CHAPTER 8 Computer ARITHMETIC
(第8章计算机算法)
第三部分中央处理器
本部分介绍指令和数据类型这样的体系结构问题，考察计算机流水线的组织结构问题。
第8章计算机算法
考察ALU的功能，聚焦于实现算术运算的技术和数的表示方法。处理器支持两类算术运算：定点数和浮点数，讨论IEEE 754浮点标准。
第9章指令集：特征和功能
讨论指令集设计的功能方面。①功能类型②操作数类型③操作类型
第10章指令集：寻址方式和指令格式
讨论指令集的词义学问题，讨论指令集的语法学问题，考察指定存储器地址的方式，指令的整体格式。
第11章 CPU结构和功能
介绍寄存器的使用，CPU结构和功能的综述，重申整体组织讨论寄存器集的的具体组织。描述处理器执行机器指令的功能，考察指令周期，探讨使用流水技术改善性能。
第12章精简指令集计算机
介绍RISC概念相关方法，使用RISC设计的动力，考察RISC指令集设计和RISC CPU 体系结构。
第13章超标量处理器
考察超标量技术
第8章 计算机算法
● 计算机关注数字表示方式和基本算术运算的算法;适用于整数运算和浮点运算 ● 大多数处理器都实现了IEEE 754标准，用于浮点表示和浮点运算 本章重点放在ALU 的计算机算法。
8.1 The Arithmetic and Logic Unit(ALU) (算术和逻辑单元)
某种意义上当考察ALU 时，我们已到达计算机的核心或本质。
算逻单元及计算机所有电子部件都是基于简单数字逻辑装置的使用，这些装置保存二进制数字和完成简单的布尔逻辑运算。
CP200+EP275图8.1指出ALU 与CPU 互连，数据以寄存器提交给ALU ，运算结果也存于寄存器；ALU 亦将设置标志作为运算结果；标志值也存于CPU 内的寄存器中。
8.2 Integer Representation ( 整数表示)
二进制数值系统中，仅用数字0和1、负号和小数点表示任何一个数。对于计算机存储和处理，负号和小数点是不方便的。
通常，若一个n 位二进制数字序列a n-1 a n-2…a 1a 0表示一个无符号整数A=∑-=1
02n i i
ai 。 8.2.1 Sign-Magnitude Representation (符号-幅值表示法)
采用一个符号位的最简单的表示法是符号—幅值表示法。以一个n 位字为例，最左位为符号位，其余n-1位为整数的幅值（绝对值）
若定点小数的原码形式为X 0.X 1X 2X 3┅X n-1X n ，则原码定义为：
若定点整数的原码形式为X 0X 1X 2X 3┅X n-1X n ，则原码定义为：
符号-幅值表示法缺点：①加减运算时既要考虑数的符号，又要考虑幅值；②0有两种表示。因此符号-幅值表示法很少用于ALU 中的整数表示，常用的方案是2的补码。
8.2.2 Two ’s Complement Representation ( 2的补码表示法)
2的补码表示法使用最高位作为符号位，表8.1说明2的补码表示法和算术的关键特征。 以2的补码形式来表示一个n 位整数A 。
数零被标识为正的，正整数可表示的范围是由0到2n-1
-1。 ∑2-n 0.i i i 1-n 1-n a 2a 2
-A =+=
（8-2）
式（8-2）定义了正数和负数的2的补码表示法。
若定点小数的补码形式为X0.X1X2X3┅X n-1X n，则补码定义为：
若定点整数的补码形式为X0X1X2X3┅X n-1X n，则补码定义为：
CP203+EP279考察图8.2：加深对2的补码表示法的理解。
值盒子（value box）是说明补码的有效方法。对于整数而言，值盒子最右端是1（20），往左一个连续位置其值加倍，直到最左端，最左端的值是负。正如CP204+EP281图8.3（a），它能以2的补码表示的最小负数是-2n-1，负数的最左位必定是1，正数的最左位必定是0。图8.3其余部分说明使用值盒子将2的补码转换成十进制。
8.2.3Converting between Different Bit Lengths (不同位长间转换)
对于符号—幅值表示法，简单地将符号位移到新的最左位置上，多余出的空位全添0。
2的补码整数扩展规则应是，对于正数填充0，对于负数填充1。
8.2.4Fixed-Point Representation(定点表示法)
本节所讨论的表示法有时称为定点表示法，因为小数点是固定的并被假定为在最右数字的右边。
8.3Integer Arithmetic (整数算术运算)
考察补码表示数的普通算术功能。
8.3.1Negation (取负)
以2的补码表示法，求一个整数的负数可用如下规则：
1．将整数的每位求反。
2．将此结果作为一个无符号数对待，最低点位加1。
可使用2的补码表示定义[式（8-2）]来说明刚才介绍的操作的有效性。
①考虑A=0
②一个数首位为1，后面跟着n-1个0，对此n位数取负数将会是错误的。
出现特殊情况的原因在于n位字能表示不同的数只有2n个（偶数），希望能表示正整数、负整数和0，在2的补码表示法中，一个n位字可表示负数-2n，不能表示正数2n。
8.3.2Addition and Subtraction (加法和减法)
CP207+EP284图8.4表示了两个补码的加法，如果操作的结果为正，则得到原始的2进制数符号。如果结果为负，则会得到负数的补码形式：
[X]补+[Y]补=[X+Y]补
对于任何加法都可能出现结果的长度大于正被使用的字的长度，该状况称为上溢。可用如下规则测定上溢：两个数相加，若它们同为正数或同为负数，则当且仅当结果的符号位变为相反才出现上溢。图8.4（e+f）是上溢的例子
减法规则可简单实现：减法可用加法实现，如CP208+EP285图8.5所示。
[X]补-[Y]补=[X-Y]补=[X]补+[-Y]补， [-Y]补=[Y]补+1
CP209+EP286图8.6给出了实现加法和减法所需的数据路径和硬件元件，对于加法，提交给加法器的两个数来自寄存器，对于减法，则减数要通过一个求补器，它的2的补码被提交给加法器。
定点小数的变形补码定义为：
其同余式表示为： [X]补=4+X
溢出判断方法：V=S f1⊕S f2
8.3.3Multiplication (乘法)
无论以硬件或软件来完成，乘法都是一个复杂的操作过程。
1．无符号整数乘法
CP209+EP287图8.7说明了无符号乘法，重要结论：
（1）乘法涉及到部分积的生成，乘数的每一位对应的一部分积。
（2）部分积是容易确定的：部分积=被乘数*Y i
（3）部分积通过取和而得到最后乘积。
（4）两个n位乘法导致其积为2n位长。
计算机使操作更有效：①边产生部分积边做加法，②需要少数几个寄存器，③乘数的每个1，需要加和移位两个操作；④对于每个0，则只需要移位操作。
CP210+EP288图8.8（a）表示实现方案：①乘数和被乘数分别装入两个寄存器（Q、M）②需要一个1位寄存器C，用于保存加法可能产生的进位。
乘法器操作：①Q0是1，则被乘数与A寄存器相加并将结果存于A寄存器，C、A和Q各寄存器的所有位向右移一位，②Q0是0，则只需移位，没有加法需完成。产生的2n位积存于A和Q寄存器。操作的流程图示于CP211+EP289图8.9，图8.8（b）给出一个例子。
2．2的补码乘法
对2的补码表示的数能将它们看作是无符号数来完成加减法运算。
看CP209+EP287图8.7例子说明，如果被乘数和乘数都是负数，直截了当的乘法将不能用。实际上，被乘数和乘数只要有一个是负数就不行。
一个数乘以2n可通过左移此数n位来完成。CP211+EP290图8.10使部分积变得明显和完整：由n位被乘数产生的部分积应是一个2n位的数。
作为一个无符号数，4位被乘数1011是以一个00001011的8位字来保存的。
问题在于，作为负的被乘数，其每次得出的部分积必须是2n位字长的负数；部分积的符号位必须一起建立。若把1001看作是补码数-7，则每个部分积必须是2n位的负的补码数，如CP212+EP290图8.11（b）所示，可用部分积左边填充1来完成。
若乘数是负数，那种直截了当的乘法也是不能工作的。
摆脱这种困境的最普遍的方法是布思（Booth）算法，能加速乘法过程。
