几道计算机简答题！

Question

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？
2、简述主存与辅存的区别？
3、什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者有什么关系？
4、简述RISC的主要优缺点？
5、DMA方式与中断控制方式与有何异同？

Answer 1

1,冯.诺依曼计算机体系结构的基本思想可以简要地概括为以下三点:
(1)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
部分.
(2)计算机内部应采用二进制来表示指令和数据.每条指令一般具有一个操作码和一个地址码.其中操作码表示运算性质,地址码指出操作数在存储器中的地址.
(3)将编好的程序送入内存储器中,然后启动计算机工作,计算机无需操作人员干预,能自动逐条取出指令和执行指令.
按此思想设计的计算机硬件系统应由运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部分组成.
计算器又称算术逻辑部件,简称ALU,是计算机用来进行数据运算的部件.
存储器是计算机中具有记忆能力的部件,用来存放数据或程序.存储器就是一种能根据地址接收或提供指令或数九的装置.
控制器是计算机的指挥系统,计算机的工作就是在控制器下有条理的协调工作的.
输入设备是用来输入程序和数据的部件.
输出设备是用来输出结果的部件.
2,内存储器简称内存,又称主存,是CPU能根据地址线直接寻址的存储空间,有半导体器件制成.其特点是存取速度快,基本上能与CPU速度相匹配.
外存储器简称外存,它作为一种辅助存储设备,主要用来存放一些暂时不用而又需常期保存的程序或数据.当需要执行外存中的程序或处理外存中的数据时,必须通过CPU输入/输出指令,将其调入RAM中才能被CPU执行和处理,所以外存实际上属于输入/输出设备.
3,从一条指令的启动到下一条指令的启动的间隔时间称为指令周期.
指令的执行过程中包含若干个基本操作步骤,如访问存储器和数据运算等.每个完成一个数据运算和访存操作所需的时间作为机器周期的时间.
时钟周期则是计算机主频的周期.
一个指令周期一般需要几个机器周期完成,一个机器周期需要几个时钟周期,近年的新型计算机中采用了硬件的并行技术及简化的指令系统,使得平均指令周期可以等于甚至小于一个时钟周期,机器周期一般等于一个时钟周期.
4,RISC优点:(1) 简化的指令系统
(2) 以寄存器-寄存器方式工作
(3) 指令部以流水方式工作
(4) 使用较多的通用寄存器以减少访存,一般至少有32个通用寄存器
(5) 为提高指令执行速度,绝大部分指令采用组合电路控制器实现,不用或少用微程序实现
(6) 通过精心选择的指令系统,并采用软件手段
RISC缺点:指令功能简单使得程序代码较长,占用了较多的存储器空间
5,DMA方式与中断控制方式的相同点:处理随机请求
不同点:DMA方式直接依靠硬件实现传送,中断方式依靠执行程序实现处理.DMA方式应用于简单,高速的数据批量传送,中断方式应用于处理比较复杂的随机事件,管理中低速I/O操作.

Answer 2

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？

存储程序,执行程序是冯·诺依曼计算机的基本思想,中央处理器
存储器
运算器
输入设备
输出设备

CPU和存储器,CPU完成运算指令调度,存储器存储运算中间结果,这是冯.偌依曼机最重要的两部分

2、简述主存与辅存的区别？

主存用来存放当前正在运行的程序及数据.一般用半导体材料制作,速度快,但断电后其中的内容会全部丢失.

辅存又称外存,包括软盘,硬盘,光盘,USB移动硬盘等.一般用磁性材料制作,容量大,速度较慢.

3、什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者有什么关系？

时钟周期是系统工作的最小时间单位，它由计算机主频决定；总线周期指总线上两个设备进行一次信息传输所需要的时间（如CPU对存储器或I/O端口进行一次读/写操作所需的时间）；指令周期指CPU执行一条指令所需要的时间。
三者之间的关系是：时钟周期是基本动作单位；一个总线周期通常由n个时钟周期组成；而一个指令周期中可能包含有一个或几个总线周期，也可能一个总线周期都没有，这取决于该指令的功能。

4、简述RISC的主要优缺点？

优点：在使用相同的晶片技术和相同运行时钟下，RISC系统的运行速度将是CISC的2～4倍。由于RISC处理器的指令集是精简的，它的记忆体管理单元、浮点单元等都能设计在同一块晶片上。RISC处理器比相对应的CISC处理器设计更简单，所需要的时间将变得更短，并可以比CISC处理器应用更多先进的技术， 开发更快的下一代处理器。

缺点：多指令的操作使得程式开发者必须小心地选用合适的编译器，而且编写的代码量会变得非常大。另外就是RISC体系的处理器需要更快记忆体，这通常都集成于处理器内部，就是L1 Cache（一级缓存）。

5、DMA方式与中断控制方式与有何异同？

DMA是程序中断传送技术的发展,在硬件逻辑机构的支持下,它以更快的速度,更简便的形式传送数据.二者的区别为:
(1)中断方式通过程序实现数据传送,而DMA方式直接靠硬件来实现.
(2)中断方式具有数据传送和处理异常事件的能力,而DMA只能进行数据传送.
(3)中断方式必须切换程序,要进行CPU现场的保护和恢复.DMA仅挪用了一个存储周期,不改变CPU现场.
(4)DMA请求的优先权比中断请求高,CPU优先响应DMA请求,是为了避免DMA所连接的高速外设丢失数据.
(5)CPU对中断的响应是在执行完一条指令之后,而对DMA的响应则可以在指令执行过程中的任何两个存储周期之间.

