical Unit

CP：时钟，Clock Pulse

ISA：Instruction Set Architecture，指令集体系结构（指令集架构）

LSIC：大规模集成电路(Large Scale Integrated circuits

MOOC：massive open online courses,大型开放式网络课程

两个PC：Person Computer, Program Counter

PLC：可编程逻辑控制器,Programmable Logic Controller

问题:

1.计算机系统是?

计算机系统＝硬件/固件＋软件

2.固件是什么？

① 固化的程序（firmware），例如计算机主板上的BIOS。
② 固件一般存储于设备中的电可擦除只读存储器EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)或FLASH芯片中，一般可由用户通过特定的刷新程序进行升级的程序。
③ 固件常见于：手机、数码相机、mp3、mp4、路由器、交换机、U盘、主板的BIOS（BIOS就是一种固件）、显卡的BIOS。

3.什么是“软件摩尔定律”？

软件摩尔定律：每18个月，软件体积大一倍，效率差一半。

4.冯·诺依曼体系和哈佛总线体系的区别？

程序空间和数据空间是否是一体的。
冯·诺依曼结构数据空间和地址空间不分开，哈佛结构数据空间和地址空间是分开的。

5.冯.诺依曼计算机体系的主要特点 ?

① 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五部分组成；
② 采用存储程序的方式；
③ 数据以2进制表示。

6.计算机系统结构概念的实质?

确定计算机系统中软硬件的界面，界面之上是软件实现的功能，界面之下是硬件和固件实现的功能。

02讲（数制和编码、整数的表示）

问题:

1.定点整数的原、反、补码表示?

小数点位置约定再固定位置的数称为定点数；小数点位置约定为可浮动的数称为浮点数。对于定点整数，其小数点总是固定在数的最右边，因此可用定点整数来表示整数。

03讲（浮点数-数据的宽度和存储）

词汇

IEEE：Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会

MSB(msb)，Most Significant Bit，最高有效位。或Most Significant Byte，最高有效字节。

LSB(msb)，least significant bit，最低有效位。或least significant byte，最低有效字节。

问题:

1.IEEE754标准32位浮点数的表示?

2.大端方式与小端方式?

大端是高低结合；大端方式将数据的最高有效字节存放在低地址单元中，将最低有效字节存放在高地址单元中，即数据的地址就是MSB所在的地址。
小端是高高结合；小端方式将数据的最高有效字节存放在高地址单元中，将最低有效字节存放在低地址单元中，即数据的地址就是LSB所在的地址。
最高有效位指数据最左边的一位数，最低有效位指最右边的那一位数
高地址是数字大的，低地址是数字小的。

04讲（数据的基本运算）

词汇

ASCII，ASCII（American Standard Code for Information Interchange，美国信息交换标准代码

ZF，零标志，Zero Flag

OF，溢出标志，Overflow Flag

CF，进/借位标志，Carry Flag

SF，符号标志，Sign Flag

FA，全加器，Full Adder

HA，半加器，Half Adder

RCA，行波进位加法器，ripple carry adder

CAS，可控加减单元，Controllable Adder Subtracter

CLA，先行进位发生器，carry look-ahead

问题:

1.理解并简单解释本讲介绍的典型电路?

2.补码加减法电路示意图?

3.对2求补器电路?

05讲（程序转换概述，初步认识ISA）

词汇

MAR（AR）：Memory Address Register，地址寄存器

MDR(DR)： Memory Data Register，数据寄存器

IR：Instruction Register，指令寄存器

GPRs：General Purpose Registers，通用寄存器

ACC：Accumulator，累加器

OP：操作码，Operation Code

CISC：Complex Instruction Set Computer，复杂指令系统计算机

RISC：Reduced Instruction Set Computer，精简指令系统计算机

RTL：Register Transfer Level，寄存器传输级

问题:

1.RR、RM、MM是什么?

RR结构：寄存器-寄存器结构（Register-Register）
RM结构：寄存器-存储器结构（Register-Memory）
MM结构：存储器-存储器结构（Memory-Memory）

06讲（IA-32指令系统概述）

词汇

IA：Intel Architecture，Intel架构

07讲（MIPS体系结构1）

词汇

MIPS：Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages，无内部互锁流水级的微处理器

MIPS：Million Instructions Per Second)，每秒处理百万指令数

问题:

1.简单MIPS程序?

08讲（MIPS体系结构2）

问题:

1.简单MIPS程序?

2.伪指令和伪操作的区别?