CP213+EP291图8.12给出了布思算法框图，A和Q-1初始化为0。控制逻辑也是每次扫描乘数的一位。若两位相同，则A、Q和Q-1寄存器的所有位向右移一位。若两位不同，根据两位是0-1或1-0，则被乘数被加到A寄存器或由A寄存器减去，再右移。
图8.13为7乘以3时布思算法的发生顺序。图8.14（a）给出同样操作的更紧凑表示。
3．布思（Booth）算法推导：华工第二版P38～39
8.3.4Division (除法)
CP216+EP295图8.15表示一个无符号二进制整数长除的例子。从左到右检查被除数的位，直到被检查的位所表示的数大于或等于除数；这被称为除数能去“除”此数。直到这个事件出现之前，从左到右一串0放入商中。当事件出现时，一个1放入商并且由此部分被除数减去除数。结果被称为部分余（Partial Remainder）。由此开始除法呈现一种循环样式。在每一循环中，被除数的其他位续加到部分余上，直到结果大于或等于除数。同前，除数由这个数中减去并产生新的部分余。此过程继续下去，直到被除数的所有位都被用完。
CP216+EP296图8.16表示除法的流程；图8.17表示除法的例子。算法可概括如下：1．除数装入M寄存器，被除数装入Q寄存器。被除数必须以2n位的补码来表示。
2．A，Q左移1位。
3．若M与A同符号，完成A←A-M；否则A←A+M。
4．若A在操作之后符号未改变，则上述操作是成功的。
（1）若操作是成功的或者（A=0 AND Q=0），则置Q0←1。
（2）若操作是不成功的并且（A≠0 OR Q≠0），则置Q0←0，并且恢复先前的A值。
5．重复2到4步，Q有多少位就重复多少次。
6．余数在A中。若被除数与除数同符号，则商在Q中；否则，Q中数值的2的补码才是正确的商。
8.4Floating-Point Representation (浮点表示)
8.4.1Principles (科学计数法原理)
定点表示法不能表示很大范围内的数，也不能表示很小的分数。
使用科学计数法（Scientific Notation），能动态地移动十进制小数点到一个约定位置，并使用10的指数来保持对此小数点的跟踪，因此允许只使用少数几个数字来表示很大范围的数和很小的数。
能以如下形式表示一个二进制数：±S×B E±
该数存于一个二进制字的三个字段中：
●符号：正或负
●有效数S（Singnificant）
●指数E（Exponent）
基值B是隐含的且不需存储。
CP218+EP299图8.18(a)表示32位浮点格式。最左位保存数的符号。指数值存于位1到位8。该表示法称为偏值表示法（biased）；一个称为偏值（bias）的固定值，从字段中减去，才得到真正的指数。8位的偏值字段能生成的数是0到255；取偏值为127，则真指数值的范围是-127到+128。此例的基值被认为是2。
字的最后部分是有效数，或称为尾数（Mantissa）。显然浮点数能以多种形式表示。为了简化浮点数的操作，需要进行规格化（Normalized）；规模化的浮点数具有如下形式：
±0.1bbb…b×2E±
图8.18(b)给出规格化数的例子，其特征如下（类似IEEE754表示法）：
●符号总是存于字的最左边的位
●真有效数的第1位总是1，不需要存于于有效字段中（约去）
●值127加到真指数后再存入指数字段中。
●基值是2。
CP220+EP300图8.19指出32位字能表示的数的范围。使用补码整数表示法，能够表
示如下范围的数：
●介于-（1-2-24）×2128和-0.5×2-127之间的负数
●介于0.5×2-127和(1-24-24)×2128之间的正数
数轴上有5个区间不包括在这些范围内：
●比-（1-2-24）×2128还小的负数，称为负上溢
●
比-0.5×2-127
还大的负数，称为负下溢 ●
零 ●
比0.5×2-127还小的正数，称为正下溢 ● 比 (1-24-24)×2128 还大的正数，称为正上溢 下溢不是一个严重问题，通常足可以近似成0。
使用浮点表示法实际上并不能使我们表示出更多的值，仅是把这些数沿数轴正负两个方向在更大范围内散布开。
浮点表示的数不像定点数沿数轴等距分布：越靠近原点，数越密集。这是浮点算术的特点之一：多数计算的结果并不是严格精确的，必须进行某种舍入，使结果达到所能表示的最接近值。
大多数计算机都至少提供单精度和双精度两种数：单精度格式是32位；双精度格式是64位。
隐含的指数的基值并不需要总是2。IBM S/370结构使用的基值为16，其浮点数格式由7位指数和24位有效数组成。
8.4.2 IEEE Standard for Binary Floating-Point Representation
(二进制浮点表示的IEEE 标准)
IEEE 754标准保证程序从一类处理器移植到另一类处理器上的可移植性，已用于当代所有各类处理器和算术协处理器中。
IEEE 754标准了定义32位、64位两种格式，见CP220+EP300图8.21，标准还定义单、双两种的扩展格式，其精确格式是实现相关的。扩展格式将被用于中间计算；加大误差的机会很少；使终止计算过程的中间上溢机会很少；计算的最终结果能以基本格式表示的。
IEEE 754标准单精度和双精度浮点数的数值公式分别为：
1272.1)1(-??-e s f ； 10232.1)1(-??-e s f
IEEE 格式的某些样式表示特殊值。CP222+EP304表8.4指出各种位样式相关的值： ● 对于指数值范围在1-254和1-2046表示了一个规格化的非零浮点数。指数是偏值
的，真指数值范是-126—+127和-1022—+1023，一个规格化的数要求二进制小数
点左边一个1，这位是隐藏的。
● 0指数与0分数一起表示正零或负零，取决于它的符号位。
● 全1指数与0分数一起表示正无穷大或负无穷大，取决于它的符号位。
● 0指数与非0分数一起表示一个反规格化数（denormalized ）。二进制小数点左边
的隐藏位是0并且真指数是-126或-1022。
● 全1指数与非0分数一起给出NaN 值，它不是一个数（Not a number ），非数（NaN ）
用来通知各种异常条件。
8.5Floating-Point Arithmetic (浮点算术运算)
CP222+EP305表8.5总结了浮点算术的基本操作方法。
如下几种操作结果出现会引发一些问题：
●指数上溢（Exponent Overflow）：一个正指数超出最大允许指数值
●指数下溢（Exponent Underflow）：一个负指数超出最大允许指数值，可报告成0
●有效数下溢（Significand Underflow）：对齐时右端有效数丢失，需某种形式舍
入
●有效数上溢（Significand Overflow），可通过重新对齐来修补
8.5.1Addition and Subtraction (浮点加法和减法)
浮点算术加、减法有4个基本阶段：
1．检查0
2．对齐有效数
3．加或减有效数
4．规格化结果
CP224+EP307图8.22是一个典型的流程图，加法和减法（改变减数符号后）基本过程相同。指数和有效数分开存于两个寄存器中，当结果产生时再重组在一起。
①若有一个操作数是0，那么另一个操作数就是结果；
②操纵数使两个指数相等：右移较小的数而丢失的数字，所造成的影响要相对小些。对齐通过重复右移较小数有效数的幅值部分并增量其指数来实现，直到两个指数相等；
③两个有效数相加；
④规格化结果：左移有效数直到最高有效数字为非零。每次左移都引起指数相应减量。
⑤对结果进入舍入，最后报告结果
8.5.2Multiplication and Division (浮点乘法和除法)
1．浮点乘法
偏值指数形式乘法，如CP225+EP308图8.23所示；阶码相加应减一个偏值；阶码相
加和结果规格化都可能导致指数上溢或下溢。
2．浮点除法
偏值指数形式除法，如CP226+EP309图8.24所示；阶码相减应加一个偏值；阶码相
减和结果规格化都可能导致指数上溢或下溢。
8.5.3Precision Considerations (浮点运算的精度问题)
1．保护位
浮点运算前，每个操作数的指数和有效数要装入ALU的寄存器中；寄存器的位数总是大于有效数位长与一个隐藏位（若使用）之和；寄存器包含的这些附加位叫做保护位，用于以0扩充有效数的右端
