计算机组成原理期末题目解析

在我们学习完所有基础内容后才会去解决本学期的期末试题

一、存储器设计和连接

解决本题之前可以先看一下博主写的前置课程安排

存储器的分类(RAM,ROM)-优快云博客

二、高速缓冲存储器

我们要学习的第二个高频考点就是高速缓冲存储器

Cache的基本概念

第一问相关知识点

地址映射和替换算法

第一问解决步骤

第二问相关知识点

第二问解决过程

三、计算总线带宽

总线带宽 = 总线周期的频率 * 总线宽度(即一次传输的位数)

总线周期 = 一个时钟周期 

时钟频率为12MHz 则 时钟周期 = 总线周期 = 1/12MHz  

总线宽度 = 64位  ， 64b/8b = 8B

所以总线带宽 = 8B * 1/12MHz  = 2/3 （B/MHz）

四、浮点数计算

五、指令系统

马士兵

• 为什么PC中存放的是下一条指令的地址，而不是当前指令的地址？

因为在当前指令被“取出”（Fetch）之后，PC 会立即自增，指向下一条指令的地址，以备下一周期使用。

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指令周期回顾（以经典冯诺依曼架构为例）：

CPU 执行一条指令的基本流程大致如下：

1. 取指（Fetch）：从内存中读取“当前”指令，地址由 PC 提供。

2. PC 自增：一旦读取完成，PC 通常自动加 1（或加上指令字长），准备好指向下一条指令。

3. 译码（Decode）：对取出的指令进行译码。

4. 执行（Execute）：执行指令。

5. 写回/更新：更新结果。

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关键点是第 2 步：PC 在取指后立刻更新

• 当你说“当前指令”时，它已经被取出并正在执行。

• 同一时间，PC 被更新成下一条指令的地址，为的是：

  当前指令执行完后，下一条指令能立刻被读取，无需再回头找地址。

六、指令流水线

第六题和第七题基本是同一个知识点，都是“指令流水线”相关内容。

但它们关注的角度不同：

题号	知识点	主要关注内容
第6题	流水线中的数据相关冲突分析与解决方法	重点考察 RAW 冲突（Read After Write）及调度/前递/推迟策略
第7题	流水线的性能评价指标：加速比、吞吐率	重点考察理想 vs 实际流水线性能计算，包括时间分析

• 流水线：将一个任务拆成多个阶段（比如 m 个），每个阶段执行任务的一部分。

• 非流水线：每次任务需要完整执行所有阶段，任务是串行完成的。

流水线吞吐率

✅ 一、什么是吞吐率（Throughput）

吞吐率指的是单位时间内，流水线能完成多少条指令或任务。

通俗点说就是：

**流水线多久能“吐”出一条结果？**越快，吞吐率越高。

流水线加速比

流水线的效率

九、微程序控制器和微指令

取指微程序 在ADD指令和STA指令 中出现重复使用，所以我们可以"提取公因式"

知识点分析：

1. - 微程序控制：这是一种实现控制单元的方法，其中控制信号由存储在控制存储器中的微指令序列生成。
2. - 微指令：每个微指令包含一组控制信号，用于在CPU的各个部件之间协调操作。
3. - 微地址：微指令在控制存储器中的地址。
4. - 取指周期：CPU从内存中取指令的周期。
5. - 执行周期：指令被解码并执行的周期。
6. - 优化：这里通过共享微指令来减少控制存储器的使用，例如，通过重用公共的微指令序列。

用户需要根据优化后的控制存储器内容，写出ADD和STA微程序在执行周期中的微程序读取顺序。

解决过程

ADD微程序在执行周期中的读取顺序：
优化后ADD微程序直接给出了执行序列，读取顺序为以下9个微指令的顺序（按列表顺序）：

STA微程序在执行周期中的读取顺序：
优化后未提供STA微程序内容，因此我们基于优化前内容推导。优化前STA的执行序列未明确，但通常使用完整微指令序列。读取顺序为以下9个微指令的顺序（按优化前列表顺序）：