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博雅彩票计算机原理常见问题大全
发布日期:2020-05-26

  算计机道理常睹题目大全_算计机硬件及收集_IT/算计机_专业材料。,. 1.算计机体例即是硬件体例吗? 第一章 算计机体例概论 答:说算计机体例即是硬件体例是不完美的。一个完美的算计机体例该当征求硬件体例和软件体例两个人。 硬件体例征求:运算器、左右器、存储器

  ,. 1.算计机体例即是硬件体例吗? 第一章 算计机体例概论 答:说算计机体例即是硬件体例是不完美的。一个完美的算计机体例该当征求硬件体例和软件体例两个人。 硬件体例征求:运算器、左右器、存储器、输入配置和输出配置五大基础部件。软件体例分为体例软件和 行使软件两大类。体例软件征求操作体例、算计机讲话处置轨范(各类轨范翻译软件,征求编译轨范、解 释轨范、汇编轨范)、办事性轨范、数据库解决体例和收集软件等;行使软件征求各类特定例模的处置轨范。 算计机体例中的硬件和软件是相辅相成的,缺一不行。软件是算计机体例的心魄,没有软件的硬件不行被 用户应用,犹如一堆废铁。 2.统一个功效能够由软件落成也能够由硬件落成吗? 答:软件和硬件是两种全体差别的形状,硬件是实体,是物质基本;软件是一种消息,看不睹、摸不到。 然则它们都能够用来完毕逻辑功效,以是正在逻辑功效上,软件和硬件是等价的。以是,正在算计机体例中, 很众功效既能够直接由硬件完毕,也能够正在硬件的配合下由软件来完毕。比如:乘法运算既能够用特意的 乘法器(首要由加法器和移位器构成)完毕,也能够用乘措施轨范(首要由加法指令和移位指令等构成) 来完毕。 3.翻译轨范即是编译轨范吗?解说轨范和编译轨范有什么分别?什么是汇编轨范? 答:翻译轨范是指把高级讲话源轨范翻译成机械讲话轨范(宗旨代码)的软件。 翻译轨范有两种:一种是编译轨范,另一种是解说轨范。它们是两种差别的翻译轨范。差别正在于编译 轨范将高级讲话源轨范一次一齐翻译成宗旨轨范,每次奉行轨范时,只须奉行宗旨轨范,以是,只须源程 序稳定,就无需从头翻译;解说轨范是将源轨范的一条语句,翻译成对应的机械宗旨代码,并即刻奉行, 然后翻译下一条源轨范语句并奉行,直至一齐源轨范中的语句一齐被翻译并奉行完。以是解说轨范的奉行 流程是翻译一句,奉行一句。解说的结果是源轨范奉行的结果,而不会天生宗旨轨范。 汇编轨范也是一种讲话翻译轨范,它是把汇编讲话写的源轨范翻译为机械讲话轨范(宗旨代码)的软 件。汇编讲话是一种面向机械的初级讲话,是机械讲话的符号显示,与机械讲话逐一对应。 4.要算计机做的任何就业都要先编写成轨范才气落成吗? 答:是的。要算计机落成的任何事变,都务必先编制轨范,轨范是由指令组成的。不管是用哪种讲话编写 的轨范,最终都要翻译成机械讲话轨范才气让机械剖析,机械讲话轨范是由一条一条指令构成的轨范。CPU 的首要功效即是循环不息地奉行指令,以是,要算计机落成的一齐功效都是通过奉行一条一条指令来完毕 的,也即是由一个轨范来落成的。有时咱们说某个特定的功效是由硬件完毕的,但并不是说不要编写轨范, 如乘法功效可由乘法器这个硬件完毕,但要启动这个硬件(乘法器)就业,务必先奉行轨范中的乘法指令。 5.指令和数据样式上没有分别,且都存于存储器中,算计机怎么区别它们呢? 答:指令和数据正在算计机内部都是用二进制显示的,因此都是 0、1 序列,正在样式上没有分别。正在指令和数 据取到 CPU 之前,它们都存放正在存储器中,CPU 务必可以区别读出的是指令仍是数据,假设是指令,CPU 会把指令的操作码送到指令译码器举行译码,而把指令的地点码送到相应的地方举行处置;假设是数据, 则送到寄存器,或运算器。那么,CPU 怎么识别读出的是指令仍是数据呢?现实上,CPU 并不是把消息从 ; .. ,. 主存读出后,靠某种鉴定法子来识别消息是数据仍是指令的。而是正在读出之前就明了将要读的消息是数据 仍是指令了。奉行指令的流程分为:取指令、指令译码、取操作数、运算、送结果等。以是,正在取指令阶 段,老是凭据轨范计数器 PC 的值去取指令,以是取来的必定是指令;取操作数阶段取的必定是数据。 6.什么叫透后性?透后是指什么都能瞥睹吗? 答:正在算计机规模中,站正在某一类用户的角度,假设觉得不到某个事物或属性的存正在,即“看”不到某个 事物或属性,则称为“对 xxxx 用户而言,某个事物或属性是透后的”。这与平居生计中的“透后”观念(公 开、看得睹)正好相反。比如:对待高级讲话轨范员来说,浮点数格局、乘法指令等这些指令的格局、数 据怎么正在运算器中运算,等等,是透后的;而对待机械讲话轨范员和汇编讲话轨范员来说,指令的格局、 机械构造、数据格局等则不是透后的。 7.数据通道宽度、机械字长、“字”宽、存储单位宽度、编址单元、总线宽度、指令字长各指什么?它们之 间有何联系? 答:正在算计机内部,有指令和数据两大类消息。指令和数据都以二进制样式存放正在存储器中,运转轨范时, 须要把指令和数据从存储器读出,通过总线传输到 CPU,然后,CPU 再通过奉行指令来对操作数举行相应 的运算,结果把结果数据送到寄存器或存储器中。以是,正在策画或应用算计机流程中,要涉及到:指令和 数据正在存储器中按什么长度存放;写入或读出时按什么长度存取;正在总线上传输时同时传送众少位;数据 和指令送到 CPU 后,正在 CPU 的寄存器中按众少位存放;正在运算器中按众少位运算;等等题目。因此涌现了 以下少少观念,它们的界说和联系如下: “数据通道”是指数据正在 CPU 中所通过的途径,连同途径上的部件,征求:通用寄存器、众道挑选器、 符号扩展器、零扩展器、ALU、移位寄存器等。这些部件的宽度和数据传送的途径宽度都是划一的,这个 划一的宽度即是数据通道的宽度。CPU 中有定点运算器和浮点运算器,因此,相对应的就有定点运算器的 数据通道和浮点运算器数据通道。两者的宽度差别,浮点运算器的数据通道要宽的众。 “机械字长”是算计机的一个极端紧急的目标。往往称 32 位机械或 64 位机械,即是指机械的字长是 32 位或 64 位。普通情形下,机械字长界说为 CPU 中正在同有时间内一次可以处置的二进制数的位数,现实 上即是 CPU 中数据通道的位数。由于机械字长与内存单位的地点位数相闭,而地点算计是正在定点运算器中 举行的。以是,普通把定点运算器的数据通道宽度定为机械字长。 正在算计机中,“字”的观念往往涌现。一个“字”的宽度并不等于机械字长。“字”动作机械中一齐信 息宽度的计量单元,对待某个系列机来说,其字宽老是固定的。比如,正在 80x86 系列中,一个字的宽度为 16 位,以是,32 位是双字,64 位是四字。正在 IBM303X 系列中,一个字的宽度为 32 位,以是 16 位为半字, 32 位为单字、64 位为双字。 “存储单位”指存储器中具有相似地点的若干个存储元件(或称存储元、存储基元、印象单位)组成 的一个存储单位中的二进制代码,其宽度等于一个编址单元的长度,能够是 8 位、16 位、32 位等。现正在, 大无数算计机是按字节编址的,即:每一个字节(8 位)有一个地点,编址单元即是一个字节,以是一个存 储单位的宽度(位数)是 8 位。由此可睹,一个数据(如:32 位整数、32 位浮点数或 64 位浮点数等)可 能占众个存储单位。一次从存储器读出或写入的消息也或者有众个存储单位。 “指令字长”指指令的位数。有定长指令字机械和大概长指令字机械。定长指令字机械中一齐指令的 位数是相似的,目前定长指令字大家是 32 位指令字。大概长指令字机械的指令有长有短,但每条指令的长 度普通都是 8 的倍数。以是,一个指令字正在存储器中存放时,或者占用众个存储单位;从存储器读出并通 过总线传输时,或者分众次举行,也或者一次读众条指令。 ; .. ,. 1.真值和机械数的联系是什么? 第二章 运算法子和运算器 答:正在算计机内部用二进制编码显示的数称为机械数,而机械数真正的值(即原先带有正负号的数)称为 机械数的线.什么是编码? 答:用少量大略的基础符号,对巨额繁复众样的消息举行必定纪律的组合。基础符号的品种和组合法规是 消息编码的两大因素。比如,用 10 个阿拉伯数字显示数值,电报码顶用 4 位十进制数字显示汉字,等等, 都是编码的类型例子。算计机内部处置的一齐消息都是“数字化编码”了的消息。 3.什么是“数字化编码”? 答:“数字化编码”即是对觉得媒体消息(如:数值、文字、图像、音响、视频等消息)举行依时采样,将 实际全邦中的连接消息转换为算计机中的离散的“样本”消息,然后对这些离散的“样本”消息举行二进 制编码。 4.算计机内部为什么用二进制来编码一齐消息? 