使用保护位的理由说明于CP227+EP310图8.25。考虑IEEE单精度的浮点数，有24位有效数，包括小数点左边的一个隐藏位。
假设：x=1.00…00×21和y=1.11…11×20，无保护位的x-y示于图8.25（a）。y丢失一位有效数，结果是2-22。附加有4位保护位的x-y重复于图8.25（b），。最低有效数位不会由于对齐而丢失了，且结果是2-22，与前一答案相比差了一半。当基数是16时，运算过程详见CP227+EP310图8.25（c+d），精度的损失可能更大：结果差了16倍。
2．舍入
影响结果精度的另一因素是舍入策略（Rounding Policy），已开发出几种技术用于舍入处理；IEEE标准已列出4种可供选择的方法：
●就近舍入（Round To Nearest）：结果被舍入成最近的可表示的数
●朝＋∞舍入（Round Toward ＋∞）：结果向正无穷大方向取入
●朝―∞舍入（Round Toward ―∞）：结果向负无穷大方向取舍
●朝0舍入（Round Toward 0）：结果朝0取舍
①就近舍入是标准列出的缺省舍入方式并进行如下定义：最靠近此超精度结果的可表示值将被递交；若两个可表示的值是同等的靠近，则最低有效数位是0的那个值被递交。例如：1）超出可保存的23位的多余位是10010，此时正确答案应该是最低可表示位加1；2）多余位是01111，正确答案是简单去掉多余位（截短）；3）多余位是10000，可选的简单方法是截短，其缺点是会给一个计算序列带来小的但可累积的偏差效应。
②朝正或负的无穷大方向舍入：在实现间隔算法（Interval Arithmetic）的技术中是有用的。间隔算法的含意：一系列浮点运算结束时，由于硬件的限制必定导致舍入，使得我们不能知道严格的答案；如果上、下边界的范围足够窄，则得到了一个足够精确的结果。
③朝0舍入，它实际上是简单的截短，不管多余位；计算中会产生一致的向下偏差，将导致严重的偏差。
8.5.4 IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic
(二进制浮点算术的IEEE标准)
IEEE 754远超出格式的简单定义，它还规定了特殊实践及处理方法，保证浮点算术运
算能产生一致的、可预期的结果，而与硬件平台无关。本小节查看其它三个课题：无穷大、NaN 和反规格化数。
1． 无穷大
无穷大在实数算术中作为限界来对待，对无穷大可给出如下解释：
―∞<（任何有限的数）<＋∞
任何涉及到无穷大的算术运算都将产生明确的结果，详见CP228+EP312↑4～↑8。
2．静止的和通知的NaN
NaN 是以浮点格式编码的符号实体，有两种类型：
①通知的NaN ，是每当它作为一个操作数出现时就通知一种违约操作异常；
②静止的NaN 几乎可穿经任何算术操作而不给出异常通知。CP229+EP313表8.6指出 了那些能产生静止NaN 的操作。
注意：两类NaN 具有同样的一般格式：全1的指数和非0的分数。
3．反规格化数
IEEE754的反规格化数用于处理指数下溢情况。当结果的指数太小（大幅值的负指数）时，结果被反规格化成：右移分数并每次右移增1指数，直到指数落在可表示范围之内。
CP229+EP314图8.26说明了加入反规格化数后的效果。 反规格化数的使用，被称为逐级下溢（Gradual Underflow ）；若反规格化数，则最小可表示的非0数与0之间的间隙远宽于最小可表示的非0数与下一个更大数之间的间隙。逐级下溢填充了这个间隙，并将指数下溢的影响降低到规格化数间取舍相当的级别上。
8.6 PROBLEM CP231+EP315:5,8,12,13,15,16,17,23,25,26,27
附录8A 数值系统
8A.1 十进制系统
对于X 的十进制表示X={…X 2X 1X 0…X -1X -2X -3…}，其值为：X = ∑-=m
n i Xi ×i
10 8A.2 二进制系统
对于二进制表示的X={…X 2X 1X 0…X -1X -2X -3…}，其值为： X = ∑-=m
n i Xi ×i
2
8A.3 二进制与十进制间的转换：转换要对整数和小数部分分别进行8A.4 十六进制表示法
1．【2010年计算机真题】 下列寄存器中，汇编语言程序员可见的是( B )。 A．储器地址寄存器(MAR) B．程序计数器(PC) C．存储区数据寄存器(MDR) D．指令寄存器(IR) 汇编语言程序员可以通过指定待执行指令的地址来设置PC的值，而IR、MAR、MDR是CPU的内部工作寄存器，对程序员不可见。 2．条件转移指令执行时所依据的条件来自( B )。 A．指令寄存器 B．标志寄存器 C．程厣计数器 D．地址寄存器 指令寄存器用于存放当前正在执行的指令：程序计数器用于指示欲执行指令的地址；地址寄存器用于暂存指令或数据的地址；程序状态字寄存器用于保存系统的运行状态。条件转移指令执行时，需对程序状态字寄存器的内容进行测试，判断是否满足转移条件。 3．在CPU的寄存器中，( C )对用户是透明的。 A．程序计数器 B．状态寄存器 C．指令寄存器 D．通用寄存器 指令寄存器中存放当前执行的指令，不需要用户的任何干预，所以对用户是透明的4．程序计数器(PC)属于( B )。 A．运算器 B．控制器 C．存储器 D． ALU 控制器是计算机中处理指令的部件，包含程序计数器。 5． CPU中的通用寄存器，( B )。 A．只能存放数据，不能存放地址 B．可以存放数据和地址 C．既不能存放数据，也不能存放地址 D．可以存放数据和地址，还可以替代指令寄存器 通用寄存器供用户自由编程，可以存放数据和地址。而指令寄存器是专门用于存放指令的寄存器，是专用的，不能由通用寄存器代替。 6．指令周期是指( C )。 A． CPU从主存取出一条指令的时间 B．CPU执行一条指令的时间 C． CPU从主存取出一条指令加上执行这条指令的时间 D．时钟周期时间 指令周期包括取指和执行的时间。 7．以下叙述中错误的是( B )。 A．指令周期的第一个操作是取指令 B．为了进行取指操作，控制器需要得到相应的指令
第三章中央处理器 一、填空题 1、目前的CPU包括_____________,_____________,cache和总线等。 2、中央处理器的四个功能_____________，_____________，_____________，_____________。 3、在CPU中，保存当前正在执行的指令的寄存器为_____________，保存下一条指令地址的寄存器为_____________。保存当前指令地址的寄存器_____________，算术逻辑运算结果通常保存在_____________中。 4、CPU从主存取取一条指令并执行该指令的时间叫做_____________，它常用若干个_____________表示，而后者又包含若干个_____________。 5、顺序执行指令时PC的值_____________ 6、从功能上讲，8088CPU可以分为_____________和_____________两部分。 7、8088CPU内部有_____个寄存器，其中________个通用寄存器分别是_________________，_________个控制寄存器_____ ___ _，______个段寄存器_____________。 8、8088CPU有_____________个引脚，双列_____________式封装。 9、8088CPU引脚MX MN/的功能是__________________________。 10、在计算机中，基本的运算有_____________和_____________。 11、控制器的主要功能有_____________，_____________，_____________。 12、8088的四个段寄存器为__________________________。其中程序必须放在_____________寄存器中，堆栈必须放在_____________寄存器中。数据通常放在_____________和_____________中。 13、PSW程序状态字寄存器中的各对应标志位分别代表什么含义 CF： PF： AF： ZF： SF： TF： IF： DF： OF： 二、单项选择题 1、CPU通用寄存器的位数取决于_____________ A、存储器容量 B、机器字长 C、指令的长度 D、CPU的管脚数 2、计算机主频的周期指的是_____________ A、指令周期 B、时钟周期 C、CPU周期 D、存取周期 3、指令周期是指_____________ A、CPU从主存取出一条指令的时间 B、CPU执行一条指令的时间 C、CPU从主存取出一条指令加上持行这条指令的时间 D、时钟周期的时间 4、Intel80486是_____________位微处理器，Pentuim是_____________位微处理器 A、16 B、32 C、64 D、128 5、状态寄存器用来存放_____________ A、算术运算结果 B、逻辑运算结果 C、运算类型 D、算术、逻辑运算及测试指令的结果状态
