计算机组成原理第5章 中央处理器
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第一章电脑系统概论电脑的硬件是由有形的电子器件等构成的,它包括运算器、存储器、控制器、适配器、输入输出设备。
早起将运算器和控制器合在一起称为CPU〔中央处理器〕。
目前的CPU包含了存储器,因此称为中央处理器。
存储程序并按地址顺序执行,这是冯·诺依曼型电脑的工作原理,也是CPU自开工作的关键。
电脑系统是一个有硬件、软件组成的多级层次结构,它通常由微程序级、一般程序级、操作系统级、汇编语言级、高级语言级组成,每一级上都能进行程序设计,且得到下面各级的支持。
习题:4冯·诺依曼型电脑的主要设计思想是什么?它包括那些主要组成部分?主要设计思想是:存储程序通用电子电脑方案,主要组成部分有:运算器、逻辑控制装置、存储器、输入和输出设备5什么是存储容量?什么是单元地址?什么是数据字?什么是指令字?存储器所有存储单元的总数称为存储器的存储容量。
每个存储单元都有编号,称为单元地址。
如果某字代表要处理的数据,称为数据字。
如果某字为一条指令,称为指令字7指令和数据均存放在内存中,电脑如何区分它们是指令还是数据?每一个基本操作称为一条指令,而解算某一问题的一串指令序列,称为程序第二章运算方法和运算器按对阶操作。
直接使用西文标准键盘输入汉字,进行处理,并显示打印汉字,是一项重大成就。
为此要解决汉字的输入编码、汉字内码、子模码等三种不同用途的编码。
1第三章 内部存储器即CPU 能直接访问内存〔cache 、主存〕,双端口存储器和多模块交叉存储器属于并行存储器结构。
cache 是一种高速缓冲存储器,是为了解决CPU 和主存之间速度不匹配而采用的一项重要的硬件技术,并且发展为多级cache 体系,指令cache 与数据cache 分设体系。
要求cache 的命中率接近于1适度地兼顾了二者的优点又尽量防止其缺点,从灵活性、命中率、硬件投资来说较为理想,因而得到了普遍采用。
习题: 1设有一个具有20位地址和32位字长的存储器,问:〔1〕该存储器能存储多少个字节的信息? 〔2〕如果存储器由512K ×8位SRAM 芯片组成,需要多少片;〔3〕需要多少位地址做芯片选择?(1)字节M 4832*220= (2)片84*28*51232*1024==K K (3)1位地址作芯片选择 2 已知某64位机主存采用半导体存储器,其地址码为26位,假设使用4M ×8位DRAM 芯片组成该机所允许的最大主存空间,并选用内存条结构形式,问:〔1〕 假设每个内存条16M ×64位,共需几个内存条?〔2〕每个内存条共有多少DRAM 芯片? 〔3〕主存共需多少DRAM 芯片?CPU 如何选择各内存条?(1). 共需模块板数为m :m=÷2^24=4(块)(2). 每个模块板内有DRAM 芯片数为32 (片)(3) 主存共需DRAM 芯片为:4*32=128 (片)每个模块板有32片DRAM 芯片,容量为16M ×64位,需24根地址线(A23~A0) 完成模块板内存储单元寻址。
计算机组成原理第三版
计算机组成原理第三版是一本关于计算机硬件和软件组成的经典教材。
本书主要介绍了计算机的基本原理和构造,是计算机科学与技术、电子信息工程等相关专业的重要教材之一。
本书第一章介绍了计算机系统的发展历程和基本概念,包括计算机的定义、基本组成部分以及计算机的性能指标。
第二章讲述了数字逻辑电路的基本概念和设计原理,包括布尔代数、逻辑门、多路选择器和加法器等。
第三章讨论了存储器和存储器层次结构的设计和实现。
其中包括主存储器的组织与映射、虚拟内存和高速缓存等内容。
第四章介绍了指令系统和计算机的指令执行过程。
其中包括指令的格式、寻址方式、指令的执行周期和数据通路等。
第五章讲述了中央处理器(CPU)的设计和实现。
包括控制器、数据通路、指令流水线和乱序执行等。
第六章介绍了I/O系统的组成和工作原理,包括I/O接口、I/O 通道、DMA传输和中断处理等内容。
第七章讨论了计算机总线的结构和功能,包括地址总线、数据总线和控制总线等。
第八章介绍了计算机的输入输出设备,包括显示器、键盘、鼠标和打印机等。
第九章讨论了计算机体系结构的设计和性能评价。
包括指令级并行和线程级并行的基本概念和实现。
第十章介绍了计算机网络的基本概念和组成部分,包括局域网、广域网和互联网等。
