第3章 处理器体系结构及组成
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第三章习题(P90-92)一、复习题1.计算机由哪几部分组成,其中哪些部分组成了中央处理器?答:计算机硬件系统主要由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等五部分组成其中,运算器和控制器组成中央处理器(CPU)。
(P72)2.试简述计算机多级存储系统的组成及其优点。
答:多级存储系统主要包括:高速缓存、主存储器和辅助存储器。
把存储器分为几个层次主要基于下述原因:(1)合理解决速度与成本的矛盾,以得到较高的性能价格比。
(2)使用磁盘、磁带等作为外存,不仅价格便宜,可以把存储容量做得很大,而且在断电时它所存放的信息也不丢失,可以长久保存,且复制、携带都很方便。
(P76-P77)3.简述Cache的工作原理,说明其作用。
答:Cache的工作原理是基于程序访问的局部性的。
即主存中存储的程序和数据并不是CPU每时每刻都在访问的,在一段时间内,CPU只访问其一个局部。
这样只要CPU当前访问部分的速度能够与CPU匹配即可,并不需要整个主存的速度都很高。
Cache与虚拟存储器的基本原理相同,都是把信息分成基本的块并通过一定的替换策略,以块为单位,由低一级存储器调入高一级存储器,供CPU使用。
但是,虚拟存储器的替换策略主要由软件实现,而Cache的控制与管理全部由硬件实现。
因此Cache效率高并且其存在和操作对程序员和系统程序员透明,而虚拟存储器中,页面管理虽然对用户透明,但对程序员不透明;段管理对用户可透明也可不透明。
Cache的主要作用是解决了存储器速度与CPU速度不匹配的问题,提高了整个计算机系统的性能。
(P79)4.描述摩尔定律的内容,并说明其对于计算机的发展具有怎样的指导意义。
答:摩尔定律(Moore law)源于1965年戈登·摩尔(Gordon Moore,时任英特尔(Intel)公司名誉董事长)的一份关于计算机存储器发展趋势的报告。
根据他对当时掌握的数据资料的整理和分析研究,发现了一个重要的趋势:每一代新芯片大体上包含其前一代产品两倍的容量,新一代芯片的产生是在前一代产生后的18-24个月内。
可编程逻辑器件工艺和结构可编程逻辑器件发展历史--第1阶段上世纪70年代,可编程器件只有简单的可编程只读存储器(PROM )、紫外线可擦除只读存储器(EPROM )和电可擦只读存储器(EEPROM )3种。
由于结构的限制,它们只能完成简单的数字逻辑功能。
可编程逻辑器件发展历史--第2阶段上世纪80年代,出现了可编程阵列逻辑(PAL )和通用阵列逻辑(GAL )器件,正式被称为PLD 。
☐典型的PLD 由“与”、“非”阵列组成,用“与或”表达式来实现任意组合逻辑,所以PLD 能以乘积和形式完成大量的逻辑组合。
☐PAL 器件只能实现可编程,在编程以后无法修改;如需要修改,则需要更换新的PAL 器件。
☐GAL 器件不需要进行更换,只要在原器件上再次编程即可。
可编程逻辑器件发展历史--第3阶段上世纪90年代,众多可编程逻辑器件厂商推出了与标准门阵列类似的FPGA 和类似于PAL 结构的扩展性CPLD 。
☐提高了逻辑运算的速度;☐具有体系结构和逻辑单元灵活集成度高以及适用范围宽等特点。
兼容了PLD 和通用门阵列的优点;☐能够实现超大规模的电路,编程方式也很灵活,成为产品原型设计和中小规模(一般小于10000)产品生产的首选。
可编程逻辑器件发展历史--第4阶段本世纪初,将现场可编程门阵列和CPU 相融合,并且集成到一个单个的FPGA 器件中,称为异构架构。
典型的,Xilinx 推出了两种基于FPGA 的嵌入式解决方案:☐内嵌PowerPC 硬核微处理器、ARM Cortex-A9 双核硬核嵌入式处理器。
☐提供了低成本的嵌入式软核处理器,如:MicroBlaze 、Picoblaze 。
可编程逻辑器件发展历史--第5阶段FPGA 朝着数模混合,异构架构的方向发展,真正成为了“万能芯片”。
在人工智能、云计算、物联网方面都有着极其重要的应用。