计算机基础知识部分练习题 第一题判断正误题：（共25题，每题1.00分）： 6. "计算机辅助教学"的英文缩写是CAD。 7. 汇编语言是机器指令的纯符号表示。 8.人工智能是指利用计算机技术来模仿人的智能的一种技术。 9.系统软件包括操作系统、语言处理程序和各种服务程序等。 10.由电子线路构成的计算机硬件设备是计算机裸机。 11.机器语言是人类不能理解的计算机专用语言。 6.在计算机内部，利用电平的高低组合来表示各类信息。 7. 无论当前工作的计算机上是否有病毒，只要格式化某张软盘，则该软盘上一定是不带病毒的。 8. 高级程序员使用高级语言，普通用户使用低级语言。 9.计算机机内数据的运算可以采用二进制、八进制或十六进制形式。 10. 磁盘是计算机中一种重要的外部设备。没有磁盘，计算机就无法运行。 6. 计算机软件分为基本软件、计算机语言和应用软件三大部分。 7. 计算机的字长是指一个汉字在计算机内部存放时所需的二进制位数 8. 如果计算机没有感染病毒，则不能利用杀毒软件来清除病毒，否则，极有可能破坏计算机中的数据文件。 9. 程序一定要调入内存后才能运行。 10.计算机与计算器的差别主要在于中央处理器速度的快慢。 11.汇编语言是各种计算机机器语言的总称。 6.每个汉字具有唯一的内码和外码。 7.在计算机内部，一般是利用机器数的最高位来表示符号，最高位为1表示正数，为0表示负数。 8.计算机病毒是一种可以自我繁殖的特殊程序，这种程序本身通常没有文件名。 9.存储器须在电源电压正常时才能存储信息。 10. 应用软件的编制及运行，必须在系统软件的支持下进行。 11.磁盘的0磁道在磁盘的最外侧。 二、单项选择题:（共30题，每题1.00分）： 7一个字长为16位的计算机，则它的一个字的长度是( )。 A.8个二进制位 B.16个二进制位 C.32个二进制位 D.不定长 8在我国1980年公布的《信息交换用汉字编码字符集o基本集》(即通常所说的国标码集)GB2312-80中，将汉字分为（）。 A.一级 B.二级 C.三级 D.四级 9在16位计算机中，1K字节等于( )。 A.512个字 B.1024个字 C.1000个字 D.不确定 10十六进制数1AF转换为八进制数是( )。 A.657 B.567 C.887 D.697 11下列四种存储器中，存取速度最快的是 A.磁带 B.软盘 C.硬盘 D.内存储器 12在操作系统中，文件管理程序的主要功能是（）。
计算机中央处理器CPU的发展 (兰州大学信息科学与工程学院10级电信基地班胡亚昆) 摘要：上个世纪中期至今，计算机的发展日新月异。CPU是计算机的核心。本文以美国Intel 公司推出的CPU为例，详细介绍了计算机CPU的发展。 关键词：CPU 数据总线时钟频率80X86 Pentium Core 1. 引言 自1946年第一台计算机问世以来，计算机的发展已经历了电子管、晶体管、中小规模集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路4个阶段。而中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）正是现代计算机系统的核心和引擎，计算机日新月异的发展在很大程度上归结为CPU技术的发展。通常，计算机的发展是以CPU的发展为表征的。根据摩尔定律，我们知道微处理器集成度每个18个月翻一番，芯片的性能也随之提高一倍左右。目前世界上生产CPU最强的公司是美国著名的Intel公司。本文将从Intel公司推出的第一台微处理器4004逐个介绍到Intel最近推出的Core系列处理器，通过这些介绍来让大家深刻地了解计算机中央处理器CPU的发展。 2. Intel 4004 1971年，Intel公司推出了世界上第一款微处理器4004，这是第一个可用于微型计算机的四位微处理器。它包含2300个晶体管，功能相当有限，而且速度还很慢，被当时的蓝色巨人IBM以及大部分商业用户不屑一顾，但是它毕竟是划时代的产品。从此以后，Intel便与微处理器结下了不解之缘。 3. 8086/8088/80186/80188 1978年，Intel公司正式推出了8086CPU，这是该公司生产的第一个16位芯片，内外数据总线均为16位，地址总线20位，主存寻址范围为1MB，时钟频率为5MHz，集成度只有0.040百万件/个。 由于当时的外设接口是8位，8086的16位外设数据线不能直接与外设接口连接，这一点限制了8086的推广。于是，1979年，Intel公司推出了准16位处理器8088，它只是将数据总线改为8位，其他设计都没有交大的改变，应用较为广泛。 8086/8088CPU内部结归纳起来可分为控制单元、逻辑单元和存储单元三大部分。这三大部分互相协调，对命令各数据进行分析、判断、运算并控制计算机协调工作。以后不管什么样的CPU，其内部结构都可归纳为这三部分。 8086/8088的指令是以字节为基础构成的，建立了指令预取队列，将取指令和执行指令这两个操作分别由总线接口单元（BIU）和执行单元（EU）来完成，提高了微处理器的指令执行速度。 8086/8088内有8个通用寄存器（AX，BX,CX,DX,SP,BP,SI,DI），4个段寄存器（SS,ES,DS,CS）和2个控制寄存器（IP,FLAGS）,这些寄存器全部是16位寄存器。 8086/8088无高速缓存。 随后，Intel公司80186/80188，它们的核心分别是8006/8088，配以定时器、中断控制器、DMA控制器等支持电路，功能更多，速度更快。80186/80188指令系统比8086/8088增加了若干实用的指令，涉及堆栈操作、位移指令、输入输出指令、过程指令、边界检测及乘法指令。
11. 市售微机广告中的PentiumII266 其中266 表示____ 。 A)CPU 的型号是266 B)CUP 的时钟主频是266Mhz C) 内存容量是266MB D)CPU 的速度是266MIPS [B] 12. 微型计算机的主机是指____ 。 A)CPU 和内存储器及外存储器B)CPU 和外存储器 C)CPU 和内存储器D)CPU 、电源和软驱[C] 13. 能与CPU 直接交换信息的设备是____ 。 A) 硬盘B) 内存储器C)CD-ROM D) 软盘[B] 14.CPU 的中文译名是____ 。 A) 主机B) 中央处理器C) 运算器D) 控制器[B] 15. 计算机硬件系统的五大功能部件是____ 。 A) 输入/ 出设备、运算器、控制器、磁盘存储器、电源设备 B)CD-ROM 、中央处理器、只读存储器、随机存储器、输出设备 C) 输入设备、运算器、控制器、存储器、输出设备 D) 键盘、主机、显示器、磁盘机、打印机[C] 16. 计算机软件分系统软件和应用软件两大类，其中____是系统软件的核心。 A) 数据库管理系统B) 操作系统C) 程序语言系统D) 财务管理系统[B] 17. 计算机的硬件主要包括：中央处理器(CPU) 、存储器和____。 A) 输入/ 输出设备B) 显示器和打印机C) 显示器和鼠标D) 打印机和键盘[A] 18. 软件应包括程序和____两部分。 A) 操作系统B) 文档手册C) 软盘D) 许可证[B] 19. 微型计算机的性能主要取决于____的性能。 