最后一章讨论了一些计算机系统的实践和发展趋势,包括多核处理器、量子计算机和脑机接口等。
通过学习计算机组成原理,读者可以了解计算机的工作原理和实现细节,为进一步深入研究计算机科学和相关领域打下坚实的基础。
第5章中央处理器5.1 考点归纳【考纲指定考点】【题型及考点分析】本章是计算机组成原理的重点,一般常考选择题与综合题。
综合题一般考查数据通路的分析,指令执行阶段的节拍与控制信号的安排、流水线技术与性能分析等。
选择题一般考各种寄存器的特点,指令执行的各种周期与特点,控制器的相关概念,流水线的相关概念。
复习本章首先就要弄懂数据通路,再在此基础上弄懂指令执行的个阶段的节拍与控制信号的安排。
一、CPU的功能和基本结构1.中央处理器(CPU)的功能中央处理器(CPU):就是计算机完成取指令、分析指令及执行指令的功能部件,一般具有以下几个功能:(1)指令控制。
完成取指令、分析指令和执行指令的操作。
(2)操作控制。
CPU管理并产生由内存取出的每条指令的操作信号,把各种操作信号送往相应的部件,从而控制这些部件按指令的要求进行运作。
(3)时间控制。
产生时序信号,对指令操作进行控制。
(4)数据加工。
对数据进行算术和逻辑运算。
(5)中断处理。
对计算机运行过程中出现的异常情况和特殊请求进行处理。
2.中央处理器的结构在计算机系统中,中央处理器主要有两大部件构成:控制器和运算器。
(1)控制器控制器由程序计数器,指令寄存器,指令译码器,时序产生器,和操作控制器等组成,完成协调与指挥整个计算机系统协调工作,其主要功能有:①从内存中取指令,并且指出下一条指令在内存中的位置。
②对指令进行译码,产生相应的控制信号,以便启动规定的动作。
③指挥并控制CPU,内存,输入输出设备间的数据流动方向。
(2)运算器运算器由算术逻辑单元,累加器,数据缓冲寄存器,状态条件寄存器组成,它是数据加工处理部件,运算器接受控制器发送过来的命令进行运作,其主要功能有:①执行所有算术运算。
②执行所有逻辑操作,并且进行逻辑测试,如零值测试或比较测试。
图5-1 CPU逻辑结构图(3)寄存器CPU中有很多寄存器,这些寄存器大致可以分为两类,一类是用户可见的寄存器,可对这类寄存器编程,如通用寄存器组、程序状态字寄存器;另一类是用户不可见的寄存器,对用户是透明的,不可以对这类寄存器编程,如存储器地址寄存器、存储器数据寄存器、指令寄存器。
408中计算机组成原理选择题各章节分408中计算机组成原理是一门重要的课程,它涵盖了计算机组成原理的各个方面。
在这门课程中,选择题是一种常见的考试形式,它能够帮助学生巩固知识,提高解题能力。
下面将对408中计算机组成原理选择题的各章节进行分析。
第一章:计算机系统概述。
这一章主要介绍了计算机系统的基本概念和组成部分。
选择题主要涉及计算机的发展历程、计算机的基本组成和计算机的性能指标等内容。
第二章:数据的表示和运算。
这一章主要介绍了计算机中数据的表示方式和运算方法。
选择题主要涉及二进制数的表示和转换、定点数和浮点数的表示和运算等内容。
第三章:存储器。
这一章主要介绍了计算机中的存储器的种类和组织方式。
选择题主要涉及存储器的层次结构、存储器的访问方式和存储器的容量等内容。
第四章:指令系统。
这一章主要介绍了计算机中的指令系统的设计和实现。
选择题主要涉及指令的格式和编码、指令的执行过程和指令的寻址方式等内容。
第五章:中央处理器。
这一章主要介绍了计算机中的中央处理器的结构和功能。
选择题主要涉及中央处理器的组成和工作原理、中央处理器的时序控制和数据通路设计等内容。
第六章:总线。
这一章主要介绍了计算机中的总线的种类和工作原理。
选择题主要涉及总线的分类和特点、总线的传输方式和总线的控制方式等内容。
第七章:输入输出系统。
这一章主要介绍了计算机中的输入输出系统的组成和工作原理。
选择题主要涉及输入输出设备的分类和特点、输入输出接口的设计和输入输出控制方式等内容。
第八章:中断和异常处理。
这一章主要介绍了计算机中的中断和异常处理的机制和方法。
选择题主要涉及中断的分类和处理过程、异常的产生和处理方式等内容。
通过对408中计算机组成原理选择题的各章节进行分析,我们可以看出,这门课程的内容非常丰富,涵盖了计算机组成原理的各个方面。
选择题能够帮助学生巩固知识,提高解题能力。
因此,学生在学习这门课程时,应该注重理论知识的学习,同时也要多做选择题,加强对知识的理解和应用能力。
