硬件工程師筆試二(參考版)
2024-10-29 05:56本頁面
【正文】 。C PU 既然關(guān)系著指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)的處理，當然也關(guān)系著指令和數(shù)據(jù)處理速度的快慢，因而C PU 有不同的執(zhí)行功能，不同的處理速度。它負責整個系統(tǒng)指令的執(zhí)行、數(shù)學與邏輯運算、數(shù)據(jù)存儲、傳送以及輸入輸出的控制。程序的執(zhí)行可以看成是由計算機狀態(tài)序列的轉(zhuǎn)換，如果能預測狀態(tài)的轉(zhuǎn)換序列，就可以說理解了計算機的動態(tài)行為。這些存儲器的初始內(nèi)容定義了計算機的初始狀態(tài)，每一步程序的執(zhí)行都是通過修改存儲器的內(nèi)容將當前的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為一個新的狀態(tài)，該過程稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換。描述計算機動態(tài)行為的一個簡便方法是使用“計算機狀態(tài)”。因此對計算機的了解還應包括對它的動態(tài)行為，即程序執(zhí)行過程的了解。本章介紹的只是其中的“Von Neumann 體系結(jié)構(gòu)”，當然還有其他的體系結(jié)構(gòu)。操作環(huán)境按照不同的存取速率分為不同類別，如高速存儲器(外存)、中速存儲器(磁盤和CDROM)、低速存儲器(磁帶)和輸入輸出設(shè)備(閱讀器、打印機、數(shù)據(jù)通信線)等。十、操作環(huán)境計算機的操作環(huán)境包括外圍存儲器和輸入/輸出設(shè)備。如果指定的地址不在主存中，則讀取包含該地址的一段數(shù)據(jù)塊，這些相近地址中的數(shù)據(jù)有可能馬上會被使用。緩存是位于主存和中央處理器間的一個較小的高速數(shù)據(jù)存儲器，大小一般為1 ～256KB，包含中央處理器最近使用的數(shù)據(jù)和指令，當然也包括了將來最有可能被使用到的程序代碼或數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)了頁錯誤(即正確的地址不在內(nèi)存中)，則通知操作系統(tǒng)從外部存儲器讀入相應的頁。為了允許多個程序在同一時刻能共存于內(nèi)存中，可直接在硬件中使用頁或動態(tài)程序分配機制。盡管CPU 必須等待數(shù)據(jù)，但無需額外的硬件。為了對速度進行平衡，需要采用不同的存取管理機制。九、存儲管理設(shè)計電腦的一個原則是保證能方便地操作計算機包含的所有設(shè)備(如內(nèi)存、CPU 和外部設(shè)備)。一般的方式是，對每個存儲器地址用一個整數(shù)標記，同時提供一個機制對于給定的地址存取該地址的內(nèi)容(或?qū)⒁粋€新值存入給定的地址)。同樣道理，運算的結(jié)果必須被存放在某一地址。一般操作數(shù)可以被存放在主存儲器或寄存器中。在執(zhí)行基本操作后，解釋器將重復上述循環(huán)。而對于每次循環(huán)，解釋器都會從程序地址寄存器取得下一條指令的地址(并增量寄存器的值為下一條指令的地址)，從存儲器取得指定的指令，對指令進行解碼，分解為操作碼和一組操作數(shù)并取得操作數(shù)(如果必要的話)，使用操作數(shù)作為參數(shù)調(diào)用指定的操作。為了將控制權(quán)轉(zhuǎn)到程序某處，程序員可使用一些操作修改該寄存器的內(nèi)容。一個典型的操作集包括與內(nèi)部數(shù)據(jù)類型相關(guān)的基本算術(shù)指令(即實數(shù)和整數(shù)加法、減法、乘法和除法等)、測試數(shù)據(jù)項性質(zhì)(如是否為零，是正數(shù)或負數(shù)等)的指令、對數(shù)據(jù)項的某一部分進行存取和修改(如在一個字中存取一個字符，在一條指令中存取操作數(shù)的地址等)的指令、控制輸入/輸出設(shè)備的指令及順序控制指令(如無條件跳轉(zhuǎn)等)。總線又分用于傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線(Data Bus)、傳輸?shù)刂沸畔⒌牡刂房偩€(Address Bus)和用于傳輸控制信號、時序信號和狀態(tài)信息的控制總線(Control Bus)。總線就像一條公共通路，將所有的設(shè)備連接起來，達到相互通信的目的。具體產(chǎn)品如打印機、顯示器和音箱等。具體產(chǎn)品如鍵盤、鼠標和掃描儀等。外部文件存儲器包括磁盤、磁帶或日益普及的CDROM 等，通常以記錄劃分，每個記錄是位或字節(jié)的序列。一個寄存器的內(nèi)容可能表示數(shù)據(jù)或主存儲器中數(shù)據(jù)或下一條指令的地址。主存儲器通常是劃分為字(典型的是32 位或64 位)或字節(jié)(每字含4 或8 字節(jié))的線性序列。最新的CPU 除包括這些基本功能外，還集成了高速Cache(緩存)等部件。不同的CPU 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完全相同，一個典型的CPU 由運算器、寄存器和控制器組成。Von Neumann 體系結(jié)構(gòu)存在的一個突出問題就是，外部數(shù)據(jù)存取速度和CPU 運算速度不平衡，不過可以通過在一個系統(tǒng)中使用多個CPU 或采用多進程技術(shù)等方法來解決。采用存儲程序工作原理，實現(xiàn)了自動連續(xù)運算。一臺計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入和輸出設(shè)備5 大部分組成。一、Von Neumann()體系結(jié)構(gòu)Von Neumann 體系結(jié)構(gòu)是以數(shù)學家John Von Neumann 的名字命名的，他在20 世紀40年代參與設(shè)計了第一臺數(shù)字計算機ENIAC。軟件則是依賴于硬件執(zhí)行的程序或程序的集合。CPU 負責指令的執(zhí)行，存儲器負責存放信息(類似大腦的記憶細胞)，輸入/輸出設(shè)備則負責信息的采集與輸出(類似人的眼睛和手)。硬件是組成計算機系統(tǒng)的物理實體，是看得
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