A)CPU B) 硬盘C)RAM D) 显示器的分辩率[A] 20. 目前市场上流行的486DX4 微机中的486 指的是___ 。 A) 硬盘容量B) 主频C) 微处理器型号D) 内存容量[C] 21.586 微机的字长是____。 A)32/64 位B)16 位C)32 位D)64 位[D] 22. 通常所说的486 机是指___ 。 A) 其字长是为486 位B) 其内存容量为486KB C) 其主频为486MHZ D) 其所用的微处理器芯片型号为80486 [D] 23. 微型计算机中的386 或486 指的是____ 。 A) 存储容量B) 运算速度C) 显示器型号D)CPU 的类型[D] 24.486 微机的字长是___ 。 A)8 位B)16 位C)32 位D)64 位[C] 25. 个人计算机属于____。 A) 小巨型机B) 小型计算机C) 微型计算机D) 中型计算机[C] 36. 微型计算机中运算器的主要功能是进行。 A) 算术运算B) 逻辑运算C) 算术和逻辑运算D) 初等函数运算[C] 37. 某单位的人事档案管理程序。 A) 系统程序B) 系统软件C) 应用软件D) 目标程序[C] 38. 计算机能够直接识别和处理的语言是。 A) 汇编语言B) 自然语言C) 机器语言D) 高级语言[C] 39. 在下列软件中，不属于系统软件的是。 A) 编译程序B) 操作系统C) 数据库管理系统D)C 语言源程序[D]
操作系统练习题 第一章引言 (一单项选择题 1操作系统是计算机系统的一种( 。A.应用软件 B.系统软件c.通用软件D.工具软件 2.操作系统目的是提供一个供其他程序执行的良好环境,因此它必须使计算机( A.使用方便 B.高效工作 C.合理使用资源 D.使用方便并高效工作 3.允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统是( 。A.分时操作系统 B.批处理单道系统 C.实时操作系统 D.批处理多道系统 4.下列系统中( 是实时系统。A.计算机激光照排系统 B.办公自动化系统 C.化学反应堆控制系统 D.计算机辅助设计系统 5.操作系统是一种系统软件,它( 。A.控制程序的执行 B.管理计算机系统的资源 C.方便用户使用计算机 D.管理计算机系统的资源和控制程序的执行 6.计算机系统把进行( 和控制程序执行的功能集中组成一种软件,称为操作系统 A.CPU管理 B.作业管理 C.资源管理 D.设备管理 7.批处理操作系统提高了计算机系统的工作效率,但( 。 A.不能自动选择作业执行 B.无法协调资源分配 c.不能缩短作业执行时间 D在作业执行时用户不能直接干预 8.分时操作系统适用于( 。A.控制生产流水线B.调试运行程序c.大量的数据处理D.多个计算机资源共享 9.在混合型操作系统中,“前台”作业往往是指( 。A.由批量单道系统控制的作业 B.由批量多道系统控制的作业 c.由分时系统控制的作业D.由实时系统控制的作业
10.在批处理兼分时的系统中,对( 应该及时响应,使用户满意。A.批量作业B.前台作业c.后台作业D.网络通信 11.实时操作系统对可靠性和安全性要求极高,它( 。A.十分注重系统资源的利用率B.不强调响应速度 c.不强求系统资源的利用率 D.不必向用户反馈信息 12.分布式操作系统与网络操作系统本质上的不同之处在于( 。A.实现各台计算机之间的通信B.共享网络个的资源 c.满足较大规模的应用 D.系统中若干台计算机相互协作完成同一任务 13.SPOOL技术用于( 。A.存储管理B.设备管理C.文件管理 D.作业管理 14.( 为用户分配主存空间,保护主存中的程序和数据不被破坏,提高主存空间的利用率。 A处理器管理 B.存储管理 c.文件管理 D.作业管理 (二填空题 1. 计算机系统是按用户要求接收和存储信息,自动进行_______并输出结果信息的系统。 2.计算机是由硬件系统和_______系统组成。 3.软件系统由各种_______和数据组成。 4.计算机系统把进行_______和控制程序执行的功能集中组成一种软件称为操作系统。 5.操作系统使用户合理_______,防止各用户间相互干扰。 6.使计算机系统使用方便和_______是操作系统的两个主要设计目标。 7.批处理操作系统、_______和实时操作系统是基本的操作系统。 8.用户要求计算机系统中进行处理的一个计算机问题称为_______。
CPU巩固练习 一、单项选择题 1.某一CPU型号为PIV 1.9GHz,其中1.9GHz是指CPU的()。 A.工作频率 B.倍频 C.外频 D.运速度 2.计算机内部各种算术运算和逻辑运算主要是由()来实现的。 A. CPU B.主板 C.内存 D.显卡 3. PIlI CPU主频800MHz,倍频系数为8,外频为()MHz。 A.800 B.100 C.8 D.133 4.下列指标中,与计算机的处理精度有关的是()。 A.主频 B.存储器容量 C.字长 D.运算速度 5.已知某计算机CPU的主频1.2GHz,其主板上倍频跳线在7.5的位置上,则该计算机 的外频为() B. 100MHz C. 133 MHz A. 66 MHz D.166MHz 6.下列不是NTEL公司的产品的是 A.赛扬 B.毒龙 C. P4 D. 586 7. CPU中有一条以上的流水线且每个时钟周期可以完成一条以上的指令技术称为（）。 A.流水线技术 B.超级流水线技术 C.超标量技术 D.倍频技术 8.主板上的Socket插座当插拔CPU时为零插拔力这种技术叫（）。 A. ZIF B. Slot C. ALU D. SCSI 9.目前新的主板中CPU类型大多为（）。 A.PCI架构 B.ISA架构 C. Socket架构 D. Slot架构 10.下列()不是CPU的主要技术指标。 A.主频 B.数据总线宽度 C.外形 D.高速缓存 11.下列各项中对CPU的描述正确的是()。 A.是计算机的核心设备,也是主要的存储设备 B.主要作用是产生各种操作和控制信号C只能进行算术运算和逻辑运算操作 D.又称为微处理器 12.K6、K7系列CPU芯片是()公司的产品。 A. Intel B. AMD C. CYRIX D. VIA 13.若计算机的字长为4个字节,则意味着()。 A.CPU一次运算的结果最大不超过232 B.能处理的数值最大为十进制数999 C.能处理的字符串为多为4个字符 D. CPU次传送的二进制代码为32位 14. Althon芯片是()公司的产品. A. Intel B. AMD C. CYRIX D. VIA 15.CPU的数字协处理器的作用是() A.提高CPU浮点运算的能力 B.降低CPU工作时的功耗 C.相当于高速缓冲存储器 D.提高CPU的主频速度 16.()决定了CPU可以访问的物理地址空间。 A.数据总线宽度 B.超标 C.地址总线宽度 D.前沿总线速度 17.CPU的运算速度用()来描述 A. MIPS B. RPM C. NS D.BPS 18.计算机发生的所有动作都是受()控制的 A. CPU B.主板 C.内存 D.鼠标 19.目前,世界上最大的CPU及相关芯片制造商是()。 A.Intel B. IBM C. Microsoft D.AMD
一 下列字符中，ASCII码值最大的是＿＿＿。 A.9 B.D C.a D.y 本题标准答案:[D] 若显示器的像素点距有0.35，0.33，0.31，0.28等规格，则显示质量最好的是＿＿＿。 A.0.35 B.0.33 C.0.3 1 D.0.28 本题标准答案:[D] 根据文件命名规则，下列字符串中合法文件名是＿＿＿。 A.ADC*.FNT B.#ASK%.SBC C.CON.BAT D.SAQ/.TXT 本题标准答案:[B] 二进制数1111100转换成十进制数是＿＿＿。 A.124 B.125 C.112 4 D.1125 本题标准答案:[A] 十六进制数1CB.D8转换成二进制数是＿＿＿。 A.110001011.11001 B.101001011.10011 C.111101011.11101 D.111001011.11011 本题标准答案:[D] 以下计算机系统的部件不属于外部设备的有＿＿＿。 A.键盘 B.打印机 C.中央处理器 D.硬盘本题标准答案:[C] 以下几个进制中最大的是＿＿＿。 A.二进制数11000010 B.八进制数225 C.十进制数500 D.十六进制数1FE 本题标准答案:[D] 计算机病毒对于操作计算机的人＿＿＿。 A.会感染但不会致病 B.会感染致病。但无严重危害 C.不会感染 D.产生的作用尚不清楚 本题标准答案:[C] 某公司的销售管理软件属于＿＿＿。 A.系统软件 B.工具软件 C.应用软件 D.文字处理软件 本题标准答案:[C] 网络多媒体文件格式能够流行的重要条件是＿＿＿。 A.保证图像质量 B.传输较快 C.文件较小 D.以上都对 本题标准答案:[D]