1、中央处理器是指()。
A.运算器、控制器、主存B.运算器C.运算器、控制器D.控制器正确答案:C你错选为A2、冯·诺依曼计算机中指令和数据均以二进制形式存放在存储器中, CPU区分它们的依据是()。
A.指令和数据所在的存储单元B.指令周期的不同阶段C.指令操作码的译码结果D.指令和数据的寻址方式正确答案:B3、在CPU中跟踪指令后继地址的寄存器是()。
A.主存地址寄存器B.指令寄存器C.程序计数器D.状态标志寄存器正确答案:C4、指令寄存器的位数取决于()。
A.存储字长B.指令字长C.存储器容量正确答案:B5、通用寄存器是()。
A.可存放程序状态字的寄存器B.可存放指令的寄存器C.本身具有计数逻辑与移位逻辑的寄存器D.可编程制定多种功能的寄存器正确答案:D6、在计算机系统中,表征系统运行状态的部件是()。
A.中断寄存器B.程序状态字C.程序计数器D.累加寄存器正确答案:B7、指令译码器是对()进行译码。
A.整条指令B.指令的地址C.指令的操作数字段D.指令的操作码字段正确答案:D8、微操作控制信号发生器的作用是()。
A.产生控制时序B.完成指令操作码的分析功能C.从主存中取出指令D.产生各种微操作控制信号正确答案:D9、下列选项()不属于微操作控制信号发生器的输入特性A.指令部件提供的译码信号B.被控制功能部件所反馈的状态及条件C.指令的地址码字段D.时序部件提供的时序信号正确答案:C10、三级时序系统提供的三级时序信号是()。
A.指令周期、机器周期、时钟周期B.机器周期、节拍、脉冲C.指令周期、微指令周期、时钟周期D.指令周期、机器周期、节拍正确答案:B11、下列说法中()是正确的。
A.指令周期是机器周期的两倍B.指令周期等于机器周期C.指令周期大于机器周期D.指令周期小于机器周期正确答案:C12、采用同步控制的目的是()。
A.满足不同操作对时间安排的需要B.简化控制时序C.提高执行速度D.满足不同设备对时间安排的需要正确答案:B13、异步控制常用于()。
第5章中央处理器一、单项选择题1.条件转移指令执行时所依据的条件来自()。
A.指令寄存器B.标志寄存器C.程序计数器D.地址寄存器【答案】B【解析】A项,指令寄存器用于存放当前正在执行的指令;B项,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,需对标志寄存器的内容进行测试,判断是否满足转移条件;C项,程序计数器用于存放下一条指令的地址;D项,地址寄存器用于暂存指令或数据的地址。
2.CPU中决定指令执行顺序的是()。
A.指令寄存器IRB.程序计数器PCC.程序状态字寄存器PSWRD.主存地址寄存器MAR【答案】B【解析】CPU中用程序计数器PC来跟踪下一条将要执行的指令的地址,即通过程序计数器PC来决定指令执行顺序。
3.在CPU的寄存器中,()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【答案】C【解析】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。
其他三种寄存器的内容可由程序员指定。
4.在计算机系统中,表征系统运行状态的部件是()。
A.程序计数器B.累加计数器C.中断计数器D.程序状态字【答案】D【解析】计算机系统中,程序状态字保存系统运行状态。
5.在CPU中用来存储指令后继地址的寄存器是()。
A.主存地址寄存器B.程序计数器C.指令寄存器D.状态条件寄存器【答案】B【解析】为了保证程序能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条指令的地址。
而程序计数器正是起到这种作用,所以通常又称为程序计数器。
当程序转移时,转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值,此PC值就是下一条要执行的指令的地址。
有些机器中也称PC为指令指针IP。
6.关于微指令操作控制字段的编码方法,下面叙述正确的是()。
A.直接控制法、最短编码法和字段编码法都不影响微指令的长度B.一般情况下,直接控制法的微指令位数多C.一般情况下,最短编码法的微指令位数多D.一般情况下,字段编码法的微指令位数多【答案】B【解析】对于相同的微命令数,微指令位数按最短编码法、字段编码法和直接控制法的顺序依次增加。