答:首要有三个方面的原故: (1) 二进制体例惟有两个基础符号:“0”和“1”。以是,它的基础符号少,易于用稳态电道完毕; (2)二进制的编码/计数/运算等的法规大略; (3)二进制中的“0”和“1”与逻辑命题的“真”和“假”的对应联系大略 5.什么叫数值数据? 答:数值数据有确定的值,即正在数轴上能找到其对应的点,能够对照其巨细。确定一个数值数据的值有三 个因素:进位计数制、定/浮点显示和数的编码显示。也即是说,给定一个数字序列,假设不证实这个数 字序列是几进制数、小数点的名望正在哪里、采用什么编码格式,那么这个数字序列的值是无法确定的。或 者说,统一个数字序列或者有差别的值。 6.算计机内都用二进制显示消息,为什么还要引入八进制和十六进制? 答:算计机内部正在举行消息的存储、传送和运算时,都是以二进制样式来显示消息的。但正在屏幕上或书本 上书写消息时,因为二进制消息位数众,阅读、印象也不简单。而十六进制、八进制和二进制的对应联系 大略。以是引入十六进制或八进制。正在开辟轨范、调试轨范、阅读机械内部代码时,人们往往应用八进制 或十六进制来等价地显示二进制消息。 7.怎么显示一个数值数据?算计机中的数值数据都是二进制数吗? 答:正在算计机内部,博雅彩票数值数据的显示法子有两大类: ① 直接用二进制数显示 ; .. ,. 分为无符号数和有符号数,有符号数又分为定点数显示和浮点数显示。无符号数用来显示无符号整数 (如:地点等消息);定点数用来显示整数;浮点数用来显示实数。 ② 采用二进制编码的十进制数显示(Binary Coded Decimal Number,简称 BCD 码)BCD 码的编码方 案许众,但普通都采用 8421 码(也称为 NBCD 码)来显示。用来显示整数。 以是,算计机中的数值数据固然都用二进制来编码显示,但不全是二进制数,也有效十进制数显示的。 以是,后面一章相闭指令类型中,就有对应的二进制加法指令和十进制加法指令。 8.为什么要引入无符号数显示? 答:普通正在一齐是正数运算且结果不涌现负值的地方下,能够省略符号位,应用无符号数显示。比如正在进 行地点运算时可用无符号数。 9.正在高级讲话编程中所界说的 unsigned 型数据是奈何显示的? 答:unsigned 型数据即是无符号数,不酌量符号位,直接用二进制对数值举行编码获得的即是无符号数。 10.为什么无符号整数结果会发作“溢出”? 什么叫无符号整数的“溢出”? 答:算计机的机械字长老是有限的,因此机械数的位数有限,以是可显示的数的个数有限。对待 n 位二进 制数,只可显示 2n 个差别的数,以是有许众数用 n 位无法显示。 对待无符号定点整数来说,算计机运算流程中普通保存低 n 位,舍弃高位。如此,会爆发两种结果: ① 剩下的低 n 位数不行无误显示运算结果。这种情形下,意味着运算的结果超越了算计性能外达的 界限,有用数值进到了第 n+1 位,咱们称此时发作了“溢出” 征象。 ② 剩下的低 n 位数能无误外达算计结果,也即高位的舍去并不影响其运算结果。 “span 对一个众于 n 位的数抛弃高位而保存低 n 位数”如此一种处置, 现实上等价于“将这个众于 n 位的数去除以 2n,然后丢去商保存其余数”的操作。这种操作运算即是“模运算”。正在一个模运算体例中, 运算的结果最终都是抛弃高位,只截取低 n 位。以是,只须不是“溢出”,即:只须真正的值不会进到第 n+1 位,结果即是无误的。这是模运算体例的特征。 11.为什么今世算计机都用补码来显示整数? 答:补码显示定点整数时,和原码、反码比拟,有以下四个好处: (1)符号位能够和数值位一块出席运算 (2)能够用加法简单地完毕减法运算 (3)零的显示独一 (4)能够众显示一个最小负数 以是,今世算计机都用补码来显示定点整数。 12.n 位二进制补码整数的模是众少?数的外树模围是众什么? 答:n 位二进制补码整数的模是 2n,显示只保存低 n 位,众于 n 位的高位个人取模后要被抛弃掉。这种形 式的数的界限为-2(n-1) ~ +2(n-1) -1。 13.正在高级讲话编程中界说的 shotr / int / long 型数据是奈何显示的? ; .. ,. 答:int 型数据即是定点整数,今世算计机普通用补码显示。int 型数据的位数与运转平台和编译器相闭,一 般是 32 位或 16 位。long 型数据和 short 型数据也都是定点整数,用补码显示,只是位数差别,永诀是长整 型和短整型数。 14.定点整数正在数轴上分散的点之间都是等距的吗? 答:是的。定点整数正在数轴上的点老是正在整数值上,即:[……,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,……], 相邻数据间隔老是 1。 15.定点整数运算要酌量加保卫位和舍入吗? 答:不须要。整数运算的结果仍是整数,没有偏差,无需酌量加保卫位,也无需酌量舍入。但运算结果可 能会“溢出”。 16.为什么要引入浮点数显示? 答:由于定点数不行显示实数,并且外数界限小。以是,要引入浮点数显示。 17.为什么浮点数的阶(指数)要用移码显示? 答:由于正在浮点数的加减运算中,要举行对阶操作,须要对照两个阶的巨细。移码显示的骨子即是把阶加 上一个偏置常数,使得所罕睹的阶码都是一个正整数,对照巨细时,就只须按高位到低位依序对照就行了, 因此,引入移码能够简化阶的对照流程。 18.浮点数怎么显示 0? 答:用一种特意的位序列显示 0,比如,IEEE754 单精度浮点数中,用“0000 0000H”显示+0,用“8000 0000H” 显示-0。当运算结果涌现阶码过小时,算计机将该数近似显示为 0。 19.今世算计机中采用什么圭表来显示浮点数? 答:早期的算计机各自采用差别的浮点数显示格局,因此,正在差别算计机之间举行数据换取时,就会发作 数据不团结的题目。因此,提出特意同意了 IEEE754 圭表用来规矩算计机中的浮点数显示格局。以是,现 代算计机中都采用 IEEE754 圭表来显示浮点数。 20.怎么鉴定一个浮点数是否是规格化数? 答:为了使浮点数中能尽量众地显示有用位数,普通央求运算结果用规格化数样式显示。规格化浮点数的 尾数小数点后的第一位必定是个非零数。以是,对待原码编码的尾数来说,只须看尾数的第一位是否为 1 就行;对待补码显示的尾数,只须看符号位和尾数最高位是否相反。 21.浮点数显示的精度和数值界限取决于什么? 正在浮点数总位数稳定的情形下,阶码位数越众,则尾数位数越少。即:外数界限越大,则精度越差(数变 ; .. ,. 疏落)。 22.基数的巨细对外数界限和精度有什么影响? 答:基数越大,则界限越大,但精度变低(数变疏落)。 23.正在高级讲话编程中界说的 float / double 型数据是奈何显示的? 答:float 型数据是用来显示实数的浮点数。今世算计机用 IEEE754 圭表显示浮点数,个中 32 位单精度浮点 数即是 float 型。64 位双精度浮点数即是 double 型。 24.位数相似的定点数和浮点数中,可显示的浮点数个数比定点数个数众吗? 答:不是的。可显示的数据个数取决于编码所采用的位数。编码位数必定,则编码出来的数据个数即是一 定的。n 位编码只可显示 2n 个数,以是,对待相似位数的定点数和浮点数来说,可显示的数据个数该当一 样众。(有时或者因为一个值或者有两个或众个编码对应,编码个数会有少量区别。但总体上是雷同的。) 25.怎么举行 BCD 码的编码? 答:每位十进制数的取值能够是 0/1/2/…/9 这十个数之一,以是,每一个十进制数位务必起码有 4 位二进制 位来显示。而 4 位二进制位能够组合成 16 种状况,去掉 10 种状况后再有 6 种冗余状况,以是从 16 种状况 当选取 10 种状况显示十进制数位 0 ~ 9 的法子许众,能够爆发众种 BCD 码计划。大的方面可分为有权码和 无权码两种。 有权码指显示每个十进制数位的四个二进制数位(称为基 2 码)都有一个确定的权。8421 码是最常用 的十进制有权码,ASCII 码的数字编码采用的即是 8421 码;无权码指显示每个十进制数位的四个基 2 码没 有确定的权。今世算计机中大家用 8421 有权码。 26.逻辑数据正在算计机中怎么显示?怎么运算? 答:逻辑数据用来显示命题的“真”和“假”,永诀用 “1”和“0”来显示。举行逻辑运算时,按位举行。 27.汉字的区位码、邦标码和机内码有什么区别? 答:GB2312 字符集由 94 行、94 列构成,行号称为区号,列号称为位号,各占 7 位,共 14 位,区号正在左、 位号正在右,称为汉字的区位码,它指出了该汉字正在码外中的名望。 