1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： (1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）； (2) 保存当前正要执行的指令地址的寄存器是(程序计数器PC)； (3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器）和（数据缓冲寄存器DR）。 2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 解："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：
3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），RO"的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。 5．如果在一个CPU周期中要产生3个脉冲 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,试画出时序产生器逻辑图。 解：节拍脉冲T1，T2，T3的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数，此时T1= T3=200ns ，T2 = 400 ns ，所以主脉冲源的频率应为 f = 1 / T1 =5MHZ 。为了消除节拍脉冲上的毛刺，环 型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。根据关 系，节拍脉冲T1，T2，T3 的逻辑表达式如下： T1 = C1·， T2 = ， T3 = 6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指
令公用的。已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。 解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条 取控存容量为：256×32位=1KB 7. 某ALU器件使用模式控制码M，S3，S2，S1，C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。 下表列出各条指令所要求的模式控制码，其中y为二进制变量，F为0或1任选。 试以指令码（A，B，H，D，E，F，G）为输入变量，写出控制参数M，S3，S2，S1，C的逻辑表达式。 解： M=G S3=H+D+F S2=1 C=H+D+(E+F)y 8．某机有8条微指令I1-I8，每条微指令所包含的微命令控制信号如下表所示。 a-j分别对应10种不同性质的微命令信号。假设一条微指令的控制字段为8位，请安排微指令的控制字段格式。 解：经分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个 微命令信号，剩下的a, c, d, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如
中央处理器的发展 CPU的英文全称是Central Processing Unit，意思是中央处理单元，我们通常也称之为中央处理器。CPU是电脑中最重要的核心组件。通常，一块CPU都要包含运算/逻辑单元、控制单元和寄存器这三部分，这些单元都被集成在一块面积不大的硅晶片中。 要了解CPU，首先要了解一些CPU方面的术语，拿这颗Intel新推出的P4 （图1）来看，它的一些参数已经在金属外壳上刻有了，1M/800分别代表CPU的主频、二级缓存和前端总线频率。 主频就是这颗CPU的工作频率，一般来说主频越高CPU的速度越快，性能也就越强，主频、倍频和外频之间有一个换算关系：主频＝外频×倍频。这颗CPU的外频是200MHz，于是我们可以推算出它的倍频应该是14。缓存是很重要的一个指标，Int el通常按照二级缓存的多少来划分Pentium和Celeron，通常两者之间有一倍的差距。前端总线（FSB）在Intel P4系列CPU 中和外频之间也有个换算关系：前端总线频率（FSB）＝外频×4，所以通过这里给出的800MHz，我们可以推算出外频为200MH z。 目前，市面上的CPU主要是Intel和AMD两家公司的，下面我们从这两个公司的发展旅程来看看CPU的发展。 CPU双雄：Intel & AMD 一、早期的CPU 早期我们接触的电脑，大部分使用的是Intel的处理器，386、486其实说的就是CPU的型号。例如486是指CPU为Intel 80486（图2）处理器的电脑，Intel的处理器价格昂贵，并不是每个人都能够买得起的，当时一台普通的486电脑售价接近1 0000RMB。这个时候的AMD公司一直都在努力仿照Intel的CPU，推出一系列与之兼容的处理器，而且采取和Intel同样的命名方式，也取名叫386、486。 二、Pentium与K5出现 1993年3月，Intel发布了继80486之后的又一款CPU，并正式取名为Pentium（奔腾），俗称“586”。最初有Pentium
第五章中央处理器习题参考答案 1．请在括号内填入适当答案。在CPU中： (1) 保存当前正在执行的指令的寄存器是（指令寄存器IR）； (2) 保存当前正在执行的指令地址的寄存器是(程序计数器AR)； (3) 算术逻辑运算结果通常放在（通用寄存器）和（数据缓冲寄存器DR）。 2．参见下图（课本P166图5.15）的数据通路。画出存数指令"STA R1 ，(R2)"的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至（R2）为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 解："STA R1 ，(R2)"指令是一条存数指令，其指令周期流程图如下图所示：
3．参见课本P166图5.15的数据通路，画出取数指令"LDA（R3），RO"的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。 5．如果在一个CPU周期中要产生3个脉冲 T1 = 200ns ,T2 = 400ns ,T3 = 200ns,试画时序产生器逻辑图。 解：节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的宽度实际等于时钟脉冲的周期或是它的倍数，此时T1 = T3 =200ns ， T2 = 400 ns ，所以主脉冲源的频率应为 f = 1 / T1 =5MHZ 。为了消除节拍脉冲上的毛刺，环 型脉冲发生器可采用移位寄存器形式。下图画出了题目要求的逻辑电路图和时序信号关系。根据关 系，节拍脉冲T1 ，T2 ，T3 的逻辑表达式如下： T1 = C1·， T2 = ， T3 =
6．假设某机器有80条指令，平均每条指令由4条微指令组成，其中有一条取指微指令是所有指令公用的。已知微指令长度为32位，请估算控制存储器容量。解：微指令条数为：（4-1）×80+1=241条 取控存容量为：241×32/8=964B 7. 某ALU器件使用模式控制码M，S3，S2，S1，C来控制执行不同的算术运算和逻辑操作。下表列出各条指令所要求的模式控制码，其中y为二进制变量，F 为0或1任选。试以指令码（A，B，H，D，E，F，G）为输入变量，写出控制参数M，S3，S2，S1，C的逻辑表达式。