伪操作(directive)不会被编译器编译为机器指令，
伪指令(pseudo-instruction)会编译为机器指令。

09讲（ARM汇编）

词汇

ARM：Advanced RISC Machine，高级RISC处理机

IP：知识产权，intellectual property

GNU：通用公共许可证，GNU General Public License

10讲（程序执行概述，CPU结构和功能）

词汇

PSW：Program Status Word，程序状态字

问题:

1.现代CPU的组成？

现代CPU一般由运算器、控制器、数据通路（datapath）和高速缓冲存储器（Cache）组成。

——数据通路是指各部件之间通过数据线的相互连接。

——选择什么样的数据通路，对于CPU的性能有很大的影响。

2.CPU控制器的基本组成？

程序计数器（PC）
指令寄存器（IR）
指令译码器（ID）
时序发生器
操作控制器

3.运算器的基本组成？

算术逻辑单元（ALU）
累加寄存器（AC）或通用寄存器
数据寄存器（DR）
程序状态字寄存器（PSW）

4. CPU中的主要寄存器？

指令寄存器（IR）
程序计数器（PC）
地址寄存器（AR）
数据寄存器（DR）
累加寄存器（ACC）或GPRs
程序状态字寄存器（PSW）

5.CPU的具体功能?

指令控制：控制程序的顺序执行
操作控制：产生完成每条指令所需的控制命令
时间控制：对各种操作加以时间上的控制
数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算
中断处理：处理运行过程中出现的异常情况和特殊请求

11讲（datapath）

问题:

指令周期、机器周期、时钟周期?

1.指令周期

指令周期是取出一条指令并执行这条指令的时间。一般由若干个机器周期组成，是从取指令、译码到执行完所需的全部时间。

**一条指令的执行过程包括3个基本步骤： **

取指令：从存储器取出一条指令，该指令的地址由程序计数器PC给出。
译码：对该指令的操作码进行译码分析，确定是哪一种指令，并转到这种指令对应的执行阶段。
执行：按指令操作码的要求执行该指令。执行过程可能需要多步操作，控制器将为之形成完成该指令功能所需要的操作控制信号。执行完毕后，回到取指令阶段，去取下一条指令。如此反复，直到整个程序执行完。

2.机器周期

通常把一条指令周期划分为若干个机器周期，每个机器周期完成一个基本操作。
可以用主存的工作周期(存取周期)为基础来规定机器周期，比如，可以用CPU读取一个指令字的最短时间来规定机器周期
不同的指令，可能包含不同数目的机器周期。
一个机器周期中，包含若干个节拍脉冲或T脉冲。
机器周期的定义和规定，不同的计算机中规定不同

3.时钟周期

在一个机器周期内，要完成若干个微操作。这些微操作有的可以同时执行，有的需要按先后次序串行执行。因而需要把一个机器周期分为若干个相等的时间段，每一个时间段称为一个节拍脉冲或T周期。
时钟周期通常定义为机器主频的倒数。

12讲（单周期及多周期CPU构造）

13讲（流水线技术1）

问题:

1.给出五段流水线示意图（段里面给出名称）?

2.流水线冲突有哪几种情况（结构,数据,控制）?

结构冲突：因硬件资源满足不了指令重叠执行的要求而发生的冲突。

数据冲突：当指令在流水线中重叠执行时，因需要用到前面指令的执行结果而发生的冲突。

控制冲突：流水线遇到分支指令和其他会改变PC值的指令所引起的冲突。

3.流水线时空图（吞吐率、加速比和效率）?

吞吐率（throughput）：在单位时间内流水线所完成的任务数量或输出结果的数量。

加速比：完成同样一批任务，不使用流水线所用的时间与使用流水线所用的时间之比。

流水线的效率：流水线中的设备实际使用时间与整个运行时间的比值，即流水线设备的利用率。

14讲（流水线技术2）

词汇

ILP：Instruction-Level-Parallelism，指令级并行

问题:

1.超标量处理机（时空图）?

2.超流水线处理机（时空图）?

3.超标量超流水线处理机（时空图）?

15讲（总线技术）

词汇

ISA：工业标准总线，Industry Standard Architecture

PCI：外部设备部件互连，Peripheral Component Interconnect

问题:

1.总线分类?

总线分类1
① 内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算器部件之间的总线

② 系统总线：CPU和计算机系统中其他高速功能部件相互连接的总线

③ I/O总线：CPU和中低速I/O设备相互连接的总线

④ 通信总线

总线分类2

① 数据总线

② 地址总线

③ 控制总线

④ 电源总线

总线分类3

① 并行总线

② 串行总线

2.总线的一次信息传送过程，大致分为哪几个阶段? 若采用同步定时协议，请画出读数据的时序图来说明。

分五个阶段：请求总线，总线仲裁，寻址（目的地址），信息传送，状态返回（错误报告）

3.总线带宽计算?

总线带宽
总线带宽定义为总线本身所能达到的最高传输速率，它是衡量总线性能的重要指标

总线宽度
又称位宽，指的是总线同时传送数据的位数

总线频率

4.链式查询电路单元的逻辑图?

BG(Bus Granted)
BB(Bus Busy)
BR(Bus Request)

5.并行判优电路图

16讲（微程序与硬布线）

问题:

1.微程序控制器组成部分?

微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。

17讲（半导体存储器）

词汇

ROM（Read-Only Memory，只读存储器）

RAM（Random-Access Memory，随机存取存储器）

EPROM（Erasable Programmable Read－Only Memory，可擦可编程只读存储器）

EEPROM（Electrically Erasable Programmable read only memory，电可擦可编程只读存储器）

SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存取存储器）

DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器）

问题:

1.存储器的片位扩展?