汉字的邦标码是将区号、位号各加上 32(即 16 进制的 20H)后,再正在前后各 7 位前加 0。 汉字的内码需 2 个字节才气显示,能够正在邦标码的基本上爆发汉字机内码。普通是将邦标码两个字节 的第一名望“1”后获得内码。 28.已知一个汉字的邦标码为 343AH,其区位码和机内码各是什么? 答:区位码是邦标码的前后两个字节各减 32(即:20H),以是得区位码为:343AH-2020H=141AH,以是区 号为 20,位号为 26;机内码是邦标码的两个字节的最前一位变为 1,以是,机内码为 B4BAH。 29.定点整数(用补码显示)运算时,怎么鉴定结果溢出? ; .. ,. 答:能够采用双符号位检测和单符号位检测两种鉴定法子。 1) 双符号位:采用“变形补码”举行补码运算和溢出检测。其鉴定法规为:“当结果的两个符号位差别时, 发作溢出”。 2)单符号位:异号数相加不会溢出;对待同号数相加,则有两种鉴定法规: 法规 1:“若结果的符号与两个加数的符号差别,则发作溢出。” 法规 2:“若最高位的进位和次高位的进位差别,则发作溢出。 30.什么是浮点数的溢出?什么情形下发作上溢?什么情形下发作下溢? 答:浮点数的运算结果或者涌现以下几种情形: 1)阶码上溢:当一个正指数胜过了最巨额准值,此时,浮点数发作上溢(即:向∞偏向溢出)。假设 结果是正数,则发作正上溢(有的机械把值置为+∞);假设是负数,则发作负上溢(有的机械把值置为-∞)。 这种情形为软件阻滞,往往要引入溢出阻滞处置轨范来处置。 2)阶码下溢:当一个负指数比最小批准值还小,此时,浮点数发作下溢。普通机械把下溢时的值置 为 0(+0 或-0)。不发作溢出阻滞。 3)尾数溢出:当尾数最高有用位有进位时,发作尾数溢出。此时,举行“右规”操作:尾数右移一 位,阶码加 1,直到尾数不溢出为止。此时,只须阶码不发作上溢,则浮点数不会溢出。 4)非规格化尾数:当数值个人高位涌现 0 时,尾数为非规格化样式。此时,举行“左规”操作:尾 数左移一位,阶码减 1,直到尾数为规格化样式为止。 31.为什么浮点数运算中要增进保卫位? 答:为了使数据有用位正在右移时最大控制地保障不遗失,普通正在运算中央值后面增进若干数据位,这些位 用来保管右移后的有用数据。增设保卫位后,能保障运转的中央结果的有用位数,但最终务必将结果的保 护位去掉,以获得规矩格局的浮点数,此时要酌量舍入。 32.浮点数怎么举行舍入? 答:舍入法子挑选的规矩是:(1)尽量使偏差界限对称,使得均匀偏差为 0,即:有舍有入,以防偏差积蓄。 (2)法子要大略,以加疾速率。 IEEE754 有四种舍入格式:(1)就近舍入:舍入为迩来可显示的数,若结果值正好落正在两个可显示数 的中央,则普通挑选舍入结果为偶数。(2)正向舍入:朝+∞偏向舍入,即:取右边的谁人数。(3) 负向舍 入:朝-∞偏向舍入,即:取左边的谁人数。(4)截去:朝 0 偏向舍入。即:取绝对值较小的谁人数。 33.无符号加法器怎么完毕? 答:算计机中,最基础的加法器是无符号加法器。凭据进位格式的差别,有两种差别的完毕格式:串行和 并行。 (1)串行进位加法器(行波进位加法器):通过 n 个全加器遵守串行格式连起来完毕 (2)并行进位加法器(先行进位加法器):通过引入进位天生函数和进位传达函数,使得进位之间相 互独立,并行爆发。也称为疾速加法器。 34.补码加法器怎么完毕? 答:正在补码体例内,两个 n 位数做补码加法的规矩是:两个 n 位数的补码相加,其结果中最高位的进位丢 ; .. ,. 掉(模运算体例)。以是可用一个 n 位无符号加法器天生诸君的和。 然则,最终的结果是否无误,取决于结果是否溢出,只须不溢出,结果必定是无误的。以是,补码加 法器只须正在无符号加法器的基本上再增进“溢出鉴定电道”即可。 35.正在补码加法器中,怎么完毕减法运算? 答:补码减法的法规是:求两个数的差的补码,可用第一个数的补码加上另一数负数的补码获得。由此可 睹,减法运算可正在加法器中运转。只须正在加法器的一个输入端输入减数的负数的补码。求一个数的负数的 补码电道称为“负数求补电道”。能够通过“诸君取反、末尾加 1”来完毕“负数求补电道”。 36.今世算计机中是否要酌量原码加/减运算?怎么完毕? 答:由于今世算计机中浮点数采用 IEEE754 圭表,以是正在举行两个浮点数加减运算时,务必酌量原码的加 减运算。由于,IEEE754 规矩浮点数的尾数都用原码显示。 原码的加减运算能够有以下两种格式完毕: (1)转换为补码后,用补码加减法完毕,结果再转换为原码 (2)直接用原码加减运算,符号和数值个人离开举行。其措施如下: –对照两个操作数的符号 ?加法--实行 “同号乞降,异号求差” ?减法--实行 “异号乞降,同号求差” –乞降:数值位相加 ?若最高位爆发进位,则溢出 ?若最高位无进位,则和的符号位为被加(减)数的符号 –求差:被加(减)数的数值位加上加(减)数数值位的补码 ?若最高位有进位,则结果为正,证实数值位无误,差的符号位为被加(减)数的符号; ?若最高位无进位,则结果为负,获得的数值位为补码样式,故需对结果求补,差的符号位与被加(减)数的 符号位相反 37.加法器的运算速率取决于什么? 答:正在门电道延迟必定的情形下,加法器的速率首要取决于进位格式,并行进位格式比串行进位格式的速 度疾。 38.算计机内部怎么完毕移位操作? 答:正在算计机内部,移位操作正在移位器中举行,移位器位数固定,以是,移位前后数的位数稳定。左移一 位,数值推广一倍,相当于乘 2 操作;右移一位,数值缩小一半,相当于除 2 操作。 移位操作分逻辑移位、算术移位和轮回移位三种。 逻辑移位对无符号数举行,移位法规为: 左移时,高位移出,低位补 0 右移时,低位移出,高位补 0 算术移位是对带符号数举行的,移位时符号位稳定,只对数值个人移位。移位法规为: ① 原码 左移:高位移出,末位补 0。移出非零时,发作溢出。 ; .. ,. 右移:高位补 0,低位移出。移出时举行舍入操作。 ② 补码 左移:高位移出,末位补 0。移出非符时,发作溢出。 右移:高位补符,低位移出。移出时举行舍入操作。 轮回移位对无符号数举行,移位时把高(低)位移出的一位送到低(高)位即可。 39.算计机内部怎么完毕填充(扩展)操作? 答:正在算计机内部,有时须要将一个取来的短数扩展为一个长数,此时要举行填充(扩展)处置。对待无 符号整数,只须正在高位补 0,举行“零扩展”。 对待有符号数,则或者有两种情形: 1) 对待定点整数,正在符号位后的数值高位举行。 ① 原码:符号位稳定,数值个人高位补 0 ② 补码:高位直接补符,称为“符号扩展”格式 2)对待定点小数显示的浮点数的尾数,则正在低位补 0 即可。 40.正在算计机中,乘法和除法运算怎么完毕? 答:乘法和除法运算是通过加/减运算和左/右移位运算来完毕的。以是只须用加法器和移位寄存器正在 CPU 的左右下就能够完毕。 第三章 存储体例 1.ROM 是一种和 RAM 雷同的随机存取存储器吗? 答:是的。固然往往把只读存储器 ROM 和随机探访存储器 RAM 放正在一块举行分类,但 ROM 的存取格式 和 RAM 是雷同的,都是通过对地点举行译码,挑选某个单位举行读写。以是两者采用的都是随机存取格式。 差别的是:ROM 是只读的,RAM 是可读可写的。正在轨范奉行流程中,ROM 存储区只可读出消息,不行修 改,而 RAM 区能够读出,也能够修削消息。 2.寄存器和主存储器都是用来存放消息的,它们有什么差别? 答:寄存器正在 CPU 中,用触发器来完毕,速率极疾,价钱高,容量惟有几十个,众的机械也惟有几百个, 首要用来暂存指令运转时的操作数和结果。 主存储器正在 CPU 以外,用 MOS 管电道完毕,速率没有寄存器疾,价钱也比寄存器低廉,目前主存容 量能够到达 4GB 足下,用来存放已被启动的轨范代码和数据。 3.存取时光 Ta 即是存储周期 Tm 吗? 答:不是。存取时光 Ta 是奉行一次读操作或写操作的时光。分为读出时光和写入时光。读出时光为从主存 承担到有用地点滥觞到数据取出有用为止的时光;写入时光是从主存承担到有用地点滥觞到数据写入被写 单位为止的时光。 存储周期 Tm 是指存储器举行连接两次独立的读或写操作所需的最小时光间隔。 ; .. ,. 以是存取时光 Ta 不等于存储周期 Tm。往往存储周期 Tm 大于存取时光 Ta。对待妨害性读出 DRAM, Tm 约为 Ta 的两倍。 4.改革和再生是一回事吗? 答:不是一回事。对某个单位的改革和再生操作流程是雷同的,即读后克复。但再生操作是随机的,只对 所读单位举行;而改革操作则是按依序依时对一行一行举行的。 5.