Answer 3

美籍匈牙利科学家冯·诺依曼最新提出程序存储的思想，并成功将其运用在计算机的设计之中，根据这一原理制造的计算机被称为冯·诺依曼结构计算机，世界上第一台冯·诺依曼式计算机是1949年研制的EDSAC，由于他对现代计算机技术的突出贡献，因此冯·诺依曼又被称为“计算机之父”。

CUI：冯诺依曼体系机构）

说到计算机的发展，就不能不提到德国科学家冯诺依曼。从20世纪初，物理学和电子学科学家们就在争论制造可以进行数值计算的机器应该采用什么样的结构。人们被十进制这个人类习惯的计数方法所困扰。所以，那时以研制模拟计算机的呼声更为响亮和有力。20世纪30年代中期，德国科学家冯诺依曼大胆的提出，抛弃十进制，采用二进制作为数字计算机的数制基础。同时，他还说预先编制计算程序，然后由计算机来按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。

冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。

人们把冯诺依曼的这个理论称为冯诺依曼体系结构。从ENIAC到当前最先进的计算机都采用的是冯诺依曼体系结构。所以冯诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。

根据冯诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：

把需要的程序和数据送至计算机中。

必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。

能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。

能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。

能够按照要求将处理结果输出给用户。

为了完成上述的功能，计算机必须具备五大基本组成部件，包括：

输人数据和程序的输入设备记忆程序和数据的存储器完成数据加工处理的运算器控制程序执行的控制器输出处理结果的输出设备

2
“主存-辅存”层次：“主存-辅存”层次的目的是为了弥补主存容量的不足。它是在主存外面增加一个容量更大、每位价格更便宜、但速度更慢的存储器。它们依靠辅助软硬件的作用，构成一个整体。“Cache-主存”层次：在CPU和主存之间增加一级速度快、但容量较小而每位价格较高的高速缓冲存储器。借助于辅助软硬件，它与主存构成一个有机的整体，以弥补主存速度的不足

3
指令周期：取出并执行一条指令的时间。
机器周期：通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。(也就是计算机完成一个基本操作所花费的时间)
时钟周期：处理操作的最基本单位。(CPU的主频)
存储周期：也就是一个访存指令周期。

指令周期、机器周期和时钟周期之间的关系：指令周期通常用若干个机器周期表示，而机器周期时间又包含有若干个时钟周期。

4
(1)由于RISC的指令系统比较简单，而且对称、均匀，优化编译程序不必为具有类似功能的指令做复杂的指令选择工作。
(2)RISC的寻址方式简单，只有LOAD和STORE指令能够访问存储器，其它指令均在通用寄存器之间进行操作。因此，可以简化优化编译器在选择寻址方式过程种要做的工作，省去了是否要生成访问存储器指令的选择工作。
(3)因为大多数指令都能在一个周期内执行完成，为优化编译器调整指令序列提供了极大的方便。
RISC对优化编译器造成的困难主要有：
(1)优化编译器必须选择哪些变量放在通用寄存器中，哪些变量放在主存储器中，必须精心安排每一个寄存器的用法，以便充分发挥每一个通用寄存器的效率，尽量减少访问主存储器的次数。
(2)优化编译器要做数据和控制相关性分析，要调整指令的执行序列。并与硬件相配合实现指令延迟技术和指令取消技术等个。
(3)要设计复杂的子程序库，因为在CISC中的一条指令在RISC中要用一段子程序来实现。所以，RISC的子程序库通常要比CISC的大得多。

5
相同点：都具有随机性，都能实现主机与I/O在一段时间内的并行操作。
不同点：DMA方式通过硬件完成高速、简单的批量数据传送；而中断方式则通过服务程序完成中、低速I/O传送，并能处理复杂的随机事态。DMA方式不需CPU干预的，中断是在CPU直接控制下传送数据。

Answer 4

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？
冯诺依曼理论的要点是：数字计算机的数制采用二进制；计算机应该按照程序顺序执行。

