computer-organization-and-architecture-note

计算机组成保研笔记

中断查询和程序查询的区别

中断查询是CPU在启动I/O设备后不查询设备是否准备就绪，继续执行当前程序，知道设备向CPU发出中断请求才给予响应

程序查询是由CPU对I/O设备进行轮询从而控制I/O设备与主机的信息交换

什么是通道IO

I/O通道是一种专门的IO控制器，通道程序由操作系统根据IO任务情况自动生成，不需要CPU管理

DMA方式在开始和结束数据传输时需要CPU的参与，而通道IO全程不需要CPU的控制，彻底实现了CPU从IO任务中解放出来

流水线冒险的种类

流水线冒险分为数据冒险、结构冒险和控制冒险三种。

数据冒险发生在流水线执行时后面指令需要用到前面指令的执行结果，但前面指令的结果还未写回DM导致的冲突，常用解决方法是阻塞和转发数据

结构冒险发生在一条指令需要的硬件还在为之前的指令工作，无法为当前指令提供服务

控制冒险发生在当前需要执行的指令由之前指令运行结果决定，但之前的指令结果还没产生，常见于跳转指令中，常用的方式是分支延迟槽技术、假设跳转不发生，如果发生则清除后继指令等方法

哈佛体系和冯诺依曼体系

哈佛体系的指令内存和数据内存分离，而冯诺依曼体系将指令内存和数据内存放于同一逻辑块

现代处理器通常采用混合架构。比如，CPU 会使用类似冯诺依曼的统一存储架构，但在缓存层级中采取类似哈佛架构的方式，将指令缓存和数据缓存分离，从而提高执行效率。

单周期和流水线指令的执行速度的关系

一般情况下流水线指令的吞吐量明显高于单周期指令，因为流水线将下一指令周期的功能进行拆分，使得CPU频率更高，在相同时间可以并行更多指令。

DMA是什么，解决了什么问题

DMA(Direct Memory Access)是直接内存存取,让外部设备直接访问计算机内存，无需CPU的干预，这样可以提高数据传输效率，减少CPU的负担，DMA常用于硬盘等外设和内存之间的数据传输

Cache替换策略

Cache替换策略分为随机替换、先入先出、最近最少使用（LRU）和最不经常使用（LFU）四种

Cache的映射方式

常见的Cache映射方式分为直接映射，组相联映射和全相联映射，对于组相联映射而言若组号与块数相同则为直接映射，若组号为1则为全相联映射

数字电路的分类

数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路

组合逻辑电路是将逻辑门用一定方式组合在一起使其具有一定逻辑功能的数字电路，只与当前输入有关

时序逻辑电路的输出由当前输入和电路本身的状态共同决定，具有记忆性

组合逻辑电路的竞争冒险现象

竞争是指组合逻辑电路中某个输入通过两条及以上传到输出端，由于每条路径延迟不同导致到达输出门时间差异的现象。冒险是指门电路由于竞争造成输出端产生不正常的毛刺现象。本质原因是门电路的延迟

有限状态机

有限状态机是描述有限个状态，状态之间的转移以及引起转移的动作的离散数学结构，分为Moore型状态机和Mealy型状态机，其中Mealy状态机的输出信号与当前状态及输入信号有关，而Moore型状态机的输出信号只与输入信号有关。

寻址方式的分类

寻址方式分为立即寻址、寄存器直接寻址、基址寻址、相对寻址等方式

介绍一下5级流水线

五级流水线分别是F(Fetch)级，D(Decoder)级，E(Execute)级，M(Memory)级和W(Write)级，F级有IM负责存储运行的指令并移动PC，D级有寄存器堆来存取寄存器的值和一个多路选择器控制相关的跳转，这里将跳转放在D级是为了防止控制冒险的影响，让跳转提早进行，E级有ALU和MD模块负责基本运算，M级负责控制内存的读写，W级负责将内容写回寄存器堆。