改革是一个个芯片按依序落成的吗? 答:不是。改革按行举行,每一行中的印象单位同时被改革,仅须要行地点,不须要列地点。改革行号由 DRAM 芯片的改革左右电道中的改革计数器爆发。全豹存储器中的一齐芯片的相似行同时举行改革,以是 不是一个一个芯片按依序举行的,而是单个芯片的一齐行按依序依时一行一行举行的。 6.主存都是由 RAM 构成的吗? 答:不是。主存是由 RAM 和 ROM 两个人构成的,它们团结编址,永诀占用差别的地点空间。 7.轨范员是否须要明了高速缓存的探访流程? 答:不须要。高速缓存 Cache 的探访流程对轨范员来说,是透后的。奉行到一条指令时,须要到内存取指 令,有些指令还要探访内存取操作数或存放运算结果。采用 Cache 的算计机体例中,老是先到 Cache 去访 问指令或数据,没有找到才到主存去探访。这个流程是 CPU 正在奉行指令流程中自愿落成的。轨范员不须要 明了要找的指令和数据正在不正在 Cache 中、该正在 Cache 的哪一块中,等等,也不须要明了 Cache 的探访流程, 只须正在指令中给定内存单位的地点就行了。 8.主存和 Cache 分块时,是否字块越大,射中率越高? 答:不是。字块大,能够充溢诈欺轨范探访的空间局限性特征,字块大使得一个对照大的局限空间被一块 调到 Cache 中,因此能够增进射中时机。然则,字块不行太大。首要原故有两个: (1)字块大使失效耗损变大,也即是说,假设不射中的话,需花更众时光从主存读块。 (2)字块太大,则 Cache 项数变少,因此,射中的或者性变小。 9.指令和数据都是放正在统一个 Cache 中的吗? 答:今世算计机体例中,普通采用众级的 Cache 体例。CPU 奉行指令时,先到速率最疾的一级 Cache (L1 Cache) 中寻找指令或数据,找不到时,再到速率次疾的二级 Cache (L2 Cache) 中找,……结果到主存中找。对待 一级 Cache,指令和数据普通是离开存放的。以是,有 L1 Data Cache 和 L1 Code Cache。 10.Cache 能够做正在 CPU 芯片内中吗? 答:能够。早期的算计机,其 Cache 是做正在主板上的。但跟着 CPU 芯片时间的抬高,Cache 能够做正在 CPU 内中。从逻辑上来说,Cache 是位于 CPU 和主存之间的部件,但正在物理上,Cache 被封装正在一个 CPU 芯片 内。今世算计机体例中,普通采用众级的 Cache 体例。CPU 奉行指令时,先到速率最疾的一级 Cache (L1 Cache) ; .. ,. 中寻找指令或数据,找不到时,再到速率次疾的二级 Cache (L2 Cache) 中找,……结果再到主存中找。目 前,一级 Cache 和二级 Cache 都能够封装正在 CPU 芯片中。 11.直接照射格式下是否须要酌量交换格式?为什么? 答:无需酌量。由于,正在直接照射格式下,一个给定的主存块只可放到一个独一的固定 Cache 槽中,以是, 正在对应 Cache 槽已有一个主存块的情形下,新的主存块毫无挑选地把原先已有的谁人主存块交换掉,因此 无需酌量交换算法。 第四章 指令体例 1.一台算计机中的一齐指令都是雷同长吗? 答:不必定。有定长指令字机械和大概长指令字机械两种。定长指令字机械中一齐指令都雷同长,称为规 整型指令,目前定长指令字大家是 32 位指令字。大概长指令字机械的指令有长有短,但每条指令的长度一 般都是 8 的倍数。以是,一个指令字正在存储器中存放时,或者占用众个存储单位;从存储器读出并通过总 线传输时,或者分众次举行,也或者一次读众条指令。 2.每一条指令中都包罗操作码吗? 答:是的。每一条指令都务必告诉 CPU 该指令做什么操作,以是务必指定操作码。 3.每条指令中的地点码个数都雷同吗? 答:不必定,有的没有地点码,有的包罗一个地点码,有的是两个或三个。地点码个数不雷同的首要原故 有三个:(1)每条指令操作码的个数或者差别。有的指令是双目运算指令,涉及到两个源操作数和目操作 数,有的是单目运算,只涉及到一个源操作数和目操作数,再有的指令只是左右操作,不涉及到操作数, 如:停机、复位、空操作等指令。以是每条指令涉及到的操作数个数差别。(2)每个操作数的寻址格式可 能差别。差别的寻址格式给出的地点码个数也差别。(3)地点码的缺省格式或者差别。有的操作数或地点 码用的是隐含指定格式,正在指令中缺省,不显著给出,如:累加器,客栈等。 综上所述,每条指令的操作码个数或者相差很大。 4.指令中的一齐操作数都采用相似的寻址格式吗? 答:不必定。规整型指令普通正在一条指令中只包罗一种寻址格式,如此,正在指令操作码中就隐含了寻址方 式,不须要特意有寻址格式字段。然则对待不规整型指令,一条指令中的若干操作数或者存放正在差别地方, 因此每个操作数或者有各自的寻址格式。 5.指令中要显著给出下一条指令的地点吗? 答:不须要。指令正在主存中按奉行依序连接存放。大无数情形下指令被依序奉行,惟有碰到改观指令(如, 无前提改观、前提分支、移用和返回等指令)才变换指令奉行的依序。以是,能够用一个特意的计数器, 来存放下一条要奉行的指令地点,而不须要正在指令中特意给出下一条指令的地点。这个计数器称为轨范计 数器 PC 或指令指针 IP。 当依序奉行时,CPU 直接通过对 PC 加“1”来使 PC 指向下一条依序奉行的指令;当奉行到改观指令 ; .. ,. 时,凭据指令奉行的结果举行相应的地点运算,把运算获得的改观宗旨地点送到 PC 中,使得奉行的下一条 指令为改观到的宗旨指令。 6.一个操作数正在内存或者占众个单位,何如正在指令中给出操作数的地点呢? 答:今世算计机都是采用字节编址格式,即一个内存单位只可存放一个字节的消息。一个操作数(如:char 型、int 型、float 型、double 型)或者是 8 位、16 位、32 位或 64 位等,以是,或者占用 1 个、2 个、4 个或 8 个内存单位。也即是说,一个操作数或者有众个内存地点对应,正在指令中给出哪个地点呢? 有两种差别的地点指定格式:大端格式和小端格式。 大端格式(Big Endian):指令中给出的地点是操作数最高有用字节(MSB) 所正在的地点。 小端格式(Little Endian):指令中给出的地点是操作数最低有用字节(LSB) 所正在的地点。 7.地点码位数与主存容量和编址单元的联系是什么? 答:指令中的地点码假设是主存单位的地点,那么,地点码的位数与主存的容量和编址单元的长度相闭。 编址单元的长度即是主存单位的宽度,也即是最小的寻址单元。内存能够按字节编址(8 位),也能够按字 编址(如:16 位,32 位等)。主存的容量和编址单元确定后,地点码的位数就被确定了。比如,若主存容 量为 4GB,编址单元是字节,则主存单位的地点即是 32 位(由于,4GB= 232B);若按字(假定一个字为 32 位)编址,则主存单位的地点即是 30 位(由于,4GB= 232B= 230x4B)。 8.累加器型指令有什么特征? 答:累加器型指令的一个源操作数和目操作数老是正在累加器中,是隐含指定的,以是指令中不须要给出累 加器的编号。因此,累加器型指令的指令字相对来说较短,但因为每次运算结果都只可放到累加器中,可 能会增进少少从累加器取数的指令而使轨范变长。 9.客栈型指令有什么特征? 答:与客栈相闭的操作有:入栈(PUSH)、出栈(POP)和运算类操作。运算类指令分单目运算和双目运算, 老是从栈顶取操作数,运算后的结果自愿放到栈顶。以是,指令中不须要给出操作数地点,以是,客栈指 令是零地点指令,指令字较短。但由于一齐的操作数都只可正在栈顶,以是,会增进许众入栈指令而使得程 序变长。 客栈指令的访存次数,取决于采用的是软客栈仍是硬客栈。假设是软客栈(客栈区由内存完毕)的话, 对待双目运算,须要探访四次内存:取指、取源数 1、取源数 2、存结果。假设是硬客栈(客栈区由寄存器 完毕)的话,则只需取指令时探访一次内存。 10.通用寄存器型指令有什么特征? 答:通用寄存器型指令,是相对待累加器型指令和客栈型指令而言的,指令中的操作数和运算的结果既不 是隐含正在累加器中,也不是隐含正在客栈中。而是正在 CPU 中供应了众个通用寄存器,操作数和结果能够放正在 这些寄存器中,指令务必显著地指出操作数和结果正在哪个寄存器或哪个主存单位中,要给出寄存器的编号 或主存单位地点。目前大无数指令体例采用通用寄存器型指令气派。 11.装入/存储型指令有什么特征? ; .. ,. 答:装入/存储型指令是用正在规整型指令体例中的一种通用寄存器型指令气派。