人们把冯诺依曼的这个理论称为冯诺依曼体系结构。从ENIAC到当前最先进的计算机都采用的是冯诺依曼体系结构。所以冯诺依曼是当之无愧的数字计算机之父。

根据冯诺依曼体系结构构成的计算机，必须具有如下功能：

把需要的程序和数据送至计算机中。

必须具有长期记忆程序、数据、中间结果及最终运算结果的能力。

能够完成各种算术、逻辑运算和数据传送等数据加工处理的能力。

能够根据需要控制程序走向，并能根据指令控制机器的各部件协调操作。

能够按照要求将处理结果输出给用户。

2、简述主存与辅存的区别？

主存就是内存啦，它是主要的存储单元，一台计算机的内存（主存）是指CPU能够通过指令中的地址码直接访问的存储器，常用于存放处于活动状态的程序和数据。
然后还有外存（外部存储器），它是主存的补充，所以一般又叫它辅存（辅助存储器），比如光盘、U盘、软盘、磁带等。

缓存顾名思义就是缓冲寄存器，在CPU同时处理很多数据，而又不可能同时进行所有数据的传输的情况，把优先级底的数据暂时放入缓存中，等优先级高的数据处理完毕后再把它们从缓存中拿出来进行处理。（它也可以看成是主存的补充）

虚拟内存（又称虚拟存储器），其实一般主存是不够用的，计算机通常会在硬盘上划出一块区域来虚拟一个内存空间，从而进行对数据和程序的处理，于是硬盘就会产生一个页面文件PF，它也是主存的扩充。
3、什么是指令周期？什么是机器周期？什么是时钟周期？三者有什么关系？
指令周期：取出并执行一条指令的时间。
机器周期：通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。(也就是计算机完成一个基本操作所花费的时间)
时钟周期：处理操作的最基本单位。(CPU的主频)
存储周期：也就是一个访存指令周期。

指令周期、机器周期和时钟周期之间的关系：指令周期通常用若干个机器周期表示，而机器周期时间又包含有若干个时钟周期

4、简述RISC的主要优缺点？
RISC主要特点：
RISC微处理器不仅精简了指令系统，采用超标量和朝流水线结构；它们的指令数目只有几十条，却大大增强了并行处理能力。如：1987年Sun Microsystem公司推出的SPARC芯片就是一种超标量结构的RISC处理器。而SGI公司推出的MIPS处理器则采用超流水线结构，这些 RISC处理器在构建并行精简指令系统多处理机中起着核心的作用。
RISC处理器是当今UNIX领域64位多处理机的主流芯片
性能特点一：由于指令集简化后，流水线以及常用指令均可用硬件执行；
性能特点二：采用大量的寄存器，使大部分指令操作都在寄存器之间进行，提高了处理速度；
性能特点三：采用缓存—主机—外存三级存储结构，使取数与存数指令分开执行，使处理器可以完成尽可能多的工作，且不因从存储器存取信息而放慢处理速度。
应用特点；由于RISC处理器指令简单、采用硬布线控制逻辑、处理能力强、速度快，世界上绝大部分UNIX工作站和服务器厂商均采用RISC芯片作CPU用。如原DEC的Alpha21364、IBM的Power PC G4、HP的PA—8900、SGI的R12000A和SUN Microsystem公司的Ultra SPARC ║。
运行特点：
RISC芯片的工作频率一般在400MHZ数量级。时钟频率低，功率消耗少，温升也少，机器不易发生故障和老化，提高了系统的可靠性。单一指令周期容纳多部并行操作。在RISC微处理器发展过程中。曾产生了超长指令字（VLIW）微处理器，它使用非常长的指令组合，把许多条指令连在一起，以能并行执行。VLIW处理器的基本模型是标量代码的执行模型，使每个机器周期内有多个操作。有些RISC处理器中也采用少数VLIW指令来提高处理速度。
5、DMA方式与中断控制方式与有何异同？
常用的设备和CPU之间数据传送控制方式有4种，它们是程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和通道方式。程序直接控制方式和中断控制方式都只适用于简单的、外设很少的计算机系统，因为程序直接控制方式耗费大量的CPU时间，而且无法检测发现设备或其他硬件产生的错误，设备和CPU、设备和设备只能串行工作。中断控制方式虽然在某种程度上解决了上述问题，但由于中断次数多，因而CPU仍需要花较多的时间处理中断，而且能够并行操作的设备台数也受到中断处理时间的限制，中断次数增多导致数据丢失。DMA方式和通道方式较好地解决了上述问题。这两种方式采用了外设和内存直接交换数据的方式。只有在一段数据传送结束时，这两种方式才发出中断信号要求CPU做善后处理，从而大大减少了CPU的工作负担。DMA方式与通道控制方式的区别是，DMA方式要求 CPU执行设备驱动程序启动设备，给出存放数据的内存始址以及操作方式和传送字节长度等；而通道控制方式则是在CPU发出I／O启动命令之后，由通道指令采完成这些工作。

Answer 5

1、冯诺依曼思想是指其提出的计算机的两点原理：1、第四代计算机采用二进制数据2、程序存储思想
2、主存就是内存，存取速度快，可与cpu直接交换数据，断电就丢失信息。辅存就是外存比如硬盘，光盘等，存取速度慢，必须通过内存与cpu交换数据，可以长期保存数据不怕断电。
3、指令周期是指计算机执行一条指令所需的时间