2025年计算机硬件核心原理与关键技术解析

第三章计算机硬件工作原理知识点

1.cpu的构成P49运算器和控制器（寄存器组、cache）

2.cpu的功能P48操作控制、指令控制、时间控制、数据加工

3.指令系统是P52是一台计算机所能执行的所有指令的集合

4.时序控制方式有几种，简述之P62同步控制方式各项操作与统一的时序信号同步基本特性将操作时间划分为许多时钟周期，周期长度固定，每个时钟周期完毕一步操作异步控制方式是指各项操作按其需要选择不一样的时间，不受统一的时钟周期的约束，各操作之间的衔接与各位件之间的信息互换采用应答方式基本特性在异步控制所波及的范围内，没有统一的时钟周期划分和同步定期脉冲，但存在着申请、响应、问询、回答一类的应答关系联合控制方式同步控制和异步控制相结合的方式在功能部件内部采用同步方式或以同步方式为主的控制方式，在功能部件之间采用异步方式

5.指令周期是:P61是指从取指令、分析取数到执行完该指令所需的所有时间

6.微程序控制是P64第一是将控制器所需要的微命令以代码形式编成微指令，存入一种用ROM构成的控制存储器中当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的多种操作控制信号，使对应部件执行所规定的操作这一思想的关键是将存储逻辑引入了CP U第二是将多种o机器指令的操作分解成若干微操作序列每条微指令包括的微命令控制实现一步操作这一思想将程序技术引入C pu的构成级

7.简述存储器的几种分类P67按存储器在计算机系统中的作用分类高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器按存取方式分类随机存取存储器、只读存储器、次序存取存储器、直接存取存储器按存储介质分类磁芯存储器、半导体存储器、磁表面存储器、光存储器按信息的可保留性分类易失性和非易失性

8.存储器的三层存储体系是指P69Cache＞主存、辅存

9.主存的重要性能指标有P69容量、存取速度、主存带宽、存储器的可靠性补充什么是基本记忆单元？P70计算机中一般把寻址单位叫存储单元一种存储单元可以寄存一种数据字或者一种字节一种存储单元由若干个基本的记忆单元（存储元）构成，一种记忆单元（存储元）寄存一位二进制数

10.简述主存分为哪两类，这两类又分别怎样分类P72RAM（随机存储器）、ROM（只读存储器）RAM分为SRAM（静态随机存储器）、DRAM（动态MOS随机存储器）R0M分为掩模型R0M、可编程只读存储器（PROM）、可改写可编程只读存储器（EPROM）、电擦除可编程只读存储器（E2P ROM）

11.SRAM和DRAM分别靠什么来存贮信息:S RAM运用双稳态触发器来存储信息D RAM运用MO S管栅极电容来存储信息它们的区别静态存储器SRAM读写速度快，生产成本高，多用于容量较小的高速缓冲存储器动态存储器DRAM读写速度较慢，集成度高，生产成本低，多用于容量较大的主存储器静态和动态存储器芯片特性比较SRAM DRAM存储信息触发器电容破坏性读出非是需要刷新不要需要运行速度快慢存储成本高低动态存储器的定期刷新在不进行读写操作时，DRAM存储器的各单元处在断电状态，由于漏电的存在，保留在电容CS上的电荷会慢慢地遗漏，为此必须定期予以补充，称为刷新操作