中央处理器cpu主要由什么组成 CPU作为电脑的核心组成部份，它的好坏直接影响到电脑的性能。下面是小编带来的关于中央处理器cpu主要由什么组成的内容，欢迎阅读! 中央处理器cpu主要由什么组成? 运算器和控制器是计算机的核心部件，这两部分合称中央处理单元(Centre Process Unit，简称CPU)，如果将CPU集成在一块芯片上作为一个独立的部件，该部件称为微处理器(Microprocessor，简称MP)。 运算器进行各种算术运算和逻辑运算;控制器是计算机的指挥系统; 1、运算器 运算器是计算机中进行算术运算和逻辑运算的部件，通常由算术逻辑运算部件(ALU)、累加器及通用寄存器组成。
2、控制器 控制器用以控制和协调计算机各部件自动、连续地执行各条指令，通常由指令部件、时序部件及操作控制部件组成。 CPU 的主要性能指标是主频和字长。 字长表示CPU每次计算数据的能力。如80486及Pentium 系列的CPU一次可以处理32位二进制数据。 时钟频率主要以MHz为单位来度量，通常时钟频率越高，其处理速度也越快。 相关阅读推荐： Intel和AMD双双意识到到目前为止测温问题解决的并不好，于是用到了一个新的方式。这个方式仍然包括热敏二极管，但是热敏二极管是一个模拟器件，所以读数必须被转换成数字数据。这个工作由ADC(模数转换器)来完成。
一个热敏二极管加上一个模数转换器就构成一个被称为DTS(数字温度传感器)的部件。理论上来说这个DTS的工作方式十分简单：一个CPU核心上的电路从热敏二极管上采样然后把数字数据输出到CPU一个特定的寄存器中，从而任何程序都可以随意读取该数据。这种方式的长处就是所有工作都在CPU内部即时完成，和易于被干扰和衰弱的模拟信号相比，数字信号传输的时候不会损失精确性。 这个系统另一个优点就是你可以在一块芯片上集成若干个传感器。Intel和AMD都在CPU的每一个核心上集成了一个DTS，这意味着你可以看到你每一个核心的温度。例如当你在双核CPU上运行程序并把该程序的相关性设定到某一个核心的时候，你会看到只有一个核心会升温并且会升得非常之快。当然另一个核心温度也会上升，毕竟两个核心共处在一个硅片上，只是不会上升到全力工作的核心那么高罢了。 看了中央处理器cpu主要由什么组成文章内容的人还看： 1.cpu由什么和什么组成 2.计算机cpu由什么组成
单选题 1. 目前制造计算机所使用的电子器件是（B ）。 A.晶体管 B.大规模和超大规模集成电路 C.集成电路 D.大规模集成电路 2. （A ）技术的发展推动了微型计算机的发展。 A.微处理器 B.操作系统 C.磁盘 D.输入设备 3. 在计算机中为了用二进制编码表示英文字母、符号、阿拉伯数字等，应用最广泛、具有国际标准的是（C ）。 A.补码 B.原码 C.ASCII码 D.机内码 4. 下面（C ）不属于外存储器。 A.硬盘 B.磁带 C.ROM D.光盘 5. 计算机能直接执行的程序是（B ）。 A.汇编语言程序 B.机器语言程序 C.源程序 D.高级语言程序 6. 冯?诺依曼为现代计算机的结构奠定了基础，其最主要的设计思想是（D ）。 A.采用电子元件 B.数据存储 C.虚拟存储 D.程序存储 7. 在十六进制中，基本数码C表示十进制数中的（B ）。 A.15 B.12 C.13 D.11 8. 下列各数中最小的是（B ）。 A.十进制数35 B.二进制数10101 C.八进制数26 D.十六进制数1A 9. 若“0”的ASCII码值是48（十进制），则“6”的ASCII码值的二进制表示是（C ）。 A.1000010 B.0101110 C.0110110 D.1010101 10. 中央处理器的重要作用有两个，分别是（B ）和控制。 A.存储 B.运算 C.显示 D.打印 11. 内存储器有随机存储器和（B ）。 A.RAM B.ROM C.磁盘存储器 D.磁带存储器 12. CPU能直接访问的部件是（C ）。 A.硬盘 B.软盘 C.内存储器 D.光盘 13. 下列外部设备中，属于输入设备的是（B ）。 A.绘图仪 B.鼠标器 C.显示器 D.打印机 14. （ A ）合起来叫外部设备。 A.输入/输出设备和外存储器 B.打印机、键盘、显示器和内存 C.软盘驱动器、打印机和运算器 D.驱动器、打印机、键盘、显示器和控制器 15. 下列外部设备中，属于输出设备的是（C ）。 A.扫描仪 B.键盘 C.绘图仪 D.光笔 16. Pentium是64位的微处理器，这里的64位表示的是（B ）的技术指标。 A.字节 B.字长 C.速度 D.容量 17. 计算机的机器语言使用的编码是（B ）。 A.ASCII码 B.二进制编码 C.英文字母 D.汉字目标码 18. 二进制数11000000转换成十进制数为（B ）。 A.384 B.192 C.96 D.320 19. 在微型计算机中，普遍使用的英文字符编码是（C ）。 A.BCD码 B.格雷码 C.ASCII码 D.反码
实验目的 通过实验了解CPU基本信息，运行方式 实验原理： 中央处理器的工作原理就在于在机器周期的每一个时钟周期内，完成本周期对应信号的控制。而本次设计的简单的CPU也一样，其核心的部分就在Tstep所控制对应的周期中，读入输出总线上的指令，分析输入的指令并对寄存器，数据总线以及加（减）法器的各个控制输入输出端口信号进行控制。从而达到存储寄存器，进行加减法，进行总线操作的功能。下面简述CPU的框架： （1）寄存器 寄存器是用于存放CPU工作中所需要用到的数据的部分。它有一个16位的数据输入端口，接在总线上。一个一位控制端口，用于控制寄存器的工作与否。当控制信号为高时，寄存器从输入端口输入数据。另外有一个16位的数据输出端口。当然寄存器也需要时钟信号来驱动工作。 （2）模为4的计数器 本CPU有4条指令，经分析可知每条指令所需要的时钟周期均小于等于四，所以设计一个模为4的计数器来控制CPU的时序。它的驱动为系统统一的时钟，而它的输出则作为控制部分的时钟信号输入。 （3）38译码器 用于译码输入的指令，从而产生控制寄存器的信号。 （4）控制部分 这个部分是CPU的核心部分，它包含所有的控制逻辑，能够通过改变输出信号而达到控制周围模块的结果。本程序之中，控制部分还包括了一个加（减）法器。 二．实验程序 module proc(DIN,Resetn,clock,Run,Done,Buswires); input[15:0] DIN; input Resetn; input clock; input Run; output Done; output Buswires; reg [15:0]Buswires; reg[0:0] IRin; reg[0:7] Rin; reg[0:7] Rout; reg DINout; reg Done; reg Ain; reg Gin;