复杂而且重要，看PPT吧，实在不行问老师。

18讲（磁存储与光存储）

词汇

CAV，constant angular velocity，恒定角速度

CLV，constant linear velocity，恒定线速度

CRC：循环冗余校验码

ECC：Error Checking and Correcting

问题:

1.磁记录的几种方式（列出即可）?

① 不归零制(NRZ0)

② 见“1”就翻不归零制(NRZ1)

③ 调相制(PM)

④ 调频制(FM)

⑤ 改进调频制(MFM)

19讲（高速缓冲存储器1）

问题:

1.三种映射方式分析?

① 直接（direct）：每个主存块映射到cache的固定行中

② 全相联（full associate）：每个主存块映射到cache的任意行中

③ 组相联（set associate）：每个主存块映射到cache的固定组的任意行中

20讲（高速缓冲存储器2）

问题:

1.cache命中率、平均访问时间、效率的分析?

2.写回、写直达的区别?

21讲（虚拟存储器）

词汇

VM，虚拟存储器，Virtual Memory

VA，虚拟地址，Virtual Address

LA，逻辑地址，Logical Address

PA，物理地址，Physical Address

TLB，快表，translation lookaside buffer

问题:

1.TLB的作用？

（又称为快表技术。由于“页表”存储在主存储器中，查询页表所付出的代价很大，由此产生了TLB。TLB是一个小的，虚拟寻址的缓存，其中每一行都保存着一个由单个页表项组成的块。如果没有TLB，则每次取数据都需要两次访问内存，即查页表获得物理地址和取数据。TLB和CPU里cache之间不存在本质的区别，都是半导体硬件，只不过前者缓存页表数据，而后两个缓存实际数据。）

22讲（RAID及其它）

词汇

RAID：廉价磁盘冗余阵列，Redundant Array of Inexpensive Disks；或Redundant Arrays of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列

SCSI：Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）

23讲（中断）

问题:

1.CPU管理外围设备有几种方式?

① 程序查询方式：好处是硬件结构简单，不足是太浪费CPU时间，目前除单片机外，很少使用查询方式。

② 程序中断方式：是管理I/O操作的一个比较有效的方法。

③ 直接内存访问(DMA)方式：是一种完全由硬件执行I/O交换，DMA控制器接管总线的控制，数据交换不经过CPU，适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。

④ 通道方式：通道是一个具有特殊功能的处理器。

⑤ 外围处理机（PPU，Peripheral processing unit）方式：PPU基本上独立于主机工作，是通道方式的进一步发展。

2.程序内部异常的原因?

3.程序外部中断的原因?

4.简述中断服务程序的流程?

5.中断屏蔽码的应用?

在CPU的中断管理部件中必须有一个中断屏蔽触发器，它可以在程序的控制下置“1”(设置屏蔽)，或置“0”(取掉屏蔽)。只有在中断屏蔽标志为“0”时，CPU才可以受理中断。

24讲（DMA）

词汇

DMA：Direct Memory Access，直接存储器访问

问题:

1.DMA功能示意图?

2.DMA传送的三种方式?

25讲（通用IO接口标准，芯片组，外部设备）

词汇

ATA：AT Attachment，AT计算机附加设备

PATA（并行ATA，Parallel ATA）

SATA（串行ATA，Serial ATA）

VGA：Video Graphics Array，视频图形阵列

DVI：Digital Visual Interface，数字视频接口

HDMI：High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口

LCD：Liquid Crystal Display，液晶显示器

LED：Light Emitting Diode，发光二极管

26讲（并行计算，计算机系统性能评价）

词汇

SISD：单指令流单数据流

SIMD：单指令流多数据流

MIMD：多指令流多数据流

HPC：高性能计算，High Performance Computing

SC：超级计算，Super Computing

COW：工作站机群，Cluster of Workstation

PVP：并行向量机，Parallel Vector Processor

UMA：Uniform Memory Access，共享存储器架构

SMP：Symmetrical Multi-Processing，对称多处理器结构

NUMA：Non Uniform Memory Access Architecture，非一致内存架构

MPP：Massive Parallel Processing，海量并行处理结构

UMA：均匀存储器存取，Uniform Memory Access

NUMA：非均匀存储器存取，Non-uniform Memory Access

COMA：只用高速缓存的存储器结构（Cache-Only Memory Architecture），是NUMA的特例

问题:

1.从系统架构来看，目前的商用服务器大体可以分为三类

① 对称多处理器结构(SMP：Symmetric Multi-Processor)

② 非一致存储访问结构(NUMA：Non-Uniform Memory Access)

③ 海量并行处理结构(MPP：Massive Parallel Processing)

2.共享存储型多处理机有两种模型

均匀存储器存取（Uniform Memory Access，简称UMA）模型
非均匀存储器存取（Nonuniform Memory Access，简称NUMA）模型

27讲（GPU，树莓电脑硬件探密）

词汇

GPU：图形处理器，Graphics Processing Unit

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