为了规整指令格局,使指令具 有相似的长度,规矩惟有装入/存储(Load/Store)指令才气探访内存,而运算指令不行直接探访内存,只可 从寄存器取数举行运算,运算的结果也只可送到寄存器。由于,寄存器编号较短,而主存地点位数较长, 通过某种格式能够使运算指令和访存指令的长度划一。 这种装入/存储型气派的指令体例最大的特征是指令格局规整,指令长度划一,普通为 32 位。因为惟有 Load/Store 指令才气探访内存,轨范中或者会包罗很众装入指令和存储指令,与普通通用寄存器型指令气派 比拟,其轨范长度会更长。 12.指令寻址格式和数据寻址格式有什么差别? 答:轨范被启动时,轨范所包罗的指令和数据都被装入到内存中。正在轨范指令流程中,须要取指令和操作 数,确定指令存放名望的流程称为指令寻址格式,确定操作数存放名望的流程称为数据寻址格式。指令寻 址和数据寻址其繁复度是不雷同的。 指令寻址:指令基础上按奉行依序存放正在主存中,奉行流程中,指令老是从内存单位被取到指令寄存 器 IR 中。依序奉行时,用指令计数器 PC+“1”来获得下一条指令的地点;跳转奉行时,通过改观指令的 寻址格式,算计出宗旨地点,送到 PC 中即可。宗旨改观地点的酿成格式首要有三种:即刻寻址(直接地点)、 相对寻址(相对地点)和间接寻址(间接地点)。 数据寻址:滥觞时,数据被存放正在内存中,但正在指令奉行流程中,内存的数据或者被装入到 CPU 的寄 存器中,或者内存的客栈区中;再有的操作数或者是 I/O 端口中的实质,或自己就包罗正在指令中(即:即刻 数)。此外,运转的结果也或者要被送到 CPU 的寄存器中、客栈中、I/O 端口或内存单位中,以是,数据的 寻址要涉及到对寄存器、内存单位、客栈、I/O 端口、即刻数的探访。别的,操作数或者是某个一维或二维 数组的元素,以是,还要酌量怎么供应相应的寻址格式,以简单地正在内存找到数组元素。综上所述,数据 的寻址比指令的寻址要繁复得众。 13.怎么指定指令的寻址格式? 答:CPU 凭据指令商定的寻址格式对地点码的相闭消息举行解说,以找到下条要奉行的指令,或指令所需 的操作数。有的指令创立特意的寻址格式字段,显式证实采用何种寻址格式,有的指令通过操作码隐含寻 址格式。 规整型指令普通正在一条指令中只包罗一种寻址格式,如此,就可正在指令操作码中隐含寻址格式,不需 要特意有寻址格式字段。然则对待不规整型指令,一条指令中的若干操作数或者存放正在差别的地方,因此 每个操作数或者有各自的寻址格式字段。 14.指令的操作数或者存放正在机械的哪些地方? 答:指令的操作数或者存放正在以下五个地方: (1)内存单位:指令务必以某种格式给出内存单位的地点。又可分为以下几种情形:对单个独立的操 作数举行处置;对一个数组中的若干个连接元素或一个数组元素举行处置;对一个外格或外格中的某个元 素举行处置,等等。这些差别的情形须要供应差别的寻址格式举行操作数的探访。 (2)寄存器:指令中只须直接给出寄存器的编号即可。 (3)客栈区:指令中不须要给出操作数的地点,数据的地点隐含地由客栈指针给出。 (4)I/O 端口:当某个 I/O 接口中的寄存器实质要和 CPU 中的寄存器实质换取时,要用 I/O 指令。正在 I/O 传送指令中,需供应 I/O 端标语。 ; .. ,. (5)指令中(即刻数):操作数是指令的一个人,直接从指令中的即刻数字段取操作数。 15.有哪些常用的数据寻址格式? 答:数据寻址格式能够归为以下几类: (1)即刻寻址:指令中的即刻数字段,能够动作操作数,也能够动作直接改观地点。取到 ALU 运算 前,或者要对其举行扩展。 (2)直接寻址类:指令中直接给出操作数所正在的寄存器编号、I/O 端标语或主存单位地点。如:直接 寻址格式、寄存器寻址格式。 (3)间接寻址类:操作数正在主存单位中,而操作数的地点存放正在寄存器或另一个主存单位中,指令中 给出操作数的地点所正在的寄存器编号或主存单位地点。如:间接寻址格式、寄存器间接寻址格式。 (4)偏移寻址类:指令通过某种格式给出一个样式地点和一个基地点(往往正在某个寄存器中),通过 相应的算计(基地点加样式地点)获得操作数所正在的内存单位地点。如:变址寻址格式、相对寻址格式、 基址寻址格式等。 16.取直接寻址的操作数要探访几次内存? 答:一次。只须凭据指令中给出的内存单位地点探访一次内存,取出来的即是操作数。 17.取间接寻址的操作数要探访几次内存? 答:起码两次。先凭据指令中给出的内存单位地点探访一次内存,取出来的是操作数的地点;再凭据操作 数的地点去内存探访一次,取出来的才是操作数。以是,一共探访两次内存。假设是众级间接地点的话, 或者还要探访内存。 18.取寄存器寻址的操作数要探访几次内存? 答:不须要探访内存。从指定寄存器中取出的即是操作数。 19.取寄存器间接寻址的操作数要探访几次内存? 答:一次。先从指令给出的寄存器中取出操作数地点,再凭据操作数地点到内存探访,获得的即是操作数。 20.什么是变址寻址格式? 答:变址寻址格式下,指令中的地点码给出一个样式地点,而且隐含或显著地指定一个寄存器动作变址寄 存器,变址寄存器的实质(变址值)和样式地点相加,获得操作数的有用地点,凭据有用地点到内存探访, 去取操作数或写运算结果 。 变址寻址格式的行使很普通。最基础的应用地方是用正在对数组元素的探访。指令将数组的首地点指定 为样式地点,变址寄存器的实质是数组元素的下标,跟着下标的变动,能够探访数组中差别的元素。以是 变址寄存器的实质是变动的,响应的是所探访的数据到数组首地点的间隔,称为变址值。这种行使地方下, 样式地点的位数较长,而变址值位数少。变址寻址格式的指令普通包罗正在一个轮回体内。每次进入轮回时, 变址值都增或减一个定长值,这个定长值等于数组元素的长度。 ; .. ,. 21.什么是基址寻址格式? 答:基址寻址格式下,指令中的地点码给出一个样式地点,动作位移量,而且隐含或显著地指定一个寄存 器动作基址寄存器,基址寄存器的实质和样式地点相加,获得操作数的有用地点,凭据有用地点到内存访 问,去取操作数或写运算结果。 基址寻址的类型行使有两个:一个是轨范重定位,正在众道轨范运转的体例中,每个用户轨范正在一个逻 辑地点空间里编写轨范。装入算计机运转时,由操作体例给用户轨范分拨主存空间,每个用户轨范有一个 基地点,存放正在基址寄存器中,正在轨范奉行时,通过基址寄存器的值加上指令中的样式地点就能够酿成实 际的主存单位地点。第二个行使是扩展有限长度指令的寻址空间。即正在运转时将某个主存区间的首地点或 轨范段的首地点装入基址寄存器,而样式地点给出要探访的单位相对待该首地点的间隔(即偏移量),以是 指令中只须用较短的地点码来显示偏移量。探访操作数时,用基址寄存器的值和偏移量相加,获得操作数 的内存单位地点。只须基址寄存器的实质更改到此外的一个主存地点,则操作数的地点空间就移到另一个 主存区间。因此能够探访到主存的全豹地点空间,以完毕短地点探访大空间的目标。 22.变址寻址和基址寻址的区别是什么? 答:变址寻址格式和基址寻址格式的有用地点酿成流程好似。然则,基址寻址格式与变址寻址格式正在以下 方面差别:(1)整体行使的地方差别。变址寻址面向用户,可用于探访字符串、数组、外格等成批数据或 个中的某些元素。基址寻址面向体例,用于治理轨范的重定位题目和短地点探访大空间的题目。(2)应用 格式差别。变址寻址时,指令中供应的样式地点是一个基准地点,位移量由变址寄存器给出;而基址寻址 时,指令中给出的样式地点为位移量,而基址寄存器中存放的是基准地点。但是,这里所讲的应用格式并 不是绝对的,正在现实的算计机策画中,或者会有差别的行使地方和应用格式。 23.什么是相对寻址格式? 答:相对寻址格式的有用地点酿成法子如下:指令中的样式地点给出一个位移量 D。而基准地点由轨范计 数器 PC 供应。即:有用地点 EA=(PC)+ D。位移量给出的是相对待现时指令所正在内存单位的间隔,位移 量可正、可负。也即是说,要找的能够正在现时指令前 D 个单位处的消息,也能够是现时指令后 D 个单位处 的消息。 24.相对寻址格式用正在哪些地方? 答:相对寻址格式用正在以下两种地方: (1)大家子轨范的浮动。由于大家子轨范或者被很众用户轨范移用,因此会跟着用户轨范装入到内存 差别的地方运转。为了让大家子轨范能正在差别的内存区无误运转,普通正在大家子轨范内部采用相对寻址方 式,以保障指令的操作数总正在相对待指令的间隔必定的单位内。如此,不管子轨范浮动到哪里,指令和数 据的相对名望稳定。比如,现行指令的地点为 2000H,指令中给出的样式地点为 05H,证实操作数正在现时 指令后面第 05H 个单位处,即 2005H 处。