《计算机组装与维护》综合练习题（一） 一、填空题 1、中央处理器由 ( ) 和 ( ) 构成。 2、对于AWARD BIOS 在系统启动过程中按（）键可进入 CMOS 设置程序。 3、硬盘的四种工作模式是：（）、（）、（）和（）。如果你的硬盘是 60GB ，则应该将你的硬盘工作模式设为（）。 4、 CPU 的外频是 100MHz ，倍频是 17 ，那么 CPU 的工作频率是 （） MHz 。 5、磁盘格式化的 DOS 外部命令是（）。 6、在拆装微机的器件前，应该释放掉手上的（）。 7、系统总线是CPU与其他部件之间传送数据、地址和控制信息的公共通道。根据传送内容的不同，可分为（）总线、（）总线和（）总线。 8 、计算机电源一般分为：（）和（）。 9、BIOS是计算机中最基础的而又最重要的程序，其中文名称是 ( )。 10、最基本的输入设备是（），输出设备是（）。 11、一个完整的计算机系统是由( )系统和( )系统组成。 12、CPU的主频等于( ) ×( )。 13、SDRAM内存条的金手指通常是( )线的，DDR SDRAM内存条的金手指通常是( )线的，DDRII内存条的金手指通常是( )线的。14、硬盘的接口方式通常有4种，它们分别是( )接口，( )接口，( )接口和( )接口 15、 BIOS是计算机中最基础的而又最重要的程序，其中文名称是 ( )。 16、POST出错提示：CMOS battery failed的中文意思是 （）。 二、单项选择题 1、用于硬盘分区的 DOS 外部命令是（） ① FDISK② DIR ③ FORMAT ④ C OPY 2、目前在主流主板上的 BIOS芯片通常为（）。 ① EPPROM② Flash Memory③ EPROM ④ PROM 3、对于一块新购硬盘，建立分区的顺序是（）。对于一块已用硬盘，根据当前的分区情况（有主分区、扩展分区和逻辑分区），删除分区的顺序为（）。 ① 主分区、扩展分区和逻辑分区② 逻辑分区、主分区和扩展分 区③ 逻辑分区、扩展分区和主分区④ 主分区、逻辑分区和扩展分区 4、声卡上有如下四个插孔，那么麦克风插头应插入声卡的（）。 ① MIC ②LINE IN ③LINE OUT④GAME 5、VGA插座为三列（）。 ① 20针②12针③15针④25针 6、微机中运算器所在的位置（）。 ①内存② CPU②硬盘④光盘 7、执行应用程序时,能和CPU直接交换信息的部件是（）。 ①软盘②硬盘③内存④光盘
第五章中央处理器（教案） a)学习目的与要求 学习目的：了解掌握计算机中央处理器的组成原理与控制方式 学习要求：了解CPU的总体结构，掌握指令的执行过程，时序产生器的工作与控制原理，微程序控制技术，各种控制器的结构和工作原理。 本章主要内容： ?CPU的总体结构 ?指令的执行与时序产生器 ?微程序设计技术和微程序控制器 ?硬布线控制器与门阵列控制器 ?CPU的新技术 b)应掌握的知识点 i. CPU的总体结构 CPU由控制器和运算器两个主要部件组成。控制器负责协调和指挥整个计算机系统的操作，控制计算机的各个部件执行程序的指令序列。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器等组成；运算器接受控制器的命令并负责完成对操作数据的加工处理任务，由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态标志寄存器组成。 CPU主要完成以下几方面的功能：（１）控制指令执行顺序；（２）控制指令操作；（３）控制操作时间；（４）执行算术、逻辑运算。 CPU中完成取指令和执行指令全过程的部件是操作控制器，其主要功能是根据指令操作码和时序信号的要求，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路。 操作控制器有组合．逻辑控制器和微程序控制器两种，二者和差别是它们中的“控制信号形成部件”不同，反映了不同的设计原理和方法。根据设计方法不同可分为：①硬布线控制器；②微程序控制器；③门阵列控制器。 CPU中除了操作控制器外，还必须有时序产生器。时序产生器是对各种操作实施时间上的严格控制的部件。 CPU的组成如图5.1所示。
算术逻辑单元 CPU c c c ALU 取指 控制 执行 控制 时钟 状态反馈操作控制器 时序产生器 状态条件寄存器 累加器 c AC 指令 译码器 程序 计数器PC c c 指令寄存器 c IR c 地址寄存器AR 缓冲 寄存器 DR 存储器 输入/ 输出 数据总线 DBUS 地址总线 ABUS 图5.1 CPU主要组成部分逻辑结构图 ii. 指令的执行与时序产生器 1.指令周期 程序运行的过程是逐条执行指令的过程，而一条指令的执行又分为取指令、取操作数和执行指令等时间段，这些时间段在计算机中称为周期。 取出指令并执行该指令所需的时间称为指令周期。如图5.2所示。 1.取指令 1.取操作数 2.指令译码 2.完成操作 3.PC+! 3.结果回写 4.送操作数地址 4.AC送存储器 图5.2 指令周期、取指周期、执行周期和微操作 指令周期常常用若干个CPU周期数来表示。由于CPU内部的操作速度较快，而CPU 访问一次主存储器所花的时间比较长，故通常是用主存储器中读取一个指令字的最短时间来规定CPU周期。CPU周期也称为机器周期。这就是说，一条指令的取出阶段，简称取指，需要一个CPU周期时间。而一个CPU周期又包含有若干个时钟周期，时钟周期通常又称为节拍脉冲或T周期，是处理操作的最基本时间单位，它由机器的主频决定。一个CPU周期的时间宽度就由若干个时钟周期的总和决定。 几种典型指令的指令周期： （１）非访问内存的指令(如CLA)需要两个CPU周期。如图5.3所示。其中，取指令阶段需要一个CPU周期，执行指令阶段需要一个CPU周期。在第一个CPU周期，从内存
C P U;M P U;M C U三者以及A R M D S P F P G A三者 的区别 集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
CPU MPU MCU 1 CPU（Central Processing Unit,中央处理器） 中央处理器（CPU）是电子计算机的主要器件之一，其功能主要是解释计算机指令及处理计算机软件中的数据。 CPU的组成 CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。 运算器：进行算术运算和逻辑运算(部件:算数逻辑单元、累加器、寄存器组、路径转换器、数据总线)。 控制器：控制程序的执行,包括对指令进行译码、寄存，并按指令要求完成所规定的操作，即指令控制、时序控制和操作控制。复位、使能(部件:计数器、指令暂存器、指令解码器、状态暂存器、时序产生器、微操作信号发生器)。 寄存器：用来存放操作数、中间数据及结果数据。 CPU的工作原理 CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，将指令分解成一系列的微操作，然后发出各种控制命令，执行微操作，从而完成一条指令的
执行。可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。 注：指令是计算机规定执行操作的类型和操作数的基本命令。指令是由一个字节或者多个字节组成，其中包括操作码字段、一个或多个有关操作数地址的字段以及一些表征机器状态的状态字以及特征码。有的指令中也直接包含操作数本身。 第一阶段：提取 从存储器或高速缓冲存储器中检索指令（为数值或一系列数值）。由程序计数器（Program Counter）指定存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。 提取指令之后，程序计数器根据指令长度增加存储器单元。指令的提取必须常常从相对较慢的存储器寻找，因此导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器的快取和管线化架构。 第二阶段：解码 CPU根据存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构（Instruction Set Architecture, ISA）定义将数值解译为指令。 一部分指令数值为运算码（Opcode），其指示要进行哪些运算。其它的数值通常供给指令必要的信息，诸如一个加法（Addition）运算的运算目标。这样的运算目标也许提供一个常数值（即立即值），或是一个空间的定址值：暂存器或存储器位址，以定址模式决定。 在旧的设计中，CPU里的指令解码部分是无法改变的硬件设备。不过在众多抽象且复杂的CPU和指令集架构中，一个微程序时常用来帮助转换指令为各种形态的讯号。这些微程序在已成品的CPU中往往可以重写，方便变更解码指令。 第三阶段：执行 在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。该阶段中，连接到各种能够进行所需运算的CPU部件。 例如，要求一个加法运算，算数逻辑单元（ALU，Arithmetic Logic Unit）将会连接到一组输入和一组输出。输入提供了要相加的数值，而输出将含有总和的结果。ALU内含电路系统，易于输出端完成简单的普通运算和逻辑运算（比如加法和位元运算）。如