12.假如用4K*4bit的芯片构成16K*8bit的存储器，简述怎样组织芯片P73要使用16K*8bit/4K*4bit=8片芯片采用字位扩展方式，

13.上题中的存储器，需要多少根地址线，多少根数据线，地址寄存器有多少位，数据寄存器有多少位？地址线为14根，数据线为8根地址寄存器是14位，数据寄存器有8位

14.高速缓冲存储器是P81在计算机存储系统的层次构造中，是介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量的一级存储器由静态存储芯片（SRAM）构成，15高速缓冲存储器的功能P81用来寄存那些近期需要运行的指令和数据，目的是为了提高C PU对存储器的访问速度16简述高速缓冲存储器的工作原理（可图解辅助）Cache的工作原理是基于程序访问的局部性（通俗说就是把常常用到的数据放在一种高速的cache里面）根据程序的局部性原理，可以在主存和CPU通用寄存器之间设置一种高速的容量相对较小的存储器，把正在执行的指令地址附近的一部分指令或数据从主存调入这个存储器，供CPU在一段时间内使用这对提高程序的运行速度有很大的作用这个介于主存和CPU之间的高速小容量存储器称作高速缓冲存储器（Cache）o系统正是根据此原理，不停地将与目前指令集有关联的一种不太大的后继指令集从内存读到Cache,然后再与CPU高速传送，从而到达速度匹配图231Cache组成与工作原理（理解即可）

17.简述高速缓冲存储器的两种替代方略P84先进先出算法（FIFO）按调入Cache的先后决定淘汰的次序，即在需要更新时，将最先进入Cache的块作为被替代的块近期至少使用算法（LRU）是把C PU近期最大少使用的块作为被替代的块

18.虚拟存储器是P85是由主存储器和联机工作的辅助存储器（一般为磁盘存储器）共同构成将主存或辅存的地址空间统一编址，形成一种庞大的存储空间

19.磁盘阵列是P87RAID,即为独立磁盘冗余阵列，或简称磁盘阵列是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不一样方式组合起来形成一种硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据冗余的技术

20.简述RAID级别的分类有哪几种RAID技术针对不一样的应用需求而使用不一样的技术类别，这些类别被称为RAID级别，每一种级别代表一种技术有RAID0RAIDK RAIDO+KRAID

2、RAID

3、RAID

4、RAID

5、RAID

621.简述前三种RAID级别的区别RAID0无冗余无校验的磁盘阵列RAID0的缺陷是不提供数据冗余，因此一旦顾客数据损坏，损坏的数据将无法得到恢复尤其合用于对性能规定较高，而对数据安全不太在意的领域，如图形工作站等RAID1镜像磁盘阵列它的宗旨是最大程度的保证顾客数据的可用性和可修复性RAID1的操作方式是把顾客写入硬盘的数据百分之百地自动复制到此外一种硬盘上所有RAID级别中，RAID1提供最高的数据安全保障RAID0+1正如其名字同样RAID0+1是RAID0和RAID1的组合形式，也称为RAID10o0+1是存储性能和数据安全兼顾的方案它在提供与RAID1同样的数据安全保障的同步，也提供了与RAID0近似的存储性能由于RAID0+1也通过数据的100%备份提供数据安全保障，因此RAID0+1的磁盘空间运用率与RAID1相似，存储成本高RAID0+1的特点使其尤其合用于既有大量数据需要存取，同步又对数据安全性规定严格的领域，如银行、金融、商业超市、仓储库房、多种档案管理等（理解即可）

22.总线是P91是一组能为多种部件服务的公共信息传送线路，地址、数据以及控制信息都是通过它在计算机的各部件之间传送的

23.简述总线的几种分类P96按总线连接的部件分内部总线、系统总线、外部总线按传送方向分类单向总线、双向总线

24.总线构造及连接方式分几类,哪几类P91分为单总线构造、双总线构造、三总线构造单总线构造用一条单一的系统总线来连接CPU、主存和I/O设备的，叫单总线构造双总线构造保持了单总线系统简朴、易于扩充的特点，但又在CPU和主存之间专门设置了一组高速的存储总线，使c PU可通过专用总线与存储器互换信息三总线构造在双总线系统的基础上增长I/0总线形成的

25.常见总线构造类型分为哪几种P98I S A总线、E IS A总线、V ESA总线、P CI总线、A GP、PCI Express

26.总线构造对计算机系统性能有哪三方面的影响，简述之

921.最大存储容量

2.指令系统

3.吞吐量（看书理解原因）。