当轨范向后浮动了 1000H,使现时指令的地点为 3000H 时,此时 大家子轨范中的指令、数据以及相对名望都稳定,指令中给出的相对地点仍是 05H,操作数仍是该当正在当 前指令后面的第 05H 个单位处,以是该当正在 3005H 处,以是,指令取到的仍是统一个数据。 (2)改观宗旨地点的寻址。当须要转到现时指令的前面或后面第 n 条指令奉行时,能够用相对寻址方 式。此时,获得的改观地点是一个相对地点。 25.相对寻址格式中怎么确定相对名望? ; .. ,. 答:相对寻址格式中,相对名望简直定对照繁复。务必当心两个方面的题目:(1)位移量的题目。位移量 位数有限,正在举行有用地点算计时须要扩展。普通位移量用补码显示,以是应采用补码扩展填充格式(即: 符号扩展格式)。(2)基准地点题目。相对寻址的基础思绪是把相对待现时指令前面或者后面第 n 个单位作 为操作数或宗旨改观指令的地点。但正在整体完毕时,差别机械对“现时指令”的寓意有差别的剖析。有的 机械正在算计相对地点时,PC 中存放的仍是现时正正在奉行的指令的地点,但有的机械 PC 加“1”的操作正在取 指令的同时落成,以是正在算计相对地点时,PC 中仍旧是下一条指令的地点。以是,差别的机械正在算计相对 地点时或者有一点纤细的分别。 26.客栈寻址格式中怎么对客栈举行操作? 答:客栈是一块异常的存储区。采用“先辈后出”的格式举行探访。栈底固定不动,栈顶浮动,用一个专 门的寄存器(SP)来动作栈顶指针。从客栈发展的方平素分,能够有“自顶向下”和“自底向上”两种客栈, 它们正在进、出栈时对栈指针的修削是差别的。 假定栈指针指向的老是栈顶处非空元素,则该当按以下格式修削栈指针: 对待“自底向上”天生的客栈,进栈时先修削栈指针:(SP)-1→SP,然后再压入数据;出栈时先将数 据弹出,然后再修削栈指针(SP)+1→SP。对待“自顶向下”天生的客栈,进栈时先修削栈指针:(SP) +1→SP,然后再压入数据;出栈时先将数据弹出,然后再修削栈指针(SP)-1→SP。 假定栈指针指向的老是栈顶处的空元素,则该当按以下格式修削栈指针: 对待“自底向上”天生的客栈,进栈时先压入数据,然后再修削栈指针:(SP)-1→SP;出栈时先修削 栈指针:(SP)+1→SP,然后再将数据弹出。对待“自顶向下”天生的客栈,进栈时先压入数据,然后再修 改栈指针:(SP)+1→SP;出栈时先修削栈指针:(SP)-1→SP,然后再将数据弹出。 若每个栈中的元素只占一个内存单位,则修削指针时,通过“+1”或“-1”完毕;若占众个内存单位, 则该当加上或减去相应的值。 27.返回指令要不要有地点字段? 答:不必定。子轨范的结果一条指令必定是返回指令。普通返回地点保管正在客栈中,以是返回指令中不需 要显著给出返回地点,直接从栈顶取地点动作返回地点。假设有些算计机不采用客栈保管返回地点,而是 存放到其他不确定的地方,则返回指令中务必有一个地点码,用来指出返回地点或指出返回地点的存放位 置。 28.改观指令和转子(移用)指令的区别是什么? 答:改观指令有无前提改观指令和前提改观指令(也叫分支指令)。这种改观指令用于变换轨范奉行的依序, 改观后不再返回来奉行,以是无需保管返回地点。而转子指令是一种子轨范移用指令,子轨范奉行已毕时, 务必返回到转子指令后面的指令奉行。以是转子指令奉行时,除了和改观指令雷同要算计跳转的宗旨地点 外,还要保管返回地点。普通将转子指令后面那条指令的地点动作返回地点保管到客栈中。址保管到客栈 中。 第五章 CPU 1.一条指令的奉行流程中要做哪些事变呢? ; .. ,. 答:一条指令的奉行流程征求:取指令、指令译码、(算计操作数地点)、取操作数、运算、送结果。个中 取指令和指令译码是每条指令都务必举行的操作。有些指令须要到内存单位取操作数,以是,须要正在取数 之前算计操作数的内存单位地点。取操作数和送结果这两个措施,对待差别的指令,其取和送的地方或者 差别,有些指令央求正在寄存器取/送数,有些是正在内存单位取/送数,再有些是对 I/O 端口取/送数。以是,一 条指令的奉行阶段(不征求取指令阶段),或者惟有 CPU 到场,也或者要通过总线去探访主存,也或者要 通过总线去探访 I/O 端口。 2.指令周期、机械周期之间的联系是什么? 答:一条指令从读取到奉行落成所花的一齐时光被称为指令周期。一个指令周期中要落成众个措施,征求 取指令、指令译码(算计操作数地点)、取操作数、运算、送结果。这些措施中,最繁复的操作是探访存储 器取指令或读/写数据,以及探访 I/O 读/写数据。它们都涉及到总线操作,通过体例总线来和 CPU 以外的部 件举行消息换取。往往把通过一次总线事情探访一次主存或 I/O 的时光称为机械周期。以是一个指令周期包 含了众个机械周期。差别机械的指令周期所包罗的机械周期数差别。类型的机械周期有:取指令、主存读 (间址周期是一种主存读机械周期)、主存写、I/O 读、I/O 写、结束相应等。 3.CPU 老是正在奉行指令吗?会不会停下来什么都不做? 答:CPU 的功效即是不绝地循环不息地奉行指令,而每条指令又都有差别的措施,每个措施正在必定的时光 内落成。以是,CPU 老是正在一直地奉行指令。有时咱们会说,CPU 逗留或 CPU 正正在等候,什么事变也不做。 底细上,CPU 仍是正在奉行指令的,只但是或者处于以下几品种似的情形:(1) 正在奉行指令流程中,正正在等候 主存或 I/O 落成读/写;(2) 正正在奉行接连串的空指令(NOP);(3)或者正正在奉行一个轮回(轮回内只是不 断地取状况、鉴定、不餍足时络续轮回),直到餍足某个前提(如:盘问外设有没有落成工作);等等。因 而,CPU 不或者不正在奉行指令。 4.CPU 除了奉行指令外,还做什么事变? 答:CPU 的就业流程即是循环不息地奉行指令,算计机各个人所举行的就业都是由 CPU 凭据指令的央求来 启动的。为了使 CPU 和外部配置可以很好地调和就业,尽量使 CPU 不等候、以至不到场外部配置的输入和 输出流程,采用了轨范结束格式和 DMA 格式。这两种格式下,外部配置须要向 CPU 提出结束哀求或 DMA 哀求,以是,正在奉行指令流程中,CPU 还要守时通过采样相应的引脚来盘问有没有结束哀求或 DMA 哀求。 普通,正在一个机械周期已毕时,盘问是否有 DMA 哀求,假设有的话,CPU 摆脱总线,由 DMA 左右器左右 应用总线。正在一个指令周期已毕时,盘问是否有结束哀求,假设有的话,则进入结束相应机械周期,相当 于奉行了一条结束相应隐指令。正在结束相应流程中,获得结束办事轨范的入口地点,并送轨范计数器 PC 中, 下个指令周期滥觞时,取出结束办事轨范的第一条指令奉行。 5.CPU 中的一齐寄存器,用户都能探访吗? 答:CPU 中的寄存器分为用户可探访寄存器和用户不行睹寄存器。普通把用户可探访寄存器称为通用寄存 (GPR)。这些寄存器都有一个编号,正在指令顶用编号标识寄存器。以是奉行指令时,指令中的寄存器编号 要送到一个地点译码器举行译码,然后才气选中某个寄存器举行读写。通用寄存器能够用来存放操作数或 运算结果,或动作地点指针、变址寄存器、基址寄存器等。 CPU 中有少少寄存器是用户不行睹的,没有编号、不行通流程序直接探访。如:轨范计数器 PC、指令寄 存器 IR、轨范状况字寄存器 PSWR、存储器地点寄存器 MAR、存储器数据寄存器 MDR 等。 ; .. ,. 6.CPU 奉行指令的流程中,其他部件正在做什么? 答:算计机的就业流程即是连接奉行指令的流程,全豹算计机各个个人的手脚都是由 CPU 中的左右部件 CU 通过对指令译码送出的左右信号来左右的。其他部件不明了本人该做什么,该落成什么手脚,惟有 CPU 通 过对指令译码才明了。假设指令中包罗有对存储器或 I/O 模块的探访,则务必由 CPU 通过总线,把要探访 的地点和操作号令(读仍是写)等消息送到存储器或 I/O 接口(I/O 模块)来启动相应的读或写操作。比如, 每次指令奉行前,都要通过向总线发出主存地点、主存读号令等来左右存储器取指令;若现时奉行的是寄 存器定点加法指令,则 CU 控同意点运算器进活跃作;倘使 I/O 指令,则 CU 会通过总线发出 I/O 端口地点、 I/O 读或写号令等来左右对某个 I/O 接口中的寄存器举行读写操作。以是说,CPU 正在奉行指令时,其他部件 也正在奉行同样的指令,只但是一条指令中包罗了差别的手脚,正在差别的地方奉行罢了。 7.何如保障 CPU 能按轨范规矩的依序奉行指令呢? 答:算计机的就业流程即是连接奉行指令的流程,指令正在主存中连接存放。普通情形下,指令被依序奉行, 惟有碰到改观指令(如,无前提改观、前提分支、移用和返回等指令)才变换指令奉行的依序。当奉行到 非改观指令时,CPU 中的指令译码器通过对指令译码,明了正正在奉行的是一种依序奉行的指令,以是就直 接通过对 PC 加“1”来使 PC 指向下一条依序奉行的指令;当奉行到改观指令时,指令译码器明了正正在执 行的是一种改观指令,因此,左右运算器凭据指令奉行的结果举行相应的地点运算,把运算获得的改观目 标地点送到 PC 中,使得奉行的下一条指令为改观到的宗旨指令。 由此,能够看出指令正在主存中的存放依序是静态的,而指令的奉行依序是动态的。CPU 能凭据指令奉行 的结果动态变换轨范的奉行流程。 8.主频越高,CPU 的运算速率就越疾吗? 答:CPU 中的奉行部件(定点运算部件、浮点运算部件)的每一步手脚都要有相应的左右信号举行左右, 这些左右信号何时发出、感化时光众长,都要有相应的时钟依时信号举行同步,CPU 的主频即是同步时钟 信号的频率。直观上来看,主频越高,每一步的手脚就越疾,CPU 的运算速率也就越疾。往往,统一类型 处置器的均匀的 CPI(每条指令均匀的时钟周期数)是固定的。以是,主频越疾,一秒钟内奉行的指令越众。 比如,若 CPI=2,则主频为 500MHz 的机械正在一秒钟内奉行 10 亿条指令;而主频为 1GHz 的机械正在一秒钟 内奉行 20 亿条指令。 主频是响应 CPU 本能的紧急目标,但只是响应了一个侧面,不是绝对的。假设一条指令所包罗的手脚 分的很小,每一步手脚所花的时光很短,因此,依时用的时钟周期很短,主频就高。此时奉行一条指令所 花的时光并没有缩短。假设不消流水线格式的话,CPU 的运算速率并不会由于主频变高而变疾。当然,现 代算计机都采用流水线格式奉行指令,使得每条指令大家能正在一个时钟内落成,如此的话,主频变高,CPU 的运算速率就变疾了。 9.CPU 中的左右器包罗哪些基础部件? 答:CPU 中的左右器包罗以下基础的部件: 指令部件:征求轨范计数器 PC、指令寄存器 IR、指令译码器等 时序部件:征求主频脉冲源、启停左右逻辑等 微操作信号(左右信号)天生部件:凭据指令译码结果、现时机械状况、运转结果象征、时序信号等,用 组合逻辑电道或微轨范策画格式获得左右信号。有两大类左右信号:CPU 内部左右信号;发到体例总线上 ; .. ,. 的左右信号。 结束左右逻辑:征求结束批准触发器、结束盘问、结束回复等左右逻辑 10.流水线格式下,怎么确定流水段的个数? 答:流水线格式下,一条指令的奉行流程被分成了若干个操作子流程。因为每条指令所落成的功效差别,所 包罗的操作流程就差别。有的指令落成寄存器的实质的传送;有的是大略的加/减运算;再有的是繁复的乘/ 除运算。这些操作所花的时光相差很大,以是,这些指令假设都正在统一个流水线中奉行的话,就务必按最 繁复的指令来策画流水线的流水段个数。 今世算计机普通把繁复度左近的指令用统一条流水线落成,而把繁复度相差很大的指令调度正在差别的流 水线.流水线格式奉行指令时,一条指令的奉行时光变短了吗? 答:没有。流水线格式下,一条指令的奉行流程被分成了若干个操作子流程。每个子流程由独立的功效部件 来落成,以最繁复的子流程所花的时光为准策画时钟周期。如此,使得一齐功效部件能够同时奉行差别指 令的差别子流程中的操作。理思情形下,通过若干周期后,流水线能正在每个周期内奉行完一条指令。然则, 对待每条指令来说,它仍是要通过若干子流程才气落成,以是一条指令的奉行时光并没有变短。 12.流水线格式奉行指令时,总能正在一个时钟内落成一条指令的奉行吗? 答:不行。理思情形下,通过若干周期后,能正在每个周期内奉行完一条指令,即 CPI=1。然则,当轨范中出 现以下情形时,流水线被妨害,因此,不行到达 CPI=1。(1) 当有众条指令的差别阶段都要用到统一个功效 部件时(资源冲突),后面指令要延时奉行;(2)当轨范的奉行流程发作变换时(左右联系),原先按依序 取出的指令无效;(3)当后面指令的操作数是前面指令的运转结果时(数据联系),后面指令要延时奉行。 13.是否是流水段越众,指令奉行越疾? 为什么? 答:不是流水段越众,指令奉行越疾,由于: ① 流水段缓冲之间的特别开销增大 每个流水段有少少特别开销用正在缓冲间传送数据、举行各类计划和发送等功效,这些开销加长了一条指令 的全豹奉行时光,当指令间正在逻辑上彼此依赖时,开销更大。 ②流水段间左右逻辑变众、变繁复 用于流水线优化和存储器(或寄存器)冲突处置的左右逻辑将随流水段的增进而巨额增加,这或者导致用于流 水段之间左右的逻辑比段自己的左右逻辑更繁复。 14.完毕左右单位 CU 的格式有哪些? 完毕左右单位 CU 的格式有两类: (1)组合逻辑左右,也称为硬连线道左右。由基础的门电道组合完毕,以是,大家采用 PLA 格式完毕。这 种格式完毕的左右器的处置速率疾,但电道错杂,成立周期长,不机动,可庇护性差。 (2)微轨范左右。效尤轨范策画的法子编制每个机械指令对应的微轨范,每个微轨范由若干条微指令组成, 各微指令包罗若干条微号令。一齐指令对应的微轨范放正在只读存储器中。当奉行到某条指令时,取出对应 的微轨范中的各条微指令,译码爆发对应的微号令,送到机械相应的地方,左右其手脚。这个只读存储器 ; .. ,. 称为控存 CS。微轨范左右格式下,左右单位的策画大略、指令增加容易(机动)、可庇护性好,但速率较 慢。 第六章 总线.数据总线、地点总线和左右总线是离开相接正在差别配置上的三种差别的总线吗? 答:不是。总线是共享的消息传输介质,用于相接若干配置,由一组传输线构成,消息通过这组传输线正在 配置之间举行传送。体例总线是用来相接算计机中若干首要部件的总线,正在这些部件之间传输的消息罕睹 据、地点和少少左右消息(征求:号令/依时/总线哀求/总线批准/结束哀求/结束批准/……等)。普通把这些 消息分成三类:数据、地点、左右。以是把体例总线也分成三组传输线:数据线、地点线、左右线。有时 也把它们永诀称为:数据总线、地点总线、左右总线。以是,现实上,数据总线、地点总线、左右总线只 是体例总线的三个构成个人,它们不行离开来只身相接配置。 2.为什么要有总线判优左右(仲裁)? 答:总线是共享的消息传输介质,同时能够有许众配置相接正在一个总线上,但每有时刻只可有一对配置进 行消息传送。以是,当有众个配置同时要应用总线传输消息的岁月,就要有一种总线判优左右机制,能正在 众个哀求应用总线的配置当选择一个,让其左右总线.一台机械内中惟有一个总线吗? 答:总线按其所正在的名望分为内部总线、体例总线、通讯总线。体例总线是指正在 CPU、主存、I/O 各大部件 之间举行互连的总线。能够把一齐功效部件都相接正在一个总线上,也能够用几个总线永诀相接差别的配置。 以是,有单总线构造、双总线构造、三总线构造等等。以是,一台机械内中该当有差别目标的众个总线.一个总线只可相接一对主、从配置吗?正在某有时刻能够有众对主、从配置举行通讯吗? 答:一个总线能够相接正在若干配置上,正在这些配置中,有一个或众个主控配置。正在某一个总线传输周期内, 一个总线只可有一个主控配置左右总线,挑选一个从配置与之举行通讯。 5.同步总线和异步总线的特征是什么?各自实用于什么地方? 答:同步总线的特征是各部件采用时钟信号举行同步,订交大略,因此速率疾,接口逻辑很少。但总线上 的每个部件务必正在规矩的时光内落成央求的手脚,以是普通按最慢的部件来策画大家时钟。并且因为时钟 偏移题目,同步总线不行很长。 以是,普通同步总线用正在部件之间间隔短、存取速率较划一的地方。 异步总线采用应答格式举行通讯,批准各配置之间的速率有较大的区别,以是用正在具有差别存取速率 的配置之间举行通讯。 6.统一个总线不行既采用同步格式又采用异步格式通讯,是吗? 答:半同步通讯总线能够。这类总线既保存了同步通讯的特征,又能采用异步应答格式相接速率相差较大 的配置。通过正在异步总线中引入时钟信号,其停当和应答等信号都正在时钟的上升沿或降落沿有用,而不受 其他时光的信号滋扰。比如,某个采用半同步格式的总线,老是从某个时钟滥觞,正在每个时钟到来的岁月, ; .. ,. 采样 Wait 信号,若无效,则证实数据未计划好,下个时钟到来时,再采样 Wait 信号,直到检测到有用,再 去数据线上取数据。PCI 总线也是一种半同步总线,它的一齐变乱正在时钟降落沿同步,总线配置正在时钟滥觞 的上升沿采样总线信号。 第七章 外围配置 1.磁盘上消息是怎么结构的?磁盘的最小编址单元是什么? 答:磁盘皮相被分为很众齐心圆,每个齐心圆被称为一个磁道。消息存储正在磁道上。每个磁道被划分为若 干段,又叫扇区。每个扇区存放一个记实块,每个记实块有相应的地点标识字段、数据字段(512 字节)和 校验字段等。到磁盘上寻找数据时,只须定位到数据正在哪个磁头的哪个磁道的哪个扇区。以是,扇区是磁 盘的最小编址单元。 2.盘面号和磁头号是一回事吗? 答:是的。硬盘是一个盘组,有众个盘面构成。每个盘面上有一个磁头,用于对该盘面上的消息举行读写。 以是,磁头号即是盘面号。磁头正在盘面上搬动到差别的名望就酿成差别的磁道,消息记实正在磁道上。 3.柱面号和磁道号是一回事吗? 答:是的。硬盘是一个盘组,有众个盘面构成,一齐盘面上相似编号的磁道组成了一个圆柱面(但物理上 这个圆柱面是不存正在的),以是,差别盘面上的统一个磁道就酿成一个圆柱面,有众少磁道就酿成众少圆柱 面。以是,磁道号即是圆柱面号。 4.当一个磁道存满后,消息是正在统一个盘面的下一个磁道存放,仍是正在统一个柱面的下一个盘面存放? 答:当一个磁道存满后,假设消息是正在统一个盘面的下一个磁道存放,则须要搬动磁头,由于,搬动磁头 是刻板运动,花费时光较长,且有刻板磨损;假设消息正在统一个柱面的下一个盘面存放,则不需搬动磁头, 即,磁道号稳定,只须通过给出一个相邻盘面号,通过译码电道拣选该盘面的磁头就能够读写了。险些没 有延迟,也没有刻板运动。 以是磁盘地点样式为磁道号(柱面号)、磁头号(盘面号)、扇区号。 5.光盘上凹坑里存放的是“1”、非凹坑个人存放的是“0”吗? 答:不是。凹坑的角落用来显示“1”,而凹坑和非凹坑的平整个人显示“0”。 6.CD-ROM 光盘上的消息是怎么结构的? 答:消息存储正在一条由内向外连接的螺旋线上,称为光道(track),或光轨。正在光道上每个记实单位(即:一 个二进位)吞噬长度相当,称为一个扇区,存放一个记实块,共 2352 字节,个中数据区有 2048 字节。每 个记实块的地点用分、秒、扇区显示。 7.光盘是匀速扭转的吗? ; .. ,. 答:不是。光盘采用恒定线速率( CLV: Constant Liner Velocity )举行扭转,如此主轴的角速率是变动的,内 圈光道的转速为 498 转/分,外圈光道则为 195 转/分。以是,不是匀速扭转。 CD-ROM 恒定线 米/秒,以是总共有 4391 秒或 73.2 分钟,这是音频光盘圭表的最大播放时 间。按 176KB/s 的速率读出,可算计出存储容量约为 774.57MB。 第八章 I/O 左右格式 1.除了有外部配置或他机向 CPU 发结束哀求外,再有哪些情形会结束 CPU 正正在运转的轨范,转到其他相应 的处置流程去奉行? 答:以下四种情形发作时,会结束 CPU 正正在运转的轨范,转到其他相应的处置流程去奉行。 (1)正在轨范奉行流程中,若外设落成工作或发作某些异常变乱(如:打印机缺纸、依时采样计数时光 到、键盘缓冲满等),会向 CPU 发结束哀求,央求 CPU 对这些情形举行处置。处置完后,回到原被结束的 断点处络续奉行。这种情形,称为 I/O 结束,或外结束,特指由 CPU 外部的配置向 CPU 发的结束哀求。 (2)正在奉行某条指令时,或者发作少少异常的“极度变乱”,如:缺页、溢出、除数为 0、不法操作码 等,使现时指令无法络续奉行。此时也央求 CPU 中止原轨范的奉行,转遍地理相应情形的轨范去奉行,处 理完后,再回到发作极度的指令络续奉行。这种情形,称为失效或阻滞(fault),是由正正在奉行的指令爆发 的。 (3)再有一类是人工设定的变乱,正在轨范中事先设定一条异常的指令,通过奉行这条异常指令,自愿 中止正正在奉行的原轨范,转到一个特定的内核解决轨范去奉行,奉行完后,回到那条异常指令后面的一条 指令滥觞奉行。称为自觉结束或自陷(Trap)。这条异常的指令称为 “访管指令”(探访解决轨范)或“自陷 指令”(自愿调入圈套),如 80x86 中的指令“INT n”。 (4)再有一种情形,既不是外部配置发出,也不是指令自己爆发,是正在奉行指令流程中发作了硬件故 障,如,电源掉电,线道阻滞等,无法络续奉行。这类极度是随机发作的,对惹起极度的指令简直实名望 无法确定,涌现这类紧要舛讹时,原轨范无法络续奉行,只好终止,而由结束办事轨范从头启动操作体例 。 往往把发作这些情形的变乱或配置称为结束源,有些教科书或算计机体例把它们称为“极度”变乱或 简称极度。 综上所述,上述四种结束源(极度变乱)分为两大类:第一种称为外结束(有时简称为结束 Interrupt), 后面三种称为内结束 ( 也称为轨范性结束,或软结束),永诀为阻滞(fault)、自陷(Trap)和终止(Abort)。内中 断是正在奉行特定的指令时发作的,不须要通过外部结束哀求线.任何岁月都能够申请结束并立刻获得相应吗? 答:这是两个差别的观念。结束相应优先级是由硬件列队线道或结束盘问轨范的盘问依序决心的,不行动态 变换;而结束处置优先级能够由结束屏障字来变换,响应的是正正在处置的结束是否比新发作的结束的处置 优先级低(屏障位为“0”,对新结束盛开),假设是的话,就中止正正在处置的结束,转到新结束行止理,处 理完后回到原被中止的结束络续处置。 3.为什么正在相应结束的岁月保管断点,而正在处置结束的岁月保管现场? 答:断点是结束返回时被结束轨范络续奉行处指令的地点(即:相应结束时 PC 的值)和当时的轨范状况字 PSW 的实质,以是务必正在进入结束处置前先保管到栈中,不然,当取来结束办事轨范的首地点送 PC 后, 原断点 PC 的值就被妨害了。而现场是被结束的原轨范正在断点处各个寄存器的值,只须正在这些寄存器再被使 用前保管到栈中就行了,普通正在现实处置结束变乱流程中或者要用到这些寄存器,以是正在现实处置之前的 ; .. ,. 计划阶段来保管现场(寄存器压栈),而正在现实处置后的已毕阶段再克复现场(寄存器出栈)。 4.单重结束和众重结束的区别是什么? 答:单重结束情形下,正在结束处置全豹流程中,不批准相应新的结束哀求,其做法是正在结束相应流程中闭中 断后的全豹结束处置流程中都不开结束(从来使结束批准触发器置“0”),直到结束处置已毕后,才开结束, 然后结束返回到原断点。 众重结束体例中,假设正在举行某个结束哀求的处置流程中,又发作了新的结束哀求,则能够中止正正在进 行的结束处置,转到新的结束哀求的处置轨范奉行。以是,正在结束处置流程中,该当开结束,批准相应新 的结束哀求。其做法是正在现实处置结束变乱前就开结束,而不是像单重结束那样正在处置后才开结束。如此 保障正在现实结束处置流程中能够相应新的结束哀求。 5.向量结束、结束向量、向量地点三个观念是什么联系? 答:结束向量:每个结束源都有对应的处置轨范,咱们称这个处置轨范为结束办事轨范,其入口地点称为中 断向量。一齐结束的结束办事轨范入口地点组成一个外,称为结束向量外;也有的机械把结束办事轨范入 口的跳转指令组成一张外,称为结束向量跳转外。 向量地点:结束向量外或结束向量跳转外中每个外项所正在的内存地点或外项的索引值,称为向量地点或 结束类型号。 向量结束:是指一种识别结束源的时间或格式。识别结束源的目标即是要找到结束源对应的结束办事程 序的入口地点,即得到向量地点。采用向量结束举行结束源识其它做法如下:采用某种硬件列队线道(如: 菊花链、并行判头等),对一齐未被屏障的结束哀求举行列队,选出优先级最高的结束源,然后对其编码, 获得该结束源的编号(能够转换为向量地点,有些书中就称其为向量地点),通过总线将其取到 CPU 中, 转换成向量地点,从而取出结束办事轨范入口地点,或跳转到结束办事轨范。再有一种是用轨范(称为中 断盘问轨范)举行结束源识其它软件法子。 6.禁止结束和屏障结束是统一个观念吗? 答:它们是两个全体不联系的观念。 禁止结束即是闭结束,即:使结束批准触发器置为“0”,此时,任何结束哀求都得不到相应;屏障结束 是众重结束体例中的一个观念,是指某个结束正正在被处置的岁月,假设有其他新的结束哀求发作,是否允 许相应新发作的结束。它响应了正正在处置的结束与其他各个结束之间的处置优先级依序,以是每个结束都 有一个结束屏障字,个中的每一位对应一个结束的屏障位,为“1”则对应的结束不行被相应。相应某个中 断后,就会把它的结束屏障字送到结束屏障字寄存器中,正在结束列队前,个中的每一位和结束哀求寄存器 中的对应位举行与操作,因此,惟有未被屏障的结束源进入列队 线道,从而有或者获得相应。 7.结束相应优先级和结束处置优先级雷同吗? 答:这是两个差别的观念。结束相应优先级是由硬件列队线道或结束盘问轨范的盘问依序决心的,不行动态 变换;而结束处置优先级能够由结束屏障字来变换,响应的是正正在处置的结束是否比新发作的结束的处置 优先级低(屏障位为“0”,对新结束盛开),假设是的话,就中止正正在处置的结束,转到新结束行止理,处 理完后回到原被中止的结束络续处置。 ; ..

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